基于PC的小型雕刻机的设计

基于PC的小型雕刻机的设计开放、功能较为齐全、本钱低的小型雕刻机。

1总体方案设计

基于PC的小型雕刻机要满意个人爱好者制作DIY电路板、雕刻文字等需求，因此设计通过PC驱动电路板掌握雕刻机的运行，便利在电脑上进展CAD/CAM设计后，直接实施加工。为了降低本钱，要求软硬件开放。总体设计方案如图1所示。

PC上装有数控软件，通过并口与步进电机驱动器连接，驱动三个轴的步进电机转动。步进电机通过机械传动构造实现三轴来回运动。机身局部直接打算了机器的稳定性与牢靠性。为了个人使用便利，可以选用质量较轻的的铝合金材料，便于搬运，也可以使用更加廉价的一般钢材。

2机械局部设计

2.1机身构造设计

总体来说，小型雕刻机机身有以下3种构造形式：①移动龙门式。这种构造平台固定，X轴与Z轴通过Y轴带动龙门构造移动，机身局部为工作平台；行程大，但稳定性差，精度要求高，如图2所示。②固定龙门式。龙门与机身位置固守，工作平台为Y轴。Z轴安装在X轴上移动。该构造稳定性较好，精度高，但行程小，工件质量全部加载在Y圆轴上，且Y轴导轨比X轴更简单磨损，如图3所示。③移动台面式。X，Y轴水平移动，Z轴负责上下移动。这种构造适合较大功率的主轴，可用于金属、石块和木板等的加工，机身占地面积小，构造简洁，安装便利，并且本钱较低。依据工程设计特点，选择此种构造形式。

整个机械构造如图4所示。步进电机通过支架固定在机身上，再通过联轴器与丝杠连接，完成运动的传递。主轴电机高速转动带动主轴刀具转动，完成切削。为了简化设计、降低本钱，可以采纳钢铁材料或铝合金型材。通过Pro/E对零部件进展尺寸设计和三维建模，完成虚拟装配。

2.2三轴传动构造设计

X，Y，Z方向即三轴传动构造由丝杆、光杆、滑块以及支架构成。步进电机通过联轴器与丝杆连接，光轴用于导向，最终实现由步进电机的旋转运动转化为直线来回运动。工作台用来放置待雕刻物体，工作台与X轴丝杆和光杆连接在一起。其中，三轴的丝杆和光轴分别通过轴承座安装在机身前后板上，丝杆通过一个螺母和滑块与三轴的固定板面连接，光轴通过两个滑块与三轴的固定板面联接。

2.3主轴系统构造设计

主轴的工作方式是刀具在做高速转动时进展Z轴方向的进刀和退刀运动，Z轴方向除了由步进电机带动丝杠通过螺母进展上下运动外，还需要实现切削的主运动，主轴系统为刀具供应动力装置是专用的主轴电机，通过手动调速来实现速度的调整。

3电气局部设计

3.1总体概述

本局部主要包括掌握软件、电源、掌握卡、步进电机这4局部。其整个工作过程是，在电脑上通过Mach3软件设置好相关信息后，用打印并口线把电脑与运动掌握卡连接，相应的加工代码信息脉冲通过步进电机驱动器掌握X，Y和Z轴步进电机转动，实现来回来回移动。电气掌握如图5所示。

3.2雕刻机掌握软件

小型雕刻机的掌握方式共有以下3种：①维宏卡接口。该方式加工效率高，加工轨迹三维图形仿真，加工过程实时三维显示，即使突然断电也能保存工作原点，但价格贵，且敏捷性较差。②USBCNC。该方式使用便利，USB传输信号的距离比并口远，使用USB-MACH3的运动掌握卡也越来越多，但运行不如LPTl连接方式稳定。③LPT接口。连接后机器各方面运行稳定，且不易出错，技术更成熟，但新笔记本电脑没有该接口，不便利使用。

本设计用的掌握软件是Mach3软件，是美国ArtSoft公司开发一款借助Windows作为平台的数控软件。软件使用电脑的LPT接口外接设备的连接口，可利用Artcam等cam软件里生成的代码（即G代码）产生输出脉冲与方向信号，掌握步进电机，从而实现掌握整个数控机床。Mach3具有运行稳定、操作简洁、技术成熟、能直观显示刀路等优点。

3.3电源局部

电源局部的作用就是给雕刻机整个掌握系统供应工作电压。本设计掌握系统需要的电压有48V、24V和5V，48V是主轴电机的工作电压，24V是步进电机的工作电压，5V是掌握卡正常工作时的规律电压，即高电平。

3.4步进电机驱动板局部

驱动板是雕刻机的核心部件，主要是将计算机发来的脉冲信号按挨次安排，驱动步进电机转动。本设计选用的驱动器掌握板是TB6560，其是三轴驱动，有细分流开关、5V电压的隔离装置、急停开关和三轴的限位开关等接口。VCC接电源的正极，GND接电源的负极，输入信号是5V使能信号。

3.5步进电机局部

步进电机有许多种，依据设计目标选用的是两相六线的57步进电机。这种步进电机带有出轴，可以省去手动拨轮，使用起来更加便利。

4调试

雕刻机掌握系统的整个工作过程是，在电脑上通过Mach3软件设置好相关信息后（G代码），用打印并口线把电脑与掌握卡连接，掌握卡接到由电脑传来的脉冲后，实现对步进电机的掌握。掌握卡三个轴上都有细分流开关，通过电流的“细分”可以对电机在运行的过产生的振动、噪声等得到较好的降低。为了满意需要，还需对雕刻机设置限位开关和急停开关接线。

4.1Mach3软件调试

4.1.1配置并口参数

并口参数主要包括公、英制选择，端口、针脚设置和定义等，如图6所示。

4.1.2电机参数设置

选择“设置→电机调试”菜单，如图7所示，分别设置X，Y和Z轴；设置各轴的电机参数，每轴设置完后都需要按“保存设置”按钮保存设置。

4.1.3Mach3驱动测试

Mach3安装好并按上述步骤设置好之后，需要Mach3安装名目下的DriveTest.exe文件对Mach3并口驱动及电脑与Mach3的兼容性进展测试，运行DriveTest.exe。假如驱动没有安装好，则会提示，需要重新安装并重启电脑。

4.2测试加工

以上各项都设置无误后，确保航空插头，并口线连接良好。手动测试急停开关，通过键盘方键移动各轴，手动调速等功能，然后导入G代码，装夹雕刻的材料，对刀并设置