雕刻机总体及电气控制部分设计概述.docxVIP

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 1 1.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(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 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 34 微型雕刻机总体及数控系统选用设计 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。 33 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 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