高精度激光雕刻機機構設計及動力學分析 論文（優(yōu)秀含CAD圖紙+設計說明書）

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激光雕刻是利用高能量密度的激光對工件進行局部照射，使表層材料汽化或發(fā)生顏色變化的化學反應，從而留下永久性標記的一種雕刻方法。激光雕刻機的應用與優(yōu)勢近年來隨著科技的進步與發(fā)展，激光雕刻機以其工作時不受任何圖形限制，不會產(chǎn)生任何機械形變，精度高，速度快，無毛邊，品質(zhì)好等優(yōu)勢深受各大企業(yè)的歡迎。激光雕刻機采用無接觸的熱加工方式，聚焦性強，照射光斑纖細，熱播散區(qū)小，加工品質(zhì)高。目前激光雕刻機在眾多領域上都有著廣泛的應用，如鞋材、皮革服裝、商標加工、繡花、廣告裝飾、木材加工、包裝印刷、激光刀模、裝潢裝飾行業(yè)、印刷燙金模板、工藝禮品行業(yè)、美術藝術行業(yè)、電子電器行業(yè)、模型行業(yè)（建筑模型、航空航海模型、木制玩具）等非金屬加工的雕刻、切割、打孔。此外，激光加工方式較傳統(tǒng)加工方式還具有精確快捷、操作簡單、高效省料、樣式新穎、自動化程度高等明顯優(yōu)勢，因而在激光雕刻技術在國內(nèi)外各大行業(yè)中占據(jù)著越來越大的應用比例。中小型企業(yè)對激光雕刻的精確度的要求越來越高，應用面也越來越廣，對企業(yè)的影響越來越顯重要。 研究目的： 通過查詢雕刻機的相關研究論文，了解雕刻機的基本形式和執(zhí)行機構形式，并分析影響雕刻機精度的因素。根據(jù)精度要求設計雕刻機的運動機構，通過機械設計軟件進行機構實體建模，并進行零件裝配和運動仿真。通過動力學仿真軟件，分析實體模型在運動過程中的動態(tài)變形對精度的影響。制作出雕刻機模型樣機。 實用價值： 從實際上來看，激光產(chǎn)品正向高速度、高精度、高效率、多功能方向發(fā)展，技術含量越來越高，而我國激光系統(tǒng)的核心主要來自國外，且自主研發(fā)能力不強。因此，開發(fā)一套可以進一步改進雕刻工藝和水平的專用軟件是非常適合的。本課題的研究具有較高的實際意義和經(jīng)濟意義。中國的激光雕刻技術起步相對國外的較晚，而且在其技術上存在著比較大的差距，所以結合國內(nèi)的基本國情所需，研究適合我們國人使用的激光雕刻機，對我們在這一方面的發(fā)展有著重要的意義。本課題在理論知識、繪圖技術、模型建造和運動仿真及整體設計上有著眾多內(nèi)容的綜合，對個人的思維及綜合知識應用進行了一次有效的鍛煉。 二、文獻綜述 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)；查閱的主要文獻 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)：1938年世界第一臺手動雕刻機在法國“嘉寶”問世，1950年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺真正意義的電動、可縮放比例的手動雕刻機。隨后美國、日本和法國等國也開始研制。20世紀90年代，隨著微電子技術的突飛猛進，直接推動微型計算機的急劇發(fā)展。微電子技術和微型計算機技術帶動整個高技術群體飛速發(fā)展，從而使雕刻機產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價格合理成為雕刻機研制的基本要求。 自1960年第一臺激光器問世以來，激光的研究及其在各個領域的應用得到了迅速的發(fā)展。其高相干性在高精密測量、物質(zhì)結構分析、信息存儲及通信等領域得到了廣泛應用。激光的高單色性，可在光化學領域對一些相距很近的能級作選擇激發(fā)，進行重金屬的同位素分離；激光的高方向性和高亮度可廣泛應用于加工制造業(yè)（大到航天器、飛機、汽車工業(yè)，小到微電子、信息、生物細胞分離等微技術）。隨著激光器件、新型受激輻射光源，以及相應工藝的不斷革新與優(yōu)化，尤其是近20年來，激光制造技術已滲入到諸多高新技術領域和產(chǎn)業(yè)，并開始取代或改造某些傳統(tǒng)的加工行業(yè)。 市面上的激光設備多種多樣，大致歸納有如下產(chǎn)品：激光打標，激光焊接，激光切割，激光內(nèi)雕，激光打孔，激光演示，激光制版機，激光美容，激光醫(yī)療，激光噴碼，激光熱處理等等。他們都是激光技術與軟件控制技術的結晶產(chǎn)物，為現(xiàn)代工業(yè)文明帶來了勃勃生機。 一臺雕刻機的性能,主要由雕刻速度,雕刻強度和光斑大小而決定.雕刻速度雕刻速度指的是激光頭移動的速度，通常用IPS（英寸/秒）表示，高速度帶來高的生產(chǎn)效率。速度也用于控制切割的深度，對于特定的激光強度，速度越慢，切割或雕刻的深度就越大。您可利用雕刻機面板調(diào)節(jié)速度，也可利用計算機的打印驅動程序來調(diào)節(jié)。在1%到100%的范圍內(nèi)，調(diào)整幅度是1%。悍馬機先進的運動控制系統(tǒng)可以使您在高速雕刻時，仍然得到超精細的雕刻質(zhì)量雕刻強度雕刻強度指射到于材料表面激光的強度。對于特定的雕刻機速度，強度越大，切割或雕刻的深度就越大。您可利用雕刻機面板調(diào)節(jié)強度，也可利用計算機的打印驅動程序來調(diào)節(jié)。在1%到100%的范圍內(nèi)，調(diào)整幅度是1%。強度越大，相當于速度也越大。切割的深度也越深光斑大小光束光斑大小可利用不同焦距的透鏡進行調(diào)節(jié)。小光斑的透鏡用于高分辨率的雕刻。大光斑的透鏡用于較低分辨率的雕刻，但對于矢量切割，它是最佳的選擇。新設備的標準配置是2.0英寸的透鏡。其光斑大小處于中間，適用于各種場合。 激光雕刻機的應用范圍: 1．主要加工方式：普通雕刻、激光三維立體雕刻、膜類和板材切割、人像/圖案雕刻、激光打標。 2．主要應用領域：各種標牌銘牌、工藝禮品、有機玻璃制品、橡膠制品、裝飾用立體字、建筑模型、制鞋/成衣打樣、各類印章、其他廣告制品等 3．主要加工材料：有機玻璃、雙色板、布料、皮革、木材、紙類、橡膠、高密度板/發(fā)泡板、玻璃器皿、塑料及其他非金屬制品。 激光雕刻機能夠加工各種類型的材料，對于很多企業(yè)，激光雕刻機無疑是一個多功能的加工利器。 主要參考文獻： 1.張鵬. 應用傳能光纖激光雕刻系統(tǒng)的結構設計[D].燕山大學,2004. 2.欒陸杰. 小型旋轉雕刻機的設計研究[D].廣東工業(yè)大學,2014. 3.黃勤兵. 新型多功能光纖激光雕刻機的設計[D].燕山大學,2010 4.李欣欣,侯藍田,潘普豐. 超大幅面激光雕刻機的設計與研究[J]. 工業(yè)控制計算機,2005,03:73-74. 5.張曉. 五軸聯(lián)動木工數(shù)控雕刻機的結構設計與仿真[D].南京林業(yè)大學,2013. 6.趙松年，張奇鵬．機電一體化系統(tǒng)設計[D].機械工業(yè)出版社,1997 7.Saeed B.Niku著.機器人學導論——分析、系統(tǒng)及應用.電子工業(yè)出版社，2004 8.安杰斯利.機器人機械系統(tǒng)原理：理論、方法和算法.機械工業(yè)出版社，2004 9.朱廣志,陳培峰,周卓尤,程昌盛,鄒雪芬;雙棒串接Nd3+:YAG激光器的研究[J].激光雜志,2003,24(2):29～3l. 10.余本海,鄭啟光,童杏林,秦應雄.兩種典型雙棒串接Nd: YAG激光器諧振腔的分析[J]. 華中科技大學學報(自然科學版),2003,31(4):96- 98. 11.王海林,周卓尤,曹紅兵,黃維玲.雙棒串接Nd: YAG 激光器的穩(wěn)定性研究[J].光電子.激光,2003 14( 2):149-152. 12.史曉強.低碳鋼板的激光切割[J].激光技術,1998,22(6): 343-345. 13.楊遇春.YAG固體激光器與激光材料加工[J].激光與紅外,1997, 14.Yong Chen, Hui Li, Yongkui Sun and Zhih e Gu, "The control system of three-axes high speed engraving machine based on embedded system ," Proceedings of 2008 IEEE International Confe rence on Mechatronics and Automation, pp. 803-807, August 2008. 15.Hamidreza Karbasi,"COMPUTER SIMULATION OF LASER MATERIAL REMOVAL:MEASURING THE DEPTH OF PENETRATION IN LASER ENGRAVING",Conestoga College Institute of Technology and Advanced Learning, School of Engineering and Information Technology,Paper(P103). 三、研究內(nèi)容 1． 學術構想與思路；主要研究內(nèi)容及擬解決的關鍵問題（或技術） 學術構想與思路：采用兩個伺服電機分別控制激光的發(fā)射器在X和Y方向上的移動，通過高精度螺桿及光滑導軌嚴格控制方向上的位移并采用雙渦輪結構對機構進行反向位置補償，進一步提高位移精度。通過相關軟件對雕刻機進行雕刻的控制。 研究內(nèi)容： 1.激光雕刻機現(xiàn)有產(chǎn)品現(xiàn)狀的調(diào)研及市場分析； 2.對高精度激光雕刻機進行總體結構設計； 3.激光雕刻機的動力仿真分析； 4.繪制激光雕刻機的主要零件圖和裝配圖； 5.編寫設計說明書。 擬解決的主要問題: 1.對現(xiàn)有的雕刻機的產(chǎn)品及市場進行調(diào)研； 2.雕刻機的總體方案、結構的確定； 3.激光雕刻機的機械結構設計； 4.步進電機的選擇； 5.對設計的激光雕刻機進行運動仿真分析； 2．擬采取的研究方法、技術路線、實施方案及可行性分析 研究步驟、方法： 1. 學習和借鑒國內(nèi)外研究的產(chǎn)品技術； 2. 查找相關資料并閱讀，并最終確定結構方案； 3. 根據(jù)設計要求和原始資料進行初步設計； 4. 設計激光雕刻機機械結構部分； 5. 利用Unigraphics NX 軟件繪制雕刻機的機械結構部件； 6. 利用仿真軟件進行機構運動分析。 實施方案： 緒論 提出課題 電機、軸承選型 結構設計 建模仿真 背景及意義 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 研究現(xiàn)狀 靜力分析 零部件設計 傳動方案設計 運動參數(shù)確定 國外研究現(xiàn)狀 仿真運動分析 建立三維模型 四、論文（設計）進度安排 起止時間 主要內(nèi)容 預期目標 2015.2.22-2015.3.7 2015.3.8-2015.3.15 2015.3.15-2015.3.22 2015.3.23-2015.4.7 2015.4.8-2015.4.22 2015.4.23-2015.5.14 2015.5.15-2015.5.29 文獻檢索，文獻綜述撰寫 外文文獻翻譯 開題報告 高精度激光雕刻機的總體結構設計 激光雕刻機的動力仿真分析 繪制激光雕刻機的主要零件圖和裝配圖 畢業(yè)論文撰寫 五、審核意見 導師意見 導師簽字: 年 月 日 審核小組意見 審核小組成員簽字： 年 月 日 注：1、表格不夠可加附頁。 2、審核小組應至少由三位具有高級職稱的教師組成；必要時可召集開題報告會。 8