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1、本科毕业设计论文开题报告题 目 数控雕刻机机械结构设计及刀具运动规划 设计论文题目 数控雕刻机机械结构设计及刀具运动规划 设计论文类型划“工程设计应用研究开发研究根底研究其它一、 本课题的研究目的和意义数控雕刻机是一种典型的机电一体化产品，在广告行业中主要用于沙盘模型、广告标牌和文字标志的制作。数控雕刻机可以使其在表现效果上到达“精雕细刻和求新创异的目的。同时，数控雕刻机以其特有的小刀具加工方式，在提高广告制作业精雕细刻的生产效率和加工精度上具有重大的意义。在石材、铜、铝、有机玻璃、木材等上面进行文字、图案的雕刻加工，传统的主要方法是手工雕刻。这种加工方法不仅劳动强度大、效率低、精度低，而且本
2、钱高、生产周期长，无法满足批量生产的要求。金属标牌的加工，现在常用的一种加工方法是腐蚀加工，该加工方法不仅造成环境污染，而且损害操作人员的健康。因此在标牌加工和广告行业非常需要一种加工效率高、质量高、功能强、对环境无污染的数控雕刻机。从而导致了雕刻加工向机械化和自动化方向开展3。汉字的雕刻可以说是数控雕刻机的主要功能之一，如何找到一种合理的、高效的、适用的雕刻方法，对数控雕刻来说有着十分重要的作用和意义。刀具规划的研究意义可归结为三点：第一，理论意义，由于国外的雕刻软件出现的较早，开发和应用的时间也较早，它们开展的也比拟成熟。而我国数控雕刻软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与兴
3、旺国家有不小的差距，所以我们要紧跟时代潮流，跟踪国际最新动态，要更立足国内，结合国情，面向国内经济建设的需要，开发出有自己特色，符中国人习惯的雕刻用软件。因此本课题有较高的理论意义。第二，从实际上来看，数控产品正向高速度、高精度、高效率、多功能、及自动化的方向开展，技术含量愈来愈高，而我国数控系统核心技术包括硬件系统和相应的软件局部主要来自国外，且自主开发能力不强，而国外相应的技术，其价格一般都比拟昂贵。因此在我国当前的经济和技术条件下，开发一套可以进一步可以改良数控雕刻工艺和水平的专用软件是是非常适合国情的。国内雕刻业对正版软件需求，随着知识产权保护措施的落实，随着经济的开展，相信国内市场潜
4、力还是很大的。因此本课题的研究也具有较高的实际意义和经济意义。第三，从对本科生综合水平影响来讲，本课题涉及到数控加工、计算机图形学、算法、数据结构等众多的知识和内容。将这些理论知识和实际的程序编制结合起来，对个人的逻辑思维、工程经验进行了一次长期的、有效地锻炼。对个人能力的培养和综合素质的训练都起到很重要的作用10。二、 本课题的主要研究内容提纲1.数控雕刻机现有产品状况的调研以及市场分析。2.数控雕刻机的机械结构局部设计。3.基于矢量字库的数控雕刻走刀轨迹规划算法的研究。三、 文献综述国内外研究情况及其开展数控雕刻技术是传统雕刻技术和现代数控技术结合的产物，他并成了传统雕刻精细轻巧、灵活自如
5、的操作特点，同时利用了传统数控加工中的自动化技术，并将二者有机的结合在一起，成为一种先进的雕刻技术。所有这些技术都将通过数控雕刻机转化为真正的生产能力。数控雕刻机集计算机辅助设计技术CAD技术、计算机辅助制造技术CAM技术、数控技术NC技术、精密制造技术于一体，是目前最先进的雕刻设备，代表了最先进的雕刻技术。使用数控雕刻技术和数控雕刻机已经成为雕刻行业的一种潮流4。1.数控雕刻机与数控铣床的比拟 数控雕刻机是一种由计算机驱动的图形文字雕刻设备，其刀具可以作X-Y-Z方向进给运动，实际上是一种特殊的数控3X铣床。数控雕刻机的工作原理，在本质上讲与2X/3X数控铣床并无区别。其差异仅在于:（1）
6、设备刚性的差异因为加工对象材质不同，切削力差异很大，用于制造业的铣床或加工中心，因其加工对象一般是钢材，故需要很好的机床刚度和结构的承载能力，而一般雕刻机的加工对象是有机材料，或有色金属，切削力通常较小，故对机器结构的刚度和承载力要求不高。所以，雕刻机结构一般设计的较为轻便。（2） CNC控制系统的差异:数控机床的数控系统是独立工作的，除了运动控制局部、PLC局部(软件或硬件方式的PLC实现)，还有专门的人机交互系统，可以直接编写加工程序(当然也可以在通用计算机上在高性能软件系统的支持下进行编程，即所谓CAM)。而雕刻机的控制系统一般没有人机交互系统，只能与C机联机工作，因而其CNC系统较为简
7、单，运动控制局部、PLC局部没有明显的独立(硬件和软件)模块，两者混合在一起，许多复杂的工作在PC机上完成。（3） 指令系统与软件的差异:对于文字、特别是图形图象的雕刻，很难在G代码编程平台上由编程人员完成任务数控机床CNC的控制指令是G代码(G， M， S， T指令系统)，指令中的运动控制指令交由运动控制局部执行，开关操作交由PLC执行。数控雕刻机CNC的指令系统有采用G代码的，也有采用数控雕刻机用专用指令系统的。较为通用的数控雕刻机专用指令系统是HPGL. 2D， 3D指令集，其他指令系统还有Excllon，Gerber， DXF等矢量设备指令集。对于数控机床的加工对象，其轮廓线相对简单，
8、因此可以使用G代码手工编程，或者使用APT系统编程。但，必须有软件平台的支持。因此，图文雕刻软件系统相对于一般数控机床系统软件，在切削路径的轨迹规划方面，要复杂得多10。2.数控雕刻机的构造一台数控雕刻机构成由如下局部组成雕刻机机械结构雕刻机控制系统硬件雕刻机控制系统软件雕刻图文设计用计算机(通用PC计算机)图文雕刻用软件各种雕刻刀具数控雕刻机的系统结构框图如下列图所示：数控雕刻机的机械电子系统3.数控雕刻的特点 与传统的数控加工比拟，数控雕刻是高速铣削加工。高速铣削加工是种高转速、小进给和快走刀的加工方式，形象地称为“少吃快跑的加工方式。有如下特点：（1） 专业的数控雕刻加工工艺以“等量切削
9、技术为核心的数控雕刻工艺，防止了加工吃刀量不均的问题，保证了产品精细度指标的实现，并降低了精细加工的断刀概率，提高了加工效率。数控雕刻对象的特点是图案复杂、细节丰富、造型奇特、成品精细。要实现这样的加工要求，那么必须使用小尺寸的刀具科为根本加工刀具，在很多情况下，数控雕刻机使用的雕刻刀具刀尖直径缺乏0.5毫米甚至到0.1毫米以下。使用小刀具进行精细雕刻是数控雕刻的个最根本的特征，数控雕刻系统的所有其他特点都围绕这个根本的特点和要求而产生。（2） 高精度、高转速的主轴电机由于数控雕刻使用小尺寸的刀具铣削加工，所用刀具的直径小，加工中为保证刀具的切削线速度和切削能力，势必要提高刀具的旋转速度，使用
10、具有高转速能力的主轴电机。主轴电机旋转速度高，可为小刀具提供高的切削速度，并确保小刀具在雕刻中能有较好的切削能力。 制造精度高，旋转噪声低，刀具装卡跳动量小，使小刀具平稳的进行铣削加工提供了良好的工作环境。（3） 轻型机密的机床结构 数控雕刻适合小工件、小加工量并能满足定加工精度要求的轻型加工，所以雕刻机的整体结构较为精巧，具有较强的刚性和齐个的配置。 整体铸件结构，为高精度的运动中儿提供了稳定的工科平台，确保了雕刻机运动平稳、噪音低、雕刻成品光洁度好。4尺寸精度高、耐磨性能好、专业性强的雕刻刀具 具是保证数控雕刻成品精细和加工效率高的最为关键因素之一，在使用高速主轴电机和计算机辅助加工技术C
11、AM的前提下，数控雕刻机所使用的刀具的尺寸精度高、耐磨性好。不同的工艺使用不同的刀型，使用专业刀具加工相应的业务和材料。5高效平稳的控制系统 数控雕刻控制系统采用了行进的微步细分控制算法，机床运动高速平稳，分辨率高，可达0.003m m/步。另外，也有局部机型使用伺服驱动单元，机床各项性能指标又有较大幅度的提高。6功能强大的控制软件 控制软件工作界而灵活使捷，功能丰富，实现了多项独具特色的雕刻功能，如选择雕刻功能、雕刻时间计算功能等。适合中件或批量产品雕刻。7以完整的精雕雕刻系统作为依托 根据小刀具雕刻的根本特点，并结合当前制造业先进的高速铣削HSM )理念，精雕科技提出了小刀具高速雕刻思想，
12、主要目标是提高雕刻效率和雕刻精度，减少小刀具的磨损率，在实际加工中的表现为“高转速、快进给、小进给、匀切削、高效率。此项技术是项整体的系统技术。精雕雕刻CAD/CAM软件独创的“等量切削功能能够生成具有均匀切削用量的刀具路径，为高速雕刻的实现提供了最根本的技术保证。数控雕刻的特有的专业优势为“小刀其的快速铣削，擅长做“常规大刀具无法加工的业务。4.数控雕刻技术的应用特色 与传统的铣削加工方式相比，数控雕刻在工艺实现方法上有较大的特色，主要为精雕细刻、形态丰富、小区域型的加工，加工中所用刀具主要为“小尺寸刀具。因而其应用特色为：文字、纹理、图案的加工:薄壁件产品加工；小型精密工件的加工：小型复杂
13、曲而、艺术浮雕曲而的加工：复杂形而、薄壁、小孔、窄缝等特殊工件的加工等。 1文字雕刻：是雕刻技术的最根本应用。具有分层清角加工功能，保证了文字形态的饱满，可有效地在金属材料上加工精细、清晰的文字。 2区域雕刻：是种平而加工，也是最常用的加工方法。材料去除量人，加工图案清晰。 3曲而雕刻:是形态复杂产品的根本雕刻方法，可加工形态有规那么的儿何曲而和不规那么的艺术浮雕曲而。材料的去除量人、表而光洁度高。 4币投影雕刻：可将平而雕刻刀具路径投影到个曲而形体上，以完成文字、平而图形、曲而图形在标准形体或曲而形态上的雕刻。 5轮娜切割：可用于高精度的工业产品和纤细的建模窗棱切割，还可用于粗暴型有机字的切
14、割加工。6影像雕刻:是种黑自照片的雕刻表达方式，通过适当的图象处理技术可在视觉上出现不同的效果。 7中线雕刻:可用于中线字的雕刻及工业产品中精细线条的刻划。 8钻孔加工：当前许多装饰产品使用镶钻石工艺的方式来提高产品的档次，它可进行中点钻孔，也可沿着曲线等距钻孔，为装饰品镶钻工艺提供了使捷的艺术变化于段。 9雕刻仿真：可以在软件上进行雕刻效果的模拟、分析加工工艺是否合理。直观地显小刀具加工过程，直观地观察加工效果，可对加工方案的合理性进行预先考察，从而可减少加工试切过程，降低加工本钱。 10工艺组合：为使产品能有效率地加工，般不可能只使用种加工方法。数控雕刻技术可方使地实现多把刀具联合加工工艺
15、，在保证加工精度的前提下，通过使用不同的刀具进行开粗和精修等工序，可人幅度提高加工效率。 11操作参数定制肯理:可直接定义进给速度、落刀速度、落刀延时和主轴转速。5.数控雕刻技术的应前景由于数控雕刻使用的是小刀具进行精细雕刻，采用的是高精度、高转速的主轴电机，所以数控雕刻技术还应具有更广阔的应用前只，如在先进制造技术领域中的超高速加工技术、微机械加工制造等方而具有较好的前景。（1） 超高速加工技术 可将数控雕刻机主轴电机转速提高至超高速，以提高它的切削速度和进给速度。超高速加工能成信提高机床的生产效率，改善零件的加工精度和表而质量，可解决常规加工中某些特殊材料难以解决的加工问题。2微机械加工制造 数控雕刻技术还可应用于微机械加工制造中的机械去除方法。可应用于微执行机构(如微齿轮、微曲柄、叶片、刺轮等)、敞型匕行器、微机器等新代
