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1、 小型简易雕刻机设计摘 要数控雕刻机是一种用于雕刻加工的机电一体化机床，它能加工的材料的围非常广，既可以加工铜、铝等金属材料，又可以加工塑料、瓷、石材等非金属材料，因此被广泛应用于各行各业，具有非常广阔的市场前景。数控雕刻机的使用大大提高了雕刻加工的效率，给制造业的发展提供了动力。数控雕刻机通过其控制系统来控制步进电机和电主轴运转，步进电机再通过联轴器带动丝杠转动，丝杠再带动丝杠螺母与与其固定的各部件做直线进给运动，同时电主轴再带动刀具回转，从而实现雕刻机在X、Y、Z三个方向上的雕刻加工。本设计采用步进电机作为各向进给运动的驱动电机，较伺服电机其控制更简单，成本更低。采用滚珠丝杠螺母副和弹性联
2、轴器作为主要传动部件，较齿轮传动其平稳性更好、结构更紧凑，加工精度更容易保证。采用直线滚动导轨作为导向部件，较真线滑动导轨其摩擦系数更小、定位精度更高、寿命更长且不易出现爬行现象。本设计的预期目的是通过设计来实现对基于单片机控制的数控雕刻机进行三轴联动控制，通过对数控雕刻机的机械系统的总体设计、机械系统主要零部件的设计以与控制系统的设计，最终使所设计的数控雕刻机能够完成在X、Y、Z三个方向上的雕刻加工，达到了预期目的。关键词：雕刻机；数控机床；设计 / The Design Of Small Simple Engraving MachineAbstractCNC engraving machi
3、ne is a mechatronics machine tool used for carving processing, it can be processed materials range is very wide, can be processing copper, aluminum and other metal materials, and processing non-metallic materials such as plastic, ceramic, stone, therefore they are widely used in all walks of life, h
4、as very broad market prospects. The use of CNC engraving machine greatly improve the efficiency of the carving process, provided the impetus to the development of manufacturing industry. CNC engraving machine, through its control system to control the step motor and electric spindle, stepper motor t
5、hrough coupling drive screw rotation, again lead screw drive screw nut and its fixed parts do linear feed movement, motorized spindle drive tool rotary again at the same time, so as to realize engraving machine in X, Y, Z three directions of carving processing. This design adopts stepper motor to fe
6、ed movement as the drive motor, servo motor control is more simple, the cost is lower. The ball screw nut pair and elastic coupling as the main transmission parts, gear drive its better stability, structure is more compact, more easy to guarantee machining accuracy. With linear rolling guide as guid
7、e parts, truer line slide guide its smaller friction coefficient, positioning accuracy is higher, longer life and not easy to appear the crawling phenomenon. The expected purpose of this design is implemented through the design of CNC engraving machine based on single chip microcomputer control the
8、three axes linkage control, based on the general design of the CNC engraving machine mechanical system, the design of the main components of mechanical system and the design of the control system, finally make the design of the CNC engraving machine can complete in X, Y, Z three directions of carvin
9、g processing, to achieve the intended purpose. Key words: engraving machine; CNC machine tools; desig目录摘要Abstract第1章 绪论11. 1 数控雕刻机综述11.2 研制雕刻机的目的和意义11.3 数控雕刻机的特点21.4 数控雕刻机的应用21.5 我国数控雕刻机的发展现状3第2章 机械系统总体设计42.1 整体结构设计42.1.1 总体布局的基本要求42.1.2 雕刻机总体布局的设计42.1.3 雕刻机的坐标系统选择52.1.4 雕刻机的机械结构52.2 进给系统62.3 主传动系统6
10、第3章 机械系统主要零部件设计73.1 主要技术参数73.2 主要零件的设计73.2.1 主轴电机的选择73.2.2 步进电机的选择83.2.3 X轴滚珠丝杠螺母副与其支承轴承的选择93.2.4 Y轴滚珠丝杠螺母副与其支承轴承的选择143.2.5 Z轴滚珠丝杠螺母副与其支承轴承的选择173.2.6 导轨副直线滚动导轨的设计与选择203.2.7 联轴器的选择223.2.8 滚珠丝杠的校核233.2.9 步进电机的校核26第4章 数控系统主要零部件设计294.1 确定机床控制系统方案294.2 主要芯片配置304.2.1 单片机芯片选择304.2.2 8031单片机的主要特性与引脚304.2.3
11、RAM的选用314.2.4 EPROM的选用314.2.5 8031单片机I/O口扩展314.3 键盘设计324.4 显示器设计334.4.1显示器显示方式的选用334.4.2显示器接口334.5 越界报警电路344.6步进电机接口电路与驱动344.7 部分程序35总 结37参考文献38附录1 外文翻译-原文部分39附录2 外文翻译-中文部分45致 51第1章 绪论1. 1 数控雕刻机综述数控雕刻机是一种采用数控技术的专用机床，它通过控制系统来识别程序代码并把程序代码转化为能够驱动电机运转的带有功率的信号来控制电机，从而实现对雕刻加工的控制。它较传统的手动雕刻加工具有高效率、高精准性、高成品率
12、等优点，因此受到许多企业的欢迎并最终成为雕刻机发展的主流。数控雕刻机可以分成很多很多种，有用来加工木料的，有用来加工石材的，有用来加工玻璃的，有用来加工金属的，有用来加工瓷的，有用来加工塑料的，总之数控雕刻机可以根据其加工对象的不同分成非常多的类型。另外不同的雕刻机其采用的原理可能也不一样，有的是利用激光技术，有的是利用等离子技术，还有的是利用刀具的切削加工技术。除此之外不同的雕刻机根据其结构上或原理上的特点，其加工的产品也不尽一样，有专门用来刻印章的，有专门用来做模具的，有专门用来做工艺品加工的，总之根据其加工产品的不同也可以分成很多不同的类型。数控雕刻机可以看作是一台数控钻铣床，它能够完成
13、钻、铣等工艺，它的刀具包括各种钻头与铣刀等，根据其加工材料的不同，其所用刀具也有一定的差异。下图为一些木工雕刻机常用的刀具。图1-1木工雕刻机的刀具1.2研制雕刻机的目的和意义机电一体化技术让制造加工变得越来越方便，越来越快速准确，也越来越智能。在许多国家，他们都会投入很多的资金用于机电一体化技术的开发运用，他们的制造业生产的产品在机电一体化技术的影响下变得越来越精细，生产效率也越来越高，因此作为机电一体化机床的数控雕刻机也非常有必要进行深入的研究。我国的雕刻技术的发展时间比较短，产品开发能力和生产技术水平还比较低，因此我们国家还需要花更多的时间进行雕刻技术的学习。另外我国数控系统研发水平不强
14、，许多数控系统的核心还不够好，需要从国外进口，因此加紧开发属于我们国家自己的雕刻机数控系统是非常重要的。1.3 数控雕刻机的特点（1）加工精准，雕刻机雕刻过程是由控制系统控制完成的，在控制系统的控制作用下，雕刻机的雕刻加工变得更加精细和准确。（2）加工过程稳定，产品质量好。（3）结构紧凑，拆装方便。（4）加工围非常广。（5）操作简便，略微懂一点电脑的人就能熟练使用。（6）价格便宜。其价格比其它机床要便宜很多。1.4 数控雕刻机的应用数控雕刻机既可以加工木料，又可以加工石料，还可以加工金属、瓷等材料，因此数控雕刻机可以加工得到的产品非常多，有一些是我们生活中常见的，像市面上见到的各种各样的玉佩、
15、玉坠、玉镯等装饰品，还有公司单位用的印章都可以用雕刻机来加工。另外在许多行业也常用数控雕刻机来加工他们的产品，像建筑行业用的建筑模型，模具制造行业生产的各式各样的模具，广告行业制作的三维广告牌都会用到数控雕刻机来加工。几种其加工的产品如下图。 浮雕 装饰品 建筑模型印章 工艺品 模具图1-2几种雕刻机加工的产品1.5 我国数控雕刻机的发展现状建国以来，我国一直努力发展制造业，也取得了一些进步，但是仍存在一些制造工艺还达不到相应的标准的问题，所以许多设备或核心部件常常需要进口，另外我国的技术创新能力还不够强，常常是仿造多过创造。在雕刻领域，我国与一些发达国家相比要逊色很多，许多雕刻产品还不能达到精度的标准，因此还需要进一步提高自身的雕刻加工工艺水平。这些年来，我国的数控雕刻技术取得了一定的进步，生产出了一系列的自主研发的数控雕刻机，这些数控雕刻机也被广泛应用各个行业和领域，但是总体来说我国的数控雕刻机的制造水平还不够强，许多数控雕刻机的加工精度还达不到标准，因此我国需要大力提高数控雕刻
