目 录摘 要1关键字11 引言21.1 雕刻机的概述21.1.1 雕刻机的特点21.1.2 研究雕刻机的目的和意义31.1.3 我国雕刻机的发展现状31.1.4 雕刻机的发展趋势31.2 设计研制雕刻机的特点41.3 研制的雕刻机的功能及使用范围42 系统分析与方案的制定42.1 三维雕刻机的设计参数42.2 雕刻机总体方案选择42.2.1 总体布局要求42.2.2 总体方案确定62.3 雕刻机运动系统方案设计72.3.1 坐标系统的确定72.3.2 总体结构72.3.3 主运动方案92.3.4 进给运动方案93 主运动系统的设计及校核93.1 铣削力、扭矩和功率的计算103.2 钻削力、扭矩和功率的计算123.3 主运动系统的设计143.3.1 主运动系统的方案143.3.2 主轴电机的设计计算144 进给运动系统设计计算154.1 Z方向进给运动系统设计154.1.1 Z方向进给运动系统组成154.1.2 滚珠丝杠副的设计计算154.1.3 滚珠丝杠的校核204.1.4 Z方向进给电机的设计计算234.1.5 联轴器的选择244.1.6 Z方向直线导轨副的设计计算254.2 X方向进给运动系统设计264.2.1 X方向进给运动系统组成264.2.2 滚珠丝杠副的设计计算264.2.3 滚珠丝杠的校核294.2.4 X方向进给电机的设计计算314.2.5 联轴器的选择324.2.6 X方向直线导轨副的设计计算324.3 Y方向进给运动系统设计334.3.1 Y方向进给运动系统组成334.3.2 滚珠丝杠副的设计计算344.3.3 滚珠丝杠的校核374.3.4 Y方向进给电机的设计计算394.3.5 联轴器的选择404.3.6 Y方向直线导轨副的设计计算404.4 雕刻机设计参数的确定415 结论42参考文献42致 谢43小型雕刻机结构设计 摘 要：雕刻机制作工艺日渐成熟，应用范围也日渐广泛。但雕刻机的价格均比较高。为了提高其普及率，设计一个经济、简练的机械运动系统是具有重要的理论意义和实用价值的。本雕刻机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联接刀具，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。本课题是在参考现有雕刻机的基础上，设计的一种小型雕刻机，适合一般的塑料板、铝板等普通材料的机械加工。它有着安装方便，结构简单、新颖，制造成本低等优点。关键字：雕刻机； 运动系统；三维；滚珠丝杠；The Structural Design of Small Carving Machine Abstract: Sculpture mechanism to mature process and has been widely used. But relatively, the price of carving machine is high. In order to improve its popularizing rate, a economy, succinct mechanical motion systems design has important theoretical significance and practical value.This sculpture machine movement system includes main movement systems and feed movement system. Its connection type of main movement system uses motor connecting cutting tools directly, saving middle transmission. Moreover, feed movement system uses the stepping motor drive screw component in the translation of the guide rail to realize three axis linkage. Again, the selection of main motor, the ball screw, step motor, guide rail and other major parts were detail designed and calculated. Based on the existing carving machines, this topic is used to design a small carving machine, which suitable for general plastic board, sheet of aluminium and the common material of mechanical processing. It has advantages such as convenient installation, simple structure, novel, the manufacturing cost, etc. Key words: Engraving machine; Motion system; 3D; The ball screw1 引言1.1 雕刻机的概述雕刻机，顾名思义就是用机械代替人工进行雕刻的设备。雕刻可以追溯到远古时期，母系氏族时期的半坡氏族文化的“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，这里刻的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湛，玉雕、象牙雕、红木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技术都可以堪称一绝。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，可谓雕刻的使用无处不在。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科技群体飞速发展，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、性格稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求1。1.1.1 雕刻机的特点 雕刻机的主要特点如下：产品的精度高，一致性好。雕刻机雕刻过程是由计算机控制完成的，可以达到很高的精度要求和表面质量。雕刻机投资少，见效快。以国产品牌为例，一台小型号的雕刻机价格在两万左右，大型号的也不超过三四万。雕刻机简单易学，操作简单。以一个电脑初级水平的人为例，如果接受公司培训的话用不了一个星期就能全部掌握。现在市场上都有很多相关的雕刻软件，简单易学。3 雕刻机加工范围广，前景广阔。雕刻加工涉及各行各业、分布很广，有礼品业、广告业、印章业、木器加工业、建筑业、艺术模型业、机械加工等等。可加工的材料也是非常广泛，包括金属、石材、PVC板、ABS板、亚克力、仿石材、橡皮、双色板、铝塑板等等各种材料。随着人们对雕刻机的认识和掌握逐步加深，应用范围会得到不断扩大，应用水平也会逐步提高，雕刻加工必定会有更广阔的前景。1.1.2 研究雕刻机的目的和意义建国六十年来，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。1.1.3 我国雕刻机的发展现状伴随着人类社会的发展，雕刻行业发生着巨大的变化，现如今人们对雕刻机有了全新的认识，数控木工雕刻机、模具雕刻机、激光雕刻机等电脑雕刻加工的兴起与发展是时代发展的需要，电脑雕刻代替机械已是大势所趋。以广告业为例，许多广告行业的客户都经历过从手工刻字到使用电脑刻字机，广告雕刻机的使用实现了机械代替手工的飞跃，电脑代替了人脑，字体标准规范同时又大大提高了生产效率。随着近年来我国制造业的迅速发展，我国的雕刻机产业也获得了良好的发展机遇，有效地促进了我国雕刻机的生产和推广应用。我国的雕刻机起步于经济型机床，随着科学技术的进步，经过十多年的发展，已形成了多个国产品牌的雕刻机，如上海洛克公司生产的啄木鸟数控雕刻机、北京精雕公司生产的精雕数控雕刻机和南京科能公司生产的威克数控雕刻机等。上述各类型雕刻机的机床本体结构较为简单，控制器大多借鉴国外新技术，采用基于高档的微控制器或PC 的数控系统，伺服部分以步进电机驱动为主，可获得中等控制精度，但价格比较便宜，因此整机的性价比较高，适用于精度要求不太高的普及应用场合。对高精度的雕刻加工，目前我国尚以进口数控雕刻机为主，如意大利的左拉、日本的全量等品牌的数控雕刻机。这类数控雕刻机机床本体设计刚度好、精度高，采用伺服电机驱动，加工精度高，控制系统功能全、可靠性高，但价格昂贵，往往数倍于国产产品，因此主要应用于模具等高精度加工场合。1.1.4 雕刻机的发展趋势 雕刻机作为制造业一个有力的工具，有着非常广阔的发展前景，随着计算机技术、电机技术、机械技术等各个科学技术的发展，雕刻机的功能将日益强大，性能将更趋稳定。雕刻机发展趋势总结如下：1更加精密；2更加高效；3随着移动通讯技术和网络技术飞速的发展，雕刻机将朝着数字化、网络化的方向发展。1.2 设计研制雕刻机的特点本雕刻机是一种典型的机电一体化设备，但是本次机械设计，我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，这不但简化了整体结构，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 研制的雕刻机的功能及使用范围雕刻机可以完成切、刻、雕，现主要有以下方面得到了广泛的运用： 广告及礼品制作业，用于雕刻各类双色板标牌、有机玻璃、三维广告牌、双面人物雕像、浮雕奖章、有机板浮雕、立体门头字等。 模型行业，房地产的发展，对建筑模型的需求不断增加。售楼处的售楼模型、广场模型、建筑设计方案的展现和展示，车辆模型市场的扩大，一些舰船模型、工业模型也有纪念和收藏的意义。雕刻机已成为制作模型的最佳助手。 木器工艺，用于浮雕图案设计及制作。雕刻机可以打孔、镂边等，特别是新型装饰材料、波浪板的广泛应用，也给了雕刻机更大的成长空间，在提高了产品的重复性、标准化的同时，使成品的生产效益得到显著的提高。 标志行业，伴随着我国经济的不断发展，日新月异的城市公共基础建设，街路的翻新改造，现代化住宅小