小型简易雕刻机设计毕业设计论文.docx

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摘要

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，它能加工的材料的范围非常广，

既可以加工铜、铝等金属材料，又可以加工塑料、陶瓷、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及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及控制系统的设计，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

I

Abstract

TheDesignOfSmallSimpleEngravingMachine

Abstract

CNCengravingmachineisamechatronicsmachinetoolusedforcarvingprocessing,itcanbe

processedmaterialsrangeisverywide,canbeprocessingcopper,aluminumandothermetalmaterials,andprocessingnon-metallicmaterialssuchasplastic,ceramic,stone,thereforethey

arewidelyusedinallwalksoflife,hasverybroadmarketprospects.TheuseofCNCengravingmachinegreatlyimprovetheefficiencyofthecarvingprocess,providedtheimpetustothedevelopmentofmanufacturingindustry.

CNCengravingmachine,throughitscontrolsystemtocontrolthestepmotorandelectricspindle,steppermotorthroughcouplingdrivescrewrotation,againleadscrewdrivescrewnutanditsfixedpartsdolinearfeedmovement,motorizedspindledrivetoolrotaryagainatthesametime,soastorealizeengravingmachineinX,Y,Zthreedirectionsofcarvingprocessing.

Thisdesignadoptssteppermotortofeedmovementasthedrivemotor,servomotorcontrolismoresimple,thecostislower.Theballscrewnutpairandelasticcouplingasthemaintransmissionparts,geardriveitsbetterstability,structureismorecompact,moreeasytoguaranteemachiningaccuracy.Withlinearrollingguideasguideparts,truerlineslideguideitssmallerfrictioncoefficient,positioningaccuracyishigher,longerlifeandnoteasytoappearthecrawlingphenomenon.

TheexpectedpurposeofthisdesignisimplementedthroughthedesignofCNCengravingmachinebasedonsinglechipmicrocomputercontrolthethreeaxeslinkagecontrol,basedonthegeneraldesignoftheCNCengravingmachinemechanicalsystem,thedesignofthemaincomponentsofmechanicalsystemandthedesignofthecontrolsystem,finallymakethedesignoftheCNCengravingmachinecancompleteinX,Y,Zthreedirectionsofcarvingprocessing,toachievetheintendedpurpose.

Keywords:

engravingmachine;CNCmachinetools;desig

目录

目录

摘要.........................................................................................................................

Ⅰ

Abstract....................................................................................................................

Ⅱ

第1章

绪论 1

1.1

数控雕刻机综述 1

1.2

研制雕刻机的目的和意义 1

1.3

数控雕刻机的特点 2

1.4

数控雕刻机的应用 2

1.5

我国数控雕刻机的发展现状 3

第2章

机械系统总体设计 4

2.1

整体结构设计 4

2.1.1总体布局的基本要求 4

2.1.2雕刻机总体布局的设计 4

2.1.3雕刻机的坐标系统选择 5

2.1.4雕刻机的机械结构 5

2.2

进给系统 6

2.3

主传动系统 6

第3章

机械系统主要零部件设计 7

3.1

主要技术参数 7

3.2

主要零件的设计 7

3.2.1主轴电机的选择 7

3.2.2步进电机的选择 8

目录

3.2.3

X轴滚珠丝杠螺母副及其支承轴承的选择 9

3.2.4

Y轴滚珠丝杠螺母副及其支承轴承的选择 13

3.2.5

Z轴滚珠丝杠螺母副及其支承轴承的选择 17

3.2.6导轨副——直线滚动导轨的设计与选择 20

3.2.7联轴器的选择 22

3.2.8滚珠丝杠的校核 23

3.2.9步进电机的校核 26

第4章

数控系统主要零部件设计 29

4.1

确定机床控制系统方案 29

4.2

主要芯片配置 30

4.2.1单片机芯片选择 30

4.2.28031单片机的主要特性及引脚 30

4.2.3RAM的选用 31

4.2.4EPROM的选用 31

4.2.58031单片机I/O口扩展

.................................................................31

4.3

键盘设计 32

4.4

显示器设计 33

4.4.1显示器显示方式的选用 33

4.4.2显示器接口 33

4.5

越界报警电路 34

4.6

步进电机接口电路及驱动 34

4.7

部分程序 35

目录

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 错误！

未定义书签。

致

谢 51

III

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，有用来加工陶瓷的，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相同，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，它能够完成钻、铣等工艺，它的刀具包括各种钻头及铣刀等，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，许多

9

图1-2

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