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XX大學
畢業(yè)設計(論文)
開 題 報 告
學生姓名
學 號
專 業(yè) 機械電子工程
班 級
指導教師
2016年2月29日
課題題目及來源：
題目：小型雕刻機設計
題目來源： 自擬
課題研究的意義和國內外研究現(xiàn)狀：
課題研究的意義：
建國五十年來，我國的機械工業(yè)雖然已經有了較大的發(fā)展，具備了一定的基礎和規(guī)模，初步滿足國民經濟和人民生活的需要。但隨著世界科學技術的迅速發(fā)展，我國機械工業(yè)的技術水平和生產能力與工業(yè)發(fā)達國家相比還存在相當大的差距。因此，在我國以新技術改造傳統(tǒng)產業(yè)和開發(fā)高技術含量的新產品，已成為當前機械工業(yè)以至各傳統(tǒng)產業(yè)密切關注和改革的焦點。
機電一體化技術是機械技術和電子技術的有機結合，它包括機械、電子、計算機和自動控制技術。它從系統(tǒng)工程的觀點出發(fā)，使產品或系統(tǒng)實現(xiàn)整體優(yōu)化。近年來，世界上各發(fā)達國家競相發(fā)展機電一體化技術，以提高制造技術水平，實現(xiàn)生產系統(tǒng)向柔性化、智能化發(fā)展。機電一體化技術給傳統(tǒng)的機械工業(yè)帶來了革命性的變革和驚人的效益，使產業(yè)結構、生產方式和管理體制發(fā)生深刻的變化。機電一體化是當今世界機械工業(yè)技術和產品發(fā)展的主要趨勢，也是我國機械工業(yè)發(fā)展的必由之路。
國內外發(fā)展狀況：
隨著近年來我國制造業(yè)的迅速發(fā)展，小型雕刻機產業(yè)也獲得了良好的發(fā)機遇有效地促進了我國小型雕刻機的生產和推廣應用。我國的小型雕刻機起步經濟型數(shù)控機床，隨著技術的進步，經過十多年的發(fā)展，己形成了多個國品牌的雕刻機，如上海洛克公司生產的啄木鳥數(shù)控雕刻機、北京糟雕公司生產精雕數(shù)控雕刻機和南京科能公司生產的威克數(shù)控雕刻機等。上述各類型雕刻機本體結構較為簡單，控制器大多借鑒國外新技術，采用基于高檔的微控制或PC的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進電機細分驅動為主，可獲得中等控制精度，但價格比較便宜，因此整機的性價比較高，適用于精度要求不太高的普及應用場合對高精度的雕刻加工，目前我國尚以進口數(shù)控雕刻機為主，如意大利的左日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機。這類數(shù)控雕刻機機床本體設計剛高度好、精度高，采用伺服電機驅動，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性，但價格昂貴往往倍于國產產品，因此主要應用于模具等高精度加工場合。
課題研究的主要內容和方法，研究過程中的主要問題和解決辦法：
課題研究的內容：
為了解決在生產中人工雕刻的失誤和降低人的勞動強度，采用的控制系統(tǒng)是51類型單片機，來完成相應的控制工作。通過對小型雕刻機工作流程及工作原理的介紹和分析，控制系統(tǒng)是以AT89C52單片機為核心的下位機系統(tǒng)，和以MATLAB下的GUI界面下的上位機軟件系統(tǒng)。
針對目前小型雕刻機存在的問題和對市場需要的調研，設計并開發(fā)以基于圖像處理技術的適用于機械化、自動化生產系統(tǒng)，系統(tǒng)包含有這樣幾個部分，分別是機械運動部分、控制電路部分、電機驅動部分和上位機控制處理軟件。操作人員先通過對軟件界面中驅動項的設定，再將所設定的信息參數(shù)由串口傳輸給控制電路，再由控制電路對電動部分發(fā)送控制信號，實現(xiàn)驅動部分控制機械系統(tǒng)按照規(guī)定動作運行。
基于小型雕刻機的設計與開發(fā)需要解決以下問題：
1．建立完善的機械結構，使其能完成項目要求的所有動作，并有良好的可維護性和擴展性。
2．建立達到精度要求的傳動及控制軟硬件系統(tǒng)，能滿足用戶的需要。
3．使系統(tǒng)具有較高穩(wěn)定性、精度和易用性，基本實現(xiàn)小型雕刻機。
課題研究的主要方法：
（1） 搜集資料，了解并掌握STC89C52單片機的工作原理和各模塊的功能。
（2） 確定設計大體思路，撰寫開題報告，按照要求完成具體的設計內容。
（3） 根據設計任務書的要求，熟悉相關軟件MATLAB，確定設計方法及設計要點。按要求完成完整的設計計劃及預期達到的結果，進行相關設計及計算。
（4） 對所設計的小型雕刻機進行樣機的搭建與調試。
（5） 對設計說明書初稿進行相關格式修改，對設計圖紙并進行修改。
研究過程中的主要問題和解決的方法：
機械結構作為小型雕刻機的硬件部分，對小型雕刻機的加工過程、刻字效果等有著重要的影響。下面對小型雕刻機的機械結構作詳細介紹。
1、雕刻機總體布局的基本要求
雕刻機總體布局的基本要求有以下幾點:
（1）首先必須滿足如加工范圍、工作精度、生產率和經濟性等等各種要求;
（2）確保實現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置與相對運動。在經濟、合理的條件下，盡量采用較短的傳動鏈，以簡化機構，提高傳動精度和傳動效率;
（3）確保雕刻機具有與所要求的加工精度相適應的剛度、抗振性、熱變形及噪音水平；
（4）應便于觀察加工過程，便于操作、調整和維修，便于輸送、裝卸工件和清理，注意防護，確保安全；
（5）結構簡單，合理可靠，便于加工和裝配。
2、影響雕刻機布局的基本因素
在滿足總體布局的基本要求的基礎上，還應當考慮影響雕刻機布局的基本因素:
（1）表面形成運動的影響
不同形狀的加工表面往往采用不同的刀具來加工，從而表面形成運動的形式和數(shù)目就不同，并導致布局的差異。相同形狀的加工表面，由于工件的技術要求和生產率要求等不同，也可以采用不同的刀具、不同的表面形成運動來加工，從而形成不同的布局。由此可知，工件表面形成運動直接決定了雕刻機布局的形式，是影響雕刻機布局的決定性因素。因而，在布局雕刻機時，必須根據加工要求，全面、綜合地考慮工件的表面形成方法及運動，以期作出具有較好技術經濟效果的布局設計。
（2）雕刻機運動分配的影響
工件表面形成方法及運動相同，而雕刻機的運動分配不同，雕刻機的布局也會不同。對于同一種運動分配的布局，由于導軌的布置和其它結構形式的不同，也將使雕刻機的布局出現(xiàn)變化。在分配雕刻機運動時，一般應注意以下幾點:
1) 移動部件的重量應盡量輕。在其它條件相同的情況下，移動部件的重量越小，所需電機功率和傳動件的尺寸也越小
2) 應有利于提高加工精度
3）應有利于提高雕刻機剛度，縮小占地面積
4）工件的尺寸重量和形狀的影響
工件的表面形成運動及雕刻機部件的運動分配基本相同，而工件尺寸、重量和形狀不同，雕刻機的布局也會有很大差異。另外，還應考慮雕刻機性能要求的影響，如振動、噪聲、熱變形、剛度和抗振性，操縱方便形的影響，模塊化設計法的影響等。通過查閱相關的文獻資料，雕刻機基本布局形式通常有下圖所示的兩種方案：
圖2.2 雕刻機的布局簡圖
圖1 雕刻機的布局形式
這兩種布局都采用龍門式框架結構，雕刻機的剛度均較高。
布局(1)方案中，工作臺固定，雕刻頭作橫向和上下移動，立柱作縱向移動。該方案便于變形為不同縱向長度的雕刻機。由于工作臺不動，承載能力好，適合加工較重的工件。在使用外伸支架支撐縱向長工件進行批量加工時，支點高度相同，故支架支撐調整方便。但雕刻頭運動精度較難保證且立柱移動較笨重。
布局(2)方案中，立柱固定，雕刻頭作橫向和上下移動，工作臺作縱向移動。由于工作臺移動，承載能力較布局(1)方案差。若設計所承載的工件較輕，這種布局方式所需電動機功率和傳動件的尺寸較小，移動較輕便。在使用外伸支架支撐縱向長工件進行批量加工時，支點高度相同，故支架支撐調整方便，但支架結構較布局(1)方案略顯復雜。該方案的最大優(yōu)勢在于雕刻頭運動精度較易保證。
經以上比較，充分考慮到布局的基本要求、影響布局的基本因素及三坐標數(shù)控雕刻機的設計參數(shù)，可采用布局(2)的方案。
雕刻機工作原理如圖所示：
圖2 雕刻機工作原理圖
課題研究所需的參考文獻：
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指導教師審查意見：
課題選擇可以使學生充分運用所學知識，符合學生專業(yè)發(fā)展方向，對于提高學生的基本技能有幫助。該學生前期資料查閱充分，對課題理解較好。研究方法和研究計劃基本合理，難度合適，學生能夠在預定時間內完成該課題的設計。同意該課題進入下一階段，同意進行畢業(yè)設計。
指導教師簽字：
20 年 月 日
指導委員會意見審核意見：
組長簽字：
20 年 月 日