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XX大学xx学院xx届毕业设计 (论文) 简易三维雕刻机电控系统设计与分析摘要本论文首先介绍数控雕刻机行业发展状况以及未来发展趋势，根据机电一体化设计原理、方法和原则自行设计了龙门式雕刻机，随后按照时间逻辑分别在雕刻机执行机构设计，控制电路原理设计，手控电路原理设计，PCB设计，并口线定义和使用以及CNC控制原理作了详细的分析和论证。
其中执行机构设计结合其机构部分与步进电机矩频曲线图选定了合适的两相混合式步进电机。
步进控制系统设计基于市场上常见的驱动芯片TB6560AHQ与A3997SED，设计步进电机驱动电路图与PCB板。
自行设计了雕刻机手控逻辑板，实现机构部分的手动控制，方便对刀和测试等调整工作。
雕刻机使用MACH3软件实现计算机直接运动控制，运动控制信号通过接口电路和步进驱动电路，实现雕刻机CNC直接数控，实际样机在行程范围内（350毫米*300毫米*150毫米），雕刻机能够实现0.1毫米的定位精度和重复精度，并实际完成了若干复杂浮雕或刻字等实际测试，加工对象可以为尼龙、硬木、塑料等。
关键字：雕刻机；混合式步进电机； TB6560AHQ； PCB； MACH 3ABSTRACTThis paper introduces CNC engraving machine industry development situation and the future trend of development firstly. Gantry carving machine was self-designed according to the mechanical and electrical integration design principle, methods and principles. Then,mechanism design was executed in carving machine separately in accordance with the time logic. Include control circuit principle design, manual control circuit principle design, PCB design. Parallel lines define and use and CNC control principle were Analysed and verified in detail. The suitable two phase hybrid step motor was selected combined its institutions part with step motor torque frequency curve. Step motor driver circuit diagram and PCB are designed based on the common drive chip TB6560AHQ and A3977SED on market. The carving machine manual control logic board realized the manual control of Institutions part. It is convenient for tool setting and testing adjustment, etc. The MACH3 software of carving machine realized the computer direct motion control. According to the interface circuit and stepping driving circuit controlled signal through the motion CNC engraving machine direct numerical control and the actual prototype in travel range(350mm*300mm*150mm)is achieved. Position accuracy of 0.1 mm and repeat precision can achieve by this kind of gantry carving machine. Several complex anaglyphs and lettering actual tests are completed. Processing object can be for nylon, hardwood, plastic, etc.Keywords：Engraving machine；Hybrid step motor；TB6560AHQ；PCB；MACH3目录1 绪论 (1)1.1 雕刻机行业发展概况 (1)1.2 雕刻机行业的特点 (1)1.3 数控雕刻机的未来发展趋势 (1)2 简易型三维雕刻机控制原理分析及方案提出 (2)2.1 简易型三维雕刻机机构部分简介 (2)2.2 两相混合式步进电机的结构和控制原理 (4)2.2.1 步进电机的分类 (4)2.2.2 两相混合式步进电机的结构特点 (4)2.2.3 两相混合式步进电机的控制原理 (5)2.2.4 步进电机驱动技术概述 (6)2.3 控制原理 (7)2.3.1 控制系统 (8)2.3.2 简易型三维雕刻机控制系统选择 (9)3 简易型三维雕刻机控制系统设计 (10)3.1 简易型三维雕刻机步进电机选择和分析 (10)3.2 简易型三维雕刻机伺服系统方案设计分析 (11)3.2.1 基于A3997SED芯片的雕刻机控制系统 (12)3.2.2 基于TB6560芯片的雕刻机控制系统 (17)3.2.3 简易型三维雕刻机伺服系统最终方案 (22)4 简易型三维雕刻机手控逻辑电路设计 (24)4.1 逻辑电路的构成原理 (24)4.2. 手控逻辑电路设计 (25)4.2.1 手控逻辑电路设计图 (25)4.2.2 手控逻辑电路分析与操作 (28)4.3 手控逻辑面板实物图 (29)5 简易型三维雕刻机控制电路PCB板设计 (30)5.1 PCB板的发展和介绍 (30)5.2 PCB设计原则与注意事项 (31)5.2.1 一般遵循规则 (32)5.2.2 布线的规则 (33)5.2.3 焊盘 (34)5.2.4 大面积填充 (34)5.2.5 跨接线 (35)5.2.6 接地 (35)5.2.7 抗干扰 (36)5.3 PCB板图设计 (38)6 并口线的定义和使用 (40)6.1 并口的定义 (40)6.2 并口的分类 (40)6.3 25针并口线的定义 (41)6.4 并口在三维雕刻机轨迹控制系统中的应用 (41)6.4.1 系统的组成 (41)6.4.2 并口驱动程序的设计 (42)6.4.3 系统应用程序开发 (44)7 简易型三维雕刻机控制电路与计算机数据接口交换 (44)7.1 数据交换 (44)7.2 电脑接口板的设计 (46)7.3 接口电路的逻辑输出和接线方式 (49)7.3.1 电流的衰减调节、细分调节、电流的输出调节 (49)7.3.2 驱动板额定工作时的数据输出 (50)8 论文总结与展望 (51)参考文献 (53)附录 (54)致谢 (54)1 绪论1.1 雕刻机行业发展概况雕刻加工是一项饱含着人类高智能和高技能的工匠型劳动，但手工雕刻需要专业的技术人员，并且生产效率低，导致雕刻产品昂贵。
雕刻机毕业设计（一）引言概述该文档将介绍雕刻机毕业设计的相关内容。
雕刻机是一种广泛应用于制造业的工具，具有精确、高效的特点。
本毕业设计旨在设计和实现一台具有特定功能和性能的雕刻机。
本文将从设计概念、技术要点和性能参数等方面进行详细介绍。
正文一、设计概念1.1 确定需求：分析市场需求和应用场景，明确目标功能。
1.2 制定设计目标：确定设计的整体思路和目标，如性能指标、外观设计等。
1.3 确定设计流程：制定设计的具体步骤和流程，确保设计过程的顺利进行。
1.4 安全性考虑：考虑到使用过程中的安全性问题，并采取相应的措施。
二、技术要点2.1 雕刻机结构设计：设计雕刻机的整体结构和各个部件的布局。
2.2 电路设计：设计驱动电路、运动控制电路等，实现雕刻机的各项功能。
2.3 控制系统设计：设计雕刻机的控制软件和相应的用户界面，实现易用性和灵活性。
2.4 精度优化：通过优化结构和控制系统，提高雕刻机的加工精确度。
2.5 材料选择：选择适合雕刻机使用的材料，确保设计的稳定性和可靠性。
三、性能参数3.1 加工精度：确定雕刻机的加工精确度和重复性。
3.2 加工速度：评估雕刻机的加工速度和效率。
3.3 工作范围：确定雕刻机的工作范围，包括X、Y、Z轴的移动范围。
3.4 载重能力：评估雕刻机的最大载重能力，以适应不同工件的加工需求。
3.5 耐用性：评估雕刻机的使用寿命和稳定性。
四、小点1...五、小点2...六、小点3...七、小点4...八、小点5...总结通过本文的介绍，我们了解了雕刻机毕业设计的整体思路和步骤。
确定设计概念、关注技术要点、指定性能参数，这些都是成功完成雕刻机毕业设计的关键。
同时，我们也要注重安全性和优化设计，以确保雕刻机的性能和使用寿命。
希望这些内容能够对读者在雕刻机毕业设计中的决策和操作提供帮助。
小型CNC雕刻机控制系统设计2014届本科生毕业论文学号：100201050332成绩：小型CNC雕刻机控制系统设计院部：机电工程系专业：机械设计制造及其自动化姓名：张心伟指导教师：张道海二〇一三年十一月毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文《小型CNC雕刻机控制系统设计》是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。
论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。
本声明的法律结果由本人独自承担。
毕业论文作者签名：张心伟 2013年12月11日摘要随着微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，在广告制作行业具有较大的市场前景。
本文简要的介绍了雕刻机的起源和发展现状，分析了国内外雕刻机的特点说明雕刻机的功能和使用范围；详细的分析了雕刻机的总体布局和结构方案，以及主运动和进给运动系统的选择，以及“三维雕刻”插补法的选择，分析和实现过程，实现雕刻系统的初步优化。
本课题是在参考现有雕刻机的基础上，设计一种机构尺寸比较大的数控雕刻机，适应比较大的工艺品的雕刻加工。
关键字：雕刻机，数控系统，机电一体化，三维，插补法AbstractAlong with the development of micro-electronics technology and microcomputer technology，NC carer will be widely used.These technologies are widely used in Mechatronics, including mechanism, microelectronics，autocontrol, information, sensor and test,power and electron, interface, signal transform, software program. On the other hand, Mechatronics makes these technologies integrated closely. It is the primary trend of the development of mechanical industrial technology and products in the world nowadays. 3D- mechanical engraving plotter is a typical mechatronic product. It has a larger market prospect in the advertising industry.The thesis in brief introduces the genesis and developmental status quote of Engraving Plotter,analyses characteristics of inland and overseas Plotters，and explains its function and use range. We analyze the overall arrangements and framework，the movement mode of numerical control system，the select of main movement system and feed movement system etc. As well as we select and analyze and realize the process of 3D-Engrave interpolation arithmetic. optimized 3D-mechanical engraving system is realized.This topic is based on the existing engraving machine to design a CNC engraving machines with a large body size, which adapted to the relatively large carving handicraft processing.Keywords: Engraving plotter, numerical control system, mechatronics, 3D，and interpolation arithmetic.目录摘要 (1)Abstract (1)目录 (1)第一章.引言 (1)1.1雕刻机概述 (5)1. 1. 1雕刻机起源 (1)1.2数控雕刻机及其发展现状 (2)1.2.1数控雕刻机 (2)1.2.2研制雕刻机的目的和意义 (3)1.2.3数控雕刻机的特点 (4)1.2.4数控雕刻机的应用领域 (4)1.2.5我国数控雕刻机的发展现状 (5)第二章雕刻机的机械结构 (6)2.1雕刻机的设计参数 (6)2.2整体结构 (7)2.2.1雕刻机总体布局的基本要求 (7)2.2.2 影响雕刻机布局的基本因素 (7)2.2.3 坐标系的确定 (9)2.3进给系统 (10)2.4典型零件工艺分析 (14)第三章主动系统的设计与校核 ...................... 错误！未定义书签。
衢州学院毕业设计（论文）题目：数控雕铣机主传动系统机械设计作者：陈滢系（部）：机械工程学院专业班级：机械设计与制造08级（2）班指导教师：田敬职称：讲师二〇一一年一月十八日毕业设计（论文）任务书课题名称数控雕铣机主传动系统机械设计系别机械工程学院专业/班级机械设计与制造08级（2）班学生姓名陈滢学号3089122206指导教师田敬单位/职称机械工程学院/讲师课题来源科研课题成果形式论文所属岗位机械加工与设计一、毕业设计（论文）课题的主要内容、任务和目标、基本要求等：根据已知条件确定极限转速、公比、结构网和结构式、绘制转速图，得到主运动传动系统图；完成一份机床主运动说明书以及典型零件计算校核说明书；完成机床各部分工作情况的说明和要求；完成一张机床装配图和若干张机床零件图。
二、实践要求：顶岗实习单位要与机械加工岗位相关，时间12周，要求熟悉所使用的机械加工工具的工作原理，并能熟练操作加工出合理的零件，对零件的加工工艺和工序及整件的装配有所了解。
加强动手能力的培养。
加强对数控机床的认识和操作，能独立解决机床方面简单的问题，并对自己的毕业设计做修改和完善。
三、进度安排1、校内查阅文献资料，完成开题报告；（1周）2、根据数控雕铣机的具体参数，确定总体设计方案；合理选取电动机；（1周）3、根据总体设计方案，进行主运动的设计与校核；（1周）4、完成装配图和零件图的绘制。
顶岗实习；（1周）5、整理毕业设计论文资料，准备毕业答辩；（1周）6、毕业答辩；四、推荐的主要参考资料[1]郑修本.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，1999.[2]陈立德.机械制造装备设计.北京：高等教育出版社，2006.[3]徐鸿本.机床夹具设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2004.[4]肖继德,陈宁平.机床夹具设计.北京：机械工业出版社，2000.[5]周栋隆.机械制造工艺及夹具.北京：中国轻工业出版社，1996.[6]冯辛安.机械制造装备设计.北京：机械设计出版社, 1999.[7]李庆余.机械制造装备设计.北京：机械设计出版社, 2003.[8]王信义.机械制造装备设计.北京：机械设计出版社, 2002.[9]陈立德.机械制造技术.上海：上海交通大学出版社, 2004.[10]黄鹤汀.机械制造装备.北京：机械工业出版社, 2001.[11]薛源顺.机械设计师手册.北京：机械工业出版社, 2000.[12]桂文杰.工程材料及加工基础.江苏：江苏科技出版社, 1995.[13]张德泉.机械制造装备及设计.天津：天津大学出版社，2003.[14]袁巨龙.周兆忠．机械制造基础．杭州：浙江科学技术出版社，2007[15]郑修本．机械制造工艺学．北京：机械工业出版社，1999指导教师签名田敬年月日专业负责人签名徐惠敏年月日数控雕铣机主传动系统机械设计摘要机床数控是一项综合性较强的工作，它涉及机械、电气、计算机、伺服系统等诸多技术，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。
1前言1.1数控雕铣机设计的目的和意义雕铣机（CNC engraving and milling machine）它是一种数控机床。
数控雕铣机像其他数控机床一样是通过数控系统根据加工程序的代码控制雕铣机动作，实现雕刻、铣削的自动化。
在国外加工模具时都用加工中心来加工，并没有雕铣机的概念。
但是加工中心在用小刀具加工小型模具时就会显示出力不从心，会产生高额的成本。
国内在有雕铣机这个概念以前用的是雕刻机，雕刻机的长项在于雕，并不能满足铣削的要求。
雕铣机的出现克服了加工中心和雕刻机的不足。
既可以用小刀具加工小型模具，可以进行雕刻也可以进行铣削，是一种高精度的数控机床。
雕铣机的功能决定了它使用范围。
从工艺上，雕刻可分为二维平面雕刻、三维立体雕刻和全自由度空间雕刻。
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型艺术作品的雕刻工作，此类制品的随意性强、构成形状复杂、工艺性差，因此这类工艺迄今为止雕铣机尚无能为力，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工艺中雕铣机就大有可为。
三维立体雕刻类似于三维的铣削加工，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铣机完成，克服了传统手工雕刻存在的缺陷[1]。
现代数控雕铣机床运动系统要求具有高速运算、快速插补、高速通信、主轴高速运转、高精度定位、高分辨率位置检测和数字伺服控制等能力。
数控雕铣机床要实现形状复杂的零件加工，必须要求运动控制系统能进行多种插补运动的控制，如直线插补、圆弧插补、连续插补。
此外控制系统需要具有良好的运动速度控制能力、速度前瞻功能，以保证机床在停止、起动、加工时不产生冲击、失步、颤抖，并在驱动过程中准确运动到制定位置[2]。
1.2 国内外研究现状20世纪90年代以来，微电子技术的突飞猛进直接推动了微型计算机的迅速发展，而微电子技术和微型计算机技术又带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕铣机也有了质的飞跃。
小型雕刻机设计摘要机电一体化技术综合了机械、电子、自动控制、信息、传感器、电力电子、信号变换接口和软件编程等技术，并且把这些通用型技术整合到一起，结合成一个整体，也是现如今机械工业技术必须发展的也将成为国内外的发展主流。
小型雕刻机就是在这种大环境下产生的一种代表性的机电一体化产品，在工艺品的制作与生产行业中拥有有较大的市场。
本课题通过分析国内雕刻机与国外雕刻机的差距以及各自的特点，定义了雕刻机的功能和使用范围，规划了雕刻机的结构布局，详细设计了主轴运动和X、Y向进给运动结构，以及工作台、支撑柱等辅助结构，并在此基础上详细阐述了雕刻机的运动过程，实现了其功能。
本文设计的小型雕刻机，其具有精度高，一致性好，一机多用的特点，应用领域广泛，可用于工艺品雕刻加工的同时，又具有铣削钻孔等功能。
关键词雕刻机；伺服电机；机电一体化Small Engraving Machine DesignAbstractMechatronics combines mechanics, electronics, automatic control, information, sensors, power electronics, signal conversion interface and software programming techniques, and these versatile technologies integrated together, combined into a whole, is now Machinery Industrial Technology must develop will become the mainstream of development at home and abroad. Small engraving machine is a kind of typical in this environment produces mechatronic products, handicraft production and production industry has a larger market.The issue by analyzing the gap between domestic engraving machine and foreign engraving machine as well as their characteristics, defines the function and use of engraving machine, planning the structure and layout engraving machine, detailed design of the spindle movement and X, Y direction feed motion structure , and an auxiliary table structure, support columns, etc., and on this basis, it elaborated engraving machine movement to achieve its function.This design of small engraving machine, which has a high accuracy, consistency, and a multi-purpose machine, which is widely applied in the field, can be used to carving crafts processing, but also has milling and drilling functions.Keywords Engraving machine, servo motor, mechatronics目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (V)1.1 课题背景 (V)1.2 小型雕刻机及其发展现状 (V)1.2.1 小型雕刻机的概念 (V)1.2.2 小型雕刻机的应用和发展 (VII)1.2.3 小型雕刻机的特点 (VII)1.2.4 研究雕刻机的目的和意义 (VII)1.3 本章小结.............................................................................................. V III 第2章雕刻机的结构设计.. (9)2.1 雕刻机的系统组成 (9)2.2 雕刻机的整体布局 (9)2.3 进给结构 (12)2.4 主轴结构 (16)2.5 支撑结构 (17)2.5.1 支架设计 (17)2.5.2 工作台设计 (18)2.5.3 底座设计 (19)2.6 本章小结 (19)第3章小型雕刻机的关键参数计算 (20)3.1 设计指标 (20)3.2 切削力、扭矩和功率的计算 (21)3.3 进给运动的计算 (24)3.3.1 滚珠丝杠副的计算 (24)3.3.2 滚珠丝杠的计算 (26)3.3.3 工作台电机的选择 (29)3.4 本章小结 (30)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)附录 (35)绪论1.1课题背景以大机器生产为主流的社会生产形式形成以来，机器生产代替手工劳动不仅使产品数量与日俱增，而且，更使产品质量大为提高。
附录1外文翻译—原文部分DXF File Identification with C# for CNC Engraving Machine System Huibin Yang， Juan YanAbstractThis paper researches the main technology of open CNC engraving machine,the DXF identification technology. Agraphic information extraction method is proposed。
By this method，the graphic information in DXF file can be identified and transformed into bottom motion controller’s code。
So the engraving machine can achieve trajectory tracking。
Then the open CNC engraving machine system is developed with C#。
At last， the method is validated on a three axes motion experiment platform. The result shows that this method can efficiently identify the graphic information including line， circle， arc etc。
in DXF file and the CNC engraving machine can be controlled well。
KeywordsDXF， CNC Engraving Machine ， GALIL,C#1.IntroductionWith the development of pattern recognition techniques， modern CNC engraving machine needn’t be programmed manually。
《基于FPGA的雕刻机32位运动控制器设计》篇一一、引言随着工业自动化技术的飞速发展，高精度、高效率的数控加工设备成为了现代制造业不可或缺的组成部分。
作为数控加工设备的重要组成部分，运动控制器对设备的性能起着决定性作用。
为了满足日益增长的复杂雕刻任务需求，本文提出了一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的32位运动控制器设计方案，以提高雕刻机的性能、稳定性和控制精度。
二、系统架构设计1. 硬件架构本设计采用FPGA作为核心控制器，搭配外部存储器、接口电路等构成完整的运动控制器硬件架构。
其中，FPGA具有可编程性强、处理速度快等优点，能够满足高精度、高速度的运动控制需求。
2. 软件架构软件架构包括FPGA的编程逻辑、控制算法以及与上位机的通信协议等。
本设计采用32位宽度的数据处理能力，能够处理更复杂的运动控制任务。
同时，通过优化控制算法，提高系统的响应速度和稳定性。
三、关键技术及实现1. 运动控制算法本设计采用先进的运动控制算法，如PID（比例-积分-微分）控制、插补算法等，实现对雕刻机的高精度运动控制。
通过优化算法参数，提高系统的动态性能和稳定性。
2. FPGA编程实现FPGA的编程实现是本设计的关键技术之一。
通过硬件描述语言（HDL）对FPGA进行编程，实现运动控制器的各项功能。
在编程过程中，需充分考虑FPGA的资源利用率和时序约束，以确保系统的稳定性和性能。
3. 通信接口设计本设计支持多种通信接口，如USB、Ethernet等，以实现与上位机的数据传输和命令交互。
通过优化通信协议，提高数据传输的速度和可靠性。
四、实验与分析为了验证本设计的有效性，我们进行了详细的实验和分析。
实验结果表明，基于FPGA的32位运动控制器具有高精度、高速度、高稳定性的特点，能够满足复杂的雕刻任务需求。
与传统的运动控制器相比，本设计在性能和稳定性方面具有明显的优势。
五、结论与展望本文提出了一种基于FPGA的32位运动控制器设计方案，通过优化运动控制算法、FPGA编程实现以及通信接口设计等技术手段，实现了高精度、高速度、高稳定性的运动控制。
《基于FPGA的雕刻机32位运动控制器设计》篇一一、引言随着科技的飞速发展，机械制造业正朝着高度自动化、高精度和智能化的方向发展。
雕刻机作为机械制造业中的一种重要设备，其运动控制器的设计直接关系到雕刻的精度和效率。
传统的雕刻机运动控制器通常采用微控制器或DSP（数字信号处理器）进行控制，但这些方案在处理复杂的运动轨迹和高速运动控制时存在一定局限性。
因此，本文提出了一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的32位运动控制器设计，旨在提高雕刻机的控制精度和响应速度。
二、FPGA概述及优势FPGA是一种可编程逻辑器件，具有并行处理、高速运算、低功耗等优点。
与传统的微控制器或DSP相比，FPGA在处理复杂的运动控制算法时具有更高的灵活性和可扩展性。
此外，FPGA的硬件加速特性使得其在处理高速、高精度的运动控制任务时具有显著优势。
因此，采用FPGA作为雕刻机运动控制器的核心处理器是一种理想的选择。
三、系统设计1. 硬件设计基于FPGA的雕刻机运动控制器硬件设计主要包括FPGA芯片、电源电路、通信接口电路、电机驱动电路等部分。
其中，FPGA芯片是整个控制器的核心，负责实现运动控制算法和与其他设备的通信。
电源电路为整个系统提供稳定的电源供应。
通信接口电路用于实现控制器与上位机、电机等设备的通信。
电机驱动电路则负责将控制器的输出信号转换为电机的驱动信号。
2. 软件设计软件设计是基于FPGA的雕刻机运动控制器的关键部分。
首先，需要使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）对控制器的逻辑进行描述和设计。
然后，通过编译和烧录将设计好的逻辑固化到FPGA芯片中。
在软件设计中，需要实现以下功能：（1）运动轨迹规划：根据雕刻需求，规划电机的运动轨迹，确保雕刻的精度和效率。
（2）速度和加速度控制：根据电机的实际运行状态，实时调整电机的速度和加速度，以保证雕刻过程的平稳性和精度。
（3）通信接口实现：实现与上位机的通信，接收上位机发送的雕刻指令和参数，并将电机的运行状态反馈给上位机。
摘要雕刻机制作工艺日渐成熟，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。
但雕刻机的价格均比较高,为了提高其普及率,设计开发一个经济、简练的机械运动系统是很具有重要的理论意义和实用价值的。
本文简要地介绍了雕刻机的起源和发展现状，分析了国内外同类雕刻机的特点，说明了雕刻机的功能和使用范围。
综合运用机械设计制造和加工工艺等知识，提出了简化雕刻机运动系统的设计思路。
其次，讨论和确定了本雕刻机的总体结构布局。
本雕刻的运动系统包括了主运动系统和进给运动系统。
其主运动系统采用电机直接接刀具，省去中间传动，而进给运动系统是采用步进电机带动滚珠丝杠使部件在导轨上平移来实现三轴联动。
再次，对主电机的选用、滚珠丝杠、步进电机以及导轨等主要零部件进行了详细的设计与计算。
本雕刻机有着安装方便，结构简单、新颖，制造成本低等优点，可用于中小型雕刻机，对雕刻机价格具有一点的影响。
雕刻机，运动系统，三维关键词：ABSTRACTProduction technology of engraving machine has become mature and widely been used in many fields. The sculpture technology is used in the construction of the building decoration, small signs in front of the store, many products and logo nameplate. But the price of engraving machine is high; to be able to increase its penetration rate, design a mechanical system which is cheaper and brevity has a very important theoretical and practical value.This article briefly introduced the origin and the state-of-the –art of the engraving machine, analysed the similar characteristics of sculpture both at home and abroad, explained the functions and scope of use of the engraving machine. Firstly,a motion system design ideas was got by comprehensive using the knowledge such as mechanical design and manufacturing and processing technology.Secondly, the carving of the layout of the engraving machine are discussed and identified. The movement system of the sculpture, including the main movement system and feed movement.The main campaign directly to the electrical system used knives, eliminating the middle transmission, and the Progressive Movement system is used to the stepper motor driven ball screws so that components in the rails On the pan to achieve three-axis linkage.Finally,Selection of the main motor, ball screw, the stepper motor and rails, and other major components of a detailed are designed and calculationed.The engraving machine is easy to install, simple structure, new, and low cost manufacturing, can be used for small and medium-sized carving machine, the engraving machine with little impact on prices.Key words: engraving machines, motor system, 3D目录第1章绪论 (1)1.1 雕刻机的概述 (1)1.2 设计研制的雕刻机特点 (1)1.3 研制的雕刻机的功能及使用范围 (2)第2章系统分析与方案的订制 (5)2.1 三维雕刻机的设计参数 (5)2.2 雕刻机总体方案选择 (5)2.2.1 总体布局要求 (5)2.2.2 总体方案确定 (6)2.3 雕刻机运动系统方案设计 (7)2.3.1 坐标系统的确定 (7)2.3.2 总体结构 (8)2.3.3 进给运动方案 (9)第3章主运动系统的设计及校核 (10)3.1 铣削力、扭矩和功率的计算 (10)3.2 钻削力、扭矩和功率的计算 (11)3.3 主运动系统的设计...................... . (13)3.3.1 主运动系统的方案 (13)3.3.2主轴电机的设计计算 (13)第4章进给运动系统设计计算 (15)4.1 Z方向进给运动系统设计...................... .. (15)4.1.1 Z方向进给运动系统组成 (15)4.1.2 滚珠丝杠副的设计计算 (15)4.1.3 滚珠丝杠的校核 (20)4.1.4 Z方向进给电机的设计计算 (23)4.1.5 联轴器的选择 (25)4.1.6 Z方向直线导轨副的设计计算 (25)4.2 X方向进给运动系统设计 (27)4.2.1 X方向进给运动系统组成 (27)4.2.2 滚珠丝杠副的设计计算 (27)4.2.3 滚珠丝杠的校核 (31)4.2.4 X方向进给电机的设计计算 (33)4.2.5 联轴器的选择 (35)4.2.6 X方向直线导轨副的设计计算 (35)4.3 Y方向进给运动系统设计 (36)4.3.1 Y方向进给运动系统组成 (36)4.3.2 滚珠丝杠副的设计计算 (36)4.3.3 滚珠丝杠的校核 (40)4.3.4 Y方向进给电机的设计计算 (42)4.3.5 联轴器的选择 (43)4.3.6 Y方向直线导轨副的设计计算 (43)4.4 雕刻机设计参数的确定 (44)结论 (45)参考文献 (46)致谢 (47)附录 1 设计图纸 (48)第一章绪论1.1 雕刻机的概述雕刻可以追溯到远古时期，母系氏族时期的半坡氏族的“人面网纹盆”便是雕刻的雏形。
在我国北宋时期便发明了活字印刷，《梦溪笔谈》有记:“其法用胶泥刻字，薄为钱唇，每字为一印，火烧令坚……”。
这里的刻字应属于雕刻的范畴。
随着时代的发展，我国的雕刻艺术日益精深，玉雕、象牙雕、红木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技术都可堪称一绝。
上世纪90年代至今，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。
雕刻机(Engraving Plotter)，顾名思义就是用机器代替人工进行雕刻的设备。
1938年世界第一台手动雕刻机在法国“嘉宝”问世，1950年“嘉宝”生产出世界第一台真正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。
随后美国、日本和法国等国也开始研制。
20世纪90年代，随着微电子技术的突飞猛进，直接推动微型计算机的急剧发展。
微电子技术和微型计算机技术带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞跃。
雕刻机完成了从2D→2.5D→3D加工的变革，功能完善、性能稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。
国外的雕刻机，如美国“雕霸”、法国“嘉宝”和日本“御牧”是此行业的佼佼者，但价格非常昂贵。
不管大小都在10万圆人民币以上;近几年国内的雕刻机，北京“精雕”、上海“啄木鸟”在国内也有一定的市场，但价格也不菲。
为了使雕刻机能够更广泛的应用，设计出一种经济型的雕刻机，所以决定对三维雕刻机进行研制[1]。
1.2设计研制的雕刻机的特点本雕刻机是一种典型的机电一体化设备，由于本人学的是机械设计，只对机械部分进行设计，本设计简化机械结构，提高精度。
主要措施是采用电机直接接刀具来实现主运动系统、步进电机直接与滚珠丝杠连接，从而省去了机械运动链，这不但简化了机械结构，而且减少了由于机械摩擦、磨损、间隙等引起的传动误差。
1.3研制的雕刻机功能及使用范围：雕刻机可以完成切（Cutting）、刻（Engraving）、雕（Carving & Molding）,现主要在以下方面得到了广泛的运用：1)标志标牌行业如胸牌、桌牌、指示牌、导向牌和大型标示牌。
2)礼品行业个性化礼品——打火机、手表、钢笔、餐具……，可雕刻在偶然性能想象到的所有个人用品上；广告礼品——启瓶器、金属名片、钥匙链等，所有用于赠送的小礼品和企业特殊礼品作为广告宣传之用；奖品、纪念品——各种奖杯、奖牌、奖盘及各种纪念牌；图像雕刻——用于纪念性的人像/图像雕刻。
3)模具行业进行小型模具加工。
4)工业应用各种仪器仪表的刻度盘、部件打标、机器铭牌、操作面板等。
5)建筑模型业用于房地产开发、城市规划、军事等用途的模型制作。
6)其他商业应用印章等物品的雕刻。
以下是几种产品的样品图：图1.1 几种雕刻产品的样品图第二章系统分析与方案的订制2.1三维雕刻机的设计参数下表为本设计雕刻机的参数表2.2雕刻机总体方案选择2.2.1总体布局要求[2]雕刻机总体布局的基本要求有以下几点:(1)首先必须满足如加工范围、工作精度、生产率和经济性等等各种要求。
(2)确保实现既定工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。
在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。
