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1、毕业设计说明书微型雕刻机总体及数控系统选用设计摘要： 随着微电子技术和微型计算机的飞速发展，微型雕刻机的应用越来越广泛。机电一体化广泛地综合了机械、微电子、自动控制、信息、传感测试、电力电子、接口、信号变换和软件编程等技术，并将这些技术有机的结合成一体，它是当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势。 本文调查研究了雕刻机的发展，介绍台式数控龙门雕刻机X的设计过程，包括机床总体方案设计、主传动系统设计和X向进给传动系统的机械结构设计。X向进给传动系统中主要分析了丝杠的安装，以及相关固定和支承。计算主要有两个方面：对滚珠丝杠和X轴电机的选择计算和校核。此外，我还进行了数控系统的选择，数控系统是机床
2、自动化的重要组成部分,其性能直接影响到加工的精度、效率及生产企业的效益。本文详细介绍了数控系统及驱动单元的原理及其优缺点,如何选择性价比最好、最合适的数控系统及驱动单元。本课题是在参考现有雕刻机的基础上，设计一种机构尺寸比较简单的数控雕刻机，适用性比较大的工艺品的雕刻加工。关键字：雕刻机，数控系统，机电一体化，X轴，插补法Miniature engraving machine overall and selection design of CNC systemAbstract：Along with the development of micro-electronics technology
3、and microcomputer technology，miniature engraving machine will be widely used. These technologies are widely used in Mechatronics, including mechanism, microelectronics，autocontrol, information, sensor and test,power and electron, interface, signal transform, software program. On the other hand, mech
4、atronics maked these technologies integrated closely. It is the primary trend of the development of mechanical industrial technology and products in the world nowadays. The development of the CNC engraving machine and the meaning of the electric spindle to the NC machine was investigated about this
5、thesis. The process of design for the X axle in Desk-work CNC engraving and milling machine was introduced, including the design project of the machine, the design of the mechanical structures of the feeding mechanism of X axis. In the section of the feeding machine of X axis , the assembly of the s
6、traight guide-way and the bearing of the ball screw and so forth was presented .The calculation mainly includes two aspects: choosing and verifying the servo-motor of X axis. At last,In addition, I also had the choice of numerical control system CNC system is an important component of machine tool a
7、utomation,and the capacity directly affected the machining accuracy,efficiency and the benefit of the production enterprise.The principle and advantage/disadvantage of CNC system and driver unit were introduced.How to select the highest price ratio and most appropriate CNC system and driver unit was
8、 also described.This topic is based on the existing engraving machine to design a CNC engraving machines with a simple size, which adapted to the relatively large carving handicraft processing.Keywords: Engraving plotter, numerical control system, mechatronics, X axis，and interpolation arithmetic.目录
9、1引言11.1雕刻机概述11. 1. 1雕刻机起源11.2数控雕刻机及其发展现状11.2.1数控雕刻机11.2.2研制雕刻机的目的和意义21.2.3数控雕刻机的特点21.2.4数控雕刻机的应用领域21.2.5我国数控雕刻机的发展现状31.2.6 主要设计任务.32 雕刻机的机械结构42.1雕刻机的工作原理42.2整体结构42.2.1雕刻机总体布局的基本要求42.2.2 影响雕刻机布局的基本因素62.2.3 坐标系的确定62.2.4三维雕刻机的机械结构62.3进给系统72.5典型零件工艺分析103 三坐标数控雕刻机的机械系统的设计123.1 设计参数的确定123.2 切削力、切削扭矩和切削功率计
10、算123.2.1铣削力、扭矩和功率的计算133.2.2钻削力、扭矩和功率的计算143.3 主运动系统的设计计算153.3.1 主轴组件.153.3.2 主运动系统传动链的组成. 163.3.3 主轴电动机的设计计算163.4进给运动系统的设计计算173.4.1 进给系统传动链的组成173.4.2滚珠丝杠副的设计计算173.4.3工作台进给电动机的设计计算213.4.4 工作台直线导轨副的设计计算224 数控系统的选用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11、. . . . 23 4.1 NC选型.234.2 插补法364.3 控制程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 总结41参考文献42致 谢43附 录441.引言1.1雕刻机概述1. 1. 1雕刻机起源 雕刻可以追溯到远古时期，母系氏族时期的半坡氏族的“人面网纹盆”便是雕刻的雏形。在我国北宋时期便发明了活字印刷，梦溪笔谈有记:“其法用胶泥刻字，薄为钱唇，每字为一印，火烧令坚一”。这里的刻字应属于雕刻的范畴
12、。随着时代的发展，我国的雕刻艺术日益精深，玉雕、象牙雕、红木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技术都可堪称一绝。 上世纪90年代至今，机械雕刻获得了前所未有的发展。从最初的刻字机，刻章机再到三维雕刻机，制作工艺也日渐成熟，应用范围也日渐广泛。大到楼房建筑的装饰，小到商店门前的招牌，乃至很多产品的标识铭牌，可谓雕刻的使用范围无处不在。 雕刻机(Engraving Plotter)，顾名思义就是用机器代替人工进行雕刻的设备。 1938年世界第一台手动雕刻机在法国“嘉宝”问世，1950年“嘉宝”生产出世界第一台真正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。随后美国、日本和法国等国也开始研制。20世纪90年代，随着微
13、电子技术的突飞猛进，直接推动微型计算机的急剧发展。微电子技术和微型计算机技术带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞跃。雕刻机完成了从2D-2.5D-3D加工的变革，功能完善、性能稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。1.2数控雕刻机及其发展现状1.2.1数控雕刻机数控雕刻机是数控技术和雕刻工艺相结合的产物，是一种专用的数控机床。与通用数控机床类似，数控雕刻机通过数控系统根据程序代码控制雕刻机动作，实现雕刻加工的自动化。较传统的手工雕刻、仿形雕刻，数控雕刻具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势;同时，借助于专用的雕刻 CAD/CAM软件系统，加
14、工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，数控雕刻机现已成为实现雕刻加工自动化、高效率、高精度的有效手段，也是当今雕刻机的发展主流，广泛应用于机械工业、广告传媒、日常消费以及建筑装演等众多领域。对象和应用领域的不同，数控雕刻机可分为模具雕刻机、木工雕刻机、广告雕刻机、激光雕刻机等多种类型。它们的加工性能要求出入很大，对机床和数控系统的要求也各不相同。如模具雕刻机的加工材料为金属，所以对机床本体的刚性要求较高，而且其加工对象是模具，所以对加工系统的精度要求高;而广告机加工的是一般是塑胶板或有机玻璃等非金属材料，所以对机床刚性和加工系统的精度都没有很高要求。但各类雕刻机都有一个共同的特点，也是数控雕刻
15、机与普通数控机床的一个显著区别，就是由于雕刻刀的特殊性，每次切削的有效成形面积小，所以零件雕刻的刀具运动轨迹很长，加工时间往往也较长。因此，提高雕刻机的刀具运动速度对缩短零件雕刻时间、提高加工效率具有特别重要的意义。按照伺服驱动控制的类型不同，数控雕刻机又可以分为步进驱动雕刻机和伺服驱动雕刻机。步进驱动属于开环控制，控制精度较低，但价格便宜，适用于对加工要求不高的中低档雕刻机，如木工、广告业的雕刻加工。伺服驱动控制精度高，但价格较贵，主要用于模具加工等高精度雕刻机。此外，还可根据运动坐标控制的联动轴数，将数控雕刻机分为三坐标数控雕刻机、五坐标数控雕刻机等。三坐标数控雕刻机可以控制三个坐标轴联动，完成浮雕
