三轴联动激光切雕一体机设计【原创含7张CAD图带开题报告】
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三轴联动激光切雕一体机设计【含7张CAD图带开题报告】
【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下：
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充值后即可下载预览所包含的全套带图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609I三轴联动激光切/雕一体机设计THE DESIGN OF THE THREE AXIS LINKAGE LASER CUTTING / ENCARVING MACHINE摘要激光切割和雕刻加工是以数控技术为基础，激光作为加工媒介，使待加工材料在激光的照射下，被照射部位温度瞬间升高，发生熔化和气化，从而达到去除材料的目的。为了提高三轴联动激光切/雕一体机的加工精度并尽可能的降低制造成本，应用现代CAD/CAE 技术来设计和分析三轴联动激光切/雕一体机的相关零部件十分必要。本课题基于既定的性能指标，设计了一种基于同步带和滚柱丝杠传动的三轴联动激光切/ 雕一体机的机械结构。在整个设计过程中，首先对三轴联动激光切 /雕一体机的发展状况进行了调研；其次根据设定好的性能指标，对机器进行整体的设计计算，并对关键零部件进行了校核；然后使用 SolidWorks 建模软件对三轴联动激光切 /雕一体机进行了三维建模、整机装配以及运动仿真工作；最后再利用 ANSYS 完成对三轴联动激光切/ 雕一体机关键部件的静力学分析。主要完成工作如下：1）进行了充分的市场调研，对三轴联动激光切/雕一体机的多种设计方案进行了详细的对比分析之后，确定了三轴联动激光切/雕一体机的总体方案。2）根据所学知识设计三轴联动激光切/雕一体机，并使之达到设定的性能指标。3）使用 SolidWorks 建模软件对三轴联动激光切/雕一体机进行了三维建模、整机装配以及运动仿真工作。4）利用 ANSYS 对三轴联动激光切 /雕一体机的关键部件进行了静力学分析，校核了方案的可行性和合理性。最后采购相关的零部件，进行了机器的实物装配。关键词 三轴联动；激光切/雕；运动仿真；静力学 分析 充值后即可下载预览所包含的全套带图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609II充值后即可下载预览所包含的全套带图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609IIIAbstractLaser cutting and encarving are based on numerical control technology, and laser is used as the processing medium, so that the material to be processed is irradiated by laser, the temperature of the irradiated part rises instantaneously, melting and gasification, so as to achieve the purpose of removing material. In order to improve the machining precision of the three axis linkage laser cutting / encarving machine and reduce the manufacturing cost as much as possible, it is necessary to apply modern CAD/CAE technology to design and analyze the related parts of the three axis linkage laser cutting / encarving machine.Based on the established performance index, this paper designs a mechanical structure of three axis linkage laser cutting / encarving machine based on synchronous belt and roller screw drive. In the whole design process, the development of the three axis linkage laser cutting / encarving machine is investigated. Secondly, according to the set performance index, the machine is designed and calculated as a whole, and the key parts are checked. Then the SolidWorks modeling software is used to carry out the three axis linkage laser cutting / encarving machine. Three dimensional modeling, assembly and motion simulation work, and finally the static analysis of the key components of the three axis laser cutting / carving machine is completed by using ANSYS. The main work is as follows:1) After a full market investigation and a detailed comparison and analysis of the various design schemes of the three axis linkage laser cutting / encarving machine, the overall scheme of the three axis linkage laser cutting / encarving machine is determined.2) Design a three axis linkage laser cutting / engraving machine based on the knowledge, and achieve the set of performance indicators.3) Using the SolidWorks modeling software, the 3D modeling, assembly and motion simulation of the three axis linkage laser cutting / encarving machine were carried out.4) Using ANSYS to analyze the key components of the three axis linkage laser cutting / encarving machine, the feasibility and rationality of the scheme were checked. Finally, the relevant parts were purchased, and the physical assembly of the machine was carried out.Keywords three axis linkage laser cutting / encarving motion simulation statics analysis充值后即可下载预览所包含的全套带图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609I目 录摘要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 三轴联动激光切/雕一体机的原理 .11.2 三轴联动激光切/雕一体机的发展现状 .11.3 本课题研究的内容及意义 .22 三轴联动激光切/雕一体机的总体方案设计 .32.1 三轴联动激光切/雕一体机的总体方案 .32.2 激光器的选型 .42.2.1 激光器的发展历程 .42.2.2 激光器的选型 .43 三轴联动激光切/雕一体机传动系统设计及计算 .63.1 电机的选型 .63.1.1 X 向电机的选型 .63.1.2 Y 向电机的选型 .63.1.3 Z 向电机的选型 .73.2 同步带副的设计 .83.2.1 X 向同步带副的设计 .83.2.2 Y 向同步带副的设计 .103.3 滚珠丝杠副的设计 .123.4 导轨的设计 .163.4.1 X 向导轨的设计 .163.4.2 Y 向导轨的设计 .173.5 联轴器的选型 .174 三轴联动激光切/雕一体机控制系统的设计 .194.1 系统硬件的设计 .194.2 系统的控制软件 .205 基于 ANSYS 的静力学分析 .225.1 ANSYS 简介 .225.2 直线导轨副静力学分析 .225.2.1 X 向横梁静力学分析 .225.2.2 X 向直线导轨静力学分析 .235.3 滚珠丝杠副静力学分析 .25充值后即可下载预览所包含的全套带图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609II6 基于 SolidWorks 的整机 3D 建模及装配 .276.1 同步带副的建模 .276.2 滚珠丝杠副的建模 .276.3 直线导轨的建模 .296.4 联轴器的建模 .296.5 三轴联动激光切/雕一体机的装配及干涉检验 .307 基于 SolidWorks 的运动仿真 .367.1 仿真的意义 .367.2 运动仿真 .368 实物装配 .398.1 三轴联动激光切/雕一体机的实物装配 .398.2 三轴联动激光切/雕一体机的加工参数 .40结论 .42致谢 .43参考文献 .44充值后即可下载预览所包含的全套带图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-145991960911 绪论1.1 三轴联动激光切/ 雕一体机的原理激光虽然也是光，但它和普通的光存在着显著的不同，激光一般只在最初极短的一段时间内依赖自发的辐射，而此后的过程则是完全通过激辐射决定的，因此激光本身的颜色十分纯正，几乎是没有发散的方向性的，三轴联动激光切/雕一体机的激光器具有极高的发光强度。三轴联动激光切/雕一体机的工作原理是利用激光器产生激光，然后利用光学镜片的反射和聚焦，最终将聚焦后的光束照射到被加工物上，光能迅速转变为热能，在极短的时间里使得被照射部位温度上升，使其发生物理变化，从而在材料的表面雕刻或切割出设定的形状，从而达到加工目的。激光制造技术是一种具有巨大发展潜力的高柔性、绿色制造技术 1。作为现代特种加工技术的一种，激光加工方式并不是传统的接触式加工，而是通过激光照射的非接触式加工。这种非接触式的加工方式跟传统的接触式加工相比，由于不存在接触摩擦力，加工速度更快，也不存在加工工具的损耗，而且加工精度更高、材料变形更小。就理论而言，激光加工方式可以加工多种材料，但具体的加工参数受到激光器功率的限制 2。功率高的激光器可以在极短的时间内对加工位置释放大量能量，加工材料被照射部位温度会急剧升高，被照射部位的材料会被迅速去除，达到加工目的。激光切割与雕刻技术是将激光束汇聚到待加工材料表面，利用汇聚后激光的能量将加工材料表面熔化或气化形成痕迹以达到雕刻材料表面的目的 3。激光切割与雕刻是激光加工方式的一种，属于热加工方式，加工效果不但受激光功率的影响，而且与加工速度和深度等都有密切关系。激光雕刻与切割主要是在被加工材料的表面进行，可以分为位图雕刻（切割）及矢量雕刻（切割）两类。1.2 三轴联动激光切/ 雕一体机的发展现状激光加工领域是一个极具发展前景的领域，激光被机械从业人员称为“最快的刀” ，是20 世纪最为重大的发明之一。经过各国科学家的不懈努力，激光加工技术日渐成熟，发展速度极快，被广泛应用于机械制造领域。随着激光加工优势的日益凸显，包括我国在内的各个工业大国都将激光加工技术的发展视为未来发展战略的重要一环。以美国为首的西方发达工业国家是激光加工的首创者，他们的研究时间长，经验丰富，技术成熟，是激光加工领域的领导者。例如加拿大的 VIRTEK 公司研发出了激光三维精雕系统（3D laser engraving system） ，在模具制造业中发挥着极为重要的作用。我国在激光研究领域起步晚，在激光加工领域属于追赶者。虽然在近年来国家加大了对相关领域的投入，使我国在激光加工领域取得了长足的进步，但我们也要看到我国在激光精密加工领域的严重不足，相关的技术水平与国外存在着的巨大差距，这使我国充值后即可下载预览所包含的全套带图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-14599196092在一些核心元器件的制造领域仍要受到国外厂商的掣肘，对我国的工业发展极为不利。这次中美之间爆发的大规模贸易冲突更使我们清楚的认识到核心技术受制于人的后果，国家号召相关部门与企业瞄准技术前沿，攻克技术难关。我国的相关企业也充分认识到了自身的不足，加大了相关领域的研发力度，这一点是十分值得欣慰的。相信在科研人员的努力之下，我国在激光加工领域一定会奋起直追，达到世界先进水平。1.3 本课题研究的内容及意义本课题旨在设计一台三轴联动激光切/雕一体机，三轴联动激光切 /雕一体机是一台用于雕刻和切割包括玉石、亚克力、塑胶、玻璃、竹木、皮革等材料在内的各种材质的激光雕刻和切割设备。随着现代加工发展对精密化与微细化的要求越来越高，传统的机械加工方式已经无法满足现代工业发展的需求。而激光加工方式作为一种现代加工方式，光斑直径可小到微米量级，且激光束容易控制，易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合，因而激光十分适合用于精密微细加工 4。三轴联动激光切/雕一体机设计的主要内容有：三轴联动激光切 /雕一体机的总体方案设计、传动系统设计计算及校核、机架的设计等，并按照国家标准绘制相关图纸。本课题要求设计的主要性能参数：最大幅面为 1000mm600mm，雕刻速度为400mm/s，激光功率为 60W，采用同步带传动方式，最小成形字符 11mm，最大切割厚度 7mm。在激光加工领域内，由于我们国家在相关方面的研究积累不足，发达国家不论是在设备的研发，还是市场经验的积累，都领先我们国家，我们要意识到自身跟发达国家的差距是非常巨大的。因此，我们需要根据实际情况，把握市场需求，研制出一套实用经济的设备。因此，本课题的研究具有一定的实际意义。充值后即可下载预览所包含的全套带图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-145991960932 三轴联动激光切/雕一体机的总体方案设计2.1 三轴联动激光切/ 雕一体机的总体方案三轴联动激光切/雕一体机的结构形式多种多样，本课题要求设计的主要性能参数：最大幅面为 1000mm600mm，雕刻速度为 400mm/s，激光功率为 60W，采用同步带传动方式，最小成形字符 11mm，最大切割厚度 7mm。经过反复比较，结合设计的要求，最终确定下面的设计方案：本方案中采用的是固定龙门式结构，激光器在同步带的带动下精确灵活的加工工件，并且运动载荷小,机构简单，造价低，适合选用。三轴联动激光切/雕一体机主要由控制系统、步进电机、XY 向同步带副、XYZ 向导轨、Z 向滚珠丝杠副、联轴器等部分组成。三轴联动激光切/雕一体机的基本结构如图 2-1、2-2 所示。图 2-1 结构原理图 图 2-2 结构原理图三轴联动激光切/雕一体机的 Y 轴方向是由两个平行直线导轨副和同步带副构成，X轴方向由一个横梁、直线导轨副和同步带副构成，X 轴方向的横梁垂直置于在 Y 轴方向的两个平行的直线上；Z 轴方向由两个与丝杠平行的导轨构成。三轴联动激光切/雕一体机的激光器安装在 X 方向导轨上，并由同步传动带带动在 X方向导轨上运动，由滚柱丝杠带动在 Z 轴方向上运动； X 方向的横梁的两端分别通过滑块连接在 Y 方向的两个直线导轨上，并且通过同步带带动在 Y 方向上运动，从而完成雕刻和切割加工。充值后即可下载预览所包含的全套带图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-145991960942.2 激光器的选型2.2.1 激光器的发展历程激光器能发射激光的装置。激光的英文 laser 这个词是由最初的首字母缩略词LASER 演变而来，LASER 的意思是“受激辐射光放大器 ”英文的单词的缩写简略。 “受激辐射”的概念是研发激光器的理论依据。20 世纪 40 年代，在电磁辐射和其他微观粒子的研究中量子力学理论被广泛应用，这为激光器的研制工作提供了充分的条件。1953 年微波量子放大器的诞生，加速了激光器的研制。随后科学家又把这一原理应用到了光波频率的研究中，为激光器的问世奠定了基础。1960 年，世界上第一台激光器在美国诞生，激光器的大门由此被打开。此后，各种新型的激光器层出不穷，激光器的研制也成为激光研究领域的热点。2.2.2 激光器的选型从 1960 年休斯顿实验室的科学家梅曼采用脉冲氙灯抽运掺铬的红宝石，制成红宝石激光器以来，激光技术的发展蒸蒸日上，因其具备较好的方向性、单色性、相干性和高亮度等特点，在工业、农业、通信、娱乐、医疗、科研和国防等领域逐步产生深远影响。激光技术日渐成为了信息时代高新技术产业链中的关键一环，并成为一股重要的驱动力量，带动了人民生活的快速变化，推动着科研水平、国民经济建设、国防安全的战略性前进 5。目前市场上激光器的种类多种多样，常用激光器的分为以下几类：（1）CO 2 激光器CO2 激光器是一种常见的气体激光器，在气体激光器中的应用最为广泛。CO 2 激光器中，主要的工作物质由 CO2、氮气、氦气三种气体组成。其中 CO2 是产生激光辐射的气体，氮气及氦气为辅助性气体。加入其中的氦，可以加速
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