圆柱面空间雕刻机结构设计
手工雕刻技术是我国的魁宝，在21世纪的今天，数控自动化技术已经得到快速的发展。在市面上千元左右的机械机构各有各的特点，总体来说加工精度不高。本课题决定采用数控车床的结构，采用卡盘和顶针将整体框架重新设计；顶针改成上下可移动式90°V型支撑顶针，优点可以雕刻空心和实心的圆柱材料，还能牢牢固定圆柱材料，浮动V型顶针可根据圆柱的直径改变而改变；y轴进给采用的滑轮结构，以后可以采用精度更高的导轨滑块；测距系统确定激光到圆柱材料的位置；控制系统实现y轴进给和空间旋转运动的联动，并完成圆柱面的雕刻。关键词 整体框架，V型浮动顶针的，测距系统，控制系统
目 录
1 绪论 1
1.1 研究现状 1
1.2 圆柱面空间雕刻机的使用和用途 3
1.3 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 3
2 圆柱空间雕刻机结构设计 3
2.1 圆柱体加工材料的选用 5
2.2 框架材料的选用 5
2.3卡盘整体设计 7
2.4 顶针设计 13
2.5 Y轴激光进给远动的设计 15
2.6 部分材料的加工 19
2.7 整体装配 20
3测距系统的设计 20
3.1 模块的选用 21
3.2 测距电路图的设计 25
3.3 软件设计 26
4 圆柱空间雕刻机系统的设计 28
4.1 圆柱空间雕刻机控制板的选用30
4.2 圆柱空间雕刻机软件的选用 30
4.3 圆柱空间雕刻机控制板的调试 30
结论 34
致谢 35
参考文献36
附录A 37
图1 39
图2 40
1 绪论
技艺精湛的雕刻技术已经有悠久的历史背景，是国家艺术魁宝，是中国历史上重要的文化遗产之一，也是最具有代表。雕刻的材料有很多种，所以也就有很多种不同的雕刻方法，比如玉雕、竹雕、石雕、牙雕、木雕等。现在流传在民间的雕刻技术也变的很少，只有木雕、泥雕、面雕等，因为材料的普遍也充满了浓厚的乡土气 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
息。还有一些材料因为材料昂贵，做工也十分的精致，从实用性变成富贵的欣赏物，被人们称作“特种工艺”。
随着到21世纪到来，机械自动化程度也越来越高，从手动制造装配到自动化制造装配是社会发展必然趋势。圆柱空间雕刻机是根据平面雕刻改进而成，为了提高工作效率，对机构进行重新进行设计，提高机构的合理和工作效率。圆柱空间雕刻机也是一种新起的雕刻设备。因为其性能稳定、精度高、操作方便可靠、成本底，所以逐渐被大量运用[1]。
1.1 研究现状
1.1.1国内外研究现状
圆柱空间雕刻机也是数控机床技术中的一种。在过去人们都是用各种工具进行手工雕刻，随着现在数控技术的快速发展，数控技术就是把手工雕刻技术和机械自动化合二为一[1]，不仅继承了数控技术的效率、控制简单方便等优点还继承了手工雕刻技术的灵活、轻巧、精细、自如等特点。数控雕刻技术巧妙的将雕刻技术和数控技术结合起来，也是未来必然的发展趋势。图1.1数控雕刻机的发展图。
图1.1数控雕刻机的发展图
21世纪以来，我国现代制造业快速稳定的发展，数控技术也随着发展，圆柱空间雕刻机在技术上也得到全面的发展。将精密制造技术、计算机辅助制造技术、数控技术等于一体组成数控自动化技术，也是到目前为止世界上最先进的数控技术。数控雕刻技术也经过了十几年的发展，国内也有一些不错的圆柱空间雕刻机的品牌，例如上海洛克有限公司的啄木鸟牌雕刻机、速霸数控的圆柱雕刻机（图2.1速霸圆柱雕刻机）等。我国大多数圆柱空间雕刻机机床也是从实用型数控技术开始，因为圆柱空间雕刻机的机床结构简单，控制板程序大多是国外开源程序，使用的是高档的微型控制制器或者台式电脑的数控系统，精度主要与步进电机驱动有关，市面上的价格也不贵，可以调校出一个不错的控制精度，但是远远达不到高精度，适合一些需要精度并且精度不高的场合。国内使用的超高精度的雕刻机一般都是采用国外的牌子，日本的卸牧雕刻机、美国的雕霸雕刻机和法国的嘉宝雕刻机，这些品牌的价格也比国内的价格高出了好几倍，但是精度很高机床整体的刚度也是十分的好，控制部分很舒适很人性化，也是采用的伺服电机驱动，可靠性很高，所以主要用在高精度的场合。
图1.2 速霸圆柱雕刻机
数控雕刻技术在不断快速的发展，随着电路、结构、程序的不断的创新和设计，数控圆柱空间雕刻机的数控性能得到了很大的改善，以后的发展出现了如下几个：
三轴、四轴及其多轴联动技术：现在的圆柱空间雕刻机简单的两轴和三轴的为主，多轴因为联动的复杂性，多轴技术只掌握在少数有实力的公司手里面，而且联动的轴数越多完成的零件复杂度也就越多，加工的效率也越多，加工的精度也越来越好。所以多轴联动技术必将是数控圆柱空间雕刻未来重要的发展方向。
人性化操作化设备界面：为了提高生产效率，就需要使操作方式更加的简单，更加的方便快捷。这样就可以让更多人会使用，不需要学习太专业的知识。而且一个控多局面也不在是专业人员的专利。
高速超高精度的发展：现在21世纪快节奏的生活方式下，什么都讲究高效率的生产方式。数控机床系统精度一般可以分成三种：1.是开环式步进电机驱动系统，这种系统机床加工出来的零件整体精度不高，不能用于高精度场合；2.是半开环系统；3.是全闭环系统。按精度方式排列，全闭环系统高于半开环系统高于开环式步进电机的驱动系统。都是利用伺服电机进行驱动，但是半开环和全闭环还要通过传感器采集并检测回馈的信号，并且不断的对误差进行补偿，这样不断的补偿大大提高所加工零件的精度和效率。
1.2圆柱面空间雕刻机的使用和用途
现在的生活水平在不断的提高，人们对生活质量、生活水平和工艺品的需求也在不断的增加。所以现在圆柱空间雕刻机使用范围十分的广泛的，比如木工业、模具、工艺品等。木工业有加工圆柱形扶手等家具配件圆柱雕刻[2]。
1.3 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段
1.3.1本课题要研究或解决的问题
本课题旨在设计一款小型的圆柱面空间雕刻机，采用激光为切割源。切割深度可控制激光的频率、功率、脉宽等调节切割深度或在x轴加个z轴固定激光的参数调节切割深度。圆柱的旋转是利用步进电机旋转运动，将圆柱的周长分割成若干个单位计算转换成步进电机的若干个角度，通过控制旋转间接控制圆柱的周长。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究现状 1
1.2 圆柱面空间雕刻机的使用和用途 3
1.3 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 3
2 圆柱空间雕刻机结构设计 3
2.1 圆柱体加工材料的选用 5
2.2 框架材料的选用 5
2.3卡盘整体设计 7
2.4 顶针设计 13
2.5 Y轴激光进给远动的设计 15
2.6 部分材料的加工 19
2.7 整体装配 20
3测距系统的设计 20
3.1 模块的选用 21
3.2 测距电路图的设计 25
3.3 软件设计 26
4 圆柱空间雕刻机系统的设计 28
4.1 圆柱空间雕刻机控制板的选用30
4.2 圆柱空间雕刻机软件的选用 30
4.3 圆柱空间雕刻机控制板的调试 30
结论 34
致谢 35
参考文献36
附录A 37
图1 39
图2 40
1 绪论
技艺精湛的雕刻技术已经有悠久的历史背景，是国家艺术魁宝，是中国历史上重要的文化遗产之一，也是最具有代表。雕刻的材料有很多种，所以也就有很多种不同的雕刻方法，比如玉雕、竹雕、石雕、牙雕、木雕等。现在流传在民间的雕刻技术也变的很少，只有木雕、泥雕、面雕等，因为材料的普遍也充满了浓厚的乡土气 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
息。还有一些材料因为材料昂贵，做工也十分的精致，从实用性变成富贵的欣赏物，被人们称作“特种工艺”。
随着到21世纪到来，机械自动化程度也越来越高，从手动制造装配到自动化制造装配是社会发展必然趋势。圆柱空间雕刻机是根据平面雕刻改进而成，为了提高工作效率，对机构进行重新进行设计，提高机构的合理和工作效率。圆柱空间雕刻机也是一种新起的雕刻设备。因为其性能稳定、精度高、操作方便可靠、成本底，所以逐渐被大量运用[1]。
1.1 研究现状
1.1.1国内外研究现状
圆柱空间雕刻机也是数控机床技术中的一种。在过去人们都是用各种工具进行手工雕刻，随着现在数控技术的快速发展，数控技术就是把手工雕刻技术和机械自动化合二为一[1]，不仅继承了数控技术的效率、控制简单方便等优点还继承了手工雕刻技术的灵活、轻巧、精细、自如等特点。数控雕刻技术巧妙的将雕刻技术和数控技术结合起来，也是未来必然的发展趋势。图1.1数控雕刻机的发展图。
图1.1数控雕刻机的发展图
21世纪以来，我国现代制造业快速稳定的发展，数控技术也随着发展，圆柱空间雕刻机在技术上也得到全面的发展。将精密制造技术、计算机辅助制造技术、数控技术等于一体组成数控自动化技术，也是到目前为止世界上最先进的数控技术。数控雕刻技术也经过了十几年的发展，国内也有一些不错的圆柱空间雕刻机的品牌，例如上海洛克有限公司的啄木鸟牌雕刻机、速霸数控的圆柱雕刻机（图2.1速霸圆柱雕刻机）等。我国大多数圆柱空间雕刻机机床也是从实用型数控技术开始，因为圆柱空间雕刻机的机床结构简单，控制板程序大多是国外开源程序，使用的是高档的微型控制制器或者台式电脑的数控系统，精度主要与步进电机驱动有关，市面上的价格也不贵，可以调校出一个不错的控制精度，但是远远达不到高精度，适合一些需要精度并且精度不高的场合。国内使用的超高精度的雕刻机一般都是采用国外的牌子，日本的卸牧雕刻机、美国的雕霸雕刻机和法国的嘉宝雕刻机，这些品牌的价格也比国内的价格高出了好几倍，但是精度很高机床整体的刚度也是十分的好，控制部分很舒适很人性化，也是采用的伺服电机驱动，可靠性很高，所以主要用在高精度的场合。
图1.2 速霸圆柱雕刻机
数控雕刻技术在不断快速的发展，随着电路、结构、程序的不断的创新和设计，数控圆柱空间雕刻机的数控性能得到了很大的改善，以后的发展出现了如下几个：
三轴、四轴及其多轴联动技术：现在的圆柱空间雕刻机简单的两轴和三轴的为主，多轴因为联动的复杂性，多轴技术只掌握在少数有实力的公司手里面，而且联动的轴数越多完成的零件复杂度也就越多，加工的效率也越多，加工的精度也越来越好。所以多轴联动技术必将是数控圆柱空间雕刻未来重要的发展方向。
人性化操作化设备界面：为了提高生产效率，就需要使操作方式更加的简单，更加的方便快捷。这样就可以让更多人会使用，不需要学习太专业的知识。而且一个控多局面也不在是专业人员的专利。
高速超高精度的发展：现在21世纪快节奏的生活方式下，什么都讲究高效率的生产方式。数控机床系统精度一般可以分成三种：1.是开环式步进电机驱动系统，这种系统机床加工出来的零件整体精度不高，不能用于高精度场合；2.是半开环系统；3.是全闭环系统。按精度方式排列，全闭环系统高于半开环系统高于开环式步进电机的驱动系统。都是利用伺服电机进行驱动，但是半开环和全闭环还要通过传感器采集并检测回馈的信号，并且不断的对误差进行补偿，这样不断的补偿大大提高所加工零件的精度和效率。
1.2圆柱面空间雕刻机的使用和用途
现在的生活水平在不断的提高，人们对生活质量、生活水平和工艺品的需求也在不断的增加。所以现在圆柱空间雕刻机使用范围十分的广泛的，比如木工业、模具、工艺品等。木工业有加工圆柱形扶手等家具配件圆柱雕刻[2]。
1.3 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段
1.3.1本课题要研究或解决的问题
本课题旨在设计一款小型的圆柱面空间雕刻机，采用激光为切割源。切割深度可控制激光的频率、功率、脉宽等调节切割深度或在x轴加个z轴固定激光的参数调节切割深度。圆柱的旋转是利用步进电机旋转运动，将圆柱的周长分割成若干个单位计算转换成步进电机的若干个角度，通过控制旋转间接控制圆柱的周长。
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