基本信息
- 项目名称：
- 多方位三坐标数控雕刻机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 对雕刻机的结构及其运动控制系统进行调整并加以改进，以促进零件加工质量的改进, 实现对雕刻机三个方向运动的准确控制以及通过旋转雕刻机主轴铝座的角度，可进行上、下、左、右等四个方位的工件进行雕刻、钻孔等功能;提高数控雕刻机的可靠性、降低成本,给用户便宜、方便、操作简单的雕刻机。还可用于教学当中，帮助学生了解数控机床结构，提高学生的动手能力及学习的积极性。
- 详细介绍：
- 一、研究的目的： 提高数控雕刻机的可靠性、降低成本。通过对数控雕刻机进行三维实体建模仿真，再根据仿真模型制作样机，能在制造前发现问题的存在，避免制造的时候产生不必要的浪费，进而降低制造成本。此外还可提高零件加工质量。根据加工结果的反馈情况，对雕刻机的结构及其运动控制系统进行调整并加以改进，以促进零件加工质量的改进。给用户便宜、方便、操作简单的雕刻机。 二、基本思路： 建立雕刻机整机的三维实体模型，制作雕刻机样机。对雕刻机运动控制系统进行分析研究，实现对雕刻机三个方向运动的准确控制以及在上、下、左、右四个方位上对所需工件进行雕刻、钻孔等功能。编制相应的G代码程序进行零件加工，最后对雕刻机的结构及其运动控制系统进行调整并加以改进。 三、采用现代制造的理念、对传统工艺进行改造与创新，主要创新点如下： 1. 把数控技术运用于雕刻机； 2. 较传统的手工雕刻、仿形雕刻，数控雕刻具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势； 3. 可以运用多种雕刻软件系统，如Mach3软件； 4. 雕刻机与PC机通过并口连接，无需专用的数控系统，操作简便、界面友好、具有良好的开放性且成本低廉； 5. 通过旋转雕刻机主轴铝座的角度，可进行上、下、左、右等四个方位的工件加工； 6.用于教学当中，帮助学生了解数控机床结构，提高学生的动手能力及学习的积极性。 四、研究的技术关键： 1. 步进电机脉冲加减速控制； 2. 运动控制的插补算法设计； 3. PC机并口输入输出的控制。 五、主要技术指标： 1. 三轴有效行程：X轴：130mm，Y轴：200mm，Z轴：40mm； 2. 指标精度：加工精度0.1mm，重复定位精度0.05 mm 3. 重量：15kg； 4. 外形尺寸：430*360*350 mm3。 六、作品科学性： 数控雕刻机是数控技术和雕刻工艺相结合的产物，是一种专用的数控机床。把数控技术运用于雕刻机， 即用数字、文字和符号组成的数字指令来实现机械设备动作的控制。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。与通用数控机床类似，数控雕刻机通过数控系统根据程序代码控制雕刻机运作，实现雕刻加工的自动化。 七、作品的先进性： 较传统的手工雕刻、仿形雕刻，数控雕刻具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势，在成本大大降低的情况下还可以进行多方位加工工件，对该作品的下一步研究：○1在旋转雕刻机主轴铝座角度的方面设计旋转精度更高并由软件控制其旋转的装置；○2在工作台上加上圆形轨道，用电机驱动其旋转，进而形成多个工作台且能连续加工的功能（附建模图片），同时，借助专用的雕刻CAD/CAM等软件系统，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，数控雕刻机现已成为实现雕刻加工自动化、高效率、高精度的有效手段，也是当今雕刻机的发生主流，广泛应用于机械工业、广告传媒、日常消费以及建筑装潢等众多领域。还可用于教学当中，帮助学生了解数控系统结构，提高学生的动手能力及学习的积极性。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、研究的目的： 提高数控雕刻机的可靠性、降低成本；给用户便宜、方便、操作简单的雕刻机。 二、基本思路： 建立雕刻机整机的三维实体模型，制作雕刻机样机。对雕刻机运动控制系统进行分析研究，实现对雕刻机三个方向运动的准确控制以及在上、下、左、右四个方位上对所需工件进行雕刻、钻孔等功能。编制相应的G代码程序进行零件加工。 三、采用现代制造的理念、对传统工艺进行改造与创新，主要创新点如下： 1. 把数控技术运用于雕刻机； 2. 较传统的手工雕刻、仿形雕刻，数控雕刻具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势； 3. 可以运用多种雕刻软件系统，如Mach3软件； 4. 雕刻机与PC机通过并口连接，无需专用的数控系统，操作简便、界面友好、具有良好的开放性且成本低廉； 5. 通过旋转雕刻机主轴铝座的角度，可进行上、下、左、右等四个方位的工件加工； 6.用于教学当中，帮助学生了解数控机床结构，提高学生的动手能力及学习的积极性。 四、研究的技术关键： 1. 步进电机脉冲加减速控制； 2. 运动控制的插补算法设计； 3. PC机并口输入输出的控制。 五、主要技术指标： 1. 三轴有效行程（mm）：X轴：130 Y轴：200 Z轴：40； 2. 指标精度：加工精度0.1mm，重复定位精度0.05 mm 3. 重量：15kg； 4. 外形尺寸：430*360*350 mm3。
科学性、先进性
- 一、作品科学性： 数控雕刻机把数控技术运用于雕刻机，与通用数控机床类似，数控雕刻机通过数控系统根据程序代码控制雕刻机运作，实现雕刻加工的自动化。 二、作品的先进性： 较传统的手工雕刻、仿形雕刻，数控雕刻具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势，在成本大大降低的情况下还可以进行多方位加工工件，对该作品的下一步研究：1.在旋转雕刻机主轴铝座角度的方面设计旋转精度更高并由软件控制其旋转的装置；2.在工作台上加上圆形轨道，用电机驱动其旋转，进而形成多个工作台且能连续加工的功能（附建模图片），同时，借助专用的雕刻CAD/CAM等软件系统，加工控制程序的生成快捷、修改方便。因此，数控雕刻机现已成为实现雕刻加工自动化、高效率、高精度的有效手段，也是当今雕刻机的发生主流，广泛应用于机械工业、广告传媒、日常消费以及建筑装潢等众多领域。还可用于教学当中，帮助学生了解数控系统结构，提高学生的动手能力及学习的积极性。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 模型、 现场演示、图片、录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、使用说明： 1.按客户要求和设计要求进行排版, 在正确计算完路径后,将不同刀具的路径进行保存生成相应的G代码。 2.固定好待加工材料在雕刻机的工作台上。 3.接通电源，使用mach3手动控制定好加工原点，对主轴转速，进给深度分别进行适当的选择，使雕刻机处于工作等待状态。 4.在mach3将G代码文件打开(可预览)，确认路径正确后运行程序，即可自动完成文件的雕刻工作。 二、技术特点和优势： 该小型数控雕刻机，采用PC机直接进行数字控制，能进行多方位雕刻、钻孔等功能。无需专用的数控系统，操作简便，界面友好，具有良好的开放性。本作品相比于目前的雕刻设备，生产成本低、质量轻、体积小、结构简单，容易根据需求增加各种固定加工模式等功能定制。 三、推广前景及市场分析： 适用于印制电路板雕刻、文字图形雕刻、工艺品制作、CAM数控系统教学等多种应用场合，也可用于数控系统教学等。本系统经过改造，还可利用缝纫机在衣物、台布、毛巾上绣汉字、图形，用于服装销售、餐饮、洗浴等高档化的服务行业。
同类课题研究水平概述
- 1938年世界第一台手动雕刻机在法国“嘉宝”问世，1950年“嘉宝”生产出世界第一台真正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。随后美国、日本和法国等国也开始研制。20世纪90年代，随着微电子技术的突飞猛进，直接推动微型计算机的急剧发展。微电子技术和微型计算机技术带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞跃。雕刻机完成了从2D—2.5D—3D加工的变革，功能完善、性能稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。近几年国内的雕刻机，北京“精雕”、上海“啄木鸟”在国内也有一定的市场，但价格也不菲。雕刻加工涉及各行各业、分布很广，可加工的材料也是非常广泛。未来的科技社会里，雕刻加工必定会有更广阔的前景。 本课题在广泛调研的基础上完成了三轴联动数字控制雕刻机机械系统和控制系统的设计。系统设计包括总体布局、加工原理、主轴与主传动系统、进给系统以及整个雕刻机的结构设计。控制系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计包括主控系统、主轴驱动系统、步进电机驱动系统、人机界面和通信系统的设计。软件设计则对整个系统的软件结构和一些主要子程序进行了逻辑分析。 雕刻机与PC机通过并口连接，无需专用的数控系统，操作简便，界面友好，具有良好的开放性。本作品相比于目前的雕刻设备，生产成本低、质量轻、体积小、结构简单，容易根据需求增加各种固定加工模式等功能定制。适用于印制电路板雕刻、三维文字图形雕刻、小型模具加工、工艺品制作、CAM数控系统教学等多种应用场合。
