1.2 国内外发展现状与趋势

1.2.1 国内外发展现状

1.2.2 发展趋势

1.3 课题研究的主要内容

（1）了解三维十字滑台的运动结构和工件加工路径的控制要求。

（2）按照设计要求为加工的物件选择电气设备；

（3）设计出三维雕刻机的控制线路并编写相对应的程序。

2 驱动方案的选择

2.1 设计装置平台的选择

三维雕刻加工机械装置是全方位、全方面、高精准度的自动化雕刻加工，三轴共同作用实现三维立体化加工，在水平面内任意位置进行高精准度雕刻工艺。

2.1.1 三自由度十字滑台简介

本次设计选择在KNT-PHT3三自由度十字滑台装置上进行模拟加工自动化雕刻的运动状态。本设备运行平台有三维十字滑台和实训桌两部分构成机械运动平台。X、Y、Z三轴三个方向采用滚柱丝杠作为机械运动的结构，可以在一个水平面上任意点位置不同轨迹运动，加工刀具——砖头可由电机马达带动在Z轴方向运动加工。装置平面图如图2-1所示。

图2-1 三自由度十字滑台平面图

2.1.2 三自由度十字滑台各器件组成的作用简介

（1）滚珠丝杠副：属于机械轨迹运行的结构，经滚柱丝杠机械运动结构带动在直线导轨上的十字滑台左右运动，以滚直线导轨为副导向之承的方式结构。这样设计的优点：活动灵活、运行轨迹稳定、精准度高、摩擦比例系数小、结构小巧直观等。如图2-2所示。

图2-2 丝杠总部件组装图

（2）三维十字滑台：平台上面装有T形状方槽方便将工件安装在十字滑台上，作用固定雕刻模型目的雕刻平稳和固定牢实钻头等切削工具。

（3）丝杠各部件如图2-3所示。

图2-3成丝杠的各种器件图

1）电动机组态

2）电动机组态固定座；

3）弹性联轴器（连接电动机轴和丝杠轴）；

4）前端支撑块

5）导柱；

6）滚珠丝杠副；

7）丝杠螺母副；

8）滑座；

9）箱式轴承；

10）后端支撑块；

11）限位开关（选配）；

12）限位开关；

行程限位开关在这次设计中至少选两个，安装位置如图2-3所示，在滚柱丝杠直线运动机构的两端各安装一个，为了防止机械运动部件轨迹超出限定行程撞上支撑块而导致器件受损，起到保护作用。滚柱丝杠的位移总长列表如下：

横向行程 纵向行程

X轴 250mm 250mm

Y轴 250mm 250mm

Z轴 250mm 250mm

2.2 三轴驱动方案

三维雕刻运动控制系统，水平面任意一个参考点开始雕刻加工。但自动化的三维雕刻最关键也最困难的就是精准度的控制，而细分步设定是控制精准度的重要条件，也是雕刻机精加工必要环节决定者，改变细分的大小能控制其精度。细分步的设置能有效控制电动机稳定性，一般来说步进电动机都有低频震荡的特点，可以通过加大细分步调节得到改善，使电动机运行更加稳定。所以本次设计选定步进电动机搭配上步进驱动器作为X、Y、Z三轴驱动。

2.2.1 步进控制系统简介

选择步进电动机作为三轴驱动优势在于：脉冲电源每发出一个脉冲电信号，步进电动机就旋转一个角度数或前进一个单位，因此其轴上的转角或线位移与脉冲数成正比，或者说它的转速或线速度与脉冲频率成正比。通过输出调节脉冲频率的多少便可以在规定限制内调节电动机的速度，使得电动机能快速启动、制动和停止等。步进电动机的步进角度浮动范围较大，在小步距角的情况下，可以低速平整运行。在符合限定规则内，电动机的步距度数和转速不同并且电压浮动和负载大小改变的影响，也不会因为环境制约如温度、气压大小和震动幅度大小等影响，只与脉冲输出存在关系。它每转过三百六十度都有一定的位移，在不丢步的状态行进，其步距偏转不会长期积累，因此这类电动机非常稳定在开环系统工作，使每个系统结构组成单一、运行稳定。当采取了速度和位置检测设备后，它也可以用于闭环系统中。