全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計開題報告學生姓名 學 號 年級專業(yè)及班級 指導教師及職稱 學 院 20 年 月 日畢業(yè)設(shè)計題目 移動龍門式小型數(shù)控雕刻機Z軸和X軸的機構(gòu)設(shè)計文獻綜述選題研究意義：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。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：數(shù)控雕刻技術(shù)是傳統(tǒng)雕刻技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它稟承了傳統(tǒng)雕刻精細輕巧、靈活自如的操作特點，同時利用了傳統(tǒng)數(shù)控加工中的自動化技術(shù)，并將二者有機的結(jié)合在一起，成為一種先進的雕刻技術(shù)。所有這些技術(shù)都將通過數(shù)控雕刻機轉(zhuǎn)化為真正的生產(chǎn)能力。數(shù)控雕刻機集計算機輔助設(shè)計技術(shù)（CAD技術(shù)）、計算機輔助制造技術(shù)（CAM技術(shù)）、數(shù)控技術(shù)（NC技術(shù)）、精密制造技術(shù)于一體，是目前最先進的雕刻設(shè)備，代表了最先進的雕刻技術(shù)。使用數(shù)控雕刻技術(shù)和數(shù)控雕刻機已經(jīng)成為雕刻行業(yè)的一種潮流。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、日本和法國等國也開始研制。 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)帶動整個高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價格合理成為雕刻機研制的基本要求。數(shù)控雕刻的特點：與傳統(tǒng)的數(shù)控加工比較，數(shù)控雕刻是高速銑削加工。高速銑削加工是種高轉(zhuǎn)速、小進給和快走刀的加工方式，形象地稱為“少吃快跑”的加工方式。有如下特點：1.專業(yè)的數(shù)控雕刻加工工藝以“等量切削”技術(shù)為核心的數(shù)控雕刻工藝，避免了加工吃刀量不均的問題，保證了產(chǎn)品精細度指標的實現(xiàn)，并降低了精細加工的斷刀概率，提高了加工效率。數(shù)控雕刻對象的特點是圖案復雜、細節(jié)豐富、造型奇特、成品精細。要實現(xiàn)這樣的加工要求，則必須使用小尺寸的刀具科為基本加工刀具，在很多情況下，數(shù)控雕刻機使用的雕刻刀具刀尖直徑不足0.5毫米甚至到0.1毫米以下。使用小刀具進行精細雕刻是數(shù)控雕刻的最基本的特征，數(shù)控雕刻系統(tǒng)的所有其他特點都圍繞這個基本的特點和要求而產(chǎn)生。2.高精度、高轉(zhuǎn)速的主軸電機由于數(shù)控雕刻使用小尺寸的刀具進行銑削加工，所用刀具的直徑小，加工中為保證刀具的切削線速度和切削能力，勢必要提高刀具的旋轉(zhuǎn)速度，使用具有高轉(zhuǎn)速能力的主軸電機。主軸電機旋轉(zhuǎn)速度高，可為小刀具提供高的切削速度，并確保小刀具在雕刻中能有較好的切削能力。制造精度高，旋轉(zhuǎn)噪聲低，刀具裝卡跳動量小，使小刀具平穩(wěn)的進行銑削加工提供了良好的工作環(huán)境。3.輕型機密的機床結(jié)構(gòu)數(shù)控雕刻適合小工件、小加工量并能滿足定加工精度要求的輕型加工，所以雕刻機的整體結(jié)構(gòu)較為精巧，具有較強的剛性和齊全的配置。整體鑄件結(jié)構(gòu)，為高精度的運動提供了穩(wěn)定的工科平臺，確保了雕刻機運動平穩(wěn)、噪音低、雕刻成品光潔度好。4.尺寸精度高、耐磨性能好、專業(yè)性強的雕刻刀具具體保證數(shù)控雕刻成品精細和加工效率高是最為關(guān)鍵因素之一，在使用高速主軸電機和計算機輔助加工技術(shù)（CAM）的前提下，數(shù)控雕刻機所使用的刀具的尺寸精度高、耐磨性好。不同的工藝使用不同的刀具，使用專業(yè)刀具加工相應的業(yè)務和材料。5.高效平穩(wěn)的控制系統(tǒng)數(shù)控雕刻控制系統(tǒng)采用了行進的微步細分控制算法，機床運動高速平穩(wěn)，分辨率高，可達0.003m m/步。另外，也有部分機型使用伺服驅(qū)動單元，機床各項性能指標又有較大幅度的提高。6.功能強大的控制軟件控制軟件工作界面靈活便捷，功能豐富，實現(xiàn)了多項獨具特色的雕刻功能，如選擇雕刻功能、雕刻時間計算功能等，適合中件或批量產(chǎn)品雕刻。7.以完整的精雕雕刻系統(tǒng)作為依托根據(jù)小刀具雕刻的基本特點，并結(jié)合當前制造業(yè)先進的高速銑削（HSM ）理念，精雕科技提出了小刀具高速雕刻思想，主要目標是提高雕刻效率和雕刻精度，減少小刀具的磨損率，在實際加工中的表現(xiàn)為“高轉(zhuǎn)速、快進給、小進給、勻切削、高效率”。此項技術(shù)是項整體的系統(tǒng)技術(shù)。精雕雕刻CAD/CAM軟件獨創(chuàng)的“等量切削”功能能夠生成具有均勻切削用量的刀具路徑，為高速雕刻的實現(xiàn)提供了最基本的技術(shù)保證。數(shù)控雕刻的特有的專業(yè)優(yōu)勢為“小刀其的快速銑削”，擅長做“常規(guī)大刀具無法加工的業(yè)務”。[宋天麟．數(shù)控機床及其使用與維修]國外的雕刻機，如美國“雕霸”、法國“嘉寶”和日本“御牧”是此行業(yè)的佼佼者，但價格非常昂貴，不管大小都在10萬圓人民幣以上。還有較為成熟的雕刻軟件如法國的GRAVOGRAPH-NEW HERMES 公司的GravoStyle’98三維雕刻軟件，此軟件為最先進的雕刻軟件之一，具有自動控制、工藝參數(shù)自動生成、三維刀具補償?shù)裙δ?。國外雕刻機主體采用框架結(jié)構(gòu)，簡化設(shè)計過程，并采用機電一體化關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化。近幾年國內(nèi)的雕刻機，北京“精雕”、上?！白哪绝B”在國內(nèi)也有一定的市場，但價格也不菲。較為成熟的有天津歐凱數(shù)控機床有限公司生產(chǎn)雕刻機，其具有較好的人機界面，還有北京文泰公司的文泰三維雕刻軟件，此軟件可以輸出HPGL指令機，也可以輸出標準數(shù)控G代碼，用于雕刻機或數(shù)控系統(tǒng)。隨著近年來我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展機遇，有效地促進了我國數(shù)控雕刻機的生產(chǎn)和推廣應用。我國的數(shù)控雕刻機起步于經(jīng)濟型數(shù)控機床，隨著數(shù)控技術(shù)的進步，經(jīng)過多年的發(fā)展，己形成了多個國產(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)控雕刻機和南京利能公司生產(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。對高精度的雕刻加上，口前我國尚以進口數(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，加上精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性高，但價格昂貴，往往數(shù)信于國產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應用于模具等高精度加上場合。隨著微電子技術(shù)和機電結(jié)合深度的發(fā)展，可不斷提高產(chǎn)品附加值。雕刻機是一種典型的機電一體化設(shè)備，其總體發(fā)展是提高該產(chǎn)品在市場中的競爭能力。因此今后的發(fā)展將具體體現(xiàn)在以下幾個主要方面: 1.自動化降低使用的復雜程度，降低勞動強度，減少操作人員數(shù)量，減少輔助工作時間，減少人為干預，穩(wěn)定生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率。2.高速度提高數(shù)控系統(tǒng)的插補運算和控制速度，高速度直接與高效率相聯(lián)系。實現(xiàn)系統(tǒng)高速化，不僅要求計算機及軟件有很高的信息處理速度，而且要求系統(tǒng)各運動部件和驅(qū)動控制具有高速響應的特征和響應速度的匹配性。3.監(jiān)測監(jiān)控通過實時測量反饋，提高系統(tǒng)的控制精度，保證工作質(zhì)量。4.計算機信息化軟件程序化系統(tǒng)是發(fā)展必然趨勢。簡化硬件結(jié)構(gòu)，依靠和發(fā)揮軟件技術(shù)優(yōu)勢，提高系統(tǒng)性能，降低成本，加快產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)周期。5.柔性化提高產(chǎn)品應用功能的靈活性，適應用戶多樣化的使用要求。6.模塊化將產(chǎn)品總體從軟硬件結(jié)構(gòu)上按功能劃分為模塊，各功能模塊相對獨立研究、發(fā)展和完善，通過標準接口聯(lián)成系統(tǒng)。7.通用化零部件設(shè)計、軟件規(guī)范、接口、通信協(xié)議等產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的標準化和選用芯片的通用化有利于系統(tǒng)擴展、技術(shù)兼容和滲透，有利于產(chǎn)品和技術(shù)的進一步延伸和發(fā)展，并提高產(chǎn)品的通用性和可維修性。8.專用化有利于實現(xiàn)系統(tǒng)的最佳匹配和最優(yōu)設(shè)計，提高系統(tǒng)集成度，從而提高系統(tǒng)的可靠性，對大批量生產(chǎn)產(chǎn)品達到降低成本的目的。9.智能化配備各種傳感器和信息獲取通道，直接感受環(huán)境信息，建立和利用知識庫與推理機構(gòu)成專家系統(tǒng)，進行邏輯推理和經(jīng)驗推理，使系統(tǒng)能自動根據(jù)周圍環(huán)境作出自適應處理并具有自學習功能，在復雜環(huán)境下進行高質(zhì)量高效率地工作。10.優(yōu)化根據(jù)強化功能、簡化結(jié)構(gòu)、減少成本等目標函數(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化參數(shù)選擇，達到整體優(yōu)化或最佳產(chǎn)品目標。11.節(jié)能化采用電力電子驅(qū)動和電子控制系統(tǒng)的最佳調(diào)節(jié)控制，提高產(chǎn)品的能源利用率，可大幅度降低能源消耗。12.集成化包括結(jié)構(gòu)集成和功能系統(tǒng)集成。采用集成化的方法強化系統(tǒng)功能，減少物理體積，提高效率，提高系統(tǒng)抗干擾能力，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。數(shù)控雕刻機由生產(chǎn)發(fā)展至今，已經(jīng)形成了比較成熟的機械結(jié)構(gòu)及其雕刻軟件。[趙松年，戴志義．機電一體化數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計]主要參考文獻與外文資料[1]《現(xiàn)代機械傳動手冊》編輯委員會．現(xiàn)代機械傳動手冊．北京：機械工業(yè)出版社， 1995.4；[2]趙松年，張奇鵬．機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計．北京：機械工業(yè)出版社，1996.6；[3] 趙松年，戴志義．機電一體化數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計．北京：機械工業(yè)出版社，1994.5；[4] 宋天麟．數(shù)控機床及其使用與維修．東南大學出版社，2003.10；[5] 劉雄偉. 數(shù)控加工理論與編程技術(shù)-2. 北京：機械工業(yè)出版社，2000.3；[6] 唐榮錫.CAD/CAM技術(shù). 北京：北京航空航天大學出版社，1994；[7] 孫家廣. 計算機圖形學[M]. 北京：清華大學出版社，1998.9 ；[8] 譚建成．電機控制專用集成電路.北京：機械工業(yè)出版社， 2002.3；[8] H odd D. Morton．Embedded Microcontrollers．Pearson Education North Asia Limited,2001； [9] Geg Paul．New Processors Transform control．Mechanical Engineering，1997.4； [10]徐學林.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ).湖南大學出版社.2006.12注：此表如不夠填寫，可另加頁。研究方案研究目的：(1)總體設(shè)計采用了龍門架布局結(jié)構(gòu)，加工精度、生產(chǎn)效率和自動化程度高，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，具有較好的綜合特性；(2)機床主軸采用了水冷交流異步電動機直接驅(qū)動，具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟可靠、旋轉(zhuǎn)速度高和維護方便的特點；(3)機床進給系統(tǒng)采用了步進電機的開環(huán)控制,可以滿足定位精度的要求 ,系統(tǒng)穩(wěn)定性較好,制造成本較低,調(diào)試維修方便。研究內(nèi)容和方案：雕刻機的主運動方案討論、雕刻機的主軸結(jié)構(gòu)、雕刻機的進給運動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)步進電機型號的選擇、聯(lián)軸器選擇、機械結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模與簡化。預期結(jié)果:在完成了各項設(shè)計后,能實現(xiàn)高速作業(yè),降低勞動強度，提高生產(chǎn)效益。條件保障:1、本設(shè)計的大部分工作將在本學校完成. 2、有扎實的理論知識和學校專家的指導. 3、學校的實驗設(shè)備和相關(guān)圖書資料.進程計劃2012.12.20～2012.12.25 選題、下達設(shè)計任務書2012.12.25～2013.02.24 調(diào)研、查找資料、畢業(yè)設(shè)計開題2013.02.24～2013.04.15 設(shè)計和計算2013.04.16～2013.04.20 提交畢業(yè)設(shè)計初稿，中期考核2013.04.21～2013.05.14 修改2013.05.14～2013.05.18 提交畢業(yè)設(shè)計正稿2013.05.21～2013.05.25 預審2013.05.28～2013.06.01 答辯2013.06.02～2013.06.04 修改、交齊所有資料論證小組意見組長簽名：20 年 月 日專業(yè)委員會意見專業(yè)委員會主任簽名：20 年 月 日注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。2.此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。