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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 刻圖機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是一款新型的雕刻產(chǎn)品，體積小、精度高、功耗低、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，一經(jīng)推廣，可有效的推動(dòng)雕刻行業(yè)中小型雕刻的發(fā)展。刻圖機(jī)器人外表美觀、大方、噪音小，非常適合中小企業(yè)及私人應(yīng)用。可廣泛應(yīng)用到工藝禮品業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、PCB加工業(yè)、廣告業(yè)、 印章業(yè)、木器加工業(yè)等行業(yè)。其強(qiáng)大的3D觀測(cè)界面給開發(fā)帶來極大的便利，減少開發(fā)過程中的環(huán)節(jié)，使開發(fā)更快速高效，大大降低了開發(fā)的成本。
- 詳細(xì)介紹：
- 1 方案概述 1.1 課題來源 傳統(tǒng)的手工雕刻是以“刀斧鑿”為工具，無論從生產(chǎn)效率和精度上都難于適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的需要！機(jī)械雕刻的出現(xiàn)為“雕刻”進(jìn)入工業(yè)起到了巨大的推動(dòng)作用，尤其是圖案和文字的雕刻能力加速了模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度！然而目前在國(guó)內(nèi)市面上出現(xiàn)的雕刻機(jī)，雖然性能較好，但是價(jià)格也非常昂貴，而且功耗很大，體積龐大，普通的雕刻機(jī)都是萬元以上，令一些小單位及個(gè)人用戶望而卻步。上述弱勢(shì)阻礙著“雕刻”在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用廣度。人們對(duì)一款新型的體積小、功耗低、價(jià)格低廉的雕刻機(jī)器的需要已經(jīng)是迫在眉睫。所以想設(shè)計(jì)一款刻圖機(jī)器人。其主要目的是用于工藝禮品業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、PCB加工業(yè)、廣告業(yè)、 印章業(yè)、木器加工業(yè)等行業(yè)的小型、高精度、低功耗、價(jià)格低廉的雕刻工具。 1.2應(yīng)用領(lǐng)域 該刻圖機(jī)器人可以應(yīng)用到立體廣告制作中，而三維立體的、彩色的圖案更受到人們的歡迎，滿足現(xiàn)代人審美觀的需要；在工藝品行業(yè)，可在工藝品、紀(jì)念品上刻制各類文字和圖形；在PCB板制作中，可對(duì)其電路進(jìn)行制作、鉆孔銑槽等操作，而且精度相當(dāng)高。在制鞋業(yè)，鞋材和鞋底加工是的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，該刻圖機(jī)器人可構(gòu)造和加工以藝術(shù)曲面為主要形態(tài)的鞋底模型、鞋材高周波模具以及斬皮模具；在印章行業(yè)，可在牛角、塑料、有機(jī)板、木頭、儲(chǔ)置墊等材料上方便地刻制印章…… 1. 3技術(shù)指標(biāo) 低速力矩大，可以保證低轉(zhuǎn)速切削，輸出平穩(wěn)。 高性能矢量控制。 轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)速精度高。 加減速的時(shí)間盡量短。減速停車速度快。 全速度范圍內(nèi)速度波動(dòng)小 重量輕、體積小，能適應(yīng)多種要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合。 抗干擾能力強(qiáng) 2 上位機(jī)軟件介紹 2.1 整體制作流程 刻圖機(jī)器人雕刻產(chǎn)品簡(jiǎn)單易行，容易掌握，很適合小型用戶使用。下面簡(jiǎn)單介紹一下制作流程。 1、要加工的灰度圖如圖2.1所示 圖2.1 要加工的灰度圖 2、將灰度圖導(dǎo)入到ArtCAM軟件中 圖2.2 將灰度圖導(dǎo)入到ArtCAM軟件中 3、對(duì)灰度圖進(jìn)行3D處理 圖2.3 對(duì)灰度圖進(jìn)行3D處理 4、對(duì)3D圖進(jìn)行仿真 圖2.4 對(duì)3D圖進(jìn)行仿真 5、仿真出的3D效果，并將其生成G代碼 圖2.5 對(duì)3D圖進(jìn)行仿真 6、將G代碼導(dǎo)入到MACH2軟件中，控制刻圖機(jī)器人的運(yùn)行，雕出設(shè)計(jì)的作品 圖2.6 將G代碼導(dǎo)入到MACH2軟件中 7、刻圖機(jī)器人運(yùn)行中 圖2.7 刻圖機(jī)器人正在雕刻 2.2 ArtCAM.2008.Pro 浮雕操作軟件 ArtCAM 軟件是一款功能強(qiáng)大的三維浮雕設(shè)計(jì)及加工的完整解決方案。她可快速將二維構(gòu)思轉(zhuǎn)換成三維藝術(shù)浮雕產(chǎn)品。全中文用戶界面使您能更加方便、快捷、靈活地進(jìn)行三維浮雕設(shè)計(jì)和加工。 ArtCAM有如下特點(diǎn) 1）ArtCAM 能夠由二維線條快速生成的三維浮雕模型，速度之快超乎想像，此功能將大大縮減產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間，快速響應(yīng)市場(chǎng)。 2）ArtCAM 能夠?qū)⒄掌苯愚D(zhuǎn)化為三維浮雕模型，此功能可以快速給模型增加漂亮的紋理，增加產(chǎn)品的價(jià)值。 3）ArtCAM 獨(dú)特的頭像造型功能，能在十分鐘內(nèi)由照片得到栩栩如生的側(cè)面像浮雕，特別適合于人像紀(jì)念幣的設(shè)計(jì)。 4）ArtCAM 獨(dú)有的浮雕層的功能，引領(lǐng)了浮雕類軟件模型分層設(shè)計(jì)管理的先河，極大的提高了設(shè)計(jì)的靈活度。此功能可以輕松解決浮雕底面增加弧度的問題，并能任意控制浮雕及弧面的高度。 5）ArtCAM 提供了手工交互式雕刻工具，此功能可以讓設(shè)計(jì)師在電腦里模擬手工雕刻，最大程度的提高了設(shè)計(jì)的靈活性。 6)ArtCAM 擁有500多個(gè)三維浮雕素材庫，設(shè)計(jì)師可以調(diào)用浮雕庫里的素材進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)也可以將自己設(shè)計(jì)的浮雕增加到庫里，方便今后使用，大大提高工作效率。 7）ArtCAM提供了多種高效的加工策略以及加工模擬仿真功能。在進(jìn)行模型實(shí)際加工之前，可以在ArtCAM 里進(jìn)行加工過程的模擬，通過模擬，可以提前避免不必要的錯(cuò)誤。 ArtCAM.2008.Pro打開三維浮雕文件的視圖如圖2.8。 圖2.8 ArtCAM.2008.Pro打開三維浮雕文件的視圖 圖2.9 ArtCAM.2008.Pro打開三維浮雕文件仿真圖 2. 3 match2雕刻機(jī)控制軟件 MACH2軟件是目前業(yè)余情況下使用較多的CNC 軟件之一，它是一種使用PC機(jī)并口或USB口（需要專用驅(qū)動(dòng)器）控制步進(jìn)電機(jī)的CNC 軟件，使用方便，但設(shè)置、功能較多。 該軟件有如下特點(diǎn)： · 直接使用G代碼文件 · 支持DXF BMP JPG 與 HPGL 直接導(dǎo)入 · 直觀 G-代碼 路線顯示 · 可編輯G代碼文件 · 主軸變頻器控制 · 即時(shí)加工進(jìn)度顯示 · 手動(dòng)控制功能 · 可使用并口或USB輸出通過驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī) · 可以運(yùn)行在Windows 98/NT/2000/XP 等32 位操作系統(tǒng)上 mach2操作界面如圖2.10。 圖2.10 mach2操作界面 2. 4coppercamCAM——專業(yè)的PCB雕刻軟件 COPPERCAM是個(gè)非常強(qiáng)的專業(yè)制作PCB雕刻軟件，可以用PROTEL設(shè)計(jì)的電路GERBER文件轉(zhuǎn)換成雕刻機(jī)認(rèn)識(shí)的 G 代碼。可以產(chǎn)生隔離，銑削，鉆孔，銑邊等功能，可以做雙面板。使用簡(jiǎn)單，是電子愛好者不可多得的軟件。 COPPERCAM是個(gè)非常強(qiáng)的專業(yè)制作PCB雕刻軟件， 可以用PROTEL設(shè)計(jì)的電路GERBER文件轉(zhuǎn)換成雕刻機(jī)認(rèn)識(shí)的 G 代碼?？梢援a(chǎn)生隔離，銑削，鉆孔，銑邊等功能，可以做雙面板。使用簡(jiǎn)單，是電子愛好者不可多得的軟件。加工的PCB仿真圖如圖2.11。 圖2.11加工的PCB仿真圖 3 系統(tǒng)工作原理 3.1三軸TA8435H主控板 步進(jìn)電機(jī)是一種可將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變角位移或線位移的開環(huán)控制元精密電機(jī)。可以通過控制脈個(gè)數(shù)來控制角度位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為 100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。三軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3.1所示。 圖3.1 三軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 3.2機(jī)械行程執(zhí)行機(jī)構(gòu) X、Y工作臺(tái)是用直線導(dǎo)軌滾珠絲杠做傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，外形尺寸小、工作載荷大、工作穩(wěn)定、有很好的剛性，從而保證了良好的線性度和精度。Z軸動(dòng)力部分，采用目前比較好的一種方法是直接采用專用的雕刻頭——即一種加持刀具的部位與旋轉(zhuǎn)軸做在一起的可實(shí)現(xiàn)及主軸動(dòng)力部分的動(dòng)力源采用具有優(yōu)良的啟動(dòng)和調(diào)速性能直流電機(jī)，。通過皮帶傳動(dòng)來使夾持刀具的鉆頭產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)，同樣可以保證刀具在旋轉(zhuǎn)時(shí)有較好的同軸性。具有較高的切削速度、較好的同軸性及較大的切削力。Z軸動(dòng)力部分如圖圖3.2所示。 圖3.2 Z軸動(dòng)力部分 4 部分雕刻作品賞析 下面是一些雕刻作品的欣賞。 圖4.1 浮雕作品——牛 圖4.2 浮雕作品——人頭肖像 圖4.3 浮雕作品——葡萄 圖4.4 浮雕作品——蜥蜴 圖4.5浮雕作品——單層板 5 結(jié)語 本系統(tǒng)充分利用了PC資源，實(shí)現(xiàn)了PC和機(jī)械結(jié)合的數(shù)控作品。給大家展示了一個(gè)智能雕刻設(shè)備——刻圖機(jī)器人。各項(xiàng)功能都很好的完成，展現(xiàn)出一款體積小、精度高、功耗低、價(jià)格低廉的雕刻工具。是全新的小型雕刻設(shè)備。不需太大的空間即可制作自己想要的雕刻產(chǎn)品，適合中小企業(yè)及私人應(yīng)用。而且這款刻圖機(jī)器人有相當(dāng)高的精度，滿足用戶對(duì)制作效果的高精度的要求，特別是雕刻工藝品和電路板等產(chǎn)品。應(yīng)用先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)，制作出外表美觀、大方、噪音小的產(chǎn)品，發(fā)展前景相當(dāng)廣泛。最深刻的感觸是無論做什么事情都不可半途而廢，堅(jiān)持的魅力在于看似一切的平常在潛移默化中成就了偶然中的必然。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 【基本思路】 1、制作一款價(jià)格低廉的雕刻工具，滿足大部分行業(yè)的不同需求。 2、該刻圖機(jī)器人應(yīng)該小巧、低功耗，不需太大的空間即可制作自己想要的雕刻產(chǎn)品，適合中小企業(yè)及私人應(yīng)用。 3、這款刻圖機(jī)器人要有相當(dāng)高的精度，滿足用戶對(duì)制作效果的高精度的要求，特別是雕刻工藝品和電路板等產(chǎn)品。 4、注入先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)，使刻圖機(jī)器人呈現(xiàn)在人們面前的是一款美觀、大方、噪音小、成本低的產(chǎn)品。 【創(chuàng)新點(diǎn)】 1、制作出3D的浮雕效果。滿足廣告商以“新”和“異”來表達(dá)自己的主題并吸引公眾的注意！使廣告行業(yè)有所突破。 2、設(shè)計(jì)方便，雕刻成功率高。3、精密高速主軸電機(jī)配合高精度的刻刀使刻圖機(jī)器人具有精湛的雕刻工藝4、傳動(dòng)系統(tǒng)性能優(yōu)越。X、Y軸均采用先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品，用直線導(dǎo)軌傳動(dòng)，精度高，剛性好，提高雕刻的精度。 5、控制軟件支持多種數(shù)據(jù)格式。全面兼容UG、MASTERCAM、ArtCAM、AutoCAD、Type3、文泰、精雕等CAD/CAM生產(chǎn)的代碼格式，增加了該刻圖機(jī)器人的應(yīng)用市場(chǎng)。 【技術(shù)關(guān)鍵】 1、低速力矩大，可以保證低轉(zhuǎn)速切削，輸出平穩(wěn)。 2、高性能矢量控制。 3、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)速精度高。 4、加減速的時(shí)間盡量短。減速停車速度快。 5、全速度范圍內(nèi)速度波動(dòng)小。 6、抗干擾能力強(qiáng)。 【主要技術(shù)指標(biāo)】 功耗、雕刻精度、體積、生產(chǎn)成本、3D效果。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、使用精密高速主軸電機(jī)。使用精密高速主軸電機(jī)是小刀具高速雕刻的基本保證！高速精密主軸電機(jī)的“高轉(zhuǎn)速、高精度、低噪音、低震動(dòng)、高速恒功率”等特點(diǎn)，確保小刀具可獲得較高的切削線速度、保持較高的旋轉(zhuǎn)精度、產(chǎn)生足夠的高速切削力、減少震動(dòng)和跳動(dòng)斷刀。 2、采用先進(jìn)的傳動(dòng)技術(shù)，提高雕刻精度。X、Y軸均采用先進(jìn)的直線導(dǎo)軌傳動(dòng)，精度高，剛性好，提高雕刻的精度，極大的滿足客戶的需求。 3、采用先進(jìn)的立體合成技術(shù)?？梢酝ㄟ^攝像頭拍攝物體正面圖片、側(cè)面圖片和俯視圖片，通過上位機(jī)處理得到其對(duì)應(yīng)的3D模型轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的代碼控制刻圖機(jī)器人的運(yùn)行，制作出顯示的物體模型。 4、強(qiáng)大的上位機(jī)軟件支持。通過上位機(jī)可以看到雕刻出來的物體的3D模型、路徑選擇、自動(dòng)換刀等各種參數(shù)的設(shè)置，使得雕刻機(jī)性能更穩(wěn)定，更加人性化，給大批量生產(chǎn)前的測(cè)試提供了可靠的保障。 5、采用先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)芯片，保障機(jī)器的高精度低功耗的運(yùn)行。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 中國(guó)雕刻行業(yè)的發(fā)展是很迅速的，從前幾年的手工雕刻轉(zhuǎn)變到現(xiàn)在的機(jī)器雕刻。雕刻產(chǎn)品給人們帶來了前所未有的變化，既節(jié)省了雕刻的時(shí)間，又使得雕刻工藝提高很多。然而目前在國(guó)內(nèi)市面上出現(xiàn)的雕刻機(jī)，雖然性能較好，但是價(jià)格也非常昂貴。普通的雕刻機(jī)都是萬元以上，令一些小單位及個(gè)人用戶望而卻步。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了這款體積小、精度高、功耗低、價(jià)格低廉的雕刻工具--刻圖機(jī)器人。極大的滿足不同行業(yè)的對(duì)小型的高精度的雕刻需求，是中小企業(yè)私人等的最佳選擇。 該刻圖機(jī)器人可以應(yīng)用到立體廣告制作中，而三維立體的、彩色的圖案更受到人們的歡迎，滿足現(xiàn)代人審美觀的需要；在工藝品行業(yè)，可在工藝品、紀(jì)念品上刻制各類文字和圖形；在PCB板制作中，可對(duì)其電路進(jìn)行制作、鉆孔銑槽等操作，而且精度相當(dāng)高。在制鞋業(yè)，鞋材和鞋底加工是主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，該刻圖機(jī)器人可構(gòu)造和加工以藝術(shù)曲面為主要形態(tài)的鞋底模型、鞋材高周波模具以及斬皮模具；在印章行業(yè)，可在牛角、塑料、有機(jī)板、木頭、儲(chǔ)置墊等材料上方便地刻制印章……
同類課題研究水平概述
- 中國(guó)雕刻行業(yè)的發(fā)展是很迅速的，從前幾年的手工雕刻轉(zhuǎn)變到現(xiàn)在的機(jī)器雕刻。1938年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國(guó)“嘉寶”問世，1950年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺(tái)真正意義的電動(dòng)、可縮放比例的手動(dòng)雕刻機(jī)。隨后美國(guó)、日本和法國(guó)等國(guó)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(dòng)微型計(jì)算機(jī)的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)高技術(shù)群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。自從有了人類的社會(huì)活動(dòng)以后，就有了雕刻這一行業(yè)，伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展，雕刻機(jī)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(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。 雕刻加工涉及各行各業(yè)、分布很廣，有禮品業(yè)、廣告業(yè)、印章業(yè)、木器加工業(yè)、建筑業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、機(jī)械加工、工裝模具等等。 雕刻產(chǎn)品給人們帶來了前所未有的變化，既節(jié)省了雕刻的時(shí)間，又使得雕刻工藝提高很多。然而目前在國(guó)內(nèi)市面上出現(xiàn)的雕刻機(jī)，雖然性能較好，但是價(jià)格也非常昂貴。普通的雕刻機(jī)都是萬元以上，令一些小單位及個(gè)人用戶望而卻步。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了這款體積小、精度高、功耗低、價(jià)格低廉的雕刻工具--刻圖機(jī)器人。極大的滿足不同行業(yè)的對(duì)小型的高精度的雕刻需求，是中小企業(yè)私人等的最佳選擇。 該刻圖機(jī)器人采用先進(jìn)的立體合成技術(shù)、強(qiáng)大的上位機(jī)軟件能制作出3D的浮雕效果；設(shè)計(jì)方便，雕刻成功率高；精密高速主軸電機(jī)再配合高精度的刻刀使刻圖機(jī)器人具有精湛的雕刻工藝；其控制軟件支持多種數(shù)據(jù)格式。全面兼容UG、MASTERCAM、ArtCAM、AutoCAD、Type3、文泰、精雕等CAD/CAM生產(chǎn)的代碼格式，增加了該刻圖機(jī)器人的應(yīng)用市場(chǎng)。 采用控制集成化，連接分離化的設(shè)計(jì)理念、先進(jìn)的傳動(dòng)技術(shù)保證雕刻的精度、精密高速的主軸電機(jī)使雕刻產(chǎn)品十分逼真、先進(jìn)的立體合成技術(shù)、強(qiáng)大的上位機(jī)軟件支持；還采用先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)芯片、驅(qū)動(dòng)控制電路采用高集成芯片且有一定防干擾措施、并且成本低、功耗小。從而彰顯了刻圖機(jī)器人的先進(jìn)性。有利于刻圖機(jī)器人的推廣前景迅速發(fā)展。
