機(jī)械雕刻機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　傳統(tǒng)的雕刻加工是一門(mén)技術(shù)性要求很高的手工技藝，在藝術(shù)品、標(biāo)牌、首飾等行業(yè)具有悠久的歷史，產(chǎn)品的質(zhì)量主要取決與雕刻師傅的技藝水平，而且勞動(dòng)生產(chǎn)率低、成本高、可重復(fù)性差。隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，雕刻機(jī)成為我們現(xiàn)代人與時(shí)俱進(jìn)的先進(jìn)工具,它省時(shí)省力又環(huán)保，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。近幾年來(lái)中國(guó)的雕刻機(jī)迅速地發(fā)展著，從以前的手工雕刻轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

2、現(xiàn)在的機(jī)器雕刻。雕刻機(jī)給人們帶來(lái)了巨大的方便，不僅節(jié)省了雕刻時(shí)間，還提高了雕刻的工藝，雕刻機(jī)的出現(xiàn)也帶動(dòng)了許多行業(yè)的發(fā)展，像木工雕刻機(jī)、石材雕刻機(jī)、數(shù)控雕刻機(jī)等等。</p><p>　　本文簡(jiǎn)要的介紹了雕刻機(jī)的起源和發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國(guó)內(nèi)外雕刻機(jī)的特點(diǎn)，說(shuō)明雕刻機(jī)的功能和使用范圍，詳細(xì)的分析了雕刻機(jī)的總體布局和結(jié)構(gòu)方案，并詳細(xì)介紹雕刻機(jī)手控邏輯板的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程。</p><p>　　本課題

3、是在參考現(xiàn)有雕刻機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的一種小型雕刻機(jī)，適合一般的塑料板、鋁板等普通材料的機(jī)械加工。</p><p>　　關(guān)鍵字：傳統(tǒng)雕刻； 機(jī)械雕刻； 提高； 雕刻機(jī)； LED鍵盤(pán)板；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要............................................

4、...................1</p><p>　　Abstract..........................................................2</p><p>　　目錄...............................................................4 1. 引言...............

5、............................................6</p><p>　　1.1 雕刻機(jī)的起源.................................................6</p><p>　　1.2 雕刻機(jī)及其發(fā)展現(xiàn)狀..........................................6</p>&

6、lt;p>　　1.2.1 雕刻機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　1.2.2 研究雕刻機(jī)的目的和意義</p><p>　　1.2.3 雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　1.2.4 我國(guó)雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.5 雕刻機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　雕刻機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)</p>

7、<p>　　2.1 雕刻機(jī)的工作原理</p><p>　　2.2 雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.1 雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分</p><p>　　2.2.2 雕刻機(jī)的電路及電氣部分</p><p>　　2.3 雕刻機(jī)的總體布局的基本要求</p><p><b>　　直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)<

8、/b></p><p>　　3.1 平面連桿機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　3.2 凸輪機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　　3.3 滾珠絲杠</b></p><p>　　執(zhí)行器——電機(jī)的選擇</p><p><b>　　4.1 直流電機(jī)</b&g

9、t;</p><p><b>　　4.2 交流電機(jī)</b></p><p><b>　　4.3 伺服電機(jī)</b></p><p>　　5. 手控邏輯板的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 LED鍵盤(pán)板的技術(shù)要求</p><p>　　5.2 LED鍵盤(pán)板零件的選擇</p&g

10、t;<p>　　5.3 LED鍵盤(pán)板電路圖的設(shè)計(jì)及其原理</p><p><b>　　6、總結(jié)及前景展望</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　外文資料</b&g

11、t;</p><p><b>　　中文翻譯</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 雕刻機(jī)的起源</p><p>　　雕刻可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期，母系氏族時(shí)期的半坡氏族文化的

12、“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。在我國(guó)北宋時(shí)期便發(fā)明了活字印刷，這里刻的字應(yīng)屬于雕刻的范疇。隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)的雕刻藝術(shù)日益精湛，玉雕、象牙雕、紅木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技術(shù)都可以堪稱一絕。</p><p>　　傳統(tǒng)雕刻加工業(yè)是一門(mén)技術(shù)性要求很高的手工技藝， 雕刻品的質(zhì)量完全取決于雕刻師的技藝水平， 所以生產(chǎn)的效率低、成本高， 制品的隨意性強(qiáng)、一致性差，嚴(yán)重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展。這使得雕刻機(jī)的產(chǎn)生成為必然。&l

13、t;/p><p>　　上世紀(jì)90年代至今，機(jī)械雕刻獲得了前所未有的發(fā)展。從最初的刻字機(jī)、刻章機(jī)再到三維雕刻機(jī)，制作工藝也日漸成熟，應(yīng)用范圍也日漸廣泛。大到樓房建筑的裝飾，小到商店門(mén)前的招牌，乃至很多產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)銘牌，可謂雕刻的使用無(wú)處不在。</p><p>　　雕刻機(jī)，顧名思義就是用機(jī)械代替人工進(jìn)行雕刻的設(shè)備。</p><p>　　1938年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國(guó)“嘉

14、寶”問(wèn)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)、日本等國(guó)也開(kāi)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)高科技群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)完成了從2D-2.5D-3D加工的變革，功能完善、性格穩(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。</p><p>　　1.2 雕刻機(jī)

15、及其發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 雕刻機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　雕刻機(jī)的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）產(chǎn)品的尺度高，一致性好。雕刻機(jī)雕刻過(guò)程是由計(jì)算機(jī)控制完成的，可以達(dá)到很高的精度要求和表面質(zhì)量。 </p><p>　?。?）雕刻機(jī)投資少，見(jiàn)效快。以國(guó)產(chǎn)品牌為例，一臺(tái)小型號(hào)的雕刻機(jī)價(jià)格在兩萬(wàn)左右，大型號(hào)的也不過(guò)三

16、四萬(wàn)。 （3）雕刻機(jī)簡(jiǎn)單易學(xué)，操作簡(jiǎn)單。以一個(gè)電腦初級(jí)水平的人為例，如果接受公司培訓(xùn)的話用不了一個(gè)星期就能全部掌握?，F(xiàn)在市場(chǎng)上都有很多相關(guān)的雕刻軟件，簡(jiǎn)單易學(xué)。 （4）雕刻機(jī)加工范圍廣，前景廣闊。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。可加工的材料也是非常廣泛，包括金屬、石材、PVC板、ABS板、亞克力、仿石材、橡皮、雙色板、鋁塑板等等各種材料。隨著人們對(duì)

17、雕刻機(jī)的認(rèn)識(shí)和掌握逐步加深，應(yīng)用范圍會(huì)得到不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也會(huì)逐步提高，雕刻加工必定會(huì)有更廣闊的前景。</p><p>　　1.2.2 研究雕刻機(jī)的目的和意義</p><p>　　建國(guó)六十年來(lái)，我國(guó)的機(jī)械工業(yè)雖然已經(jīng)有了較大的發(fā)展，具備了一定的基礎(chǔ)和規(guī)模，初步滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的需要。但隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在相當(dāng)大的差距。

18、因此，在我國(guó)以新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和開(kāi)發(fā)高技術(shù)含量的新產(chǎn)品，已成為當(dāng)前機(jī)械工業(yè)以至各傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)密切關(guān)注和改革的焦點(diǎn)。</p><p>　　機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它包括機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)。它從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，使產(chǎn)品或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。近年來(lái)，世界上各發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)，以提高制造技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、智能化發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)給傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)帶來(lái)了革命性的

19、變革和驚人的效益，使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和管理體制發(fā)生深刻的變化。機(jī)電一體化是當(dāng)今世界機(jī)械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的主要趨勢(shì)，也是我國(guó)機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必由之路。</p><p>　　1.2.3 雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，舉例如下：</p><p>　　1、廣告及禮品制作業(yè)，用于雕刻各類雙色板標(biāo)牌、有機(jī)玻璃、三維廣告牌、雙色人物雕像、浮雕獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

20、有機(jī)板浮雕、立體門(mén)頭字等。</p><p>　　2、模型行業(yè)，房地產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)建筑模型的需求不斷增加。售樓處的售樓模型、廣場(chǎng)模型、建筑設(shè)計(jì)方案的展現(xiàn)和展示，車(chē)輛模型市場(chǎng)的擴(kuò)大，一些艦船模型、工業(yè)模型也有紀(jì)念和收藏的意義。雕刻機(jī)已成為制作模型的最佳助手。</p><p>　　3、木器工藝，用于浮雕圖案設(shè)計(jì)及制作。雕刻機(jī)可以打孔、鏤邊等，特別是新型裝飾材料、波浪板的廣泛應(yīng)用，也給了雕刻機(jī)更大的

21、成長(zhǎng)空間，在提高了產(chǎn)品的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)化的同時(shí)，使成品的生產(chǎn)效益得到顯著的提高。</p><p>　　4、標(biāo)志行業(yè)，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，日新月異的城市公共基礎(chǔ)建設(shè)，街路的翻新改造，現(xiàn)代化住宅小區(qū)、星級(jí)酒店、寫(xiě)字樓的不斷建設(shè)，對(duì)一些符合潮流和標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識(shí)和導(dǎo)向系統(tǒng)產(chǎn)生了大量的需求，其中雕刻機(jī)制作的牌匾</p><p>　　標(biāo)志、標(biāo)牌，占據(jù)了相當(dāng)大的部分。從外部標(biāo)志上對(duì)公司的形象起到了良好的

22、作用，以雕刻的形式制作員工佩帶的胸牌、科室牌、樓層牌已成為一種趨勢(shì)。</p><p>　　5、印章業(yè)，各類字體各類材料的印章雕刻。</p><p>　　6、汽車(chē)工業(yè)、輪胎模具，車(chē)燈模具及飾品模具加工。</p><p>　　7、印刷電路板（PCB）新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的電路制作，鉆孔、銑槽等。</p><p>　　8、藝品行業(yè)，旅游市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，旅客

23、對(duì)具有當(dāng)?shù)仫L(fēng)情的禮物情有獨(dú)鐘，雕刻機(jī)在這方面也大有用武之地。而且，現(xiàn)在的會(huì)議越開(kāi)越多，對(duì)一些紀(jì)念品和廣告宣傳品，流行采用雕刻制作。在戒指、鑰匙鏈、獎(jiǎng)杯、仿水晶擺件、打火機(jī)、皮具、手表等等都可以進(jìn)行雕刻，可以體現(xiàn)一個(gè)人的個(gè)性與品位，對(duì)一些比較有想法的人來(lái)說(shuō)，也是獨(dú)特之處，對(duì)這些物品施以情趣的雕刻，迎合了人們對(duì)情感交流的需要。</p><p>　　9、機(jī)械加工業(yè)，刻度盤(pán)字輪及標(biāo)尺刻度。</p><

24、p>　　而且，隨著各種新型裝飾材料的不斷出現(xiàn)，能用于雕刻的材料越來(lái)越多，使得計(jì)算機(jī)雕刻機(jī)有了更大的用武之地。因此，雕刻機(jī)的應(yīng)用范圍還將不斷擴(kuò)大。</p><p>　　1.2.4 我國(guó)雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展，雕刻行業(yè)發(fā)生著巨大的變化，現(xiàn)如今人們對(duì)雕刻機(jī)有了全新的認(rèn)識(shí)，數(shù)控木工雕刻機(jī)、模具雕刻機(jī)、激光雕刻機(jī)等電腦雕刻加工的興起與發(fā)展是時(shí)代發(fā)展的需要，電

25、腦雕刻代替機(jī)械已是大勢(shì)所趨。以廣告業(yè)為例，許多廣告行業(yè)的客戶都經(jīng)歷過(guò)從手工刻字到使用電腦刻字機(jī)，廣告雕刻機(jī)的使用實(shí)現(xiàn)了機(jī)械代替手工的飛躍，電腦代替了人腦，字體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范同時(shí)又大大提高了生產(chǎn)效率。</p><p>　　隨著近年來(lái)我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)的雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展機(jī)遇，有效地促進(jìn)了我國(guó)雕刻機(jī)的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。我國(guó)的雕刻機(jī)起步于經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，已形成了多個(gè)國(guó)產(chǎn)品牌的

26、雕刻機(jī)，如上海洛克公司生產(chǎn)的啄木鳥(niǎo)數(shù)控雕刻機(jī)、北京精雕公司生產(chǎn)的精雕數(shù)控雕刻機(jī)和南京科能公司生產(chǎn)的威克數(shù)控雕刻機(jī)等。上述各類型雕刻機(jī)的機(jī)床本體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，控制器大多借鑒國(guó)外新技術(shù)，采用基于高檔的微控制器或PC 的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)為主，可獲得中等控制精度，但價(jià)格比較便宜，因此整機(jī)的性價(jià)比較高，適用于精度要求不太高的普及應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)高精度的雕刻加工，目前我國(guó)尚以進(jìn)口數(shù)控雕刻機(jī)為主，如意大利的左拉、日本的全量等品牌的數(shù)控

27、雕刻機(jī)。這類數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛度好、精度高，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性高， 但價(jià)格昂貴，往往數(shù)倍于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品， 因此主要應(yīng)用于模具等高精度加工場(chǎng)合。</p><p>　　1.2.5 雕刻機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　雕刻機(jī)作為制造業(yè)一個(gè)有力的工具，有著非常廣闊的發(fā)展前景，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等各個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雕刻機(jī)的功能將日益強(qiáng)大，性能將

28、更趨穩(wěn)定。雕刻機(jī)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)如下：</p><p><b>　　1、更加精密</b></p><p>　　控制部分和機(jī)械部分精度的提高將極大地提高雕刻系統(tǒng)的精度，控制部分將向閉環(huán)伺服方向發(fā)展，通過(guò)反饋調(diào)整做到誤差補(bǔ)償，從而可以大幅度提高精度，機(jī)械部分將采用更高的滾珠絲杠和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)裝配工藝的提高也將進(jìn)一步提高系統(tǒng)的精度。</p><p>&

29、lt;b>　　2、更加高效</b></p><p>　　高性能運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)如DSP技術(shù)、32位單片機(jī)等的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能的提高，刀具性能的提高，采用規(guī)范的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)等等，都將會(huì)推動(dòng)雕刻機(jī)系統(tǒng)向著高速、高效、高可能性的方向發(fā)展。</p><p>　　3、利用移動(dòng)通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速的發(fā)展，雕刻機(jī)將朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。</p><p>

30、　　2 雕刻機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1 雕刻機(jī)的工作原理</p><p>　　雕刻機(jī)一般由機(jī)架、工作臺(tái)、刀頭、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。雕刻作業(yè)時(shí)刀頭相對(duì)工作臺(tái)沿X、Y、Z 軸進(jìn)給。雕刻機(jī)的工作原理圖如下圖所示：</p><p>　　電腦通過(guò)并口，直接將步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)輸出給雕刻機(jī)控制器。即電腦通過(guò)軟件（如mach2)等，從并口分別送出以下的信

31、號(hào)給雕刻機(jī)控制箱： X軸的步進(jìn)脈沖（脈沖頻率越高，速度越快） X軸的方向信號(hào)（正向或反向） Y軸的步進(jìn)脈沖（脈沖頻率越高，速度越快） Y軸的方向信號(hào)（正向或反向） Z軸的步進(jìn)脈沖（脈沖頻率越高，速度越快） Z軸的方向信號(hào)（正向或反向） 進(jìn)步電機(jī)的使能信號(hào)（電機(jī)是啟用，或是停用？如果是停用，電機(jī)會(huì)完全松下來(lái)不會(huì)鎖死。注：一個(gè)信號(hào)控制三只電機(jī)。連接電腦工作時(shí)會(huì)啟用電機(jī)）?？刂葡鋵?/p>

32、這些信號(hào)處理后，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接給X，Y，Z 三只步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　2.2 雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.1 雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分</p><p>　　機(jī)械結(jié)構(gòu)作為雕刻機(jī)的硬件部分，對(duì)雕刻機(jī)的加工過(guò)程、刻字效果等有著重要的影響。</p><p>　　雕刻機(jī)的機(jī)械幾何結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：</p>&l

33、t;p><b>　　1、底座部分</b></p><p>　　作為雕刻機(jī)整機(jī)的基礎(chǔ)，承擔(dān)整個(gè)機(jī)體的重量，要求穩(wěn)定堅(jiān)固。底座由底下的四只腳與地面接觸；</p><p><b>　　工作臺(tái)部分</b></p><p>　　工作臺(tái)部分由工作臺(tái)、Y方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。工作臺(tái)作為雕刻工作時(shí)承載雕刻物體的部件，表面有T

34、型溝槽，由絲杠驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)軌導(dǎo)向；</p><p><b>　　橫梁部分</b></p><p>　　橫梁由X方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。橫梁承載機(jī)頭的重量，驅(qū)動(dòng)機(jī)頭動(dòng)，容易彎曲變形，在結(jié)構(gòu)仿真和運(yùn)動(dòng)仿真中是重要的分析對(duì)象；</p><p><b>　　機(jī)頭部分</b></p><p>　　機(jī)頭部分由

35、主軸組件、Z方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。絲杠驅(qū)動(dòng)主軸組的上下運(yùn)動(dòng)，主軸組件在加工過(guò)程中直接帶動(dòng)雕刻機(jī)頭的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2.2.2 雕刻機(jī)的電路及電氣部分</p><p>　　雕刻機(jī)的電路及電氣部分有：</p><p>　　1、電源板：電源板的作用是提供功放和前級(jí)所需要的電源，一般要考慮電流是否足夠、電壓是否穩(wěn)定與對(duì)稱（一般大功率功放均用正負(fù)電

36、對(duì)稱供電）、紋波（濾波電容的大?。?、反應(yīng)速率（在大電容上并接高速率小電容）等因素。</p><p>　　2、電腦接口板：起鏈接器的作用，把機(jī)構(gòu)和電路連起來(lái)。</p><p>　　3、鍵盤(pán)LED面板：</p><p>　?、佼?dāng)鍵盤(pán)板與電腦主機(jī)連接時(shí)，手控板會(huì)自動(dòng)鎖死，按鍵不會(huì)有動(dòng)作，此時(shí)鍵盤(pán)板上手控板使能燈自動(dòng)熄滅。 ②當(dāng)其與電腦斷開(kāi)連接時(shí)，手控板使能指示燈

37、亮，表示手控板可以操作。 </p><p>　　③X，Y，Z 三軸可以同時(shí)動(dòng)作。 ④碰到6只限位開(kāi)關(guān)中的任何一只，在鍵盤(pán)板上對(duì)應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)指示燈點(diǎn)亮，手控板會(huì)鎖定，不允許繼續(xù)移動(dòng)。 ⑤鍵盤(pán)板上有詳細(xì)的指示LED，內(nèi)容豐富，包括三軸的使能、方向、脈沖及六只限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)LED顯示。</p><p>　　4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板是用來(lái)放大信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的。<

38、;/p><p>　　5、LED照明燈盤(pán)板：主要用起照明的作用。</p><p>　　6、雕刻機(jī)內(nèi)部接線板</p><p><b>　　7、手動(dòng)控制邏輯板</b></p><p>　　2.3 雕刻機(jī)的總體布局的基本要求</p><p>　　雕刻機(jī)總體布局的基本要求有以下幾點(diǎn)：</p>&l

39、t;p>　　首先必須滿足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等各種要求；</p><p>　　確保實(shí)現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率；</p><p>　　確保雕刻機(jī)具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度、抗振性、熱變形及噪音水平；</p><p>　　應(yīng)便于觀察加工

40、過(guò)程，便于操作、調(diào)整和維修，便于輸送、裝卸工件和清理。注意防護(hù)，確保安全；</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合理可靠，便于加工和裝配。</p><p>　　3 直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 平面連桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式多種多樣，可以實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡；低副以圓柱面或平面相接觸，承載能力高

41、，制造簡(jiǎn)便，易于獲得較高的制造精度。因此，平面連桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械、儀器中獲得了廣泛應(yīng)用。平面四桿機(jī)構(gòu)可按照連桿是曲柄還是搖桿，將其分為三種基本形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和搖桿機(jī)構(gòu)。還有就是含有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和要快機(jī)構(gòu)等。但是連桿機(jī)構(gòu)不易精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副較多的情況下，效率較低，因此我們不采用這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　

42、3.2 凸輪機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　凸輪機(jī)構(gòu)是一種常用的機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)化和半自動(dòng)化機(jī)械中應(yīng)用廣泛。凸輪機(jī)構(gòu)主要是有凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架三個(gè)基本構(gòu)件組成。根據(jù)凸輪和從動(dòng)件的不同形狀和型式，凸輪機(jī)構(gòu)可分為兩類。</p><p>　　一個(gè)是按凸輪形狀分為盤(pán)形凸輪、移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪。其中盤(pán)形凸輪是一個(gè)繞固定軸線運(yùn)動(dòng)并具有變化半徑的盤(pán)形零件。移動(dòng)凸輪是當(dāng)盤(pán)形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無(wú)窮

43、遠(yuǎn)時(shí)，凸輪相對(duì)機(jī)架做直線運(yùn)動(dòng)。圓柱凸輪是將移動(dòng)凸輪卷成圓柱體。</p><p>　　按從動(dòng)件型式可分為尖頂從動(dòng)件、滾子從動(dòng)件和平地從動(dòng)件。其中尖頂能與復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實(shí)現(xiàn)任意語(yǔ)氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。但尖頂與凸輪是點(diǎn)接觸，磨損快，只宜用于受力不大的低速凸輪機(jī)構(gòu)。而滾子從動(dòng)件為了克服尖頂從動(dòng)件的缺點(diǎn)，在從動(dòng)件的尖頂安裝了一個(gè)滾子，從而達(dá)到耐磨損，可承受較大載荷的需求。平底從動(dòng)件是從動(dòng)件與凸輪輪廓表面接觸的端面為

44、一平面，它不能與從動(dòng)件的平底相垂直，傳動(dòng)效率高，且接觸面間易形成油膜，利于潤(rùn)滑，可用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。雖然凸輪機(jī)構(gòu)可以通過(guò)設(shè)計(jì)凸輪輪廓，就可以是從動(dòng)件達(dá)到所需的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但凸輪輪廓與從動(dòng)件間為點(diǎn)接觸或線接觸，易磨損，因此我們也不采用這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　3.3 滾珠絲杠</b></p><p>　　滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)

45、動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆轉(zhuǎn)性和高效率的特點(diǎn)。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過(guò)去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1

46、/3以下，即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。滾珠絲杠副是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來(lái)的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。滾珠絲杠副可以加予，由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性（滾珠絲杠內(nèi)

47、通過(guò)給滾珠加予壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可使絲母部的</p><p>　　通過(guò)上述三種機(jī)構(gòu)的對(duì)比，我們選用滾珠絲杠這種機(jī)構(gòu)。</p><p>　　4 執(zhí)行器——電機(jī)的選擇</p><p><b>　　4.1 直流電機(jī)</b></p><p>　　定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)稱為直流電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)

48、直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和

49、風(fēng)扇等組成。</p><p>　　直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對(duì)勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢(shì)而建立主磁場(chǎng)的問(wèn)題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型：</p><p><b>　　1、他勵(lì)直流電機(jī)</b></p><p>　　勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)，永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)

50、直流電機(jī)。</p><p><b>　　串勵(lì)直流電機(jī)</b></p><p>　　串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞串聯(lián)后，再接于直流電源，這種直流電機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。</p><p><b>　　并勵(lì)直流電機(jī)</b></p><p>　　并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相互并聯(lián)，作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來(lái)

51、說(shuō)，是電機(jī)本身出來(lái)的端電壓為勵(lì)磁繞組供電；作為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。</p><p><b>　　復(fù)勵(lì)直流電機(jī)</b></p><p>　　復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁通勢(shì)方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。</p><p&g

52、t;　　不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動(dòng)機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式，直流發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式。</p><p>　　直流電機(jī)的工作原理：要使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過(guò)線圈中的電流方向及時(shí)地加以變換，即進(jìn)行所謂“換向”。為此必須增添一個(gè)叫做換向器的裝置，換向器配合電刷可保證每個(gè)極下線圈邊中電流始終是一個(gè)方

53、向，就可以使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。</p><p><b>　　4.2 交流電機(jī)</b></p><p>　　交流電機(jī)是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展，交流電機(jī)已成為最常用的電機(jī)。交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，由于沒(méi)有換向器，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機(jī)。<

54、/p><p>　　交流電機(jī)按其功能通常分為交流發(fā)電機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)和同步調(diào)相機(jī)幾大類。由于電機(jī)工作狀態(tài)的可逆性，同一臺(tái)電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)又可作電動(dòng)機(jī)。把電機(jī)分為發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)并不很確切，只是有些電機(jī)主要作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，有些電機(jī)主要作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。交流電機(jī)一般采用三相制電源，因?yàn)槿嘟涣麟姍C(jī)與單相電機(jī)相比，無(wú)論在性能指標(biāo)，原材料利用和價(jià)格等方面均有明顯的優(yōu)越性。同樣功率的三相電機(jī)比單相電機(jī)體積小，重量輕，價(jià)格低。三相電動(dòng)機(jī)

55、有自起動(dòng)能力。單相電機(jī)沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，為解決起動(dòng)問(wèn)題，需要采取一些特殊的措施。單相電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的，噪聲也比較大，但所需的電源比較簡(jiǎn)單，特別是在家庭中使用十分方便。因此小型家用電機(jī)和儀用電機(jī)多采用單相電機(jī)。目前較常用的交流電動(dòng)機(jī)有三相異步電動(dòng)機(jī)和單相交流電動(dòng)機(jī)兩種。前一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理：三相異步電動(dòng)機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來(lái)的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，三

56、相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組就是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。但相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電動(dòng)機(jī)定子中的三個(gè)繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時(shí)，定子繞組就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電流每變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周，即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為：n=60f/p 式中f為電源頻率、P是磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)、n的單位是每分鐘轉(zhuǎn)速。根據(jù)此式我們知道，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)

57、速與磁通極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān)，為此，控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法：改變磁極和變頻。以往多用第一種方法，現(xiàn)在則利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)極變速控制。</p><p>　　單相交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理：?jiǎn)蜗嘟涣麟妱?dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。當(dāng)單相正弦規(guī)律變化，但在空間方位上市固定的，所以又稱這個(gè)磁場(chǎng)是交變脈動(dòng)磁場(chǎng)。這個(gè)交變脈動(dòng)磁場(chǎng)可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，這兩個(gè)旋

58、轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電動(dòng)機(jī)無(wú)法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)我們用外力使電動(dòng)機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變小；轉(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變大。這樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。</p><p><b>　　4.3 伺服電機(jī)</b></p>

59、<p>　　目前被工業(yè)界廣泛采用的交流伺服系統(tǒng)（電機(jī)+驅(qū)動(dòng)）通常具有力矩控制、速度控制和位置控制等閉環(huán)控制功能。</p><p>　　如果采用伺服系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制，配套選用的控制器則只需具有軌跡規(guī)劃功能，這樣的運(yùn)動(dòng)控制器通常價(jià)格比較低廉，而且穩(wěn)定性和可靠性也會(huì)比較好。如果選用步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該類型控制器也同樣適用，這種類型的運(yùn)動(dòng)控制器通常叫做位置脈沖型運(yùn)動(dòng)控制器。</p><

60、p>　　如果我們想利用伺服驅(qū)動(dòng)的速度閉環(huán)來(lái)完成系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制，則需要選用具有位置閉環(huán)控制功能的運(yùn)動(dòng)控制器。這種控制方式通常比第一種控制方式具有更高的精度，但系統(tǒng)的調(diào)整比第一種控制方式復(fù)雜和困難。在這種控制方式下，運(yùn)動(dòng)控制器接受位置反饋信號(hào)，進(jìn)行位置閉環(huán)控制，向伺服驅(qū)動(dòng)輸出模擬電壓控制信號(hào)。伺服驅(qū)動(dòng)裝置接受位置反饋信號(hào)進(jìn)行位置閉環(huán)控制，向伺服驅(qū)動(dòng)器輸出模擬電壓控制信號(hào)。伺服驅(qū)動(dòng)裝置接受速度控制信號(hào)，完成速度閉環(huán)控制。目前，這種類

61、型的運(yùn)動(dòng)控制器也已非常普遍。</p><p>　　如果伺服驅(qū)動(dòng)裝置只具有力矩閉環(huán)控制功能（通常這種驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉），則需選用具有速度閉環(huán)和位置閉環(huán)控制功能的運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)完成系統(tǒng)的高精度位置和軌跡控制。這種類型的運(yùn)動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本也會(huì)比較高，但對(duì)于需要多軸運(yùn)動(dòng)控制的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，如果采用具有多軸控制能力的運(yùn)動(dòng)控制器，總的系統(tǒng)成本也可能會(huì)比其它兩種方式還要低廉一些。因?yàn)槎鄠€(gè)驅(qū)動(dòng)成本的降低幅度會(huì)超過(guò)一

62、塊運(yùn)動(dòng)控制器成本的增加幅度。不過(guò)，除了一些能夠配套提供控制器和相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器的生產(chǎn)廠家外，這種控制方式比較少被采用。</p><p>　　伺服電機(jī)既可以選擇交流伺服電機(jī)也可以選擇直流伺服電機(jī)?？刂扑欧姍C(jī)時(shí)，通過(guò)選擇不同的驅(qū)動(dòng)器模式，運(yùn)動(dòng)控制器既可以輸出+/-10V模擬電壓控制信號(hào)，也可以輸出脈沖控制信號(hào)。選用伺服電機(jī)時(shí)，應(yīng)選配其相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器及配件。</p><p>　　對(duì)于控制步進(jìn)電機(jī)，

63、運(yùn)動(dòng)控制器提供兩種不同的控制信號(hào)：正脈沖/負(fù)脈沖、脈沖/方向。這樣，控制器可以與目前任何類型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配套使用。在控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，控制模式為開(kāi)環(huán)控制，不需要編碼器。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制器與伺服系統(tǒng)的匹配：運(yùn)動(dòng)控制器作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)，已經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)封閉型的控制系統(tǒng)，被廣大機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師所采用。與此同時(shí)，與執(zhí)行裝置所配套的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也在不斷地發(fā)展，許

64、多系統(tǒng)已經(jīng)具備了各種運(yùn)動(dòng)控制功能對(duì)于給定的控制對(duì)象，必須根據(jù)控制目標(biāo)選用適當(dāng)?shù)膱?zhí)行與驅(qū)動(dòng)裝置，然后根據(jù)執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)裝置的功能特征選用合適的運(yùn)動(dòng)控制器，以最大限度地利用控制與驅(qū)動(dòng)裝置的功能降低系統(tǒng)成本。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信

65、號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)定位的目的。由于脈沖信號(hào)數(shù)與步距角的線性關(guān)系，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)

66、電機(jī)來(lái)控制邊的非常簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)、交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用</p><p>　　現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)

67、式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。</p><p>　　永磁式步進(jìn)電機(jī)：永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；</p><p>　　應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為15度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)

68、生轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　混合式步進(jìn)電機(jī)：混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相。兩相步進(jìn)角一般為1.8度，而五相步進(jìn)角為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5％，且小累積。步進(jìn)電機(jī)外表允許的最目溫度。步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，田此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取

69、決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏l30度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率(或速度)的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，井伴有嘯叫聲。</p>

70、<p>　　步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)小能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟失或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚?。</p><p>　　直流電機(jī)和交流電機(jī)有慣性，很難控制，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，讓

71、我們選擇了它。</p><p>　　5 LED鍵盤(pán)板的設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 LED鍵盤(pán)板的技術(shù)要求</p><p>　　1.當(dāng)鍵盤(pán)板與電腦主機(jī)連接時(shí)，手控板會(huì)自動(dòng)鎖死，按鍵不會(huì)有動(dòng)作，此時(shí)鍵盤(pán)板上手控板使能燈自動(dòng)熄滅。 2.當(dāng)其與電腦斷開(kāi)連接時(shí)，手控板使能指示燈亮，表示手控板可以操作。 </p><p>　　3.X，Y，Z

72、三軸可以同時(shí)動(dòng)作。 4.碰到6只限位開(kāi)關(guān)中的任何一只，在鍵盤(pán)板上對(duì)應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)指示燈點(diǎn)亮，手控板會(huì)鎖定，不允許繼續(xù)移動(dòng)。 5.鍵盤(pán)板上有詳細(xì)的指示LED，內(nèi)容豐富，包括三軸的使能、方向、脈沖及六只限位開(kāi)關(guān)的狀態(tài)LED顯示。</p><p>　　5.2 LED鍵盤(pán)板零件的選擇 </p><p>　　根據(jù)雕刻機(jī)手控邏輯板的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)所需要的零件有：</p>&l

73、t;p>　　1、電容：作為無(wú)源元件之一的電容，應(yīng)用于信號(hào)電路，主要完成耦合、振蕩/同步及時(shí)間常數(shù)的作用。1）耦合，舉個(gè)例子來(lái)講，晶體管放大器發(fā)射極有一個(gè)自給偏壓電阻，它同時(shí)又使信號(hào)產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號(hào)耦合，這個(gè)電阻就是產(chǎn)生了耦合的元 件，如果在這個(gè)電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容，由于適當(dāng)容量的電容器對(duì)交流信號(hào)較小的阻抗,這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，故稱此電容為去耦電容。2）振蕩/同步，包括RC、LC振蕩器及晶體的負(fù)載電

74、容都屬于這一范疇。3）時(shí)間常數(shù)，這就是常見(jiàn)的 R、C 串聯(lián)構(gòu)成的積分電路。當(dāng)輸入信號(hào)電壓加在輸入端時(shí)，電容上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過(guò)電阻、電容的特性通過(guò)下面的公式描述：i = (V/R)e-(t/CR)。4）濾波，它可以將一定頻段內(nèi)的信號(hào)從總信號(hào)中去除，減少干擾信號(hào)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中用到的電容主要是0.1μF的瓷片電容。</p><p>　

75、　2、電阻：顧名思義，就是增加電流通過(guò)的阻力的。就象是在水渠中放入東西，能阻止水的順利通過(guò)也是一個(gè)道理。電阻可以限止電流的通過(guò)量，起到限流的作用；在串聯(lián)電路中，起到分壓作用。因使用電阻的大小和組合（串聯(lián)或并聯(lián)），可以起到升壓和降壓的作用；在并聯(lián)電路中，可以起到分流的作用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的電阻有1kΩ和100kΩ的，都是用來(lái)分壓的。</p><p>　　3、穩(wěn)壓管：穩(wěn)壓管在

76、電路中起穩(wěn)定電壓作用。它利用二極管被反向擊穿后，在一定反向電流范圍內(nèi)反向電壓不隨反向電流變化一特點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)壓的。穩(wěn)壓二極管通常由硅半導(dǎo)體材料采用合金法或擴(kuò)散法制成。它既具有普通二極管的單向?qū)щ娞匦?，又可工作于反向擊穿狀態(tài)。在反向電壓較低時(shí)，穩(wěn)壓二極管截止；當(dāng)反向電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然增大，穩(wěn)壓二極管進(jìn)入擊穿區(qū)，此時(shí)即使反向電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，穩(wěn)壓二極管兩端的反向電壓也能保持基本不變。但若反向電流增大到一定數(shù)值后，穩(wěn)壓二極管則

77、會(huì)被徹底擊穿而損壞。</p><p>　　5、芯片：本設(shè)計(jì)中的芯片主要是用來(lái)處理信號(hào)的，選擇的芯片有下列4種。 74LS126 ：三態(tài)輸出四總線緩沖器</p><p>　　74HC08：四2輸入與門(mén)</p><p>　　NE555：在本次設(shè)計(jì)中用于產(chǎn)生矩形脈沖</p><p>　　6、LED燈：用來(lái)表示各個(gè)部分的使能以及運(yùn)行狀態(tài)。&l

78、t;/p><p>　　7、開(kāi)關(guān)按鈕：用來(lái)手動(dòng)控制電路。</p><p>　　8、變阻器：滑動(dòng)變阻器是電學(xué)中常用器件之一，它的工作原理是通過(guò)改變接入電路部分電阻線的長(zhǎng)度來(lái)改變電阻的。滑動(dòng)變阻器在電路中的作用是:(1)保護(hù)電路，即連接好電路，電鍵閉合前,應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使滑動(dòng)變阻器接入電路部分的電阻最大。(2)通過(guò)改變接入電路部分的電阻來(lái)改變電路中的電流，從而改變與之串聯(lián)的導(dǎo)體(用電器)

79、兩端的電壓。</p><p>　　5.3 LED鍵盤(pán)板電路圖的設(shè)計(jì)及其原理</p><p>　　雕刻機(jī)LED鍵盤(pán)板的電路原理圖如下圖所示：</p><p><b>　?。▓D1）</b></p><p>　　本人將這塊LED鍵盤(pán)板分為5個(gè)部分來(lái)解析：人機(jī)交互、狀態(tài)顯示、多諧振蕩器、外部接口及濾波電路。</p>

80、<p>　　1、人機(jī)交互。如下圖所示：</p><p><b>　　（圖2）</b></p><p>　　這臺(tái)雕刻機(jī)除了能與電腦聯(lián)機(jī)運(yùn)行固定程序外，還能夠人為地操控其運(yùn)行軌跡。上圖中的六個(gè)開(kāi)關(guān)分別能夠控制X、Y、Z的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然，前提是不超程。</p><p><b>　　2、狀態(tài)顯示</b></p>

81、<p><b>　?。▓D3）</b></p><p>　　圖2中LED燈表示的是與鍵盤(pán)板相連的邏輯手控板的使能，當(dāng)?shù)窨虣C(jī)與電腦相連時(shí)，右端所接為高電平，燈滅，表示手控板已無(wú)法使用。</p><p><b>　?。▓D4）</b></p><p>　　圖4中16個(gè)LED表示的含義如下表所示：</p>

82、<p><b>　?。ū?）</b></p><p>　　該圖中含有74LS126兩個(gè)，74HC08一個(gè)以及3個(gè)整流二極管。</p><p>　　74LS126是一個(gè)四總線緩沖器，其引腳分布及功能如下：</p><p>　?。↙-低電平 H-高電平 X-任意 Z-高阻）</p><p>　　74HC08

83、是一個(gè)四2輸入與門(mén)，其引腳分布及功能如下：</p><p>　?。↙-低電平 H-高電平 X-任意 Z-高阻）</p><p>　　以X軸為例來(lái)分析LED的顯示變化。按下圖2中的開(kāi)關(guān)S1時(shí)，有脈沖信號(hào)到達(dá)整流二極管D1，若是矩形波峰到達(dá)時(shí)，74LS126的1和4號(hào)管腳跳變?yōu)楦唠娖?，?號(hào)管腳是直接接地的，3管腳輸出為低電平，所以LED3燈亮,此時(shí)74HC08的1號(hào)管腳為低電平，其3管

84、腳輸出為低，即74LS126的5號(hào)管腳為低，所以74LS126的6號(hào)管腳為低電平，故LED4燈亮;當(dāng)波谷到達(dá)時(shí)，1和4號(hào)管腳跳變?yōu)榈碗娖剑?4LS126管腳3和6輸出無(wú)效，此時(shí)LED3與LED4熄滅。如此循環(huán)，LED3與LED4便會(huì)不停的閃爍。</p><p>　　通常情況下，后面8個(gè)LED燈都是熄滅的，只有超程時(shí)對(duì)應(yīng)的LED右端跳變?yōu)榈碗娖?，才有可能燈亮。此時(shí)根據(jù)亮燈情況，就可以很快判斷出是在哪個(gè)軸的哪個(gè)方向超

85、程，操作人員能夠迅速地排除故障。</p><p><b>　　3、多諧振蕩器</b></p><p>　　多諧振蕩器——產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。</p><p>　　多諧振蕩器一旦起振之后，電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它們做交替變化，輸出連續(xù)的矩形脈沖信號(hào)，因此它又稱作無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，常用來(lái)做脈沖信號(hào)源。</p><p&g

86、t;　　[1] 電路組成及工作原理（vC 為C的電壓，v0 為端口3的輸出電壓）</p><p><b>　　（圖5）</b></p><p>　　[2]振蕩頻率的估算 </p><p>　?。?）電容充電時(shí)間T1。電容充電時(shí)，時(shí)間常數(shù)τ1=（R1+R2）C，起始值vC（0+）=，終了值vC（∞）=VCC，轉(zhuǎn)換值vC（T1）=，帶入RC過(guò)渡過(guò)程

87、計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　?。?） 電容放電時(shí)間T2</p><p>　　電容放電時(shí)，時(shí)間常數(shù)τ2=R2C，起始值vC（0+）=，終了值vC（∞）=0，轉(zhuǎn)換值vC（T2）=，帶入RC過(guò)渡過(guò)程計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　　（3）電路振蕩周期T</p><p>　　T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C</p>

88、<p>　　（4）電路振蕩頻率f</p><p>　?。?）輸出波形占空比q</p><p>　　定義：q=T1/T，即脈沖寬度與脈沖周期之比，稱為占空比。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，取R1=R2=10kΩ，C=0.1μF，經(jīng)計(jì)算可得該振蕩電路的振蕩頻率約為476赫茲，其輸出波形的占空比為66.7％。通過(guò)調(diào)節(jié)R1 、R1和C的值即可調(diào)整所發(fā)脈沖的

89、頻率，及其占空比。</p><p>　　4、外部接口。如下圖所示：</p><p><b>　?。▓D6）</b></p><p>　　這個(gè)30針的接口是LED鍵盤(pán)板與外界的通訊口，它既可以與邏輯手控板相連，也可以與電腦主機(jī)相連。本人在鍵盤(pán)板制作完成后對(duì)其節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了手動(dòng)測(cè)試（在其端口用5V直流電進(jìn)行間斷性的觸碰），發(fā)現(xiàn)分別點(diǎn)亮所有的LED所需要的

90、條件，列表如下(Vcc已經(jīng)正常連接，0表示低電平，1表示高電平):</p><p>　　（LED9與LED10為備用指示燈，無(wú)需點(diǎn)亮）</p><p>　　5、濾波電路。如下圖所示：</p><p><b>　?。▓D7）</b></p><p>　　電路的電源線與回流線（地線）之間總要連接很多的電容器通常稱為濾波電容。在

91、電源設(shè)計(jì)中,濾波電容的選取原則是： C≥2.5T/R 其中：C為濾波電容，單位為UF；T為頻率，單位為Hz；R為負(fù)載電阻，單位為Ω。顯然，本人選擇的電容符合要求。</p><p>　　濾波電容在開(kāi)關(guān)電源中起著非常重要的作用，它用在電源整流電路中，用來(lái)濾除交流成分，使輸出的直流更平滑。</p><p><b>　　6、總結(jié)及前景展望</b></p><

92、;p>　　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，現(xiàn)如今人們對(duì)雕刻業(yè)有了全新的認(rèn)識(shí)，電腦雕刻加工的興起與發(fā)展是時(shí)代發(fā)展的需要，電腦雕刻代替機(jī)械已是大勢(shì)所趨。電腦雕刻加工可以就是目前理想的選擇，雖然有些地區(qū)電腦雕刻加工業(yè)務(wù)量不是很多，但它是雕刻行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。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，隨著人們對(duì)雕刻機(jī)的認(rèn)識(shí)和掌握

93、逐步加深，應(yīng)用范圍會(huì)得到不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也會(huì)逐步提高，雕刻加工必定會(huì)有更廣闊的前景。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]胡乾斌等. 單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用[M]. 武漢：華中科技大學(xué)出版社. 1996.</p><p>　　[2]孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(cè) 第（一、二、三）冊(cè)[M].北京:北京機(jī)械工業(yè)出

94、版社. 1998.</p><p>　　[3]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第（三、四、五）冊(cè)[M]. 北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社. 2001.</p><p>　　[4]孫恒.機(jī)械原理 第七版[M]. 高等教育出版社. 2006.</p><p>　　[5]濮良貴. 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版[M]. 高等教育出版社 2006.</p><p>　　[6]梅順齊

95、. 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社. 2009.</p><p>　　[7]蔡共宣. 工程測(cè)試與信號(hào)處理[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社. 2006.</p><p>　　[8]陶恒奇. 電工與電子技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社. 2008.</p><p><b>　　附 錄</b></p><p&g

96、t;　　下面是本人自己焊接的電路板以及用protel自己畫(huà)出的PCB板。</p><p><b>　　外文資料</b></p><p><b>　　中文翻譯</b></p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先，對(duì)指導(dǎo)老師范良志老師這么長(zhǎng)時(shí)間的耐心指導(dǎo)

97、和孜孜不倦的教誨表示衷心的感謝！正是在范老師的精心指導(dǎo)下，我才能順利地完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)一開(kāi)始，范老師就告訴我們，每一個(gè)學(xué)生都應(yīng)該通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)盡可能多的知識(shí)，而不是為了走走過(guò)程，應(yīng)該使以前學(xué)過(guò)的知識(shí)得以運(yùn)用。以前沒(méi)有充分掌握的知識(shí)，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該變成自己的東西，把一個(gè)人的潛力發(fā)揮到最高水平。我們?cè)谕瓿杀菊撐牡倪^(guò)程中，始終得到范老師無(wú)微不至的指導(dǎo)、關(guān)心、幫助、鞭策與鼓勵(lì)。在范老師的幫助下，我們學(xué)習(xí)到的不僅是書(shū)本上的知識(shí)，