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。激光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机的特点说明雕刻机机的功能和使用范围；详细的分析了雕刻机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，分析和实现过程，实现雕刻机系统的初步优化。本课题是在参考现有雕刻机机的基础上，设计一种机构尺寸比较大的数控雕刻机机，适应比较大的工艺品的雕刻机加工。关键字：雕刻机，数控系统，机电一体化全套图纸加153893706AbstractAbstractAlong 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.II目录目录摘 要IAbstractII目 录III第一章.引言11.1雕刻机机概述11. 1. 1雕刻机机起源11.2数控雕刻机机及其发展现状11.2.1数控雕刻机机11.2.2研制雕刻机机的目的和意义31.2.3数控雕刻机机的特点31.2.4数控雕刻机机的应用领域41.2.5我国数控雕刻机机的发展现状4第二章 雕刻机机的机械结构52.1雕刻机机的工作原理52.2整体结构62.2.1雕刻机机总体布局的基本要求62.2.2 影响雕刻机机布局的基本因素62.2.3 坐标系的确定82.2.4三维雕刻机机的机械结构82.3进给系统92.4主轴组件12第三章数控雕刻机机的Z向传动机构的设计143.1 设计参数的确定143.2 切削力、切削扭矩和切削功率计算143.2.1铣削力、扭矩和功率的计算153.2.2钻削力、扭矩和功率的计算163.3 主运动系统的设计计算173.3.1主运动系统传动链的组成183.3.2 主轴电动机的设计计算183.4进给运动系统的设计计算193.4.1 进给系统传动链的组成203.4.2滚珠丝杠副的设计计算203.4.3工作台进给电动机的设计计算233.4.4 工作台直线导轨副的设计计算25结论30参考文献31致 谢32IV第一章.引言1.1雕刻机机概述1. 1. 1雕刻机机起源 雕刻机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”便是雕刻机的雏形。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，火烧令坚一”。这里的刻字应属于雕刻机的范畴。随着时代的发展，我国的雕刻机艺术日益精深，玉雕、象牙雕、红木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻机技术都可堪称一绝。 上世纪90年代至今，机械雕刻机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，可谓雕刻机的使用范围无处不在。 雕刻机机(Engraving Plotter)，顾名思义就是用机器代替人工进行雕刻机的设备。 1938年世界第一台手动雕刻机机在法国“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，从而使雕刻机机产生了质的飞跃。雕刻机机完成了从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机研制的基本要求。1.2数控雕刻机机及其发展现状1.2.1数控雕刻机机传统雕刻机加工业是一门技术性要求很高的手工技艺，雕刻机品的质量完全取于雕刻机师的技艺水平，所以生产的效率低、成本高，制品的随意性强、一致性差，严重制约了雕刻机行业的发展。这使得雕刻机机的产生成为必然。雕刻机机的功能决定了其使用范围。从工艺上，雕刻机可分为全自由度空间雕刻机、三维立体雕刻机和二维平面雕刻机。其中，全自由度空间雕刻机主要用于一些形状复杂的工艺品或大型艺术作品的雕刻机工作，如玉雕、木雕工艺品以及冰雕与沙雕等作品。此类制品往往注重艺术创作性，制品的构成形状复杂、随意性强、工艺性差。因此这类工艺迄今为止雕刻机机尚无能为力，只能采用手工雕刻机，制品的质量和艺术性完全依赖于雕刻机师的技艺水平。相比之下，在三维立体雕刻机和二维平面雕刻机机则大有可为。三维立体雕刻机类似于三维铣削加工，可以完成精密模具、艺术浮雕曲面等雕刻机加工;而二维平面雕刻机工艺主要用于标牌文字及平面几何图形的雕刻机加工。目前，三维立体和二维平面雕刻机大部分已采用雕刻机机完成，克服了传统手工雕刻机存在的缺陷。 根据控制原理的不同，雕刻机机可分为仿形雕刻机机和数控雕刻机机 (采用 CNC系统)两大类型。仿形雕刻机机的工作原理类似于仿形铣削，在加工前必须制作仿形模型，这一过程通常需手工完成，周期长、效率低。 数控雕刻机机是数控技术和雕刻机工艺相结合的产物，是一种专用的数控机床。与通用数控机床类似，数控雕刻机机通过数控系统根据程序代码控制雕刻机机动作，实现雕刻机加工的自动化。较传统的手工雕刻机、仿形雕刻机，数控雕刻机具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势;同时，借助于专用的雕刻机 CAD/CAM软件系统，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，数控雕刻机机现已成为实现雕刻机加工自动化、高效率、高精度的有效手段，也是当今雕刻机机的发展主流，广泛应用于机械工业、广告传媒、日常消费以及建筑装演等众多领域。对象和应用领域的不同，数控雕刻机机可分为模具雕刻机机、木工雕刻机机、广告雕刻机机、激光雕刻机机等多种类型。它们的加工性能要求出入很大，对机床和数控系统的要求也各不相同。如模具雕刻机机的加工材料为金属，所以对机床本体的刚性要求较高，而且其加工对象是模具，所以对加工系统的精度要求高;而广告机加工的是一般是塑胶板或有机玻璃等非金属材料，所以对机床刚性和加工系统的精度都没有很高要求。但各类雕刻机机都有一个共同的特点，也是数控雕刻机机与普通数控机床的一个显著区别，就是由于雕刻机刀的特殊性，每次切削的有效成形面积小，所以零件雕刻机的刀具运动轨迹很长，加工时间往往也较长。因此，提高雕刻机机的刀具运动速度对缩短零件雕刻机时间、提高加工效率具有特别重要的意义。按照伺服驱动控制的类型不同，数控雕刻机机又可以分为步进驱动雕刻机机和伺服驱动雕刻机机。步进驱动属于开环控制，控制精度较低，但价格便宜，适用于对加工要求不高的中低档雕刻机机，如木工、广告业的雕刻机加工。伺服驱动控制精度高，但价格较贵，主要用于模具加工等高精度雕刻机机。此外，还可根据运动坐标控制的联动轴数，将数控雕刻机机分为三坐标数控雕刻机机、五坐标数控雕刻机机等。三坐标数控雕刻机机可以控制三个坐标轴联动，完成浮雕等常规雕刻机加工;五坐标数控雕刻机机可以联动控制X，Y，Z三个移动轴和两个旋转轴，用来完成复杂形状零件的雕刻机加工。1.2.2研制雕刻机机的目的和意义建国五十年来，我国的机械工业虽然已经有了较大的发展，具备了一定的基础和规模，初步满足国民经济和人民生活的需要。但随着世界科学技术的迅速发展，我国机械工业的技术水平和生产能力与工业发达国家相比还存在相当大的差距。因此，在我国以新技术改造传统产业和开发高技术含量的新产品，已成为当前机械工业以至各传统产业密切关注和改革的焦点。机电一体化技术是机械技术和电子技术的有机结合，它包括机械、电子、计算机和自动控制技术。它从系统工程的观点出发，使产品或系统实现整体优化。近年来，世界上各发达国家竞相发展机电一体化技术，以提高制造技术水平，实现生产系统向柔性化、智能化发展。机电一体化技术给传统的机械工业带来了革命性的变革和惊人的效益，使产业结构、生产方式和管理体制发生深刻的变化。机电一体化是当今世界机械工业技术和产品发展的主要趋势，也是我国机械工业发展的必由之路。1.2.3数控雕刻机机的特点数控雕刻机机的主要特点如