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本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
論 文 題 目： 機械設(shè)備表面標識雕刻機設(shè)計學 院：
畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域；
2. 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）；
3. 本論文（設(shè)計）預期取得的成果。三、論文（設(shè)計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
2. 論文（設(shè)計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述
學生應(yīng)根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎(chǔ)上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙暤幕A(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1. 開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師；
5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
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一、選題依據(jù) 1、研究領(lǐng)域
本次畢業(yè)設(shè)計主要研究對象集中在機械設(shè)計、傳動設(shè)計等領(lǐng)域，還涉及到數(shù)控領(lǐng)域的數(shù)控技術(shù)，程序編制等內(nèi)容。
2、論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值
傳統(tǒng)的工業(yè)零部件標記打印一般多采用字模沖壓、電化學腐蝕、電火花加工等。但是這些方法效率低、不美觀、防偽性差，很難達到同一規(guī)格，所以廢品率極高，尤其難以適應(yīng)現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。
激光打印技術(shù)，雖然較好地克服了傳統(tǒng)工藝的很多缺點，但是由于受到激光器本身壽命低與在環(huán)境惡劣的生產(chǎn)現(xiàn)場缺乏長期穩(wěn)定性工作特點的制約，同時由于有色金屬對激光的吸收較差，打印深度淺，所以這一方法不能滿足生產(chǎn)的實際需要，除特殊材料如金剛石、硬質(zhì)合金或?qū)Υ蛴∩疃葻o特別要求的場合外，未能得到普及推廣。
為彌補上述方法的不足，適應(yīng)現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)發(fā)展的需要，出現(xiàn)了一種全新的工業(yè)標記打印工藝—氣動標記打印工藝。
根據(jù)所要標記圖形或字符的軌跡，經(jīng)過計算機中控制程序的處理，生成控制脈沖信號，由計算機接口傳輸?shù)娇刂葡?，X, Y 方向的控制信號分別控制 X、Y 方向執(zhí)行機構(gòu)的動作，從而控制打印頭在 X-Y 平面內(nèi)按一定的軌跡運動，同時受輪廓控制的 Z 方向執(zhí)行機構(gòu)在標記輪廓的過程中做高頻開關(guān)動作，從而實現(xiàn)打印頭在壓縮空氣作用下的高頻微沖擊運動，在工件表面打印出在計算機中所繪制的圖形和字符標記。
氣動打標機有著精度高、打標深度深、成本低、打標速度快，可適應(yīng)多種材料上的打標，并可方便的由計算機控制打印各種圖形等優(yōu)點，在打標行業(yè)中有著其他種打標方法不可比擬的優(yōu)勢和良好的發(fā)展前景。
3、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
1973 年 美國 TELESIS 公司研發(fā)出全球第一臺氣動打標機；1984 年 法國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。重慶是最早氣動打標機生產(chǎn)基地，也是國內(nèi)氣動打標機的發(fā)源地，在重慶經(jīng)銷打標機的企業(yè)有五十多家，但真正的生產(chǎn)企業(yè)不多，大概只有五六家，大多數(shù)是打標機經(jīng)銷商和貼牌商。最早氣動打標機主要應(yīng)用于發(fā)動機、活賽、摩托車車架、汽車大梁等。
氣動打標機發(fā)展到現(xiàn)階段，無論是國外還是國內(nèi)，對它的研究和生產(chǎn)領(lǐng)域進行更深探索的廠商比比皆是，如加拿大的伊斯沃（EASTWARD）公司，上海的子林機電設(shè)備有限公司，重慶的恒偉公司等。從整體上講，氣動打標機的組成結(jié)構(gòu)分為上位機和下位機及執(zhí)行機構(gòu)三部分，上位機是圖形編輯和指令形成部分，下位機是脈沖形成和打印控制部分，驅(qū)動步進電機，執(zhí)行機構(gòu)就是包括步進電機、操作臺位置信號回饋裝置等。其組成如下圖所示：
上位機系統(tǒng)
（應(yīng)用程序）
下位機系統(tǒng)
（單片機控制）
執(zhí)行機構(gòu)
圖 1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
按照分類來講，一般的將氣動標記打印機分為平面刻印和旋轉(zhuǎn)刻印兩種。
平面標記打印是較普通的標記打印，通常標記打印是在 x-y 平面上進行的，分別控制 x 方向和 y 方向的兩臺步進電機，并帶動打印針在 x-y 平面（即工件平面） 上按照給定的打印軌跡運動，打印的工件是平面的；旋轉(zhuǎn)標記打印機就是將平面打印中的一個軸進行轉(zhuǎn)動，而不是沿著該軸的正負方向運動，另一個軸如同平面標記打印
機中的一樣，沿軸的正負方向運動，打印的工件是一個曲面。另外，打印機的操作臺也存在一些區(qū)別：平面標記打印機的操作臺是一個平面，而旋轉(zhuǎn)標記打印機的操作臺上有一個轉(zhuǎn)軸。
現(xiàn)代加工技術(shù)的飛速發(fā)展對工業(yè)標記技術(shù)提出了更高的要求，設(shè)計出數(shù)字化、自動化、多功能、高效率、操作方便的氣動打標機設(shè)備是現(xiàn)代化生產(chǎn)線的新需求。當前， 國內(nèi)外氣動打標技術(shù)的發(fā)展主要有以下三個方向:
（1）數(shù)字化、自動化
20 世紀 80 年代以來，氣動打標機的數(shù)字化和自動化成為這一領(lǐng)域的研究熱點。近年來，隨著傳感技術(shù)、電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的打標機己經(jīng)進入了計算機控制為主的時代。
數(shù)字化自動化的具體表現(xiàn)有:打標過程實時監(jiān)控和打標工件運行過程的監(jiān)控(如對鋼管在生產(chǎn)線上的監(jiān)控);自動掃描、自動定位和跟蹤檢測技術(shù)在打標機系統(tǒng)中的應(yīng)用;能夠?qū)崟r自動地修改和處理任意復雜的圖形和字符。加拿大的伊斯沃精密機械有限公司是中國最大的標記設(shè)備服務(wù)商，它旗下的標識機在自動化方面優(yōu)勢極強。
(2)多功能、集成化
在現(xiàn)代生產(chǎn)環(huán)境下，打標機不僅要能夠進行單一形式的打標，還要實現(xiàn)功能多樣化。例如:打標機既要能夠打印標準字庫中的字符，還要能夠打印用戶自行設(shè)計的字符圖樣，并且還能夠在一定程度上對點陣字符的打印軌跡進行優(yōu)化。傳統(tǒng)的點陣打印是按照逐行或逐列掃描的順序進行的，這樣做電機的無效行程就較多，效率較低。如果能夠?qū)Ⅻc陣字符軌跡進行優(yōu)化，那么將獲得較高的打印效率。這是打標機發(fā)展的一個重要方向。
同時由于在上世紀 80 年代 ARM 芯片的出現(xiàn)，嵌入式技術(shù)得到了充分的發(fā)展，越來越多的公司將嵌入式系統(tǒng)技術(shù)引入到打標機控制系統(tǒng)中來，開發(fā)出適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)線上使用的系統(tǒng)?；?ARM 芯片搭建起控制系統(tǒng)架構(gòu)，使得打標機體積不斷減小， 功能越來越強大，集成化越來越高。近年來還出現(xiàn)了手持式氣動打標機，這正是氣動打標機未來向著集成化方向發(fā)展的具體體現(xiàn)。武漢銘陽激光技術(shù)有限公司的
MYQD-D600 型多功能氣動打標機已經(jīng)證實打標機的多功能、集成化正在成為現(xiàn)實。(3)結(jié)構(gòu)簡單化、操作界面人性化
隨著打標機集成化的提高，很多功能將集中在少數(shù)幾個模塊中實現(xiàn)，氣動打標機的結(jié)構(gòu)也就相對變得越來越簡單。
簡單化不僅僅體現(xiàn)在硬件的結(jié)構(gòu)方面，同時也體現(xiàn)在軟件方面，窗口式的操作程序、觸摸屏等技術(shù)使打標機的各種操作更清楚更容易掌握，這也是當前氣動打標機技術(shù)發(fā)展的一個方向。而且，針對當前中國龐大的市場，各大打標機生產(chǎn)企業(yè)也緊緊抓住操作界面中文化這一課題，致力于開發(fā)符合國人操作習慣的操作界面。上海萬木春機電設(shè)備有限公司的打標機軟件系統(tǒng)可以在 WIN98、WIN2000、WINME、XP 等系統(tǒng)下運行，可導入 CAD 等矢量圖形，全中文提示操作界面，其旗下的 WM6-AT 氣動打標機操作非常人性化。
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二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題
氣動打印機的傳動設(shè)計
（1） 傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計
（2） 導軌樣式型號的選擇
（3） 步進電機的選擇
（4） 滾珠絲杠的選擇
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）
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
1.2 氣動標識雕刻機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢1.3 本課題所要研究的主要內(nèi)容
2. 氣動標識雕刻機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、組成與工作原理
2.1 整體機構(gòu)的簡述
2.2 整體機構(gòu)組成圖
2.3 氣動標識雕刻機的組成
2.4 氣動標識雕刻機的工作原理
3. 氣動標識雕刻機的傳動系統(tǒng)設(shè)計
3.1 氣動標識雕刻機的機構(gòu)運動簡圖
3.2 步進電機的選擇
3.3 導軌的設(shè)計
3.4 滾珠絲杠螺母副的設(shè)計
3.5 同步帶輪的設(shè)計
4. 氣動標識雕刻機的氣動系統(tǒng)設(shè)計
4.1 氣動系統(tǒng)的簡述
4.2 氣動系統(tǒng)原理圖設(shè)計
5. 氣動標識雕刻機打字程序的數(shù)控編制
5.1 數(shù)控技術(shù)的簡述
5.2 編程實例6.結(jié)論
3.本論文（設(shè)計）預期取得的成果
本次畢業(yè)設(shè)計主要是設(shè)計一臺氣動打標機，希望通過本次設(shè)計深入了解機械設(shè)備表面標識雕刻機領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并在設(shè)計的過程中總結(jié)經(jīng)驗，完成一篇論文及相關(guān)圖紙。
三、論文（設(shè)計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；
（1） 查閱相關(guān)資料，了解設(shè)計內(nèi)容
（2） 完成開題報告，總體方案
（3） 完成機構(gòu)設(shè)計
（4） 對方案進行修改
（5） 繪制圖紙
（6） 撰寫說明書，翻譯外文文獻
（7） 完善各項目內(nèi)容，準備答辯2.論文（設(shè)計）進度計劃
第 1-2 周：查閱相關(guān)文獻并閱讀。第 3 周: 撰寫文獻綜述及開題報告。第 4 周：完善并交開題報告。
第 5 周：總體方案分析及論證。
第 6 周：進行步進電機的選擇。
第 7 周：進行導軌的設(shè)計。
第 8 周：滾珠絲杠螺母副的設(shè)計。
第 9 周：同步帶輪的設(shè)計。
第 10 周：氣動系統(tǒng)的設(shè)計。
第 11 周：數(shù)控編程實例。
第 12 周：完成電腦繪圖。
第 13 周：翻譯外文文獻。
第 14 周：撰寫說明書。
第 15 周：提交畢業(yè)設(shè)計并準備答辯。
第 16 周：完善并檢查，準備畢業(yè)答辯。
、需要閱讀的參考文獻
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附：文獻綜述
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文獻綜述
改革開放30多年以來，我國的工業(yè)化水平不斷提高，特別是制造業(yè)更是得到了長足發(fā)展。隨著機械行業(yè)的不斷進步，人們對機械產(chǎn)品的質(zhì)量要求也在逐步提高，這就使得我們在生產(chǎn)過程中要更加注重產(chǎn)品質(zhì)量問題的解決。當機械產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題時，我們要有能力及時的找出產(chǎn)品問題出現(xiàn)的環(huán)節(jié)，并加以改正，這就涉及到我這次研究的器械——氣動標識打印機。標識打印機，顧名思義就是用機器代替人工進行雕刻的設(shè)備。早在很多年前，雕刻產(chǎn)品就已然成為人們生活的一部分，這種需求推動了雕刻藝術(shù)的日益精深。隨著微電子技術(shù)、控制理論、檢測技術(shù)、計算機控制等技術(shù)的
迅速發(fā)展， 數(shù)控系統(tǒng)不斷更新，機械雕刻亦在20 世紀90年代獲得了較大發(fā)展。如今， 雕刻機已經(jīng)在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用及發(fā)展，如木工行業(yè)、模具雕刻、紫銅和石墨電極加工、石材雕刻等。
與油漆噴涂標記不同，打標工藝要求標記清晰，保存時間持久。打標的作用是提高產(chǎn)品檔次，樹立品牌形象，便于企業(yè)進行質(zhì)量控制與管理，有較好的防偽功能，同時可以為企業(yè)提供產(chǎn)品的可追溯性，從而生產(chǎn)出的產(chǎn)品更好的貫徹IS09000標準?，F(xiàn)有打標機主要有如下幾種類型：
滾壓打標機，字模在氣液缸壓力下作用在工件表面滾壓形成字痕。
氣動打標機，氣動打標針在壓縮空氣作用下做往復沖擊運動，在工件表面沖擊出小坑形成字痕。
電動打標機，電動打標針在電磁線圈作用下做往復沖擊運動，在工件表面沖擊出連串小坑形成字痕。
激光打標機，激光束聚焦在工件表面，去除材料或改變材料顏色形成字痕。其中， 滾壓打標機是最早出現(xiàn)在我國的高壓天然氣瓶打標機，90年代主要從日本進口，由于機床體積龐大，不能靈活更換字模，滾壓應(yīng)力大等缺點已逐步被氣瓶生產(chǎn)廠家淘汰。
激光打標機作為新興的高壓天然氣瓶打標機，具有打印效果好、鋼印標記清晰美觀、無噪音的優(yōu)點，但由于造價較高，且激光頭成本在實際生產(chǎn)中每5000支鋼瓶打標就需更換一次的成本過高，且在環(huán)境惡劣(灰塵、油污、振動)的生產(chǎn)現(xiàn)場，其可靠性差，故障率大，對激光設(shè)備的維護困難等原因，目前沒有大規(guī)模使用。
氣動打標機目前作為主流的高壓天然氣瓶打標機，被廣泛應(yīng)用于氣瓶鋼印打標。氣動打標就是根據(jù)需要標記的圖形或字符在高壓天然氣瓶肩部球面標記的位置，由圖像采集確定標記頭打印位置然后經(jīng)過計算機中控制程序的處理，生成控制脈沖信號， 并且由計算機接口傳至控制箱，控制X、Y、Z軸直線位移和繞坐標軸轉(zhuǎn)動伺服電機， 將打標頭旋轉(zhuǎn)到指定區(qū)域，由沖擊氣缸沖壓字?；虼驑酸樛瓿勺址驁D像的打印。
考慮到降低打標機的制造成本，采用了簡單結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)有底座、工作臺、龍門架、X向進給電動機、Y向進給電動機、Z向進給電動機、主軸電動機、打標機機身
及電氣系統(tǒng)部分組成。首先，雕刻刀具由高速電機帶動只做旋轉(zhuǎn)運動，Z方向的進刀、退刀運動由Z軸方向上的步進電機驅(qū)動滾珠絲杠來實現(xiàn)。其次，采用橫梁移動、工作臺固定實現(xiàn)X，y運動的方式，機頭在橫梁上移動(X向)，實現(xiàn)雕刻寬度；橫梁在底座上移動(y向)，實現(xiàn)雕刻長度；主軸組件上下移動(Z向)，實現(xiàn)雕刻深度。最后，在X， Y，Z方向上的導向件均采用圓柱直線導軌，其導向精度可滿足對工作臺定位精度的 要求，在保證整個系統(tǒng)的機械剛性的前提下，為了簡化設(shè)計的結(jié)構(gòu)，減輕整機重量， 其主體框架采用硬鋁制造，選用標準的緊固件和定位銷連接。打標機在工作時，先將加工對象固定在工作臺上，選擇合適的刀具裝夾在電主軸上，能夠?qū)崿F(xiàn)X、Y、Z軸3 個方向進給運動由可編程序控制器實現(xiàn)自動控制，來完成工件的自動加工。
雕刻機完整的工作流程主要包括4部分。第1部分，浮雕設(shè)計及G代碼生成，如常用的ARTCAM軟件，該軟件可完成三維浮雕制作及G代碼生成，同時具有刀路模擬加工功能，可真實地模擬加工路徑和產(chǎn)品的形狀。第2部分，脈沖的分配及發(fā)送，MACH 軟件的作用類似于運動控制卡，主要作用是完成G代碼的解釋，加工點坐標位移量的計算，譯碼、刀補、插補、加減速控制及各個軸位移脈沖的發(fā)送。第3部分，控制系統(tǒng)的作用主要是完成各個軸脈沖的接收及發(fā)送限位、原點開關(guān)的信號給MACH控制軟件，同時對各個軸的運動行驅(qū)動。第4部分，雕刻機本體通過傳動機構(gòu)的運動，用刀具完成材料的雕刻動作，最終形成加工產(chǎn)品。
主傳動系統(tǒng)是實現(xiàn)主運動的系統(tǒng)主軸組件是雕刻機的執(zhí)行件。它的功用是支承并帶動工件或刀具旋轉(zhuǎn)進行切削，承受切削力和驅(qū)動力等載荷，完成表面的成形運動。雕刻機主運動方案通常采用專用的主軸電機，當前電主軸主要采用的是交流高頻電動機，故也稱為“高頻主軸”，由于沒有中間傳動環(huán)節(jié)，有時又稱它為“直接傳動主軸”。主軸組件由主軸電機和支架及其安裝在主軸上的傳動件、密封件等組成，要求有良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及精度的保持性。，與普通機床主傳動系統(tǒng)相比結(jié)構(gòu)簡單。這是由于加工對象范圍小、負載輕，變速功能主要由變速電動機來承擔。雕刻機主傳動為主軸的旋轉(zhuǎn)運動，主軸承承受的軸向載荷較大，徑向載荷稍小， 精度要求較高。雕刻機的進給運動系統(tǒng)通過接收控制系統(tǒng)發(fā)出的進給速度和位移指令信號(由驅(qū)動電路作轉(zhuǎn)換和放大后)，經(jīng)驅(qū)動裝置和機械傳動機構(gòu)，驅(qū)動雕刻機的龍門架、加工電動機主軸固定架等執(zhí)行部件實現(xiàn)工作進給和快速運動。在整個工作過程中， 刀具在電主軸帶動下做高速旋轉(zhuǎn)， 并且Z 方向、X 方向步進電機將運動傳遞給絲杠螺母， 使刀具沿著垂直（Z） 方向做進刀、退刀運動以及橫向（X） 方向的進給運動。工作臺在工作過程中僅單方向（即只做Y 方向） 的進給運動， 帶動工件作Y 方向的進給， 該設(shè)計工作原理:步進電機接收脈沖信號轉(zhuǎn)動， 并帶動絲杠轉(zhuǎn)動， 由于螺母固定在工作臺上， 因而限制了螺母的旋轉(zhuǎn)自由度， 使其只能做直線運動， 從而實現(xiàn)工作臺在某個方向（X、Y 或Z 方向） 的進給運動。在X、Y、Z 方向上的導軌均采用直線圓柱導軌， 其導向精度完全可滿足工作臺定位精度的要求， 見圖1
圖 1 主軸傳動設(shè)計原理
簡單化不僅僅體現(xiàn)在硬件的結(jié)構(gòu)方面，同時也體現(xiàn)在軟件方面，窗口式的操作程序、觸摸屏等技術(shù)使打標機的各種操作更清楚更容易掌握，這也是當前氣動打標機技術(shù)發(fā)展的一個方向。而且，針對當前中國龐大的市場，各大打標機生產(chǎn)企業(yè)也緊緊抓住操作界面中文化這一課題，致力于開發(fā)符合國人操作習慣的操作界面。上海萬木春機電設(shè)備有限公司的打標機軟件系統(tǒng)可以在 WIN98、WIN2000、WINME、XP 等系統(tǒng)下運行，可導入 CAD 等矢量圖形，全中文提示操作界面，其旗下的 WM6-AT 氣動打標機操作非常人性化。
可以看出，氣打印機的應(yīng)用范圍廣，工作原理較為簡單明了，而且科技含量在不斷的升高，從原來的純?nèi)斯げ僮鞯浆F(xiàn)在電腦控制，集人性化，小型化和自動化為一身的新一代標識機正在逐步進入人們的視線。本此研究的氣動標識打印機就是又有這些特點的新一代產(chǎn)品，并將在現(xiàn)有標識打印機技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，以自己的學術(shù)水平獨立設(shè)計完成標識打印機各主要部件的設(shè)計。
指導教師評閱意見(對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱) 同意開題
審 教研室主任意見核
意見
同意開題
簽字：甄恒州 日期：2017-04-07
簽字：王珍 日期：2017-04-07
學院教學指導委員會意見
同意
簽字：賈衛(wèi)平 日期：2017-04-10
公章：機械工程學院
壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985
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?？春茫蔷湍壳岸?，打標機企業(yè)的發(fā)展并不樂觀?？偭吭黾?，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墶M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、間歇式運動甚至會出現(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)。
通過對螺母副的學習和了解，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程誤
導程誤差： ，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)導軌的設(shè)計
4.3.1導軌的相關(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導軌的設(shè)計
（1）.選擇導軌的使用類型
在選擇導軌的類型前，需要了解各個類型導軌的使用特點和使用范圍，下面簡要介紹幾種設(shè)計中常用到的導軌類型。
表4.3 常見的導軌類型與應(yīng)用
導軌類型
主要特點
應(yīng)用
普通滑動導軌
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
貼壁滑動導軌
動導軌表面貼塑料軟帶與鑄鐵或鋼質(zhì)靜導軌匹配，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軌
鍍金屑（鋼）滑動導軌
支撐導軌上鑲鋼板，耐磨性比鑄鐵高5-10倍；動導軌上鑲青銅等減磨材料，穩(wěn)定性好，精度高，鑲金屬工藝復雜，成本高
重型機床如立車、龍門銑的導軌
動壓導軌
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軌
靜壓導軌
摩擦因數(shù)很?。坏退倨椒€(wěn)性好；承載能力大，剛性、抗震性好，需要較復雜的供油系統(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
在學習了各種類型的導軌的特點與使用范圍后，我再一次對我所設(shè)計的導軌進行了分析，確定了它導軌使用時的性能要求。我覺得滑動導軌較為合適，在滑動導軌這個范疇內(nèi)，根據(jù)幾何形狀還可以將滑動導軌分成圓柱面型和棱柱面型，而棱柱面型導軌是三角形式，燕尾型式及矩形式等等不同的導軌的總稱。
表4.4 滑動導軌的類型與特點
導軌類型
優(yōu)點
缺點
三角形導軌
導向性能與頂角α有關(guān)，α越小導向性越好，但α減小時導軌面當量摩擦系數(shù)加大；α角加大承載能力增加。導軌的導向精度高，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。支承導軌為凹三角形時，導軌副易產(chǎn)生動壓效應(yīng)，但防塵性差。
矩形導軌
承載能力大，剛度高，檢驗、制造和維修方便。
導向精度較差，磨損后不能自動補償。
燕尾形導軌
三角形導軌的變形。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軌，應(yīng)用較少。
各種類型滑動導軌剖面圖如圖4.9所示：
圖4.9 滑動導軌的剖面圖
在了解了以上滑動導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軌是所有選擇中最為合適的選擇。
（2）.確定導軌的具體的相關(guān)參數(shù)
導軌設(shè)計包括橫向?qū)к壓涂v向?qū)к?，這兩套導軌的選型，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軌。三角導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，三角形導軌與三角形滑塊二者裝配使用。我所設(shè)計的三角形導軌的相關(guān)參數(shù)如圖4.10所示。
圖4.10縱向三角形導軌剖面圖
考慮到導軌的磨損等方面的原因，所以導軌材料要滿足耐磨，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。
三角導軌的三位立體圖如圖4.11所示：
圖4.11三角導軌立體圖
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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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