三維數(shù)控雕刻機的設(shè)計含開題及6張CAD圖
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XX設(shè)計(XX)開題報告
XX設(shè)計(論文)題目:三維數(shù)控雕刻機設(shè)計
學 生:
指 導 教 師:
專 業(yè) 班 級
20XX年 4 月 3 日
1. 課題名稱:
三維數(shù)控雕刻機設(shè)計
2.課題研究背景:
(1) 雕刻機的起源 雕刻可以追溯到遠古時期,母系氏族時期的半坡氏族文化的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。在我國北宋時期便發(fā)明了活字印刷,這里刻的字應屬于雕刻的范疇。隨著時代的發(fā)展,我國的雕刻藝術(shù)日益精湛,玉雕、象牙雕、紅木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技術(shù)都可以堪稱一絕。 傳統(tǒng)雕刻加工業(yè)是一門技術(shù)性要求很高的手工技藝, 雕刻品的質(zhì)量完全取決于雕刻師的技藝水平, 所以生產(chǎn)的效率低、成本高, 制品的隨意性強、一致性差,嚴重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展。這使得雕刻機的產(chǎn)生成為必然。 上世紀90年代至今,機械雕刻獲得了前所未有的發(fā)展。從最初的刻字機、刻章機再到三維雕刻機,制作工藝也日漸成熟,應用范圍也日漸廣泛。大到樓房建筑的裝飾,小到商店門前的招牌,乃至很多產(chǎn)品的標識銘牌,可謂雕刻的使用無處不在。 雕刻機,顧名思義就是用機械代替人工進行雕刻的設(shè)備。 1938年世界第一臺手動雕刻機在法國“嘉寶”問世,1950年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺真正意義的電動、可縮放比例的手動雕刻機。隨后美國、日本等國也開始研制。20世紀90年代,隨著微電子技術(shù)的突飛猛進,直接推動微型計算機的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計算機技術(shù)帶動整個高科技群體飛速發(fā)展,從而使雕刻機產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機完成了從2D-2.5D-3D加工的變革,功能完善、性格穩(wěn)定、造型美觀和價格合理成為雕刻機研制的基本要求。
(2) 我國雕刻機的發(fā)展現(xiàn)狀 伴隨著人類社會的發(fā)展,雕刻行業(yè)發(fā)生著巨大的變化,現(xiàn)如今人們對雕刻機有了全新的認識,數(shù)控木工雕刻機、模具雕刻機、激光雕刻機等電腦雕刻加工的興起與發(fā)展是時代發(fā)展的需要,電腦雕刻代替機械已是大勢所趨。以廣告業(yè)為例,許多廣告行業(yè)的客戶都經(jīng)歷過從手工刻字到使用電腦刻字機,廣告雕刻機的使用實現(xiàn)了機械代替手工的飛躍,電腦代替了人腦,字體標準規(guī)范同時又大大提高了生產(chǎn)效率。 隨著近年來我國制造業(yè)的迅速發(fā)展,我國的雕刻機產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展機遇,有效地促進了我國雕刻機的生產(chǎn)和推廣應用。我國的雕刻機起步于經(jīng)濟型機床,隨著科學技術(shù)的進步,經(jīng)過十多年的發(fā)展,已形成了多個國產(chǎn)品牌的雕刻機,如上海洛克公司生產(chǎn)的啄木鳥數(shù)控雕刻機、北京精雕公司生產(chǎn)的精雕數(shù)控雕刻機和南京科能公司生產(chǎn)的威克數(shù)控雕刻機等。上述各類型雕刻機的機床本體結(jié)構(gòu)較為簡單,控制器大多借鑒國外新技術(shù),采用基于高檔的微控制器或PC 的數(shù)控系統(tǒng),伺服部分以步進電機細分驅(qū)動為主,可獲得中等控制精度,但價格比較便宜,因此整機的性價比較高,適用于精度要求不太高的普及應用場合。對高精度的雕刻加工,目前我國尚以進口數(shù)控雕刻機為主,如意大利的左拉、日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機。這類數(shù)控雕刻機機床本體設(shè)計剛度好、精度高,采用伺服電機驅(qū)動,加工精度高,控制系統(tǒng)功能全、可靠性高, 但價格昂貴,往往數(shù)倍于國產(chǎn)產(chǎn)品, 因此主要應用于模具等高精度加工場合。
(3)雕刻機在國內(nèi)外的發(fā)展歷史 十八世紀末,莫茲利決定使用機械工具來協(xié)助生產(chǎn),之后的十六年,發(fā)明了精密的工具機,新式機床從此誕生了。從十八世紀中葉工業(yè)革命開始,外國幾乎一直是機械工業(yè)的領(lǐng)導者。其成熟的理論、雄厚的教育,是科技進步的助推器。強大的研發(fā)實力使雕刻機的不僅在結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計,也在運動學分析、仿真等方面取得豐碩成績,在功能、應用領(lǐng)域等方面也有深入的研究與實際的應用。 機電一體化產(chǎn)品當中,雕刻機是典型的一例,其技術(shù)是隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展而逐漸得到發(fā)展的。雕刻機本是銑床的縮小化產(chǎn)品。面對多樣化的市場和個性化的需求,小型雕刻機也逐漸被細分化。盡管不同領(lǐng)域有著相異的應用,但就技術(shù)而言,趨于集成化。故而,從宏觀的方面來說,跨領(lǐng)域技術(shù)的集成,推動著各領(lǐng)域的發(fā)展。反過來,各領(lǐng)域的技術(shù)有了長足的發(fā)展與進步,便會促進跨界的合作。
3課題研究意義:
研究雕刻機的目的和意義 建國六十年來,我國的機械工業(yè)雖然已經(jīng)有了較大的發(fā)展,具備了一定的基礎(chǔ)和規(guī)模,初步滿足國民經(jīng)濟和人民生活的需要。但隨著世界科學技術(shù)的迅速發(fā)展,我國機械工業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力與工業(yè)發(fā)達國家相比還存在相當大的差距。因此,在我國以新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和開發(fā)高技術(shù)含量的新產(chǎn)品,已成為當前機械工業(yè)以至各傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)密切關(guān)注和改革的焦點。 機電一體化技術(shù)是機械技術(shù)和電子技術(shù)的有機結(jié)合,它包括機械、電子、計算機和自動控制技術(shù)。它從系統(tǒng)工程的觀點出發(fā),使產(chǎn)品或系統(tǒng)實現(xiàn)整體優(yōu)化。近年來,世界上各發(fā)達國家競相發(fā)展機電一體化技術(shù),以提高制造技術(shù)水平,實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、智能化發(fā)展。機電一體化技術(shù)給傳統(tǒng)的機械工業(yè)帶來了革命性的變革和驚人的效益,使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和管理體制發(fā)生深刻的變化。機電一體化是當今世界機械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢,也是我國機械工業(yè)發(fā)展的必由之路。
4.文獻查閱概況
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文獻總結(jié):從文獻中我了解到對數(shù)控加工設(shè)備小型雕刻機的發(fā)展歷史、 現(xiàn)狀以及應用前景進行了簡要的概述, 分析了機電一體化、信息化、互聯(lián)網(wǎng)、集成化、智能化等技術(shù)對于機械加工設(shè)備的重要性; 其次,介紹了小型雕刻機這一類數(shù)控加工設(shè)備在不同領(lǐng)域應用的特點;最后簡要說明了對 小型雕刻機的研制,其結(jié)構(gòu)設(shè)計和運動學分析。通過查閱資料使我對小型雕刻機有了很深的了解,這對我后面的畢業(yè)設(shè)計有了很大的幫助。
[12]徐灝.機械設(shè)計手冊 北京:北京機械工業(yè)出版社. 2001.
5.設(shè)計(論文)的主要內(nèi)容
一臺經(jīng)濟型三維雕刻機的開發(fā)過程, 包括系統(tǒng)的總體布局、結(jié)構(gòu)方案的確定、數(shù)控系統(tǒng)的運動方式選擇、機械系統(tǒng)的設(shè)計過程和控制系統(tǒng)的設(shè)計過程以及“三維雕刻”插補算法的選擇、分析和實現(xiàn)過程。
在設(shè)計過程中對所設(shè)計的機床原有功能基礎(chǔ)上進行合理的綠色改造,從產(chǎn)品的設(shè)計開始,材料選用、制造、使用過程直至產(chǎn)品報廢回收,形成綠色的全過程。
本設(shè)計的任務(wù)精度不很高、負載變化也不大,以經(jīng)濟性為主要考慮因素。
所設(shè)計的經(jīng)濟型雕刻機總體布局要滿足以下幾點基本要求:
1) 必須滿足加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟性等各種要求;
2) 確保實現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置與相對運動。在經(jīng)濟、合理的條件下,盡量采用較短的傳動鏈,以簡化機構(gòu),提高傳動精度和傳動效率;
3) 確保雕刻機具有與所要求的加工精度相適應的剛度、抗振性、熱變形和噪聲水平;
4) 應便于觀察加工過程;便于操作、調(diào)整和維修;便于輸送、裝卸工件和清理;能夠確保安全;
5) 結(jié)構(gòu)簡單,合理可靠,便于加工和裝配;
6) 體積小,質(zhì)量輕,節(jié)約原材料,降低制造成本,縮小占地面積,外型美觀大方。
一,主軸系統(tǒng)的設(shè)計
1,主軸的選擇:專用主軸是一套組件,它包括電主軸本身及其附件:電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等。
2,控制系統(tǒng):調(diào)整轉(zhuǎn)速適合不同材質(zhì)的工件加工。
3,刀具選擇:雕刻機刀具種類繁多,需要根據(jù)不同場合,選擇合適的刀具。
二,運動控制系統(tǒng):
專業(yè)的雕刻機大都采用運動控制卡組成其運動控制系統(tǒng)。運動控制卡基于DSP芯片,是一種實時的運動控制系統(tǒng),控制精度很高,但價格昂貴。自制的大都給予PC電腦進行運動控制,這類控制系統(tǒng)主要由運動控制軟件、三軸驅(qū)動電路以及步進電機組成。
三,插補算法設(shè)計:
插補有直線插補、圓弧插補、拋物線插補和螺旋線插補等多種方式。直線插補算法簡單, 比較適合應用于單片機系統(tǒng)。傳統(tǒng)的幾種直線脈沖增量插補算法每次定時中斷只對一個或最多兩個坐標進行插補, 不僅效率低下, 精度也不高,三維雕刻機上運用效果不太理想。因此, 要實現(xiàn)三坐標控制三坐標聯(lián)動, 使之能夠兼顧雕刻的速度和精度, 就需要一種新的插補算法。
例如,采用的是基于Bresenham 算法的直線脈沖增量插補方法, 在三維情況下生成空間直線。同傳統(tǒng)的幾種直線脈沖增量差補算法相比, 基于Bresenham 算法的直線脈沖增量插補方法具有以下優(yōu)點: 1) 插補效率高。由于該算法可以在一次定時中斷中同時對三個坐標進行計算處理, 因此效率大大提高了; 2) 插補誤差小。對于二維直線,最大理論誤差為0. 5; 對于三維直線, 最大理論誤差為2/ 2, 即0. 707 。
6.設(shè)計(論文)提交形式
1,雕刻機總裝配圖1張;
2,零件圖若干張;
3,設(shè)計計算說明書1份。
7. 進度安排
第四周 收集資料,閱讀文獻
第五周 編制開題報告;
第六周 外文翻譯;
第七周 總體方案設(shè)計;
第八周 雕刻機基本理論分析;
第九周 雕刻機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計;
第十周 雕刻機主要部件的設(shè)計;
第十一周 零件受力分析與計算和強度校核;
第十二周 總裝圖草圖的繪制;
第十三周 總裝圖的繪制;
第十四周 零件圖的繪制;
第十五周 檢查設(shè)計,準備編寫說明書對設(shè)計中的錯誤進行修正;
第十六周 整理說明書;
第十七周 編寫設(shè)計計算說明書,形成畢業(yè)設(shè)計全部文件,準備答辯;
第十八周 畢業(yè)答辯。
8. 指導教師意見
簽名:
20 年 月 日
收藏
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類型:共享資源
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