家用雕刻機的設計與制作

汲廣峰等

摘要： 本設計涉及的家用雕刻機機身結構采用固定龍門結構，主軸電機采用水冷主軸電機，以MACA3為編程軟件實現雕刻機自動化作業。該設計操作簡便、實用性強，能滿足普通家庭和科技愛好者的基本需求。

Abstract： In this design， the household engraving machine fuselage structure uses fixed gantry structure， and adopts water-cooled spindle motor. It uses MACA3 programming software to realize the automatic engraving machine operation. The design is simple and practical， which can meet the basic needs of ordinary families and science and technology enthusiasts.

關鍵詞： 雕刻機；編程軟件；自動化

Key words： engraving machine；programming software；automation

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）28-0026-02

0 引言

①研究背景。數控雕刻機是數控技術和雕刻工藝相結合的產物，是一種專用的數控機床。數控雕刻機具有很高的自動化程度，生產效率高，采用數控雕刻機提高零件的加工精度，穩定產品質量等優點，所以在各行各業中得到廣泛的應用。雕刻從加工原理上講是一種鉆銑組合加工，在各行各業中有出現了不同種類的數控雕刻機，根據加工材料和用途分主要有墓碑雕刻機、激光雕刻機、廣告雕刻機、玉石雕刻機、模具雕刻機、PCB線路板雕刻機等。

②問題提出。傳統的數控雕刻機多為工業加工使用， 精度高，加工行程大，但體積大，價格昂貴。本設計涉及的雕刻機參考現有雕刻機的結構和原理，對現有的雕刻機結構經行簡化，經重新設計后進行組裝，形成一款實用性較強的小型雕刻機。

1 研究實施過程

1.1 現有雕刻機的原理分析 由于雕刻機自動化程度高，產品的尺寸精度和表面質量高，提高雕刻效率等優點，在各行各業中出現了不同種類的數控雕刻機，根據加工材料和用途分主要有墓碑雕刻機、激光雕刻機、廣告雕刻機、玉石雕刻機、模具雕刻機、PCB線路板雕刻機等。不同種類的雕刻機但其結構原理都是大同小異，雕刻機的結構原理圖如圖1所示。

雕刻機將控制軟件操作指令輸送到控制器中，控制器是雕刻機的核心軟件，控制器的控制信號輸入到伺服電機，控制變頻器產生對主軸電機轉速的信號。控制器的控制信號輸入到伺服電機，控制伺服電機轉動，伺服電機連接滾珠絲桿，伺服電機轉動帶動滾珠絲桿轉動，促使雕刻機做X，Y，Z三軸方向上的直線運動。通過對現有的工業級的雕刻機實現原理進行分析，得知雕刻機實現直線運動并且能夠做切削運動，其結構中必須要有伺服電機、控制裝置、伺服驅動裝置、主軸電機、主軸變頻器、機架等元件構成。

1.2 提出設計方案 本設計通過在筆記本電腦上安裝雕刻機的控制軟件MACH3，電腦會將指令信號傳送到與其連接硬件控制卡，控制經過計算轉化，將筆記本電腦傳輸的信號轉化為步進電機能識別的脈沖信號。步進電機接收到脈沖信號會在根據設置的細分數產生轉動，這樣就生成了雕刻機的X，Y，Z軸的直線運動。與此同時，與控制卡連接的主軸電機接收來控制卡中的信號時，根據不同的信號產生不同的轉速。

1.3 實施過程

1.3.1 機械部分 本設計采用固定龍門結構，加工行程為300×340×20。機架結構采用8080和4080鋁型材與40系列鋁型材角件連接而成。工作臺面采用鋼板外加工而成。其主軸電機采用市場上比較流行的水冷主軸，這是一款專為小型雕刻機設計研發主軸電機，變頻器采用1.5KW

220V。運動部分采用滾珠絲桿配合步進電機，使之產生直線運動。

1.3.2 控制部分 其控制部分首先先用控制軟件，本設計采用的MACH3的控制軟件和控制卡作為雕刻機的控制部分核心元件。首先根據MACH3中使用說書進行與步進電機驅動模塊、限位開關、變頻器、開關電源等原件進行連線，對筆記本電腦中安裝MACA3控制軟件進行簡單的設置，定義其引腳參數，設置步進電機基本參數。

連線與設置成功后就可以使雕刻機運動起來了，打開MACH3控制軟件后，進行簡單學習使用說明書，就可以讓雕刻機運動起來了，MACH3截面如圖2所示。

2 小結

“家用雕刻機”項目被列為2013年江蘇省大學生創新創業訓練計劃，由無錫職業技術學院的在校大學生在老師指導下完成，作品實物如圖3所示。通過項目實施與實踐，項目團隊完成了對現有雕刻機的結構的研究與簡化設計，并完成整機組裝與調試運行，實現了項目預期目標。

參考文獻：

[1]《機械設計手冊》編委會，北京：機械工業出版社，2004.

[2]趙松年，張奇鵬.機電一體化機械系統設計[M].北京：機械工業出版社，1996.

[3]趙松年，戴志義.機電一體化數控系統設計[M].北京：機械工業出版社，1994.

[4]宋天麟.數控機床及其應用與維修[M].東南大學出版社，2003.

[5]劉雄偉.數控加工理論與編程技術-2[M].北京：機械工業出版社，1994.

[6]譚建成.機電控制專用集成電路[M].北京：機械工業出版社，2002.endprint

摘要： 本設計涉及的家用雕刻機機身結構采用固定龍門結構，主軸電機采用水冷主軸電機，以MACA3為編程軟件實現雕刻機自動化作業。該設計操作簡便、實用性強，能滿足普通家庭和科技愛好者的基本需求。

Abstract： In this design， the household engraving machine fuselage structure uses fixed gantry structure， and adopts water-cooled spindle motor. It uses MACA3 programming software to realize the automatic engraving machine operation. The design is simple and practical， which can meet the basic needs of ordinary families and science and technology enthusiasts.

關鍵詞： 雕刻機；編程軟件；自動化

Key words： engraving machine；programming software；automation

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）28-0026-02

0 引言

①研究背景。數控雕刻機是數控技術和雕刻工藝相結合的產物，是一種專用的數控機床。數控雕刻機具有很高的自動化程度，生產效率高，采用數控雕刻機提高零件的加工精度，穩定產品質量等優點，所以在各行各業中得到廣泛的應用。雕刻從加工原理上講是一種鉆銑組合加工，在各行各業中有出現了不同種類的數控雕刻機，根據加工材料和用途分主要有墓碑雕刻機、激光雕刻機、廣告雕刻機、玉石雕刻機、模具雕刻機、PCB線路板雕刻機等。

②問題提出。傳統的數控雕刻機多為工業加工使用， 精度高，加工行程大，但體積大，價格昂貴。本設計涉及的雕刻機參考現有雕刻機的結構和原理，對現有的雕刻機結構經行簡化，經重新設計后進行組裝，形成一款實用性較強的小型雕刻機。

1 研究實施過程

1.1 現有雕刻機的原理分析 由于雕刻機自動化程度高，產品的尺寸精度和表面質量高，提高雕刻效率等優點，在各行各業中出現了不同種類的數控雕刻機，根據加工材料和用途分主要有墓碑雕刻機、激光雕刻機、廣告雕刻機、玉石雕刻機、模具雕刻機、PCB線路板雕刻機等。不同種類的雕刻機但其結構原理都是大同小異，雕刻機的結構原理圖如圖1所示。

雕刻機將控制軟件操作指令輸送到控制器中，控制器是雕刻機的核心軟件，控制器的控制信號輸入到伺服電機，控制變頻器產生對主軸電機轉速的信號。控制器的控制信號輸入到伺服電機，控制伺服電機轉動，伺服電機連接滾珠絲桿，伺服電機轉動帶動滾珠絲桿轉動，促使雕刻機做X，Y，Z三軸方向上的直線運動。通過對現有的工業級的雕刻機實現原理進行分析，得知雕刻機實現直線運動并且能夠做切削運動，其結構中必須要有伺服電機、控制裝置、伺服驅動裝置、主軸電機、主軸變頻器、機架等元件構成。

1.2 提出設計方案 本設計通過在筆記本電腦上安裝雕刻機的控制軟件MACH3，電腦會將指令信號傳送到與其連接硬件控制卡，控制經過計算轉化，將筆記本電腦傳輸的信號轉化為步進電機能識別的脈沖信號。步進電機接收到脈沖信號會在根據設置的細分數產生轉動，這樣就生成了雕刻機的X，Y，Z軸的直線運動。與此同時，與控制卡連接的主軸電機接收來控制卡中的信號時，根據不同的信號產生不同的轉速。

1.3 實施過程

1.3.1 機械部分 本設計采用固定龍門結構，加工行程為300×340×20。機架結構采用8080和4080鋁型材與40系列鋁型材角件連接而成。工作臺面采用鋼板外加工而成。其主軸電機采用市場上比較流行的水冷主軸，這是一款專為小型雕刻機設計研發主軸電機，變頻器采用1.5KW

220V。運動部分采用滾珠絲桿配合步進電機，使之產生直線運動。

1.3.2 控制部分 其控制部分首先先用控制軟件，本設計采用的MACH3的控制軟件和控制卡作為雕刻機的控制部分核心元件。首先根據MACH3中使用說書進行與步進電機驅動模塊、限位開關、變頻器、開關電源等原件進行連線，對筆記本電腦中安裝MACA3控制軟件進行簡單的設置，定義其引腳參數，設置步進電機基本參數。

連線與設置成功后就可以使雕刻機運動起來了，打開MACH3控制軟件后，進行簡單學習使用說明書，就可以讓雕刻機運動起來了，MACH3截面如圖2所示。

2 小結

“家用雕刻機”項目被列為2013年江蘇省大學生創新創業訓練計劃，由無錫職業技術學院的在校大學生在老師指導下完成，作品實物如圖3所示。通過項目實施與實踐，項目團隊完成了對現有雕刻機的結構的研究與簡化設計，并完成整機組裝與調試運行，實現了項目預期目標。

參考文獻：

[1]《機械設計手冊》編委會，北京：機械工業出版社，2004.

[2]趙松年，張奇鵬.機電一體化機械系統設計[M].北京：機械工業出版社，1996.

[3]趙松年，戴志義.機電一體化數控系統設計[M].北京：機械工業出版社，1994.

[4]宋天麟.數控機床及其應用與維修[M].東南大學出版社，2003.

[5]劉雄偉.數控加工理論與編程技術-2[M].北京：機械工業出版社，1994.

[6]譚建成.機電控制專用集成電路[M].北京：機械工業出版社，2002.endprint

摘要： 本設計涉及的家用雕刻機機身結構采用固定龍門結構，主軸電機采用水冷主軸電機，以MACA3為編程軟件實現雕刻機自動化作業。該設計操作簡便、實用性強，能滿足普通家庭和科技愛好者的基本需求。

Abstract： In this design， the household engraving machine fuselage structure uses fixed gantry structure， and adopts water-cooled spindle motor. It uses MACA3 programming software to realize the automatic engraving machine operation. The design is simple and practical， which can meet the basic needs of ordinary families and science and technology enthusiasts.

關鍵詞： 雕刻機；編程軟件；自動化

Key words： engraving machine；programming software；automation

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）28-0026-02

0 引言

①研究背景。數控雕刻機是數控技術和雕刻工藝相結合的產物，是一種專用的數控機床。數控雕刻機具有很高的自動化程度，生產效率高，采用數控雕刻機提高零件的加工精度，穩定產品質量等優點，所以在各行各業中得到廣泛的應用。雕刻從加工原理上講是一種鉆銑組合加工，在各行各業中有出現了不同種類的數控雕刻機，根據加工材料和用途分主要有墓碑雕刻機、激光雕刻機、廣告雕刻機、玉石雕刻機、模具雕刻機、PCB線路板雕刻機等。

②問題提出。傳統的數控雕刻機多為工業加工使用， 精度高，加工行程大，但體積大，價格昂貴。本設計涉及的雕刻機參考現有雕刻機的結構和原理，對現有的雕刻機結構經行簡化，經重新設計后進行組裝，形成一款實用性較強的小型雕刻機。

1 研究實施過程

1.1 現有雕刻機的原理分析 由于雕刻機自動化程度高，產品的尺寸精度和表面質量高，提高雕刻效率等優點，在各行各業中出現了不同種類的數控雕刻機，根據加工材料和用途分主要有墓碑雕刻機、激光雕刻機、廣告雕刻機、玉石雕刻機、模具雕刻機、PCB線路板雕刻機等。不同種類的雕刻機但其結構原理都是大同小異，雕刻機的結構原理圖如圖1所示。

雕刻機將控制軟件操作指令輸送到控制器中，控制器是雕刻機的核心軟件，控制器的控制信號輸入到伺服電機，控制變頻器產生對主軸電機轉速的信號。控制器的控制信號輸入到伺服電機，控制伺服電機轉動，伺服電機連接滾珠絲桿，伺服電機轉動帶動滾珠絲桿轉動，促使雕刻機做X，Y，Z三軸方向上的直線運動。通過對現有的工業級的雕刻機實現原理進行分析，得知雕刻機實現直線運動并且能夠做切削運動，其結構中必須要有伺服電機、控制裝置、伺服驅動裝置、主軸電機、主軸變頻器、機架等元件構成。

1.2 提出設計方案 本設計通過在筆記本電腦上安裝雕刻機的控制軟件MACH3，電腦會將指令信號傳送到與其連接硬件控制卡，控制經過計算轉化，將筆記本電腦傳輸的信號轉化為步進電機能識別的脈沖信號。步進電機接收到脈沖信號會在根據設置的細分數產生轉動，這樣就生成了雕刻機的X，Y，Z軸的直線運動。與此同時，與控制卡連接的主軸電機接收來控制卡中的信號時，根據不同的信號產生不同的轉速。

1.3 實施過程

1.3.1 機械部分 本設計采用固定龍門結構，加工行程為300×340×20。機架結構采用8080和4080鋁型材與40系列鋁型材角件連接而成。工作臺面采用鋼板外加工而成。其主軸電機采用市場上比較流行的水冷主軸，這是一款專為小型雕刻機設計研發主軸電機，變頻器采用1.5KW

220V。運動部分采用滾珠絲桿配合步進電機，使之產生直線運動。

1.3.2 控制部分 其控制部分首先先用控制軟件，本設計采用的MACH3的控制軟件和控制卡作為雕刻機的控制部分核心元件。首先根據MACH3中使用說書進行與步進電機驅動模塊、限位開關、變頻器、開關電源等原件進行連線，對筆記本電腦中安裝MACA3控制軟件進行簡單的設置，定義其引腳參數，設置步進電機基本參數。

連線與設置成功后就可以使雕刻機運動起來了，打開MACH3控制軟件后，進行簡單學習使用說明書，就可以讓雕刻機運動起來了，MACH3截面如圖2所示。

2 小結

“家用雕刻機”項目被列為2013年江蘇省大學生創新創業訓練計劃，由無錫職業技術學院的在校大學生在老師指導下完成，作品實物如圖3所示。通過項目實施與實踐，項目團隊完成了對現有雕刻機的結構的研究與簡化設計，并完成整機組裝與調試運行，實現了項目預期目標。

參考文獻：

[1]《機械設計手冊》編委會，北京：機械工業出版社，2004.

[2]趙松年，張奇鵬.機電一體化機械系統設計[M].北京：機械工業出版社，1996.

[3]趙松年，戴志義.機電一體化數控系統設計[M].北京：機械工業出版社，1994.

[4]宋天麟.數控機床及其應用與維修[M].東南大學出版社，2003.

[5]劉雄偉.數控加工理論與編程技術-2[M].北京：機械工業出版社，1994.

[6]譚建成.機電控制專用集成電路[M].北京：機械工業出版社，2002.endprint