基于pc機的小型雕刻機的設(shè)計【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p>　　機械設(shè)計制造及自動化</p><p>　　基于pc機的小型雕刻機設(shè)計</p><p><b>　　1選題的背景、意義</b></p><p>　　自從有了人類的社會活動以后，就有了雕刻這一行業(yè)，伴隨著人類社會文明的發(fā)展，現(xiàn)如

2、今人們對雕刻業(yè)有了全新的認(rèn)識，電腦雕刻加工的興起與發(fā)展是時代發(fā)展的需要，電腦雕刻代替機械已是大勢所趨。在雕刻這一行業(yè)里，光有刻字機是產(chǎn)生不了多少的經(jīng)濟效益，所以必須增加新的業(yè)務(wù)，電腦雕刻加工就是目前理想的選擇，雖然有些地區(qū)電腦雕刻加工業(yè)務(wù)量不是很多，但它是雕刻行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。</p><p>　　PC技術(shù)的迅速發(fā)展使其在各個工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。PC技術(shù)是現(xiàn)代社會最重要的生產(chǎn)力，無論是哪個領(lǐng)域，對PC技術(shù)

3、進行純熟滲透的運用必將推動行業(yè)更快更穩(wěn)的發(fā)展及普及。計算機數(shù)控雕刻技術(shù)是傳統(tǒng)雕刻技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它秉承了傳統(tǒng)雕刻精細(xì)輕巧、靈巧自如的操作特點，同時利用了傳統(tǒng)數(shù)控加工中的自動化技術(shù)，并將二者有機的結(jié)合在一起，成為一種先進的雕刻技術(shù)。所有這些技術(shù)最終都是通過CNC雕刻機轉(zhuǎn)化為真正的生產(chǎn)能力。CNC雕刻機集計算機輔助設(shè)計技術(shù)（CAD)技術(shù)、計算機輔助制造技術(shù)（CAM技術(shù)）、數(shù)控技術(shù)（NC技術(shù)）、精密制造技術(shù)于一體，是目前最先進的

4、雕刻設(shè)備，代表了最先進的雕刻技術(shù)。使用CNC雕刻技術(shù)和CNC雕刻機已經(jīng)成為雕刻行業(yè)的一種潮流。[2]</p><p>　　針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，所要求的雕刻機的性能各不相同。本項目的目的就是利用PC機的并口等現(xiàn)有資源，提供一種低價、高效、簡便的數(shù)控雕刻系統(tǒng)的解決方案。在各類雕刻機價格昂貴的市場情況下，通過本項目的研究，為中小用戶，尤其是個人用戶提供低價的雕刻機，從而拓寬現(xiàn)有雕刻機的用戶群，普及國內(nèi)雕刻機。</

5、p><p>　　2相關(guān)研究的最新成果及動態(tài) </p><p>　　國外的雕刻機，如美國“雕霸”、法國“嘉寶”和日本“御牧”是此行業(yè)的佼佼者，但價格非常昂貴。近幾年國內(nèi)的雕刻機，北京“精雕”、上?！白哪绝B”在國內(nèi)也有一定的市場，但價格也不菲。雕刻機的應(yīng)用在各行各業(yè)中的應(yīng)用已日益廣泛，然而國內(nèi)市面上出現(xiàn)的雕刻機，雖然性能較好，但價格也非常昂貴。普通的雕刻機令一些小單位及個人用戶望而卻步。因此，設(shè)計

6、制造既能滿足客戶所需，又價格適中的雕刻機是市場需求。隨著今年來我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展，有效地促進了我國數(shù)控雕刻機的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。我國的數(shù)控雕刻機起步為經(jīng)濟型數(shù)控機床大多本體結(jié)構(gòu)較為簡單，控制器大多借鑒國外新技術(shù)，采用基于高檔的微控制或PC的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進電機部分驅(qū)動為主，可獲得中等控制精度，但價格比較便宜，因此整機的性價比較高，適用于精度要求不太高的普及應(yīng)用場合對高精度的雕刻加工，目前我國尚以

7、進口數(shù)控雕刻機為主。這類數(shù)控雕刻機機床本體設(shè)計剛度好、精度高、采用伺服電機驅(qū)動、加工精度高、控制系統(tǒng)功能全、可靠性好，但價格昂貴往往倍于國產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應(yīng)用于模具等高精度加工場合。</p><p>　　3課題的研究內(nèi)容及擬采取的研究方法（技術(shù)路線）、研究難點及預(yù)期達到的目標(biāo)</p><p><b>　　3.1研究的內(nèi)容</b></p><p>

8、;　　電腦雕刻機由計算機，雕刻機控制器 ，雕刻機主機三部分組成。工作原理：是通過計算機內(nèi)配置的專用雕刻軟件進行設(shè)計和排版，并由計算機把設(shè)計與排版的信息自動傳送至雕刻機控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動步進電機或伺服電機的帶有功率的信號(脈沖串)，控制雕刻機主機生成X,Y,Z三軸的雕刻走刀路基徑。同時，雕刻機上的高速旋轉(zhuǎn)雕刻頭，通過按加工材質(zhì)配置的刀具，對固定于主機工作臺上的加工材料進行切削，即可雕刻出在計算機中設(shè)計的各種平面或立

9、體的浮雕圖形及文字，實現(xiàn)雕刻自動化作業(yè)。[2]</p><p>　　由于本項目的內(nèi)容是利用PC機的并口等現(xiàn)有資源，提供一種低價、高效、簡便的數(shù)控雕刻系統(tǒng)的解決方案。在各類雕刻機價格昂貴的市場情況下，通過本項目的研究，為中小用戶，尤其是個人用戶提供低價的雕刻機，從而拓寬現(xiàn)有雕刻機的用戶群，普及國內(nèi)雕刻機。而小型數(shù)控雕刻機很好地滿足了我們的要求。首先小型數(shù)控雕刻機采用PC機直接進行數(shù)字控制，能進行高精度的三維自由曲面

10、雕刻。雕刻機與PC機通過USB接口連接，無需專用的數(shù)控系統(tǒng)，操作簡便、界面友好、具有良好的開放性。整個系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)簡單、很容易根據(jù)客戶需求增加各種固定加工模式等功能定制。市場前景廣闊。系統(tǒng)生產(chǎn)成本低、所需投資小。</p><p><b>　　3.2研究的方法</b></p><p>　　小型雕刻機的基本設(shè)計思想主要有以下幾點：</p><p&g

11、t;　　（1）應(yīng)用PC機的強大計算功能，將譯碼、刀補、插補、加減速控制等放在PC上解決，最后PC上形成的是各向步進電機的控制脈沖。</p><p>　　（2）應(yīng)用PC機的并口直接輸出各向步進電機的控制脈沖，以控制工作臺的移動。</p><p>　?。?）步進電機的驅(qū)動采用集成的驅(qū)動芯片。</p><p>　?。?）通過限位開關(guān)以及各運動方向的使能開關(guān)來保證雕刻機的安

12、全工作</p><p>　　小型雕刻機的基本設(shè)計原則主要有以下幾點：</p><p>　　在要求的性能指標(biāo)下，對于各應(yīng)用部件盡量選擇成品以降低成本。</p><p>　　產(chǎn)品設(shè)計得盡量的輕而小。</p><p>　　根據(jù)雕刻機的基本設(shè)計思想和設(shè)計原則要求我們學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外研究的產(chǎn)品技術(shù)根據(jù)設(shè)計要求和原始資料進行初步的計算；查找相關(guān)資料并閱讀

13、，并最終確定結(jié)構(gòu)方案；設(shè)計并計算的內(nèi)容包括數(shù)控雕刻機機械部分的主要零部件，如傳動部分、支撐部件、控制電機等。利用UG三維軟件，繪制雕刻機的三維實體零件圖及重要零件圖。</p><p><b>　　3.3 研究的難點</b></p><p>　?。?）雕刻機工作方式的選擇</p><p>　　運動方式一般有兩種形式:一種是刀具既轉(zhuǎn)動又進行三個方向

14、的運動，另外一種方式是刀具只進行轉(zhuǎn)動和垂直方向的上下運動，而工作臺進行水平兩個方向上的移動。若采用第一種方式，則會因為三個方向的運動部件都集中在垂直升降機構(gòu)上，容易造成整個機構(gòu)重心過高，如果機構(gòu)底座質(zhì)量不足以承受雕刻過程中產(chǎn)生的振動，那就會影響雕刻的效果。而且這樣會造成整個機構(gòu)體積過于龐大，不利于安裝、搬運和維護。</p><p>　?。?）主要直線傳動元件的選擇</p><p>　　直線

15、傳動元件一般有兩種:同步帶和絲杠。因為同步帶傳動平穩(wěn)，傳動精度較高，目前的針式打印機和部分機械雕刻系統(tǒng)均采用同步帶作為直線運動原件。對于數(shù)控機床而言，直線傳動機構(gòu)都采用絲杠，因為絲杠傳動精度高。因此，在本項目中，采用絲杠為直線運動元件，可達到預(yù)期的目的。而且絲杠作為標(biāo)準(zhǔn)件，只需按標(biāo)準(zhǔn)型號及尺寸進行設(shè)計和選用即可。</p><p>　?。?）PC機與機械傳動機構(gòu)的信號通訊方式的選擇</p><p

16、>　　要開發(fā)通訊部分，就要進行硬件的開發(fā)，就是要在計算機與外設(shè)之間架設(shè)一座橋，進行物理連接。要開發(fā)硬件，總的來說有兩種途徑:一條是自己動手開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的計算機接口卡，另一條途徑是在現(xiàn)有的計算機硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，稍加改進而利用已有的標(biāo)準(zhǔn)接口卡進行通訊。在第一種方法中，需要自己設(shè)計接口電路，勞動量大，且在使用時要占用PC機的一個擴展槽;若使用第二種方法，不但設(shè)計簡單、危險性小，而且節(jié)省計算機插槽空間。因此本設(shè)計采用PC機的并口進行上下位機

17、的通訊。</p><p>　?。?）總體方案的選擇</p><p>　　用戶我們研制的軟件導(dǎo)入在CAD軟件中產(chǎn)生的G代碼后，該軟件將對G代碼進行譯碼、刀補處理、速度預(yù)處理、插補運算，獲得包含X-Y-Z三個方向配合運動需控制字節(jié)的數(shù)據(jù)文件，即為雕刻數(shù)據(jù)，然后將控制字節(jié)逐個向打印口輸出，這樣與打印口相連的X-Y-Z三個方向的步進電機就分別可以得到動作信號，從而帶動各自的執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生動作。<

18、;/p><p>　　3.4 研究的預(yù)期目標(biāo)</p><p>　　利用PC機的并口等現(xiàn)有資源，提供一種低價，高效，簡便的數(shù)控雕刻系統(tǒng)的解決方案。在各類雕刻機價格昂貴的市場情況下，通過本項目的研究，為中小用戶，尤其是個人用戶提供低價的雕刻機，從而拓寬現(xiàn)有雕刻機的用戶群，普及國內(nèi)雕刻機。</p><p>　　4研究工作詳細(xì)進度和安排</p><p>　

19、　2010.11.30 下達任務(wù)書；2010.12.16-12.31 完成文獻綜述、外文翻譯初稿；2011.1.10前 完成外文翻譯、文獻綜述；2011.2.28前 完成開題報告； 2011.4.21-4.30 中期檢查畢業(yè)論文的進展情況；</p><p>　　2011.5.4-5.15 撰寫論文，完成設(shè)計（論文）初稿； 2011.5.16-5.20 檢查

20、、修改論文，定稿，上交論文；</p><p>　　2011.5.21-5.24 論文評審，準(zhǔn)備答辯； 2011.5.27-5.28 畢業(yè)答辯。</p><p><b>　　5參考文獻</b></p><p>　　[1] 吳慧蘭．計算機數(shù)控雕刻技術(shù)及其應(yīng)用前景[J]．機械設(shè)計與制

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