1、数控圆柱木工雕刻机结构三位数字化设计 摘要 随着电子技术和微型计算机的飞速发展，数控雕刻机的应用越来越广泛。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。本文首先简要地介绍雕刻机的起源、研究现状和发展趋势，分析和介绍国内外一些生产雕刻机厂家的产品特点，说明雕刻机的功能和应用范围。其次，主要对煮面雕刻机进行结构和运动系统的详细设计。讨论和确定数控圆柱木雕刻机的总体结构布局和运动传动方案。本数控圆柱木工雕刻机有安装方便，结构
2、简单，制造成本低，加工质量好等优点。关键字：雕刻机 圆柱面 结构设计目录第1章 绪论.1 1.1雕刻机概述.1 1.1.1雕刻机起源.1 1.2数控雕刻机及其发展现状.1 1.2.1数控雕刻机.1 1.2.2研制雕刻机的目的和意义.2 1.2.3数控雕刻机的特点.2 1.2.4数控雕刻机的应用领域.3 1.2.5我国数控雕刻机的发展现状.3 1.2.6设计技术要求.3第2章 圆柱雕刻机的结构设计.4 2.1圆柱雕刻机的工作原理.4 2.1.1工件绕X轴旋转运动.4 2.1.2雕刻头在横梁上沿X轴方向移动.4 2.1.3雕刻头沿Z方向移动.4 2.2雕刻机结构设计总体方案确定.4 2.2.1坐标
3、系的确定.4 2.2.2圆柱雕刻机总体布局的基本要求.5 2.2.3影响圆柱雕刻机布局的基本要素.5 2.2.4三维圆柱雕刻机机械结构.7 2.3进给系统.7 2.4主轴组件.9第3章 三坐标数控雕刻机的机械系统的设计.10 3.1主运动系统的设计计算.10 3.1.1主运动系统传动链的组成.10 3.2进给系统的设计计算.11 3.2.1进给系统传动链的组成.11 3.2.2滚珠丝杠副的设计计算.12第4章 总结.19第5章 参考文献.20 第1章 绪论1.1 雕刻机的概述1.1.1 雕刻机起源随着时代的发展，我国雕刻艺术日益精深，玉雕、象牙雕、红木雕等手工雕刻技术都可堪称一绝。上世界90年
4、到至今，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。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，所以生产效率低、成本高，制品的随意性强，一致性差，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，雕刻机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
5、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位铣削加工，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。根据控制原理的不同，雕刻机可分为仿形雕刻机和数控雕刻机（采用CNC系统）两大类型。仿形雕刻机的工作原
6、理类似于仿形铣削，在加工前必须制作仿形模型，这一过程通常需手工完成，周期长、效率低。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
7、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。他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的要求。但各类雕刻机都有一个公同的特点，也是数控雕刻机与普通数控机床的一个显著的区别。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。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
8、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，但价格较高，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坐标数控雕刻机、五坐标数控雕刻机等。三坐标数控雕刻机可以控制三个坐标轴联动，完成浮雕等常规雕刻加工；五坐标数控雕刻机可以联动控制X,Y,Z三个移动轴和两个旋转轴，用来完成复杂形状零件的雕刻加工。1.2.2研制雕刻机目的和意义本题目研究目的是了解数控柱面雕刻机的应用背景、研究现状
9、及其发展趋势；拟定其结构设计方案并进行总体设计；最终提供经济、高效和实用的数控柱面雕刻机的结构设计方案。本体的研究意义可归结为以下三点：第一，由于国外的雕刻技术出现得早，开发和应用的时间比较长，他们发展也比较成熟。而我国的数控雕刻技术不管从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与发达国家有不小的差距，近年来，加工行业对单件、小批量、高精度、复杂形体加工的要求越来越高。第二，随着科技的发展人类认识的进步，机器代替手工是社会发展的必然趋势。柱面雕刻机是新兴的一种数控雕刻设备，主要应用于柱面和圆弧面的加工、雕刻，并且广泛应用在石材业、广告业、模具业等多个行业领域。第三，现如今对其性能可靠、成本低廉的
10、需求日益明显，通过合理的结构设计，提供一种工作效率高，雕刻精度高，操作方便快捷，整体结构轻巧的柱面雕刻机，用户可以快速完成雕刻，成品率高、质量可靠。1.2.3数控雕刻机的特点数控雕刻机的主要特点如下：1、自动化程度高。具体的雕刻过程都是数控雕刻机自动完成的。2、产品的尺寸精度高，一致性好。数控雕刻过程是是由计算机控制完成，可以达到很高的精度和表面质量；批量加工时，产品的一致性好，这对于小模具行业十分重要。3、拓展了雕刻领域。只需改变控制程序，数控雕刻机便可以雕刻浮雕、各种复杂的曲面，支持各种刀具，改善了雕刻表面质量，提高了雕刻效率。4、数控雕刻机都有钻铣功能，可用于钻孔、切边、加工小模具，性价
11、比高。1.2.4数控雕刻机的应用领域数控雕刻机的应用领域广泛，举例如下： 1、广告及礼品制作业，用于雕刻各类双色版标牌、有机玻璃、三位广告牌、双色人物雕像、浮雕奖章、有机板浮雕、立体门头字等。 2、模型制作业，制作沙盘模型、房屋模型等。 3、模具制作业，雕刻纽扣浮雕模、印刷烫金模、注塑模、冲压模、鞋模等。 4、木器业，用于浮雕图案设计及制作。 5、印刷电路板（PCB）新产品开发中的电路制作、钻孔、铣槽等。 6、印章业，各类字体各类材料的印章雕刻。 7、电火花加工机床电极雕刻加工。 8、机械加工业，刻度盘子轮及标尺刻度。 9、汽车工业、轮胎模具，车灯模具及装饰品模具加工。 而且，随着各种新型装饰
12、材料的不断出现，能用于雕刻的材料越来越多，使得计算机数控雕刻机有了更大的用武之地。因此，计算机数控雕刻机的应用范围还将不断推广。1.2.5我国数控雕刻机的发展现状 随着近年来我国制造业的迅速发展，数控雕刻机产业也获得了良好的发展机遇有效地促进了我国数控雕刻机的生产和推广应用。我国的数控雕刻机起步经济型数控机床，随着数控技术的进步，经过十多年的发展，已形成了多个国品牌的雕刻机，如上海洛克公司生产的啄木鸟数控雕刻机，北京糟雕公司生产精雕数控雕刻机和南京科能公司生产的威克数控雕刻机等。上述各类型雕刻机机床本体结构较为简单，控制器大多借鉴国外新技术，采用基于高档的微控制或PC的数控系统，伺服部分以步进电机细分驱动为主，可获得中等控制精度，但价格比较便宜，因此整机的性价比较高，适用于精度要求不太高的普及应用场合对高精度的雕刻加工，目前我国尚以进口数控雕刻机为主，如意大利的等品牌的数控雕刻机。这类数控雕刻机机床本体设计刚度高，精度高，采用伺服电机驱动，加工精度高，控制系统功能全、可靠性，但价格昂贵往往倍于国产产品，因此主要应用于模具等高精度加工场合。1.2.6 设计技术要求给定的参数如下：工件加工尺寸 长度1500mm 直径200mm 定位精度要求:0.05mm 根据给定的参数要设计出经济性数控圆柱木雕刻机结第2章 圆柱雕刻机的结构设计2.1圆柱雕刻机的工作原
