雕铣机开发设计

摘要截止目前，中国机械工业发展已走过五十余个年头，机械工业发展成就显著，规模、基础初具，能把国民经济、人民生活的需要基本满足。

不过，雕铣机价格普遍比较高,基于雕铣机的普及率提升,课题论文意在完成简练、经济的机械运动系统开发设计，以此满足现实需要。

在论文对雕铣机起源以及发展的现状进行简介基础上，对各国同类雕铣机具备的优势、特征加以分析，阐述了雕铣机的使用范围及基本功能。

对加工工艺等方面的知识进行了概括，将雕铣机运动系统设计的简化思路提出。

完成了本次设计的雕铣机总体结构的布局分析讨论与确定。

本次毕业课题设计的的雕铣运动系统主要由以下几大部分构成，即主运动系统、进给运动系统。

主运动系统中省略了中间传动，并且采用的是电机直接刀具，但在进给运动系统方面，本文所选择步进电机来把滚珠丝杠带动，以此于导轨上平移部件，把四轴联动操作需求实现。

详细设计与计算了主电机的选用及主要零部件（比如、滚珠丝杠、步进电机、导轨）。

而且，本次毕业课题所设计的雕铣机的基本优势包括制造成本较低、构造新颖、结构简单、安装方便等，能在中小型雕铣机应用，不过，某程度来看，会影响到雕铣机的价格。

关键词：总体布局；运动系统；雕铣机结构第1章绪论1.1 雕铣机概述北宋时期发明的活字印刷，实质就是雕铣技术的雏形。

“其法用胶泥刻雕铣可追溯到远古时期，…薄为钱唇，…火烧坚……（《梦溪笔谈》）”。

此处所记载的刻字可以归入雕铣技术范畴。

伴随着时代变迁，雕铣艺术在中国发展速度持续加快，中国手工雕铣技术（篆刻泥人雕、红木雕、象牙雕等）堪称一绝，世为惊奇。

机械雕铣发展速度最快的时代当数20世纪90年代后。

本阶段内，机械雕铣技术由传统的刻字机发展成为刻章机，随后，三维雕铣机正式问世，这也标志着制作工艺发展进入完善时期。

由于技术的完善，其应用范围同样获得了空前拓展。

大至楼堂管所装饰，小至商家门店招牌、产品的铭牌、标识，雕铣技术的痕迹与踪影几乎已遍及生活的每个角落。

Engraving Plotter（雕铣机）是指用机器将人工替代，完成雕铣的装置。

全球首台手动雕铣机诞生于法国的“嘉宝”（1938）。

随后，全球首台可缩放比例的、电动的、真正意义上的手动雕铣机于1950年被“嘉宝”研制成功并正式推出。

法国、日本和美国等国随后同步跟进，将此项技术攻关提上议事日程。

微电子技术在90年代一路狂飙突进，微型计算机在此前提下也急剧向前发展。

在微型计算机技术、微电子技术促进下，高技术群体整体进入快速发展阶段，雕铣机也迎来了质的飞跃时代，由2D→2.5D→3D这一发展变革顺利完成。

对于雕铣机研制来说，最基本的标准主要体现在价格合理、造型美观、性能稳定和功能完善这几个方面。

我国数控雕铣机行业在国内制造业快速发展的前提下，发展同样比较迅速，数控雕铣机研发与推广应用齐头并进，进程加速。

历经10余年赶超，已由当初的经济型数控雕铣机数控机床，发展出了多个具有自主知识产权的国产品牌雕铣机，中高级型数控雕铣机在竞争中不断取得突破。

不过，与现实需要相比，现有技术依然存在较大的提升空间。

因为国内制作加工等行业原因，低端机械需求总量不断降低，对高级机械的需求量则与日俱增。

客观来看，国产数控雕铣机的缺陷具有一定的客观性，比如，在高级数控体系、功用部件上，对进口的依赖性比较突出；现有数控雕铣机公司的深度开发技术不足。

因此，国产高级数控雕铣机的“质低价高”窘境也自然形成，无法满足国内现实生产需求。

雕铣机产品竞争力提升的基本途径主要在于：持续加大研发投入，尤其注重数控体系、主要部件设计开发，由深度、广度等层面入手，完成软件开发技术的深度探索。

具有现实意义的是，需要相关行业加强横向联系，以此实现工业化技能发展，展开深层次技能开发设计。

啄木鸟数控雕铣机是上海洛克公司研发制造的电脑雕铣机，首批“啄木鸟”牌电脑雕铣机于1993年正式诞生，中国广告和模具业以此为标准，翻开了崭新篇章。

“啄木鸟”牌电脑雕铣机甫一问世，立即收获市场的热烈反应，吸引了诸多学者、行业的关注目光。

洛克人面对国内市场的普遍称赞与强大支持，没有沉迷，而是更进一步，着眼于模具、广告等众多专业市场需要，持续研发制造出了诸多引领行业发展的系列雕铣机。

公司以全面的市场调研为依据，将大笔资金投入新产品、新项目开发设计，新型电脑雕铣机年均研制速度多达4款，以此对专业市场、专业客户持续提升的产品需求加以满足。

洛克人始终禀呈“创新、求实、勤奋、忠诚”理念,将“洛克产品，品质典范”当做自己唯一的奋斗方向。

只用短短数年时间，更实现了持续超越，先后把4大系列共46款不同性能、规格的专业雕铣机陆续提供给国内市场，涵盖行业广泛，从广告、礼品制作到鞋模加工，印刷行业、皮革行业、印章雕铣、模具加工等，洛克牌电脑三维雕铣机已浮获更多的亲睐与支持，其中，最受客户、学者支持认可的是ME-Ⅱ系列三维电脑雕铣机，这个产品系列也因此成为高新技术成果转换项目（2003），公司的“上海市高新技术企业”地位因此也更加牢固。

“啄木鸟”用户几乎遍及全国所有省份，且出口至孟加拉国、中东、越南、泰国、俄罗斯、缅甸、韩国、日本、美国、澳大利亚等国家，国外市场反应同样比较积极。

南京科能公司出品的威克数控雕铣机（CNC）、北京糟雕公司研制生产的精雕数控雕铣机：具有8把刀具的全自动换刀系统，进一步促进了加工快捷化；全自动吸附系统让工件手工装夹成为历史，获得了更高的工作效率；5.5KW进口主轴从意大利进口，获得了更大的切削力；全电脑控制，所见即所得；集中式除尘系统可以保证加工工件更加光洁。

家具雕花、实木（玻璃）门雕铣等是其主要适用范围。

分析国产品牌雕铣机可发发现，机床本体的结构通常比较简单，国外技术在控制器方面的应用多较多，主要选择的是基于高档的PC或微控制器数控系统,步进电机细分驱动是伺服部分的主体，能把中等控制精度获得。

广告雕铣这类对精度要求不太高的行业是此类产品应用的主体行业，国产雕铣设备与进口雕铣设备相比，有良好的性价比,这也是市场占有量比较好的一个基本原因。

不过，总体来看，国产雕铣设备的价格同样比较高。

国外产品中,美国研发生产的“雕霸”牌雕铣切割机，不但型号齐全，而且极为适用，在木材加工、广告店行业内有着广泛的用途，世纪雕霸雕铣机单人操作，使用方便、快捷，经济实惠。

采用台湾直线支承导轨的1325机床丫轴，能把机床精度全面提升，其在加工实践方面，和TYl290相比，加工精度与速度基本相同。

1325机床能在标牌制作、大型浮雕和幅面较大的面板切割等诸多行业中适用，传统的大型雕铣机仅可用于切割的历史由此得到改变，大型机床雕铣大幅面浮雕、胸牌等逐步拓展了这类设备的应用空间，同时，其对大型木器CNC雕铣也比较适用。

日本的御牧、全量，意大利的左拉以及法国的嘉宝等，均属品牌雕铣机,也是雕铣机领域内的佼佼者。

这些公司研发的雕铣机的质量特征表现在：有功能全面控制系统，产品精度高、刚度好，运行与加工可靠性高等,因此，在高精度加工场合（模具等），前述外国产品居于垄断地位。

由这些著名公司研发的设备，价格大多是国产产品的数倍，普遍来说，均极其昂贵。

国产木工机械明显落后于意大利、德国等欧洲强国。

国内雕铣机行业中，上海“啄木鸟”、北京“精雕”逐步占居国内市场的更多份额。

不过，雕铣机价格过高对其普及应用形成了一定的约束。

基于此类产品的普及率提升，进行简练、经济的机械运动系统开发设计，实用价值与理论意义同在。

1.2 雕铣机开发设计的基本特征本质来看，雕铣机是一种机电一体化设备，在同类产品中极具代表性。

以下即为其制造、设计、产品等不同方面体现出来的特征：（1）机械机构简化，精度提高机械系统选择调速电机做为动力驱动，机械传动链因此得以缩短，在把机械机构简化基础上，将来自间隙、磨损、机械摩擦等的传动误差降低。

（2）柔性自动化与多功能极易实现现代雕铣机采用计算机控制系统，在把其它信息处理与控制设备取代的同时，自行诊断、自动保护、自动调控、数据处理、自动检测等的实现更简单、更方便，同时能把记录、打印等可以自动现实。

而在计算机软、硬件结合基础上，能把柔性自动化实现，灵活性极为突出。

本次设计的雕铣机仅设计了机械部分，本设计的柔性自动化与多功能极易实现。

重点选择的是电机直接接刀具，在此基础上把滚珠丝杠直接连接步进电机、主运动系统实现。

1.3 雕铣机的功能及其应用雕（Carving & Molding）、刻（Engraving）、切（Cutting）均能在雕铣机中完成，比如：（1）建筑模型：主要是指制作军事、城市规划、房地产开发等方面的模型；（2）工业应用：主要是指仪器仪表操作面板、机器铭牌、部件打标、刻度盘等；（3）模具行业：主要是指小型模具加工；（4）礼品行业：如钥匙链、启瓶器、奖牌、钢笔、打火机等个性化礼品；（5）导向牌、指示牌、桌牌、胸牌和大型标示牌等标志标牌；（6）雕铣印章等其它商业应用。

1.4 龙门式数控雕铣机设计的目标在机电与微电子技术深度结合基础上，雕铣机开发设计必须要全面遵守下列各项总目标：（1）柔性化产品功能的灵活性得到全面提升，和用户多样化使用需求更相契合。

（2）自动化产品操作使用复杂程度、操作工作的劳动强度降低，操作人员的操作任务量、辅助运行时间全部减少，生产过程平稳，实现了生产效率提升。

（3）模块化基于软硬件结构，能把产品功能划分成为不同的组成模块。

与此同时，独立分析所有功能模块，利用标准接口将不同的模块连成一体，系统由此形成。

（4）整体优化在简化结构、强化功能等目标函数基础上，全面优化设备的参数选择与结构设计，将整体优化目标实现。

（5）高速化将数控系统插补控制与运算速度全面提升，向速度要效率，让高效率与高速度紧密关联。

第2章系统分析与方案的订制2.1 设计龙门雕铣机的基本参数2.2 雕铣机设计的总体方案2.2.1 方案布局以下各点即为雕铣机的总体布局标准：(1)基本标准：经济性、生产率、工作精度和加工范围等必须获得有效满足；(2)为既定技术的工件和刀具位置、相对运动需求满足提供保障。

在合理、经济前提下，将较短的传动链尽可能采用，以此实现机构简化，传动的效率、精度提升目标；(3)对雕铣机能把标准加工精度实现所需要的热变形、抗振性、刚度以及噪音水平提供保障；(4)加强维护，保障安全；便于清理、工件装卸和输送；便于维修、调整和操作；便于观察加工过程； (5)结构简单，合理可靠，便于加工和装配。

(6) 外型美观大方，占地面积小，降低制造成本，节约原材料，重量轻，体积小；总体布局基本标准获得满足的条件下，下列对雕铣机布局存在干扰的主体因素同样必须全面顾及：1）表面运动的影响往往选择各种刀具加工制作形状不同的加工表面，因此，表面形成的运动形式和数目也存在差别，布局差异也由此形成。