三轴全动件式雕刻机设计

附录

燕山大学里仁学院

毕业设计（论文）开题报告

课题名称:三轴全动件式雕刻机设计

学院（系）：里仁学院

年级专业： 11级机设2班

学生姓名：

指导教师：

完成日期：

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

(1)

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

(4)

三、研究步骤、方法及措施

(4)

四、研究工作进度

(5)

五、主要参考文献

(5)

六、指导教师意见

(8)

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义。

传统的雕刻加工是一门技术性要求很高的手工技艺，产品的质量主要取决与雕刻师傅的技艺水平，而且劳动生产率低、成本高、可重复性差。随着时代的进步，科技的发展，雕刻机成为我们现代人与时俱进的先进工具,是机电一体化的高效工具，它省时省力又环保，应用也越来越广泛。

1.1 雕刻机的起源

雕刻可以追溯到远古时期，母系氏族时期的半坡氏族文化的“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，这里刻的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湛，玉雕、象牙雕、红木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技术都可以堪称一绝。

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决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。

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，可谓雕刻的使用无处不在。

雕刻机，顾名思义就是用机械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科技群体飞速发展，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、性格稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。

1.2 雕刻机及其发展现状

1.2.1 雕刻机的特点

雕刻机的主要特点如下：

（1）产品的尺度高，一致性好。雕刻机雕刻过程是由计算机控制完成的，可以达到很高的精度要求和表面质量。

（2）雕刻机投资少，见效快。以国产品牌为例，一台小型号的雕刻机价格在两万左右，大型号的也不过三四万。

（3）雕刻机简单易学，操作简单。以一个电脑初级水平的人为例，如果接受公司培训的话用不了一个星期就能全部掌握。现在市场上都有很多相关的雕刻软件，简单易学。

（4）雕刻机加工范围广，前景广阔。雕刻加工涉及各行各业、分布很广，有礼品业、广告业、印章业、木器加工业、建筑业、艺术模型业、机械加工、工装模具等等。可加工的材料也是非常广泛，包括金属、石材、PVC板、ABS 板、亚克力、仿石材、橡皮、双色板、铝塑板等等各种材料。随着人们对雕刻机的认识和掌握逐步加深，应用范围会得到不断扩大，应用水平也会逐步提高，雕刻加工必定会有更广阔的前景。

1.2.2 研究雕刻机的目的和意义

建国六十年来，我国的机械工业虽然已经有了较大的发展，具备了一定的基础和规模，初步满足国民经济和人民生活的需要。但随着世界科学技术的迅速发展，我国机械工业的技术水平和生产能力与工业发达国家相比还存在相当大的差距。因此，在我国以新技术改造传统产业和开发高技术含量的新产品，已成为当前机械工业以至各传统产业密切关注和改革的焦点。

机电一体化技术是机械技术和电子技术的有机结合，它包括机械、电子、计算机和自动控制技术。它从系统工程的观点出发，使产品或系统实现整体优化。近年来，世界上各发达国家竞相发展机电一体化技术，以提高制造技术水平，实现生产系统向柔性化、智能化发展。机电一体化技术给传统的机械工业带来了革命性的变革和惊人的效益，使产业结构、生产方式和管理体制发生深刻的变化。机电一体化是当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势，也是我国机械工业发展的必由之路。

1.2.3 雕刻机的应用领域

雕刻机的应用领域广泛，举例如下：

1、广告及礼品制作业，用于雕刻各类双色板标牌、有机玻璃、三维广告牌、双色人物雕像、浮雕奖章、有机板浮雕、立体门头字等。

2、模型行业，房地产的发展，对建筑模型的需求不断增加。售楼处的售楼模型、广场模型、建筑设计方案的展现和展示，车辆模型市场的扩大，

一些舰船模型、工业模型也有纪念和收藏的意义。雕刻机已成为制作模型的最佳助手。

3、木器工艺，用于浮雕图案设计及制作。雕刻机可以打孔、镂边等，特别是新型装饰材料、波浪板的广泛应用，也给了雕刻机更大的成长空间，在提高了产品的重复性、标准化的同时，使成品的生产效益得到显著的提高。

4、标志行业，伴随着我国经济的不断发展，日新月异的城市公共基础建设，街路的翻新改造，现代化住宅小区、星级酒店、写字楼的不断建设，对一些符合潮流和标准的标识和导向系统产生了大量的需求，其中雕刻机制作的牌匾

标志、标牌，占据了相当大的部分。从外部标志上对公司的形象起到了良好的作用，以雕刻的形式制作员工佩带的胸牌、科室牌、楼层牌已成为一种趋势。

5、印章业，各类字体各类材料的印章雕刻。

6、汽车工业、轮胎模具，车灯模具及饰品模具加工。

7、印刷电路板（PCB）新产品开发中的电路制作，钻孔、铣槽等。

8、艺品行业，旅游市场的不断扩大，旅客对具有当地风情的礼物情有独钟，雕刻机在这方面也大有用武之地。而且，现在的会议越开越多，对一些纪念品和广告宣传品，流行采用雕刻制作。在戒指、钥匙链、奖杯、仿水晶摆件、打火机、皮具、手表等等都可以进行雕刻，可以体现一个人的个性与品位，对一些比较有想法的人来说，也是独特之处，对这些物品施以情趣的雕刻，迎合了人们对情感交流的需要。

9、机械加工业，刻度盘字轮及标尺刻度。

而且，随着各种新型装饰材料的不断出现，能用于雕刻的材料越来越多，使得计算机雕刻机有了更大的用武之地。因此，雕刻机的应用范围还将不断扩大。

1.2.4 我国雕刻机的发展现状

伴随着人类社会的发展，雕刻行业发生着巨大的变化，现如今人们对雕刻机有了全新的认识，数控木工雕刻机、模具雕刻机、激光雕刻机等电脑雕刻加工的兴起与发展是时代发展的需要，电脑雕刻代替机械已是大势所趋。以广告业为例，许多广告行业的客户都经历过从手工刻字到使用电脑刻字

机，广告雕刻机的使用实现了机械代替手工的飞跃，电脑代替了人脑，字体标准规范同时又大大提高了生产效率。

随着近年来我国制造业的迅速发展，我国的雕刻机产业也获得了良好的发展机遇，有效地促进了我国雕刻机的生产和推广应用。我国的雕刻机起步于经济型机床，随着科学技术的进步，经过十多年的发展，已形成了多个国产品牌的雕刻机，如上海洛克公司生产的啄木鸟数控雕刻机、北京精雕公司生产的精雕数控雕刻机和南京科能公司生产的威克数控雕刻机等。上述各类型雕刻机的机床本体结构较为简单，控制器大多借鉴国外新技术，采用基于高档的微控制器或PC 的数控系统，伺服部分以步进电机细分驱动为主，可获得中等控制精度，但价格比较便宜，因此整机的性价比较高，适用于精度要求不太高的普及应用场合。对高精度的雕刻加工，目前我国尚以进口数控雕刻机为主，如意大利的左拉、日本的全量等品牌的数控雕刻机。这类数控雕刻机机床本体设计刚度好、精度高，采用伺服电机驱动，加工精度高，控制系统功能全、可靠性高，但价格昂贵，往往数倍于国产产品，因此主要应用于模具等高精度加工场合。

1.2.5 雕刻机的发展趋势

雕刻机作为制造业一个有力的工具，有着非常广阔的发展前景，随着计算机技术、电机技术、机械技术等各个科学技术的发展，雕刻机的功能将日益强大，性能将更趋稳定。雕刻机发展趋势总结如下：

1、更加精密

控制部分和机械部分精度的提高将极大地提高雕刻系统的精度，控制部分将向闭环伺服方向发展，通过反馈调整做到误差补偿，从而可以大幅度提高精度，机械部分将采用更高的滚珠丝杠和驱动电机，同时装配工艺的提高也将进一步提高系统的精度。

2、更加高效

高性能运动控制技术如DSP技术、32位单片机等的发展，驱动电机性能的提高，刀具性能的提高，采用规范的软件开发技术等等，都将会推动雕刻机系统向着高速、高效、高可能性的方向发展。

3、利用移动通讯技术和网络技术飞速的发展，雕刻机将朝着数字化、网络化的方向发展。

本课题是三轴全动式雕刻机设计。传统通用机床中的雕刻机床大都采用C形结构，或龙门结构，其运动模块通常采用动主轴与动件组合的模式，这种模式已非常成熟。但是在以小型零件为加工对象的条件下，进给轴要求的行程短，而因材料的多样化，主轴功率却不小。为此设计主轴固定型全动件三轴雕刻机。通过计算完成对三轴全动件雕刻机设计的可行性进行判定，对卧式三轴全动件雕刻机结构设计有一个直观的认识和理解，让自己所学的理论知识得到升华。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

本次毕业设计是完成整个设备的机械部分设计。主要内容是对其中的动力匹配、线轨选配、丝杠选配及运动部件内的配合关系设定以及运动空间的校核。

其中的关键和难点问题是满足额定载荷的情况下对整体布局、主轴箱、工作台的设计，以及动力选配，导轨丝杠的选配。

三、研究步骤、方法及措施（研究框架、技术路线和基本思路、方法；课题的创新及预期成果）

1.研究步骤与方法:

⑴收集相关资料，了解其发展状况及改进空间，总结并撰写开题报告和文献综述。

⑵确定机构方案设计及实施的可行性。

⑶结构设计，参数计算，选型校核。

⑷进行二维图和三维图的绘制。并完成总装图、部件图、零件图等。

⑸完成说明书，并准备答辩的ppt。

四、研究工作进度

5 阅读图纸，准备计算参数

6 完成设计计算

7-8 整体布局，图纸绘制

9-10 完成整体图纸

11-12 主要零件图的绘制

13 整理、修改、完成图纸

14 个人审图准备论文

15 图纸互审及论文整理

16 写计算说明

17 PPT进行最终答辩

五、主要参考文献

[1] 《机床设计手册》编写组编.机床设计手册.1978

[2]孙健.机械制造工艺学.1982

[3] 机械设计手册编委会.机械设计手册.2007

[4]王光斗, 王春福主编.机床夹具设计手册.2000

[5] 林美珍,卞慰萱. YAG激光雕刻机系列. 2003

[6] DIGRA系统与数字式电子雕刻机.2003

[7] 张策, 黄琪. 电子雕刻机雕刻头研究现状与发展.Vol.26 No2 2005:45-46.

[8] 徐萍. CIMT2009数控雕刻机展品简评. 2009.

[9] 安振国.吴善旺:探寻雕刻的快捷方式(J). 中国发明与专利.2011

[10]吴天强,李军.基于数控雕刻机的综合实训平台设计.2010

[11]龚志远.小型雕刻机的设计. 2011

[12]李士弘,宁生科,马保吉等. 一种小型数控雕刻机机械结构优化设

计..2010

[13]阮鸿雁, 陈建利, 陈俊强等. 基于SimMechaniics?的液压挖掘机机构

建模.2009

[14]孙奎, 谢宗武, 刘宏. 一种新的机器人动力学仿真分析方法.2008