小型简易雕刻机的设计开题报告Word格式文档下载.doc

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学生姓名

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开题报告内容：

一、课题的背景

数控雕刻机是一种结合数控技术和雕刻工艺的专用机床，与一般的数控机床类似。

它通过控制系统来识别程序代码并把程序代码转化为能够驱动步进电机运转的带有功率的信号，再由步进电机带动雕刻机在X、Y、Z轴方向上运动，最终实现雕刻的自动化。

它较传统的普通雕刻机具有生产效率高、加工精度高、成品率高、可重复性好、对零件的适应性强等显著优势，因此受到许多企业的欢迎并最终成为雕刻机发展的主流，现在数控雕刻机被广泛应用于机械工业。

建国以来，我国的机械工业已经取得了较大的发展，具备了一定的基础跟规模，但与发达国家相比我国的机械工业的生产能力和技术水平还非常的薄弱，在雕刻领域，我国与发达国家相比也存在不小的差距，因此发展数控雕刻是势在必行的。

通过多年的不断努力，数控雕刻机在我国得到了迅速的发展，对我国的制造业产生了巨大的影响，它的运用大量的减少了企业在产品制作上的时间，提高了企业的生产效率，给企业带来了巨大的经济效益，因此数控雕刻机在我国得到了广泛应用。

二、课题的意义

在国外雕刻技术出现的较早，开发和应用的时间比较长，发展得也比较成熟了，而我国我雕刻技术发展的比较晚，产品开发能力和生产技术水平都与发达国家相比有着不小的差距，因此必展数控雕刻机，开发符合中国人习惯的雕刻机结构及其软件是非常有必要的。

另外现在的数控产品正在朝着高速度、高精度、高效率、多功能方向发展，技术含量也越来越高，而我国数控系统研发水平不强，许多数控系统的核心来自国外，所以研究雕刻机的数控系统也是非常有意义的。

三、课题的研究内容

1、雕刻机的总体设计，包括总体布局设计、总体结构设计、运动系统设计等。

2、雕刻机的机械系统设计，包括总装配图设计、零件设计、参数设计及验算（如步进电机、直线滚动导轨、滚动丝杆副的选择、计算和验算等）、绘制三维零件图、装配图等。

3、雕刻机的控制系统的设计，包括单片机选择、系统硬件原理图设计、部分程序设计等。

4、用Pro-E软件设计并绘制有关零部件，再进行装配及运动仿真。

方法及预期目的：

四、课题研究的思路和方法

一、机械系统总体方案确定

1、确定雕刻机的布局方式：

采用龙门立柱式的框架结构，这种结构具有较高的刚度。

2、确定雕刻机的坐标系统：

工作台在底坐上的移动作为Y轴方向的运动，雕刻头在横梁上的移动作为X轴方向的运动，雕刻头的上向移动作为Z轴方向的运动，这种结构与工作台固定立柱移动的结构相比，所需的电机的功率和传动件的尺寸较小，且雕刻头的运动精度较高。

3、确定雕刻机的运动系统：

（1）主运动系统：

采用电机通过联轴器直接与主轴组件相连结构，这种方式可以使雕刻机结构更加简化，传动链更短，提高雕刻机的传运效率。

（2）进给系统：

雕刻头在横梁上移动，实现雕刻的宽度，主轴组件的上下移动，实现雕刻的深度，工作台在底座上移动，实现雕刻的长度。

在各个方向上采用滚珠丝杆螺母副来实现进给运动，两边采用直线滚动导轨进行导向及支撑作用。

4、确定雕刻机的总体结构：

雕刻机的机械系统由雕刻头、龙门立柱、底座、工作台、进给丝杆、导轨等几部分组成。

二、雕刻机机械系统设计计算

1、电机的选择：

首先选择电机的类型，因为步进电机的转速及转动方向较其它电机更容易控制，所以选择步进电机。

然后选择电机的型号，通过计算步机电机的等效转动惯量、转动力矩等来选择合适的电动机型号。

2、导轨的选择：

首先选择直线滚动导轨，因为它较直线滑动导轨有更好的导向精度、进给速度、定位精度。

再根据受力方向、负荷大小等因素的影响选择合适的直线滚动导轨副的型号。

3、滚动丝杠副的选择：

通过计算滚动丝杠受到的最大动载荷来选择合适的滚珠丝杠副的型号。

三、雕刻机控制系统设计

首先选择合适的单片机，再设计并绘制单片机接线的电路图，然后设计单片机与步进电机连接的电路并绘制电路图，最终实现利用单片机来控制三个步进电机的运转，从而完成雕刻机在各个方向的运动，达到利用单片机来控制三轴联动的目的。

五、课题的预期目的

本课题旨在让我们全面的了解数控雕刻机的机械系统和控制系统的结构及各功能部件的工作原理、计算校核方法，以及利用Pro-E软件完成装配图、零件图及运动仿真的基本操作。

对我们进行了一次非常有效的个人思维及工程经验的锻炼，大幅的提高我们运用所学知识来解决问题及独立思考完成设计任务的能力。

对我们的个人能力的培养和综合素质的训练都有非常重要的作用。

六、参考文献

[1]黄平，朱文坚，机械设计教程，清华大学出版社，2011；

[2]文怀兴，夏田，数控机床系统设计，化学工业出版社，2011；

[3]王金娥，罗生梅，机电一体化课程设计指导书，北京大学出版社，2012；

[4]赵韩，黄康，陈科，机械系统设计，高等教育出版社，2011；

[5]潘承怡，向敬忠，宋欣，机械零件设计，清华大学出版社，2012；

[6]陈国华，机械机构及应用，机械工业出版社，2008；

[7]陈关龙，吴昌林，中国机械工程专业课程设计改革案例集，清华大学出版社，2010；

[8]李宪芝，机械精度设计与检测基础，哈尔滨工程大学出版社，2011；

[9]文怀兴，夏田，数控机床设计实践指南，化学工业出版社，2007；

指导教师签名：

日期：

[10]曾忆山，刘征宇，机电一体化工程专业课程实践教程，合肥工业大学出版社，2007；

[11]王爱玲，数控机床结构及应用，机械工业出版社，2005；

指导教师签名：

2015.03.21

课题类型：

（1）A—工程设计；

B—技术开发；

C—软件工程；

D—理论研究；

（2）X—真实课题；

Y—模拟课题；

Z—虚拟课题

（1）、

（2）均要填，如AY、BX等。