二维激光雕刻机设计

毕业设计(论文)绪论1.1课题背景1.1.1激光技术概述激光自被发现至今一致被世人说关注，其被誉为上世纪最伟大的科技发现之一，激光的发展也十分的迅速，已成为机械工业发展的一个重要方向。激光是激光器通过受激发射放大原理而产生的，相比于其他光，激光的原子束是被控制的，有组织、有纪律的发光。激光因其强大的功能，也得到了各国的大力支持，随着各国在激光方面的大量投入，激光加工业得到了快速发展，同时激光的社会效益也得到了体现。放眼中国，激光技术的发展也已经渗透到国家的各个领域，成为国家制订五年计划时的一个重要组成部分，随着国家对激光器以及激光加工等的高度重视，我国的激光技术的产业化得到了迅速发展，在石油、钢铁、航空等重点领域起到了重要的支撑作用，并实现产值的年均快速增长[1]。1.1.2激光雕刻机概述激光雕刻机是一种常见的机械与电子相结合的产品，在生活中可用于二维图形和文字的加工，并且在旅游纪念品、胸章、模具制作等制造业中得到了十分广泛的应用，其能够加工的材料范围同样很广，涉及各种金属及非金属材料，故激光雕刻机具有比较广阔的市场前景。常见激光雕刻机的工作原理是通过将具有高能量密度的激光打到目标体上,利用激光具有的很高的能量，通过极短的激光脉冲，仅仅使得目标物体短时间内被汽化，却不伤及旁边的物质，而且还可以精确的控制加工深度，使目标的表面发生一些物理或化学方面的变化,它可以代替传统的切割装置,对加工工件的多余部分进行去除操作,从而得到可见图案的雕刻方式。从上个世纪70年代初,激光就已经在印刷等领域发挥了重要作用[2]。现在市面上的激光加工设备品种很多，但大概可以归纳为如下产品：激光制版机、激光切割、激光医疗等等。可以说他们都是激光技术和软件控制技术的结晶产物，这些产物的出现为现代工业文明带来了生机。1.1.3激光雕刻机国内外发展现状上世纪九十年代中期，湖南激光研究所的切割与焊接激光器以及2003年中科院的“数控激光管材的加工设备”标志着我国的先进机械装备的制造能力已经达到国际先进水平[3]。看邻近国家日本的激光发展情况，我们可以发现其拥有超过数万台的CO2激光加工机，占了其他国家拥有数量的近半数。截止到现在全球已经拥有多余35000台的数控激光切割成套设备，这些设备中，我国拥有的数量约为1500台。早在8年前，国内大型的激光切割设备的销售额超过15亿元，国内的市场基本被中低端的设备所占领，在激光切割领域，我们与发达国家的差距是十分巨大的，特别是在激光等设备的核心领域都被发达国家所垄断，我们只能通过高价的专利购买来实现国内产品的生产，因此产品的成本价格也是很高的。就目前来看，激光雕刻机行业正在向高速、高准确度的方向飞速发展。其中大型激光雕刻机正向着厚板的雕刻方向发展；还有三维激光雕刻机正飞速发展，其应用范畴也将会越来广阔；组合一体化数控激光雕刻机正在形成功能完善而且占地面积小的整套紧凑型激光雕刻机；激光雕刻实现了单元自动化，从而提高了出产率，实现了无人，从而节省了劳动力，并且现在的通过激光雕刻机和其他加工工艺相组合，实现机械的复用，从而进一步提高设备的利用率。1.2课题研究的目的和意义毕业设计存在的目的是通过综合设计检查大学生四年期间所学的专业知识，并培养学生查阅资料以及理论知识的应用能力。对于本设计，其主要的工作包含了激光雕刻机的机械结构、控制系统和程序系统。所以本设计是对机械、电子知识的综合考察，其中涉及到的技术主要有输入、检测、分析、显示、控制等方面的内容。通过完整的二维激光雕刻机的设计，我们能够正确地运用大学期间学习的课程的基本理论以及相关知识，掌握常见机电一体化产品的构成、特点等，并了解设计方法，培养学生学生的综合能力，使其拥有设计的初步能力。通过雕刻机机械部分设计，可以掌握系统机械部件的特点、选择依据等。通过雕刻机控制系统方案设计，可以掌握控制机构的选择、控制方法的制定。1.3课题内容和要求内容要求：设计一种二维激光雕刻机，能够实现二维平面图形的激光雕刻功能，要求完成雕刻机的主轴传动、二维平面运动机构的机械和驱动系统设计，并对激光器进行选型设计，雕刻机工作台大小可自定。2总体方案设计本设计的总体方案大致可以分为两个主要部分：机械结构设计与控制系统设计。2.1机械结构设计总结激光雕刻机在现代社会中已经得到了大规模的应用，本文从开头分析了激光及激光雕刻机在国内外的发展历史与现状，在分析了现有的小型雕刻机的情况下，提出了本设计的思路。现在经过一段时间的设计，二维激光雕刻机的设计已经接近尾声，在这次的设计过程中，解决的主要问题是：完成了激光雕刻机的整体机构设计；完成了各种机械机构的选型设计；完成了各电路元器件的电路设计；完成了整个系统的程序设计；完成了机械机构的装配图和零件图以及电器元件的电路图的绘制。在本次的设计中，中央处理器使用的是STM32，它功能强大，引脚充足，程序集成的程度高，这一切都为功能的实现提供了便利。本设计中对于轨迹的设计采用了逐点比较的方法，保证插补速度和插补精度，提高了效率及性能。电机的选择是通过丝杠的选型要求进而确定的，步进电机的驱动为其对应的专用驱动。但在此次设计中依然存在不足之处：首先是本控制系统采用的是闭环系统，系统的稳定性和精确性不高，若采用闭环控制则更好；其次是本次设计没有制作实物，所以系统及程序的稳定性和可靠性无法验证，若能有实物则设计的可靠性更高。致谢参考文献[1]朱立汀.应用于激光微孔成型的控制技术研究与系统开发[D].复旦大学，2008年.[2]张策,黄琪.电子雕刻机雕刻头研究现状与发展[J].包装工程,2005(2):45-47.[3]胡兴军,刘向阳.激光切割的基本原理及新进展[J].苏南科技开发,2004(11):42-43.[4]王淑坤.滚珠丝杠进给系统定位精度分析[D].大连理工大学，2006年.[5]徐明.残联及老弱人士上下车用自动升降机的研究[D].青岛科技大学，2011年.[6]成大先.机械设计手册[M].化工工业出版社,1993年[7]吴奥嵩.数控车床伺服进给系统设计[J].辽宁师专学报,2011(3):86-90.[8]王四平.具有柔顺手腕的四自由度装配机器人的设计与研究[D].哈尔滨工业大学，2008年.[9]于博.意法半导体推出全新32位ARMCortex微控制器[J].中国电子商情：基础电子,2012(10):24-24.[10]陈文辉，蔡启仲.uC/GUI在单片机系统上的移植[J].计算机工程,2007(12):275-276,279.[11]王洋,刘卫东,于岗.基才AMBAAPB总线NandFlash控制器的设计研究[J].电子设计工程,2011(20):166-168.[12]朱建栋,曾林锁,谢德馨,张艳丽.特殊磁场定位测量系统的研究和应用[J].华北电力大学学报,2005(21):94-97.[13]徐波.C和指针[M].人民邮电出版社,2014年.[14]刘火良.STM32库开发指南[M].机械工业出版社,2014年.[15]GiuseppePapari,NicolaiPetkov.Edgeandlineorientedcontourdetection:Stateoftheart[J].ImageandVisionComputing.2010(2)：20-