激光雕刻机关键部件的创新设计及优化

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激光雕刻机关键部件的创新设计与优化

激光雕刻机关键部件的创新设计与优化作者：李莉敏朱承德夏丽丽朱宁峰台式激光雕刻机的X轴向运动部件是其关键部件之一，它的结构与特性将直接影响零件的加工精度。

所以设计时必须保证精度和稳定性要求,同时应减轻自重，因此需要在可靠性分析的基础上对主要零件进行优化，重点是:1）设计新的合理的X轴传动系统以提高雕刻精度；2）优化横梁截面形状避免振动并确保挤压可制造性；3）参考模态分析结果对右上压板进行优化。

传统激光雕刻机X轴传动系统采用两同步带轮，虽然传动方式简单，但没有考虑对加工精度的影响，而实际加工中同步带轮直径与加工中的重要参数点阵间距密切相关，因此可从两者关系出发设计更为合理的传动系统。

1 激光雕刻机X轴运动机构设计完成后的X轴运动机构如图1所示：1．横梁2.左上压板3.左下压板4.伏龙同步带传动系统5.线性导轨6.下激光头组件7.安装板8.右下压板9.同步带轮Ⅰ10.导轮11同步带轮Ⅱ 12.步进电机13.右上压板14.上反射镜图1 X轴运动机构结构图（卸掉下激光头罩壳）如图1所示安装板7放在横梁1中间，并沿线性导轨5左右滑动,其上安装有上反射镜14及下激光头组件6，横梁两侧放置左上压板2、左下压板3、右上压板13和右下压板8用于支撑横梁，整个X轴运动机构通过左右下压板固定在激光雕刻机的Y轴传动机构上。

右下压板两侧附有调节螺钉，用于调节机构两侧的平行度并收紧间隙,同步带轮I、II和导轮10安装在左、右上底板上，同步带轮II与右侧步进电机伸出轴相连。

此机构的设计通过同步带轮I、同步带轮II及导轮10组成X轴传动系统，如图2(b)所示,克服了传统激光雕刻机用两同步带轮导致加工点阵间距较大、精度较低的状况，如图2(a) 所示。

图2 改进前后X轴传动系统点阵间距是保证激光雕刻质量的重要参数，对步进电机驱动的激光雕刻机，点阵间距S1可用公式1表示：S1=π·α·d/360 （1）其中α为步进电机步进角，d为同步带轮II分度圆直径。

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激光雕刻机的结构和工作原理

激光雕刻机的结构和工作原理激光雕刻机是一种将计算机中的图像或文字通过激光焊接在不同材质表面上的设备。

与传统机械雕刻不同，激光雕刻机由于是使用激光进行雕刻，因此具有高精度、高速度等优点，广泛应用于纪念品、礼品、宣传品等行业。

这里将介绍激光雕刻机的结构和工作原理。

激光雕刻机的结构激光雕刻机主要由以下四个部分组成：1. 激光器激光器是激光雕刻机的核心组件，用于产生一束聚焦到几乎可见的小点的高能量激光束。

激光器中的气体分子被激发时，将能量释放出来，将电子从低能级跃迁到更高能级。

当电子回到低能级时，会释放出一束光。

激光器中的放大介质包括CO2、Nd:YAG等，它们在激光材料中有不同的激发方法。

2. 控制系统激光雕刻机的控制系统主要由计算机、运动控制卡、马达、传感器以及运动系统等组成。

计算机下达指令后，会通过运动控制卡将指令发送给运动系统，运动系统会驱动马达完成对工件的运动，马达的位置信息会通过传感器返回至运动控制卡进行反馈。

3. 光路系统激光雕刻机中的光路系统主要由反射镜以及凸透镜等组成，其功能是将激光发生器发出的光束反射、折射和聚焦，传送到要处理材料表面。

通过调整凸透镜的位置和倾斜角度，可以使激光束成为一个尖锐的光点，保证刻画的效果可以满足要求。

4. 工作台工作台是激光雕刻机的基础，可以分为标准固定工作台与真空吸附工作台两种。

其主要功能是固定要雕刻加工的物品，并使其与激光束相对应，在或纸、塑料、木、皮革、织物等材质上进行刻画。

激光雕刻机的工作原理激光雕刻机将计算机中的文字或图像设计，根据设计要求选择不同的激光适配器，然后必须使工作板最佳位置。

然后开启激光照射工件，激光束成层次状地照耀于工作板之上，通过激光的高温烧蚀的方式进行凸起和微观断裂，使被雕刻平面上出现文字、图案或图像。

激光刻画的原理是通过控制遮光板人机放置在工艺头两侧的，然后在工艺头两侧开一些罅隙，以便激光穿过罅隙照射到工件平面发生酸蚀，即所谓的点蚀(Keyhole)或拓个洞(Hole drilling)。

DIY激光雕刻机——雕刻机机械部分分解

DIY激光雕刻机——雕刻机机械部分分解激光雕刻机分解——机械部分VLMC激光雕刻机的机械部分,也是这次DIY的主要部分。

因为这次DIY除机械部分外都是开源的东西，而VLMC正好作为激光雕刻机项目的一个补充使至此你已经可以按本项目的步骤，DIY一台完整的激光雕刻机了，而你只是需要一些动手组装的技能，当然如果你比较熟悉相应的软件也是可以方便的修改为更具自己个性的激光雕刻机，这个先给大家分析一下《VLMC激光雕刻机》的机械部分，主要是设计方面的资料。

3.1.1 零部件分解这次DIY的结构相对简单，加工制作也相对容易，需要定制的只有亚克力板和铝型材-加工图纸下载地址，其余的零件都是标准件直接购买就行。

亚克力板加工图：1.控制器安装亚克力板图中：红色区域的四个圆孔是arduino uno R3的安装孔---《不可修改》；蓝色区域的两个孔与铝型材相连---《可调整位置，不可修改大小》；粉红色区域为IMMC LOGO---《可以根据自己的喜好自由修改》。

2.Z轴亚克力板图中：红色区域为连接孔，与'Y侧亚克力板1'连接---《不可修改》；黄色区域为激光模组的安装孔---《尺寸应根据所购买的模组安装尺寸进行调整》；蓝色区域为“预留测试笔夹块”安装位置---《不可修改》。

3.Y侧亚克力板14.Y侧亚克力板2图中：两板共同构成Y轴红色区域为连接孔，与“Z轴亚克力板”连接,需加工成M4的螺纹孔---《不可修改》黄色区域为导向及压紧轴承组安装孔---《不可修改》；蓝色区域为皮带导向轴承组安装孔---《不可修改》；灰色区域为电机安装孔位---《相对位置不可修改》；绿色区域为Y轴结构加强螺钉组安装孔---《保证孔位一致且不和电机干涉的情况下可调整》；粉红色区域为Y、Z轴过线孔---《应根据所使用的线缆调整大小》。

5.X侧亚克力板16.X侧亚克力板2图中：图中两板共同构成一侧X轴，注意X轴的两侧为对称组装黄色区域为导向及压紧轴承组安装孔---《不可修改》；蓝色区域为皮带导向轴承组安装孔---《不可修改》；灰色区域为电机安装孔位---《相对位置不可修改》；绿色区域为X轴结构加强螺钉组安装孔---《保证孔位一致且不和电机干涉的情况下可调整》；粉红色区域为X轴过线孔---《应根据所使用的线缆调整大小》；红色区域为Y轴铝型材过孔及连接孔。

开题报告高精度激光雕刻机机构设计与动力学分析论文

激光雕刻机能够加工各种类型的材料，对于很多企业，激光雕刻机无疑是一个多功能的加工利器。
本科毕业设计
开题报告
题目高精度激光雕刻机结构设计及动
力学分析
一、选题ห้องสมุดไป่ตู้据
课题来源、选题依据和背景情况；课题研究目的、学术价值或实际应用价值
课题来源：教师自拟课题，研究内容是高精度雕刻机的结构及动力学仿真分析
选题依据：
激光雕刻加工是利用数控技术为基础，激光为加工媒介。加工材料在激光照射下瞬间的熔化和气化的物理变性，达到加工的目的。激光雕刻是用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化而刻出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图形、文字。目前，激光雕刻设备在市场上需求量很大。一台雕刻机的性能,主要由雕刻速度,雕刻强度和光斑大小而决定.雕刻速度雕刻速度指的是激光头移动的速度，通常用IPS（英寸/秒）表示，高速度带来高的生产效率。速度也用于控制切割的深度，对于特定的激光强度，速度越慢，切割或雕刻的深度就越大。
市面上的激光设备多种多样，大致归纳有如下产品：激光打标，激光焊接，激光切割，激光内雕，激光打孔，激光演示，激光制版机，激光美容，激光医疗，激光喷码，激光热处理等等。他们都是激光技术与软件控制技术的结晶产物，为现代工业文明带来了勃勃生机。
一台雕刻机的性能,主要由雕刻速度,雕刻强度和光斑大小而决定.雕刻速度雕刻速度指的是激光头移动的速度，通常用IPS（英寸/秒）表示，高速度带来高的生产效率。速度也用于控制切割的深度，对于特定的激光强度，速度越慢，切割或雕刻的深度就越大。您可利用雕刻机面板调节速度，也可利用计算机的打印驱动程序来调节。在1%到100%的范围内，调整幅度是1%。悍马机先进的运动控制系统可以使您在高速雕刻时，仍然得到超精细的雕刻质量雕刻强度雕刻强度指射到于材料表面激光的强度。对于特定的雕刻机速度，强度越大，切割或雕刻的深度就越大。您可利用雕刻机面板调节强度，也可利用计算机的打印驱动程序来调节。在1%到100%的范围内，调整幅度是1%。强度越大，相当于速度也越大。切割的深度也越深光斑大小光束光斑大小可利用不同焦距的透镜进行调节。小光斑的透镜用于高分辨率的雕刻。大光斑的透镜用于较低分辨率的雕刻，但对于矢量切割，它是最佳的选择。新设备的标准配置是2.0英寸的透镜。其光斑大小处于中间，适用于各种场合。

智能化激光雕刻机的设计

37智青春·创未来图2 系统拓扑图1　引言随着激光技术的发展，激光雕刻成为一门崭新的工业加工技术。

国际上一些发达国家已将该技术作为工业加工的标准。

激光雕刻具有非接触、低噪声、高速度等特点，非常适合亚克力板、木材等非金属的雕刻加工，在广告、服装、印刷、工艺品等行业得到广泛应用。

而随着激光雕刻机应用范围的普及，研发通用性强、成本低廉的激光雕刻机控制系统具有重要意义。

为了实现对智能化激光雕刻机的运动控制，本文采用了三菱Q系列PLC和QD75定位模块作为控制单元，MR-J3-10A伺服放大器作为伺服电机驱动单元，以实现激光雕刻机在工业现场中的高精度定位控制。

软件方面设计了人机界面、PLC主程序、伺服电机控制算法程序以及网页访问PLC数据等程序。

2　过程描述系统主要有计算机、上位机、基于总线的PLC和手机端无线控制。

系统的控制总体结构如图1所示。

雕刻机系统需要一台能连接互联网的电脑作为总控制器与服务器，通过计算机与QPLC的通讯以达到对设备现场进行实时监控与控制。

为了达到更加智能化、人性化的效果，本项目利用计算机做服务器，计算机的有线网卡和设备端通讯，而无线网卡连接至互联网，利用端口映射技术，实现手机扫二维码，即可跳转到相应网页，达到移动设备端实时查看和修改PLC相关数据的效果。

★ 金浙良，董汉菁，廖安宇，张海鑫，虞旭锋（浙江工业职业技术学院，浙江绍兴 312000）智能化激光雕刻机的设计摘　要随着工业技术的发展，激光雕刻已经成为一种常用的工业加工技术。

本文主要利用三菱Q系列PLC、三菱伺服电机、三菱触摸屏和服务器设计了一种智能化激光雕刻机，可以利用手机登录服务器进行下单雕刻。

本文主要包括雕刻机总体结构设计、硬件结构设计、控制系统设计、无线控制系统开发等内容。

经过调试，智能化激光雕刻机能个性化雕刻客户的信息，取得了良好的效果。

关键词激光雕刻机；PLC；伺服电机；无线控制图1 系统总体结构Design of an Intelligent Laser Engraving MachineAbstract: With the development of industrial technology, laser engraving machine has become a commonly used industrial processing technology. This project hasdesigned an intelligent laser engraving machine, using MITSUBISHI Q series PLC, MITSUBISHI servo motor, MITSUBISHI touch screen and server system. The machine can use the phone login server system and place an order and engrave. This paper mainly includes engraving machine overall structure design, hardware structure design, control system design, the wireless control system development and so on . After debugging, the intelligent laser engraving machine can personalize carving customer information , and achieve good results.Key words: Laser engraving machine; PLC; Servo motor; Wireless control38智青春·创未来第十一届“三菱电机杯”全国大学生电气与自动化大赛论文集3　总体方案本项目设计方案主要包括两部分设计内容。

激光加工机的优化设计与控制方法研究

激光加工机的优化设计与控制方法研究激光加工技术是一种高精度、高效率、非接触的加工技术，在工业生产中得到了广泛应用。

激光加工机是激光加工技术的核心设备，其优化设计和控制方法的研究对于提高激光加工机的加工质量和效率、降低成本具有重要意义。

一、激光加工机的优化设计（一）机床结构优化机床结构是激光加工机的核心部件，直接影响激光加工机的加工质量、效率和可靠性。

为了提高激光加工机的刚性和稳定性，需要对机床进行优化设计。

在机床结构中，激光加工机的横梁是最重要的部件之一。

横梁是支撑激光器和光学系统的重要组成部分，其刚性和稳定性直接关系到加工精度和效率。

因此，在激光加工机的横梁设计中，需要通过优化设计来提高其刚性和稳定性，以确保激光加工机可以在高速和高精度的加工条件下保持稳定性和可靠性。

（二）加工头设计优化激光加工机的加工头是与工件接触的部分，直接影响加工的精度和效率。

为了提高激光加工机的加工质量和效率，需要对加工头进行优化设计。

在加工头设计中，需要考虑诸如镜片、光学系统、聚焦镜头、喷气嘴等关键部件的优化设计。

其中，聚焦镜头是加工头的核心部件之一，其优化设计可以提高激光加工机的加工精度和效率。

通过优化聚焦镜头的镜面形状和曲率半径等参数，可以使激光光束在加工头内流动更加均匀，实现更加精细和高效的激光加工。

二、激光加工机的控制方法研究（一）激光加工机的精度控制研究激光加工机的精度控制是保证加工质量的关键因素之一。

在激光加工过程中，激光加工机需要精确地控制激光束的轨迹和聚焦点的位置。

为了实现激光加工机的精度控制，需要研究不同的控制方法。

其中，常见的控制方法包括PID控制、自适应控制、模糊控制等。

通过对这些控制方法的研究，可以选择最适合激光加工机的控制方法，实现激光加工机的高精度控制。

（二）激光加工机的动态性能研究激光加工机的动态性能是激光加工机能否实现高速、高精度加工的关键因素之一。

动态性能包括激光加工机的响应速度、稳态精度和动态精度。

激光雕刻机设计与主要零件工艺的设计说明

摘要激光雕刻的适用对象主要是精密细小和形状复杂的零件，本文设计了一台由PLC控制的激光雕刻机床，主要完成了：（1）雕刻机的基本结构和自由度分析，机床整体结构设计，X、Y轴的结构设计计算、传动轴、直线导轨的选择及其强度分析；对雕刻机的运动速度和控制精度进行分析，激光雕刻机传动方案设计。

几种雕刻机常用的传动机构比较，然后再根据激光雕刻机的具体要求确定各个模块的传动方案。

（2）对常见的传动机构：齿轮传动机构、丝杠螺母传动、链传动机构，齿形带传动机构等进行比较，结合各自的优缺点确定雕刻机的传动机构，包括雕刻机激光器X方向移动方案，Y方向移动方案。

（3）步进电机的选型以及以步进电机为进给驱动的驱动系统及其传动机构的分析设计计算。

（4）对雕刻机的一些主要零件，如垫板、光轴滑块、短轴进行工艺分析与制定，进一步熟悉其加工的具体过程。

（5）了解PLC控制系统的类型及功能，以及PLC机型的选择、对被控对象激光器的运动进行分析，明确激光器的移动要求，制定电气控制系统方案。

总结：本文设计的激光雕刻机可以对木材，纸，钢材等材料进行精密雕刻，大大缩短了雕刻时间，提高了生产效率，因而数控激光切割在我国制造业中正发挥出巨大的优越性。

关键词：PLC；激光雕刻机；结构设计；工艺设计；ABSTRACTSuitable for laser engraving are mainly small and precision parts of complex shape, we design a laser engraving machine controlled by a PLC completed a major:(1),The basic structure of the engraving machine and freedom analysis, the overall structure of the machine design, X, Y axis design calculations, drive shaft, linear guide rail select and strength analysis; speed engraving machine motion control accuracy and analysis, Laser engraving machine drive design. Comparison of several common transmission engraving machine, and then determine the transmission scheme of each module according to the specific requirements of laser engraving machine.(2),The common transmission: gear drive mechanism, screw nut drive, chain drive mechanism, belt drive mechanism were compared, with their advantages and disadvantages to determine the engraving machine transmission mechanism, including the X direction laser engraving machine program , Y direction scheme.(3),Analysis and design and the selection of the stepper motor with the stepper motor for the feed drive of the drive system and the transmission mechanism of calculation.(4),Carving some of the major components, such as plate, axis slider minor process analysis and formulation, more familiar with the specific process of its processing.(5),To understand the type and function of PLC control system, as well as the choice of models PLC, laser controlled object motion analysis, a clear request to move the laser, the development of electrical control system solutions.Summary: This design laser engraving machine can be wood, paper, steel and other materials for precision engraving, carving greatly reducing the time and improve production efficiency, thus CNC laser cutting in China's manufacturing industry is playing a huge advantage.Keywords:PLC;Laser engraving machine;Structural design;process design;目录第一章绪论 (1)1.1激光雕刻及相关技术概述 (1)1.1.1激光雕刻技术 (1)1.1.2激光雕刻机的国外发展状况 (1)1.1.3激光雕刻机自动控制技术 (4)1.2 PLC控制技术概述 (4)1.2.1 PLC系统的基本结构 (4)1.2.2 PLC的特点、应用领域和发展趋势 (5)1.2.3 PLC初步选择 (6)第二章激光雕刻机总体设计 (7)2.1 雕刻机的任务要求和基本结构 (7)2.1.1 雕刻机的任务要求和技术参数 (7)2.1.2雕刻机的基本结构和自由度分析 (8)2.2 雕刻机驱动方案设计 (9)2.2.1 典型驱动方案比较 (9)2.2.2 雕刻机驱动方案确定 (10)2.3 激光雕刻机传动方案设计 (10)2.3.1 常见的传动机构 (10)2.3.2 各部分传动方案设计 (12)2.3.3电机选择 (13)2.3.4轴的校核 (15)2.3.5轴承的结构设计 (16)2.3.6键的选择 (17)2.4 控制系统总体方案 (18)2.5 本章小结 (19)第三章激光雕刻机机械结构设计 (20)3.1机械结构设计 (20)3.1.1底座模块 (20)3.1.2支架模块 (20)3.1.3激光器模块 (21)3.1.4舵机模块 (23)3.1.5 雕刻机总体结构 (24)3.2 本章小结 (25)第四章激光雕刻机主要零件工艺制定 (26)4.1 雕刻机垫板工艺 (26)4.2 雕刻机光滑轴块工艺 (31)4.3 雕刻机短轴工艺 (39)4.4本章小结 (42)第五章激光雕刻机PLC控制系统设计 (43)5.1 PLC控制系统设计步骤 (43)5.2 PLC机型的选择 (43)5.3 PLC控制系统硬件设计 (44)5.3.1 硬件设计总体方案 (44)5.3.2 PLC输入输出设备确定 (46)5.4 本章小结 (477)第六章总结 (488)6.1 全文工作总结 (48)6.2 进一步设想 (48)附录 (49)参考文献 (50)致 (53)第一章绪论1.1激光雕刻及相关技术概述1.1.1激光雕刻技术雕刻机技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多门学科而形成的高新技术，其本质是感知、决策、行动和交互四大技术的综合，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。

大学本科机械专业小型激光雕刻机设计研究毕业设计

本科毕业设计(论文) GRADUATION DESIGN(T HESIS)题目：小型激光雕刻机的设计学生姓名：指导教师：学院：信息科学与工程学院专业班级：年月小型激光雕刻机的设计摘要随着时代的发展，激光雕刻技术的应用越来越广。

激光雕刻机是以数控技术为基础，激光加工为手段的一种加工方法，它具有与加工材料非接触的特性，加工精度、效率高，适合多种材料的加工。

本次小型激光雕刻机的设计，在对当前激光加工和激光雕刻技术做了详细了解后，完成了雕刻机的控制系统整体设计、硬件电路和软件算法的设计以及雕刻机的机械框架的设计。

雕刻机用两个42步进电机驱动XY两轴的运动，激光部分采用小功率激光笔，控制系统使用STM32作为主控芯片，采用主从式控制方式。

整个控制流程为：上位机软件完成图像转G代码处理和G代码发送功能，下位机通过串口通信模块接收G代码数据后，进行G代码的解析、插补算法处理，然后控制步进电机的运动和激光笔的开关，完成雕刻功能。

设计以较低的成本和较高的精度实现雕刻机的常用功能，雕刻机体积小、使用方便，符制造设备微型化的发展趋势，具有很好的应用前景。

关键词：激光雕刻主从式G代码解析插补算法步进电机Miniature laser engraving machine designAbstractWith the development of technology, there is a new industry gradually developed, on many occasions the processing technology is to use it, that is laser engraving technology.In laser engraving technology, completed in the form of CNC laser engraving or cutting, because the laser engraving and carved objects without direct contact, so it has high efficiency, suitable for a variety of materials.This design of small laser engraving based on a detailed investigation of the current laser processing and laser engraving technology.The design completed the design of control system framework of the overall design, hardware and software algorithms design .The design based on STM32 micro control chip,using a low-power laser head.The control system can receive data from a computer serial port, the microcontroller parsing G-code and run the interpolation operation to control the motor movement, achieved an online, offline laser engraving function.The system at a lower cost, higher precision and stability achieved a regular laser engraving machine’s processing characteristics. Engraving machine is small and easy to use,is in line with manufacturing equipment miniaturization trend, have good prospects for development.Key words：Laser engraving Client–servermodel G-code parser Interpolation algorithm Stepping motor目录第1章绪论 ............................................................................................................. ..11.1 前言 (1)1.2 项目背景 (1)1.2.1 激光加工概述 (1)1.2.2 激光雕刻及激光雕刻机 (2)1.3 激光雕刻机及其运控技术发展现状 (5)1.3.1 激光雕刻机发展现状 (5)1.3.2 运动控制技术的发展现状 (6)1.4 论文安排及主要内容 (7)第2章系统总体方案的研究与设计 (9)2.1 雕刻机的控制结构 (9)2.2 功能需求 (9)2.3 控制系统设计过程 (10)2.4 机械结构设计 (11)2.4.1 传动结构 (11)2.4.2外形框架 (12)2.4.3整体搭建 (12)第3章系统硬件电路的研究与设计 ................................................................... ..143.1 控制系统硬件电路总体结构设计 (14)3.2 控制芯片选择 (15)3.3 系统电源电路设计 (16)3.4 电机及驱动系统设计 (18)3.4.1 步进电机的选择 (18)3.4.2电机驱动模块 (19)3.5 激光及驱动系统设计 (20)3.6 LCD显示模块 (21)3.7 键盘模块设计 (22)3.8 辅助系统设计 (23)第4章系统软件的研究与设计 ........................................................................... ..244.1 控制系统软件的总体设计 (24)4.1.1 控制系统软件开发环境 (24)4.1.2控制系统软件总流程 (24)4.2 初始化及对刀模式 (25)4.3 串口数据接收程序设计 (26)4.4 G代码解析模块 (27)4.4.1 G代码简介 (27)4.4.2 G代码解析程序设计 (28)4.5 插补控制介绍 (30)4.5.1逐点比较插补算法 (30)4.5.2直线插补实现 (32)4.5.3圆弧插补实现 (33)4.6 步进电机控制软件设计 (35)4.7 键盘模块软件设计 (36)4.8 上位机软件 (37)4.8.1 图形转G代码 (37)4.8.2 G代码发送 (38)第5章系统整体测试 .............................................................................................. ..395.1 系统参数 (39)5.2 激光雕刻机整机测试 (40)5.2.1 测试流程 (40)5.2.2测试结果 (40)第6章总结与展望 .................................................................................................. ..42 致谢 .. (43)参考文献 (44)第一章绪论1.1 前言激光的产生标志着一个新兴学科的产生，从上世纪六十年代开始，激光加工技术迅速发展。

激光科学基础优化关键技术成果总结

激光科学基础优化关键技术成果总结激光技术作为一种应用广泛的高新技术，已经在多个领域展现出了巨大的潜力和应用前景。

在过去的几十年里，激光科学基础的研究不断推动着激光技术的发展和创新。

本文将对激光科学基础优化关键技术的成果进行总结，旨在探讨这些技术对激光应用的重要性和影响。

首先，激光科学基础的优化关键技术在激光器的设计和制造方面发挥着重要作用。

通过改善光腔结构、增强光的聚焦效果和提高输出功率等方面的优化技术，使得激光器的性能得到了显著的提升。

例如，采用光纤激光器可以实现高功率输出，具有高能量稳定性和优良的光束质量，成为现代激光器领域的研究热点。

此外，激光器的尺寸缩小和功率密度提高也得益于激光科学基础的优化技术，这在工业加工、医疗和科学实验中都具有重要的应用价值。

其次，光学元件的设计和制备也是激光科学基础优化关键技术的重要组成部分。

通过改进光学材料的选择、表面处理和薄膜镀膜等技术，可以提高光学元件的透过率、反射率和抗损伤能力，从而优化激光系统的光学性能。

现代激光器的高功率密度和高能量输出对光学元件的要求非常高，因此优化光学元件的设计和制备技术对于激光器性能的提升至关重要。

同时，激光技术在微电子制造、光刻和激光雷达等领域的广泛应用也对光学元件的高质量需求提出了挑战。

第三，激光科学基础的优化关键技术还涉及激光系统的稳定性和控制技术。

实现激光系统的稳定性对于保持光束的准直性、能量稳定性和频率稳定性至关重要。

通过应用自适应光学技术、模态控制和自动对准等方法，可以实现激光系统的自动化控制和高稳定性运行。

这些优化技术在激光加工、光通信和光学传感等方面的应用中具有重要意义。

此外，激光科学基础优化关键技术的研究成果还涉及到激光与物质相互作用的物理过程的研究。

了解激光与物质相互作用的机制对于激光加工、医疗和科学研究等领域的应用有着重要的指导意义。

例如，在激光切割和焊接中，我们通过了解激光与材料相互作用的原理和规律，可以实现对材料加工的精确控制和优化效果。

基于CAE分析的激光雕刻机设计

工程技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald70激光雕刻技术是先进制造技术的重要分支，相比传统的机械雕刻方式，能实现复杂结构、高硬脆性等金属和非金属材料进行快速雕刻，具有加工效率高、材料范围广泛、无切削力、能耗小等优点，在金属制品、工艺品、木材加工业等领域应用日益广泛。

在文献和实际调研基础上，基于Cr e o软件设计了一台基于同步带传动的小型激光雕刻机，完成了整机的建模和装配，在此基础上进行了静力学分析和模态分析。

1 激光雕刻机总体设计综合考虑整体刚强度及稳定性，结合设计要求，激光雕刻机采用龙门式结构。

其结构主要包括：底座、电机、支架、激光器、同步带等。

平面雕刻运动由方向和方向导轨实现，方向由两个平行导轨构成，方向由一个导轨构成，方向导轨是垂直紧固在方向的两平行导轨上。

激光器安装在方向导轨上，由同步传动带带动在X方向导轨上运动；通过步进电动机驱动带轮旋转使同步带带动激光器在、方向上运动，实现对材料的雕刻。

根据设计要求，和轴向导轨选用GGB16AA型四方向等载荷滚动直线导轨副，通过校核和计算选用的该型导轨满足设计要求；选用型号为35BYJ412的四相步进电机；采用带有双边挡圈的同步带轮。

最后按照装配要求完成整机装配。

2 基于ANSYS Workbench的关键零部件CAE分析横梁是激光雕刻机的重要组成部件，传统设计采用材料力学与经验设计相结合的方法，为保证可靠性，一般都加大安全系数，从而导致横梁笨重且增加成本。

采用现代优化设计方法通过对结构进行有限元分析，定量获取应力和变形值，为结构优化提供理论依据。

同时，为使激光雕刻机能够精准定位，要DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.15.070基于CAE分析的激光雕刻机设计周黎明华洋左忠栋郭华锋倪琪闫士长(徐州工程学院机电工程学院江苏徐州 221018)摘要：激光雕刻属于先进制造技术的重要分支，在金属、木材、毛皮、玻璃等行业应用日益广泛。

激光雕刻技术的优化与应用研究

激光雕刻技术的优化与应用研究随着信息技术的不断发展，激光雕刻技术逐渐成为一种重要的制造工艺。

激光雕刻技术可以对各种材料进行精密刻画，具有高精度、高速度、高效率、低损伤等优点，被广泛应用于工艺制造、工艺设计、艺术设计、医疗美容、电子制造等领域，并涉及机械、电子、化学、物理、数学等多学科交叉研究。

在激光雕刻技术的应用中，雕刻精度是非常重要的一个指标。

为了实现高精度的激光雕刻，有必要对激光雕刻技术进行优化。

激光雕刻技术的优化研究有很多方面，这里就针对其中几个方面做一些讨论。

（一）激光光源的优化激光光源是激光雕刻技术的基础和核心。

在激光光源的选择和使用中，有以下几个方面需要进行优化。

首先是激光束的质量。

提高激光束的质量是实现高精度激光雕刻的前提。

激光光源的选择、调节和使用方法都会影响激光束质量。

为了实现高质量的激光束，可以通过以下方法进行优化：1.选择质量较好的激光器。

具有单纵模、TEM00模式的激光器光束质量最好。

2.控制激光器的温度和调节激光束的聚焦，可以提高激光束的质量。

3.使用激光束扩束器和变焦镜片，必要时可以加入光束整形透镜，可以进一步改善激光束质量。

其次是激光输出功率的控制。

精度较高的激光雕刻需要精确的功率控制，可以采用以下方法进行优化：1.在激光输出端加入光强判断模块，通过反馈控制调节激光功率。

2.使用多段功率稳定化的技术，使激光输出稳定可靠。

最后是激光控制系统的优化。

激光控制系统主要包括电气控制、光学控制和机械控制三个方面。

在实际应用中，需要不断优化控制系统的各个方面，使控制系统运行更加稳定，优化控制算法，提高控制精度和响应速度。

（二）激光雕刻材料的选择激光雕刻材料的选择是激光雕刻技术的重要一环。

选择合适的材料能够提高激光雕刻的精度和效率。

在选择激光雕刻材料时需要考虑以下几个方面：1.材料耐热性。

激光随着时间的推移，某些材料可能会发生颜色变化，或者失去透明度。

这时，建议选择较好的耐热材料。

激光雕刻产品的设计与制作

医疗领域
激光雕刻技术可用于医疗器械、医用植入物、生物芯片等的加工和制作，具有高精度和高安全性的优势。
激光雕刻技术的发展趋势
1 2
高效能
随着激光技术的不断发展，激光雕刻设备的功率和性能不断提升，可以实现更快速、更高质量的加工。
多功能性
激光雕刻技术正朝着多功能方向发展，通过一台设备实现多种加工方式，如切割、打标、熔融等。
02
考虑材料的硬度、韧性等物理特性，以及加工工艺的难易程度。
成本预算
03
根据项目预算选择适合的材料，确保性价比最优。
材料应用案例
01
02
03
金属材料应用
如品牌标志、奖牌等高精度激光雕刻产品。
非金属材料应用
如家居装饰、礼品包装等色彩丰富、纹理细腻的雕刻产品。
复合材料应用
如艺术装置、展示架等需要特殊效果和功能的雕刻产品。
复杂图案和文字的精细加工。
激光雕刻技术广泛应用于工业制造、文化艺术、医疗等领域。
激光雕刻技术的应用领域
工业制造
激光雕刻技术可用于加工各种金属、非金属材料，如不锈钢、铝合金、玻璃、陶瓷、塑料等，制
造出高精度零部件和产品。
文化艺术
激光雕刻技术可以用于创作艺术品、印章、标牌、印刷品等，具有独特的艺术效果和个性化特点。
03 激光雕刻材料选择
激光雕刻材料种类
金属材料
如不锈钢、铝合金等，适用于高精度、高反射率的雕刻。
非金属材料
如木材、塑料、亚克力等，适用于纹理、色彩丰富的雕刻。
复合材料
如玻璃、陶瓷等，适用于特殊效果和功能的雕刻。
材料选择原则
雕刻效果需求
01
根据所需雕刻效果选择合适的材料，如高精度、色彩丰富等。

毕业设计（论文）-激光雕刻机设计

激光雕刻机摘要激光雕刻机作为典型的光、机、电一体化加工设备，具有加工效率高、精度好、非接触加工等特点，己经被越来越广泛地应用于各行各业。

它利用激光束照射在材料表面形成刻点，随着激光束相对工件的移动，实现在工件上的雕刻。

进行激光雕刻时，首先应设计好所要雕刻的图形图像，这一步可用专门的图形图像处理软件完成。

然后对这些图形图像进行处理，使其能够用来控制整个系统完成雕刻。

本文在分析研究了激光雕刻机的发展概况和现状的基础上，提出了基于DSP的激光雕刻机伺服控制系统的总体设计方案，并从软件和硬件两个方面完成了研制过程。

具体的研究内容包括：1)分析激光雕刻加工的原理，对影响系统问题作了深入分析研究，并给出具体的控制系统实现方案；2)硬件上，采用TI新型高速DSP处理器TMS320LF2407A，充分利用其强大的数据处理能力；3)具体分析了激光雕刻机的组成，及其相应的伺服控制系统和伺服控制元件。

关键词激光雕刻机；伺服系统；DSP-I-哈尔滨理工大学学士学位论文The Laser Engraving MachineAbstractAs a typical equipment of integration of mechanical,electronic and optic technologies,laser engraving machine has the characteristics of great efficiency,high precision and non-touching processing.It uses laser beam to irradiate the surface of materials to engrave.While laser beam moves relatively to the workpiece,the engraving is accomplished.Special software to deal with graphics and images are used to make proper design as the first step of engraving.Then,these graphics and images are disposed to control the whole system finishing the engraving.In the foundation of research on the development situation and trend of laser engraving machine,the whole scheme of the servo control system of laser engraving machine which is based on DSP is established and the process of research and manufacturing of the machine is completed by the hardware and software.The main research work as follows:1)Analysis the principle of laser processing,research the key reason influence of the performance index of system and give the scheme implementation system;2)In hardware design,using the new DSP processor of TI-TMS320LF2407A, utilizing its’high performance of data processing;3)Analysis the parts of the laser engraving machine and its servo control system. Keywords laser engraving machine;servo system;DSP-II-哈尔滨理工大学学士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1激光加工及其发展状况 (1)1.2激光雕刻机加工机理及其构成 (2)1.2.1加工机理及其发展状况 (2)1.2.2激光雕刻机的主要构成 (3)1.3激光雕刻机控制系统结构简述 (4)第2章激光器 (6)2.1激光器的发明 (6)2.2激光器的发射装置 (7)2.3激光器工作物质 (8)2.4激光器的分类 (8)第3章激光雕刻机伺服控制元件 (11)3.1激光雕刻机的伺服电机 (11)3.1.1对直流伺服电机的要求 (11)3.1.2直流伺服电机的分类 (11)3.2测速元件与电路 (13)3.2.1模拟测速元件——直流测速发电机 (13)3.2.2数字测速元件——光电脉冲测速机 (14)3.3位置测量元件与轴角编码 (15)3.3.1正余弦旋转变压器及其轴角编码 (16)第4章激光雕刻机PWM直流伺服系统设计 (17)4.1可逆直流PWM系统 (17)4.1.1双极模式可逆PWM系统 (17)4.1.2单极模式可逆PWM系统 (20)4.2PWM功率转换电路 (21)4.2.1PWM功率转换用GTR (21)4.2.2GTR的损坏和保护 (24)4.3PWM系统控制电路 (27)4.3.1脉宽调制器的一般特性 (27)4.3.2保护电路 (28)4.4基极驱动电路 (29)第5章基于DSP芯片的激光雕刻机硬件电路设计 (31)5.1DSP芯片的简介——TMS320LF2407相关资源介绍 (31)5.1.1体系结构和功能特性 (31)-III-哈尔滨理工大学学士学位论文5.2激光雕刻机的硬件电路设计 (32)5.2.1基于DPS硬件连接方案 (32)5.2.2外围电路的设计 (33)5.2.3硬件电路图设计 (34)第6章激光雕刻机操作软件设计 (36)6.1基于DSP的软件设计 (36)6.1.1主程序 (36)6.1.2中断服务程序 (36)6.1.3位置控制子程序 (39)6.2激光雕刻机插补算法的实现 (39)6.2.1插补的概述 (39)6.2.2逐点比较插补方法 (40)结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)附录A (46)附录B (51)-IV-哈尔滨理工大学学士学位论文第1章绪论1.1激光加工及其发展状况自20世纪60年代第一台红宝石激光器发明以来，随着激光器的不断发展和完善，人类对激光的特性有了充分的认识，并且论证了激光加工材料的可行性，使激光的应用领域越来越广泛。

宙斯激光系统：实现激光雕刻技术的创新

宙斯激光系统：实现激光雕刻技术的创新Universal LaSer SyStems lnc．(宙斯激光公司)主要生产低成本激光系统，足业界最资深的生产商。

任何人在刚踏进宙斯公司在亚利桑那州Scottsdale 的国际总部的大门时都会十分惊讶。

理由很简单：宙斯公司占据40,000平方英尺，且有一些年头，但里里外外都给人耳目一新的感觉。

宙斯激光公司拥有多样化产品。

自1988年以来，公司占有一定的市场份额，拥有上千个分销商。

通过参观和深入了解，显然公司的外观仅仅是为员工提供的一种环境，而他们怀着满腔热情在这里生产高性能的激光系统，并为其创造最大价值。

宙斯人相信所有这一切都源于他们对产品的严格把关，因为他们要制造包括激光盒在内的许多关键部件。

宙斯公司还给客户提供优质服务和技术支持，包括工作平台、激光盒和其它部件。

研究与开发宙斯公司拥有大量的全职专业人员，包括激光学家、软件开发人员，以及机械和电子工程师。

宙斯公司的这些工程师置身于提高产品性能的各方面，同时确保激光机符合严格的安全要求，并遵循政府部门的相关规定。

例如，一旦打开机柜，激光就停止发射。

Universal采取了所有必要的预防措施来保证他们的客户远离危险。

软件和驱动开发宙斯公司的控制软件兼容绝大部分WINDOWS界面下和苹果机的绘图及CAD软件。

为此，Universal编写自己的驱动程序，以最终控制其系统功能和产品质量。

宙斯公司拥有真正功能完备的Window's Xp驱动程序，使新的操作系统更实用，当然不仅仅是添加了脱机打印控制模式。

该软件的另一特点是增加了提高分辩率的新技术，从而提高了任何设置下的图像的质量。

同时加上了光栅和矢量技术，在任何速度和矢量下都能进行精确雕刻和切割。

Universal把不含激光盒的系统作工作平台，只有将激光盒装入平台才构成一台激光机。

一个激光机平台不能满足所有的应用。

Universal为客户提供了多种平台选择每种尺寸都有其优势。

高效激光切割设备的设计与优化

高效激光切割设备的设计与优化随着制造技术的不断发展，激光切割技术在工业领域中得到了广泛应用。

高效激光切割设备的设计与优化成为提高生产效率、降低成本和保证产品质量的关键因素。

本文将探讨高效激光切割设备的设计与优化的重要性，并介绍一些常用的方法与技术。

1. 设备设计原则在设计高效激光切割设备时，有几个重要的原则需要考虑。

首先，设备的切割速度应能满足工业生产需求。

其次，设备应具备较低的运营成本，包括能源消耗和维护费用。

最后，设备应能实现高精度和高质量的切割结果。

这些原则将直接影响设备的设计方案。

2. 激光源选择与优化激光源是激光切割设备的核心组件，对设备的效率和性能影响巨大。

选择合适的激光源是提高设备性能的关键。

常见的激光源有CO2激光器、光纤激光器和固体激光器等。

每种激光源都有其特定的优势和适用场景。

相比之下，光纤激光器具有较高的光电转换效率、较小的体积和较长的寿命，因此在工业应用中越来越受青睐。

为了优化激光源的性能，可以采用以下几种方法。

首先，根据材料类型和要求选择合适的激光参数，例如功率、聚焦度和频率等。

其次，优化激光束的质量，通过使用优质光纤和镜片等组件来改善激光束的质量。

最后，增加激光源的稳定性和可靠性，例如采用温度控制和冷却系统来维持激光源的稳定工作温度。

3. 切割头设计优化切割头是激光切割设备的另一个重要组成部分，负责将激光束聚焦到工件上并实现切割。

切割头的设计和优化直接影响了切割质量和效率。

在切割头的设计中，应注意以下几个方面。

首先，选择合适的透镜和反射镜，以实现高质量的激光束聚焦和反射。

其次，优化切割头的冷却系统，以保持切割头的稳定工作温度。

最后，确保切割头的机械结构稳定，能够承受高速运动和震动。

优化切割头的方法包括使用高质量光学材料、改善切割头的冷却系统和改进切割头的机械结构等。

此外，还可以借助模拟软件进行切割头的仿真和优化，以提高切割质量和效率。

4. 控制系统优化激光切割设备的控制系统是实现高效切割的关键。

操作激光雕刻机进行创意工艺制作

操作激光雕刻机进行创意工艺制作激光雕刻机是一种专业的工具，用于在不同材料上进行精确的刻划和雕刻。

它可以用于制作个性化的礼品、工艺品、饰品等，为各种物品增添独特的个性和价值。

本文将介绍如何操作激光雕刻机进行创意工艺制作。

步骤一：选择合适的设计和材料在进行激光雕刻之前，首先需要选择合适的设计和材料。

可以使用各种设计软件或在线设计平台来创建自己的设计，或者找到适合的设计模板。

同时，根据设计的要求选择合适的材料，比如木材、皮革、塑料、玻璃等。

步骤二：准备激光雕刻机在开始操作激光雕刻机之前，需要进行一些准备工作。

首先，确保激光雕刻机正常运行并连接到电脑。

其次，根据所选择的材料进行调整激光雕刻机的参数，比如功率、速度、焦距等。

这些参数的设置将影响到最终的刻划效果。

步骤三：进行雕刻设置和预览在操作激光雕刻机之前，需要对设计进行适当的调整和设置。

打开激光雕刻机软件，并将设计加载到软件中。

根据所选择的材料和参数，设置激光雕刻机的工作模式和刻划深度。

同时，可以通过预览功能来查看最终的刻划效果。

这将帮助你调整设计和参数，以获得最佳的刻划结果。

步骤四：开始雕刻当所有设置都调整好之后，可以开始操作激光雕刻机进行创意工艺制作。

确保材料正确放置在激光雕刻机的工作平台上，并进行相应的固定。

同时，注意安全操作，戴好防护眼镜等必要器材。

点击开始按钮，激光雕刻机将按照你的设计和设置开始进行刻划。

在整个过程中，始终保持监控，并确保激光雕刻机的正常运行。

步骤五：完成刻划并清理当激光雕刻机完成刻划后，关闭机器，并小心地取出刻划好的材料。

注意，一些材料在刻划过程中会产生剩余的灰尘和废料，需要小心清理。

可以使用刷子或气吹等工具，将材料上的余渣和灰尘清理干净。

确保表面光洁，以展示出最佳的刻划效果。

结论操作激光雕刻机进行创意工艺制作是一项有趣和有挑战的任务。

通过选择合适的设计和材料，准备激光雕刻机，进行适当的雕刻设置和预览，并注意安全操作和清理，我们可以制作出独特的工艺品和创意物品。