数控雕刻机[摘要]雕刻机制作工艺日渐成熟，应用范围也日渐广泛。
大到楼房建筑装饰，小到商店门前的招牌，以及很多产品的标志铭牌，都可以看到雕刻产品的存在，可谓雕刻的使用范围无处不在。
但是雕刻机的价格均比较高，为了提高其普及率，设计开放一个经济、简历的机械系统是很具有重要的理论意义和实用价值的。
本文简要的介绍了雕刻机的起源和发展现状，分析了国内外雕刻机的特点，说明了雕刻机的功能和使用范围。
综合机械制造和加工工艺等知识，提出了简化雕刻机运动系统的设计思路。
其次，讨论和确定了本雕刻机的总体结构布局，并详细的分析了雕刻机的总体布局和结构方案，以及主运动和进给运动系统的选择，主运动系统采用电机直接接刀具，省去中间传动，而进给系统是采用步进电机带动滚珠丝杠使部件在导轨上平移来实现三轴联动。
再次，对主电机的选用、滚珠丝杠、步进电机、以及导轨等主要零部件进行了详细的设计与计算。
本课题是在参考现有雕刻机的基础上，设计一种机构尺寸比较大的玉石雕刻机，适应比较大的工艺品的雕刻加工。
[关键字]雕刻机，运动系统，三维Structural design of stone engraving machineAutor : Liu Yumeng(Grade 08,Class 4, Major Mechanical Design, Manufacturing and Automation Dept., Shaanxi University of Technology,Hanzhong723003,Shaanxi)Tutor: Song ZhunmingAbstract:Along with the development of micro-electronics technology and microcomputer technology，NC carer will be widely used. These technologies are widely used in Mechatronics, including mechanism, microelectronics，autocontrol, information, sensor and test, power and electron, interface, signal transform, software program. On the other hand, Mechatronics makes these technologies integrated closely. It is the primary trend of the development of mechanical industrial technology and products in the world nowadays. 3D- mechanical engraving plotter is a typical mechatronic product. It has a larger market prospect in the advertising industry.The thesis in brief introduces the genesis and developmental status quote of Engraving Plotter, analyses characteristics of inland and overseas Plotters，and explains its function and use range. We analyze the overall arrangements and framework，the movement mode of numerical control system，the select of main movement system and feed movement system etc. As well as we select and analyze and realize the process of 3D-Engrave interpolation arithmetic. optimized 3D-mechanical engraving system is realized.This topic is based on the existing engraving machine to design a CNC engraving machines with a large body size, which adapted to the relatively large carving handicraft processing.Key words: Engraving plotter, motor system, 3D.目录第一章引言 (1)1.1 雕刻机的概述 (1)1.2 雕刻机及其发展现状 (1)1.2.1雕刻机 (1)1.2.2 研制雕刻机的目的和意义 (3)1.2.3 雕刻机的特点 (3)1.2.4 雕刻机的应用领域 (4)1.2.5 雕刻机的发展现状及发展趋势 (5)第二章系统分析与方案的订制 (7)2.1 三维雕刻机的设计参数 (7)2.2 雕刻机总体方案选择 (8)2.2.1 总体布局要求 (8)2.2.2 影响雕刻机布局的基本因素 (8)2.3 雕刻机运动系统方案设计 (9)2.3.1 坐标系统的确定 (10)2.3.2三维雕刻机的机械结构 (11)2.3.3 主运动方案 (12)2.3.4 进给运动方案 (12)2.4主轴组件 (15)第三章主运动系统的设计及校核 (17)3.1 设计参数的确定 (17)3.2 切削力、切削扭矩和切削功率计算 (17)3.2.1铣削力、扭矩和功率的计算 (18)3.2.2 钻削力、扭矩和功率的计算 (19)3.3 主运动系统的设计计算 (20)3.3.1主运动系统传动链的组成 (21)3.3.2 主轴电动机的设计计算 (21)第四章进给运动系统设计计算 (23)4.1 Z 方向进给运动系统组成 (23)4.2 滚珠丝杠副的设计计算 (23)4.2.1 当量转速和当量载荷的确定 (23)4.2.2 预定额定动载荷 (26)4.2.3 螺纹最大轴向变形量及螺纹最小底径确定 (27)4.2.4 初选滚珠丝杠副的规格代号 (28)4.2.5 确定滚珠丝杠副支承用轴承型号、规格 (29)4.2.6 滚珠丝杆长度确定 (29)4.3 滚珠丝杆的校核 (30)4.3.1 传动系统刚度 (30)4.3.2 刚度验算及精度选择 (31)4.3.3 验算临界压缩载荷错误！未找到引用源。
(32)4.3.4 验算临界转速错误！未找到引用源。
(33)4.3.5 D值的验算 (33)n4.3.6 基本轴向额定载荷验算 (33)4.3.7 确定滚珠丝杠的规格代号 (33)4.4 Z方向进给电机的设计计算 (34)4.4.1 作用在丝杠副上的各种转矩 (34)4.4.2 计算转动惯量错误！未找到引用源。
(34)4.4.3 Z轴步进电机启动转矩计算 (35)4. 5 联轴器的选择 (36)4. 6 Z 方向直线导轨副的设计计算 (36)4.7 雕刻机设计参数的确定 (38)第五章结论 (40)参考文献 (41)致谢 (42)第一章引言1.1雕刻机的概述雕刻可以追溯到远古时期，母系氏族时期的半坡氏族的“人面网纹盆”便是雕刻的雏形。
在我国北宋时期便发明了活字印刷，《梦溪笔谈》有记:“其法用胶泥刻字，薄为钱唇，每字为一印，火烧令坚……”。
这里的刻字应属于雕刻的范畴。
随着时代的发展，我国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。
上世纪90年代至今，机械雕刻获得了前所未有的发展。
从最初的刻字机，刻章机再到三维雕刻机，制作工艺也日渐成熟，应用范围也日渐广泛。
大到楼房建筑的装饰，小到商店门前的招牌，乃至很多产品的标识铭牌，可谓雕刻的使用范围无处不在。
雕刻机(Engraving Plotter)，顾名思义就是用机器代替人工进行雕刻的设备。
1938年世界第一台手动雕刻机在法国“嘉宝”问世，1950 年“嘉宝”生产出世界第一台真正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。
随后美国、日本和法国等国也开始研制。
20世纪90年代，随着微电子技术的突飞猛进，直接推动微型计算机的急剧发展。
微电子技术和微型计算机技术带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞跃。
雕刻机完成了从2D→2.5D→3D加工的变革，功能完善、性能稳定、造型美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。
国外的雕刻机，如美国“雕霸”、法国“嘉宝”和日本“御牧”是此行业的佼佼者，但价格非常昂贵。
不管大小都在10万圆人民币以上;近几年国内的雕刻机，北京“精雕”、上海“啄木鸟”在国内也有一定的市场，但价格也不菲。
为了使雕刻机能够更广泛的应用，设计出一种经济型的雕刻机，所以决定对三维雕刻机进行研制。
1.2雕刻机及其发展现状1.2.1雕刻机传统雕刻加工业是一门技术性要求很高的手工技艺，雕刻品的质量完全取于雕刻师的技艺水平，所以生产的效率低、成本高，制品的随意性强、一致性差，严重制约了雕刻行业的发展。
这使得雕刻机的产生成为必然。
雕刻机的功能决定了其使用范围。
从工艺上，雕刻可分为全自由度空间雕刻、三维立体雕刻和二维平面雕刻。
其中，全自由度空间雕刻主要用于一些形状复杂的工艺品或大型艺术作品的雕刻工作，如玉雕、木雕工艺品以及冰雕与沙雕等作品。
此类制品往往注重艺术创作性，制品的构成形状复杂、随意性强、工艺性差。
因此这类工艺迄今为止雕刻机尚无能为力，只能采用手工雕刻，制品的质量和艺术性完全依赖于雕刻师的技艺水平。
相比之下，在三维立体雕刻和二维平面雕刻机则大有可为。
三维立体雕刻类似于三维铣削加工，可以完成精密模具、艺术浮雕曲面等雕刻加工;而二维平面雕刻工艺主要用于标牌文字及平面几何图形的雕刻加工。
目前，三维立体和二维平面雕刻大部分已采用雕刻机完成，克服了传统手工雕刻存在的缺陷。
根据控制原理的不同，雕刻机可分为仿形雕刻机和数控雕刻机 (采用 CNC系统)两大类型。
仿形雕刻机的工作原理类似于仿形铣削，在加工前必须制作仿形模型，这一过程通常需手工完成，周期长、效率低。
数控雕刻机是数控技术和雕刻工艺相结合的产物，是一种专用的数控机床。
与通用数控机床类似，数控雕刻机通过数控系统根据程序代码控制雕刻机动作，实现雕刻加工的自动化。
较传统的手工雕刻、仿形雕刻，数控雕刻具有生产效率高、加工精度高、成品率高、对零件的适应性强等显著优势;同时，借助于专用的雕刻 CAD/CAM软件系统，加工控制程序的生成快捷、修改方便。