毕业设计论文-基于单片机控制的雕刻机的设计.doc

1 前言 1.1雕刻机的概述 1.1.1雕刻机的起源与现状[19] 雕刻在中国有着源远流长的历史， 1955年在半坡遗址中出土的“人面网纹盆”，可以算作中国古代雕刻的典型代表，与此相同或类似的彩陶盆,在临潼姜寨、宝鸡北首岭等同类遗址中均有发现,总数已超过10例。绘有这种人面图案的彩陶盆已成为半坡文化的典型标记。这些都是现代雕刻技术最原始的雏形，到了隋朝的时候，出现了雕版印刷，经宋仁宗时的毕升发展、完善，产生了活字印刷，并由蒙古人传至了欧洲，所以后人称毕升为印刷术的始祖。中国的印刷术是人类近代文明的先导，为知识的广泛传播、交流创造了条件。印刷术先后传到朝鲜，日本，中亚，西亚和欧洲，由此，活字印刷术也成为中国古代的四大发明之一，这里的刻字也应该属与雕刻的一种。随着历史朝代变迁，各朝各代对雕刻技术都有继承和发展，这些都可以从近代中国古墓发掘出土的大量的石雕、碑刻等略见一斑，随着时代的变迁，我国民间的雕刻艺术日益精深，玉雕、象牙雕、红木雕、篆刻、泥人雕等手工雕刻技术都可堪称一绝。 中国机械雕刻的大发展时期始于上世纪90年代，随着78年中国改革开放政策的实施，国内包括机械雕刻在内的各行各样都迎来了前所未有的发展机遇期，得益于机械制造业飞速发展，机械雕刻领域也迎来了大发展机遇期，从最初的主要应用于手工雕刻到刻字机、刻章机的出现，再到三维数控雕刻机的诞生，最后再到能够通过数控系统控制实现五轴联动的雕刻机出现，而且被加工对象的种类类别也产生了巨大的变化，由最初的刻章刻字转变为能够用来加工大到楼房等高大建筑物的装饰品，小到商店商铺门前面的招牌，甚至于很多种类产品的标识铭牌的加工，涉及了广告业、工艺业、模具业、建筑业、印刷包装业、木工业、装饰业等，雕刻机领域发生了翻天覆地的变化，雕刻机已经渗透到我们生活的各个方面。 雕刻机(Engraving Plotter )，顾名思义就是这样一种能够被用来代替人力而实现高质量、高精度、高效率工作运转的机器设备。世界上最早的一台手动操作的雕刻机在1938年产生于法国的“嘉宝”。十多年后，也就是1950年，世界上第一台从真正意义上能够实现电动、可缩放比例功能的手动雕刻机也在“嘉宝”被制造出来，随后的几年里，法国、日本和美国等国也开始进入研制雕刻机国家的行列。进入20世纪90年代，微电子技术取得了长足的发展，这就最直接的推动了微型计算机控制技术的突飞猛进式的发展。微型计算机控制技术和微电子应用技术的组合带动了整个高新技术群体领域的革命，让雕刻机从根本上发生了质的飞跃。雕刻机完成了从2D-2.5D-3D加工的变革，功能逐步完善、性能更加稳定、造型更加美观和价格更加合理早已成为雕刻机研制最为基本的要求。 国外雕刻机比较好的品牌，如日本“牧野”、日本“森精机”、法国“嘉宝”和美国“雕霸”、美国“哈斯”等，它们在市场上占有很大的份额，但价格上都是比较昂贵的。几乎每一台都在10万元人民币以上，近几年国内的雕刻机品牌也发展迅速，北京“精雕”、南京“四开”、杭州“金科”、上海“啄木鸟”等在国内也有一定的市场，但价格同样也是非常的昂贵。 图1.1 雕刻机外形图 1.1.2雕刻机的特点 雕刻机是一种非常典型的机电一体化设备，主运动系通过电机连接刀具实现刀具运转、进给系统通过丝杠与步进电机连接实现进给运动，这样就省去了中间的机械传动链，从而简化了机械结构并且提高了传递效率[11]。 1.结构简化，精度提高 雕刻机的的进给运动采用步进电机驱动，避免了采用很长的传动链，从而减少了各传动链传动环节中的摩擦损耗、机械磨损以及配合误差等导致的系统传动误差。 2.精雕细刻，精确高效 主要表现在雕刻加工的文字、图案既清晰又精细、边缘光滑，制作效果和加工效率均是手工雕刻所无法能够比拟的。这些特点能够在加工方式上得以充分体现，机械雕刻机进行雕刻和切割加工的实质是高速度的旋转铣削过程。最高转速可达20000转/分。主轴电机上雕刻加工刀具的安装方便灵活，可以使用弹簧夹具直接装夹在电机的主轴上。由于主轴的运转精度高，弹簧夹头夹持对中性很好，因此刀具在装上后的跳动非常的小，传动非常平稳、非常灵活，从而确保了刀具雕刻加工过程中的精确性要求。 3.方便实现柔性自动化 在雕刻机系统中，采用单片机控制系统取代其他的信息处理和控制装置系统，不仅易于实现系统的自动故障诊断与自我安全保护，而且还能够实现系统的自动控制调节、信息数据处理计算、系统自动检测识别等，此外，计算机软硬件的结合实现了加工的柔性自动化，让雕刻机系统的灵活性大大提高。 4.产品的研发周期缩短，产品的竞争力增强 雕刻机的生产加工与制造可以采用高度专业化的、高精度的机电部件，不但可以大大提高产品的可靠性，而且对加工的精度和使用寿命都具有极大的保证，从而缩短了产品的开发周期，大大的增强了产品的市场竞争