毕业设计（论文）开题报告-五轴立体雕刻机X轴系统设计

河北联合大学本科生毕业设计开题报告题目： 五轴立体雕刻机X轴系统设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2013年 3 月 18 日一、 选题背景 传统的手工雕刻已不能满足行业发展的需要，所以才有了雕刻机的出现。传统手工雕刻有些缺陷十分明显，比如效率不高，制作风险较大，材料浪费，对人主观意识的依赖严重等等。机器雕刻由于效率高，风险小，省材料，在很大程度弥补了手工雕刻的缺陷，所以才会被行业逐渐认可。数控雕刻机出现至今的50年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。目前在雕刻机领域我国尚以进口数控雕刻机为主，如美国的“雕霸”、日本的“御牧”等品牌的数控雕刻机。这类数控雕刻机机床本体设计刚度好、运行精度高，采用伺服电机驱动，加工精度高，控制系统功能全面，可靠性好，然而价格昂贵，往往数倍于国产同类产品，因此主要应用于模具等高精度加工场合。现阶段我国通过引进并合作生产先进数控雕刻机，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距。通过利用国外先进元部件、数控系统，开始能自行设计、研究及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控雕刻机，供应国内市场的需求。但对于关键技术的试验、消化、掌握及创新的水平却仍旧落后。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统仍依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行研发阶段，与同属亚洲国家的日本在数控雕刻机方面仍旧存在很大差距。存在的主要问题包括：严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业间缺乏合作精神，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但难以形成合力推动技术发展和实际意义上的突破。雕刻机作为一种典型的数控产品，它的适应性、灵活性好。能适应当前市场竞争中对产品更新换代的要求，解决多品种、单件小批量生产的自动化问题。精度高、质量稳定。按照预定程序自动加工，不需要人工干预，消除了操作者人为产生的失误和误差。生产效率高。劳动强度低、劳动条件好。不需要进行繁杂的重复性手工操作，而且一般具有较好的安全防护、自动冷却、自动润滑装置，操作者的劳动条件可得到很大改善。有利于现代化生产与管理能够放鞭、精确计算加工时间，能精确计算生产和加工费用，有利于生产过程的科学管理和信息化管理。雕刻机的工作原理：电脑雕刻机 由计算机，雕刻机控制器，雕刻机主机三部分组成。工作原理：是通过计算机内配置的专用雕刻软件进行设计和排版，并由计算机把设计与排版的信息自动传送至雕刻机控制器中，再由控制器把这些信息转化成能驱动步进电机或伺服电机的带有功率的信号(脉冲串)，控制雕刻机主机生成X,Y,Z,A,B五轴的雕刻走刀路基径。同时，雕刻机上的高速旋转雕刻头，通过按加工材质配置的刀具，对固定于主机工作台上的加工材料进行切削，即可雕刻出在计算机中设计的各种平面或立体的浮雕图形及文字，实现雕刻自动化作业。雕刻机的主要分为激光雕刻机和机械雕刻机两种，机械雕刻机有分两种传动机型，就是丝杆传动，另一个就是齿条传动。在这个两种传动方式上有分为几种小型的系类。机械雕刻机种类:1,广告雕刻机 ，是用于在广告做大字切割，标牌制作，LED/霓虹灯槽形、孔形字面切割、吸塑灯箱模具制作等。型号大小不一。2，石材雕刻机，其中分为轻型石材雕刻机，中型雕刻机石材，重型石材雕刻机，使用于花岗岩、大理石、青石、砂岩、等石材雕刻。型号大小不一。3，木工雕刻机，适用于立体波浪板加工，橱柜门、实木门、工艺木门、免漆门，屏风、工艺扇窗加工，擦鞋机，游戏机机柜及面板，麻将桌，电脑桌及板式家俱产品的辅助加工。型号大小不一4，玉石雕刻机适用于玉石吊坠、吊牌、玉牌、腰牌、砚台、等大小不一5，立体雕刻机：用于圆柱外形的物件雕刻，例如龙柱、人像、管型雕刻、浮雕雕刻、立体雕刻、圆柱体雕刻、简易佛像雕刻等，原材料可以是圆柱体，或者普通方形材料。6，金属雕刻机（模具雕刻机）适合文字图案雕刻、小型模具的精加工。广泛应用于金属模具、滴塑模、钟表零件、紫铜电极、印章、鞋模、工艺品等行业。7，玻璃雕刻机：用于在玻璃上雕刻图案花纹等。8，瓷砖雕刻机：用于在瓷砖上雕刻，走样等设计雕刻机的要求1.超强的稳定性和优越的冷却性能：没有超强的稳定性和优越的冷却性能设备的工作时间不能保障， 同样不能体现规模化生产的优势;超强的稳定性主要决定于元件的选择、电气部分的表现，雕刻机厂商是否采用进口元件、是否具有独立研发能力就成了关键。2.要顺应行业的发展：规模化、多元化是雕刻制作行业的发展方向。规模化就要求雕刻机必须具有以下功能：便捷的操作系统;只有操作便捷的雕刻机才能满足规模化生产的需要，才能让一人操作数台雕刻机成为可能;只有一人能操作数台雕刻机才能体现规模化的优势;便捷的操作系统目前主要有以下体现：自动对刀，自动换刀、实时监控、断点记忆等。3.可持续升级：雕刻机的更新便捷是规模化生产的又一需求;不能可持续升级能力的雕刻机会让您不停的大规模投入资金;雕刻机厂商是否可持续升级的关键在于是否具有较全面的研发能力。4.多元化就要求雕刻机具有以下功能：可持续升级;雕刻机需要根据客户发展的需求不断的升级，雕刻机厂商是否具有全面的研发能力就成了关键;雕刻机厂商是否具有研发专业系列雕刻机也成了关键。五轴立体雕刻机是一种典型的机电一体化产品，具有生产柔性大、生产周期短、精度高、模块化程度高、扩展性强、稳定性好等诸多优点，在生产实验、产品开发、模具制造、广告制作等行业具有较大的市场前景，甚至在某些方面弥补了现代快速成型技术的局限性，发展前景广阔。可以大大缩短产品加工时间，改善加工方法，优化复杂产品的加工精度，提高加工效率，便于产品的快速成型。雕刻机作为制造业一个有力工具，有着非常广阔的发展前景。随着科学技术的发展先进制造技术的兴起和不断进步，雕刻机的功能将日益强大，性能将更趋稳定。雕刻机发展趋势总结如下：(1)向高速度高精度方向发展。速度和精度直接关系到产品的质量和档次，产品的生产周期和在市场上的竞争能力。(2)向柔性化、功能集成化方向发展。(3)向智能化方向发展。高性能的智能化控制系统不但具有加工过程的自适应控制、智能诊断、智能监控等功能，更具特色的是考虑到操作使用的因素而呈现的极为友好的人机界面。(4)向高可靠性方向发展。二、设计方案主要设计内容包括：完成立体雕刻机X轴（水平方向）的设计，包括雕刻机的X轴左右方向的结构设计、运动形式方案的设计等及相关运动参数的选择确定和最终产品的加工水平的控制。立体雕刻机X轴系统设计原理简单，通过伺服电机运动控制X轴方向的运作移动带动刀具水平方向的运动，以达到雕刻的目的，使设计雕刻机能够雕刻小型模具或模型，切削亚克力等中等硬度的材料，整个系统设计满足运动精度要求，变形量在允许范围内，以期达到雕刻工件预期的形状精度要求。通过图书馆、中国知网数据库、万方数据库等途径查阅机械原理、机械设计、AUTOCAD、立体雕刻机、数控铣床等方面的相关资料与书籍，实现初步设计方案，首先同学相互配合对雕刻机整体结构进行设计，然后针对X轴进行结构设计，运动形式集相关参数的确定，最后通过AUTOCAD完成X 轴结构的工程图样。三、进度安排第 1-3 周 下达任务书，对有关文献进行检索，查阅资料，撰写开题报告第 4-5 周 同学相互配合分析雕刻机的结构原理及工作过程，对雕刻机整体和X轴进行初步设计。第 6 周 撰写中期报告。 第 7-13 周 同学相互配合实现整体设计，完成X轴系统全面设计。第13-14周 绘制X轴系统的工程图样 第14-15周 进行毕业论文写作，提交论文初稿及最终完成论文终稿并打印。 第 16 周 写好答辩讲稿，并做好PPT准备答辨，终期答辩。四、参考文献 1. 孟少农， 机械加工工艺手册 第三册， 北京，机械工业出版社，1998 2. 邱宣怀， 机械设计， 高等教育出版社， 1997 3. 张昱， 三维机械雕刻机的研制， 合肥工业大学 2002 4. 韩立洋， 经济型五轴数控雕刻机关键技术的研究， 苏州大学 5. 舒宏庭， 基于pc机的五轴陶瓷雕刻机的研究， 南昌大学， 20096. 成大先机械设计手册机械传动M北京：化学工业出版社，2004:20977. 现代机械传动手册编辑委员会现代机械传动手册北京：机械工业出版社，1995.4；8. 郭福坤. 多轴控制用新型数控系统的研究与应用D.华南理工大学,2010.9. 李善术数控机床及其应用M.北京：机械工业出版社，2004：37-10210. 范大鹏，范世珣，鲁亚飞，张连超数控机床高性能传动部件控制技术的研究进展M北京：中国机械工程出版社，2011：178-18511. 唐荣锡.CAD/CAM技术. 北京：北京航空航天大学出版社，1994；12. 孙恒,周百令.机械设计M. 北京：高等教育出版社，200913. 冯丽艳，机械原理，机械工业出版社，2012.1.114. H odd D. MortonEmbedded MicrocontrollersPearson Education North Asia Limited,2001；15.Anonymous. Manufacturing Technology; Scientists at Shandong University target manufacturing technology. Engineering Business Journal 2008.16.