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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于msp430控制的雕刻機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本系統(tǒng)以MSP430微處理器為控制核心，同時(shí)完成運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等功能，用其內(nèi)部圖形算法將輸入的目標(biāo)信息轉(zhuǎn)化為數(shù)控信息，進(jìn)而控制激光或機(jī)械部分進(jìn)行雕刻。通過(guò)高分辨率彩屏液晶（和虛擬現(xiàn)實(shí)）顯示實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而精確、高效的完成自動(dòng)化加工過(guò)程。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項(xiàng)目是龍門(mén)式雕刻機(jī)同時(shí)也是切割機(jī)，其核心之一是數(shù)控的三維機(jī)械平臺(tái)，通過(guò)即位于X、Y、Z三個(gè)軸上的步進(jìn)電機(jī)配合數(shù)控驅(qū)動(dòng)來(lái)完成整個(gè)加工過(guò)程；其二是用于進(jìn)行軟雕刻的激光系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)雕刻或切割加工的程序進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出進(jìn)給脈沖，此進(jìn)給脈沖經(jīng)伺服系統(tǒng)放大后，分別驅(qū)動(dòng)X、Y、兩軸步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，產(chǎn)生進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其中X、Y軸產(chǎn)生平面合成運(yùn)動(dòng)，而負(fù)責(zé)雕刻和切割加工過(guò)程則由位于Z軸的激光器對(duì)焦和功率輸出調(diào)整來(lái)完成。本系統(tǒng)以MSP430為控制核心，同時(shí)完成運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等功能，其內(nèi)部固化了基礎(chǔ)圖形算法可以將輸入的路徑信息轉(zhuǎn)化為數(shù)控信息，同時(shí)也可以直接使用來(lái)自于終端設(shè)備（如虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)）提供的數(shù)控信息，再將這些信息轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的信號(hào)（脈沖串），控制雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)平臺(tái)X、Y軸的進(jìn)給，其運(yùn)動(dòng)方式采用龍門(mén)架移動(dòng)、工作臺(tái)固定的運(yùn)動(dòng)方式，可以提高加工精度。系統(tǒng)同時(shí)采用高分辨率的彩屏液晶和基于虛擬現(xiàn)實(shí)的上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示雕刻運(yùn)動(dòng)軌跡，便于操作人員進(jìn)行監(jiān)控。本系統(tǒng)屬于微型CNC，可以對(duì)如PCB、PVC等中等硬度的材料進(jìn)行加工，面向?qū)嶒?yàn)室、研發(fā)及需要小批量加工的機(jī)構(gòu)，具有良好的應(yīng)用前景。
作品圖片
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)
- 初始目的是為個(gè)人或小型團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一款能夠滿足小范圍器件的激光加工機(jī)床，在逐步實(shí)現(xiàn)中調(diào)整項(xiàng)目為半商業(yè)用途的高精度、多功能加工機(jī)床。使用MSP430微處理器其功耗和成本得到大幅降低，機(jī)械設(shè)計(jì)部分使用了CAD工具進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)能夠滿足常規(guī)加工的強(qiáng)度具有功能豐富、加工速度快、精度高的特點(diǎn)。同時(shí)通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)用戶的操控能力，能夠接納jPG、iam等CAD設(shè)計(jì)的文件，并將其自動(dòng)編程為數(shù)控信息，具有使用門(mén)檻低的特點(diǎn)。適合小批量加工器件的用途。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、使用了AIP等CAD工具對(duì)系統(tǒng)原型進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與仿真，能夠達(dá)到工業(yè)級(jí)別的設(shè)計(jì)要求，整機(jī)全重約60Kg 2、使用大功率激光可以完成如雕刻、打標(biāo)、切割等功能 3、使用彩色液晶屏提供實(shí)時(shí)監(jiān)控與人工控制功能 4、構(gòu)建了圖文轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，能夠加工的圖形文件，并轉(zhuǎn)換為數(shù)控信息 5、通過(guò)增強(qiáng)的虛擬現(xiàn)實(shí)便于用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與操作
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年省級(jí)挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽特等獎(jiǎng) 2011年校級(jí)優(yōu)秀科技作品獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 二次測(cè)試，完善功能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性；完善大功率激光器高精度加工過(guò)程；支持更高的加工速度
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)入股或完全技術(shù)買(mǎi)斷方式
作品可展示的形式
- 作品的樣機(jī)、激光器系統(tǒng)、三維仿真系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)控制系統(tǒng)、技術(shù)文檔
使用說(shuō)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(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1、使用了AIP等CAD工具對(duì)系統(tǒng)原型進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)與仿真，能夠達(dá)到工業(yè)級(jí)別的設(shè)計(jì)要求，整機(jī)全重約60Kg 2、使用大功率激光可以完成如雕刻、打標(biāo)、切割等功能 3、使用彩色液晶屏提供實(shí)時(shí)監(jiān)控與人工控制功能 4、構(gòu)建了圖文轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，能夠加工的圖形文件，并轉(zhuǎn)換為數(shù)控信息 5、通過(guò)增強(qiáng)的虛擬現(xiàn)實(shí)便于用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與操作——其制造成本比市面同類產(chǎn)品低30%以上，且精度、易用性更高推廣目標(biāo)主要為個(gè)人、小型研發(fā)團(tuán)隊(duì)、實(shí)驗(yàn)室、教學(xué)演示、需要小批量加工的機(jī)構(gòu)。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)多有中小型機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，主要是中、微型數(shù)控機(jī)床為主，但缺乏高品質(zhì)產(chǎn)品，一般僅用于PCB等柔性材料加工，且加工精度與穩(wěn)定性較低。而諸如打標(biāo)等進(jìn)一步功能則此類設(shè)備價(jià)格昂貴，一般都在數(shù)萬(wàn)元以上，而激光類精加工設(shè)備更貴，市場(chǎng)價(jià)格一般在5萬(wàn)元以上。國(guó)外以德國(guó)、日本數(shù)控技術(shù)最為先進(jìn)，其加工設(shè)備的精度和復(fù)雜程度是國(guó)內(nèi)目前難以抗衡的，但今年如華科等高校、企業(yè)在此方面有所突破。但主要研究目標(biāo)仍以中高端系統(tǒng)為主，在低端方市場(chǎng)供需問(wèn)題依然嚴(yán)重。 當(dāng)前以目標(biāo)主要為個(gè)人、小型研發(fā)團(tuán)隊(duì)、實(shí)驗(yàn)室、教學(xué)演示、需要小批量加工的機(jī)構(gòu)微型激光雕刻/切割機(jī)研究組織和機(jī)構(gòu)逐步增多，但主要以小作坊式研究方式，目前僅純機(jī)械加工微型設(shè)備小有產(chǎn)出，一般市場(chǎng)價(jià)格在5000元左右，但其加工范圍與精度依然受到限制。激光類微雕設(shè)備目前市面上還主要以小功率半導(dǎo)體激光為主，如微型印章雕刻機(jī)等，但在大功率激光如CO2激光器的應(yīng)用上幾乎處于空白。因此本系統(tǒng)所研制的產(chǎn)品具有填補(bǔ)空白的意義與價(jià)值。
