基于特种加工刀具(热刀)的五轴雕刻机的设计与研究

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近年来,随着雕刻技术不断发展,特种加工材料应用于雕刻技术中已成为一种发展趋势。以石蜡为原材料的雕塑产品已经有着广泛的应用,快速、精确的石蜡雕刻技术也相应有着很好的市场前景。设计一种高效、精确加工石蜡的雕刻机床是石蜡产品广泛进入市场的突破。本文针对国内外雕塑雕刻机的发展现状和市场的需要,采用热蚀加工石蜡的方法对塑像雕刻机进行了设计和研究。首先依据石蜡的物理特性,分析了热刀加工的工作条件,据此设计出特种加工刀具(热刀)的结构,并揣述了热刀加工的工作原理;同时讨论了影响热刀加工效率的各种因素,并用正交试验分析得出了合理的工作参数。其次,根据加工工作要求给出了五轴雕刻机机械结构的总体方案和结构设计方案,并揣述了五轴雕刻机的工作原理和运动方式;分析了机构的装配关系和完成了重要零件的设计计算。然后,分析了热刀刀温控制的实现方法,并给出了五轴雕刻机工作时系统环境温度控制的原理和实现控制的方法。最后简要设计了雕刻机床的控制系统的硬件部分和软件部分,即在硬件部分的设计中根据控制要求给出了运动控制的总体方案。基于PLC的数控系统的控制原理和步进电机的驱动方式,给出了各自的选型;在软件部分的设计中揣述了软件的控制方案和数控系统的设计原则,给出了软件设计选用的插补方法,画出了PLC的硬件接线图。目前,将雕像摄影或扫描得到实物轮廓三维坐标的扫描技术和仪器已比较成熟,以及人们对石蜡像的需求,蜡像雕刻机具有很高的实用价值和商用价值。此外,本文设计的五轴蜡像雕刻机结构简单、成本低,为石蜡产品进入市场提供理论依据和参考。
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