广告型三维机械雕刻机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 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。 本文从系统的观点出发 ，根据机电一体化产品设计的基本原理、关键技术和研制原则，制定 了 广告型 三维机械雕刻机的总体设计方案，详细地分析了雕刻机系统的总体布局和结构方案、数控系统的运动方式以及主运动和进给运动系统 的 选择等， 同时进行了机械系统的设计和 实现，包括主运动和进给运动的设计计算， 控制系统的设计 ， 以及“三维雕刻”插补算法的选择、分析和实现过程，实现了该雕刻机系统的初步优化。 本课题的目的在于设计一种三维雕刻机，实现自动化、高速度、高精度的数控雕刻机加工，增强实用性和高效性。 关键词 ： 雕刻机 ,数控系统 ,机电一体化 ,三维， 插补算法 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 II On It is of of in is a It a in In we NC of on of of I of As as we is of is to a NC 3D， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 1 - 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 2 - 目 录 摘 要 . 文摘要） . 目 录 . 第一章 引 言 . 1 刻机概述 . 1 刻机 的 发展现状 . 1 制的雕刻机的特点 . 2 刻机的研制目标 . 3 制雕刻机的目的和意义 . 3 第二章 广告型三维机械雕刻机的总体设计方案 . 5 种雕刻机的简介 . 5 刻机的特点 . 5 口雕刻机的总体设计 . 5 告型三维机械雕刻机的总体方案 . 6 要内容 . 6 体布局 . 6 标系的确定 . 8 刻机的数控系统 . 9 刻机的机械部分 . 12 刻机的 控制部分 . 14 第三章 广告型三维机械雕刻机 机械系统 的 设计 . 19 计参数的确定 . 19 削力、切削扭矩和切削功率 的 计算 . 20 运动系统的设计计算 . 23 运动系统传动链的组成 . 23 轴 电动机 的设计计算 . 23 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 3 - 皮带和带轮的设计计算 . 24 给运动系统的设计计算 . 26 给系统传动链的组成 . 26 珠丝杠副的设计计算 . 27 作台进给 电动机 的设计计算 . 31 作台直线导轨副的设计计算 . 32 步带及带轮的设计计算 . 33 第四章 广告型三维机械雕刻机的控制系统设计 . 36 刻机控制系统的硬件设计 . 36 制系统的硬件 组成 . 36 储器及扩展电路 . 37 板操作键 . 38 能选择开关 . 39 示器的选择 . 40 源 . 40 型插补算法 . 41 结论 . 44 参考文献 . 45 致谢及声明 . 46 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 4 - 第一章 引言 20 世纪 60 年代以来，一大批高新技术群体逐步形成 ， 如微电子技术、信息技术、自动化技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术、海洋开发技术、激光与红外技术、光纤通讯技术等等。 这些高新技术已经且继续向经济、军事和社会生活的各个领域渗透，并以空前的规模向现实生产力迅速转化。 高新技术向产业的转移，推动了生产力的发展。 传统机械产业经机电一体化革命带来了优质、高效、低耗及柔性的优势，增强了产品在行业内的经济竞争能力。 因此，高新技术的应用得到各行业的极大重视。 特别是到 了 21世纪，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，迅速转化为巨大的经济效益。高新技术流向传统产业，引起传统产业的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业，在这场新技术革命的冲击下，产品结构和生产系统结构发生了质的跃变微电子技术、微型计算机技术使信息和智能与机械装置和动力设备有机结合，一方面极大地提高机电产品性能和产品竞争性，另一方面又极大地提高产品生产系统的生产效率和企业的经济竞争能力。 广告制作行业也充分享用了机电一体化革命的硕果，促使其加工制作的过程进入了一个广阔的新天地。 刻机概 述 刻机发展现状 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 机的使用范围无处不在。 雕刻机（ ，顾名思义就是用机器代替人工进行雕刻的设备。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 5 - 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 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。 国外的雕刻机，如美国“雕霸”、法国“嘉宝”和日本“御牧”是此行业的佼佼者，但价格非常昂贵。近几年国内的雕刻机，北京“精雕”、上海“啄木鸟”在国内也有一定的市场，但价格也不菲。 制的雕刻机的特点 雕刻机是一种典型的机电一体 化设备，体现在产品、设计、制造诸方面的特点有： 1简化机械结构，提高精度 采用调速 电动机 来驱动机械系统，从而缩短机械传动链，这不但简化了机械结构，而且减少了由于机械摩擦、磨损、间隙等引起的传动误差 。 2易于实现多功能和柔性自动化 在雕刻机中，计算机控制系统，不但取代其它的信息处理和控制装置，且易于实现自动检测、数据处理、自动调节和控制、自动诊断和保护，而且可自动显示、记录和打印等。此外，计算机硬件和软件结合就能实现柔性自动化，并且有很大的灵活性 。 3产品开发周期缩短、竞争能力增强 雕刻机可以采用专业化 生产的、高质量的机电部件，通过集成技巧来设计和制造，因而不但产品的可靠性高，甚至在使用期限内无需维修，从而缩短了产品开发周期，增强了产品在市场上的竞争能力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 6 - 刻机的研制目标 随着微电子技术和机电结合深度的发展，可不断提高产品附加值。雕刻机是一种典型的机电一体化设备，研制的总体目标是提高该产品在市场中的竞争能力。研制目标具体体现在以下几个主要方面： 1自动化 降低使用的复杂程度，降低劳动强度，减少操作人员数量，减少辅助工作时间，减少人为干预，稳定生产过程，提高生产效率 。 提高产品应用 功能的灵活性，适应用户多样化的使用要求。 将产品总体从软硬件结构上按功能划分为模块，各功能模块相对独立研究、发展和完善，通过标准接口联成系统。 提高数控系统的插补运算和控制速度，高速度直接与高效率相联系。实现系统高速化，不仅要求计算机及软件有很高的信息处理速度，而且要求系统各运动部件和驱动控制具有高速响应的特征和响应速度的匹配性。 度 保证在加工过程的质量控制，得到与其相适应的产品质量。 性 操作界面简单，易于实现加工控制；适合大部分 广告型 产品的加工 ， 并满足 其 质量的要 求。 制雕刻机的目的和意义 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买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 7 - 化。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。 研制广告型三维机械雕刻机的目的主要应用于广告行业的广告制作，主要包括以下几方面 ： 切 (把硬质的板材切割成文字或图案，主要用于 制作装饰用的立体字 ； 刻 (把文字和图案雕刻在材料表面，用于各种标牌 (胸牌、门牌、桌牌、礼品牌、设备铭牌等 )和礼品工艺品的制作 ； 雕 ( 用于三维立体作品和模具的制作。 本课题的意义 在于设计一 种 广告型 三维 机械雕刻机， 来 实现自动化、高速度、高精度的数控雕刻 加工要求。 对 于机电一体化系统 方案 的设计和 制定 有初步的了解和掌握，并为以后 的 工作 打下 坚实的基础。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 8 - 第二章 广告 型 三维机械雕刻机 的 总体设计方案 首先通过参考几种机 械雕刻机的特点并综合分析它们的总体方案，进而确定所研制三维机械雕刻机的总体设计方案。 种雕刻机简介 刻机的特点 进口雕刻机的设计和制造技术己相当成熟，质量也相当稳定。基本上都是结合速度、力量、准确性、灵活性和可靠性为一体，可进行雕刻、凿割、切割和刻绘等操作。接口先进，兼容目前世界流行的美工、标牌设计软件，可直接驱动或将设计好的文件输出。可在钢、铜、铝、木材、有机玻璃、塑料、人造大理石、等不同材料上雕刻。近几年来已占有国内需求市场的大部分的份额。进口雕刻机体现了国外在机电一体化产品上设计和 制造技术的实力和市场的承受能力。 进口雕刻机的设计总体上有以下几个特点 : 1. 采用造型艺术化，简洁明快，方便实用。 2. 采用机电互补方式，简化产品结构。 3. 主体采用框架式结构，简化设计过程。 4. 关键部件采用专业厂家生产的部件，保证产品质量。 5. 采用机电一体化关键技术，实现产品的智能化。 6. 符合系统设计评价的各个项目，适应市场需要。 口雕刻机的总体设计 由于进口雕刻机产地的不同、加工幅面不同， 反映在总体布局上存在一定的差异：通常大型机加工幅面较大 的 工件，多采用钢件框架结构，固定 工作台移动横梁，以获取较高的机械系统的刚性；小型机加工幅面较小 的 工件，多采买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 9 - 用铝合 金框架结构，移动工作台固定横梁，以获取较轻的整机重量，便于搬运；中型机两者兼有，针对不同的加工对象和加工特点，采用不同的方式。 进口雕刻机动力与执行元件多采用电 动 主轴（主运动）和伺服电机（进给运动）；传动和导向装置多采用滚珠丝杠和滚动直线导轨；控制系统多采用单板机实现数字控制雕刻的过程；在操作上多用专用的计算机编辑平台软件对图案进行编辑处理和输出，带有液晶显 示的手持式或固定式按键面板，对雕刻机进行初始设置和进行交互操作； 外置式控 制箱 ；在人机安全上采用防护设计和急停设计，确保操作安全。 告型三维机械雕刻机 的 总体方案 要内容 广告型 三维机械雕刻机实际上是一种 小型 台式数控铣床， 其 总体方案的制订 需 着重考虑三大方面：机械部分、智能电子控制部分和编辑输出平台部分。 机械部分：研究确定总体布局的型式、有效雕刻区域、滚珠丝杠的结构型式和参数、直线导轨的结构型式和参数、主 电动机 的结构型式和参数、步进 电动机 的结构型式和参数、主运动和进给运动的传递方式和转速范围等。 智能电子控制部分：研究确定总体布局型式、主电 动 机 的 调速方式、步进电 动 机的驱动方式、插补算法 。 编辑输出平台部分：研究选定首选的 控制系统 ，要求操作简单实用、功能完善、性能稳定、价格合理等。 体布局 雕刻机总体布局的基本要求有以下几点： 1首先必须满足如加工范围、工作精度、生产率和经济性等 各种要 求。 2 经济、 合 理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 10 - 3 于操作、调整和维修；便于输送、装卸工件和切屑 清理；注意防护，确保安全。 4 合理可靠，便于加工和装配。 在满足总体布局 基本要求的基础上，还应当考虑影响雕刻机布局的基本因素 ： 不同形状的加工表面往往采用不同的刀具来加工，从而表面 成 形运动的形式和数目就不同，并导致布局的差异。相同形状的加工表面，由于工件的技术要求和生产率要求等不同，也可以采用不同的刀具， 用 不同的表面形成运动来加工，从而形成不同的布局。由此可知，工件表面形成运动直接决定了雕刻机布局的形式 ， 是影响雕刻机布局的决定性因素。因而，在布局雕刻机时，必须根据加工要求，全面、综合地考虑工件的表面形成方法及运动 ，以期作出具有较好技术经济效果的布局设计。 工件表面形成方法及运动相同，而雕刻机的运动分配不同，雕刻机的布局也不同。对于同一种运动分配的布局，由于导轨的布置及其它结构型式的不同，也将使雕刻机的布局出现变化。在分配雕刻机运动时，一般应注意以下三点 ： (1)移动部件的重量应尽量轻。在其他条件相同的情况下， 重量 越小，所需电动机 功率和传动 部 件的尺寸也越小。 (2)应有利于提高加工精度。 (3)应有利于提高雕刻机刚度，缩小占地面积。 3 工件的尺寸、重量和形状的影响 工件的表面形成运动及雕 刻机部件的运动分配基本相同，重量和形状的不同，雕刻机的布局也会有很大差异。 通过查阅相关的 文献资料，雕刻机基本布局形式通常有如图 示的两种方案： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 11 - 图 刻机的布局简图 这两种布局都采用龙门 式 框架结构，雕刻机的刚度均较高。 布局 (1)方案中，工作台固定，雕刻头作横向和上下移动，立柱作纵向移动。该方案便于变形为不同纵向长度的雕刻机。由于工作台不动，承载能力好，适合加工较重的工件。在使用外伸支架支撑纵向长工件进行批量加工时，支点高度相同，故支架支撑调整方便。但雕刻头运动精度较难保证且立柱移动较笨重 。 布局 (2)方案中，立柱固定，雕刻头作横向和上下移动，工作台作纵向移动。由于工作台移动，承载能力较布局 (1)方案差。若设计所承载 的工件 较轻，这种布局方式所需 电动机 功率和传动件的尺寸较小，移动较轻便。在使用外伸支架支撑纵向长工件进行批量加工时，支点高度相同，故支架支撑调整方便，但支架结构较布局 (1)方案略显复杂。该方案的最大优势在于雕刻头运动精度较易保证。 经以上比较，充分考虑到布局的基本要求、影响布局的基本因素及 广告型三维机械雕刻机 的设计参数，可采用布局 (2)的 方案。 标系 的确定 雕刻机的坐标 系 采用右手法则，直角卡笛儿坐标系统。基本坐标轴为 X 、Y 、 Z 直角坐标，对相应每一个旋转运动符号为 A 、 B 、 C ，如图 2. 2 所示。Z 轴为平行于雕刻机主轴的坐标轴，垂直于工件装夹 面。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 12 - 图 手坐标系统 刻机的数控系统 1 运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、轮廓控制系统。雕刻机要求完成“切”、“刻”、“雕”等不同功能，其中“切”、“刻”是两坐标联动控制，具有两坐标联动的插补运算功能和刀具半径补偿功能。即在平面 上不管加工零件的轮廓是由何种线段组成，加工时通常用小段直线来逼近曲线轮廓。如图 示，用圆柱铣刀“切”或“刻”轮廓侧面时，数控系统控制的刀具中心相对工件在单位时间内，同时在两坐标轴移动 刀具中心对工件的合成位移则由轮廓曲线的等距线上的点 I 移到点 J ，从而在工件上加工出小段直线 来逼近轮廓曲线上的 段。连续控制两个相对位移分量便可加工出多段小直线组成的折线来逼近曲线轮廓。而“雕”则是加工空间轮廓，则需要三坐标联动控制，根据轮廓形状和加工刀具形状的不同可分为“雕”浮雕和“雕”三维文字两种。“雕”浮雕是三坐标控制两坐标联动，用“行切法”进行加工，也称为两轴半控制，即以 X 、 Y 、Z 三轴中任意两轴作插补运动，第三轴作周期进给。如图 Y 向分为若干段，雕刻刀沿平面的曲线进 行插补加工，当一段加工完后进给 y ，再加工另一相邻曲线，如此依次用平面曲线来逼近整个空间曲面。“雕”三维文买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 13 - 字是三坐标控制三坐标联动，如图 雕刻路径进行空间直线插补，利用雕刻刀的几何形状来实现三维文字的特定效果。 图 面轮廓的成形图 图 切法加工空间轮廓图 图 坐标联动加工 经上述分析，雕刻机的数控系统应采用三坐标控制三坐标联动的空间轮廓控制系统。 2 主运动系统和进给运动系统的确定 雕刻机的数控系统包括主运动系统和进给运动系统两部分。根据伺服系统的被调量有无检测和反馈可 分为开环控制、闭环控制和半闭环控制。该系统应满足工作精度、调速性能、负载能力、响应速度和稳定性的要求。 采用直流或交流伺服 电动机 驱动的闭环控制方案的优点是可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差，消除间隙干扰等对加工精度的影响。但它结构复杂、技术难度大、调试和维修困难、造价高。采用直流或交流伺服电机驱动的半闭环控制，其性能介于开环和闭环控制之间。由于调速范围宽、过载能力强，又采用反馈控制，因此性能远优于以步进 电动机 驱动的开环控制。由于反馈环节不包括大部分机械传动元件，调试比闭环简单，系统和稳定 性较易保证，所以比闭环容易实现。但是，采用半闭环控制，调试比开环复杂，设计上也要有自身特点，技术难度较大。因为本设计任务的目标精度不很高、负载变化不大，加之开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点，开环控制应优先选用。 综上所述，雕刻机的主运动系统采用以直流 电动机 驱动的开环控制；进给运动系统采用以步进 电动机 驱动的开环控制。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 14 - 主运动系统和进给运动系统的组成原理图分别如图 图 运动系统组成原理图 图 给运动系统组成原理图 3 数控系统的硬件 设计 任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整个数控系统的工作性能。数控系统中的关键部分是数控装置 。 数控装置的设计方案通常有： (1)全部自己设计、制作； (2)采用单板机或 块或工控机改制； (3)选用现成的数控装置作少量的适用化改动或配接 ； 雕刻机的设计中，考虑到经济性的原因，主控部分自行设计制作 。 自行设计的数控装置中， 选择是十分重要的环节。考虑到： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 15 - (1)时钟频率和字长与被控对象 的运动速度和精度密切相关； (2)可扩展存储器的容量与数控的功能的强弱相关； (3)指令系统功能强弱与编程的灵活性相关； (4) l/0 口扩展的能力与对外设控制的能力相关； (5)开发手段，含支持开发的软件和硬件电路，与开发周期、推广应用相关。另外，还应根据数控系统应用场合、控制对象以及性能、参数要求等，综合起来考虑以确定 目前在数控系统中常用的 片很多。雕刻机的数控系统中，在完全满足设计要求需要的情况下，首先考虑它们的配套芯片价廉，普及性、通用性强，制造和维修方便。 综上所述，三维雕刻 机的数控系统中采用 8031芯片为核心的单片机系统。 刻机的机械部分 机械本体部分是雕刻机的骨架，有底座、立柱、工作台、机头和主轴组件等部分。在保证整个系统的机械刚性的前提下，为了简化设计的结构，减轻整机重量，缩短产品的设计和制造的周期，其主体框架采用铝合金拉延型材和轧制铝板制造，防护件用塑料件和钣金件制造，用标准的紧固件和定位销连接。 雕刻机主运动方案通常有两种方案：直接采用专用的雕刻头或采用直流 电动机 带动主轴机构。专用的雕刻头必须配以与之配套的变频调速装置，价格相对昂贵。从经济性的角度出发，经济型的雕刻机则不宜采用。由于直流 电动机具有以下特点： (1)调速范围宽 其转子转速可在宽广的范围内连续调节并稳定运行。 (2)特性呈线性 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 16 - 不论机械特性还是调节特性都呈现良好的线性度 ,即在整个调节范围内，转速随转矩的变化关系或是转速随控制电压的变化关系都是线性的。 (3)快速反应 在输入控制信号的作用下，转子能迅速地反应动作，时间常数小。 故优先选用直流 电动机 带动主轴机构的方案。直流 电动机 和主轴组件之间采用平皮带升速传动，可选择合适的传动比（ i=2 ) ，刀具的回转精度和轴向窜动 的控制由主轴组件保证，降低直流 电动机 转速和精度等性能的要求，同时也可隔断 电动机 振动的传递和过载保护作用。 由前所述，采用横梁固定、工作台移动实现相对运动的方式，机头在横梁上移动（ X 向），实现雕刻宽度；工作台在底座上移动（ Y 向），实现雕刻长度；主轴组件上下移动（ Z 向），实现雕刻深度。 由于滚珠丝杠副具有以下特点： (1)传动效率高 高达 85 98% ，对机械小型化、减少启动后颤动和滞后时间以及节约能源等方面具有重要意义。 (2)运动平稳 工作过程中摩擦阻力小，灵敏度高，而且摩擦系数几 乎与运动速度无关，启动和运动的摩擦力矩差别不大。所以运动平稳，启动无颤动 、 低速无爬行。 (3)传动可逆性 正传动与逆传动的传动效率几乎相同。 (4)可预紧 通过对螺母施加预紧力能消除滚珠丝杠副的间隙，提高轴向接触刚度，摩擦力矩却增加不大。 (5)定位精度和重复定位精度高 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 17 - 由于滚珠丝杠副具有传动效率高、运动平稳、可预紧等特点，所以在工作过程中温升较小，无爬行。并可消除轴向间隙和对之进行预拉伸以补偿热膨胀，能获得较高的定位精度和重复定位精度。 (6)同步性好 (7)使用寿命长 滚珠丝杠和螺母的材料均为合金钢，螺 纹滚道经过热处理和磨削达到所需的精度和表面粗糙度。 (8)使用可靠，润滑简单，维修方便。 因此各运动链中传动件均采用滚珠丝杠副。步进 电动机 通过同步带和滚珠丝杠副连接，可选择合适的传动比和隔断 电动机 振动，使保证运动的传递平稳，结构较为紧凑。 由于滚动直线导轨副具有以下特点： (1)摩擦系数小，运动灵活。 (2)动、静摩擦系数基本相同，因而启动阻力小，且不易发生爬行。 (3)可以预紧，刚度高。 (4)寿命长。 (5)定位精度和重复定位精度高。 因此各运动链中支承件均采用滚动直线导轨副。 4加工材料固定方案 雕 刻机的工作台面上两边有参考标尺用作参考，当在台面中放置工件时使之与零点绝对坐标轴相应平行。工作台面上还设计有多条 T 型槽，对于较小和较轻的工件可用双面胶带将之粘贴在工作台平面上即可；对于较大和较重的工件，可用专用的夹持器或压板将之固定。专用的夹持器或压板的压紧块部分用非金属材料制造，避免误动作时对刀具和主轴造成危害。 刻机的 控制部分 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 18 - 主控部分以 8031 芯片为核心， 过扩展后端口检测限位、对刀传感器的信号，接收用户的按键操作。 通过扩展 I/0 端口完成控制功能，如控制液晶 模块实时显示机器当前的工作状态，向三方向的步进电动机驱动器发送脉冲信号等。其 原理图 如 示。 图 控部分控制原理图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 19 - 动机 控制方案 由于 线路简单、调速范围宽、快速性好、电流波形系数好、附加损耗小、 效率高、体积小、重量轻、寿命长、频带宽、滞后小、非线性小、维修方便、性能 /价格比优良、对环境敏感度低的优点，因此选用 动机 进行调速控制。 该驱动装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要改变一 个周期内“接通”与“断开”的时间长短，通过改变直流伺服电动机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。控制原理框图如图 图 动装置控制原理图 步进式伺服系统主要由步进 电动机 和步进 电动机 驱动控制电路两部分组成，其结构如图 示。其功能为将具有一定频率 f、 换成控制步进 电动机 各相定子绕组通电、断电的电平信号变化频率、变化次数和通电顺序。 图 进式伺服系统结构图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 20 - 其驱动 控制电路包括以下五部分： （ 1）脉冲混合电路。 功能是将插补器运算输出的进给脉冲、手动进给脉冲、齿隙进给脉冲以及回原点脉冲，混合归并为使步进电动机正向转动的进给脉冲和反向转动的反向进给脉冲。 （ 2）加减脉冲分配电路。 其功能是根据步进电机的原转向和可逆计数器的存数状态，将正向和反向进给脉冲作加法计数或减法计数后，再决定进给脉冲进入可逆计数器。若步进电动机正转，则 输入正向脉冲，若反转则输入反向进给脉冲，不管可逆计数器是否全为零，均作加法计算，当可逆计数器非全零时步进电机正转，输入反向进给脉冲；步进电机反转，输 人正向进给脉冲，均作减法计算。 （ 3）加减速电路。 根据步进电动机的加减特性，要求进入步进电机定子绕组的电平信号的频率变化要平滑，而且应具有一定的时间常数，但各进给脉冲频率的变化是跃变的，因此，首先应对跃变频率 进行缓冲，再进入步进电动机绕组，以保证步进电动机可靠、正常工作。 （ 4）环形分配器。功能是将数控装置送来的一串进给脉冲按一定的规律分成若干路去控制步进电动机的几个绕组，使其正向转动和反向转动。 （ 5）功率放大器。从环形分配器送来的电流只有几毫安，步进电动机的定子绕组需要几安到几十安的励磁电流，其功能就 是进行电流放大和功率放大。 在步进式伺服系统中，驱动控制线路将输入的进给脉冲数量 N、频率 动机 ，再 经 带轮传动、 丝杠传动转换为移动部件的位移量、进给速度和进给方向，用以满足雕刻机伺服系统对位移控制的要求。 其 控制过程如下 : (1)移动部件位移量控制过程 进给脉冲数量 N 定子绕组通电状态变化次数 N 步进 电动机 转角 工件 的位移量 L 。 (2)移动部件进给速度控制过程 进给脉冲的频率 f 步进 电 机 转角 =N 移动部件的进给速度 v = /t。 (3)移 动部件运动方向控制过程 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 21 - 改变步进 电动机 定子绕组的通电顺序可使步进 电动机 正转和反转，从而改变移动部件的移动方向 的 进给脉冲 。 4 传感器选型方案 传感器是一种以一定的精确度将被测量转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量的测量部件或装置。用传感器来确定雕刻机 X 、Y 、 Z 向的绝对零点坐标 。可选用二值型无接点型传感器，二值就是 1（开）和 O（关），工作原理如图 示。如果传感器的输入量达到某个值以上，输出为 1，反之输出为 O。这个临界的某值就是开关的设定点 。 图 值型传感器的工作原理 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 22 - 第三章 广告型 三维机械雕刻机 的 机械系统 的 设计 本章详细介绍了广告型三维机械雕刻机机械部分的主要零部件，如主轴 电动机 、 步进 电动机 、传动部件和支承部件的详细设计计算及选型过程。 计参数的确定 由课题所给的设计参数，结合广告型三维机械雕刻机的总体设计方案，初步确定该雕刻机机械部分的主要参数，如表 表 械设计参数表 项目 参数 单位 主轴最高转速 n=20000 r/大进给速度 3600mm/作台部件总重量 40W 台 件最大重量 20W 件 作台总行程 (Y) L 300台 车部件总重量 W 10车 车总行程 (X) L 500车 轴总行程 (Z) L 60轴 位精度 25 m 脉冲当量 用寿命 20000 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 - 23 - 削力、切削扭矩和切削功率计算 广告型 三维机械雕刻机的加工对象主要是针对非金属材料和铝合金材料的雕刻加工。这些材料具有较高的强度和良好的塑性。 用硬质