机械雕刻机毕业设计范本dgme

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1、摘 要要 传统的的雕刻加加工是一一门技术术性要求求很高的的手工技技艺，在在艺术品品、标牌牌、首饰饰等行业业具有悠悠久的历历史，产产品的质质量主要要取决与与雕刻师师傅的技技艺水平平，而且且劳动生生产率低低、成本本高、可可重复性性差。随随着时代代的进步步，科技技的发展展，雕刻刻机成为为我们现现代人与与时俱进进的先进进工具,它省时时省力又又环保，应应用也越越来越广广泛。近近几年来来中国的的雕刻机机迅速地地发展着着，从以以前的手手工雕刻刻转变为为现在的的机器雕雕刻。雕雕刻机给给人们带带来了巨巨大的方方便，不不仅节省省了雕刻刻时间，还还提高了了雕刻的的工艺，雕雕刻机的的出现也也带动了了许多行行业的发发展

2、，像像木工雕雕刻机、石石材雕刻刻机、数数控雕刻刻机等等等。本文简要要的介绍绍了雕刻刻机的起起源和发发展现状状，分析析了国内内外雕刻刻机的特特点，说说明雕刻刻机的功功能和使使用范围围，详细细的分析析了雕刻刻机的总总体布局局和结构构方案，并并详细介介绍雕刻刻机手控控逻辑板板的设计计和制作作过程。本课题是是在参考考现有雕雕刻机的的基础上上，设计计的一种种小型雕雕刻机，适适合一般般的塑料料板、铝铝板等普普通材料料的机械械加工。关键字：传统雕雕刻； 机械雕雕刻； 提高； 雕雕刻机； LEED键盘盘板；AbsttracctThe traadittionnal carrvinng pproccesssing

3、g iss a craaftssmannshiip tthatt deemannds higgh ttechhnollogyy, iit hhas a llongg hiistoory in artt, ssignnagee, jjeweelryy annd ootheer iinduustrry, thee quualiity of thee prroduuctss maainlly ddepeendss onn thhe sskilll lleveel oof tthe carrvedd teeachher, annd iit hhas low labbourrprooducctivvit

4、yy, hhighh coost andd thhe rrepeeataabillityy pooor. Wiith thee prrogrresss off Thhe TTimees, thee deevellopmmentt off scciennce andd teechnnoloogy, enngraavinng mmachhinee beecomme aa toool ,wiith thaat wwe mmodeern peooplee caan kkeepp upp wiith thee addvanncedd , it savves timme aand efffortt ann

5、d pprottectts eenviironnmenntall ,sso iit iis aapplliedd moore andd moore widdelyy. IIn rreceent yeaars,Chiinesse eengrraviing macchinne, a rrapiid ddeveeloppmennt ffromm thhe pprevviouus mmanuual scuulptturee innto toddays mmachhinees sscullptuure. Enngraavinng mmachhinee haas bbrouughtt peeoplle g

6、greaat cconvveniiencce, nott onnly savves carrvinng ttimee, bbut alsso iimprrovees tthe scuulptturee crraftt, eengrraviing macchinne ppressencce aalsoo sppurrred manny iinduustrry ddeveeloppmennt, likke wwoodden enggravvingg maachiine, sttonee caarviing macchinnes, CNNC eengrraviing macchinne, etcc.

7、Thiss paaperr inntrooducces thee orrigiin aand enggravvingg maachiines ppressentt siituaatioon oof ddeveeloppmennt ,it hass annalyyzedd thhe ccharractteriistiics of dommesttic andd innterrnattionnal enggravvingg maachiine thaat eengrraviing macchinne ffuncctioon aand usee sccopee, ddetaaileed aanall

8、ysiing of thee geenerral layyoutt annd ccarvvingg maachiine strructturee scchemme, andd deetaiiledd inntrooducctioon cconttroll loogicc booardd caarveed tthe dessignn annd mmanuufaccturre pproccesss.Thiss toopicc haas ddesiigneed aa smmalll enngraavinng mmachhinee inn reeferrencce oon tthe bassis of

9、 exiistiing enggravvingg maachiine, itt iss suuitaablee foor ggeneerall pllasttic boaard, allumiinumm ettc oordiinarry mmateeriaal mmechhaniicall prroceessiing.Keywwordds: the traadittionnal carrvinng; mechhaniicall scculppturre; impprovve; enggravvingg maachiine; leed cclavvierr booardd;目 录摘要.1Abst

10、tracct.22目录.411. 引引言.61.1 雕刻机机的起源源.61.2 雕刻机机及其发发展现状状.61.2.1 雕雕刻机的的特点1.2.2 研研究雕刻刻机的目目的和意意义1.2.3 雕雕刻机的的应用领领域1.2.4 我我国雕刻刻机的发发展现状状1.2.5 雕雕刻机的的发展趋趋势2. 雕刻机的的工作原原理及结结构2.1 雕刻机机的工作作原理2.2 雕刻机机的结构构2.2.1 雕雕刻机的的机械结结构部分分2.2.2 雕雕刻机的的电路及及电气部部分2.3 雕刻机机的总体体布局的的基本要要求3. 直线运动动机构设设计3.1 平面连连杆机构构3.2 凸轮机机构3.3 滚珠丝丝杠4. 执行器电机机

11、的选择择4.1 直流电电机4.2 交流电电机4.3 伺服电电机5. 手手控逻辑辑板的设设计5.1 LEDD键盘板板的技术术要求5.2 LEDD键盘板板零件的的选择5.3 LEDD键盘板板电路图图的设计计及其原原理6、总结结及前景景展望参考文献献附录外文资料料中文翻译译致谢1 引言言1.1 雕刻机机的起源源雕刻可以以追溯到到远古时时期，母母系氏族族时期的的半坡氏氏族文化化的“人面网网纹盆”便是雕雕刻的雏雏形。在在我国北北宋时期期便发明明了活字字印刷，这这里刻的的字应属属于雕刻刻的范畴畴。随着着时代的的发展，我我国的雕雕刻艺术术日益精精湛，玉玉雕、象象牙雕、红红木雕、篆篆刻泥人人雕等手手工雕刻刻技

12、术都都可以堪堪称一绝绝。 传统雕雕刻加工工业是一一门技术术性要求求很高的的手工技技艺， 雕刻品品的质量量完全取取决于雕雕刻师的的技艺水水平， 所以生生产的效效率低、成成本高， 制品的的随意性性强、一一致性差差，严重重制约了了雕刻行行业的发发展。这这使得雕雕刻机的的产生成成为必然然。上世纪990年代代至今，机机械雕刻刻获得了了前所未未有的发发展。从从最初的的刻字机机、刻章章机再到到三维雕雕刻机，制制作工艺艺也日渐渐成熟，应应用范围围也日渐渐广泛。大大到楼房房建筑的的装饰，小小到商店店门前的的招牌，乃乃至很多多产品的的标识铭铭牌，可可谓雕刻刻的使用用无处不不在。雕刻机，顾顾名思义义就是用用机械代代

13、替人工工进行雕雕刻的设设备。19388年世界界第一台台手动雕雕刻机在在法国“嘉宝”问世，119500年“嘉宝”生产出出世界第第一台真真正意义义的电动动、可缩缩放比例例的手动动雕刻机机。随后后美国、日日本等国国也开始始研制。220世纪纪90年年代，随随着微电电子技术术的突飞飞猛进，直直接推动动微型计计算机的的急剧发发展。微微电子技技术和微微型计算算机技术术带动整整个高科科技群体体飞速发发展，从从而使雕雕刻机产产生了质质的飞跃跃。雕刻刻机完成成了从22D-22.5DD-3DD加工的的变革，功功能完善善、性格格稳定、造造型美观观和价格格合理成成为雕刻刻机研制制的基本本要求。1.2 雕刻机机及其发发展

14、现状状1.2.1 雕雕刻机的的特点 雕刻机机的主要要特点如如下： （11）产品品的尺度度高，一一致性好好。雕刻刻机雕刻刻过程是是由计算算机控制制完成的的，可以以达到很很高的精精度要求求和表面面质量。 （22）雕刻刻机投资资少，见见效快。以以国产品品牌为例例，一台台小型号号的雕刻刻机价格格在两万万左右，大大型号的的也不过过三四万万。 （3）雕雕刻机简简单易学学，操作作简单。以以一个电电脑初级级水平的的人为例例，如果果接受公公司培训训的话用用不了一一个星期期就能全全部掌握握。现在在市场上上都有很很多相关关的雕刻刻软件，简简单易学学。 （4）雕雕刻机加加工范围围广，前前景广阔阔。雕刻刻加工涉涉及各行

15、行各业、分分布很广广，有礼礼品业、广广告业、印印章业、木木器加工工业、建建筑业、艺艺术模型型业、机机械加工工、工装装模具等等等。可可加工的的材料也也是非常常广泛，包包括金属属、石材材、PVVC板、AABS板板、亚克克力、仿仿石材、橡橡皮、双双色板、铝铝塑板等等等各种种材料。随随着人们们对雕刻刻机的认认识和掌掌握逐步步加深，应应用范围围会得到到不断扩扩大，应应用水平平也会逐逐步提高高，雕刻刻加工必必定会有有更广阔阔的前景景。1.2.2 研研究雕刻刻机的目目的和意意义建国六十十年来，我我国的机机械工业业虽然已已经有了了较大的的发展，具具备了一一定的基基础和规规模，初初步满足足国民经经济和人人民生活

16、活的需要要。但随随着世界界科学技技术的迅迅速发展展，我国国机械工工业的技技术水平平和生产产能力与与工业发发达国家家相比还还存在相相当大的的差距。因因此，在在我国以以新技术术改造传传统产业业和开发发高技术术含量的的新产品品，已成成为当前前机械工工业以至至各传统统产业密密切关注注和改革革的焦点点。机电一体体化技术术是机械械技术和和电子技技术的有有机结合合，它包包括机械械、电子子、计算算机和自自动控制制技术。它它从系统统工程的的观点出出发，使使产品或或系统实实现整体体优化。近近年来，世世界上各各发达国国家竞相相发展机机电一体体化技术术，以提提高制造造技术水水平，实实现生产产系统向向柔性化化、智能能化

17、发展展。机电电一体化化技术给给传统的的机械工工业带来来了革命命性的变变革和惊惊人的效效益，使使产业结结构、生生产方式式和管理理体制发发生深刻刻的变化化。机电电一体化化是当今今世界机机械工业业技术和和产品发发展的主主要趋势势，也是是我国机机械工业业发展的的必由之之路。1.2.3 雕雕刻机的的应用领领域 雕刻机机的应用用领域广广泛，举举例如下下： 1、广广告及礼礼品制作作业，用用于雕刻刻各类双双色板标标牌、有有机玻璃璃、三维维广告牌牌、双色色人物雕雕像、浮浮雕奖章章、有机机板浮雕雕、立体体门头字字等。 2、模模型行业业，房地地产的发发展，对对建筑模模型的需需求不断断增加。售售楼处的的售楼模模型、广

18、广场模型型、建筑筑设计方方案的展展现和展展示，车车辆模型型市场的的扩大，一一些舰船船模型、工工业模型型也有纪纪念和收收藏的意意义。雕雕刻机已已成为制制作模型型的最佳佳助手。 3、木木器工艺艺，用于于浮雕图图案设计计及制作作。雕刻刻机可以以打孔、镂镂边等，特特别是新新型装饰饰材料、波波浪板的的广泛应应用，也也给了雕雕刻机更更大的成成长空间间，在提提高了产产品的重重复性、标标准化的的同时，使使成品的的生产效效益得到到显著的的提高。 4、标标志行业业，伴随随着我国国经济的的不断发发展，日日新月异异的城市市公共基基础建设设，街路路的翻新新改造，现现代化住住宅小区区、星级级酒店、写写字楼的的不断建建设，

19、对对一些符符合潮流流和标准准的标识识和导向向系统产产生了大大量的需需求，其其中雕刻刻机制作作的牌匾匾标志、标标牌，占占据了相相当大的的部分。从从外部标标志上对对公司的的形象起起到了良良好的作作用，以以雕刻的的形式制制作员工工佩带的的胸牌、科科室牌、楼楼层牌已已成为一一种趋势势。 5、印印章业，各各类字体体各类材材料的印印章雕刻刻。 6、汽汽车工业业、轮胎胎模具，车车灯模具具及饰品品模具加加工。 7、印印刷电路路板（PPCB）新新产品开开发中的的电路制制作，钻钻孔、铣铣槽等。 8、艺艺品行业业，旅游游市场的的不断扩扩大，旅旅客对具具有当地地风情的的礼物情情有独钟钟，雕刻刻机在这这方面也也大有用用

20、武之地地。而且且，现在在的会议议越开越越多，对对一些纪纪念品和和广告宣宣传品，流流行采用用雕刻制制作。在在戒指、钥钥匙链、奖奖杯、仿仿水晶摆摆件、打打火机、皮皮具、手手表等等等都可以以进行雕雕刻，可可以体现现一个人人的个性性与品位位，对一一些比较较有想法法的人来来说，也也是独特特之处，对对这些物物品施以以情趣的的雕刻，迎迎合了人人们对情情感交流流的需要要。 9、机机械加工工业，刻刻度盘字字轮及标标尺刻度度。 而且，随随着各种种新型装装饰材料料的不断断出现，能能用于雕雕刻的材材料越来来越多，使使得计算算机雕刻刻机有了了更大的的用武之之地。因因此，雕雕刻机的的应用范范围还将将不断扩扩大。1.2.4

21、 我我国雕刻刻机的发发展现状状伴随着人人类社会会的发展展，雕刻刻行业发发生着巨巨大的变变化，现现如今人人们对雕雕刻机有有了全新新的认识识，数控控木工雕雕刻机、模模具雕刻刻机、激激光雕刻刻机等电电脑雕刻刻加工的的兴起与与发展是是时代发发展的需需要，电电脑雕刻刻代替机机械已是是大势所所趋。以以广告业业为例，许许多广告告行业的的客户都都经历过过从手工工刻字到到使用电电脑刻字字机，广广告雕刻刻机的使使用实现现了机械械代替手手工的飞飞跃，电电脑代替替了人脑脑，字体体标准规规范同时时又大大大提高了了生产效效率。随着近年年来我国国制造业业的迅速速发展，我我国的雕雕刻机产产业也获获得了良良好的发发展机遇遇，有

22、效效地促进进了我国国雕刻机机的生产产和推广广应用。我我国的雕雕刻机起起步于经经济型机机床，随随着科学学技术的的进步，经经过十多多年的发发展，已已形成了了多个国国产品牌牌的雕刻刻机，如如上海洛洛克公司司生产的的啄木鸟鸟数控雕雕刻机、北北京精雕雕公司生生产的精精雕数控控雕刻机机和南京京科能公公司生产产的威克克数控雕雕刻机等等。上述述各类型型雕刻机机的机床床本体结结构较为为简单，控控制器大大多借鉴鉴国外新新技术，采采用基于于高档的的微控制制器或PPC 的的数控系系统，伺伺服部分分以步进进电机细细分驱动动为主，可可获得中中等控制制精度，但但价格比比较便宜宜，因此此整机的的性价比比较高，适适用于精精度要

23、求求不太高高的普及及应用场场合。对对高精度度的雕刻刻加工，目目前我国国尚以进进口数控控雕刻机机为主，如如意大利利的左拉拉、日本本的全量量等品牌牌的数控控雕刻机机。这类类数控雕雕刻机机机床本体体设计刚刚度好、精精度高，采采用伺服服电机驱驱动，加加工精度度高，控控制系统统功能全全、可靠靠性高， 但价格格昂贵，往往往数倍倍于国产产产品， 因此主主要应用用于模具具等高精精度加工工场合。1.2.5 雕雕刻机的的发展趋趋势 雕刻机机作为制制造业一一个有力力的工具具，有着着非常广广阔的发发展前景景，随着着计算机机技术、电电机技术术、机械械技术等等各个科科学技术术的发展展，雕刻刻机的功功能将日日益强大大，性能

24、能将更趋趋稳定。雕雕刻机发发展趋势势总结如如下： 1、更更加精密密 控制部部分和机机械部分分精度的的提高将将极大地地提高雕雕刻系统统的精度度，控制制部分将将向闭环环伺服方方向发展展，通过过反馈调调整做到到误差补补偿，从从而可以以大幅度度提高精精度，机机械部分分将采用用更高的的滚珠丝丝杠和驱驱动电机机，同时时装配工工艺的提提高也将将进一步步提高系系统的精精度。 2、更更加高效效 高性能能运动控控制技术术如DSSP技术术、322位单片片机等的的发展，驱驱动电机机性能的的提高，刀刀具性能能的提高高，采用用规范的的软件开开发技术术等等，都都将会推推动雕刻刻机系统统向着高高速、高高效、高高可能性性的方向

25、向发展。 3、利利用移动动通讯技技术和网网络技术术飞速的的发展，雕雕刻机将将朝着数数字化、网网络化的的方向发发展。2 雕刻刻机的工工作原理理及结构构2.1 雕刻机机的工作作原理 雕刻机机一般由由机架、工工作台、刀刀头、运运动系统统和控制制系统等等组成。雕雕刻作业业时刀头头相对工工作台沿沿X、YY、Z 轴进给给。雕刻刻机的工工作原理理图如下下图所示示： 电脑通通过并口口，直接接将步进进电机的的控制信信号输出出给雕刻刻机控制制器。即即电脑通通过软件件（如mmachh2)等等，从并并口分别别送出以以下的信信号给雕雕刻机控控制箱： X轴轴的步进进脉冲（脉脉冲频率率越高，速速度越快快） XX轴的方方向信

26、号号（正向向或反向向） YY轴的步步进脉冲冲（脉冲冲频率越越高，速速度越快快） YY轴的方方向信号号（正向向或反向向） ZZ轴的步步进脉冲冲（脉冲冲频率越越高，速速度越快快） ZZ轴的方方向信号号（正向向或反向向） 进进步电机机的使能能信号（电电机是启启用，或或是停用用？如果果是停用用，电机机会完全全松下来来不会锁锁死。注注：一个个信号控控制三只只电机。连连接电脑脑工作时时会启用用电机）。控控制箱将将这些信信号处理理后，输输出驱动动信号直直接给XX，Y，ZZ 三只只步进电电机。2.2 雕刻机机的结构构2.2.1 雕雕刻机的的机械结结构部分分 机械结结构作为为雕刻机机的硬件件部分，对对雕刻机机的

27、加工工过程、刻刻字效果果等有着着重要的的影响。 雕刻刻机的机机械几何何结构由由以下几几部分组组成：1、底座座部分作为雕刻刻机整机机的基础础，承担担整个机机体的重重量，要要求稳定定坚固。底底座由底底下的四四只脚与与地面接接触；2、 工作台部部分 工作台台部分由由工作台台、Y方方向的丝丝杠和导导轨以及及支架组组成。工工作台作作为雕刻刻工作时时承载雕雕刻物体体的部件件，表面面有T型型沟槽，由由丝杠驱驱动，导导轨导向向；3、 横梁部分分 横梁由由X方向向的丝杠杠和导轨轨以及支支架组成成。横梁梁承载机机头的重重量，驱驱动机头头动，容容易弯曲曲变形，在在结构仿仿真和运运动仿真真中是重重要的分分析对象象；4

28、、 机头部分分 机头部部分由主主轴组件件、Z方方向的丝丝杠和导导轨以及及支架组组成。丝丝杠驱动动主轴组组的上下下运动，主主轴组件件在加工工过程中中直接带带动雕刻刻机头的的高速旋旋转运动动。2.2.2 雕雕刻机的的电路及及电气部部分 雕刻机机的电路路及电气气部分有有： 1、电电源板：电源板板的作用用是提供供功放和和前级所所需要的的电源，一一般要考考虑电流流是否足足够、电电压是否否稳定与与对称（一一般大功功率功放放均用正正负电对对称供电电）、纹纹波（滤滤波电容容的大小小）、反反应速率率（在大大电容上上并接高高速率小小电容）等等因素。 2、电电脑接口口板：起起链接器器的作用用，把机机构和电电路连起起

29、来。3、键盘盘LEDD面板：当键盘盘板与电电脑主机机连接时时，手控控板会自自动锁死死，按键键不会有有动作，此此时键盘盘板上手手控板使使能灯自自动熄灭灭。 当其与与电脑断断开连接接时，手手控板使使能指示示灯亮，表表示手控控板可以以操作。 X，YY，Z 三轴可可以同时时动作。 碰到6只限位开关中的任何一只，在键盘板上对应的限位开关指示灯点亮，手控板会锁定，不允许继续移动。 键盘板上有详细的指示LED，内容丰富，包括三轴的使能、方向、脉冲及六只限位开关的状态LED显示。 4、步步进电机机驱动板板：步进进电机驱驱动板是是用来放放大信号号，驱动动步进电电机的。5、LEED照明明灯盘板板：主要要用起照照明

30、的作作用。6、雕刻刻机内部部接线板板7、手动动控制逻逻辑板2.3 雕刻机机的总体体布局的的基本要要求雕刻机总总体布局局的基本本要求有有以下几几点：1、 首先必须须满足如如加工范范围、工工作精度度、生产产率和经经济性等等各种要要求；2、 确保实现现既定工工艺方法法所要求求的工件件和刀具具的相对对位置与与相对运运动。在在经济合合理的条条件下，尽尽量采用用较短的的传动链链，以简简化机构构，提高高传动精精度和传传动效率率；3、 确保雕刻刻机具有有与所要要求的加加工精度度相适应应的刚度度、抗振振性、热热变形及及噪音水水平；4、 应便于观观察加工工过程，便便于操作作、调整整和维修修，便于于输送、装装卸工件

31、件和清理理。注意意防护，确确保安全全；5、 结构简单单，合理理可靠，便便于加工工和装配配。3 直线线运动机机构设计计3.1 平面连连杆机构构 平面连连杆机构构中构件件的运动动形式多多种多样样，可以以实现给给定运动动规律或或运动轨轨迹；低低副以圆圆柱面或或平面相相接触，承承载能力力高，制制造简便便，易于于获得较较高的制制造精度度。因此此，平面面连杆机机构在各各种机械械、仪器器中获得得了广泛泛应用。平平面四杆杆机构可可按照连连杆是曲曲柄还是是摇杆，将将其分为为三种基基本形式式：曲柄柄摇杆机机构、双双曲柄机机构和摇摇杆机构构。还有有就是含含有移动动副的四四杆机构构有曲柄柄滑块机机构、导导杆机构构和要

32、快快机构等等。但是是连杆机机构不易易精确实实现复杂杂的运动动规律，而而且设计计较为复复杂；当当构件数数和运动动副较多多的情况况下，效效率较低低，因此此我们不不采用这这种机构构设计。3.2 凸轮机机构凸轮机构构是一种种常用的的机构，在在自动化化和半自自动化机机械中应应用广泛泛。凸轮轮机构主主要是有有凸轮、从从动件和和机架三三个基本本构件组组成。根根据凸轮轮和从动动件的不不同形状状和型式式，凸轮轮机构可可分为两两类。 一个是是按凸轮轮形状分分为盘形形凸轮、移移动凸轮轮和圆柱柱凸轮。其其中盘形形凸轮是是一个绕绕固定轴轴线运动动并具有有变化半半径的盘盘形零件件。移动动凸轮是是当盘形形凸轮的的回转中中心

33、趋于于无穷远远时，凸凸轮相对对机架做做直线运运动。圆圆柱凸轮轮是将移移动凸轮轮卷成圆圆柱体。 按从动动件型式式可分为为尖顶从从动件、滚滚子从动动件和平平地从动动件。其其中尖顶顶能与复复杂的凸凸轮轮廓廓保持接接触，因因而能实实现任意意语气的的运动规规律。但但尖顶与与凸轮是是点接触触，磨损损快，只只宜用于于受力不不大的低低速凸轮轮机构。而而滚子从从动件为为了克服服尖顶从从动件的的缺点，在在从动件件的尖顶顶安装了了一个滚滚子，从从而达到到耐磨损损，可承承受较大大载荷的的需求。平平底从动动件是从从动件与与凸轮轮轮廓表面面接触的的端面为为一平面面，它不不能与从从动件的的平底相相垂直，传传动效率率高，且且

34、接触面面间易形形成油膜膜，利于于润滑，可可用于高高速凸轮轮机构。虽虽然凸轮轮机构可可以通过过设计凸凸轮轮廓廓，就可可以是从从动件达达到所需需的运动动规律，但但凸轮轮轮廓与从从动件间间为点接接触或线线接触，易易磨损，因因此我们们也不采采用这种种机构设设计。3.3 滚珠丝丝杠滚珠丝杠杠由螺杆杆、螺母母和滚珠珠组成。它它的功能能是将旋旋转运动动转化成成直线运运动，这这是滚珠珠螺丝的的进一步步延伸和和发展，这这项发展展的重要要意义就就是将轴轴承从滚滚动动作作变成滑滑动动作作。由于于具有很很小的摩摩擦阻力力，滚珠珠丝杠被被广泛应应用于各各种工业业设备和和精密仪仪器。是是工具机机和精密密机械上上最常使使用

35、的传传动元件件，其主主要功能能是将旋旋转运动动转换成成线性运运动，或或将扭矩矩转换成成轴向反反复作用用力，同同时兼具具高精度度、可逆逆转性和和高效率率的特点点。由于于滚珠丝丝杠副的的丝杠轴轴与丝杠杠螺母之之间有很很多滚珠珠在做滚滚动运动动，所以以能得到到较高的的运动效效率。与与过去的的滑动丝丝杠副相相比驱动动力矩达达到1/3以下下，即达达到同样样运动结结果所需需的动力力为使用用滚动丝丝杠副的的1/33。在省省电方面面很有帮帮助。滚滚珠丝杠杠副是用用世界最最高水平平的机械械设备连连贯生产产出来的的，特别别是在研研削、组组装、检检查各工工序的工工厂环境境方面，对对温度、湿湿度进行行了严格格的控制制

36、，由于于完善的的品质管管理体制制使精度度得以充充分保证证。滚珠珠丝杠副副由于是是利用滚滚珠运动动，所以以启动力力矩极小小，不会会出现滑滑动运动动那样的的爬行现现象，能能保证实实现精确确的微进进给。滚滚珠丝杠杠副可以以加予，由由于予压压力可使使轴向间间隙达到到负值，进进而得到到较高的的刚性（滚滚珠丝杠杠内通过过给滚珠珠加予压压力，在在实际用用于机械械装置等等时，由由于滚珠珠的斥力力可使丝丝母部的的刚性增增强）。滚滚珠丝杠杠由于运运动效率率高、发发热小，所所以可以以实现高高速进给给运动。因因此，我我们选用用这种结结构。通过上述述三种机机构的对对比，我我们选用用滚珠丝丝杠这种种机构。4 执行行器电机

37、的的选择4.1 直流电电机 定义输输出或输输入为直直流电能能的旋转转电机称称为直流流电机，它它是能实实现直流流电能和和机械能能互相转转换的电电机。当当它作电电动机运运行时是是直流电电动机，将将电能转转换为机机械能；作发电电机运行行时是直直流发电电机，将将机械能能转换为为电能。直直流电机机的结构构应由定定子和转转子两大大部分组组成。直直流电机机运行时时静止不不动的部部分称为为定子，定定子的主主要作用用是产生生磁场，由由机座、主主磁极、换换向极、端端盖、轴轴承和电电刷装置置等组成成。运行行时转动动的部分分称为转转子，其其主要作作用是产产生电磁磁转矩和和感应电电动势，是是直流电电机进行行能量转转换的

38、枢枢纽，所所以通常常又称为为电枢，由由转轴、电电枢铁心心、电枢枢绕组、换换向器和和风扇等等组成。 直流电电机的励励磁方式式是指对对励磁绕绕组如何何供电、产产生励磁磁磁通势势而建立立主磁场场的问题题。根据据励磁方方式的不不同，直直流电机机可分为为下列几几种类型型：1、他励励直流电电机励磁绕组组与电枢枢绕组无无联接关关系，而而由其他他直流电电源对励励磁绕组组供电的的直流电电机称为为他励直直流电机机，永磁磁直流电电机也可可看作他他励直流流电机。2、 串励直流流电机 串励直直流电机机的励磁磁绕组与与电枢串串联后，再再接于直直流电源源，这种种直流电电机的励励磁电流流就是电电枢电流流。3、 并励直流流电机

39、并励直流流电机的的励磁绕绕组与电电枢绕组组相互并并联，作作为并励励发电机机来说，是是电机本本身出来来的端电电压为励励磁绕组组供电；作为并并励电动动机来说说，励磁磁绕组与与电枢共共用同一一电源，从从性能上上讲与他他励直流流电动机机相同。4、 复励直流流电机复励直流流电机有有并励和和串励两两个励磁磁绕组，若若串励绕绕组产生生的磁通通势与并并励绕组组产生的的磁通势势方向相相同称为为积复励励。若两两个磁通通势方向向相反，则则称为差差复励。不同励磁磁方式的的直流电电机有着着不同的的特性。一一般情况况直流电电动机的的主要励励磁方式式是并励励式、串串励式和和复励式式，直流流发电机机的主要要励磁方方式是他他励

40、式、并并励式和和复励式式。直流电机机的工作作原理：要使电电枢受到到一个方方向不变变的电磁磁转矩，关关键在于于当线圈圈边在不不同极性性的磁极极下，如如何将流流过线圈圈中的电电流方向向及时地地加以变变换，即即进行所所谓“换向”。为此此必须增增添一个个叫做换换向器的的装置，换换向器配配合电刷刷可保证证每个极极下线圈圈边中电电流始终终是一个个方向，就就可以使使电动机机能连续续的旋转转，这就就是直流流电动机机的工作作原理。4.2 交流电电机交流电机机是用于于实现机机械能和和交流电电能相互互转换的的机械。由由于交流流电力系系统的巨巨大发展展，交流流电机已已成为最最常用的的电机。交交流电机机与直流流电机相相

41、比，由由于没有有换向器器，因此此结构简简单，制制造方便便，比较较牢固，容容易做成成高转速速、高电电压、大大电流、大大容量的的电机。交流电机机按其功功能通常常分为交交流发电电机、交交流电动动机和同同步调相相机几大大类。由由于电机机工作状状态的可可逆性，同同一台电电机既可可作为发发电机又又可作电电动机。把把电机分分为发电电机与电电动机并并不很确确切，只只是有些些电机主主要作发发电机运运行，有有些电机机主要作作为电动动机运行行。交流流电机一一般采用用三相制制电源，因因为三相相交流电电机与单单相电机机相比，无无论在性性能指标标，原材材料利用用和价格格等方面面均有明明显的优优越性。同同样功率率的三相相电

42、机比比单相电电机体积积小，重重量轻，价价格低。三三相电动动机有自自起动能能力。单单相电机机没有起起动转矩矩，为解解决起动动问题，需需要采取取一些特特殊的措措施。单单相电机机的转矩矩是脉动动的，噪噪声也比比较大，但但所需的的电源比比较简单单，特别别是在家家庭中使使用十分分方便。因因此小型型家用电电机和仪仪用电机机多采用用单相电电机。目目前较常常用的交交流电动动机有三三相异步步电动机机和单相相交流电电动机两两种。前前一种多多用在工工业上，而而第二种种多用在在民用电电器上。三相异步步电动机机的旋转转原理：三相异异步电动动机要旋旋转起来来的先决决条件是是具有一一个旋转转磁场，三三相异步步电动机机的定子

43、子绕组就就是用来来产生旋旋转磁场场的。但但相电源源相与相相之间的的电压在在相位上上是相差差1200度的，三三相异步步电动机机定子中中的三个个绕组在在空间方方位上也也互差1120度度，这样样，当在在定子绕绕组中通通入三相相电源时时，定子子绕组就就会产生生一个旋旋转磁场场，电流流每变化化一个周周期，旋旋转磁场场在空间间旋转一一周，即即旋转磁磁场的旋旋转速度度与电流流的变化化是同步步的。旋旋转磁场场的转速速为：nn=600f/pp 式中中f为电电源频率率、P是是磁场的的磁极对对数、nn的单位位是每分分钟转速速。根据据此式我我们知道道，电动动机的转转速与磁磁通极数数和使用用电源的的频率有有关，为为此，

44、控控制交流流电动机机的转速速有两种种方法：改变磁磁极和变变频。以以往多用用第一种种方法，现现在则利利用变频频技术实实现对交交流电动动机的无无极变速速控制。单相交流流电动机机的旋转转原理：单相交交流电动动机只有有一个绕绕组，转转子是鼠鼠笼式的的。当单单相正弦弦规律变变化，但但在空间间方位上上市固定定的，所所以又称称这个磁磁场是交交变脉动动磁场。这这个交变变脉动磁磁场可分分解为两两个以相相同转速速、旋转转方向互互为相反反的旋转转磁场，当当转子静静止时，这这两个旋旋转磁场场在转子子中产生生两个大大小相等等、方向向相反的的转矩，使使得合成成转矩为为零，所所以电动动机无法法旋转。当当我们用用外力使使电动

45、机机向某一一方向旋旋转时，这这时转子子与顺时时针旋转转方向的的旋转磁磁场间的的切割磁磁力线运运动变小小；转子子与逆时时针旋转转方向的的旋转磁磁场间的的切割磁磁力线运运动变大大。这样样平衡就就打破了了，转子子所产生生的总的的电磁转转矩将不不再是零零，转子子将顺着着推动方方向旋转转起来。4.3 伺服电电机目前被工工业界广广泛采用用的交流流伺服系系统（电电机+驱驱动）通通常具有有力矩控控制、速速度控制制和位置置控制等等闭环控控制功能能。如果采用用伺服系系统的位位置闭环环控制，配配套选用用的控制制器则只只需具有有轨迹规规划功能能，这样样的运动动控制器器通常价价格比较较低廉，而而且稳定定性和可可靠性也也

46、会比较较好。如如果选用用步进电电机和驱驱动系统统，该类类型控制制器也同同样适用用，这种种类型的的运动控控制器通通常叫做做位置脉脉冲型运运动控制制器。如果我们们想利用用伺服驱驱动的速速度闭环环来完成成系统的的位置闭闭环控制制，则需需要选用用具有位位置闭环环控制功功能的运运动控制制器。这这种控制制方式通通常比第第一种控控制方式式具有更更高的精精度，但但系统的的调整比比第一种种控制方方式复杂杂和困难难。在这这种控制制方式下下，运动动控制器器接受位位置反馈馈信号，进进行位置置闭环控控制，向向伺服驱驱动输出出模拟电电压控制制信号。伺伺服驱动动装置接接受位置置反馈信信号进行行位置闭闭环控制制，向伺伺服驱动

47、动器输出出模拟电电压控制制信号。伺伺服驱动动装置接接受速度度控制信信号，完完成速度度闭环控控制。目目前，这这种类型型的运动动控制器器也已非非常普遍遍。如果伺服服驱动装装置只具具有力矩矩闭环控控制功能能（通常常这种驱驱动装置置结构简简单，成成本低廉廉），则则需选用用具有速速度闭环环和位置置闭环控控制功能能的运动动控制器器来完成成系统的的高精度度位置和和轨迹控控制。这这种类型型的运动动控制器器结构比比较复杂杂，成本本也会比比较高，但但对于需需要多轴轴运动控控制的系系统来说说，如果果采用具具有多轴轴控制能能力的运运动控制制器，总总的系统统成本也也可能会会比其它它两种方方式还要要低廉一一些。因因为多个

48、个驱动成成本的降降低幅度度会超过过一块运运动控制制器成本本的增加加幅度。不不过，除除了一些些能够配配套提供供控制器器和相应应驱动器器的生产产厂家外外，这种种控制方方式比较较少被采采用。伺服电机机既可以以选择交交流伺服服电机也也可以选选择直流流伺服电电机。控控制伺服服电机时时，通过过选择不不同的驱驱动器模模式，运运动控制制器既可可以输出出+/-10VV模拟电电压控制制信号，也也可以输输出脉冲冲控制信信号。选选用伺服服电机时时，应选选配其相相应的伺伺服驱动动器及配配件。对于控制制步进电电机，运运动控制制器提供供两种不不同的控控制信号号：正脉脉冲/负负脉冲、脉脉冲/方方向。这这样，控控制器可可以与目

49、目前任何何类型步步进电机机驱动器器配套使使用。在在控制步步进电机机时，控控制模式式为开环环控制，不不需要编编码器。运动控制制器与伺伺服系统统的匹配配：运动动控制器器作为机机电一体体化系统统的核心心控制系系统，已已经历了了20多多年的发发展，正正在逐步步代替传传统封闭闭型的控控制系统统，被广广大机电电一体化化系统设设计工程程师所采采用。与与此同时时，与执执行装置置所配套套的伺服服驱动系系统也在在不断地地发展，许许多系统统已经具具备了各各种运动动控制功功能对于于给定的的控制对对象，必必须根据据控制目目标选用用适当的的执行与与驱动装装置，然然后根据据执行与与驱动装装置的功功能特征征选用合合适的运运动

50、控制制器，以以最大限限度地利利用控制制与驱动动装置的的功能降降低系统统成本。步进电机机：步进进电机作作为执行行元件，是是机电一一体化的的关键产产品之一一，广泛泛应用在在各种自自动化控控制系统统中。随随着微电电子和计计算机技技术的发发展，步步进电机机的需求求量与日日俱增，在在各个国国民经济济领域都都有应用用。步进进电机是是将电脉脉冲信号号转变为为角位移移或线位位移的开开环控制制元件。在在非超载载的情况况下，电电机的转转速、停停止的位位置只取取决于脉脉冲信号号的频率率和脉冲冲数，而而不受负负载变化化的影响响，当步步进驱动动器接收收到一个个脉冲信信号，它它的驱动动步进电电机按设设定的方方向转动动一个

51、固固定的角角度，称称为“步距角角”，它的的旋转是是以固定定的角度度一步一一步运行行的。可可以通过过控制脉脉冲个数数来控制制角位移移量，从从而达到到标准定定位的目目的。由由于脉冲冲信号数数与步距距角的线线性关系系，加上上步进电电机只有有周期性性的误差差而无累累积误差差等特点点，使得得在速度度、位置置等控制制领域用用步进电电机来控控制边的的非常简简单。步步进电机机是一种种感应电电机，它它的工作作原理是是利用电电子电路路，将直直流电变变成分时时供电的的，多相相时序控控制电流流，用这这种电流流为步进进电机供供电，步步进电机机才能正正常工作作，驱动动器就是是为步进进电机分分时供电电的，多多相时序序控制器

52、器。虽然然步进电电机已被被广泛地地应用，但但步进电电机并不不能像普普通的直直流电机机、交流流电机在在常规下下使用。它它必须由由双环形形脉冲信信号、功功率驱动动电路等等组成控控制系统统方可使使用。因因此用好好步进电电机却非非易事，它它涉及到到机械、电电机、电电子及计计算机等等许多专专业知识识。现在比较较常用的的步进电电机包括括反应式式步进电电机（VVR）、永永磁式步步进电机机（PMM）、混混合式步步进电机机（HBB）和单单相式步步进电机机等。永磁式步步进电机机：永磁磁式步进进电机一一般为两两相，转转矩和体体积较小小，步进进角一般般为7.5度或或15度度；应式步进进电机：反应式式步进电电机一般般为

53、三相相，可实实现大转转矩输出出，步进进角一般般为155度，但但噪声和和振动都都很大。反反应式步步进电机机的转子子磁路由由软磁材材制成，定定子上有有多相励励磁绕组组，利用用磁导的的变化产产生转矩矩。混合式步步进电机机：混合合式步进进电机是是指混合合了永磁磁式和反反应式的的优点。它它又分为为两相和和五相。两两相步进进角一般般为1.8度，而而五相步步进角为为0.772度。这这种步进进电机的的应用最最为广泛泛。一般步进进电机的的精度为为步进角角的3-5，且且小累积积。步进进电机外外表允许许的最目目温度。步步进电机机温度过过高首先先会使电电机的磁磁性材料料退磁，从从而导致致力矩下下降乃至至于失步步，田此

54、此电机外外表允许许的最高高温度应应取决于于不同电电机磁性性材料的的退磁点点；一般般来讲，磁磁性材料料的退磁磁点都在在摄氏ll30度度以上，有有的甚至至高达摄摄氏2000度以以上，所所以步进进电机外外表温度度在摄氏氏80-90度度完全正正常。步步进电机机的力矩矩会随转转速的升升高而下下降。当当步进电电机转动动时，电电机各相相绕组的的电感将将形成一一个反向向电动势势，频率率越高，反反向电动动势越大大。在它它的作用用下，电电机随频频率(或或速度)的增大大而相电电流减小小，从而而导致力力矩下降降。步进进电机低低速时可可以正常常运转，但但若高于于一定速速度就无无法启动动，井伴伴有啸叫叫声。步进电机机有一

55、个个技术参参数：空空载启动动频率，即即步进电电机在空空载情况况下能够够正常启启动的脉脉冲频率率，如果果脉冲频频率高于于该值，电电机小能能正常启启动，可可能发生生丢失或或堵转。在在有负载载的情况况下，启启动频率率应更低低。如果果要使电电机达到到高速转转动，脉脉冲频率率应该有有加速过过程，即即启动频频率较低低，然后后按一定定加速度度升到所所希望的的高频(电机转转速从低低速升到到高速)。直流电机机和交流流电机有有惯性，很很难控制制，而步步进电动动机以其其显著的的特点，让让我们选选择了它它。5 LEED键盘盘板的设设计5.1 LEDD键盘板板的技术术要求 11.当键键盘板与与电脑主主机连接接时，手手控

56、板会会自动锁锁死，按按键不会会有动作作，此时时键盘板板上手控控板使能能灯自动动熄灭。 2.当其与电脑断开连接时，手控板使能指示灯亮，表示手控板可以操作。 33.X，YY，Z 三轴可可以同时时动作。 4.碰到6只限位开关中的任何一只，在键盘板上对应的限位开关指示灯点亮，手控板会锁定，不允许继续移动。 5.键盘板上有详细的指示LED，内容丰富，包括三轴的使能、方向、脉冲及六只限位开关的状态LED显示。5.2 LEDD键盘板板零件的的选择 根据雕雕刻机手手控逻辑辑板的技技术要求求，设计计所需要要的零件件有：1、电容容：作为为无源元元件之一一的电容容，应用用于信号号电路，主主要完成成耦合、振振荡/同同

57、步及时时间常数数的作用用。1）耦耦合，举举个例子子来讲，晶晶体管放放大器发发射极有有一个自自给偏压压电阻，它它同时又又使信号号产生压压降反馈馈到输入入端形成成了输入入输出信信号耦合合，这个个电阻就就是产生生了耦合合的元 件，如如果在这这个电阻阻两端并并联一个个电容，由由于适当当容量的的电容器器对交流流信号较较小的阻阻抗,这这样就减减小了电电阻产生生的耦合合效应，故故称此电电容为去去耦电容容。2）振振荡/同同步，包包括RCC、LCC振荡器器及晶体体的负载载电容都都属于这这一范畴畴。3）时时间常数数，这就就是常见见的 RR、C 串联构构成的积积分电路路。当输输入信号号电压加加在输入入端时，电电容上

58、的的电压逐逐渐上升升。而其其充电电电流则随随着电压压的上升升而减小小。电流流通过电电阻、电电容的特特性通过过下面的的公式描描述：ii = (V/R)ee-(tt/CRR)。44）滤波波，它可可以将一一定频段段内的信信号从总总信号中中去除，减减少干扰扰信号。本设计中中用到的的电容主主要是00.1F的瓷瓷片电容容。2、电阻阻：顾名名思义，就就是增加加电流通通过的阻阻力的。就就象是在在水渠中中放入东东西，能能阻止水水的顺利利通过也也是一个个道理。电电阻可以以限止电电流的通通过量，起起到限流流的作用用；在串串联电路路中，起起到分压压作用。因因使用电电阻的大大小和组组合（串串联或并并联），可可以起到到升

59、压和和降压的的作用；在并联联电路中中，可以以起到分分流的作作用。本设计中中的电阻阻有1kk和1000k的，都是是用来分分压的。 3、稳稳压管：稳压管管在电路中中起稳定定电压作作用。它它利用二二极管被被反向击击穿后，在在一定反反向电流流范围内内反向电电压不随随反向电电流变化化一特点点进行稳稳压的。稳稳压二极极管通常常由硅半半导体材材料采用用合金法法或扩散散法制成成。它既既具有普普通二极极管的单单向导电电特性，又又可工作作于反向向击穿状状态。在在反向电电压较低低时，稳稳压二极极管截止止；当反反向电压压达到一一定数值值时，反反向电流流突然增增大，稳稳压二极极管进入入击穿区区，此时时即使反反向电流流在

60、很大大范围内内变化时时，稳压压二极管管两端的的反向电电压也能能保持基基本不变变。但若若反向电电流增大大到一定定数值后后，稳压压二极管管则会被被彻底击击穿而损损坏。5、芯片片：本设设计中的的芯片主主要是用用来处理理信号的的，选择择的芯片片有下列列4种。 74LS126 ：三态输出四总线缓冲器74HCC08：四2输输入与门门NE5555：在在本次设设计中用用于产生生矩形脉脉冲 6、LLED灯灯：用来来表示各各个部分分的使能能以及运运行状态态。 7、开开关按钮钮：用来来手动控控制电路路。8、变阻阻器：滑滑动变阻阻器是电电学中常常用器件件之一，它它的工作作原理是是通过改改变接入入电路部部分电阻阻线的长

61、长度来改改变电阻阻的。滑滑动变阻阻器在电电路中的的作用是是:(11)保护护电路，即即连接好好电路，电电键闭合合前,应应调节滑滑动变阻阻器的滑滑片P，使使滑动变变阻器接接入电路路部分的的电阻最最大。(2)通通过改变变接入电电路部分分的电阻阻来改变变电路中中的电流流，从而而改变与与之串联联的导体体(用电电器)两两端的电电压。5.3 LEDD键盘板板电路图图的设计计及其原原理雕刻机LLED键键盘板的的电路原原理图如如下图所所示：（图1）本人将这这块LEED键盘盘板分为为5个部部分来解解析：人人机交互互、状态态显示、多谐振荡器、外部接口及滤波电路。1、人机机交互。如如下图所所示：（图2）这台雕刻刻机除了了能与电电脑联机机运行固固定程序序外，还还能够人人为地操操控其运运行轨迹迹。上图图中的六六个开关关分别能能够控制制X、YY、Z的的运动，当当然，前前提是不不超程。2、状态态显示（图3）图2中LLED灯灯表示的的是与键键盘板相相连的逻逻辑手控控板的使使能，当当雕刻机机与电脑脑相连时时，右端端所接为为高电平平，灯灭灭，表示示手控板板已无法法使用。（图4）图4中116个LLED表表示的含含义如下下表所示示：LED标标号表示的含含义1电源指示示2步进电机机使能3X轴脉冲冲4X轴方向向5Y轴脉冲冲6Y轴方向向7Z轴脉冲冲8