1. 研究目的与意义

自1960年第一束三轴桌面式产生以来，三轴桌面式技术经过快速的发展成为了一个新兴的学科，三轴桌面式加工方法也由此发展而来。三轴桌面式的特点是单色性好、相干性高、具有很高的亮度和很好的方向性，这些特点使三轴桌面式利于在工业中操作应用。随着技术的不断发展，三轴桌面式加工技术逐渐获得了更加广泛的应用。三轴桌面式加工技术的应用方式主要包括三轴桌面式雕刻、表面处理等。

雕刻机是一种典型的机电一体化产品，可进行切、刻、雕等动作，用于在标牌、礼品、模具等表面雕刻，具有自动化程度高、适应性广、加工精度高等特点。美国“雕霸”、法国“嘉宝”和日本“御牧”等雕刻机体积大，价格高昂，国内北京“精雕”、.上海“啄木 鸟”等雕刻机，价格也较昂贵。为此设计一台结构简单、软硬件开放、功能较为齐全、成本低的小型雕刻机很有必要。

针对目前国内外对数控雕刻机的设计发展研究，大部分研究机构及公司将雕刻机发展定位于高精度高速度高可靠度等方面的追求，然而在目前经济条件下，尤其是在中国以制造业为主的大环境下，数控雕刻机还存在以下不足之处。

2. 课题关键问题和重难点

本文对雕刻机的基本结构和自由度分析，机床整体结构设计，x、y、z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，三轴桌面式雕刻机传动方案设计。几种雕刻机常用的传动机构比较，然后再根据三轴桌面式雕刻机的具体要求确定各个模块的传动方案。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，包括雕刻机三轴桌面式器x方向移动方案，y方向移动方案，z方向移动方案。并完成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。对雕刻机的一些主要零件进行工艺分析与制定，进一步熟悉其加工的具体过程。

难点：步进电动机的选择；雕刻机各零部件材料的选择

3. 国内外研究现状（文献综述）

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。雕刻机应用水平是一个国家工业自动化水平的重要标志。国际标准化组织(iso)对雕刻机的定义是这样的：“雕刻机是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。工业雕刻机是雕刻机的主要研究类型，它并不是简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上来说，雕刻机是机器进化过程的产物，是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。工业雕刻机由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在二维空间完成各种作业的机电一体化自动设备，适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定和提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着重要的作用。

一、国内精雕机的发展

目前，随着三轴桌面式雕刻设备在应用技术、工艺上的开发推广，三轴桌面式平面打标、雕刻设备的制造销售已呈现良好的上升态势。国内从事三轴桌面式设备开发、制造、销售的公司，以及代理国外三轴桌面式设备的公司迅速增加。竞争也日趋激烈。但是，国内市场的所有三轴桌面式设备都停留在三轴桌面式平面雕刻阶段，尚没有一家公司或科研单位能拿出一台三轴桌面式三维雕刻系统。一些精细的三维模具雕刻仍然依靠电脑机雕，或者是手雕。但是机雕和手雕都有极大的弱点和局限，制约了一些精细工艺的发展。国内已有几家三轴桌面式科研机构在对三轴桌面式三维精雕机进行研究。在精雕领域，国内传统机械精雕设备做得最好的是北京精雕，其在解决精细雕刻模具方面赢得了巨大的市场和成功。但由于机械刀雕的先天局限，仍有很多高精端雕刻无法实现。

4. 研究方案

布局（1）方案中，工作台固定，雕刻头作横向和上下移动，立柱作纵向移动。该方案便于变形为不同纵向长度的雕刻机。由于工作台不动，承载能力好，适合加工较重的工件。在使用外伸支架支撑纵向长工件进行批量加工时，支点高度相同，故支架支撑调整方便。但雕刻头运动精度较难保证且立柱移动较笨重。

布局（2）方案中，立柱固定，雕刻头作横向和上下移动，工作台作纵向移动。由于工作台移动，承载能力较布局（1）方案差。若设计所承载工件的较轻，这种布局方式所需电机功率和传动件的尺寸较小，移动较轻便。在使用外伸支架支撑纵向长工件进行批量加工时，支点高度相同，故支架支撑调整便，但支架结构较布局（1）方案略显复杂。该方案的最大优势在于雕刻头运动精度较易保证。

经以上比较，充分考虑到布局的基本要求、影响布局的基本因素及三维雕刻机的设计参数，采用布局（2）方案。

5. 工作计划

毕业设计前一学期末完成英文翻译，收集、查阅、文献资料并准备开题报告。

2023.1.2～2023.1.15 完成译文翻译，查阅文献，完成开题报告并上传毕设 网。