雕刻机总体及电气控制部分设计(1)

小型CNC雕刻机控制系统设计2014届本科生毕业论文学号：100201050332成绩：小型CNC雕刻机控制系统设计院部：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化姓名：张心伟指导教师：张道海二〇一三年十一月小型CNC雕刻机控制系统设计1毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文《小型CNC雕刻机控制系统设计》是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。毕业论文作者签名：张心伟2013年12月11日小型CNC雕刻机控制系统设计2摘要随着微电子技术和微型计算机的飞速发展，数控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。三维机械雕刻机是一种典型的机电一体化产品，在广告制作行业具有较大的市场前景。本文简要的介绍了雕刻机的起源和发展现状，分析了国内外雕刻机的特点说明雕刻机的功能和使用范围；详细的分析了雕刻机的总体布局和结构方案，以及主运动和进给运动系统的选择，以及“三维雕刻”插补法的选择，分析和实现过程，实现雕刻系统的初步优化。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大的数控雕刻机，适应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，三维，插补法小型CNC雕刻机控制系统设计3AbstractAlongwiththedevelopmentofmicro-electronicstechnologyandmicrocomputertechnology，NCcarerwillbewidelyused.ThesetechnologiesarewidelyusedinMechatronics,includingmechanism,microelectronics，autocontrol,information,sensorandtest,powerandelectron,interface,signaltransform,softwareprogram.Ontheotherhand,Mechatronicsmakesthesetechnologiesintegratedclosely.Itistheprimarytrendofthedevelopmentofmechanicalindustrialtechnologyandproductsintheworldnowadays.3D-mechanicalengravingplotterisatypicalmechatronicproduct.Ithasalargermarketprospectintheadvertisingindustry.ThethesisinbriefintroducesthegenesisanddevelopmentalstatusquoteofEngravingPlotter,analysescharacteristicsofinlandandoverseasPlotters，andexplainsitsfunctionanduserange.Weanalyzetheoverallarrangementsandframework，themovementmodeofnumericalcontrolsystem，theselectofmainmovementsystemandfeedmovementsystemetc.Aswellasweselectandanalyzeandrealizetheprocessof3D-Engraveinterpolationarithmetic.optimized3D-mechanicalengravingsystemisrealized.ThistopicisbasedontheexistingengravingmachinetodesignaCNCengravingmachineswithalargebodysize,whichadaptedtotherelativelylargecarvinghandicraftprocessing.Keywords:Engravingplotter,numericalcontrolsystem,mechatronics,3D，andinterpolationarithmetic.小型CNC雕刻机控制系统设计4目录摘要...........................................................1Abstract...........................................................1目录...........................................................1第一章.引言........................................................11.1雕刻机概述..................................................51.1.1雕刻机起源...........................................11.2数控雕刻机及其发展现状......................................21.2.1数控雕刻机.............................................21.2.2研制雕刻机的目的和意义.................................31.2.3数控雕刻机的特点.......................................41.2.4数控雕刻机的应用领域...................................41.2.5我国数控雕刻机的发展现状...............................5第二章雕刻机的机械结构............................................62.1雕刻机的设计参数............................................62.2整体结构....................................................72.2.1雕刻机总体布局的基本要求...............................72.2.2影响雕刻机布局的基本因素..............................72.2.3坐标系的确定..........................................92.3进给系统...................................................102.4典型零件工艺分析...........................................14第三章主动系统的设计与校核.......................错误!未定义书签。3.1铣削力、扭矩和功率的计算...................错误!未定义书签。3.2钻削力、扭矩和功率的计算...................错误!未定义书签。3.3主运动系统的设计...........................错误!未定义书签。3.3.1主运动系统的方案......................错误!未定义书签。3.3.2主轴电机的设计计算...................错误!未定义书签。第四章进给运动系统设计计算.......................错误!未定义书签。4.1Z方向进给运动系统设计简介.................错误!未定义书签。4.1.1Z方向进给运动系统组成...............错误!未定义书签。4.1.2滚珠丝杠副的选择及支撑用轴承的选择...错误!未定义书签。4.1.3电机的选择...........................错误!未定义书签。4.1.4联轴器的选择.........................................324.2Y方向进给运动系统设计简介.................................354.2.1Y方向进给运动系统组成................................394.2.2滚珠丝杠副的选择及支撑用轴承的选择4.2.3电机的选择...........................................394.2.4联轴器的选择........................................40小型CNC雕刻机控制系统设计5结论..............................................................41致谢..............................................................41小型CNC雕刻机控制系统设计21.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。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(EngravingPlotter)，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。小型CNC雕刻机控制系统设计31.2数控雕刻机及其发展现状1.2.1数控雕刻机传统雕刻加工业是一门技术性要求很高的手工技艺，雕刻品的质量完全取于雕刻师的技艺水平，所以生产的效率低、成本高，制品的随意性强、一致性差，严重制约了雕刻行业的发展。这使得雕刻机的产生成为必然。雕刻机的功能决定了其使用范围。从工艺上，雕刻可分为全自由度空间雕刻、三维立体雕刻和二维平面雕刻。其中，全自由度空间雕刻主要用于一些形状复杂的工艺品或大型艺术作品的雕刻工作，如玉雕、木雕工艺品以及冰雕与沙雕等作品。此类制品往往注重艺术创作性，制品的构成形状复杂、随意性强、工艺性差。因此这类工艺迄今为止雕刻机尚无能为力，只能采用手工雕刻，制品的质量和艺术性完全依赖于雕刻师的技艺水平。相比之下，在三维立体雕刻和二维平面雕刻机则大有可为。三维立体雕刻类似于三维铣削加工，可以完成精密模具、艺术浮雕曲面等雕刻加工;而二维平面雕刻工艺主要用于标牌文字及平面几何图形的雕刻加工。目前，三维立体和二维平面雕刻大部分已采用雕刻机完成，克服了传统手工雕刻存在的缺陷。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