五軸雕刻機(jī)機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+三維建模+文檔】
五軸雕刻機(jī)機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+三維建模+文檔】,含CAD圖紙+三維建模+文檔,雕刻,機(jī)電,電機(jī),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),cad,圖紙,三維,建模,文檔
淮 陰 工 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯
學(xué) 院：
機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
姓 名：
趙俊
學(xué) 號(hào)：
1081101738
外文出處：
IEEE
(用外文寫)
Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation August 9 - 12, Changchun, China
附 件：
1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導(dǎo)教師評(píng)語：
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簽名：
注：請將該封面與附件裝訂成冊。 附件1：外文資料翻譯譯文
基于嵌入式 Linux 的數(shù)控雕刻機(jī)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)
趙軍奇 李輝和龍飛鵬
航天和航空研究所 航天和航空研究所
中國電子科技大學(xué) 中國電子科技大學(xué)
610054，中國四川省成都市 610054，中國四川省成都市
zhaojunqi@qq.com kelly.li @ 126.com
摘要 - 嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域。隨著嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性不斷提高，嵌入式軟件系統(tǒng)正變得越來越復(fù)雜。對與一個(gè)特殊的控制對象來說，設(shè)計(jì)合適的嵌入式軟件架構(gòu)是尤其重要的。同時(shí)，NC（數(shù)控）雕刻機(jī)的各種功能和非功能需求的不斷提高。目前，大多數(shù)的軟件架構(gòu)的數(shù)控雕刻機(jī)即沒有操作系統(tǒng)的支持，也無法滿足這些要求。雖然一些有商業(yè)操作系統(tǒng)的支持的雕刻控制系統(tǒng)，但是它是昂貴的，而且也不利于企業(yè)發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件。為了解決上述問題，文件中基于嵌入式Linux和DARTS方法的新軟件架構(gòu)數(shù)控雕刻機(jī)被設(shè)計(jì)出來。首先是數(shù)據(jù)流圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流分析，然后系統(tǒng)根據(jù)H Gamma原理被劃分成不同的任務(wù)。此外，軟件架構(gòu)被提出，還分析了任務(wù)間的同步和通信性。最后，進(jìn)行了實(shí)時(shí)分析。使用這種軟件架構(gòu)，軟件系統(tǒng)變得簡單明了，不同的控制元件，根據(jù)不同的時(shí)間粒度可以無縫集成。通過實(shí)際應(yīng)用，它被證明可以實(shí)現(xiàn)低成本的數(shù)控雕刻系統(tǒng)的各種要求。也大大提高了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。
索引術(shù)語-ARM 嵌入式 Linux 雕刻 FPGA軟件架構(gòu)
一、簡介
隨著規(guī)模和復(fù)雜性的嵌入式的軟件系統(tǒng)增加，軟件架構(gòu)的重要性已經(jīng)超越算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算。設(shè)計(jì)并指定系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一種新的問題 [1]。好的體系結(jié)構(gòu)可以幫助確保系統(tǒng)滿足關(guān)鍵性能的要求同時(shí)，也能滿足可靠性、可移植性、可擴(kuò)展性、領(lǐng)域和互操作性。壞的體系結(jié)構(gòu)可以是災(zāi)難性的。架構(gòu)設(shè)計(jì)是從系統(tǒng)點(diǎn)視圖到整體系統(tǒng)的高層次設(shè)計(jì)。不同專家對軟件體系結(jié)構(gòu)有他們自己的定義。畢竟，在不同的領(lǐng)域和環(huán)境中它是一個(gè)解決實(shí)際問題的工具，因此各類建筑模型或定義已發(fā)布。雖然不同的定義有所不同，我們可以看到系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)描述其總的結(jié)構(gòu)的概念的核心之處有很大程度的通用性。這種結(jié)構(gòu)通過了最高水平設(shè)計(jì)決策，包括諸如系統(tǒng)是由如何相互作用，相互作用的主要途徑在那里，什么是關(guān)鍵性能的部件。關(guān)鍵的一步，建筑設(shè)計(jì)是分到一些管理子系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間的接口設(shè)計(jì)。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)考慮如何滿足系統(tǒng)的功能和性能要求，而且也要滿足無功能方面的需求，如可靠性，可擴(kuò)展性，可移植性和可用性。也有不統(tǒng)一方法的軟件架構(gòu)，尤其是在嵌入式系統(tǒng)中。
被稱為嵌入式Linux標(biāo)準(zhǔn)Linux裁縫通過小型化處理，并可以存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器或微控制器的容量只有幾百KB或者幾MB。它是一個(gè)特殊的Linux操作系統(tǒng)，適用于特定的嵌入式系統(tǒng)[2]。Linux已經(jīng)成為一個(gè)成熟的，高性能，穩(wěn)定可靠，可替代傳統(tǒng)的專有嵌入式操作系統(tǒng)[3 ]。Linux不僅擁有適應(yīng)性，靈活性和穩(wěn)定性，而且還具有強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能。此外，Linux是一種免費(fèi)軟件開放源碼[4] 。
目前，大多數(shù)的數(shù)控軟件架構(gòu)雕刻機(jī)是沒有操作系統(tǒng)的支持和不能以滿足不同的需求。這些架構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，但軟件開發(fā)周期長，開發(fā)成本是昂貴的，軟件的質(zhì)量不能保證以及可移植性和可擴(kuò)展較差。雖然一些與商業(yè)嵌入式操作系統(tǒng)如Windows CE的數(shù)控雕刻系統(tǒng)，系統(tǒng)生產(chǎn)成本高，還有昂貴的專利費(fèi)。因此，它不是良好的企業(yè)發(fā)展與獨(dú)立軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)。但是如果一個(gè)嵌入式Linux使用開源操作系統(tǒng)，生產(chǎn)成本可以減少因?yàn)闆]有許可費(fèi)是必要的，交叉開發(fā)工具鏈，也是免費(fèi)的。此外，有等諸多優(yōu)點(diǎn)，如縮短開發(fā)時(shí)間又因?yàn)殚_源設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和可重復(fù)使用應(yīng)用程序，方便的開發(fā)環(huán)境配置模塊的功能，文件系統(tǒng)管理和容易解決的問題，從開源社區(qū)等[5]。在以上的基礎(chǔ)上，企業(yè)可以開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控軟件財(cái)產(chǎn)權(quán)利和其他各項(xiàng)要求，也可以是滿意。嵌入式Linux已成為當(dāng)前在嵌入式系統(tǒng)的研究重點(diǎn)。
二、硬件模型
模型是對現(xiàn)實(shí)的抽象，它可以明確對現(xiàn)實(shí)的描述。為了獲得雕刻控制系統(tǒng)模型，系統(tǒng)的主要硬件部分抽象為圖1
數(shù)控雕刻控制器的硬件與建筑的ARM和FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）。控制器的主控芯片采用32位RISC（精簡指令集計(jì)算機(jī)）ARM三星公司的微處理器芯片S3C2440的基于ARM920T的結(jié)構(gòu)。 它具有很高的工作效率400MHz和多種通用接口，如綜合，集成USB，UART串口CEMERA，液晶，VGA和以太網(wǎng)控制器等。此外，提供片上存儲(chǔ)器管理單元（MMU），這是用來實(shí)現(xiàn)虛擬內(nèi)存管理，使Linux可以很容易地移植到ARM 。
Alter 公司旋風(fēng) FPGA EPlC6 通過作為減輕負(fù)擔(dān)的主控芯片的奴隸芯片。NAND Flash 內(nèi)存用于非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。主存儲(chǔ)器是同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (SDRAM) 和可能包含任意位置從幾Mb到數(shù)百兆字節(jié)取決于應(yīng)用程序。主要處理流系統(tǒng)的說明如下： 鍵控控制面板信息通過串行端口發(fā)送到手臂。臂然后過程和相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)發(fā)送到 FPGA 或顯示面板。FPGA 主要做前端處理工作的傳感器和控制信息 [6]。發(fā)送的 FPGA 的信號(hào)都是轉(zhuǎn)換，并且由適配器孤立面板，然后發(fā)送到的驅(qū)動(dòng)程序，將會(huì)推動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)的雕刻機(jī)，以控制切削刀具路徑。若要實(shí)現(xiàn)歸巢的雕刻和工具更改的功能，將通過適配器泛 FPGA 回飼料的雕刻機(jī)傳感器信號(hào)
總之，建立在嵌入式技術(shù)上的控制器可以減少系統(tǒng)硬件規(guī)模、 促進(jìn)應(yīng)用程序開發(fā)、 減低成本和提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性能。
三、任務(wù)劃分
數(shù)據(jù)流圖（DFD）是一個(gè)重要的輔助設(shè)計(jì)工具在系統(tǒng)的開發(fā)，它允許開發(fā)人員系統(tǒng)以圖形顯示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流。DFD的描述和分析系統(tǒng)比任何更精確其他神器，特別是嵌入式實(shí)時(shí)建模[7]。最終的數(shù)據(jù)流圖的雕刻機(jī)系統(tǒng)（如圖所示2）
任務(wù)表示順序程序執(zhí)行或在并發(fā)程序的順序部分。每個(gè)任務(wù)一個(gè)順序執(zhí)行的線程處理，因此沒有并發(fā)允許范圍內(nèi)的任務(wù)。然而，整個(gè)系統(tǒng)并發(fā)是獲得有多個(gè)任務(wù)的執(zhí)行并行。
已經(jīng)DFD的系統(tǒng)分解初步分析。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流顯然是透露，因此，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)流之間的功能他們可以能夠識(shí)別方便。下一步是如何識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)中的并發(fā)任務(wù)任務(wù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的DFD。在這里，飛鏢（實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法）方法被用來分解成更小，更易于管理的系統(tǒng)單位與它們之間定義良好的接口。其核心主題是解決構(gòu)建系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)到并發(fā)任務(wù)，并定義它們之間的接口。飛鏢采用了一套任務(wù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，這被稱為H Gomma原則確定并發(fā)任務(wù)系統(tǒng)，以及一組確定的指導(dǎo)方針通信和同步接口之間各項(xiàng)任務(wù)。
任務(wù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，是一套啟發(fā)式，并發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中得到的經(jīng)驗(yàn)所得。在確定的任務(wù)主要考慮的是系統(tǒng)內(nèi)的功能的異步性質(zhì)。在H Gomma原則分為三個(gè)單獨(dú)的基于他們協(xié)助在任務(wù)中的使用方式的類別構(gòu)建活動(dòng)。首先是事件的依賴標(biāo)準(zhǔn)。事件依賴關(guān)系準(zhǔn)則處理任務(wù)時(shí)被激活，包括設(shè)備的I/O依賴形成的Y，定期事件，控制功能和用戶界面的依賴等。第二是任務(wù)凝聚力錫安標(biāo)準(zhǔn)。該的凝聚力錫安標(biāo)準(zhǔn)提供的評(píng)估函數(shù)的異步性質(zhì)的手段，從而為確定是否和/或如何的職能應(yīng)到并發(fā)任務(wù)，其中包括連續(xù)的凝聚力，時(shí)空的凝聚力和功能的凝聚力相結(jié)合的基礎(chǔ)上。第三是任務(wù)的優(yōu)先級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，包括時(shí)間關(guān)鍵和計(jì)算密集型[8]。
要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的系統(tǒng)構(gòu)建到并發(fā)任務(wù)中，構(gòu)建 H Gamma原則弧數(shù)據(jù)流圖中所示的函數(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)?；谶@些條件，雕刻軟件系統(tǒng)可分為七個(gè)部分的弧，如下所示 （即在圖 2 中的虛線幀）。
（a) 用戶界面任務(wù)： 要顯示與坐標(biāo)如用戶交互信息，零件原點(diǎn)和過程進(jìn)展以及其他狀態(tài)信息等。
(b) 鍵盤處理任務(wù)： 要從控制面板，如選擇文件、 系統(tǒng)設(shè)置或參數(shù)設(shè)置、 手動(dòng)移動(dòng)等接收控制命令，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理。
(c) 文件處理任務(wù)： 從 U 盤中讀取文件，然后解釋的 G 代碼或 HPGL 代碼處理文件。結(jié)果將存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中。
(d) 數(shù)據(jù)處理任務(wù)： 從緩沖區(qū)讀取的數(shù)據(jù)并處理它通過控制廠內(nèi) thm，如治療小行塊 (法官大 S) 的加速和減速控制，插值處理。
(e) 中斷服務(wù)任務(wù)： 時(shí)手臂從 FPGA 收到中斷信號(hào)發(fā)送 FPGA 的步進(jìn)電機(jī)控制脈沖。
(f) 擴(kuò)展總結(jié)離子任務(wù)： 實(shí)現(xiàn)一些擴(kuò)展功能。這些功能包括更新程序控制、 遙控電子控制、網(wǎng)絡(luò)管理和工具等，運(yùn)動(dòng)的模擬。
（g）FPGA 處理任務(wù)： 實(shí)施實(shí)時(shí)功能，例如，將控制脈沖發(fā)送到的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行識(shí)別，接收和處理傳感器信號(hào)等。
任務(wù) (a)-(f) 在因?yàn)锳RM中實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大的計(jì)算能力。(G) 的任務(wù)實(shí)現(xiàn)的FPGA 由于其實(shí)時(shí)處理的能力。
四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
A.軟件體系結(jié)構(gòu)
軟件架構(gòu)通常起著關(guān)鍵作用，要求和實(shí)施之間的橋梁?；谇度胧絃inux的數(shù)控雕刻機(jī)控制器的軟件結(jié)構(gòu)如圖3，每個(gè)架構(gòu)的一部分，也被描述如下。
BSP （板級(jí)支持包）是一個(gè)軟件開發(fā)包之間的硬件層和軟件層。它用于彌補(bǔ)硬件的差異，引導(dǎo)操作系統(tǒng)，并提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。這是一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)含的編輯操作系統(tǒng)和硬件之間的接口。
嵌入式Linux內(nèi)核的版本是2.6，許多新的功能已被添加到支持寬嵌入式系統(tǒng)的申請表格離子。它可以定制和移植基于ARM，以滿足我們的特殊要求數(shù)控雕刻系統(tǒng)。同時(shí)，使用嵌入式Linux可以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。復(fù)雜申請一些簡單的任務(wù)，這是程序可分為嵌入式Linux管理。
基于嵌入式Linux內(nèi)核，根文件系統(tǒng)與選定嵌入式圖形用戶界面(GUI)該系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)管理接口也由嵌入式 Linux 支持。
YAFFS的（另一個(gè)閃存文件系統(tǒng)）是采用根文件系統(tǒng)，這也是一種日志結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)像JFFS/JFFS2。它是專為NAND Flash和適合大容量存儲(chǔ)設(shè)備。YAFFS的，因此設(shè)計(jì)不僅要適應(yīng)NAND快閃記憶體的功能，但也是為了更好地使用NAND快閃記憶體的優(yōu)勢，以達(dá)到最佳性能。它使用的日志結(jié)構(gòu)，錯(cuò)誤查修正和技術(shù)，以提高NAND閃存的健壯性。YAFFS的來臨，使得低成本的NAND閃存芯片的影響伊夫和魯棒性。YAFFS的是高度可移植，可在Linux上運(yùn)行。
Qt/Embedded是著名的商業(yè)嵌入式GUI工具，具有巨大的跨平臺(tái)能力，可以很方便在目前流行的操作系統(tǒng)，如嵌入式Linux的應(yīng)用。闕可以直接與I/O設(shè)備進(jìn)行通信。此外，其面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)架構(gòu)，使得其代碼結(jié)構(gòu)化，重用和運(yùn)行快。闕支持相框緩沖驅(qū)動(dòng)器，可以直接寫入幀緩沖不X-服務(wù)器或支持的X庫。以這種方式，這樣可以節(jié)省內(nèi)存成本和提高應(yīng)用程序的運(yùn)行效率[9]?？紤]優(yōu)點(diǎn)上面提一下，本文采用它作為嵌入式輕量級(jí)的GUI組件庫的基本構(gòu)造工具面向工業(yè)監(jiān)控。
提到的部分所提供的服務(wù)的基礎(chǔ)上上面的數(shù)控雕刻（除了在應(yīng)用程序任務(wù)FPGA 處理任務(wù)）的胳膊上的開發(fā)。在 FPGA處理任務(wù)將由 FPGA 單獨(dú)開發(fā)開發(fā)工具。
軟件系統(tǒng)是簡單而明確的分層體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免整體系統(tǒng)的太大、太復(fù)雜。此外的優(yōu)勢分層體系結(jié)構(gòu)：不同控制組件基于不同時(shí)間可以集成粒度無縫地，同時(shí)它可以輕松同步低級(jí)別的連續(xù)動(dòng)態(tài)之間的協(xié)調(diào)系統(tǒng)和高水平的離散事件系統(tǒng) [10]。
B.任務(wù)界面
FIFO緩沖區(qū)或共享的內(nèi)存可以用來任務(wù)之間進(jìn)行通信。通過訪問的內(nèi)存多個(gè)任務(wù)，訪問程序都必須與其他同步數(shù)據(jù)的訪問。這種紙使用文件處理任務(wù)之間進(jìn)行通信的共享的內(nèi)存和達(dá)達(dá)處理的任務(wù)，并通過生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題解決同步問題的算法。文件表示為生產(chǎn)者，而數(shù)據(jù)處理任務(wù)處理任務(wù)被表示為消費(fèi)者。生產(chǎn)商過程產(chǎn)生數(shù)據(jù)所使用的消費(fèi)者過程。
允許生產(chǎn)者和消費(fèi)者的進(jìn)程運(yùn)行同時(shí)，我們必須有一個(gè)可用的有界的緩沖區(qū)的可以填充由生產(chǎn)者并清空的項(xiàng)目，消費(fèi)者。此緩沖區(qū)將駐留在內(nèi)存中的一個(gè)區(qū)域，由生產(chǎn)國和消費(fèi)進(jìn)程共享。生產(chǎn)商可以生成一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，消費(fèi)者會(huì)消耗另一個(gè)項(xiàng)目?？赡軙?huì)導(dǎo)致對共享數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問數(shù)據(jù)不一致。生產(chǎn)者和消費(fèi)者必須同步，因此，消費(fèi)者不會(huì)嘗試使用項(xiàng)目，但尚未產(chǎn)生。為了解決同步過程中，將使用信號(hào)量。對于本項(xiàng)目，統(tǒng)計(jì)信號(hào)量的標(biāo)準(zhǔn)將用于空和完整，而不是二進(jìn)制的信號(hào)量，將使用互斥鎖代表互斥體。生產(chǎn)者和消費(fèi)者的身份運(yùn)行單獨(dú)的線程-將移動(dòng)項(xiàng)目，并從該緩沖區(qū)的與這些空，同步全額、 和互斥體結(jié)構(gòu).
允許生產(chǎn)者和消費(fèi)者的進(jìn)程運(yùn)行同時(shí)，我們必須有一個(gè)可用的有界的緩沖區(qū)的可以填充由生產(chǎn)者并清空的項(xiàng)目，消費(fèi)者。此緩沖區(qū)將駐留在內(nèi)存中的一個(gè)區(qū)域，由生產(chǎn)國和消費(fèi)進(jìn)程共享。生產(chǎn)商可以生成一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，消費(fèi)者會(huì)消耗另一個(gè)項(xiàng)目。可能會(huì)導(dǎo)致對共享數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問數(shù)據(jù)不一致。生產(chǎn)者和消費(fèi)者必須同步，因此，消費(fèi)者不會(huì)嘗試使用項(xiàng)目，但尚未產(chǎn)生[11]。為了解決同步過程中，將使用信號(hào)量。對于本項(xiàng)目，統(tǒng)計(jì)信號(hào)量的標(biāo)準(zhǔn)將用于空和完整，而不是二進(jìn)制的信號(hào)量，將使用互斥鎖代表互斥體。生產(chǎn)者和消費(fèi)者的身份運(yùn)行單獨(dú)的線程-將移動(dòng)項(xiàng)目，并從該緩沖區(qū)的與這些空，同步全額、 和互斥體結(jié)構(gòu)。
FIFO，使得模塊內(nèi)的設(shè)計(jì)解耦。FIFO界面很簡單，減少設(shè)計(jì)時(shí)間。FIFO 很少是瓶頸，以來的寬度和深度可以調(diào)整和非常適合連接自定義直接向嵌入式處理器，硬件和簡單一個(gè)短的設(shè)計(jì)周期和小代碼的大小與實(shí)施[12]。 乒乓球操作中引入異步 FIFO 的設(shè)計(jì)，以使 FPGA 和手臂實(shí)現(xiàn)無縫的緩沖和高速數(shù)據(jù)處理流，以確保 FPGA 的流水處理。顯示了典型的乒乓球操作方法如圖 5 [13]。
數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊1
數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊2
輸入的數(shù)據(jù)選擇器單元
2MUX1
輸出的數(shù)據(jù)選擇器單元
2MUX1
數(shù)據(jù)處理模塊
作為后面的 FPGA乒乓球操作的處理流程是： 從ARM的輸入的數(shù)據(jù)首先分配給"數(shù)據(jù)緩沖模塊我"通過"輸入數(shù)據(jù)選擇器單元"，然后在下一次切換時(shí)，將緩沖輸入的數(shù)據(jù)在"數(shù)據(jù)緩沖模塊 2"。同時(shí)，數(shù)據(jù)緩沖在"數(shù)據(jù)緩沖模塊我"最后一次被發(fā)送到"數(shù)據(jù)處理模塊"處理通過"輸出數(shù)據(jù)單位"。在第三個(gè)時(shí)，輸入和輸出數(shù)據(jù)交換了又兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊。提到的步驟以上將反復(fù)和重復(fù)。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊在我們的系統(tǒng)是先進(jìn)先出。數(shù)據(jù)選擇器的的開關(guān)信號(hào)單位是由 FPGA的發(fā)送中斷信號(hào)，當(dāng)需要在數(shù)據(jù)。這意味著當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖中的兩個(gè)之一已處理的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的模塊，然后將發(fā)送 FPGA ARM 的外部中斷信號(hào)。因此，手臂將發(fā)送數(shù)據(jù)以 FPGA 的中斷服務(wù)程序。FPGA將緩沖區(qū)在此數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊，接收的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，"數(shù)據(jù)處理模塊"仍可處理其他數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊中的數(shù)據(jù)。乒乓球操作促進(jìn)系統(tǒng)的并發(fā)性。
用來達(dá)到相同的效果，對于其他任務(wù)的另一種方式是通過消息隊(duì)列，這是為操作系統(tǒng)提供協(xié)作進(jìn)程手段，彼此溝通，如圖 6 中所示。
消息
消息
發(fā)送消息
接收消息
消息隊(duì)列
消息隊(duì)列提供了一種機(jī)制，允許進(jìn)程溝通和同步他們的行動(dòng)，而不共享相同的地址空間和中尤其有用分布式的環(huán)境中，溝通流程可能駐留在不同的計(jì)算機(jī)上。消息隊(duì)列設(shè)施提供至少兩個(gè)操作，發(fā)送 （消息） 和接收 （消息）。
在 Linux 系統(tǒng)中，函數(shù)用于創(chuàng)建消息隊(duì)列，功能用于發(fā)送使用消息隊(duì)列和 接收的消息） 函數(shù)從消息隊(duì)列中接收消息。當(dāng)任務(wù)發(fā)送消息到消息隊(duì)列，它首先判斷這是否消息隊(duì)列是完全不是。如果隊(duì)列已滿，則任務(wù)會(huì)一直等待，直到其他任務(wù)得到了來自消息消息隊(duì)列。同樣地，當(dāng)任務(wù)接收從消息消息隊(duì)列，它首先判斷是否該消息隊(duì)列為空。如果消息隊(duì)列為空，則該任務(wù)會(huì)一直等待，直到其他任務(wù)已發(fā)送消息消息隊(duì)列。消息隊(duì)列有五種工作模式，其中分別是一對一，一到多、 多對一，很多人為許多和充分的雙面打印?？梢允遣煌墓ぷ髂Ｊ竭x擇了不同的通信要求基于之間的任務(wù)。
五、實(shí)時(shí)分析
任務(wù)可以是作為實(shí)時(shí)任務(wù)分類和非實(shí)時(shí)根據(jù)不同的實(shí)時(shí)請求的任務(wù)。雕刻機(jī)有三個(gè)耦合生成 XYZ 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，每個(gè)電機(jī)已接收兩個(gè)控制其驅(qū)動(dòng)程序發(fā)出信號(hào)，其中一個(gè)是脈沖和另一種是方向。它也有三限制傳感器，以確定軸的賽車終結(jié)點(diǎn)。FPGA 的實(shí)時(shí)任務(wù)，例如，這樣做主要負(fù)責(zé)的是前端處理工作的傳感器和控制信息。所以，我們的系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)任務(wù)是 FPGA 加工(非常高速 vhdl 描述的任務(wù)，綜合的電路硬件描述語言）。FPGA 是直接連接到手臂內(nèi)存總線。"它們之間的通信通過閱讀來實(shí)施和書面運(yùn)輸指令和數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址。"系統(tǒng)為用戶使用 10 內(nèi)存映射方法操作 FPGA 的空間。除了地址總線、 數(shù)據(jù)總線和控制信號(hào)線，也是一個(gè)外部中斷信號(hào)從 FPGA 相連的手臂。為了得到順利操作和效率，關(guān)鍵的問題在于是否 FPGA 可以不斷將控制信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)程序。那就是，無論是否FPGA 是缺乏控制信號(hào)。如果在這一條件，步進(jìn)電機(jī)將被阻止。要解決這個(gè)問題，乒乓球操作被通過 FPGA 來處理數(shù)據(jù)。所以，之后 FPGA 已經(jīng)處理了其中一個(gè)問題被轉(zhuǎn)換為，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊，手臂 ISR 是否可以響應(yīng)正被其它數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊期間中斷信號(hào)處理。
條件進(jìn)行分析可以 FPGA 等多久通過使用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的 Linux 中斷響應(yīng)延遲在最壞的情況下的模塊。曾經(jīng)的影響因素在我們的系統(tǒng)了。相關(guān)的參數(shù)顯示如下： 雕刻，這表示為 v 的速度單位是米/分鐘 ；FPGA 中的數(shù)據(jù)大小的緩沖區(qū)模塊表示為 n ；步進(jìn)發(fā)送脈沖的頻率電機(jī)被表示為 f，哪一個(gè)單元是 Hz ；脈搏相當(dāng)于表示為 （5 ； FPGA 可以在的時(shí)間至少等待中斷響應(yīng)延遲表示為T，其單位是它們之間的關(guān)系顯示如下。
v = f ·o (mm / s) = 0.06 · f ·o(m / min) (I)
脈沖當(dāng)量 （在此雕刻機(jī) 5 是0.0025 毫米。 這樣我們能
(3) 繪制表格如圖，
如圖中所示，我們可以知道 FPGA 可以等待ARM 中斷響應(yīng)延遲為 n 的增加較多的時(shí)間。當(dāng)參數(shù) n 固定時(shí)時(shí)間 T 是迅速作為雕刻 v 增加的速度下降。雖然T 的時(shí)間被固定的為了提高雕刻速度，數(shù)據(jù)緩沖區(qū) n 的大小應(yīng)較大。T 的時(shí)間，F(xiàn)PGA 至少可以等待 ARM 中斷響應(yīng)延遲已確認(rèn)時(shí)的最大的雕刻速度 v和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小 n 固定。比較時(shí)間 T 和武裝中斷響應(yīng)延遲，我們可以判斷這是否設(shè)計(jì)能滿足實(shí)時(shí)的需求。
瞄準(zhǔn)問題提到前的示例實(shí)時(shí)分析作為波紋管。如果發(fā)送的脈沖頻率步進(jìn)電機(jī)受到限制 100 Hz 40000Hz 之間。，是雕刻的速度是之間，限制0.0 l Sm/min-蒂姆/分鐘。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊的大小設(shè)置為500.然后 FPGA 發(fā)送一個(gè)中斷后武裝時(shí)信號(hào)它已經(jīng)處理了一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)模塊，會(huì)有12.5ms-5000ms （即 I2500μs-5000000μS) 的中斷通過使用 （3） 都得到的響應(yīng)延遲。然而，在 Linux 中正常中斷響應(yīng)上肢短潛伏期是在 600μS 內(nèi)[14]。 如你所知，這是完全滿意實(shí)時(shí)的要求。當(dāng)然，保留時(shí)間為中斷延遲也可由數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小調(diào)整。在 FPGA 的模塊。顯然，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小是有限的。如果將添加到嵌入式 Linux 實(shí)時(shí)核心大小不再滿足要求的提高雕刻速度。所以在這種情況下 RT-Linux 將會(huì)適用于因?yàn)槠渲袛囗憫?yīng)延遲是僅在數(shù)萬內(nèi)單位為微秒。這就是改善雙內(nèi)核方法Linux 的實(shí)時(shí)性能。
六、實(shí)際應(yīng)用
在香港專業(yè)教育學(xué)院，這種軟件體系結(jié)構(gòu)，它實(shí)際上用于雕刻機(jī)控制器。此控件的硬件平臺(tái)原型系統(tǒng)如圖 8所示。
雕刻示例所示右面，這是刻在上面所示的控制器。
七、結(jié)論
在本白皮書中，擬議的新的軟件體系結(jié)構(gòu)基于數(shù)控雕刻機(jī)控制器嵌入Linux。它方便了應(yīng)用軟件開發(fā)、削減降低開發(fā)成本，縮短了開發(fā)周期和增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性能。靈活性和適應(yīng)性也是系統(tǒng)的很大的改進(jìn)。這種體系結(jié)構(gòu)的有效已實(shí)際應(yīng)用的確認(rèn)。此外，其他類型雕刻機(jī)控制器，如激光雕刻，可以此外將建立很容易，只要相應(yīng)的功能模塊被修改，以適應(yīng)該雕刻的要求。此外可以添加相應(yīng)的功能模塊到使其適用于不同類型的雕刻。各項(xiàng)要求如更新遠(yuǎn)程控制方案，控制、 網(wǎng)絡(luò)管理與仿真下一步，將輕松滿意工具的運(yùn)動(dòng)。
淮 陰 工 學(xué) 院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名：
趙俊
學(xué) 號(hào)：
1081101738
專 業(yè)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目：
五軸雕刻機(jī)機(jī)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)②
―結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師:
許軍
2012
年
2
月
28
日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述
文 獻(xiàn) 綜 述
一、五軸雕刻機(jī)的簡介
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展, 普通的三軸雕刻機(jī)床已滿足不了人們對加工零件的更高要求。在20世紀(jì)60年代, 一些發(fā)達(dá)國家開始研制五軸數(shù)控機(jī)床。五軸雕刻機(jī)集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工于一體, 可高效、準(zhǔn)確完成復(fù)雜曲面的加工, 特別是在曲軸等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。由于五軸技術(shù)難度較大, 國際上通常把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)作為衡量一個(gè)國家生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。長期以來, 西方發(fā)達(dá)國家一直把五軸聯(lián)動(dòng)作為重要的戰(zhàn)略物資控制出口, 發(fā)展中國家在研發(fā)和引進(jìn)兩方面都碰到了很大的困難，為打破國外的技術(shù)封鎖, 需要我們自主創(chuàng)新 !
二、工作原理
五軸加工是指在一臺(tái)機(jī)床上至少有五個(gè)坐標(biāo)軸，三個(gè)直線坐標(biāo)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，而且可以在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)，是數(shù)控技術(shù)難度最大、適用范圍最廣的技術(shù)，其集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密技術(shù)于一體，主要應(yīng)用于加工品質(zhì)要求很高的自由曲面的高效、精密、自動(dòng)加工，是目前解決葉輪、葉片、螺旋槳等復(fù)雜曲面加工的重要手段。這樣五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工與一般的三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工相比，主要有1)提高加工質(zhì)量和效率，2)擴(kuò)大工藝范圍，可以用于復(fù)雜曲面和斜空斜面的加工；同時(shí)，五軸加工也存在很多難點(diǎn)，需要在開發(fā)的過程中重點(diǎn)考慮的問題。
三、機(jī)床設(shè)計(jì)
1、五軸聯(lián)動(dòng)現(xiàn)狀及其分析
大多數(shù)高級(jí)的數(shù)控銑床的數(shù)控裝置都可控六根基本軸,即X, Y, Z三根運(yùn)動(dòng)軸和繞X, Y, Z 三根運(yùn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的A、B、C三根回轉(zhuǎn)軸。五軸聯(lián)動(dòng)指的是在六根基本軸中, 機(jī)
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床數(shù)控裝置能控制其中五根軸同時(shí)達(dá)到空間某一點(diǎn), 通俗的講就是指其中五根軸能同時(shí)對某一點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)加工。根據(jù)機(jī)床實(shí)際情況, 五軸聯(lián)動(dòng)通常是在X、Y、Z三根運(yùn)動(dòng)軸基礎(chǔ)上增加由A、B、C 三個(gè)回轉(zhuǎn)軸中任意兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸所組合的運(yùn)動(dòng), 2個(gè)回轉(zhuǎn)軸可以都配置在刀具切削頭部位( 通常稱擺動(dòng)軸)或工件安裝部位(通常稱旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)), 也可在這兩個(gè)部位上分別配置1個(gè)回轉(zhuǎn)軸。
根據(jù)這些配置方式可以組合出的有效布局方案共有:
雙旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的高速五軸機(jī)床, 它應(yīng)用比較多的是銑鏜類機(jī)床。這種機(jī)床也有多個(gè)類型和品種, 較簡單的是在數(shù)控鏜銑床的工作臺(tái)上附加A /B軸轉(zhuǎn)臺(tái), 配上相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和A /B軸兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并可聯(lián)動(dòng)。這種配置由于接合層次多, 剛性差些, 因此有專門將A /B轉(zhuǎn)軸的支座與工作臺(tái)或床身做成一體的。由于受安裝工件的轉(zhuǎn)臺(tái)的尺寸和重量的制約, 這種機(jī)床僅適用于加工中小這種機(jī)床僅適用于加工中小型工件。
在刀具切削頭部位和工件安裝部位, 都配置1個(gè)回轉(zhuǎn)軸。這種五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床由于轉(zhuǎn)臺(tái)可以是A 軸、B 軸或C 軸,擺頭也是一樣, 可以分別是A軸、B軸或C 軸, 所以轉(zhuǎn)臺(tái)加上擺頭式結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床可以有各種不同的組合, 以適應(yīng)不同的加工對象, 如加工汽輪發(fā)電機(jī)的葉片, 需要A 軸加上B軸, 其中A 軸需要用尾座頂尖配合頂住工件, 如果工件較長同時(shí)直徑又細(xì), 則需要兩頭夾住并且拉伸工件來進(jìn)行加工, 當(dāng)然這里一個(gè)必要條件是兩個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)必須嚴(yán)格同步旋轉(zhuǎn)。這種型式配置的機(jī)床把旋轉(zhuǎn)軸分別放置于切削頭部位和工作臺(tái)安裝部位, 與使用雙旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的機(jī)床相比較, 優(yōu)點(diǎn)是剛性高, 工作臺(tái)的承載能力強(qiáng)。雙旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)為一個(gè)串聯(lián)機(jī)構(gòu), 而且空間上受到限制, 無法設(shè)計(jì)得足夠健壯, 導(dǎo)致整體剛性不足, 若將旋轉(zhuǎn)軸分開在主軸頭和工作臺(tái)兩個(gè)部位,那么結(jié)構(gòu)剛性的問題便得到很好的解決, 工作臺(tái)的工作臺(tái)面積與承載能力也遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的雙旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
雙擺頭式結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床, 由于結(jié)構(gòu)本身的原因: 擺頭中間一般有一個(gè)帶有松拉刀結(jié)構(gòu)的電主軸, 所以雙擺頭自身的尺寸不容易做小, 一般在400~ 500 mm 左右, 加上雙擺頭活動(dòng)范圍的需要, 所以雙擺頭結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的加工范圍不宜太小, 而是越大越好, 一般為龍門式或動(dòng)梁龍門式, 龍門的寬度在2000 ~ 3000 mm 以上為好。
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2、機(jī)床的選擇
常見五軸機(jī)床的形式有雙擺回轉(zhuǎn)臺(tái)、雙擺頭和轉(zhuǎn)臺(tái)加擺主軸共3 大類在保證整個(gè)系統(tǒng)機(jī)械剛性以及經(jīng)濟(jì)性的前提下，本設(shè)計(jì)采用龍門式結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)方式采用龍門架移動(dòng)、工作臺(tái)固定的運(yùn)動(dòng)方式。該布局，龍門及其上的X，Z 軸機(jī)構(gòu)都要運(yùn)動(dòng)， 因此運(yùn)動(dòng)慣性較大， 要求Y 軸步進(jìn)電機(jī)的功率要大， 但是工作臺(tái)穩(wěn)定，可以裝夾質(zhì)量較大的金屬工件。如圖1 所示， 由主軸組件在龍門架上進(jìn)行左右移動(dòng)(X 向)， 實(shí)現(xiàn)雕刻寬度； 由龍門架與Y 軸滑塊固定，在工作臺(tái)上進(jìn)行前后移動(dòng)（Y 向），實(shí)現(xiàn)雕刻長度；由主軸組件在龍門架上進(jìn)行上下移動(dòng)（Z 向），實(shí)現(xiàn)雕刻深度。機(jī)床結(jié)構(gòu)主要是XYZ 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)+AC 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的組合。此結(jié)構(gòu)下，五軸加工時(shí)由于A 及C旋轉(zhuǎn)加工平臺(tái)較小，不能進(jìn)行較大行程的五軸加工，但A 及C旋轉(zhuǎn)加工平臺(tái)，可以很容易移開，即可進(jìn)行較大行程的XYZ 三軸加工，這也是機(jī)床開發(fā)功能性及經(jīng)濟(jì)性的一種表現(xiàn)。此時(shí)機(jī)床在設(shè)計(jì)上XY 方向會(huì)有較大行程。主軸部分采用直流電機(jī)鏈接鉆夾頭， 夾持刀具直接進(jìn)行切削。在系統(tǒng)各個(gè)方向的傳動(dòng)件上我們均采用滾珠絲杠配合圓柱導(dǎo)軌的方式，保證了系統(tǒng)的精度。
3、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
數(shù)控機(jī)床由數(shù)控加工系統(tǒng)控制，數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)的簡稱，英文名稱為（Numerical Control system），簡稱NCS，而目前控制方式，多是電腦進(jìn)行控制，又簡稱CNC（ComputerNumerical Control）。其功能是根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。通過利用數(shù)字、文字和符號(hào)組成的數(shù)字指令，來實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)械設(shè)備動(dòng)作控制，其所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和開關(guān)量。CNC 系統(tǒng)的核心是CNC 裝置。由于使用了計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)具有了軟件功能，又用PLC 代替了傳統(tǒng)的機(jī)床電器邏輯控制裝置，使系統(tǒng)更小巧，其靈活性、通用性、可靠性更好，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)控功能，使用、維護(hù)也方便，并具有與上位機(jī)連接及進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的功能。
四、綜述
機(jī)床設(shè)計(jì)過程中, 軸的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)是其核心的部分, 不僅對控制部分有較高的要求, 機(jī)
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械部分也是非常重要的, 它不僅決定了其功能, 更決定了其精度和加工范圍。此論文對五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械部分進(jìn)行了詳細(xì)的比較與設(shè)計(jì), 既符合經(jīng)濟(jì)效益也同時(shí)滿足精度要求, 是一種比較適合于我國現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床發(fā)展的水平的設(shè)計(jì)思路。為數(shù)控機(jī)床軸的設(shè)計(jì)提供有普遍意義的設(shè)計(jì)方案, 為同樣進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)的同行提供參考。
隨著械加工技術(shù)的不斷推進(jìn), 以這種機(jī)械傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動(dòng)銑頭會(huì)逐漸被以“ 零傳動(dòng)”方面的五軸聯(lián)動(dòng)銑頭取代, 但個(gè)人相信, 在今后幾十年中, 機(jī)械傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床, 在數(shù)控加工領(lǐng)域仍扮演著重要的角色, 推動(dòng)我國制造加工業(yè)的發(fā)展。
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
2．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）
一、解決的問題
本課題從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本原理、關(guān)鍵技術(shù)和研制原則，應(yīng)用相關(guān)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的組織和綜合，制定了研制的五軸雕刻機(jī)的機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)方案，著重詳細(xì)地分析了雕刻機(jī)系統(tǒng)的總體布局和結(jié)構(gòu)方案、數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式，以及主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)選擇等。研究內(nèi)容包括機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算；控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，包括硬件選用、軟件結(jié)構(gòu)；以及插補(bǔ)算法的選擇、分析和實(shí)現(xiàn)過程，實(shí)現(xiàn)了該雕刻機(jī)系統(tǒng)的初步優(yōu)化。 該課題的目的在于提高獨(dú)立自主開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品的能力。
二、研究手段
（1）查閱有關(guān)五軸雕刻機(jī)的相應(yīng)文獻(xiàn)，了解五軸雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所具備的只是和相關(guān)資料；
（2）結(jié)合有關(guān)資料和實(shí)驗(yàn)室中已有設(shè)備進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)；
（3）通過三維建模，測繪，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并校驗(yàn)；
（4）完成實(shí)物設(shè)計(jì)。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語：
所查閱文獻(xiàn)與畢業(yè)論文選題一致；
所閱讀的文獻(xiàn)數(shù)量（包括中外文文獻(xiàn)資料）符合要求；
所作綜述思路基本清淅，結(jié)構(gòu)合理，觀點(diǎn)明確；
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測：
畢業(yè)論文選題符合所學(xué)專業(yè)方向和專業(yè)要求；研究內(nèi)容切合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)際；課題有一定的深度，需要該生認(rèn)真研究，通過方案設(shè)計(jì)論證，建模仿真等環(huán)節(jié)，最終可以完成實(shí)物制作。
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指導(dǎo)教師： （手寫簽名）
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人： （手寫簽名）
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淮陰工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 38 頁 共 38 頁
1 引言
1．1 課題的提出和研究意義
目前，制造業(yè)面臨市場的全球化和需求的多樣化，以及技術(shù)創(chuàng)新的加快，產(chǎn)品更新?lián)Q代快、周期短，生產(chǎn)多品種、中小批量的生產(chǎn)比重明顯增加。同時(shí)隨著航空業(yè)、汽車市場和輕工業(yè)的快速發(fā)展，復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求也不斷增加。此外，激烈的市場競爭要求產(chǎn)品的周期零件的更高要求越來越短，多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件的高效、高質(zhì)量加工要求，使得傳統(tǒng)的加工設(shè)備和手段難以適應(yīng)。
五軸數(shù)控機(jī)床集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工于一體，可高效、準(zhǔn)確完成復(fù)雜曲面的加工，特別是在加工葉輪、葉片、船用螺旋槳及大型柴油機(jī)曲軸等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)，是數(shù)控技術(shù)難度最大 適用范圍最廣的技術(shù)，但高精度的機(jī)床配合高價(jià)出售，其不菲的價(jià)格也是大多加工企業(yè)難以承受，也讓推廣五軸加工技術(shù)受到一定程度的阻礙。
本課題基于五軸加工原理，開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性強(qiáng)的五軸雕刻機(jī)，可應(yīng)用于加工材質(zhì)較軟 精度要求不高的零件，如木材 塑料及鋁合金等材質(zhì)零件。能適應(yīng)一些球類，曲線類的復(fù)雜零件加工，另外可以更換刀頭，在條件允許的情況下，可以完成鉆、銑、切割等。同時(shí)還可以通過軟件系統(tǒng)的控制和G代碼控制配合制作出一些實(shí)體零件等。
1．2 五軸雕刻機(jī)的發(fā)展歷程
可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期，母系氏族時(shí)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(shí)期便發(fā)明了活字印刷，這里刻的字應(yīng)屬于雕刻的范疇。隨著時(shí)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(qiáng)、一致性差，嚴(yán)重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展。這使得雕刻機(jī)的產(chǎn)生成為必然。
上世紀(jì)90年代至今，機(jī)械雕刻獲得了前所未有的發(fā)展。從最初的刻字機(jī)、刻章機(jī)再到三維雕刻機(jī)，制作工藝也日漸成熟，應(yīng)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(biāo)識(shí)銘牌，可謂雕刻的使用無處不在。
1938年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國“嘉寶”問世，1950“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺(tái)真正意義的電動(dòng)、可縮放比例的手動(dòng)雕刻機(jī)。隨后一些歐美國家也開始研制。20世紀(jì)90年代，隨著電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動(dòng)微型計(jì)算機(jī)的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)完成了從2D加工逐漸擴(kuò)展到5D加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。
雕刻機(jī)主要有仿形雕刻機(jī)和計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻兩大類，以完成有互換性要求的雕刻加工和模具雕刻加工。仿形雕刻的出現(xiàn)為雕刻的工業(yè)應(yīng)用起到了巨大的推動(dòng)作用，尤其是圖案和文字的雕刻加速了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為雕刻在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。但是機(jī)械仿形雕刻仍是一種手動(dòng)雕刻，它在加工效、加工能力、計(jì)算機(jī)接口等方面存在明顯的缺陷，阻礙了雕刻技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。
隨著工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)速度的加快，尤其是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)產(chǎn)品的形態(tài)更加豐富，變化更加迅速，對制造設(shè)備提出了新的要求。這就使以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）技術(shù)、技術(shù)及數(shù)控技術(shù)（CNC）為核心的數(shù)控雕刻技術(shù)成了雕刻加工發(fā)展的主流。如圖1-1為雕刻機(jī)的發(fā)展歷程。
雕刻機(jī)
手動(dòng)雕刻機(jī)
自動(dòng)雕刻機(jī)
復(fù)雜曲面
傳統(tǒng)工藝
球類零件
激光雕刻系統(tǒng)
機(jī)械雕刻系統(tǒng)
仿形雕刻系統(tǒng)
數(shù)控雕刻系統(tǒng)
圖1-1為雕刻機(jī)的發(fā)展歷程
現(xiàn)在雕刻機(jī)以其低的價(jià)格和較高的生產(chǎn)加工效率，被廣泛運(yùn)用在木工業(yè)、石材業(yè)、廣告業(yè)、飾品業(yè)、家具裝潢業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域。
我國近年來制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展機(jī)遇，有效地促進(jìn)了我國數(shù)控雕刻機(jī)的生產(chǎn)、推廣和應(yīng)用。我國的數(shù)控雕刻機(jī)起步于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過十年的發(fā)展，已形成了多個(gè)國產(chǎn)牌的雕刻機(jī)，如上海洛克公司生產(chǎn)的“啄木鳥”數(shù)控雕刻機(jī)、北京精雕公司生產(chǎn)的“精雕”數(shù)控雕刻機(jī)和南京科能公司生產(chǎn)的“威克”數(shù)控雕刻機(jī)等。上述各類雕刻機(jī)的機(jī)床本體機(jī)構(gòu)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)，伺服部分多以步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)為主，可獲得中等控制精度，但價(jià)格比較便宜，因此整機(jī)的性價(jià)比不是太高，適用于精度不太高的普及應(yīng)用場合。至于高精度的加工，目前國內(nèi)進(jìn)口的數(shù)控雕刻機(jī)以一些國際知名品牌為主，如美國“雕霸”、法國“嘉寶”和日本“御牧”都是此行也得佼佼者，但價(jià)格十分昂貴。這類數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛度好、精度高，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性高，但價(jià)格昂貴，往往數(shù)倍于國產(chǎn)產(chǎn)品。因此這類產(chǎn)品主要運(yùn)用于制造高精度模具等場合。
1．3 雕刻機(jī)的發(fā)展趨勢
隨著時(shí)代的快速發(fā)展，普通的三軸數(shù)控機(jī)床已滿足不了人們對加工在 20世紀(jì)60年代，一些發(fā)達(dá)國家開始研制五軸數(shù)控機(jī)床。五軸雕刻機(jī)相對三軸雕刻機(jī)有著一次裝夾可以完成全部或大部分加工任務(wù)的優(yōu)勢。由于能夠?qū)崿F(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸與直線運(yùn)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)，五軸雕刻機(jī)還可以在回轉(zhuǎn)體毛坯上進(jìn)行雕刻加工，這是三軸雕刻機(jī)無法做到的。此外，五軸雕刻機(jī)還能夠提高空間自由曲面的加工精度、質(zhì)量和效率。但是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)、昂貴的硬件成本以及復(fù)雜的機(jī)床結(jié)構(gòu)一直是困擾五軸雕刻機(jī)迅速發(fā)展的瓶頸。而數(shù)控系統(tǒng)的迅速發(fā)展，已經(jīng)能滿足多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)的要求，必將推動(dòng)五軸雕刻機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展。
未來五軸雕刻機(jī)方向概括如下：
（1）高速高精度化：現(xiàn)在國內(nèi)雕刻機(jī)大多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)，位置控制和加工精度不高。今后，雕刻機(jī)硬件控制部分將向半閉環(huán)、全閉環(huán)方向發(fā)展，使用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過檢測回饋信號(hào)對誤差進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高加工精度和加工速度。
（2）人性化界面：隨著規(guī)?；a(chǎn)的需求，更加簡潔，人性化的操作界面將成為今后雕刻機(jī)的一個(gè)發(fā)展趨勢。企業(yè)能更好運(yùn)用與實(shí)際生產(chǎn)中，使員工能一人控制多臺(tái)雕刻機(jī)成為可能，便于提高企業(yè)生產(chǎn)效率。
（3）多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)：目前雕刻機(jī)主要以三軸雕刻機(jī)為主，未來將以五軸雕刻機(jī)為代表多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控雕刻機(jī)也是一個(gè)主要發(fā)展方向。
1．4 五軸雕刻機(jī)的原理和特點(diǎn)
五軸雕刻機(jī)是采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)，多數(shù)采用開環(huán)控制的簡易數(shù)控系統(tǒng)。它具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、性價(jià)比高等特點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，PC機(jī)的性能不斷提高，硬件配置更加靈活并且軟件資源的日益豐富，價(jià)格卻不斷下降。目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控雕刻機(jī)的系統(tǒng)正逐漸過渡到以PC機(jī)為控制核心的發(fā)展方向。由于這種系統(tǒng)性價(jià)比高，因而被廣泛地應(yīng)用于機(jī)床產(chǎn)品升級(jí)換代和普通機(jī)床的技術(shù)改造上。
基本特點(diǎn)如下：
相對于三軸雕刻機(jī)和手動(dòng)雕刻機(jī)，五軸雕刻機(jī)的基本特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：適用性廣，功能實(shí)用、性價(jià)比高、操作簡單。
（1）適用性廣：它能適應(yīng)各種復(fù)雜加工，尤其是復(fù)雜曲面的加工，特別是在加工葉輪、葉片、船用螺旋槳及大型柴油機(jī)曲軸等。因此，它被廣泛運(yùn)用在汽車工業(yè)、航天工業(yè)、制船業(yè)，此外還有浮雕、根雕、家具市場等。
（2）功能實(shí)用：采用五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工模具可以很快的完成模具加工，交貨快，更好的保證模具的加工質(zhì)量，使模具加工變得更加容易，并且使模具修改變得容易。在傳統(tǒng)的模具加工中，一般用立式加工中心來完成工件的銑削加工。隨著模具制造技術(shù)的不斷發(fā)展，立式加工中心本身的一些弱點(diǎn)表現(xiàn)得越來越明顯?，F(xiàn)代模具加工普遍使用球頭銑刀來加工，球頭銑刀在模具加工中帶來好處非常明顯，但是如果用立式加工中心的話，其底面的線速度為零，這樣底面的光潔度就很差，但使用、五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工技術(shù)加工模具，可以克服上述不足。
（3）性價(jià)比高：由于是五軸聯(lián)動(dòng)，讓工件的裝夾變得容易。加工時(shí)無需特殊夾具，降低了夾具的成本，避免了多次裝夾，提高模具加工精度。采用五軸技術(shù)加工模具可以減少夾具的使用數(shù)量。另外，由于五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床可在加工中省去許多特殊刀具，所以降低了刀具成本。五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床在加工中能增加刀具的有效切削刃長度，減小切削力，提高刀具使用壽命，降低成本。
（4）操作簡單：由于通過數(shù)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)，使得它比手動(dòng)或一般的機(jī)床生產(chǎn)簡單，在一些功能參數(shù)的設(shè)置上也變得簡單易用。通過培訓(xùn)學(xué)習(xí)，能適合不同層次的用戶的實(shí)用，對它的推廣與運(yùn)用提供了良好的平臺(tái)。
1．5 本課題的研究內(nèi)容
本文針對五軸雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要從以下幾個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行分析和研究：
（1）分析五軸雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)方案，對五軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)已有伺服電機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模，并選擇好材料。
（2）對建模零件進(jìn)行加工，準(zhǔn)備裝配的零件，另外根據(jù)已有零件準(zhǔn)備好連接件。
（3）根據(jù)建模模型進(jìn)行實(shí)體裝配，按一定順序組裝。
（4）配合驅(qū)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整和校正。
（5）進(jìn)行實(shí)例加工。
1．6 本章小結(jié)
本章是前言部分，主要描述了五軸雕刻機(jī)的發(fā)展歷史和未來的發(fā)展趨勢，同時(shí)介紹了五軸雕刻機(jī)的基本原理和特點(diǎn)，以及本次課題的研究內(nèi)容。
2 五軸雕刻機(jī)的實(shí)體建模
本章主要對五軸雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體建模，并且分析結(jié)構(gòu)的合理性以及零件材料的選擇。
2．1 五軸雕刻機(jī)基本運(yùn)動(dòng)原理
五軸雕刻機(jī)加工中心大多是3 + 2的結(jié)構(gòu), 即 x, y, z三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸加上分別圍繞 x, y, z軸旋轉(zhuǎn)的 a, b , c三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸中的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸組成。這樣,從大的方面分類, 就有x, y, z , a , b ; x, y, z , a , c ; x, y, z , b, c三種形式;由二個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的組合形式來分,大體上有雙轉(zhuǎn)臺(tái)式、 轉(zhuǎn)臺(tái)加上擺頭式和雙擺頭式三種形式。這三種結(jié)構(gòu)形式由于物理上的原因,分別決定了機(jī)床的規(guī)格大小和加工對象的范圍。其中,雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床由于在加工工件時(shí)工件需要在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng),所以只適合加工小型零件,如小型整體渦輪、 葉輪、 小型精密模具等,由于結(jié)構(gòu)最為簡單,所以相對價(jià)格較為低廉,就應(yīng)用來講,這是數(shù)量最多的一類五軸數(shù)控機(jī)床。
2．2 五軸雕刻機(jī)的工作原理
雕刻機(jī)一般由機(jī)架、工作臺(tái)、刀頭、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。雕刻作業(yè)時(shí)刀頭相對工作臺(tái)沿X、Y、Z 軸進(jìn)給。五軸雕刻機(jī)的工作原理圖如圖2-1所示 PC機(jī)
USB數(shù)據(jù)傳輸接口
單片機(jī)
X軸伺服電機(jī)
Y軸伺服電機(jī)
Z軸伺服電機(jī)
A軸伺服電機(jī)
B軸伺服電機(jī)
X軸絲杠
Y軸絲杠
Z軸絲杠
A軸電機(jī)
B軸電機(jī)
完成雕刻
圖2-1為五軸雕刻機(jī)的工作原理圖
電腦通過并口，直接將步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)輸出給雕刻機(jī)控制器。即電腦通過軟件（如mach2)等，從并口分別送出以下的信號(hào)給雕刻機(jī)控制箱：
X軸的步進(jìn)脈沖（脈沖頻率越高，速度越快）
X軸的方向信號(hào)（正向或反向）
Y軸的步進(jìn)脈沖（脈沖頻率越高，速度越快）
Y軸的方向信號(hào)（正向或反向）
Z軸的步進(jìn)脈沖（脈沖頻率越高，速度越快）
Z軸的方向信號(hào)（正向或反向）
A軸的步進(jìn)脈沖（脈沖頻率越高，旋轉(zhuǎn)速度越快）
A軸的方向信號(hào)（正向或反向）
B軸的步進(jìn)脈沖（脈沖頻率越高，旋轉(zhuǎn)速度越快）
B軸的方向信號(hào)（正向或反向）
進(jìn)步電機(jī)的使能信號(hào)（電機(jī)是啟用，或是停用，如果是停用，電機(jī)會(huì)完全松下來不會(huì)鎖死。連接電腦工作時(shí)會(huì)啟用電機(jī)）?？刂葡鋵⑦@些信號(hào)處理后，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接給X，Y，Z ，A，B五只步進(jìn)電機(jī)。
2．3 五軸雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)要求
本次課題提出對五軸雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即使五軸雕刻機(jī)實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，能又使得五軸雕刻機(jī)在驅(qū)動(dòng)軟件的驅(qū)動(dòng)條件下進(jìn)行小型零件的加工，機(jī)械結(jié)構(gòu)作為雕刻機(jī)的硬件部分，對雕刻機(jī)的加工過程、刻字效果等有著重要的影響。
因此需要滿足一下幾點(diǎn)：
（1）五軸雕刻機(jī)能通過數(shù)控代碼，實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，確保實(shí)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(yùn)動(dòng)。在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以簡化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率；
（2）機(jī)床具有一定的剛性、抗振性、熱變形及噪音水平，能夠滿足加工塑料、木料等零件的要求；
（3）機(jī)床首先必須滿足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等各種要求；
（4）機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟(jì)，便于觀察加工過程，能便于操作、調(diào)整、校正、維護(hù)和維修。
2．4 五軸雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)方案分析
通過以上五軸雕刻機(jī)工作原理的分析，以及已給的設(shè)備，對五軸雕刻機(jī)進(jìn)行的一下兩種方案，如下圖（圖2-2是傳統(tǒng)五軸雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)方案，圖2-3是根據(jù)傳統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的新的方案）
圖2-2傳統(tǒng)五軸雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)方案
圖2-3是新型五軸雕刻機(jī)方案
兩種方案相比較來說，傳統(tǒng)方案對工作臺(tái)的要求較高，它的工作臺(tái)需要兼顧三種運(yùn)動(dòng)，這樣對加工零件的約束性不較大，因此通用性不太好，適用性不強(qiáng)，適合固定零件的生產(chǎn)。但它的結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性強(qiáng)。而新型方案中，對傳統(tǒng)方案的一種改進(jìn)，它主要針對工作臺(tái)進(jìn)行調(diào)整，使得工作臺(tái)兼顧兩種運(yùn)動(dòng)，將擺動(dòng)運(yùn)用到擺臂上，這樣能減小對加工零件的約束性，擴(kuò)大了加工范圍，通用性更強(qiáng)，比較符合現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)需要，但這樣結(jié)構(gòu)相對來說比較復(fù)雜，對擺臂的受力要求提高。
本次課題中的五軸雕刻機(jī)運(yùn)用新型結(jié)構(gòu)，它的主要幾何結(jié)構(gòu)由以下幾部分組：
（1）底座部分
作為雕刻機(jī)整機(jī)的基礎(chǔ)，承擔(dān)整個(gè)機(jī)體的重量，要求穩(wěn)定堅(jiān)固，底座由底下的四只腳與地面接觸；
（2）工作臺(tái)部分
工作臺(tái)部分由工作臺(tái)、Y方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。工作臺(tái)作為雕刻工作時(shí)承載雕刻物體的部件，表面有T型溝槽，由絲杠驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)軌導(dǎo)向，還可以旋轉(zhuǎn)；
（3）橫梁部分
橫梁由X方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。橫梁承載機(jī)頭的重量，驅(qū)動(dòng)機(jī)頭動(dòng)，容易彎曲變形，在結(jié)構(gòu)仿真和運(yùn)動(dòng)仿真中是重要的分析對象；
（4）機(jī)頭部分
機(jī)頭部分由主軸組件、Z方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。絲杠驅(qū)動(dòng)主軸組的上下運(yùn)動(dòng)，主軸組件在加工過程中直接帶動(dòng)雕刻機(jī)頭的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；
（5）擺臂部分
擺臂部分由兩塊擺臂架組成。它與橫向運(yùn)動(dòng)的Y軸以及法蘭盤相連接，而法蘭盤和軸承配合與支架進(jìn)行組合運(yùn)動(dòng)，同時(shí)法蘭盤與旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過剛性聯(lián)軸器進(jìn)行配合連接，從而使得旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以控制擺臂部分。
2．5 雕刻機(jī)的電路及電氣部分
雕刻機(jī)的電路及電氣部分有：
（1）電源板：電源板的作用是提供功放和前級(jí)所需要的電源，一般要考慮電流是否足夠、電壓是否穩(wěn)定與對稱（一般大功率功放均用正負(fù)電對稱供電）、紋波（濾波電容的大?。?、反應(yīng)速率（在大電容上并接高速率小電容）等因素；
（2）電腦接口板：起鏈接器的作用，把機(jī)構(gòu)和電路連起來；
（3）鍵盤LED面板：
①當(dāng)鍵盤板與電腦主機(jī)連接時(shí)，手控板會(huì)自動(dòng)鎖死，按鍵不會(huì)有動(dòng)作，此時(shí)鍵盤板上手控板使能燈自動(dòng)熄滅。
②當(dāng)其與電腦斷開連接時(shí)，手控板使能指示燈亮，表示手控板可以操作。
③X，Y，Z 三軸可以同時(shí)動(dòng)作。
④碰到6只限位開關(guān)中的任何一只，在鍵盤板上對應(yīng)的限位開關(guān)指示燈點(diǎn)亮，手控板會(huì)鎖定，不允許繼續(xù)移動(dòng)。
⑤鍵盤板上有詳細(xì)的指示LED，內(nèi)容豐富，包括三軸的使能、方向、脈沖及六只限位開關(guān)的狀態(tài)LED顯示。
（4）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板是用來放大信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的；
（5）LED照明燈盤板：主要用起照明的作用；
（6）雕刻機(jī)內(nèi)部接線板；
（7）手動(dòng)控制邏輯板。
2．6 建模設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用了平面機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)是一個(gè)構(gòu)建系統(tǒng)，為了傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間應(yīng)具有確定的相對運(yùn)動(dòng)。但任意拼湊的構(gòu)件系統(tǒng)不一定能發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，即使能夠運(yùn)動(dòng)，也使能夠運(yùn)動(dòng)，也不一定具有確定的性對運(yùn)動(dòng)。討論機(jī)構(gòu)滿足什么條件，構(gòu)件間才具有確定的相對運(yùn)動(dòng)，對于分析現(xiàn)有機(jī)構(gòu)或設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)都是很重要的。機(jī)構(gòu)是由許多構(gòu)件組成的，機(jī)構(gòu)中的每個(gè)構(gòu)架都以一定的方式與另一些構(gòu)件相連。這種連接不是固定連接，而是具有一定相對運(yùn)動(dòng)的連接。因此需要考慮選擇怎樣的機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.6.1 平面連桿機(jī)構(gòu)
平面連桿機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式多種多樣，可以實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡；低副以圓柱面或平面相接觸，承載能力高，制造簡便，易于獲得較高的制造精度。因此，平面連桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械、儀器中獲得了廣泛應(yīng)用。平面四桿機(jī)構(gòu)可按照連桿是曲柄還是搖桿，將其分為三種基本形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和搖桿機(jī)構(gòu)。還有就是含有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和要快機(jī)構(gòu)等。但是連桿機(jī)構(gòu)不易精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副較多的情況下，效率較低，因此我們不采用這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.6.2 凸輪機(jī)構(gòu)
凸輪機(jī)構(gòu)是一種常用的機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)化和半自動(dòng)化機(jī)械中應(yīng)用廣泛。凸輪機(jī)構(gòu)主要是有凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成。根據(jù)凸輪和從動(dòng)件的不同形狀和型式，凸輪機(jī)構(gòu)可分為兩類。
一個(gè)是按凸輪形狀分為盤形凸輪、移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪。其中盤形凸輪是一個(gè)繞固定軸線運(yùn)動(dòng)并具有變化半徑的盤形零件。移動(dòng)凸輪是當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)時(shí)，凸輪相對機(jī)架做直線運(yùn)動(dòng)。圓柱凸輪是將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體。
按從動(dòng)件型式可分為尖頂從動(dòng)件、滾子從動(dòng)件和平地從動(dòng)件。其中尖頂能與復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實(shí)現(xiàn)任意語氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但尖頂與凸輪是點(diǎn)接觸，磨損快，只宜用于受力不大的低速凸輪機(jī)構(gòu)。而滾子從動(dòng)件為了克服尖頂從動(dòng)件的缺點(diǎn)，在從動(dòng)件的尖頂安裝了一個(gè)滾子，從而達(dá)到耐磨損，可承受較大載荷的需求。平底從動(dòng)件是從動(dòng)件與凸輪輪廓表面接觸的端面為一平面，它不能與從動(dòng)件的平底相垂直，傳動(dòng)效率高，且接觸面間易形成油膜，利于潤滑，可用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。雖然凸輪機(jī)構(gòu)可以通過設(shè)計(jì)凸輪輪廓，就可以是從動(dòng)件達(dá)到所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但凸輪輪廓與從動(dòng)件間為點(diǎn)接觸或線接觸，易磨損，因此我們也不采用這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.6.3 滾珠絲杠
滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆轉(zhuǎn)性和高效率的特點(diǎn)。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下，即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。滾珠絲杠副是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。滾珠絲杠副可以加予，由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng)）。滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小，所以可以實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。因此，我們選用這種結(jié)構(gòu)。
2.6.4 設(shè)計(jì)步驟
通過上述三種機(jī)構(gòu)的對比，我們選用絲杠，平面機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)這種機(jī)構(gòu)。
建模步驟如下：
（1） 根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)備的的要求，考慮到連接問題，我們選用聯(lián)軸器將法蘭盤與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連。
（2） 根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的配合要求、實(shí)際市場的聯(lián)軸器型號(hào)以及軸承型號(hào)，將法蘭盤尺寸進(jìn)行定位。如下圖2-4、2-5所示（圖2.4為法蘭盤CAD尺寸圖 、圖2-5為實(shí)體圖）。
圖2-4 法拉盤CAD尺寸圖
圖2-5 法蘭盤實(shí)體圖
（3）根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)中打孔的位置要求（如圖2-6），以及軸承、法蘭盤的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行支架的建模設(shè)定（如圖2-7），這樣可以將旋轉(zhuǎn)電機(jī)與支架進(jìn)行固定，對將設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)起到基礎(chǔ)定位作用和支撐作用。
圖2-6 旋轉(zhuǎn)電機(jī)
圖2-7 支架CAD尺寸圖 支架實(shí)體圖
（4）在根據(jù)法蘭盤，支架和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的配合要求，以及支架的剛性要求，將支架的厚度進(jìn)行確定。
（5）在根據(jù)支架高度和法蘭盤尺寸要求，再考慮到橫向軸在實(shí)際中的加工，以及實(shí)際加工中的加工范圍，將擺臂進(jìn)行設(shè)定。如圖2-8（a）、（b）所示。
擺臂CAD尺寸圖（a）
擺臂實(shí)體圖（b）
圖2-8
（6）然后根據(jù)橫向軸的距離，Y軸的距離，和實(shí)際加工的工作臺(tái)，再加上支架的厚度，進(jìn)行底板的設(shè)定。如圖2-9所示（a）圖為底板的尺寸圖，（b）圖為底板的實(shí)體圖。
（a）底板CAD尺寸圖 （b） 底板實(shí)體圖
圖2-9 底板
（7）接著對底板的工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)底板的尺寸使用T形槽進(jìn)行加工裝配，如圖2-10為T形槽圖（a）為T形槽尺寸圖，（b）為T形槽實(shí)體圖。
（a）T形CAD圖（長度及寬） （b）T形槽實(shí)體圖
圖2-10 T形槽
（8）已有的零件進(jìn)行實(shí)際測繪，并一起繪制三維實(shí)體圖。如下圖2-11分別是：（a）旋轉(zhuǎn)電機(jī)，（b）橫向X軸，（c）縱向Z軸。
（a）旋轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí)體圖 （b） 橫向X軸實(shí)體圖
（c）縱向Z軸實(shí)體圖
圖2-11實(shí)體測繪實(shí)體圖
（9）為了加強(qiáng)擺臂部分的穩(wěn)定性，在兩個(gè)擺臂部分使用了加強(qiáng)板，如圖2-12所示分別為（a）加強(qiáng)板的尺寸圖，（b）加強(qiáng)板的實(shí)體圖。
加強(qiáng)板的CAD尺寸圖 加強(qiáng)板實(shí)體圖
圖2-12 加強(qiáng)板
（10）模零件進(jìn)行裝配，如圖2-13。
圖2-13 五軸雕刻機(jī)裝配實(shí)體圖
2．7 本章小結(jié)
本章主要是考慮五軸雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)方案，通過分析五軸雕刻機(jī)的工作運(yùn)行原理，比較平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)合理性，確定結(jié)構(gòu)方案。然后根據(jù)所給的部分零件，進(jìn)行零件尺寸分析，確定零件的尺寸，最后進(jìn)行實(shí)建模，把每個(gè)部分的零件進(jìn)行裝配，形成五軸雕刻機(jī)的實(shí)體圖，為接下來的工作打下基礎(chǔ)，并提供了一個(gè)良好工作平臺(tái)。
3 加工各個(gè)零件以及通用件選擇
本章主要是對第二章的建模零件進(jìn)行加工，因此需要先選擇所需要加工零件的材料。同時(shí)還要考慮零件之間的連接方式，選擇怎樣的連接件。
3．1 零件的材料分析
工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的各組成部分，如建筑物的梁和柱、機(jī)床的軸等，統(tǒng)稱為構(gòu)件。當(dāng)工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械工作是，構(gòu)件將受到載荷的作用。在外力作用下，固體有抵抗破壞的能力，但這種能力優(yōu)勢有限度的。而且，在外力的作用下，固體的尺寸和形狀還將發(fā)生變化，成為變形。
為保證工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的正常工作，構(gòu)件應(yīng)有足夠的能力負(fù)擔(dān)起應(yīng)當(dāng)承受的載荷。因此，它應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：
（1）強(qiáng)度要求：在規(guī)定載荷作用下的構(gòu)件當(dāng)然不應(yīng)破壞。例如：沖床曲軸不可折斷，儲(chǔ)氣罐不應(yīng)爆炸。強(qiáng)度要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的抵抗破壞的能力。
（2）剛度要求：在載荷作用下，構(gòu)件即使有足夠的強(qiáng)度，但若變形過大，仍不能正常工作。例如：若齒輪軸變形過大，將造成齒輪和軸承的不均勻磨損，引起噪聲。機(jī)床主軸變形過大，將影響加工精度。剛度要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的抵抗變形的能力。
（3）穩(wěn)定性要求：有些受壓力作用的細(xì)長桿，如千斤頂?shù)穆輻U，內(nèi)燃機(jī)的挺桿，應(yīng)始終維持原有的直線平衡形態(tài)，保證不被壓彎。穩(wěn)定性要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的保持原有平衡形態(tài)的能力。
若構(gòu)件橫截面尺寸不足或形狀不合理，或材料選用不當(dāng)，將不能滿足上述要求，從而不能保證工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的安全工作。相反，也不該不恰當(dāng)?shù)丶哟髾M截面尺寸或選用優(yōu)質(zhì)材料，這雖然滿足了上述要求，卻多使用了材料和增加的成本，造成浪費(fèi)。材料的分析可以在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又安全的構(gòu)件，同時(shí)又減成本將提供理論基礎(chǔ)。
3．2 材料的選擇
在材料的選擇中，考慮到材料強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求，同時(shí)又考慮到材料的難易加工程度，還有價(jià)格合適的情況下，本次加工選用PVC板材和45號(hào)鋼。
在所加工的零件中，法蘭盤使用的是45號(hào)鋼，主要因?yàn)榉ㄌm盤與旋轉(zhuǎn)電機(jī)是通過剛性聯(lián)軸器進(jìn)行固定連接的，在強(qiáng)度和剛性滿足的條件下，比較合適。另外45號(hào)鋼也比較好加工。
而其他支架、擺臂、墊塊，底板則選用了PCV板， PVC板是以PVC為原料制成的截面為蜂巢狀網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的板材。是一種真空吸塑膜，用于各類面板的表層包裝，所以又被稱為裝飾膜、附膠膜，應(yīng)用于建材、包裝、醫(yī)藥等諸多行業(yè)。其中建材行業(yè)占的比重最大，為60%，其次是包裝行業(yè)，還有其他若干小范圍應(yīng)用的行業(yè)。按照軟硬程度可分為軟PVC和硬PVC。按制作工藝可分為PVC結(jié)皮發(fā)泡板和PVC自由發(fā)泡板。
PVC透明板：該產(chǎn)品是引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，選用高級(jí)進(jìn)口原輔材料所生產(chǎn)的一種高強(qiáng)度、高透明塑料板材。產(chǎn)品顏色有白色、寶石蘭、茶色、咖啡色等多個(gè)品種。該產(chǎn)品高強(qiáng)度、高透明、耐候性好、無毒、衛(wèi)生、物理性能優(yōu)于有機(jī)玻璃。廣泛用于設(shè)備護(hù)板、內(nèi)飾、飲用水槽、液位顯示等。
PVC軟板（卷材）：表面光澤，柔軟。有棕色、綠色、白色、灰色等多種顏色可供選擇，該產(chǎn)品用料上城，制作精細(xì)，應(yīng)用廣泛。性能特點(diǎn)柔軟耐寒、耐磨、耐酸、堿、耐腐蝕、抗撕裂性優(yōu)良，具有優(yōu)良的可焊接性，物理性能優(yōu)于橡膠等其他卷材。應(yīng)用于化工，電鍍，電解槽的襯里，絕緣墊層，火車、汽車內(nèi)飾及輔助材料。
硬度PVC板：產(chǎn)品質(zhì)量一流，顏色一般為灰色和白色，也可根據(jù)客戶需要生產(chǎn)PVC彩色硬板，其色彩亮麗，美觀大方，該產(chǎn)品質(zhì)量執(zhí)行GB/T4454-1996，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性，硬度大，強(qiáng)度大，強(qiáng)度高，防紫外線（耐老化），耐火阻燃（具有自熄性），絕緣性能可靠，表面光潔平整，不吸水，不變形，易加工等特點(diǎn)。該產(chǎn)品是優(yōu)等的熱成型材料，能替代部分不銹鋼和其他耐腐蝕性合成材料，被廣泛用于化工、石油、電鍍、水凈化處理設(shè)備、環(huán)保設(shè)備、礦山、醫(yī)藥、電子、通訊及裝潢等行業(yè)。
軟PVC一般用于地板、天花板以及皮革的表層，但由于軟PVC中含有柔軟劑，容易變脆,不易保存，所以其使用范圍受到了局限。硬PVC不含柔軟劑，柔韌性好，易成型，不易脆，無毒無污染，保存時(shí)間長，因此具有很大的 開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。 PVC發(fā)泡板具有防腐、防潮、防霉、不吸水、可鉆、可鋸、可刨、易于熱成型、熱彎曲加工等特性，因此廣泛應(yīng)用于家具、櫥柜、浴柜、展覽架用板、箱體芯層、室內(nèi)外裝飾、建材、化工等領(lǐng)域用板,廣告標(biāo)示、印刷、絲印、噴繪、電腦刻字、電子儀表產(chǎn)品包裝等行業(yè)。
PVC硬塑板具有優(yōu)良的耐腐蝕性、絕緣性，并有一定的機(jī)械強(qiáng)度；經(jīng)二次加工后可制成硫酸（鹽酸）槽（桶箱）；醫(yī)藥用空針架，化程架；公共衛(wèi)生間水箱；加工產(chǎn)品的模板、裝飾板、排風(fēng)管道、設(shè)備襯里等各種異型制品、容器。是化工、建材、裝飾及其他工業(yè)的理想選擇材料。
力學(xué)性能：PVC有較高的硬度和力學(xué)性能。并隨分子量的增大而提高，但隨溫度的升高而下降。硬質(zhì)PVC的力學(xué)性能好，其彈性模量可達(dá)1500-3000MPa。而軟質(zhì)的PVC的彈性1.5-15MPa。但斷裂伸長率高達(dá)200%-450%。PVC的摩擦性一般，靜摩擦因數(shù)為0.4-0.5，動(dòng)摩擦因數(shù)為0.23。
熱學(xué)性能：PVC的耐熱穩(wěn)定性十分差，140℃即開始分解，熔融溫度為160℃。PVC的線膨脹系數(shù)較小，具有難燃性，氧化指數(shù)高達(dá)45以上。
電學(xué)性能：PVC是一種電性能較好的聚合物，但由于本身的極性較大，電絕緣性不如PP和PE。 介電常數(shù)，介電損耗角正切值和體積電阻率較大，耐電暈性不好，一般適于中低壓和低頻絕緣材料。
環(huán)境性能：PVC可耐大多數(shù)無機(jī)酸、堿、鹽，多數(shù)有機(jī)溶劑。適合醫(yī)藥，化工防腐材料?！?
這次選擇了硬質(zhì)的PVC板，主要是因?yàn)橐准庸?，想改造也比較容易，同時(shí)這種材料的質(zhì)量比較輕，有利于減輕機(jī)床的整體重量，可以使整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更好。
同時(shí)，在性能方面還具有表面硬度高抗刮傷性優(yōu)良；表面電阻值為10的6～10的8次方歐姆，具有優(yōu)秀的防靜電功能， 抗沖擊及耐化學(xué)溶劑性能突出；外觀靚麗，非常平整光滑；透光率達(dá)73%以上等特點(diǎn)。
根據(jù)用擺臂以及機(jī)床的整體重量的載荷要求，軸承則選用了常用滾動(dòng)軸承6000和6001，如下圖3-1所示
圖3-1 軸承參數(shù)
軸承代號(hào)
基本尺寸/mm
基本額定動(dòng)載荷Cr/KN
基本額定靜載荷Cor/KN
d
D
B
6000
10
26
8
4.58
1.98
6001
12
28
8
5.10
2.38
工作臺(tái)則用T形槽，他的材料是鋁材板，主要考慮到T槽容易安裝，對物品的裝卸帶來方便。
3．3 連接件的選擇
根據(jù)零件的配合要求，選用的主要連接件有平頭螺栓，內(nèi)六角螺栓，聯(lián)軸器等，如下圖3-2、3-3所示
圖3-2 是所使用螺栓的基本情況
螺栓種類
尺寸型號(hào)
數(shù)量
用途
平頭螺栓
M3X15
3
縱軸與平臺(tái)的連接
內(nèi)六角螺栓
M5X30
8
擺臂與橫軸之間的連接
平頭螺栓
M4X30
8
支架與法蘭盤的連接
平頭螺栓
M6X30
4
底板與支架的鏈接
平頭螺栓
M6X15
8
縱軸平臺(tái)與刀頭部分的連接、加強(qiáng)板和擺臂連接
平頭螺栓
M4X15
4
橫軸與縱軸的連接
平頭螺栓
M4X55
4
旋轉(zhuǎn)電機(jī)與支架的部分的連接
平頭螺栓
M5X40
8
鋁板材與底板之間的連接
平頭螺栓
M5X50
4
底板、鋁板材與防震塊直接的連接
圖3-3 聯(lián)軸器的基本情況
類型
尺寸要求
用途
剛性聯(lián)軸器
D26L30 10*12
旋轉(zhuǎn)電機(jī)與法蘭盤之間的固定
3．4 本章小結(jié)
本章主要講述怎樣選用材料，通過對材料的分析，怎樣選擇即滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求的基本要求下，又能更好的減少成本，同時(shí)又容易加工和重新改造。另外還介紹了一些標(biāo)準(zhǔn)件和通用件的選擇。
4 五軸雕刻機(jī)的裝配
本章主要任務(wù)是對上述的零件進(jìn)行裝配，同時(shí)需求考慮在裝配過程中出現(xiàn)的問題，還需要考慮到整個(gè)機(jī)床結(jié)構(gòu)的工作性能。
4．1 裝配的概念
裝配是按規(guī)定的技術(shù)要求，將零件或部件進(jìn)行配合和聯(lián)系，使之成為半成品或成品的工藝過程。整機(jī)裝配是生產(chǎn)過程中的最后一個(gè)階段，它包括裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等工作，且產(chǎn)品的最終質(zhì)量由裝配保證。
產(chǎn)品的質(zhì)量是以產(chǎn)品的工作性能，使用效果和壽命等綜合指標(biāo)來評(píng)定的。為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，對產(chǎn)品提出了若干項(xiàng)裝配要求，這些裝配要求應(yīng)當(dāng)在裝配過程中予以保證。所謂裝配精度，就是產(chǎn)品裝配后的實(shí)際幾何參數(shù)、工作性能等參數(shù)與理想幾何參數(shù)、工作性能等參數(shù)的符合程度，即主要指各個(gè)相關(guān)零件配合面之間的位置精度，包括配合面之間為間隙或過盈的相對位置，以及由于裝配中零件配合面形狀的改變而需計(jì)及的形狀精度和微觀幾何精度(如接觸面的大小和接觸點(diǎn)的分布)。
4．2 裝配的基本工藝要求
對裝配的總要求是牢固可靠，不損傷元器件，不損傷涂覆層，不破壞元器件的絕緣性能。安裝件的位置、方向正確。具體要求如下：
（1）應(yīng)保證實(shí)物與裝配圖一致。
（2）提交裝配的所有材料和零、部件(包括外構(gòu)件)均應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)文件要求，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可安裝。
（3）一般不允許對外購件進(jìn)行補(bǔ)充加工(圖紙有規(guī)定時(shí)例外)。
（4）裝配前應(yīng)對機(jī)械零、部件進(jìn)行清潔處理，消除附著的雜物，以防止先期磨損和造成額外偏差。
（5）機(jī)械零、部件在裝配過程中不允許產(chǎn)生裂紋、凹陷、壓傷和可能影響設(shè)備性能的其它損傷。
（6）相同的機(jī)械零、部件應(yīng)具有互換性。必要時(shí)可按工藝文件的規(guī)定進(jìn)行修配調(diào)整。
（7）固定連接的零、部件不允許有間隙和松動(dòng)?；顒?dòng)連接的零、部件應(yīng)能在正常間隙下，在規(guī)定方向靈活均勻地運(yùn)動(dòng)。
（8） 必須仔細(xì)檢查裝配好的產(chǎn)品并保持清潔，否則使用時(shí)會(huì)造成機(jī)械和電氣故障。
4．3 裝配的方法
通常裝配工藝由零件裝入、以各種方式連接、各級(jí)部件裝配、總裝配等等一系列工序和操作組成。
經(jīng)加工合格的零件，必要時(shí)在投入裝配前需做好各種準(zhǔn)備工作。在裝配過程中和裝配之后，要通過檢測和調(diào)整以保證零部件的尺寸、形狀和位置關(guān)系。為保證這一切在裝配過程中應(yīng)分層次、分單元進(jìn)行。另外，不但要有嚴(yán)格的工藝技術(shù)要求，還要有工藝順序要求。工藝的技術(shù)要求和裝配順序由裝配工藝過程卡提供。
裝配的工藝配合法和工作組織形式是根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、零件大小、制造精度、生產(chǎn)規(guī)模等因素來選擇的。工藝配合法與尺寸鏈的解算密切相關(guān)。選擇工藝配合法，需找出裝配的全部尺寸鏈，結(jié)合設(shè)計(jì)要求和制造的經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過合理的技術(shù)計(jì)算，把封閉環(huán)的公差值分配給各組成環(huán)，確定各環(huán)的公差和極限尺寸。裝配的最終精度，從有關(guān)尺寸鏈的解算而獲得。
工藝配合法分為四種：
（1）互換裝配法：是在裝配時(shí)各配合零件不經(jīng)修理、選擇或調(diào)整即可達(dá)到裝配精度的方法。其實(shí)質(zhì)就是用控制零件的加工誤差的方法來保證裝配精度。
（2）選配法：選配法是將尺寸鏈中組成環(huán)的公差放大到經(jīng)濟(jì)可行的程度，然后選擇合適的零件進(jìn)行裝配，以保證規(guī)定的精度。它按形式不同可分為三類：直接選配法、分組選配法和復(fù)合選配法，如屏蔽罩等。
（3）修配法： 修配法是在裝配時(shí)，根據(jù)實(shí)際測量的結(jié)果，改變尺寸鏈中某預(yù)定的修配件(修配環(huán))的尺寸，使封閉環(huán)達(dá)到規(guī)定的裝配精度的方法。如波導(dǎo)管與法蘭盤、軸與軸承等的配合均采用此法。
（4）調(diào)整法：調(diào)整法是將尺寸鏈中組成環(huán)在按經(jīng)濟(jì)加工的加工精度確定公差時(shí)，選擇其中一個(gè)或幾個(gè)適當(dāng)尺寸的調(diào)節(jié)件(調(diào)節(jié)環(huán))進(jìn)行調(diào)整，來保證規(guī)定的裝配精度要求。這種調(diào)整件可起到補(bǔ)償裝配累積誤差的作用，故亦稱補(bǔ)償件。如偏心軸承套、軸承端蓋、鎖緊螺母等。
4．4 裝配作業(yè)順序分析
4.4.1 作業(yè)的程序分析
為了有效地完成裝配，必須做到：
（1）裝配結(jié)構(gòu)及裝配要求將產(chǎn)品進(jìn)行逐層分解，使產(chǎn)品逐層分解為能夠獨(dú)立進(jìn)行裝配的構(gòu)件，直到不能分解為止;
（2）研究確定同一層各零部件的裝配順序;
（3）研究確定各個(gè)單元內(nèi)部各構(gòu)件的裝配順序。
4.4.2 裝配順序的工藝性原則
（1）串聯(lián)尺寸鏈：以簡單、方便為原則安排裝配順序;
（2）并聯(lián)尺寸鏈：先安裝精度高的尺寸鏈，精度相同時(shí)，先裝對多數(shù)尺寸鏈?zhǔn)枪驳某叽珂溄M成環(huán)所在的那個(gè)尺寸鏈;
（3）每個(gè)尺寸鏈裝配順序：應(yīng)先從基本尺寸鏈開始，先公共、后一般，先下后上，先內(nèi)后外，先難后易，先重后輕，先精后一般的原則。
4.4.3 裝配順序的經(jīng)濟(jì)性原則
（1）裝配層次，先低層后高層進(jìn)行裝配;
（2）裝配層多的先裝;
（3）裝配復(fù)雜、精度高、時(shí)間長的最先裝。
4.4.4 裝配關(guān)系
裝配關(guān)系按標(biāo)準(zhǔn)可分為螺紋連接、過盈連接、鍵連接等。
(1)螺紋連接：在機(jī)械結(jié)構(gòu)中廣泛采用螺紋連接。螺紋連接的質(zhì)量除受加工精度的影響之外，還與裝配技術(shù)有很大的關(guān)系。如擰緊螺母的次序不對，施力不均勻，將使部件變形而降低了裝配精度。對于運(yùn)動(dòng)部件上的螺紋連接，若緊固力不足，會(huì)使連接件的壽命大大縮短，甚至造成事故。因此對于重要的螺紋連接，必須規(guī)定預(yù)緊力的大小，對于中小型螺栓常用定扭矩法(用定扭矩扳手)或扭角法控制預(yù)緊力。
(2)過盈連接：如軸、孔的配合等。方法有：壓入法(軸向)、熱脹或冷縮法(徑向)。
(3)其他連接：如鉚接、焊接、粘接等。鉚接方法有擴(kuò)鉚、脹鉚、用專用鉚接工具鉚等。焊接、粘接等各有要求和具體操作方法。
4．5 裝配過程
根據(jù)上述的裝配工藝要求、裝配原則、裝配方法等，將所加工的零件和所提供的構(gòu)件進(jìn)行如下轉(zhuǎn)配。
裝配前進(jìn)行零件的清洗，獲得所需的清潔度；為達(dá)到工藝上的裝配精度要求，對有關(guān)零件進(jìn)行刮削；某些部件(傳動(dòng)部分)應(yīng)按圖紙要求在裝配前進(jìn)行必要的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，再投入裝配。
裝配步驟如下：
（1）考慮到裝配的先后安裝順序和安裝的難易程度，首先將法蘭盤與6001軸承進(jìn)行裝配，首先將法蘭盤固定，然后進(jìn)行裝配，得到裝配體【1】。裝配過程如圖4-1所示。
圖4-1 裝配體【1】
（2）再將剛性聯(lián)軸器與裝配體【1】進(jìn)行裝配，并將聯(lián)軸器進(jìn)行鎖緊，使之與聯(lián)軸器進(jìn)行固定，等到裝配體【2】，裝配過程如圖4-2所示。
圖4-2 裝配體【2】
(3)為了便于安裝，將裝配體，先于螺栓相連接，為于擺臂連接打下基礎(chǔ)，形成裝配體【3】，裝配過程如圖4-3所示。
圖4-3 裝配體【3】
（4）將旋轉(zhuǎn)電機(jī)、墊塊與支架進(jìn)行裝配，首先將支架進(jìn)行固定，再將與之相連，得到裝配體【4】，裝配過程如下如圖4-4所示。
圖4-4 裝配體【4】
（5）將裝配體【3】與裝配體【4】進(jìn)行裝配，先將裝配體【3】進(jìn)行支撐固體，在進(jìn)行裝配，得到裝配體【5】，裝配過程如圖4-5所示
圖4-5 裝配體【5】
（6）在進(jìn)行橫軸與擺臂的裝配，通過連接件將之連接，考慮到要與橫軸的螺栓的一致性和美觀的效果，選用內(nèi)六角螺栓，裝配得到【6】，裝配過程如圖4-6所示
圖4-6 裝配體【6】
（7）將另一個(gè)法蘭盤與軸承6001進(jìn)行裝配，得到裝配體，同裝配體【1】圖所示。
（8）將第7步中的裝配體與螺栓，支架進(jìn)行裝配，得到裝配體【7】，裝配過程如圖4-7所示。
圖4-7 裝配體【7】
（9）因?yàn)檠b配體的支架與比擺臂配合機(jī)床的擺動(dòng)，因此為了減小阻力，增加穩(wěn)定性，將與第二個(gè)支架連接的法蘭盤的另一端加上軸承6000。裝配過程如圖4-8所示
圖4-8 裝配體【8】
（10）先將兩個(gè)支架放在同一水平面上，為了方便安裝，選用側(cè)向平放，然后在將裝配體【5】、【6】、【8】進(jìn)行順序裝配，得到裝配體【9】裝配過程如圖4-9所示
圖4-9 裝配體【9】
（11）根據(jù)尺寸要求，安裝底板，將底板先打4個(gè)M6的螺紋孔，然后在支架上對應(yīng)的位置打上同樣的孔，空的深度10mm左右。同時(shí)在側(cè)壁上也打上M6的螺紋孔，留著安放加強(qiáng)板。接著將裝配體【9】與加強(qiáng)板進(jìn)行連接，得到裝配體【10】，整個(gè)裝配過程如圖4-10所示。
圖4-10 裝配體【10】
（12）先將底板打M5的孔，安裝上T形槽的工作臺(tái)，得到的裝配體【11】如下圖4-11所示。
圖4-11裝配體【11】
（13）將底板裝配體【11】與裝配體【10】進(jìn)行裝配得到最后的機(jī)床的裝配體【12】，然后將旋轉(zhuǎn)電機(jī)部分的聯(lián)軸器鎖緊，結(jié)束裝配。裝配的最終成果如圖4-12所示。
圖4-12 五軸雕刻機(jī)的裝配實(shí)體【12】
（14）最后加上底板上的移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副，這樣整個(gè)裝配過程到這里結(jié)束，得到裝配實(shí)體圖，如圖4-13(a)為建模裝配圖，（b）為實(shí)際裝配圖。
圖4-13 （a） （b）
縱觀整個(gè)裝配工藝過程，從熟悉產(chǎn)品的用途、性能、要求入手，到裝配系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)，然后根據(jù)裝配系統(tǒng)圖描述各裝配單元的組成和相互之間的關(guān)系，確定裝配方法、劃分裝配工序、規(guī)定工序計(jì)劃、設(shè)計(jì)工藝過程文件。整個(gè)過程不突出重點(diǎn)，而是從小處著手，消除積累誤差，這樣可以保證裝配精度，保證加工產(chǎn)品質(zhì)量，突出整體裝配工藝技術(shù)的重點(diǎn)及其重要性。
4．6 本次裝配的注意要點(diǎn)
在本次裝配中應(yīng)該要注意一下幾點(diǎn)：
（1）要注意剛性聯(lián)軸器的鎖緊順序，先于法蘭盤進(jìn)行鎖緊，裝配的最后一步再將剛性聯(lián)軸器的另一端與旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行鎖緊。
（2）在安裝軸承時(shí)，由于是過盈配合，注意不要直接敲擊軸承，應(yīng)使用套筒固定軸承外圈后進(jìn)行輕擊安裝。
（3）在手鉆進(jìn)行打孔時(shí)，應(yīng)首先確定孔的位置，然后手動(dòng)點(diǎn)鉆，最后在點(diǎn)鉆的位置進(jìn)行打孔，注意手鉆的鉆頭位置要與打孔平面保持垂直。攻螺紋同樣也是需要螺紋刀頭與孔的平面垂直。
（4）在加工法蘭盤時(shí)，注意要與軸承配合的部分的精度要求，在上軸承時(shí)要保持接觸部分光潔。
（5）最后要注意裝配中位置固定，最好在水平度比較好的位置進(jìn)行安裝，這樣可以提高精度，避免裝配中出現(xiàn)比較大誤差。
4．7 本章小結(jié)
本章主要是對所加工的零件進(jìn)行裝配，通過連接件將各個(gè)部分的構(gòu)件進(jìn)行連接和安裝。先通過了解裝配的原理、裝配的方法和裝配的工藝要求，針對建模的圖形，進(jìn)行裝配工藝分析，最終獲得裝配成果。
5 調(diào)整和實(shí)際加工模擬
本章主要是通過五軸雕刻機(jī)的機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和分析，使整體運(yùn)動(dòng)更加協(xié)調(diào)和順暢。并對其中不合理的地方進(jìn)行改進(jìn)，讓整體結(jié)構(gòu)更加合理和穩(wěn)定，從而提高加工的精度以及保證加工的質(zhì)量。
5．1 分析結(jié)構(gòu)的合理性
機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機(jī)械零部件的幾何形狀及各個(gè)零部件之間的相對位置關(guān)系實(shí)現(xiàn)的。零部件的幾何形狀由它的表面所構(gòu)成，一個(gè)零件通常有多個(gè)表面，在這些表面中有的與其它零部件表面直接接觸，把這一部分表面稱為功能表面。在功能表面之間的聯(lián)結(jié)部分稱為聯(lián)接表面
零件的功能表面是決定機(jī)械功能的重要因素，功能表面的設(shè)計(jì)是零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問題。描述功能表面的主要幾何參數(shù)有表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對功能表面的變異設(shè)計(jì)，可以得到為實(shí)現(xiàn)同一技術(shù)功能的多種結(jié)構(gòu)方案。
在機(jī)器或機(jī)械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除了研究零件本身的功能和其它特征外，還必須研究零件之間的相互關(guān)系。
零件的相關(guān)分為直接相關(guān)和間接相關(guān)兩類。凡兩零件有直接裝配關(guān)系的，成為直接相關(guān)。沒有直接裝配關(guān)系的相關(guān)成為間接相關(guān)。間接相關(guān)又分為位置相關(guān)和運(yùn)動(dòng)相關(guān)兩類。位置相關(guān)是指兩零件在相互位置上有要求，如減速器中兩相鄰的傳動(dòng)軸，其中心距必須保證一定的精度，兩軸線必須平行，
多數(shù)零件都有兩個(gè)或更多的直接相關(guān)零件，故每個(gè)零件大都具有兩個(gè)或多個(gè)部位在結(jié)構(gòu)上與其它零件有關(guān)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，兩零件直接相關(guān)部位必須同時(shí)考慮，以便合理地選擇材料的熱處理方式、形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量等。同時(shí)還必須考慮滿足間接相關(guān)條件，如進(jìn)行尺寸鏈和精度計(jì)算等。一般來說，若某零件直接相關(guān)零件愈多，其結(jié)構(gòu)就愈復(fù)雜；零件的間接相關(guān)零件愈多，其精度要求愈高
機(jī)械設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是以一定的結(jié)構(gòu)形式表現(xiàn)出來的，按所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工、裝配，制造成最終的產(chǎn)品。所以，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足作為產(chǎn)品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性和外觀造型等方面的要求。此外，還應(yīng)改善零件的受力，提高強(qiáng)度、剛度、精度和壽命。因此，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)工作。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤或不合理，可能造成零部件不應(yīng)有的失效，使機(jī)器達(dá)不到設(shè)計(jì)精度的要求，給裝配和維修帶來極大的不方便。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮如下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
5．2 一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要調(diào)整的部分
（1） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算與改進(jìn)：對承載零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行載荷分析，必要時(shí)計(jì)算其承載強(qiáng)度、剛度、耐磨性等內(nèi)容。并通過完善結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)更加合理地承受載荷、提高承載能力及工作精度。同時(shí)考慮零部件裝拆、材料、加工工藝的要求，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)對設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行想象和模擬，頭腦中要從各種角度考慮問題，想象可能發(fā)生的問題，這種假象的深度和廣度對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量起著十分重要的作用。
（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完善：按技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)指標(biāo)不斷完善，尋找所選方案中的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，對照各種要求和限制，反復(fù)改進(jìn)?？紤]零部件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，減少零部件的品種，降低生產(chǎn)成本。在結(jié)構(gòu)草圖中注出標(biāo)準(zhǔn)件和外購件。重視安全與勞保（即勞動(dòng)條件：操作、觀察、調(diào)整是否方便省力、發(fā)生故障時(shí)是否易于排查、噪音等），對結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善。
（3） 形狀的平衡與美觀：要考慮直觀上看物體是否勻稱、美觀。外觀不均勻時(shí)造成材料或機(jī)構(gòu)的浪費(fèi)。出現(xiàn)慣性力時(shí)會(huì)失去平衡，很小的外部干擾力作用就可能失穩(wěn)，抗應(yīng)力集中和疲勞的性能也弱。
總之，調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)中的過程是從內(nèi)到外、從重要到次要、從局部到總體、從粗略到精細(xì)，權(quán)衡利弊，反復(fù)檢查，逐步改進(jìn)。
5．3 對五軸雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)的調(diào)整
通過伺服電機(jī)的實(shí)際驅(qū)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)機(jī)床有明顯的震動(dòng)，左端法蘭盤沒有完全固定，因此對上述問題做出以下改進(jìn)。
（1）在底板下加上防震的橡膠塊，有利于減少加工中震動(dòng)，同時(shí)也有利于保護(hù)整體結(jié)構(gòu)。
（2）有于左端沒有軸肩，使法蘭盤完全不能固定，因此在法蘭盤的左側(cè)一端加上加上螺栓和墊片，使之與軸承相互固定。
5．4 本章小結(jié)
調(diào)整和校正在機(jī)械設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用。本章通過對機(jī)器工作原理及裝配的設(shè)計(jì)要求的分析，以及實(shí)際加工調(diào)試，對部分存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)又將之進(jìn)行實(shí)際加工，通過實(shí)際加工，證實(shí)的本次機(jī)構(gòu)的可行性。
結(jié) 論
自從有了人類的社會(huì)活動(dòng)以后，就有了雕刻這一行業(yè)，伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)如今人們對雕刻業(yè)有了全新的認(rèn)識(shí)，電腦雕刻加工的興起與發(fā)展是時(shí)代發(fā)展的需要，電腦雕刻代替機(jī)械已是大勢所趨。電腦雕刻加工可以就是目前理想的選擇，雖然有些地區(qū)電腦雕刻加工業(yè)務(wù)量不是很多，但它是雕刻行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。雕刻加工涉及各行各業(yè)、分布很廣，有禮品業(yè)、廣告業(yè)、印章業(yè)、木器加工業(yè)、建筑業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、機(jī)械加工、工裝模具等等，隨著人們對雕刻機(jī)的認(rèn)識(shí)和掌握逐步加深，應(yīng)用范圍會(huì)得到不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也會(huì)逐步提高，雕刻加工必定會(huì)有更廣闊的前景。
近年來，五軸雕刻機(jī)在工業(yè)上有這重要的地位，其相關(guān)性研究成為國內(nèi)外的企業(yè)的廣泛關(guān)注，尤其是浮雕類，家具類和精密儀器類的企業(yè)。隨著科技的發(fā)展，PC機(jī)的性能逐步得到增強(qiáng)，使得五軸和多軸的聯(lián)動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)得到實(shí)現(xiàn)，對五軸雕刻機(jī)的發(fā)展更是起到推動(dòng)作用。
本次課題是對五軸雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，它是對傳統(tǒng)雕刻機(jī)的機(jī)構(gòu)的改造，在能實(shí)現(xiàn)各種加工的同時(shí)，有著加工范圍廣，通用性強(qiáng)，同時(shí)采用五軸雕刻機(jī)機(jī)床加工的好處首先是可以做到復(fù)雜工件的所謂“一次裝卡, 除了裝卡面全部干完”的五面體加工效果, 有效解決因二次裝卡帶來誤差的問題; 其次是可以做到刀具的恒線速切削,從而得到較高的切削效率，以及均勻的加工粗糙度；再就是五軸雕刻機(jī)可以加工普通三軸機(jī)床因刀具 “干涉”而不能夠加工的工件,如整體葉輪、 一些高檔的模具等。但由于材料和擺臂本身結(jié)構(gòu)的限制，在加工中精度不高，受力不能太大成為它明顯的劣勢。我想如果根據(jù)加工產(chǎn)品中對機(jī)床的受力要求，改進(jìn)材料和受力，就能提高它的精度，增加它的承受能力。因此我相信在未來五軸雕刻機(jī)一定能替代三軸雕刻機(jī)，成為多軸雕刻機(jī)中的典型。
致 謝
本次課題及論文是在我的導(dǎo)師許軍老師的親切關(guān)懷和細(xì)心指導(dǎo)下完成的。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)的一次大總結(jié)，并將其運(yùn)用于實(shí)踐設(shè)計(jì)當(dāng)中去。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我完善了知識(shí)結(jié)構(gòu)，拓寬了知識(shí)面，開闊了眼界，提高了對各科知識(shí)綜合運(yùn)用的能力，同時(shí)也鍛煉和培養(yǎng)了我的基本素質(zhì)，它使我更加耐心、謹(jǐn)慎，、細(xì)致。在這次畢業(yè)期間，許老師給予我耐心的輔導(dǎo)和熱情的幫助。更是親身實(shí)踐指導(dǎo)我使用車床、鉆床和裝配等，對于一些疑難問題許老師也很有耐心，不厭其煩的給予解答，并在百忙之中對本次論文進(jìn)行了仔細(xì)的審閱和指導(dǎo)，并提出了極為寶貴的修改意見和建議，保證了論文的質(zhì)量。是我在畢業(yè)之際為自己和學(xué)校交上了一份滿意的答卷。在此謹(jǐn)向許老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。另外，在加工法蘭盤時(shí)，感謝姜老師以及車床加工中心的老師傅們的幫助，在此請?jiān)试S我對本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助過我的老師、同學(xué)說一句“謝謝，謝謝你們！”
參 考 文 獻(xiàn)
1 吳宗澤等.機(jī)械設(shè)
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