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摘要
標識是指用于識別產(chǎn)品及其質(zhì)量、數(shù)量、特性、特征和使用方法所做的各種表示的統(tǒng)稱。機械產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中需要對零部件進行有效的管理，在市場上需要對其進行識別和質(zhì)量跟蹤，標識打印機的出現(xiàn)就很好的解決了這一問題。標識打印機大概分為三大類：金屬電印標識打印機、激光標識打印機、氣動標識打印機。這三種標識打印機都有各自的特點，其中氣動標識打印機是近年來出現(xiàn)的一種機電一體化產(chǎn)品，它是集機械、電子信息、計算機等技術(shù)于一體。由于它具有應(yīng)用范圍廣、功能強，適應(yīng)性強并且打印標識不易被仿造等一系列優(yōu)點，所以在最近幾年內(nèi)得到了迅速的應(yīng)用和普及。
氣動標識打印機的組成主要包括：控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、標記系統(tǒng)。它的基本工作原理是連通來自計算機控制信號，當計算機接到來自Y原點控制開關(guān)和X原點控制開關(guān)的信號后，帶動標記頭在驅(qū)動氣源的配合工作下，采用高速沖擊方式，形成字符，或圖形點陣，從而完成在金屬材料上所需要的各種文字、號碼、圖形的標記打標。
通過對氣動標識打印機組成和工作原理的了解，本文所要完成的主要工作是設(shè)計氣動標識打印機的傳動系統(tǒng)，包括運動簡圖的設(shè)計、步進電機的選擇、導(dǎo)軌、滾珠絲杠螺母副、同步帶輪的設(shè)計和整體機構(gòu)設(shè)計。還有氣動系統(tǒng)的設(shè)計，以及打字程序的數(shù)控編程。
關(guān)鍵詞:氣動標識打印機；傳動系統(tǒng)；氣動系統(tǒng)；數(shù)控編程
Ⅰ
ABSTRACT
Marking is a general designation of the expression to recognise products and the quality, quantity, features and direction of these products. There is a problem that machinery products require an effective management of their hardware in the producing procedure and recognition and quality tracking after plunged into the market. The appearance of marking printer has solved this problem very well. Marking printer can be classified into three types, which includes metal electricity-signeted marking printer，laser marking printer and pneumatic marking printer. Each type of marking printers has its own features. Among these printers, stream-drive marking printer is a kind products of mechatronics coming up in recent years, with a combination of the techniques about machinery, electronic information, computer etc. Due to its a series of advantages such as broad domain of application, powerful function, strong applicability and troubled to be imitated, it has been applied and spread rapidly recent years.
The pneumatic marking printer's composition mainly includes control system, transmission system, pneumatic system, mark system. Its main working principle is to connect the control signals from the computer. When the computer receives signals from Y zero point controlling switch and X zero point controlling switch, it drives the marking head crashing in a high-speed, forming characters or figure lattice, finishing the markings of diversified words, numbers and figures in need on metal material, with the cooperation of the drive by the headstream of the gas.
Having knowledge of pneumatic marking printer’s composition and its working principle, I write this disquisition to design the transmission system of an air operated marking printer, which includes a simple design of movement, the choice of step-by-steps electrical machinery, the design of guide rail, the ball -screw , synchronous pulley's design and the overall organization design. Also has pneumatic system's design, as well as typing procedure numerical control programming.
Keywords: pneumatic marking printer;transmission system;pneumatic;
system;numerical;control;programming.
V
機械設(shè)備表面標識雕刻機
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
1 緒論 2
1.1 機械設(shè)備表面標識雕刻機設(shè)計的背景意義 2
1.2 氣動標識打印機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 3
1.3 本課題所要研究的主要內(nèi)容 5
2 氣動標識打印機的組成與工作原理 6
2.1 氣動標識打印機的組成 6
2.2 氣動標識打印機的工作原理 6
3. 氣動標識打印機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
3.1 氣動標識打印機的機構(gòu)運動簡圖 7
3.2 氣動標識打印機的整體機構(gòu)的簡述 7
3.3 氣動標識打印機的整體機構(gòu)組成圖 8
4. 氣動標識打印機的傳動系統(tǒng)設(shè)計 10
4.1 步進電機的選擇 10
4.2 同步帶輪的設(shè)計 11
4.3 縱向橫向滾珠絲杠螺母副的設(shè)計 15
4.4 機構(gòu)導(dǎo)軌的設(shè)計 26
5. 氣動標識打印機的氣動系統(tǒng)設(shè)計 30
5.1 氣動系統(tǒng)的相關(guān)介紹 30
5.2 氣動系統(tǒng)原理圖設(shè)計 31
6. 氣動標識打印機打標頭的數(shù)控編制 32
6.1 數(shù)控技術(shù)的相關(guān)介紹 32
6.2 編程實例 32
結(jié)論 35
參考文獻 36
附錄A：外文翻譯 35
附錄B：外文原文 40
致 謝 52
1 緒論
1.1 機械設(shè)備表面標識雕刻機設(shè)計的背景意義
標識是指用于識別產(chǎn)品及其數(shù)量、質(zhì)量、特征、特性和使用方法所做的各種表示的統(tǒng)稱。機械產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中需要對零部件進行有效的管理，在市場上需要對其進行識別和質(zhì)量跟蹤，因此，需要對機械零部件的重要部分進行標識。在機械半成品的加工過程中，往往也需要加入各種特殊標記，標識打印機的出現(xiàn)很好的解決了這一問題。標識打印機大概分為三大類：激光標識打印機、金屬電印標識打印機、氣動標識打印機。這三種標識打印機都有各自的特點，其中氣動標識打印機是近年來出現(xiàn)的一種機電一體化產(chǎn)品，它是集機械、計算機、電子信息等技術(shù)于一體。由于它具有應(yīng)用范圍廣、功能強、適應(yīng)性強并且打印標識不易被仿造等一系列優(yōu)點，所以在最近幾年內(nèi)得到了迅速的應(yīng)用和普及。標記質(zhì)量的好壞雖然不會直接影響零部件的使用壽命和性能，但是作為產(chǎn)品綜合質(zhì)量的一個重要方面仍不容忽視，尤其是在競爭激烈的市場經(jīng)濟條件下，企業(yè)要想獲得可觀的經(jīng)濟效益，必須重視并且提高標記打印的質(zhì)量。
標識打印機主要分為三類，由于本次主要設(shè)計的是氣動標識打印機，所以下面簡單介紹下其余兩類標識打印機的特點[1]：
1 . 金屬電印標識機
這是一種經(jīng)濟而又精致的打印標記方法,技術(shù)源于國外,大約十幾年前由德國、美國、和日本的三家生產(chǎn)商引入中國市場。其工作原理是利用低電壓在打標液的幫助下使金屬表面局部離子化，能夠在任何導(dǎo)電的金屬表面印上任意圖案或文字。其打印精度高，不破壞工作的平整度，標記為白色或黑色；但是打標深度較淺，對工件的表面平整度的要求較高，并且只能在表面導(dǎo)電的金屬上進行標記打印。另外，電印打標機需要使用打標液模板、模板等耗材，這些都限制了它在國內(nèi)市場的占有率。
2. 激光標識打印機
激光標識打印機是自1995 年逐漸發(fā)展起來的一種非接觸、無磨損、無污染的標記工藝。其原理是利用高能量密度的激光束對目標作用，使目標表面發(fā)生物理或化學(xué)變化，從而獲得可見圖案。高能量激光束聚焦在材料表面，使材料迅速汽化形成凹坑，隨著激光束在材料表面有規(guī)律地移動同時控制激光的開斷，激光束就在材料表面加工成一個指定的圖案。該類打印機的特點是標記速跡清晰、速度快、永久、采用非接觸式加工、污染小、無磨損刻、印深度較深、噪音低、穩(wěn)定性好，但該產(chǎn)品設(shè)計工藝復(fù)雜成本較高.
縱觀全球打標機行業(yè)：美國名列第一，日本第二，歐洲第三，中國僅僅第四。隨著我國科技產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，我們已經(jīng)超過日本，成為全球第二大打標機市場。國內(nèi)打標機產(chǎn)業(yè)經(jīng)過了6年多的嚴冬，殘酷的競爭促進了產(chǎn)業(yè)整合，成本控制的能力得到了提升。但是在這一輪競爭中，氣動打標機全行業(yè)贏利能力過低、自主發(fā)展能力不足，沒有足夠的資本積累用于解決一些關(guān)鍵性的問題如預(yù)制棒技術(shù)及規(guī)?；a(chǎn)、打標機新產(chǎn)品的開發(fā)等。這些技術(shù)瓶頸必將長期制約全行業(yè)的長期贏利能力和參與國際競爭的能力，行業(yè)只能陷入低價競爭的惡性循環(huán)。從長遠看，這種結(jié)果對我國打標機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是非常不利的，同時由于產(chǎn)業(yè)鏈增值能力逐年下降，將促使越來越多的資本撤離打標機行業(yè)，由此將會使產(chǎn)業(yè)鏈更加脆弱。
目前國內(nèi)打標機市場保持增長態(tài)勢，全行業(yè)氣動打標機集中度有所提高，供貨進一步向大企業(yè)集中。行業(yè)向布局逐步合理的新的局面發(fā)展：形成幾個不斷完善的大型產(chǎn)業(yè)集團。其動力一方面來源于國家信息化戰(zhàn)略的實施，有力推動寬帶和移動網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展；另一方面，電信運營商轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的實施促進農(nóng)村市場及寬帶商務(wù)市場的增長；此外，技術(shù)進步和市場對帶寬需求增加的雙重作用也推進了我國打標機市場內(nèi)在的繁榮。其次，在電力、石化和軍隊等領(lǐng)域?qū)μ胤N打標機的需求也非常大，對打標機的新技術(shù)、設(shè)備和工藝提出了更高的要求。雖然打標機未來的市場需求非?？春?，但是就目前而言，打標機企業(yè)的發(fā)展并不樂觀。總量增加，但整體利潤卻在下滑，這說明我國打標行業(yè)的整體發(fā)展存在一些問題，對生產(chǎn)成本的控制上存在問題，歸根到底就是我們的技術(shù)還不過硬，還不能和國外的高科技企業(yè)競爭，這對氣動打標機的發(fā)展來說是非常危險的。針對這些現(xiàn)象我國打標行業(yè)必須采取一系列措施，來解決我們的不足，首先要加強創(chuàng)新能力，改變依靠低成本勞動力，和低價發(fā)展的現(xiàn)狀，增強核心競爭力，其次要重視企業(yè)的整體發(fā)展，企業(yè)組織結(jié)構(gòu)要合理化，產(chǎn)業(yè)規(guī)模要集中化，最后要加大技術(shù)對產(chǎn)出的貢獻率，并提高資源利用率。
1.2 氣動標識打印機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
本次設(shè)計主要研究的是氣動標識打印機，它的基本工作原理是通過計算機控制，帶動打印針頭按照計算機編輯好的圖形或文字軌跡運行同時打印針頭在壓縮空氣的作用下做調(diào)整往復(fù)沖擊，從而在工件表面形成點陣式字符或圖表。該產(chǎn)品的特點是打標過程自動進行，打印的標記美觀、規(guī)范；打標速度快，打印針沖擊頻率高，能滿足大批量的生產(chǎn)需要；打印針的作用力大，打標深度可達1m m，能滿足各種深度的要求；操作簡單，維護方便；性能穩(wěn)定，安全可靠。由于氣動標識打印機的特點突出，所以它的應(yīng)用范圍很廣泛，主要包括：
1、汽摩行業(yè)：對車身、車架、大梁、底盤、發(fā)動機、連桿、汽缸、活塞、缸套、水泵、齒輪、彈簧鋼板等刻印出廠編號、生產(chǎn)編號、生產(chǎn)日期、商標、名稱等內(nèi)容；
2、機械行業(yè)：對各種機械零部件、機床工具、五金制品、套管、套管、接箍、牙輪、泵體閥門、法蘭盤、緊固件打標；
3、機電設(shè)備、儀表的打標；
4、皮革制品、塑料制品打標；
5、在銅、銅、不銹鋼、PVC等材質(zhì)的標牌（銘牌）上刻印數(shù)據(jù)、出廠編號、生產(chǎn)日期等；
6、刻印刻度盤
追溯打標機的發(fā)展歷史[2]：1973年，美國的TELESIS公司研發(fā)出了全球第一臺氣動打標機；1984年，法國的TECHNIFOR公司研制出全球第一臺手持式氣動打標機； 1997年，重慶捷達公司從加拿大引進打標機系統(tǒng)，并在國內(nèi)開始生產(chǎn)組裝，當是主要應(yīng)用于發(fā)動機，活賽進行打標，目前在國內(nèi)市場上占據(jù)著主導(dǎo)地位。加拿大的伊斯沃（EASTWARD）公司是最大的生產(chǎn)打標機的公司，擁有50多年歷史，隨著中國機械工業(yè)界與世界同行各種合作的增多，伊斯沃產(chǎn)品也隨著國外的機械加工理念來到中國。1995年1月，伊斯沃公司在中國生產(chǎn)出第一臺氣動標記打印機，中國最著名的合資企業(yè)如上海通用，上海大眾，上海通用，武漢富康，南京依維柯，嘉陵本田，建設(shè)雅馬哈等從創(chuàng)建開始就引進了伊斯沃工業(yè)標記設(shè)備。
然而，這些進口的打標機雖然質(zhì)量較好，但價格和售后服務(wù)卻相對難以讓國內(nèi)企業(yè)所接受，國內(nèi)的生產(chǎn)商雖制造出了價格較低的產(chǎn)品，但只是單純的功能上的模仿，很多技術(shù)不能達到實際要求，質(zhì)量也無法得到保證。因此，在中國生產(chǎn)和推廣擁有全套自主知識產(chǎn)權(quán)的氣動打標機，讓中國企業(yè)能用上自己的價廉物美且售后服務(wù)完善的氣動打標機設(shè)備成為一項迫切需求。在氣動打標機的研發(fā)上，國外還處于領(lǐng)先的地位，從上個世紀80年代開始，國外的氣動打標機技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，目前的研究主要集中在打標機軟件和硬件的優(yōu)化上，在打標行業(yè)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的公司最近取得的主要成果有如下方面]：曲面打標，多針頭打標，懸梁式打標。
國外的打標設(shè)備和技術(shù)都是先進的，引進國外的先進設(shè)備對我國打標行業(yè)發(fā)展是好現(xiàn)象，但是，我們只注重單純的引進，而沒有去研發(fā)我們自己的先進技術(shù)，沒有使打標機設(shè)備國產(chǎn)化，這樣長期發(fā)展下去，必定會阻礙我國打標機工業(yè)的發(fā)展，同時對我國經(jīng)濟也有不利印象影響。所以從現(xiàn)在的經(jīng)濟環(huán)境來看，我國要想發(fā)展好氣動打標機工業(yè)，就必須嚴格技術(shù)管理，加強全面控制，大力采用新結(jié)構(gòu)、新材料，降低消耗、降低成本，把產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)建立在更加科學(xué)合理的基礎(chǔ)上，逐步實現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，爭取更多的產(chǎn)品投入國際市場。
1.3 本課題所要研究的主要內(nèi)容
(1): 氣動標識打印機的傳動系統(tǒng)設(shè)計
(2): 氣動標識打印機的氣動系統(tǒng)設(shè)計
(3): 氣動標識打印機的打印程序的數(shù)控編制
2 氣動標識打印機的組成與工作原理
2.1 氣動標識打印機的組成
氣動標識打印機由以下幾部分組成：
標記系統(tǒng)：主要有針頭的打標路線規(guī)劃和控制打標針頭移動的軟件。不在本次設(shè)計之列。
控制系統(tǒng)：包括驅(qū)動控制、電源控制、計算機數(shù)控程序卡和控制板等；其通過電纜等插頭連接打標機的機頭，通過電路與計算機連接，從而計算機的指令通過控制器，再由控制器發(fā)出信號操作步進電機的移動和打標。不在本次設(shè)計之列，不再贅述。
傳動系統(tǒng)：傳動系統(tǒng)是本次課題設(shè)計的主體部分。包括通過對轉(zhuǎn)矩和步距角等參數(shù)的計算選擇合適的步進電機；根據(jù)使用性能要求選用結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的導(dǎo)軌；根據(jù)載荷等參數(shù)設(shè)計適用的滾珠絲杠；根據(jù)功率等參數(shù)設(shè)計傳動帶輪。從而設(shè)計得到較為完善的傳動系統(tǒng)。
氣動系統(tǒng)：氣動打標機的氣動系統(tǒng)設(shè)計包括氣動回路的設(shè)計和氣動元件的選擇。
2.2 氣動標識打印機的工作原理
氣動打標機工作之前應(yīng)該將它安裝在生產(chǎn)線合適的位置并且調(diào)試好，將打標路線編程程序，輸入專用軟件中，連接控制器，然后將空氣動力源接入打標機氣動系統(tǒng)。打開控制開關(guān)，計算機便發(fā)出指令，打標機開始工作，標記針頭在氣動動力源的輔助下，高速旋轉(zhuǎn)沖擊，雕刻成預(yù)先設(shè)定好的圖形或文字，從而完成產(chǎn)品所需要的各種標識的打印。
3. 氣動標識打印機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 氣動標識打印機的機構(gòu)運動簡圖
為了設(shè)計出合理的機械結(jié)構(gòu)，首先應(yīng)畫出機構(gòu)的運動簡圖，因此，在此之前應(yīng)先充分分析掌握氣動打標機機構(gòu)的工作過程和運動狀態(tài)。
從運動方向上分析氣動打標機的運動狀態(tài)：當打標針頭橫向運動時，必須由與之相連的橫線滾珠絲杠帶動，而滾珠絲杠由同步帶輪提供動力，同步帶輪由步進電機提供動力，步進電機由控制器控制。因此以上的傳動連接能夠完成規(guī)定動作，達到設(shè)計要求；在Y軸方向上運動時，整個橫向進給裝置和縱向滾珠絲杠螺母副連接，縱向滾珠絲杠兩端同樣也使用角接觸球軸承安裝在縱向工作臺上。氣動標識打印機的運動簡圖如圖3.1示：
3.1 氣動標識打印機的運動簡圖
3.2 氣動標識打印機的整體機構(gòu)的簡述
在分析運動簡圖之后，氣動標識打印機的結(jié)構(gòu)部分的組成主要包括：步進電機、縱向?qū)к?、橫向?qū)к?、橫向滾珠絲杠、縱向滾珠絲杠、同步帶輪組及分別安裝在同步帶輪上的兩條同步帶。在整個的設(shè)計過程中，我逐步完成了步進電機的型號的確定、導(dǎo)軌類型選擇和尺寸設(shè)計、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、同步帶的型號及尺寸，由于每一部分的設(shè)計在開始的時候都是獨立進行的，但是為了完成一個完整的機械設(shè)計，就必須將設(shè)計的各個零部件組裝在一起，形成一個完整的可運動的能實現(xiàn)功能的機構(gòu)。在裝配的過程中難免出現(xiàn)尺寸，選型不合格的情況，為了避免這些不必要的麻煩，就必須提前了解掌握每個部件的設(shè)計重點，難點，以及與其他部件配合部位，配合要求，以及機構(gòu)的安裝順序。只有把前期的準備做好，才能完成一個較為合格的作品。
3.3 氣動標識打印機的整體機構(gòu)組成圖
在完成各個零部件的裝配后，就生成了氣動標識打印機的整體機構(gòu)組成圖，也稱之為氣動標識打印機的裝配圖。下面選取三視圖作為主要展示。
整體機構(gòu)組成圖3.2圖3.3圖3.4所示：
圖3.2 氣動標識打印機主視圖
圖3.3 氣動標識打印機俯視圖
圖3.4 氣動打標機左視圖
4. 氣動標識打印機的傳動系統(tǒng)設(shè)計
4.1 步進電機的選擇
步進電機是以角位移旋轉(zhuǎn)某一個角度為主的一類驅(qū)動機構(gòu)，而角位移需要有脈沖信號轉(zhuǎn)變而來，其中脈沖個數(shù)決定了角位移的角度大小，脈沖頻率起到控制和調(diào)速步進電機的作用。電機轉(zhuǎn)動的方向和角度是根據(jù)脈沖信號轉(zhuǎn)為角位移設(shè)定的。
根據(jù)的運行和啟動頻率以及轉(zhuǎn)矩等方面的參數(shù)選擇較為合適的步進電機的型號。由公式（1）可計算出步進電機的最大負載轉(zhuǎn)矩。
i=主動輪的齒數(shù)/從動輪的齒數(shù)而，在齒輪模數(shù)相同的情況下，齒輪的齒數(shù)決定了齒輪分度圓的直徑，由此我們說，傳動比和齒輪的分度圓直徑相關(guān)，而這里兩齒輪的分度圓直徑相同，所以得到了i=1.
= W有/W總*100%，故稱其為機械效率。除此之外η總=各個傳動機構(gòu)的傳動效率的乘積，由初步設(shè)計的方案的知氣動打標機內(nèi)的一些傳動機構(gòu)，而且導(dǎo)軌平摩擦的η=0.9，η同步帶傳動=0.95，η滾珠絲杠傳動=0.93，故η總=η同步帶傳動*η滾珠絲杠傳動*η=
公式中的，，。按照初期設(shè)計估測質(zhì)量M=12kg，d0=20mm， 使用機械手冊的到導(dǎo)軌動摩擦系數(shù)μ=0.04，再取重力加速度g=9.8N/mg，將查得的參數(shù)代入公式（2）可得：
最大負載轉(zhuǎn)矩有公式（1）計算的到的是：
根據(jù)啟動電機所需的在最大負載情況下的所需的轉(zhuǎn)矩和電機在靜態(tài)狀況下的最大轉(zhuǎn)矩（最大負載轉(zhuǎn)矩/最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩＞0.3）經(jīng)過計算可以得知電機的最大靜轉(zhuǎn)矩需要大于。步進電機的步進角是確定步進電機型號是第一個要考慮的要素，在確定步距角的參數(shù)時，我們要按照我們所需要的脈沖當量這個參數(shù)來選擇。再設(shè)計氣動標識打印機的時候，將它的打印的點與點之間的距離設(shè)為1mm,這是我們原定的設(shè)計目標，考慮實際情況后，結(jié)合同步帶輪相關(guān)參數(shù)。確定選擇的步進電機的脈沖當量為，由此可經(jīng)過初步的計算得到電機的步距角得：
在一般情況下，三相步進電機的步距角一般是，兩相步進電機的步距角一般為 。根據(jù)我們的計算結(jié)果和實際的需求，選擇兩相步進電機，但為了達到控制精度的要求，還需要對步進電機進行細分。后再根據(jù)兩相整步=計算電機的脈沖當量 由上式可得出步進電機的參數(shù)。根據(jù)機械設(shè)計手冊相關(guān)參考書，在本次電動機的選型中，我選擇的是兩相混合式步進電機，同時也因為混合式步進電機的性能高于反應(yīng)式步進電機。它的型號為。
4.2 同步帶輪的設(shè)計
4.2.1 同步帶傳動的相關(guān)介紹
同步帶取了各種帶與齒輪以及鏈等傳動的相關(guān)優(yōu)點，加上它里面被做成了齒形間距一致的圓環(huán)帶以及里面設(shè)有相對應(yīng)的得輪，最后它在工作是借助它里面的設(shè)置的嚙合達到傳遞動力的效果。
同步帶的特點：
A:工作時平穩(wěn)，緩沖性能好，低噪音，減震作用
B：定傳動比和不需要滑動尤其在運動的狀況下
C：高效率加節(jié)能
D：在保養(yǎng)方面有優(yōu)勢，如不用潤滑
E：適合遠距離的傳動，中心距a>10m
同步帶的分類：
同步帶齒有弧齒和梯形齒兩類?，F(xiàn)將不同類型的同步帶剖面圖的部分分類圖示如圖4.1所示：
圖4.1 不同類型同步帶的剖視圖
在本次設(shè)計中，帶輪的設(shè)計是同步帶輪，同步帶傳動的示意簡圖如圖4.2所示。：
圖4.2 同步帶傳動的示意簡圖
4.2.2 同步帶輪的相關(guān)尺寸計算
通過查閱《機械設(shè)計手冊》確定本次采用。
計算方法： ， , 此處取。 ，公式中的，本次畢業(yè)設(shè)計取
=0.16KW
和，，n=1160r/min
令=，，：
即44
計算帶所需的基準長度
258.91mm
，，
，為，，是帶，此時經(jīng)選擇，判定
= ，
由此可以得知=5.16
同步帶輪主要尺寸設(shè)計圖所圖4.3所示：
圖4.3 同步帶輪主要尺寸圖
同步帶輪的主要相關(guān)參數(shù)如表4.1所示：
表4.1 同步帶輪的主要參數(shù)
基圓齒距（）
5.16
帶速（m/s）
2.17
中心距（a）
89.46
齒頂圓角半徑（）
0.61
齒數(shù)（Z）
20
節(jié)圓直徑（d）
31.5
同步帶輪的三位立體圖如圖4.4所示：
圖4.4 同步帶輪立體圖
4.3 縱向橫向滾珠絲杠螺母副的設(shè)計
4.3.1 滾珠絲杠螺母副的相關(guān)介紹
為了減小滾珠絲杠螺母副和它所在的機床的摩擦力，和具有性能好以及可以平穩(wěn)的傳動的特點，我們把在數(shù)控機床上的絲桿螺母副滑動換成了滾珠滾動，把它在機床上的以前的回轉(zhuǎn)運動變成直線運動的傳動機構(gòu)。
我針對螺旋傳動做了具體的解釋：螺旋傳動的動力的傳動與機械式的運動是借助了螺母/螺桿嚙合，在這過程中，一方面在運動方面是把旋轉(zhuǎn)式變成了直線式，另一方面在力方面具體是把轉(zhuǎn)矩變成了動力也稱之為推動力。最后在工作的時候我們可以按照工作方式把其中的螺旋劃分成傳力、傳導(dǎo)以及調(diào)整等等不同的螺旋。由此，我們針對具體的螺旋方式具體解釋，下面是對他們的分別闡述。
（1） 傳導(dǎo)螺旋：一般有機床進給螺旋之類適合長時間工作而且是時間連續(xù)式的，二球這種主要傳遞的運動，就要求高速度和高運動精度等等。
（2） 傳力螺旋：這是一種主要傳遞動力的，而且是把小轉(zhuǎn)矩生成大動力一類螺旋，通常適合低速或正常速度、間歇式運動甚至?xí)霈F(xiàn)自鎖等之類的工作
（3） 調(diào)整旋轉(zhuǎn)：這是一種用來調(diào)整和固定期間內(nèi)的相對位置，考慮到轉(zhuǎn)動次數(shù)較少，且在低速或正常速度以及會自鎖等的情況下工作使用，但就精度方面而言，它的要求較高。
按照螺紋副的摩擦的情況的差異，我們把螺旋傳動可具體劃分成兩種方式，分別為滾動式和滑動式的螺旋傳動。其中滑動式是由靜壓式和普通滑動式的螺旋傳動組成。
靜壓螺旋傳動：主要是用靜液壓油膜潤滑螺紋的工作表面的一類螺旋傳動。由于它具有小的摩擦系數(shù)所以加上液體的潤滑作用所以他不會出現(xiàn)磨損的情況，然后它還有高的傳動效率和軸向剛度的特點，但為什么還要有一些供油系統(tǒng)呢？而且控油系統(tǒng)還要滿足壓力和溫度的要求以及其中的過濾情況。這是考慮到螺母構(gòu)造的復(fù)雜形勢而可以做的。
滑動螺旋傳動：在生活中我們經(jīng)常使用它，我們平時說的普通滑動就是滑動螺旋傳動。它一般按照螺紋劃分成鋸齒形與梯形，大家習(xí)慣用的是梯形的，而考慮到工藝性和強度的問題，鋸齒型可以說是很少用，加上它僅可以滿足單方面受力。而調(diào)整式螺旋相對于其他方式，更加適合適合低受力與高精密的機構(gòu)。在使用時會考慮轉(zhuǎn)矩的大小，通常情況下螺紋有低升程與小的摩擦系數(shù)，所以即使它的軸向力非常大，都不能說明什么，是因為它的轉(zhuǎn)矩很小很小。
傳力螺旋：它主要是借助小聲程、高增益效果的原理來得到想要的機械增益。其中的效率大約是百分之三十五左右，會出現(xiàn)自鎖的情況以及在使用過程中其壽命也是很短的，在工作中甚至呈現(xiàn)出爬行的情況。
根據(jù)滾動螺旋內(nèi)滾珠的工作方式，我們可以把滾動螺旋傳動劃分成內(nèi)、外循環(huán)。所謂內(nèi)循環(huán)是在螺母上安裝幾個反相器，而且把螺母中的滾珠幾個連接到一起構(gòu)成一個封閉環(huán)，這幾個滾珠在這個環(huán)里面運動。而考慮到螺母加工和它的徑向尺寸的情況，它的被設(shè)成導(dǎo)管式，且在螺母里面用滾珠圈的方式構(gòu)成封閉環(huán)。
通過對螺母副的學(xué)習(xí)和了解，我掌握了螺母副的相關(guān)知識，根據(jù)氣動打標機的工作狀態(tài)和性能要求，選擇外循環(huán)滾動螺母副作為本次畢業(yè)設(shè)計螺母副設(shè)計的最終選擇。
4.3.2 滾珠絲杠螺母副的相關(guān)尺寸計算
（1）.螺紋滾道的相關(guān)計算：
在開始的時候，先選用公稱直徑 ，在查閱《機械設(shè)計手冊》后，確定它所對應(yīng)的，,， 。
由這些參數(shù)，可以求得
。
為，選擇
（2）.螺母的相關(guān)計算：
D=
,
選取
（3）.螺桿（絲杠）的相關(guān)計算：
=，
取
4.3.3 滾珠絲杠螺母副的校核
如果我們僅僅通過公式來設(shè)計我們所需要的零件，可能就會出現(xiàn)一種現(xiàn)象，那就是我們設(shè)計的零件滿足了設(shè)計要求，但是卻不能在實際生產(chǎn)中應(yīng)用，造成這樣的原因，大部分是因為設(shè)計參數(shù)沒有進行強度、剛度、壽命等方面的校核，零件不滿足這些方面的要求，所以在由計算之后的到參數(shù)后，還需要用實際工作條件去進行驗證和校核，確保設(shè)計參數(shù)符合實際需求。
（1）.縱向滾珠絲杠螺母副的計算：
= （3）
，，，，
在查找相關(guān)資料后，氣動打標機相關(guān)機械的使用壽命大致在12000~15000h，以將我這次設(shè)計的氣動打標機的壽命設(shè)計為15000h。
剛度校核：
[7]
： ，
—
G表示的是絲杠切變模量，對于鋼的絲杠切變模量，
公式中的表示的是，取為 ，則 =
表示的是，由計算得出==，則
氣動標識雕刻機縱向滾珠絲杠的工作長度是300mm，計算滾珠絲杠螺母副彈性形變造成的導(dǎo)程誤，所以符合要求。
：
，知道的范圍在之間,因為大于，所以，滿足要求。
：
為：
需要滿足的的條件是在之間，所以該絲杠副合格
經(jīng)過多種方面的校核，設(shè)計的螺母副均符合設(shè)計要求。
表4.2 縱向滾珠絲杠螺母副設(shè)計尺寸參數(shù)
公稱直徑 / mm
20
滾珠直徑 / mm
2.4
螺距 /mm
4
曲率半徑 /mm
1.3
螺紋升角
接觸角
螺母內(nèi)徑 / mm
20.5
螺母外徑 / mm
22.46
（2）.橫向滾珠絲杠螺母副的相關(guān)校核：
：
：
= （4）
，，，
在查找相關(guān)資料后，氣動打標機相關(guān)機械的使用壽命大致在。所以將我這次設(shè)計的氣動打標機的壽命設(shè)計為。
剛度校核：
其中： ，
表示的；
表示的是，對于材料為鋼的絲杠切變模量G=83.3GPa；T表示轉(zhuǎn)矩，
公式中的表示的是，取為 ，則得。
為，上面算出=
橫向滾珠絲杠的工作長度是350mm，計算滾珠絲杠螺母副彈性形變造成的導(dǎo)程誤
導(dǎo)程誤差： ，所以滿足要求。
：
> 所以穩(wěn)定性滿足要求。
：
為
需要滿足的的條件是在之間，所以該絲杠副合格
通過校核，設(shè)計的螺母副均符合設(shè)計要求。
經(jīng)過多種方面的校核，設(shè)計的螺母副均符合設(shè)計要求。
現(xiàn)將滾珠絲杠螺母副主視圖，左視圖，表示如圖4.5所示：
圖4.5 滾珠絲杠螺母副主要設(shè)計尺寸圖
滾珠絲杠螺母副的三維圖如圖4.6所示：
圖4.6 滾珠絲杠螺母副三維圖
縱向滾珠絲杠的二維圖如圖4.7所示：
圖4.7 縱向滾珠絲杠主要設(shè)計尺寸圖
縱向滾珠絲杠的三維圖如圖4.8所示：
圖4.8 縱向滾珠絲杠的三維圖
4.4 機構(gòu)導(dǎo)軌的設(shè)計
4.3.1導(dǎo)軌的相關(guān)知識
我們把能夠承受、固定等且具有減少它的摩擦作用的一種裝置或者設(shè)備稱為導(dǎo)軌，它是由金屬或其他材料做成的槽，而它主要用在固定部件和裝用的一些設(shè)備或儀器上面，而為了完成這些就要借助其表面縱向槽。
4.3.2導(dǎo)軌的設(shè)計
（1）.選擇導(dǎo)軌的使用類型
在選擇導(dǎo)軌的類型前，需要了解各個類型導(dǎo)軌的使用特點和使用范圍，下面簡要介紹幾種設(shè)計中常用到的導(dǎo)軌類型。
表4.3 常見的導(dǎo)軌類型與應(yīng)用
導(dǎo)軌類型
主要特點
應(yīng)用
普通滑動導(dǎo)軌
結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便；低速易爬行；磨損大，壽命低，運動精度不穩(wěn)定
普通機床、冶金設(shè)備
貼壁滑動導(dǎo)軌
動導(dǎo)軌表面貼塑料軟帶與鑄鐵或鋼質(zhì)靜導(dǎo)軌匹配，貼塑工藝簡單，摩擦因數(shù)小，且不易爬行；抗磨性好，剛度較低，耐熱性差，容易蠕變
大、中型機床受力不大的導(dǎo)軌
鍍金屑（鋼）滑動導(dǎo)軌
支撐導(dǎo)軌上鑲鋼板，耐磨性比鑄鐵高5-10倍；動導(dǎo)軌上鑲青銅等減磨材料，穩(wěn)定性好，精度高，鑲金屬工藝復(fù)雜，成本高
重型機床如立車、龍門銑的導(dǎo)軌
動壓導(dǎo)軌
適用于高速（90/min-600m/min）；阻尼大，抗振性好；結(jié)構(gòu)簡單，不需要復(fù)雜的供油系統(tǒng)使用維修方便，油膜厚度大，載荷和速度變化影響加工精度
速度高，精度一般的機床主運動導(dǎo)軌
靜壓導(dǎo)軌
摩擦因數(shù)很??；低速平穩(wěn)性好；承載能力大，剛性、抗震性好，需要較復(fù)雜的供油系統(tǒng)調(diào)整困難
大型、重型、精密機床，數(shù)控機床工作臺
滾動導(dǎo)軌
運動靈敏度高，低速平穩(wěn)性好，定位精度高；精度保持性好，磨損小，壽命長，剛性抗震性差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，要求良好的防護，成本高
精密機床、數(shù)控機床、紡織機械
在學(xué)習(xí)了各種類型的導(dǎo)軌的特點與使用范圍后，我再一次對我所設(shè)計的導(dǎo)軌進行了分析，確定了它導(dǎo)軌使用時的性能要求。我覺得滑動導(dǎo)軌較為合適，在滑動導(dǎo)軌這個范疇內(nèi)，根據(jù)幾何形狀還可以將滑動導(dǎo)軌分成圓柱面型和棱柱面型，而棱柱面型導(dǎo)軌是三角形式，燕尾型式及矩形式等等不同的導(dǎo)軌的總稱。
表4.4 滑動導(dǎo)軌的類型與特點
導(dǎo)軌類型
優(yōu)點
缺點
三角形導(dǎo)軌
導(dǎo)向性能與頂角α有關(guān)，α越小導(dǎo)向性越好，但α減小時導(dǎo)軌面當量摩擦系數(shù)加大；α角加大承載能力增加。導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度高，承載能力大，磨損后能自動補償，精度保持性好，
支承導(dǎo)軌為凸三角形時，不易積存較大積屑，也不易存潤滑油。支承導(dǎo)軌為凹三角形時，導(dǎo)軌副易產(chǎn)生動壓效應(yīng)，但防塵性差。
矩形導(dǎo)軌
承載能力大，剛度高，檢驗、制造和維修方便。
導(dǎo)向精度較差，磨損后不能自動補償。
燕尾形導(dǎo)軌
三角形導(dǎo)軌的變形。其高度較小，可承受顛覆力矩。
剛度差，運動靈活性差，檢驗、制造和維修都不方便。
圓柱形導(dǎo)軌
工藝性好，制造方便，但磨損后較難補償間隙
主要用于受軸向負荷的導(dǎo)軌，應(yīng)用較少。
各種類型滑動導(dǎo)軌剖面圖如圖4.9所示：
圖4.9 滑動導(dǎo)軌的剖面圖
在了解了以上滑動導(dǎo)軌的功能與特點之后，經(jīng)過綜合分析我決定選用三角形導(dǎo)軌是所有選擇中最為合適的選擇。
（2）.確定導(dǎo)軌的具體的相關(guān)參數(shù)
導(dǎo)軌設(shè)計包括橫向?qū)к壓涂v向?qū)к?，這兩套導(dǎo)軌的選型，設(shè)計，校核。在設(shè)計中，我將縱向?qū)к壍拈L度設(shè)計為，橫向?qū)к壍拈L度設(shè)計為。在選擇三角形導(dǎo)軌后，需要考慮它的相關(guān)參數(shù)，這些參數(shù)能否滿足設(shè)計要求，能否實現(xiàn)機構(gòu)運動，在選定頂角的角度時，我將選擇頂角為三角形導(dǎo)軌。三角導(dǎo)軌與工作臺可以用多種方式相連接，我選擇的是螺栓固定的方式。并且設(shè)計滑塊，三角形導(dǎo)軌與三角形滑塊二者裝配使用。我所設(shè)計的三角形導(dǎo)軌的相關(guān)參數(shù)如圖4.10所示。
圖4.10縱向三角形導(dǎo)軌剖面圖
考慮到導(dǎo)軌的磨損等方面的原因，所以導(dǎo)軌材料要滿足耐磨，小的摩擦系數(shù)，以及可以在加工、熱處理方面好用，根據(jù)這些要求，我選擇了GCr15。
三角導(dǎo)軌的三位立體圖如圖4.11所示：
圖4.11三角導(dǎo)軌立體圖
5. 氣動標識打印機的氣動系統(tǒng)設(shè)計
5.1 氣動系統(tǒng)的相關(guān)介紹
氣壓傳動的特點：
（1） ：氣是我們平時最常見的，而且取得適合方便加上用的時候會為我們少去很多錢的問題，不需要我們找地方買，買來了還有考慮存放的問題等等這些情況。最后在用完的時候不用考慮污染問題，直接排放就好。
（2） 和液壓進行對比，會發(fā)現(xiàn)啟動的反應(yīng)能力和運動的速度都高，維護的時候也簡單，也不考慮管道是不是堵塞之類的問題，因為這種情況很少。
（3） 就構(gòu)造而言，它相對要簡單，也方便我們加工，且多說都會出現(xiàn)標準和通用以及達到了系列化的程度。
（4） 啟動的物件可以自行減低無溫度，長時間的工作都不用考慮是否有過熱的反應(yīng)。
表5.1 氣壓傳動的組成與功能
名稱
作用
氣源裝置
獲得壓縮空氣的裝置，其主體部分為空氣壓縮機，它將原動機提供的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能。
氣動執(zhí)行元件
將氣體轉(zhuǎn)化成機械能以實現(xiàn)往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件
氣動控制元件
改變工作介質(zhì)的壓力、流量或流動方向
氣動輔助元件
保證元件的潤滑、壓縮空氣的凈化、元件之間的連接以及消除聲音等所必須的
表5.2 氣壓傳動元件的組成與功能
組成
包含
功能
氣動執(zhí)行元件
直線氣缸
推動工件作直線運動
氣馬達
推動工件連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動
擺動氣缸
推動工件在一定角度范圍內(nèi)擺動
氣動控制元件
壓力閥
主要功能是控制氣體的壓強
流量閥
控制氣缸的運動速度
快速排氣閥
使氣動元件和裝置迅速排氣
排氣節(jié)流閥
裝在換向閥的排氣口，控制運動速度
方向閥
改變氣體的流動方向或通斷
氣動輔助元件
消聲器
消除空氣動力性噪聲
轉(zhuǎn)換器
將一種信號轉(zhuǎn)換成另一種參量信號
5.2 氣動系統(tǒng)原理圖設(shè)計
在設(shè)計氣動打標機氣動打標頭工作情況時，除了分析打標頭的機械運動原理外，還需要考慮操作，調(diào)整和維修等方面的問題。所以這個時候，一個基本回路會變成多個基本回路，提高氣動系統(tǒng)的工作能力和性能指標。在設(shè)計氣動打標機之前，要充分了解整個氣動系統(tǒng)的工作情況，分析每一個回路的特點，了解每一個回路的功能，根據(jù)這些要素，選擇合適的氣動元件，再進行不斷地分析，調(diào)試，更換，最終達到氣動標識打印機最終的指標要求。
通過分析與選擇，我決定在本次畢業(yè)設(shè)計氣動系統(tǒng)的設(shè)計中，氣動執(zhí)行元件選擇了直線氣缸，氣動控制元件選擇了電磁換向閥、安全閥。氣動系統(tǒng)的工作原理圖簡圖如圖5.1所示：
圖5.1氣動系統(tǒng)工作原理簡圖
6. 氣動標識打印機打標頭的數(shù)控編制
6.1 數(shù)控技術(shù)的相關(guān)介紹
數(shù)控技術(shù)是先進的機械制造技術(shù)的發(fā)展石。在機械加工，如數(shù)控車床，加工中心等機械加工設(shè)備上，數(shù)控技術(shù)以高精確度，少時間化的特點成為了必不可缺的一部分。在本次畢業(yè)設(shè)計中，數(shù)控技術(shù)也是氣動打標機的打標程序的基礎(chǔ)，為更好地理解打標頭的工作狀態(tài)，現(xiàn)在先簡單介紹數(shù)控技術(shù)方面的知識。
數(shù)控技術(shù)是在機械加工或者機械運動的過程中，利用計算機將信息數(shù)字化，然后用信息對過程進行控制的一種方法，也稱之為計算機數(shù)控。數(shù)控系統(tǒng)指的是，在機械加工或者機械運動的過程中，將信息數(shù)字畫的過程中，除了計算機這個硬件之外，還需要使用配套的軟件，這樣我們就把將信息數(shù)字化過程中所需要的硬件和軟件，統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。
數(shù)控系統(tǒng)的編程在不同的情景下，會使用不同的代碼，相同的代碼在不同的使用條件下也會有不同用法，所以編程的時候，要根據(jù)具體情況選擇不同的代碼進行使用，這就需要編程人掌握編程的基本指令。
6.2 編程實例
以實際中打標機在產(chǎn)品上的應(yīng)用情況為例，對標識符進行數(shù)控編程。以符號“22PY”為例，在工廠中，22P表示的是產(chǎn)品型號，X、Y分別表示產(chǎn)品的兩條加工生產(chǎn)線，標識的打印方便識別產(chǎn)品型號，也方便在產(chǎn)品出現(xiàn)問題時，找到對應(yīng)生產(chǎn)線。預(yù)先設(shè)定字符大小，我將字符高設(shè)為10mm，長設(shè)為5mm，打印深度定為為0.3mm。針頭轉(zhuǎn)速500r/min。
標識打印效果如下圖所示：
O0022；
N01 G90G55G00X0Y0Z2M03 S500
N02 G01Z-0.3F40
N03 X5.0
N04 Y-5.0
N05 X0
N06 Y-10.0
N07 X5
N08 Z2.0
N09 G00X13.0
N10 G01Z-0.3
N11 X8.0
N12 Y-5.0
N13 X13.0
N14 Y0
N15 X8.0
N16 Z2.0
N17 G00X16.0
N18 G01Z-0.3
N19 Y0
N20 X21.0
N21 Y5.0
N22 X16.0
N23 Z2.0
N24 G00X24.0Y0
N25 G01Z-0.3
N26 X26.5Y-5.0
N27 Z2.0
N28 G00X29.0Y0
N29 G01Z-0.3
N30 X26.5Y-5.0
N31 Y-10.0
N32 Z2
N33 G00X0YO
N34 M05
N35 M30
結(jié)論
歷時三個多月的畢業(yè)設(shè)計終于要結(jié)束了，通過對機械設(shè)備表面標識雕刻機設(shè)計的設(shè)計，讓我把大學(xué)四年的知識進行了鞏固，并且把書本上的理論與實際應(yīng)用結(jié)合，做到了學(xué)以致用，同時通過查閱各種文獻、參考資料、書籍，也鍛煉了我查閱資料的能力。下面對本次畢業(yè)設(shè)計的成果進行總結(jié)：
1.了解機械設(shè)備表面標識雕刻機設(shè)計的背景意義，以及氣動標識打印機的發(fā)展趨勢、組成及工作原理。
2.對氣動標識打印機傳動系統(tǒng)的設(shè)計，包括運動簡圖的設(shè)計、導(dǎo)軌的設(shè)計、滾珠絲杠螺母副的設(shè)計、步進電機的選擇、同步帶輪的設(shè)計及整體機構(gòu)的設(shè)計，這些設(shè)計大部分都需要用公式進行計算，所以在設(shè)計中必須要認真仔細，一旦哪個環(huán)節(jié)出錯，可能就會影響整個設(shè)計。
3.對氣動標識打印機氣動系統(tǒng)的設(shè)計，通過對氣壓傳動相關(guān)內(nèi)容的了解，選擇合適的氣動元件，組合在一起設(shè)計出氣動系統(tǒng)工作原理圖。
4.對氣動標識打印機打字程序的數(shù)控編制，通過對數(shù)控技術(shù)相關(guān)內(nèi)容的了解，尤其是對編程指令的掌握，列舉一個簡單的編程實例，進行數(shù)控編程。
總的來說，本次畢業(yè)設(shè)計的結(jié)果較準確，基本滿足機械產(chǎn)品的工作要求，但在具體的某些環(huán)節(jié)的設(shè)計上，還存在著一些問題，這就要求我在以后的設(shè)計中要更加仔細認真。
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55
附錄A：外文翻譯
ModelAngelo系統(tǒng)：減式快速成型五軸機器手
摘要：一個基于PC，以計算機輔助技術(shù)為驅(qū)動，5個軸減式技術(shù)快速成型機器人系統(tǒng)被提出。它被稱為Angelo模型機系統(tǒng)，集成并包括六種硬件和軟件子系統(tǒng)。系統(tǒng)實際上利用虛擬3DCAD模型生產(chǎn)一套命令程序，用于控制5軸機器人來移動切削刀具，在其表面產(chǎn)生加熱的電線，進而讓工件塊(聚苯乙烯泡沫或者蠟)形成復(fù)雜的形狀。用戶提供一個用于被雕刻物體的3DCAD模型。
ModelAngelo軟件系統(tǒng)預(yù)先按照步增臺階面產(chǎn)生分層的輪廓薄片數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)文件包含相應(yīng)切削刀具半徑角，模型造型的升高和旋轉(zhuǎn)件的工作位置。然后ModelAngelo接口系統(tǒng)連續(xù)讀取命令提供給計算機并行端口。從而，ModelAngelo執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行命令并且把反饋信號送到處理器。然后通過ModelAngelo加工子系統(tǒng)設(shè)置好刀具類型，并選擇好工件的不同切削位置，然后把工件和刀具放入，ModelAngelo刀具子系統(tǒng)加熱后開始工作。
關(guān)鍵詞：ModelAngelo系統(tǒng)，機器人，CNC，快速成型，3DCAD，聚苯乙烯
1. 介紹快速成型技術(shù)
(RP)是一個簡稱，是指用計算機輔助設(shè)計模型來直接建立物理模型的多技術(shù)集成應(yīng)用[1-4]。成型方法正如作為他們的名字和他們攜帶的技術(shù)一樣所變化的。一些更多傳統(tǒng)的快速成型方法是基于簡化通過在碾壓的對象制造時在諸如的若干層上堆積與結(jié)合頁材料，或者通過諸如的技術(shù)(大部分一次建立一個稀薄的層)的[5-6]通過把模型切成薄片和然后進行雕刻3D對象成為稀薄的片段的過程：通過運用蠟或者其它聚合物的3D打印[7–9]多噴氣式頭;通過選擇性的液態(tài)的樹脂建立起這些稀薄的層[10]；或者通過在燒結(jié)(SLS)[11]的選擇性的激光中熔化的方法來實現(xiàn)。
通過機器加工單個副本原型的思路也可以通過使用多軸數(shù)控機床的工作所顯示的。[12]wangetal。[13]，和Schmitzetal。[14]來命名。數(shù)控機床的加工的原型通過與盡可能完善的切削工人位置計劃利用高速進給機器來完成，可以快速生產(chǎn)單個工件(通常由金屬制成)。
與此類似，要建造原型的DOF?機器人(用傳統(tǒng)快速原型方法和比數(shù)控機床更靈活)已經(jīng)吸引很多機器人研究人員到快速原型的領(lǐng)域。Tengleder和Vergeest[15,16]將早為這目的來進行機器人的研究。此外，Chen等為雕刻面切實現(xiàn)一個機器人系統(tǒng)[17,18]并且過后發(fā)展為對由聚合物做成的雕刻品原型使用基于層的機器加工的一種技術(shù)[19]此外，Coole等為衛(wèi)生的器皿工業(yè)在機器加工過程中使用機器人系統(tǒng)的大規(guī)模原型(聚酯)作出了一些研究[20]。
在這篇文章里，快速原型的系統(tǒng)被稱為基于一件3D工件由五自由度成型機加工。由于它的靈活性由一個5個軸的機構(gòu)來驅(qū)動，實體切片輪廓生成的有效率的開發(fā)軟件，以及有利用一項富創(chuàng)新精新技術(shù)的一個多用途的末端，五自由度成型機能雕刻用戶視線可以到達的全部幾何學(xué)特征。大多數(shù)傳統(tǒng)快速原型技術(shù)由切片提供3D模型轉(zhuǎn)化到2D層，五自由度成型機只在它的軟件上完成這種“切片”技術(shù)，以便雕刻物體外面的外形，通過一次跟蹤，一個層被完成。物理雕刻是要求機器加工在一車床結(jié)合的那個需要雕刻的地方。
五自由度成型機在雕刻聚苯乙烯(PS)泡沫塊或者讓他們清除切割的蠟。例如：聚苯乙烯，是一種比較便宜而且便于雕刻的材料，并且有一種適合熔化的溫度(Tm=240℃)。當這提出工作