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基本信息
- 項目名稱：
- 多方位三坐標(biāo)數(shù)控雕刻機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 對雕刻機的結(jié)構(gòu)及其運動控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整并加以改進(jìn)，以促進(jìn)零件加工質(zhì)量的改進(jìn), 實現(xiàn)對雕刻機三個方向運動的準(zhǔn)確控制以及通過旋轉(zhuǎn)雕刻機主軸鋁座的角度，可進(jìn)行上、下、左、右等四個方位的工件進(jìn)行雕刻、鉆孔等功能;提高數(shù)控雕刻機的可靠性、降低成本,給用戶便宜、方便、操作簡單的雕刻機。還可用于教學(xué)當(dāng)中，幫助學(xué)生了解數(shù)控機床結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的動手能力及學(xué)習(xí)的積極性。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、研究的目的： 提高數(shù)控雕刻機的可靠性、降低成本。通過對數(shù)控雕刻機進(jìn)行三維實體建模仿真，再根據(jù)仿真模型制作樣機，能在制造前發(fā)現(xiàn)問題的存在，避免制造的時候產(chǎn)生不必要的浪費，進(jìn)而降低制造成本。此外還可提高零件加工質(zhì)量。根據(jù)加工結(jié)果的反饋情況，對雕刻機的結(jié)構(gòu)及其運動控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整并加以改進(jìn)，以促進(jìn)零件加工質(zhì)量的改進(jìn)。給用戶便宜、方便、操作簡單的雕刻機。 二、基本思路： 建立雕刻機整機的三維實體模型，制作雕刻機樣機。對雕刻機運動控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，實現(xiàn)對雕刻機三個方向運動的準(zhǔn)確控制以及在上、下、左、右四個方位上對所需工件進(jìn)行雕刻、鉆孔等功能。編制相應(yīng)的G代碼程序進(jìn)行零件加工，最后對雕刻機的結(jié)構(gòu)及其運動控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整并加以改進(jìn)。 三、采用現(xiàn)代制造的理念、對傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造與創(chuàng)新，主要創(chuàng)新點如下： 1. 把數(shù)控技術(shù)運用于雕刻機； 2. 較傳統(tǒng)的手工雕刻、仿形雕刻，數(shù)控雕刻具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、成品率高、對零件的適應(yīng)性強等顯著優(yōu)勢； 3. 可以運用多種雕刻軟件系統(tǒng)，如Mach3軟件； 4. 雕刻機與PC機通過并口連接，無需專用的數(shù)控系統(tǒng)，操作簡便、界面友好、具有良好的開放性且成本低廉； 5. 通過旋轉(zhuǎn)雕刻機主軸鋁座的角度，可進(jìn)行上、下、左、右等四個方位的工件加工； 6.用于教學(xué)當(dāng)中，幫助學(xué)生了解數(shù)控機床結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的動手能力及學(xué)習(xí)的積極性。 四、研究的技術(shù)關(guān)鍵： 1. 步進(jìn)電機脈沖加減速控制； 2. 運動控制的插補算法設(shè)計； 3. PC機并口輸入輸出的控制。 五、主要技術(shù)指標(biāo)： 1. 三軸有效行程：X軸：130mm，Y軸：200mm，Z軸：40mm； 2. 指標(biāo)精度：加工精度0.1mm，重復(fù)定位精度0.05 mm 3. 重量：15kg； 4. 外形尺寸：430*360*350 mm3。 六、作品科學(xué)性： 數(shù)控雕刻機是數(shù)控技術(shù)和雕刻工藝相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專用的數(shù)控機床。把數(shù)控技術(shù)運用于雕刻機， 即用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)機械設(shè)備動作的控制。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。與通用數(shù)控機床類似，數(shù)控雕刻機通過數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序代碼控制雕刻機運作，實現(xiàn)雕刻加工的自動化。 七、作品的先進(jìn)性： 較傳統(tǒng)的手工雕刻、仿形雕刻，數(shù)控雕刻具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、成品率高、對零件的適應(yīng)性強等顯著優(yōu)勢，在成本大大降低的情況下還可以進(jìn)行多方位加工工件，對該作品的下一步研究：○1在旋轉(zhuǎn)雕刻機主軸鋁座角度的方面設(shè)計旋轉(zhuǎn)精度更高并由軟件控制其旋轉(zhuǎn)的裝置；○2在工作臺上加上圓形軌道，用電機驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而形成多個工作臺且能連續(xù)加工的功能（附建模圖片），同時，借助專用的雕刻CAD/CAM等軟件系統(tǒng)，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，數(shù)控雕刻機現(xiàn)已成為實現(xiàn)雕刻加工自動化、高效率、高精度的有效手段，也是當(dāng)今雕刻機的發(fā)生主流，廣泛應(yīng)用于機械工業(yè)、廣告?zhèn)髅?、日常消費以及建筑裝潢等眾多領(lǐng)域。還可用于教學(xué)當(dāng)中，幫助學(xué)生了解數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的動手能力及學(xué)習(xí)的積極性。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、研究的目的： 提高數(shù)控雕刻機的可靠性、降低成本；給用戶便宜、方便、操作簡單的雕刻機。 二、基本思路： 建立雕刻機整機的三維實體模型，制作雕刻機樣機。對雕刻機運動控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，實現(xiàn)對雕刻機三個方向運動的準(zhǔn)確控制以及在上、下、左、右四個方位上對所需工件進(jìn)行雕刻、鉆孔等功能。編制相應(yīng)的G代碼程序進(jìn)行零件加工。 三、采用現(xiàn)代制造的理念、對傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改造與創(chuàng)新，主要創(chuàng)新點如下： 1. 把數(shù)控技術(shù)運用于雕刻機； 2. 較傳統(tǒng)的手工雕刻、仿形雕刻，數(shù)控雕刻具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、成品率高、對零件的適應(yīng)性強等顯著優(yōu)勢； 3. 可以運用多種雕刻軟件系統(tǒng)，如Mach3軟件； 4. 雕刻機與PC機通過并口連接，無需專用的數(shù)控系統(tǒng)，操作簡便、界面友好、具有良好的開放性且成本低廉； 5. 通過旋轉(zhuǎn)雕刻機主軸鋁座的角度，可進(jìn)行上、下、左、右等四個方位的工件加工； 6.用于教學(xué)當(dāng)中，幫助學(xué)生了解數(shù)控機床結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的動手能力及學(xué)習(xí)的積極性。 四、研究的技術(shù)關(guān)鍵： 1. 步進(jìn)電機脈沖加減速控制； 2. 運動控制的插補算法設(shè)計； 3. PC機并口輸入輸出的控制。 五、主要技術(shù)指標(biāo)： 1. 三軸有效行程（mm）：X軸：130 Y軸：200 Z軸：40； 2. 指標(biāo)精度：加工精度0.1mm，重復(fù)定位精度0.05 mm 3. 重量：15kg； 4. 外形尺寸：430*360*350 mm3。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 一、作品科學(xué)性： 數(shù)控雕刻機把數(shù)控技術(shù)運用于雕刻機，與通用數(shù)控機床類似，數(shù)控雕刻機通過數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序代碼控制雕刻機運作，實現(xiàn)雕刻加工的自動化。 二、作品的先進(jìn)性： 較傳統(tǒng)的手工雕刻、仿形雕刻，數(shù)控雕刻具有生產(chǎn)效率高、加工精度高、成品率高、對零件的適應(yīng)性強等顯著優(yōu)勢，在成本大大降低的情況下還可以進(jìn)行多方位加工工件，對該作品的下一步研究：1.在旋轉(zhuǎn)雕刻機主軸鋁座角度的方面設(shè)計旋轉(zhuǎn)精度更高并由軟件控制其旋轉(zhuǎn)的裝置；2.在工作臺上加上圓形軌道，用電機驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而形成多個工作臺且能連續(xù)加工的功能（附建模圖片），同時，借助專用的雕刻CAD/CAM等軟件系統(tǒng)，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，數(shù)控雕刻機現(xiàn)已成為實現(xiàn)雕刻加工自動化、高效率、高精度的有效手段，也是當(dāng)今雕刻機的發(fā)生主流，廣泛應(yīng)用于機械工業(yè)、廣告?zhèn)髅?、日常消費以及建筑裝潢等眾多領(lǐng)域。還可用于教學(xué)當(dāng)中，幫助學(xué)生了解數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的動手能力及學(xué)習(xí)的積極性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型、 現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 一、使用說明： 1.按客戶要求和設(shè)計要求進(jìn)行排版, 在正確計算完路徑后,將不同刀具的路徑進(jìn)行保存生成相應(yīng)的G代碼。 2.固定好待加工材料在雕刻機的工作臺上。 3.接通電源，使用mach3手動控制定好加工原點，對主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給深度分別進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，使雕刻機處于工作等待狀態(tài)。 4.在mach3將G代碼文件打開(可預(yù)覽)，確認(rèn)路徑正確后運行程序，即可自動完成文件的雕刻工作。 二、技術(shù)特點和優(yōu)勢： 該小型數(shù)控雕刻機，采用PC機直接進(jìn)行數(shù)字控制，能進(jìn)行多方位雕刻、鉆孔等功能。無需專用的數(shù)控系統(tǒng)，操作簡便，界面友好，具有良好的開放性。本作品相比于目前的雕刻設(shè)備，生產(chǎn)成本低、質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，容易根據(jù)需求增加各種固定加工模式等功能定制。 三、推廣前景及市場分析： 適用于印制電路板雕刻、文字圖形雕刻、工藝品制作、CAM數(shù)控系統(tǒng)教學(xué)等多種應(yīng)用場合，也可用于數(shù)控系統(tǒng)教學(xué)等。本系統(tǒng)經(jīng)過改造，還可利用縫紉機在衣物、臺布、毛巾上繡漢字、圖形，用于服裝銷售、餐飲、洗浴等高檔化的服務(wù)行業(yè)。
同類課題研究水平概述
- 1938年世界第一臺手動雕刻機在法國“嘉寶”問世，1950年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺真正意義的電動、可縮放比例的手動雕刻機。隨后美國、日本和法國等國也開始研制。20世紀(jì)90年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動微型計算機的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計算機技術(shù)帶動整個高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機完成了從2D—2.5D—3D加工的變革，功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價格合理成為雕刻機研制的基本要求。近幾年國內(nèi)的雕刻機，北京“精雕”、上海“啄木鳥”在國內(nèi)也有一定的市場，但價格也不菲。雕刻加工涉及各行各業(yè)、分布很廣，可加工的材料也是非常廣泛。未來的科技社會里，雕刻加工必定會有更廣闊的前景。 本課題在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上完成了三軸聯(lián)動數(shù)字控制雕刻機機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計包括總體布局、加工原理、主軸與主傳動系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)以及整個雕刻機的結(jié)構(gòu)設(shè)計?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計包括主控系統(tǒng)、主軸驅(qū)動系統(tǒng)、步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)、人機界面和通信系統(tǒng)的設(shè)計。軟件設(shè)計則對整個系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和一些主要子程序進(jìn)行了邏輯分析。 雕刻機與PC機通過并口連接，無需專用的數(shù)控系統(tǒng)，操作簡便，界面友好，具有良好的開放性。本作品相比于目前的雕刻設(shè)備，生產(chǎn)成本低、質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單，容易根據(jù)需求增加各種固定加工模式等功能定制。適用于印制電路板雕刻、三維文字圖形雕刻、小型模具加工、工藝品制作、CAM數(shù)控系統(tǒng)教學(xué)等多種應(yīng)用場合。
