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1、目 錄緒論11.1題背景及意義11.2國內(nèi)外研究概況21.3設計要求21.4主要研究內(nèi)容22 系統(tǒng)組成及其工作原理32.1系統(tǒng)的組成32.2系統(tǒng)的工作原理43 硬件電路的設計43.1系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設計43.2 基于Atmel 328構(gòu)成的最小系統(tǒng)73.1.1復位系統(tǒng)83.3 電機驅(qū)動模塊93.4繼電器驅(qū)動激光頭電路113.5電源電路124 軟件系統(tǒng)設計及系統(tǒng)調(diào)試134.1下位機程序的燒寫134.2 上位機軟件Grbl Controller174.2.1 Grbl Controller簡介174.2.2 解讀Grbl Controller 源碼194.3連接電路204.4裝配機械結(jié)構(gòu)224.5生成

2、NC文件254.5.1微店管家使用254.5.2ARTCAM使用簡介264.6調(diào)試過程問題以及解決方法284.7誤差分析以及避免方法295 總結(jié)與展望305.1總結(jié)305.2展望30參考文獻30附錄一機械原理圖與實物圖31附錄二所有元器件以及購物清單32附錄三 修改后的部分代碼33致謝34基于AVR的激光雕刻機設計緒論1.1題背景及意義 激光雕刻機（Laser Engraving ）加工物件是依靠數(shù)控技術(shù)為基礎，激光為加工媒介。加工物件在激光雕刻照射下瞬間的熔化和氣化的物理變性，能使激光雕刻達到加工的目的。激光加工特點：與材料表面沒有接觸，不受機械運動影響，表面不會變形，一般無需固定。它不受材

3、料的束縛，加工材料要求比較低。激光雕刻機的加工精度高，并且加工速度快，應用領域很廣泛。它的加工平臺是由計算機控制、電機傳 動、皮帶和滑動輪帶動，采用逐點標記方法使用激光雕刻出各種文字，符號和圖案等等，它能很好的識別真?zhèn)?，對于追蹤產(chǎn)品質(zhì)量有特殊的意義。用激光雕刻和切割物體，過程簡單，耗資較低，如同在打印機打印紙張一樣。上位機軟件Grbl Controller可以在Windowsxp和linux等多系統(tǒng)環(huán)境下使用。平面建模軟件 ，如CorelDraw、ArtCam等進行設計 ，掃描得到的圖形，矢量化的圖文及多種CAD文件都可輕松地“打印”到雕 刻機中。與打印機打印不同的地方是，打印機將墨粉涂抹到紙

4、張上，而激光雕刻是將高能量的激光束射到木制品、亞克力、塑料制品、石材等材料表面之上使材料發(fā)生化學變化從而達到雕刻效果。激光的出現(xiàn)在短短的時間內(nèi)已經(jīng)改變了人們的生活，改變了生活得方方面面，帶動了產(chǎn)業(yè)的變革。總的來說激光雕刻具有以下幾個特點：1、 對材料要求比較少，而且對材料表面幾乎沒有任何傷害。由于發(fā)生的化學反應會使材料瞬間氣化，所以雕刻相對傳統(tǒng)工藝更加安全。2、 范圍廣泛并且雕刻成本相對較低。3、 精確細致，雕刻精度相對比較高。該激光雕刻機由于激光頭瓦數(shù)（100mw藍紫激光頭）較小所以只能雕刻紙制品，皮革，竹片，木板有色塑料等材料。361.2國內(nèi)外研究概況激光是20世紀以來人類的又一重大發(fā)明，

5、它的原理早在1916 年已被著名的物理學家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，但要直到1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理論準備和生產(chǎn)實踐迫切需要的背景下應運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展，激光的發(fā)展不僅使古老的光學科學和光學技術(shù)獲得了新生，而且導致整個一門新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，并帶動了一些新型學科的發(fā)展，如全息光學、傅立葉光學、非線性光學、光化學等。我國激光雕刻平面市場一直緊跟世界發(fā)展潮流，但是，幾乎國內(nèi)的所有激光設備都滯留在平面雕刻的階段，到目前為止依然沒有一家企業(yè)或科學技術(shù)研究所能拿出一臺三維激光雕刻機。一些精細的三維模型依舊依靠機器雕刻，或者手工雕刻。但是機雕和手雕都有很大的局限性和弱點，

6、制約了精雕工藝的發(fā)展。1.3設計要求本次畢業(yè)設計主要要求為：1. 學習了解AVR控制器結(jié)構(gòu)與工作原理；2. 學習和掌握solidwork軟件繪制機械；3. 掌握Altium Designer 09繪制Pcb雙面電路板的方法；4. 掌握GrblController軟件的使用；5. 掌握ArtCam繪制矢量圖并生成G代碼；1.4主要研究內(nèi)容本次課題使用Atmel 328為主控芯片來實現(xiàn)對物體進行激光雕刻。主要有： 操控Arduino IDE開發(fā)平臺來進行arduino 2560系列編程實現(xiàn)各項功能；1. 上位機軟件Grbl Controller的調(diào)試及更改關(guān)鍵代碼；2. 6560步進電機驅(qū)動電路板

7、的研究；3. 電源電路及繼電器開關(guān)電路的研究；4. 繪制矢量圖軟件ArtCam的使用；2 系統(tǒng)組成及其工作原理2.1系統(tǒng)的組成 基于AVR的激光雕刻機設計主要是基于Atmel 公司的328系列芯片實現(xiàn)的，其設計有13個數(shù)字輸入輸出端口，以及5個模擬信號端口。而且基于該芯片的最小開發(fā)系統(tǒng)板Arduino Nano體積小巧。它可以輕松的插在任何一個DIP插座或者是面包板上。它具有一個USART接口（通用同步/異步接收器/發(fā)送器）以及一個TWI（兩線串行接口）外圍設備，在Nano上它的SDA和SCL腳在模擬輸入引腳A4和A5口。此外由于體積較小它只有一個USB口作為供電和下載的作用。設計的激光雕刻機

8、從電子線路上主要包括以下幾個模塊：激光頭繼電器模塊，電源模塊，電機及其驅(qū)動電路模塊。整個系統(tǒng)工作框圖如圖1.1所示。生成G代碼電源電路激光頭運動開始雕刻驅(qū)動繼電器電路驅(qū)動X，Y軸步進電機下位機arduinoNano解析G代碼生成刀路上位機（Grbl Controller）刻畫模型導入圖片 圖1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2系統(tǒng)的工作原理主控是基于AVR單片機的控制器，編譯時所采用的編譯環(huán)境是Arduino IDE 1.6.1，編寫采用的機器語言是C+。如果想要激光雕刻機工作應該更改其頭文件，需要在文件中設置。頭文件部分代碼如圖所示。該段代碼定義了板子傳輸速率，和復位EEPROM的文件名稱。 圖2.1

9、部分頭文件代碼示例實際上當人們使用激光雕刻機雕刻時，需要通過一個界面進行控制和觀測，我們使用的上位機是Grbl Controller軟件。該軟件是一款全部開源的軟件，它的作用主要是將待打印模型圖生成數(shù)控代碼傳輸?shù)郊す獾窨虣C的主控板中，并且可以在軟件中看到打印機的工作情況（激光的暗滅、XY兩主軸的位置參數(shù)、當前打印狀態(tài)等），同時能夠在特殊情況下進行手動調(diào)整參數(shù)。即通過上位機軟件來控制下位機的運動。3 硬件電路的設計3.1系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設計 本次課程設計所采用的是十字滑臺結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的主要特點是只有X，Y兩個主軸，易于實現(xiàn)在實際生產(chǎn)生活中便于拿取。這次設計主要是由絲桿和同步輪來控制激光頭的走向。實現(xiàn)

10、其在水平面上的運動。如下圖所示。 十字滑臺是立式加工中心的關(guān)鍵零 部件之一，主要起支承工作臺并使之沿 X 軸方向作左右運動的作用。十字滑臺（又名滑鞍）的剛度和固有頻率直接影響機 床整機的剛度和固有頻率，并最終影響 機床的加工精度。如圖3.1所示3D仿真模型十字滑臺結(jié)構(gòu)圖3.2實物所示十字滑臺結(jié)構(gòu) 電機與絲桿之間通過聯(lián)軸器實現(xiàn)連接實現(xiàn)了X，Y軸的運動：圖3.3步進電機與絲桿連接而兩個平行的X（Y）軸絲桿利用同步帶和同步輪實現(xiàn)聯(lián)動：圖3.4 3D建模與實物圖所示同步帶帶動另外Y軸進行運動機械設計主要分為以下幾個步驟：1. 利用Solidworks軟件進行3D模型的建立；2. 利用Solidwork

11、s軟件進行受力分析，更改模型得到最終3D圖樣；3. 利用3D打印機打印一些精度要求較低，受力較小的器件；4. 按照圖形尺寸購買所需絲桿，同步帶，同步輪；5. 按照圖紙所示進行裝配；3.2 基于Atmel 328構(gòu)成的最小系統(tǒng) 此次設計的主控芯片室友Atmel 328構(gòu)成的最小系統(tǒng)，簡稱Arduino Nano。首先介紹一下本次畢業(yè)設計主控芯片Atmel 328系列芯片：圖3.5所示ATmega328的簡化框圖技術(shù)參數(shù)處理器程序存儲器數(shù)據(jù)存儲器EEPROM芯片引腳數(shù)字I/O引腳模擬輸入PWM輸出串口Arduino NanoATmega32832KB2KB1KB28/32*14661Arduino

12、 Nano其技術(shù)參數(shù)如表3.1所示：表3.1 Nano技術(shù)參數(shù)通過鏈接到PC的USB線給它供電。USB標準允許向另外一個未枚舉USB設備（就是插入USB總線但是沒有向主機報告自己身份的設備，例如USB電源轉(zhuǎn)接頭）提供5.0V最大100mA的電流，而枚舉了的USB設備最多可以提供500mA的電流。Nano上還設置了一個3.3V穩(wěn)壓器。其工作時鐘一般為16MHz，每一路能輸出和接入最大電流為40mA。圖3.6 最小系統(tǒng)此外，某些引腳有特異功能，串行信號：串行0 - 0（RX）和1（TX）；。串行端口0和內(nèi)部USB TTL atmega8u2芯片連接到接收信號提供串口TTL電平。2路外部中斷：2(中

13、斷0)，3(中斷 1)。觸發(fā)中斷的方式有多種，可設置為上升沿觸發(fā)、或者設置為下降沿觸。6路PWM脈沖寬度調(diào)制（3，5，6，8，9，10）：提供8位PWM輸出。含有SPI通信接口Arduino用于測試其好壞的LED的接口，當輸出給LED為高電平是LED亮，當輸出給LED為低電平是LED滅。其中6模擬量輸入：每條道路都有10位分辨率（即，1024個不同的值），默認的輸入信號范圍為05V。3.1.1復位系統(tǒng)復位電路肩負著上單片機在程序執(zhí)行出現(xiàn)問題時復位的角色，復位引腳RESET和復位電路之間有一個觸發(fā)器開關(guān)，其作用是減少噪聲干擾，每經(jīng)過一個機器周期，復位電路通過輸出電平采樣，之后根據(jù)所需要的信號進行

14、內(nèi)部復位操作。在單片機的時鐘電路正常工作后，當RST引腳上連續(xù)給出兩個機器周期的1時，芯片就會自動默認復位操作。圖3.7復位電路3.3 電機驅(qū)動模塊 電機驅(qū)動使用TB6560AHQ作為驅(qū)動芯片，驅(qū)動2個2相42步進電機。圖3.8 6560驅(qū)動正面照功能簡介：1. 工作電壓直流10V-35V。建議使用開關(guān)電源DC24V供電。2. 采用6N137高速光藕，保證高速不失步。3. 采用東芝TB6560AHQ全新原裝芯片，內(nèi)有低壓關(guān)斷、過熱停車及過流保護電路， 保證最優(yōu)性能。4. 額定最大輸出為：3A，峰值3.5A。5. 適合42，57步進3A以內(nèi)的兩相/四相/四線/六線步進電機，不適合超過3A的步進電

15、機。6. 自動半流功能。7. 細分：整步，半步，1/8步，1/16步，最大16細分。在同類產(chǎn)品中的特色：1、電流級逐可調(diào)，滿足多種應用需求。2、自動半流可調(diào)。3、采用6N137高速光藕，保證高速不失步。4、電流采樣電阻采用高精度、大功率電阻，保證電機穩(wěn)定運行。5、板印設置說明，不用說明書亦可操作。6、采用厚密齒散熱器，散熱良好。表3.2 6560工作電流設置表3.3 靜止時最小電流 靜止時最小電流一般設置為20%。表3.4 電機驅(qū)動細分設置和衰減設置經(jīng)過查閱資料得知，2相42步進電機額定電流為1.5A，但實際操作中給1.5A電機發(fā)熱太嚴重，所以最后決定給1.2A電流。本次畢業(yè)設計中T8絲桿導程

16、為8mm（滑塊轉(zhuǎn)動一周走過的行程為8mm），所以設置為8倍細分。即撥碼開關(guān)數(shù)值表3.5 撥碼開關(guān)數(shù)值數(shù)值SW1SW2SW3S1S2S3S4S5S600011100111至此步進電機設置完畢。2相42電機1.2A工作電流點擊扭力為：（P為工作功率；n為輸出的轉(zhuǎn)速） 經(jīng)計算得到2相42電機扭矩為5.5kg/cm，可以滿足X，Y軸運動。主控板采用16MHz晶振，2相42步進電機步距角為：，采用8倍細分驅(qū)動，連接一個30mm長的絲桿所以最小單個脈沖可轉(zhuǎn)動最小距離為： 該精度基本可以滿足一般雕刻要求。導程為8mm的T8絲桿，所以X，Y軸電機參數(shù)為： 即200個脈沖電機轉(zhuǎn)動一周。3.4繼電器驅(qū)動激光頭電路

17、 激光頭只有兩種狀態(tài)，用繼電器開關(guān)控制即可。而且5v繼電器響應狀態(tài)以及相應時間可以滿足激光頭活動狀態(tài)。采用電磁繼電器，電磁繼電器工作原理和特性是電磁式繼電器，這種繼電器由鐵芯，線圈，銜鐵，觸電簧片等組成。只要在繼電器線圈兩端加上電壓，線圈中就會有電流流過，有電磁感應得知，此時會產(chǎn)生磁力，銜鐵就會在電磁力的作用下克服彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷開點以后，磁力隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回，使動觸點與的靜觸點（常閉觸點）吸合。通過電磁的效應，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。區(qū)分繼電器的“常開、常閉”觸點：通常是根據(jù)繼電器線圈未通電時處于斷

18、開的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通的靜觸點稱為“常閉觸點”。 圖3.12 繼電器電路通過三極管達到控制電流的作用使繼電器可以閉合或者斷開。3.5電源電路 在本次設計中電源電路主要有兩部分：1.為電機驅(qū)動板提供電源；2.為激光頭提供5V電源；圖3.13 24v開關(guān)電源及其接線圖接220v轉(zhuǎn)24v電源，驅(qū)動板電源電路：激光頭5v供電電源用3節(jié)5號電池代替。效果也是很理想的。4 軟件系統(tǒng)設計及系統(tǒng)調(diào)試4.1下位機程序的燒寫 上位機軟件的燒寫主要是講 .hex文件燒入到AVR中從而控制X，Y軸電機按照NC代碼進行雕刻。主要分為以下幾個步驟：1. 下載工程文件（ ZIP即可下載工程文件圖4.1 Gr

19、bl controller 官網(wǎng)2. 下載WinAVR和OpenJumper Serial Assistant （Arduino燒錄軟件）3. 設置WinAVR參數(shù)輸出.hex文件圖4.2 安裝好以后根目錄下WinAVR軟件圖4.3 PN主界面介紹 配置過程比較復雜首先配置字體顏色以及個人喜好，之后開始配置工作菜單圖4.4 配置avr-gcc菜單在開始菜單界面點擊：tools-options即可進入avr-gcc工具菜單。之后才配置Mfile（這一步至關(guān)重要）Makefile的設置是將D:WinAVRbin下的wish84.exe、tcl84.dll、tk84.dll三個文件（默認安裝到D盤）

20、復制到D:WinAVRmfile目錄下。并用PN打開D:WinAVRmfilemfile.tcl。修改成下圖所示：圖4.5 配置Mfile 之后再設置ISP Programmer工具。設置好以后新建一個工程文件，點擊Make all。即可生成想要的Grbl Controller.hex圖4.6 生成.hex文件圖4.7導入生成的hex文件4. 打開OpenJumper Serial Assistant 串口助手，點擊Hex下載按鈕，配置好參數(shù)，Arduino型號選擇ATmega328 串口選擇電腦上識別到的arduino串口，之后點擊下載即可實現(xiàn)hex文件的燒錄。 在首次使用該軟件時提示Avr

21、-gcc不可用報錯。之后經(jīng)過查閱資料得到解決辦法如下在Arduino IDE根目錄下查找Avr-gcc之后復制黏貼到串口助手Avr-gcc文件夾下即可。圖4.8 利用串口助手燒錄hex文件5. 檢查剛剛燒入的hex文件是否有效，如下圖所示，打開串口調(diào)試在發(fā)送區(qū)域輸入：$G 若接受區(qū)反饋到Grbl 0.8c$ for help即為成功。接受區(qū)域反饋數(shù)據(jù)為Grbl 版本。圖4.9驗證hex文件4.2 上位機軟件Grbl Controller4.2.1 Grbl Controller簡介 Grbl是一款針對Atmel AVR ATmega328芯片的嵌入式G代碼編譯和運動控制器。 它具有性能高，成本

22、低等優(yōu)點，并且還能基于并口運動控制，可以用于用于CNC雕刻。Grbl可以運行在Arduino (Duemillanove/Uno) 前提是只要它配備了Atmega 328型芯片。 控制器由計算機語言編寫并優(yōu)化，利用了AVR 芯片的每一個靈巧特性來實現(xiàn)精確時序和異步控制。它可以保持超過30kHz的穩(wěn)定、無偏差的控制脈沖 它接受標準的G代碼而且通過了數(shù)個CAM工具的輸出測試。弧形、圓形和螺旋的運動都可以像其他一些基本G代碼命令一樣完美支持。函數(shù)和變量目前并不支持，在以后發(fā)售的版本中可以完美兼容。 Grbl 包含完整的前瞻性加速度控制。它意味著控制器將提前16到20個運動來規(guī)劃運行速度，以實現(xiàn)平穩(wěn)的

23、加速和無沖擊的轉(zhuǎn)彎。圖4.10 Grbl 雕刻界面圖4.11 每個軸的控制界面 如圖所示圖中可以控制單擊按鈕每一步移動尺寸最小移動距離為0.001mm但由于本次畢業(yè)設計精讀達不到所以每次最小移動距離為0.1mm。Spindle On是控制激光頭的開關(guān)，勾選激光頭應該被點亮，去掉是激光頭熄滅。此次激光雕刻機沒有Z軸但是Grbl支持3軸聯(lián)動，有機會將在以后的學習和生活中利用CNC實現(xiàn)3軸聯(lián)動。4.2.2 解讀Grbl Controller 源碼Grbl源代碼由C語言所編寫，其中包括數(shù)個頭文件，以及眾多函數(shù)。下位機代碼流程圖如圖所示：電腦（上位機）串口通信協(xié)議 控制串口規(guī)劃刀路X，Y軸控制下位機接受

24、開始雕刻驅(qū)動電機激光頭控制 G代碼圖4.12 代碼流程圖 對于Grbl 而言可以直接在軟件設置中配置電機參數(shù)而不用去修改冗長的代碼。這樣即使是對C語言一竅不通的人們而言也是很容易修改的。如下圖所示：其中前3列數(shù)值為經(jīng)常要修改的數(shù)值，經(jīng) 3.3節(jié)電機驅(qū)動計算得，X，Y軸步進電機每200個脈沖運動1mm，所以將值改為195。改為195的目的是為了減小點擊回滾所帶來的誤差所以稍微小于計算值200。圖中還列出點擊運動加速度，以及電機回滾速度,結(jié)偏差，最小弧度等等.圖4.13 Grbl 修改界面4.3連接電路在準備好一切之后開始連接電路，按照Grbl頭文件接線即可。部分引腳定義代碼如下：#define

25、STEPPING_DDR DDRD#define STEPPING_PORT PORTD#define X_STEP_BIT 2 / 定義X軸脈沖輸入Pin 2#define Y_STEP_BIT 3 / 定義Y軸脈沖輸入Pin 3/ #define Z_STEP_BIT 4 / 定義Z軸脈沖輸入Pin 4(由于Grbl默認是3軸的但是存在Z軸會對歸零是有影響所以將有Z軸的地方注釋掉即可)#define X_DIRECTION_BIT 5 / 定義X軸電機方向輸入Pin 5#define Y_DIRECTION_BIT 6 / 定義X軸電機方向輸入Pin 6#define Z_DIRECTIO

26、N_BIT 7 / 定義X軸電機方向輸入 Pin 7#define SPINDLE_ENABLE_DDR DDRB#define SPINDLE_ENABLE_PORT PORTB#define SPINDLE_ENABLE_BIT 4 / 定義激光頭引腳 Pin 12將#define STEP_MASK (1X_STEP_BIT)|(1Y_STEP_BIT)|(1Z_STEP_BIT) / All step bits改為：#define STEP_MASK (1X_STEP_BIT)|(1Y_STEP_BIT)）第二處可以要修改的地方就是控制繼電器的代碼，如果繼電器和測試結(jié)果正好相反則先開始

27、我得想法是將常開端口和常閉端口接線互換一下，后來事實證明在主控板通電瞬間會使激光頭亮起會直接燒穿紙張，也會在木板上留下一個雕刻痕跡。最后通過查閱資料有了以下辦法：1.文本編輯器打開 spindle_control.c文件2.把所有出現(xiàn) 1SPINDLE_ENABLE_BIT 和 (180mm才能保證整個裝配體的穩(wěn)定。如圖所示：圖4.16 為了更加穩(wěn)定的鋁型材 之后在裝好上層的4根鋁架子把上層的鋁架子按照合理的順序安裝好上層，之后在底層的鋁框架上安裝好兩個電機：圖4.17 安裝好的兩個電機接下來安裝激光頭支架和激光頭，如下圖所示：圖4.18 安裝好的激光頭和激光頭支架 安裝到這一步十字滑臺的結(jié)構(gòu)

28、已經(jīng)完全安裝好了，這是由于有較多地方結(jié)構(gòu)比較松動，結(jié)構(gòu)最為不穩(wěn)定，所以可以用膠槍或者502將電機固定好，上膠之后等幾分鐘讓其風干之后在松開手。 下面一步就是把剛才安裝好的上層的鋁架按照大小扣到剛剛穩(wěn)定好的十字滑臺上方用點力氣將其壓好之后就可以用剩余的角件和內(nèi)六角螺絲將整個鋁架結(jié)構(gòu)固定好。 緊接著就是一步即將安裝好的機械架子松散的地方用切合的方法將其固定死。這是一個很費時費力的活，所以安裝的時候一定要小心也一定要有耐心。 最后一步也是至關(guān)重要的一步：上皮帶輪，這一步需要兩個人做，并且還需要3把尖嘴鉗。具體操作如下：首先把接口處用銼刀打磨平整；接著一個人用兩把尖嘴鉗捏到皮帶兩端使皮帶完全處于緊繃的

29、狀態(tài)；然后另外一個人一只手拿著502另一只手握著一把尖嘴鉗，先把502涂抹均勻在接口平面處等到膠水涂開以后用另外一只手的尖嘴鉗夾緊接口處利用502的快干性和強粘合性將皮帶黏好。圖4.19 裝配好以后的激光雕刻機裝配好以后經(jīng)過檢測該激光雕刻機的雕刻面積為15*15?？梢杂糜诘窨碳堉破芬约捌じ锖湍绢^。4.5生成NC文件 NC文件可以直接導入到Grbl中實現(xiàn)雕刻圖案的目的。下面介紹幾個常用的生成NC文件的軟件。圖4.20 常用的生成NC文件軟件4.5.1微店管家使用微雕管家是一款傻瓜軟件，它的使用比較簡單，沒有畫圖功能但是可以把圖片導出為NC文件。具體操作如下：圖4.21 微雕管家使用點擊右上方導入

30、圖片之后選中一幅圖片之后點擊連接設備然后開始雕刻軟件會自動控制激光頭讓其雕刻。要注意的一點是打開微雕管家之后應該把Grbl Controller關(guān)掉，因為電腦只給Arduino分配了一個端口，所以必須要關(guān)掉Grbl才可以雕刻。4.5.2ARTCAM使用簡介接下來將以artcam生成一個簡單的NC代碼為例講解一下artcam軟件使用。1. 下載artcam2008，并且打開軟件2. 在開始界面點擊新建項目文件新的模型，如下圖所示：圖4.22 新建artcam文件3. 輸入自己想要的紙張大小，點擊確定。4. 在左邊的菜單欄中找到字體選項單擊進行設置字體模式，在輸入框里輸入漢字即可圖4.23 在輸入

31、框中輸入文字5. 在左邊的菜單里選取道路路徑，并且選擇加工方式。圖4.24選取加工方式6.選區(qū)刀具圖4.25 選取加工刀具7. 設置材料，生成刀路并經(jīng)行預覽圖4.26生成刀路并經(jīng)行預覽Inkscape軟件使用與ArtCam軟件及其相似，在此不詳細介紹。4.6調(diào)試過程問題以及解決方法 在調(diào)試過程中遇到許多問題：1. 機械結(jié)構(gòu)問題，先開始第一種機械結(jié)構(gòu)沒有同步帶結(jié)果由于器件誤差太大導致失敗不得不放棄。結(jié)構(gòu)如下圖：圖4.27 第一種機械結(jié)構(gòu)2. 由于3D打印的零件精度不高有些地方不得不用過盈配合。4.7誤差分析以及避免方法主要機械誤差有：滾珠絲桿螺距誤差；同步帶節(jié)距誤差；傳動反向間隙誤差。解決方法：

32、優(yōu)化軟件與硬件之間的聯(lián)合（主要）；使傳動皮帶繃緊。5 總結(jié)與展望5.1總結(jié)在本次設計中，通過對資料查找，方案論證，英文資料翻譯，Solidworks硬件電路設計，Altium Designer繪制PCB，線路板制作，及開源上位機調(diào)試，學會了做成一臺激光雕刻機，達到了預期的功能。長時間看激光雕刻會的白內(nèi)障，注意對眼睛的保護。5.2展望本次設計通過硬件組裝和上位機調(diào)試及實際雕刻體驗，實現(xiàn)了DIY一臺開源激光雕刻機的愿望，基本上滿足要求。但是本次畢設還存在一些問題，對過程中的主要改進有： (1)十字滑臺結(jié)構(gòu)不方便增加Z軸，對以后的改進比較困難； (2) 不能脫機工作，應該加一個SD卡槽可以直接讀取N

33、C代碼經(jīng)行雕刻；(3)實際雕刻空間不是很大，第一次做機械還有很多值得注意的地方。參考文獻1百度百科激光雕刻2百度經(jīng)驗激光雕刻切割技術(shù)淺析3江海河.激光加工技術(shù)應用的發(fā)展及展望.光電子技術(shù)與信息,2001: l 14 4百度百科.USART:5蔣素清.立式銑削加工中心結(jié)構(gòu)靜動態(tài)分析J.長沙大學學報，2008，22(2):21236Dale Wheat.Arduino技術(shù)內(nèi)幕.人民郵電出版社，2013，7：137百度文庫.繼電器工作原理.2012，10：18grbl開源項目代碼 2013-09-129Mauro Vaccarezza;Veronica Papa.3D printing: a val

34、uable resource in human anatomy education J.Anatomical Science International.2015.Vol.90.No.1.64-65.10A. D. Squires;E. Constable;R. A. Lewis.3D Printed Terahertz Diffraction Gratings And LensesJ.Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves.2015.Vol.36.No.1.72-80.11孫帥.誰都可以做微型激光雕刻機一起來揭秘數(shù)控設備的神秘

35、面.無線電雜志，2013：4 212612徐曉明.基于嵌入式微處理器的激光雕刻機系統(tǒng)研究與開發(fā).天津理工大學,2006,12:68附錄一機械原理圖與實物圖圖1 原理圖圖2 組裝實物圖附錄二所有元器件以及購物清單器件名稱數(shù)量鋁型材300mm8個鋁型材95mm2個鋁型材115mm2個固定角件12套T8絲桿長280mm4套滾珠軸承內(nèi)徑8mm6個6mm光軸長260mm2個6mm光軸長280mm2個6mm內(nèi)徑光軸軸承4個8mm內(nèi)徑光軸軸承4個500mw藍紫激光器1個護目鏡1副激光散熱架1套聯(lián)軸器583個42步進電機2個6560電機驅(qū)動板2個220v轉(zhuǎn)24v電源1個繼電器電路期間1套同步輪內(nèi)徑8mm4個皮

36、帶2m3D打印機器件若干300*90亞克力板4塊Arduino Nano驅(qū)動板1塊附錄三 修改后的部分代碼修改#ifndef config_h#define config_h/ IMPORTANT:#define DEFAULTS_GENERIC / Default settings. #define DEFAULTS_GENERIC/ Serial baud rate#define BAUD_RATE 9600/ Serial baud rate/ NOTE: All step bit and direction pins must be on the same port.#define S

37、TEPPING_DDR DDRD#define STEPPING_PORT PORTD#define X_STEP_BIT 2 / Uno Digital Pin 2#define Y_STEP_BIT 3 / Uno Digital Pin 3/#define Z_STEP_BIT 4 / Uno Digital Pin 4#define X_DIRECTION_BIT 5 / Uno Digital Pin 5#define Y_DIRECTION_BIT 6 / Uno Digital Pin 6/#define Z_DIRECTION_BIT 7 / Uno Digital Pin 7

38、#define STEP_MASK (1X_STEP_BIT)|(1Y_STEP_BIT) / All step bits#define DIRECTION_MASK (1X_DIRECTION_BIT)|(1Y_DIRECTION_BIT) / All direction bits#define STEPPING_MASK (STEP_MASK | DIRECTION_MASK) / All stepping-related bits (step/direction)致謝 經(jīng)由2個月日日夜夜的學習和努力，這次畢業(yè)最終的設計結(jié)果以勝利告終。我學到了很多書本上沒有的東西，同時也鞏固了大學四年來學的東西。這對我來說是一次進步，在機械組裝和調(diào)試方面能力方面也增強了。再次要特別感謝程老師和同學對我的幫助，在硬件的原理圖和PCB制作過程中更加順利，上位機調(diào)試方面也很迅速，尤其是在調(diào)試階段，有了老師和學弟的幫助才使我能夠順利的完成調(diào)試。 同時還要感謝給予我?guī)椭覐埑退耐瑢W以及徐明萌學長，在solidworks軟件開始入門和最后調(diào)試都給予很大幫助，讓我在調(diào)試方面能夠成功完成。是大家的團結(jié)合作才使這次畢業(yè)設計能夠取得成功。最后，在此對在此次畢設過程中給予過幫助的人一并表示感謝，謝謝你們給予的力量和幫助，謝謝！