龙门式小型雕刻机机械结构设计-开题报告

龙门式小型雕刻机机械结构设计-开题报告 毕业设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 )开题报告 龙门式小型雕刻机机械结构设计 院(系) 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 090207 姓 名 田甜 学 号 090212124 导 师 李刚 2013年3月20日 一(毕业设计(论文)综述(题目背景、国内外相关研究情况及研究意义) 1.1题目背景和意义 随着时代的进步，科技的发展，我们的生活节奏越来越快，许多生产方式也由以前的手工制造发展为更适合当代社会的机械制造，机械化是大批量、高效率、高精度的象征，雕刻机就是随着时代的进步而产生的解决手工雕刻的费时、费力、费神的机电一体化产品。 雕刻机是一种集合了钻、铣功能的自动化加工设备。通过X、Y、Z三轴的运动控制，可以加工出各种各样的图案复杂、造型奇特、成品精细的零件以及对软质材料的加工，广泛应用于石材艺术雕刻、木工家具雕花、建筑装饰雕刻、广告模具雕刻、工艺礼品雕刻、印章图章雕刻等加工领域。具有加工效率高、表面光洁度好、性价比高等优点。 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科技术含量的新产品,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。所以对雕刻机的深入研究成为了当下非常重要和有意义的工作。 1.2雕刻机的发展 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。 雕刻机是由数控龙门铣床转型而来的，近几年来在我国发展非常迅速，相对于手工雕刻来说它是科技发展的一次质变，它的出现给人们带来了巨大的方便，也给我们在工业上的的发展带来了很大的变化。然而在前几年，机械化生产传统家具的厂商还没有受到人们的广泛关注，始终与手工雕刻的市场有一定的差距，但随着科技的进步，机雕的出货量、出货品质以及款式等都有了大幅的提升，逐渐赢得了消费者的认可，并且逐渐从成为市场的主流。手工雕刻虽然也很工整，但细看每个纹饰都略有差别，最大的差别是平面部分与挖下去的部分呈斜角，缺乏圆润感。由于机雕制品以电脑绘图软件描绘原作，然后由自动雕刻机输出，因此细节处显得工整归一。它的运用，大量节省了企业在产品制作上的时间，提高了雕刻工艺及工作效率，并且现在很多行业都受益于雕刻机。如今，经过十多年的发展，雕刻机已经被广泛运用于各行各业之中。 随着近年来我国制造业的迅速发展，数控雕刻机产业也获得了良好的发展机遇，有效地促进了我国数控雕刻机的生产和推广应用。我国数控雕刻机起步经济型数控机床，随着数控技术的进步，进过十多年的发展，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、北京槽雕公司生产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。上述各类雕刻机机床本体结构比较简单，控制器大多借鉴国外新技术，采用基于高档的微控制或PC的数控系统，伺服部分以步进电机细分驱动为主，可获得中等控制精度，但价格比较便宜，因此整机的性价比高，适用于精度不太高的普及应用场合。对高精度雕刻加工，目前我国尚以进口数控雕刻机为主，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，因此主要应用于模具等高精度加工场合。 数控雕刻机作为制造业一个有力工具，有着非常广阔的发展前景，随着计算机技术、机电技术、机械技术等各个科学技术的发展，数控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 控制部分和机械部分精度的提高将极大地提高雕刻系统的精度，控制部分将向闭环伺服方向发展，通过反馈调整做到误差补偿，从而可以大幅度提高精度;机械部分将采用更高精度的滚珠丝杠和驱动电机，同时装配工艺的提高也将进一步提高系统的精度。 (2)更加高效 高性能运动控制技术如DSP技术、32位单片机等的发展，驱动电机性能提高，刀具性能提高，采用规范的软件开发技术等等，都将会推动数控雕刻系统向着高速、高效、高可靠性的方向发展。 (3)利用移动通讯技术和网络技术飞速的发展，数控雕刻机将朝着数字化、网络化的方向发展。 二(本课题研究的主要内容和拟采用的研究 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 、研究方法或措施 2.1主要内容 本课题设计的主要内容有以下几点: (1)通过调研和参阅相关资料，，全面了解龙门雕刻机的工作原理及发展; (2)根据雕刻机的性能要求和结构特点，完成总体方案设计，包括总体结构设计，运动方案、进给运动方案、刀具方案等设计; (3)确定工作参数和结构参数，进行机械本体、传动系统、驱动装置的设计; (4)对各要素单元主要零部件进行计算与校核，并绘制装配图及零件图。 2.2方案设计 2.2.1总体布局的基本要求 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; (3)确保雕刻机具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗振性、热变形及噪音水平; (4)应便于观察加工过程，便于操作、调整和维修，便于输送、装卸工件和清理，注意防护，确保安全; (5)结构简单，合理可靠，便于加工和装配。 2.2.2方案选择 龙门雕刻机的主要结构有底座、工作台、龙门架、X向进给电动机、Y向进给电动机、Z向进给电动机、主轴电动机、雕刻机机身及电气系统部分组成。工作原理框图如图1: 图1 根据设计要求和原始资料进行初步设计，查找相关资料并阅读，发现雕刻机的运动分配不同，雕刻机的布局也会不同。对于同一种运动分配的布局，由于导轨的布置和其他结构形式的不同，也将使雕刻机的布局出现变化。在分配雕刻机运动时，一般应注意以下几点: (1)移动部件的重量应尽量轻。在其它条件相同的情况下，移动部件的重量越小，所需电机功率和传动件的尺寸也越小; (2)应有利于提高加工精度; (3)应有利于提高雕刻机刚度，缩小占地面积; (4)工件的尺寸重量和形状的影响。 工件的表面形成运动及雕刻机部件的运动分配基本相同，而工件尺寸、重量和形状不同，雕刻机的布局也会有很大差异。另外，还应该考虑雕刻机性能要求的影响，如振动、噪声、热变形、刚度和抗振性，操纵方便的影响，模块化设计法的影响等。通过查阅相关的文献资料，雕刻机基本布局形式通常有如图2，3所示的两种方案: 方案一: 龙门移动结构 龙门移动结构是指整个龙门架随着X轴方向进行移动，而工件是固定在工作台上的。这种结构在自制雕刻机中被大量使用，其结构如图2所示。 其优点是: (1)由于工作台是固定的，因此可以加工大尺寸与高重量的工件，而不必担心与雕刻机的能力有冲突; (2)对X轴行进方向利用率高，可以加工到整个X轴的行程范围; (3)结构非常稳定，而且平衡性好; (4)X、Y轴上可以使用相同的驱动电机，而Z轴上由于承载的重量最小，可以使用驱动能力小一些的电机。 缺点是: (1)X轴需要承受Y、Z轴的所有重量，因此对X轴的承重能力要求较高; (2)对主轴的要求很高，因为主轴的噪声与振动会传递给雕刻机，从而会引起整个雕刻机的振动。X与Y轴的误差会不断累积。 图2 图3 方案二: 固定龙门结构 固定龙门结构是指整个龙门架与机架底座是固定的，工件在X轴方向随工作台一起运动。这种结构主要应用在对精度要求高的雕刻机上，其结构如图3所示。 其优点是: (1)X与Y轴的误差不会累积，这样可以提供一个较高的加工精度。 缺点是: (1)工件需要随工作台移动; (2)工件的重量与尺寸受X轴的结构的限制; (3)X轴行程总长的一半可以被使用，对X轴的利用率低。 通过对比方案一、方案二的优缺点，充分考虑到布局的基本要求、影响布局的基本因素并结合经济性、使用广泛性、加工精度等因素，决定采用方案一。 三(本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 3.1本课题重难点 3.1.1本课题重点 (1)小型龙门雕刻机的总体设计，包括总体结构设计，运动方案、进给运动方案、 刀具方案等设计; (2)龙门雕刻机的机械系统的设计计算，包括主运动系统的设计计算、进给运动系统的设计计算及校核; (4)用三维设计软件设计有关零部件，并进行装配，生成二维图。 3.1.2本课题难点 (1)首先是结构形式的确定，龙门雕刻机的设计重要的是在满足设计要求的前提下实现结构简单、质量轻，因此设计的刚度、强度和稳定性计算是设计研究的主要问题; (2)运行机构的设计中驱动方式、驱动轮的位置和轮距、电 机制 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 动器等的布置形式也是研究的重要方面，直接影响到雕刻机的性能; (3)雕刻机装配图及其关键零件的绘制。 3.2前期展开的工作 前期开展的工作主要是查阅各种关于雕刻机的书籍、资料、参考文献，通过网络查询了一些制作雕刻机的过程并观看了一些相关视频，了解龙门雕刻机的工作原理;搜集关于雕刻机方面的外文资料;根据雕刻机的性能要求和结构特点制定总体 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 并确定最终方案。 四(完成本课题的工作方案及进度 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 (按周次填写) 结合学校工作安排与我自身的实际情况，毕业设计的工作安排进度如下: (1)1~2周，调研、查阅相关资料; (2)3~4周，拟定系统总体设计方案，完成开题报告并答辩; (3)5~6周，完成总体方案设计，确定相关参数及系统构成， (4)6~7周，翻译外文资料; (5)8~9周，完成机械本体、传动系统及驱动装置等系统要素的详细设计; (6)10~11周，计算与校核; (7)12周，撰写中期报告; (8)13周，完成零件图绘制; (9)14~15周，完成装配图绘制; (10)16~18轴编写设计说明书，准备毕业答辩。 参考文献 [1] 蒋瑞挺.微型雕刻机的基础知识.电子制作，2012,(3):44~47 [2] 蒋瑞挺.微型雕刻机的机械设计及组装.电子制作，2012,(6):62~66 [3] 龚志远.小型CNC雕刻机设计.组合机床与自动化加工技术，2011,(2):100~102 [4] 蔺丽莉，李晶，李祥文.小型数控雕刻及结构设计与实现.精密制造与自动化，2012,(2):30~33 [5] 潘建峰，吴胜旗，徐建丰.新型数控雕刻机运动控制系统设计.工程设计学报，2012,19(4):318~322 [6] 李士弘，宁生科，马保吉等.一种小型数控雕刻机机械结构优化设计.新技术新工艺，2010,(2):11~14 [7] 郑亚青，刘雄伟.CNC雕刻机平面并联机构的运动学设计.华侨大学学报(自然科学版)，2002,23(3):293~299 [8] 王瑞，杨绪剑.新型数控雕刻机主轴运动及工作空间分析.机械传动，2010,34(8):64~66 [9] 张昱，刘志峰.经济型三维机械雕刻机的开发.机械制造与研究，2006,35(4):28~31 [10] 卢秀章.摇臂式雕刻机的设计及图像处理.硕士学位论文.大连:大连理工大学,2012 [11] 张昱.三维机械雕刻机的研制.硕士学位论文.合肥:合肥工业大学,2002 [12] 王波.龙门式雕刻机Z向机构参数化设计研究. 硕士学位论文.南京:南京理工大学,2007 [13] 罗奇亮.数控雕刻机控制系统研究及实现.硕士学位论文.西安:西安工业大学,2010 [14] 廖知.基于DSP和FPGA的三维雕刻机数控系统的研发.硕士学位论文.武汉:武汉工程大学,2010 [15] 钱绍翔.基于ARM的三维雕刻机控制系统设计.硕士学位论文.江苏:江苏大学,2007 [16] C. 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