機(jī)械雕刻機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要傳統(tǒng)的雕刻加工是一門技術(shù)性要求很高的手工技藝，在藝術(shù)品、標(biāo)牌、首飾等行業(yè)具有悠久的歷史，產(chǎn)品的質(zhì)量主要取決與雕刻師傅的技藝水平，而且勞動生產(chǎn)率低、本錢高、可重復(fù)性差。隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的開展，雕刻機(jī)成為我們現(xiàn)代人與時(shí)俱進(jìn)的先進(jìn)工具,它省時(shí)省力又環(huán)保，應(yīng)用也越來越廣泛。近幾年來中國的雕刻機(jī)迅速地開展著，從以前的手工雕刻轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的機(jī)器雕刻。雕刻機(jī)給人們帶來了巨大的方便，不僅節(jié)省了雕刻時(shí)間，還提高了雕刻的工藝，雕刻機(jī)的出現(xiàn)也帶動了許多行業(yè)的開展，像木工雕刻機(jī)、石材雕刻機(jī)、數(shù)控雕刻機(jī)等等。本文簡要的介紹了雕刻機(jī)的起源和開展現(xiàn)狀，分析了國內(nèi)外雕刻機(jī)的特點(diǎn)，說明雕刻機(jī)的功能和使用范圍，詳細(xì)的分析了雕刻機(jī)的總體布局和結(jié)構(gòu)方案，并詳細(xì)介紹雕刻機(jī)手控邏輯板的設(shè)計(jì)和制作過程。本課題是在參考現(xiàn)有雕刻機(jī)的根底上，設(shè)計(jì)的一種小型雕刻機(jī)，適合一般的塑料板、鋁板等普通材料的機(jī)械加工。關(guān)鍵字：傳統(tǒng)雕刻；機(jī)械雕刻；提高；雕刻機(jī)；LED鍵盤板；目錄摘要...............................................................1Abstract..........................................................2目錄...............................................................41.引言...........................................................61.1雕刻機(jī)的起源.................................................61.2雕刻機(jī)及其開展現(xiàn)狀..........................................6雕刻機(jī)的特點(diǎn)研究雕刻機(jī)的目的和意義雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域我國雕刻機(jī)的開展現(xiàn)狀雕刻機(jī)的開展趨勢雕刻機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)2.1雕刻機(jī)的工作原理2.2雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)局部雕刻機(jī)的電路及電氣局部2.3雕刻機(jī)的總體布局的根本要求直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1平面連桿機(jī)構(gòu)3.2凸輪機(jī)構(gòu)3.3滾珠絲杠執(zhí)行器——電機(jī)的選擇4.1直流電機(jī)4.2交流電機(jī)4.3伺服電機(jī)5.手控邏輯板的設(shè)計(jì)5.1LED鍵盤板的技術(shù)要求5.2LED鍵盤板零件的選擇5.3LED鍵盤板電路圖的設(shè)計(jì)及其原理6、總結(jié)及前景展望參考文獻(xiàn)附錄外文資料中文翻譯致謝1引言1.1雕刻機(jī)的起源雕刻可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期，母系氏族時(shí)期的半坡氏族文化的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。在我國北宋時(shí)期便創(chuàng)造了活字印刷，這里刻的字應(yīng)屬于雕刻的范疇。隨著時(shí)代的開展，我國的雕刻藝術(shù)日益精湛，玉雕、象牙雕、紅木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技術(shù)都可以堪稱一絕。傳統(tǒng)雕刻加工業(yè)是一門技術(shù)性要求很高的手工技藝，雕刻品的質(zhì)量完全取決于雕刻師的技藝水平，所以生產(chǎn)的效率低、本錢高，制品的隨意性強(qiáng)、一致性差，嚴(yán)重制約了雕刻行業(yè)的開展。這使得雕刻機(jī)的產(chǎn)生成為必然。上世紀(jì)90年代至今，機(jī)械雕刻獲得了前所未有的開展。從最初的刻字機(jī)、刻章機(jī)再到三維雕刻機(jī)，制作工藝也日漸成熟，應(yīng)用范圍也日漸廣泛。大到樓房建筑的裝飾，小到商店門前的招牌，乃至很多產(chǎn)品的標(biāo)識銘牌，可謂雕刻的使用無處不在。雕刻機(jī)，顧名思義就是用機(jī)械代替人工進(jìn)行雕刻的設(shè)備。1938年世界第一臺手動雕刻機(jī)在法國“嘉寶”問世，1950年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺真正意義的電動、可縮放比例的手動雕刻機(jī)。隨后美國、日本等國也開始研制。20世紀(jì)90年代，隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，直接推動微型計(jì)算機(jī)的急劇開展。微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動整個(gè)高科技群體飛速開展，從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)完成了從2D-2.5D-3D加工的變革，功能完善、性格穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的根本要求。1.2雕刻機(jī)及其開展現(xiàn)狀雕刻機(jī)的特點(diǎn)雕刻機(jī)的主要特點(diǎn)如下：〔1〕產(chǎn)品的尺度高，一致性好。雕刻機(jī)雕刻過程是由計(jì)算機(jī)控制完成的，可以到達(dá)很高的精度要求和外表質(zhì)量。〔2〕雕刻機(jī)投資少，見效快。以國產(chǎn)品牌為例，一臺小型號的雕刻機(jī)價(jià)格在兩萬左右，大型號的也不過三四萬。

〔3〕雕刻機(jī)簡單易學(xué)，操作簡單。以一個(gè)電腦初級水平的人為例，如果接受公司培訓(xùn)的話用不了一個(gè)星期就能全部掌握。現(xiàn)在市場上都有很多相關(guān)的雕刻軟件，簡單易學(xué)。

〔4〕雕刻機(jī)加工范圍廣，前景廣闊。雕刻加工涉及各行各業(yè)、分布很廣，有禮品業(yè)、廣告業(yè)、印章業(yè)、木器加工業(yè)、建筑業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、機(jī)械加工、工裝模具等等?？杉庸さ牟牧弦彩欠浅V泛，包括金屬、石材、PVC板、ABS板、亞克力、仿石材、橡皮、雙色板、鋁塑板等等各種材料。隨著人們對雕刻機(jī)的認(rèn)識和掌握逐步加深，應(yīng)用范圍會得到不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也會逐步提高，雕刻加工必定會有更廣闊的前景。研究雕刻機(jī)的目的和意義建國六十年來，我國的機(jī)械工業(yè)雖然已經(jīng)有了較大的開展，具備了一定的根底和規(guī)模，初步滿足國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的需要。但隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅速開展，我國機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力與工業(yè)興旺國家相比還存在相當(dāng)大的差距。因此，在我國以新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和開發(fā)高技術(shù)含量的新產(chǎn)品，已成為當(dāng)前機(jī)械工業(yè)以至各傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)密切關(guān)注和改革的焦點(diǎn)。機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它包括機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動控制技術(shù)。它從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，使產(chǎn)品或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。近年來，世界上各興旺國家競相開展機(jī)電一體化技術(shù)，以提高制造技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、智能化開展。機(jī)電一體化技術(shù)給傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)帶來了革命性的變革和驚人的效益，使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和管理體制發(fā)生深刻的變化。機(jī)電一體化是當(dāng)今世界機(jī)械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品開展的主要趨勢，也是我國機(jī)械工業(yè)開展的必由之路。雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域雕刻機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，舉例如下：1、廣告及禮品制作業(yè)，用于雕刻各類雙色板標(biāo)牌、有機(jī)玻璃、三維廣告牌、雙色人物雕像、浮雕獎(jiǎng)?wù)?、有機(jī)板浮雕、立體門頭字等。2、模型行業(yè)，房地產(chǎn)的開展，對建筑模型的需求不斷增加。售樓處的售樓模型、廣場模型、建筑設(shè)計(jì)方案的展現(xiàn)和展示，車輛模型市場的擴(kuò)大，一些艦船模型、工業(yè)模型也有紀(jì)念和收藏的意義。雕刻機(jī)已成為制作模型的最正確助手。3、木器工藝，用于浮雕圖案設(shè)計(jì)及制作。雕刻機(jī)可以打孔、鏤邊等，特別是新型裝飾材料、波浪板的廣泛應(yīng)用，也給了雕刻機(jī)更大的成長空間，在提高了產(chǎn)品的重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)化的同時(shí)，使成品的生產(chǎn)效益得到顯著的提高。4、標(biāo)志行業(yè)，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷開展，日新月異的城市公共根底建設(shè)，街路的翻新改造，現(xiàn)代化住宅小區(qū)、星級酒店、寫字樓的不斷建設(shè)，對一些符合潮流和標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)識和導(dǎo)向系統(tǒng)產(chǎn)生了大量的需求，其中雕刻機(jī)制作的牌匾標(biāo)志、標(biāo)牌，占據(jù)了相當(dāng)大的局部。從外部標(biāo)志上對公司的形象起到了良好的作用，以雕刻的形式制作員工佩帶的胸牌、科室牌、樓層牌已成為一種趨勢。5、印章業(yè)，各類字體各類材料的印章雕刻。6、汽車工業(yè)、輪胎模具，車燈模具及飾品模具加工。7、印刷電路板〔PCB〕新產(chǎn)品開發(fā)中的電路制作，鉆孔、銑槽等。8、藝品行業(yè)，旅游市場的不斷擴(kuò)大，旅客對具有當(dāng)?shù)仫L(fēng)情的禮物情有獨(dú)鐘，雕刻機(jī)在這方面也大有用武之地。而且，現(xiàn)在的會議越開越多，對一些紀(jì)念品和廣告宣傳品，流行采用雕刻制作。在戒指、鑰匙鏈、獎(jiǎng)杯、仿水晶擺件、打火機(jī)、皮具、手表等等都可以進(jìn)行雕刻，可以表達(dá)一個(gè)人的個(gè)性與品位，對一些比擬有想法的人來說，也是獨(dú)特之處，對這些物品施以情趣的雕刻，迎合了人們對情感交流的需要。9、機(jī)械加工業(yè)，刻度盤字輪及標(biāo)尺刻度。而且，隨著各種新型裝飾材料的不斷出現(xiàn)，能用于雕刻的材料越來越多，使得計(jì)算機(jī)雕刻機(jī)有了更大的用武之地。因此，雕刻機(jī)的應(yīng)用范圍還將不斷擴(kuò)大。我國雕刻機(jī)的開展現(xiàn)狀伴隨著人類社會的開展，雕刻行業(yè)發(fā)生著巨大的變化，現(xiàn)如今人們對雕刻機(jī)有了全新的認(rèn)識，數(shù)控木工雕刻機(jī)、模具雕刻機(jī)、激光雕刻機(jī)等電腦雕刻加工的興起與開展是時(shí)代開展的需要，電腦雕刻代替機(jī)械已是大勢所趨。以廣告業(yè)為例，許多廣告行業(yè)的客戶都經(jīng)歷過從手工刻字到使用電腦刻字機(jī)，廣告雕刻機(jī)的使用實(shí)現(xiàn)了機(jī)械代替手工的飛躍，電腦代替了人腦，字體標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)又大大提高了生產(chǎn)效率。隨著近年來我國制造業(yè)的迅速開展，我國的雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的開展機(jī)遇，有效地促進(jìn)了我國雕刻機(jī)的生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。我國的雕刻機(jī)起步于經(jīng)濟(jì)型機(jī)床，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過十多年的開展，已形成了多個(gè)國產(chǎn)品牌的雕刻機(jī)，如上海洛克公司生產(chǎn)的啄木鳥數(shù)控雕刻機(jī)、北京精雕公司生產(chǎn)的精雕數(shù)控雕刻機(jī)和南京科能公司生產(chǎn)的威克數(shù)控雕刻機(jī)等。上述各類型雕刻機(jī)的機(jī)床本體結(jié)構(gòu)較為簡單，控制器大多借鑒國外新技術(shù)，采用基于高檔的微控制器或PC的數(shù)控系統(tǒng)，伺服局部以步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動為主，可獲得中等控制精度，但價(jià)格比擬廉價(jià)，因此整機(jī)的性價(jià)比擬高，適用于精度要求不太高的普及應(yīng)用場合。對高精度的雕刻加工，目前我國尚以進(jìn)口數(shù)控雕刻機(jī)為主，如意大利的左拉、日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機(jī)。這類數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛度好、精度高，采用伺服電機(jī)驅(qū)動，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性高，但價(jià)格昂貴，往往數(shù)倍于國產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應(yīng)用于模具等高精度加工場合。雕刻機(jī)的開展趨勢雕刻機(jī)作為制造業(yè)一個(gè)有力的工具，有著非常廣闊的開展前景，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等各個(gè)科學(xué)技術(shù)的開展，雕刻機(jī)的功能將日益強(qiáng)大，性能將更趨穩(wěn)定。雕刻機(jī)開展趨勢總結(jié)如下：1、更加精密控制局部和機(jī)械局部精度的提高將極大地提高雕刻系統(tǒng)的精度，控制局部將向閉環(huán)伺服方向開展，通過反響調(diào)整做到誤差補(bǔ)償，從而可以大幅度提高精度，機(jī)械局部將采用更高的滾珠絲杠和驅(qū)動電機(jī)，同時(shí)裝配工藝的提高也將進(jìn)一步提高系統(tǒng)的精度。2、更加高效高性能運(yùn)動控制技術(shù)如DSP技術(shù)、32位單片機(jī)等的開展，驅(qū)動電機(jī)性能的提高，刀具性能的提高，采用標(biāo)準(zhǔn)的軟件開發(fā)技術(shù)等等，都將會推動雕刻機(jī)系統(tǒng)向著高速、高效、高可能性的方向開展。3、利用移動通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速的開展，雕刻機(jī)將朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向開展。2雕刻機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)2.1雕刻機(jī)的工作原理雕刻機(jī)一般由機(jī)架、工作臺、刀頭、運(yùn)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。雕刻作業(yè)時(shí)刀頭相對工作臺沿X、Y、Z軸進(jìn)給。雕刻機(jī)的工作原理圖如以下圖所示：電腦通過并口，直接將步進(jìn)電機(jī)的控制信號輸出給雕刻機(jī)控制器。即電腦通過軟件〔如mach2)等，從并口分別送出以下的信號給雕刻機(jī)控制箱：

X軸的步進(jìn)脈沖〔脈沖頻率越高，速度越快〕

X軸的方向信號〔正向或反向〕

Y軸的步進(jìn)脈沖〔脈沖頻率越高，速度越快〕

Y軸的方向信號〔正向或反向〕

Z軸的步進(jìn)脈沖〔脈沖頻率越高，速度越快〕

Z軸的方向信號〔正向或反向〕

進(jìn)步電機(jī)的使能信號〔電機(jī)是啟用，或是停用？如果是停用，電時(shí)機(jī)完全松下來不會鎖死。注：一個(gè)信號控制三只電機(jī)。連接電腦工作時(shí)會啟用電機(jī)〕?？刂葡鋵⑦@些信號處理后，輸出驅(qū)動信號直接給X，Y，Z三只步進(jìn)電機(jī)。2.2雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)雕刻機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)局部機(jī)械結(jié)構(gòu)作為雕刻機(jī)的硬件局部，對雕刻機(jī)的加工過程、刻字效果等有著重要的影響。雕刻機(jī)的機(jī)械幾何結(jié)構(gòu)由以下幾局部組成：1、底座局部作為雕刻機(jī)整機(jī)的根底，承當(dāng)整個(gè)機(jī)體的重量，要求穩(wěn)定鞏固。底座由底下的四只腳與地面接觸；工作臺局部工作臺局部由工作臺、Y方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。工作臺作為雕刻工作時(shí)承載雕刻物體的部件，外表有T型溝槽，由絲杠驅(qū)動，導(dǎo)軌導(dǎo)向；橫梁局部橫梁由X方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。橫梁承載機(jī)頭的重量，驅(qū)動機(jī)頭動，容易彎曲變形，在結(jié)構(gòu)仿真和運(yùn)動仿真中是重要的分析對象；機(jī)頭局部機(jī)頭局部由主軸組件、Z方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。絲杠驅(qū)動主軸組的上下運(yùn)動，主軸組件在加工過程中直接帶動雕刻機(jī)頭的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。雕刻機(jī)的電路及電氣局部雕刻機(jī)的電路及電氣局部有：1、電源板：電源板的作用是提供功放和前級所需要的電源，一般要考慮電流是否足夠、電壓是否穩(wěn)定與對稱〔一般大功率功放均用正負(fù)電對稱供電〕、紋波〔濾波電容的大小〕、反響速率〔在大電容上并接高速率小電容〕等因素。

2、電腦接口板：起鏈接器的作用，把機(jī)構(gòu)和電路連起來。3、鍵盤LED面板：①當(dāng)鍵盤板與電腦主機(jī)連接時(shí)，手控板會自動鎖死，按鍵不會有動作，此時(shí)鍵盤板上手控板使能燈自動熄滅。

②當(dāng)其與電腦斷開連接時(shí)，手控板使能指示燈亮，表示手控板可以操作。③X，Y，Z三軸可以同時(shí)動作。

④碰到6只限位開關(guān)中的任何一只，在鍵盤板上對應(yīng)的限位開關(guān)指示燈點(diǎn)亮，手控板會鎖定，不允許繼續(xù)移動。

⑤鍵盤板上有詳細(xì)的指示LED，內(nèi)容豐富，包括三軸的使能、方向、脈沖及六只限位開關(guān)的狀態(tài)LED顯示。4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動板：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動板是用來放大信號，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的。5、LED照明燈盤板：主要用起照明的作用。6、雕刻機(jī)內(nèi)部接線板7、手動控制邏輯板2.3雕刻機(jī)的總體布局的根本要求雕刻機(jī)總體布局的根本要求有以下幾點(diǎn)：首先必須滿足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等各種要求；確保實(shí)現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置與相對運(yùn)動。在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，盡量采用較短的傳動鏈，以簡化機(jī)構(gòu)，提高傳動精度和傳動效率；確保雕刻機(jī)具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度、抗振性、熱變形及噪音水平；應(yīng)便于觀察加工過程，便于操作、調(diào)整和維修，便于輸送、裝卸工件和清理。注意防護(hù)，確保平安；結(jié)構(gòu)簡單，合理可靠，便于加工和裝配。3直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的運(yùn)動形式多種多樣，可以實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動規(guī)律或運(yùn)動軌跡；低副以圓柱面或平面相接觸，承載能力高，制造簡便，易于獲得較高的制造精度。因此，平面連桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械、儀器中獲得了廣泛應(yīng)用。平面四桿機(jī)構(gòu)可按照連桿是曲柄還是搖桿，將其分為三種根本形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和搖桿機(jī)構(gòu)。還有就是含有移動副的四桿機(jī)構(gòu)有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和要快機(jī)構(gòu)等。但是連桿機(jī)構(gòu)不易精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律，而且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副較多的情況下，效率較低，因此我們不采用這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.2凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)是一種常用的機(jī)構(gòu)，在自動化和半自動化機(jī)械中應(yīng)用廣泛。凸輪機(jī)構(gòu)主要是有凸輪、從動件和機(jī)架三個(gè)根本構(gòu)件組成。根據(jù)凸輪和從動件的不同形狀和型式，凸輪機(jī)構(gòu)可分為兩類。一個(gè)是按凸輪形狀分為盤形凸輪、移動凸輪和圓柱凸輪。其中盤形凸輪是一個(gè)繞固定軸線運(yùn)動并具有變化半徑的盤形零件。移動凸輪是當(dāng)盤形凸輪的回轉(zhuǎn)中心趨于無窮遠(yuǎn)時(shí)，凸輪相對機(jī)架做直線運(yùn)動。圓柱凸輪是將移動凸輪卷成圓柱體。按從動件型式可分為尖頂從動件、滾子從動件和平地從動件。其中尖頂能與復(fù)雜的凸輪輪廓保持接觸，因而能實(shí)現(xiàn)任意語氣的運(yùn)動規(guī)律。但尖頂與凸輪是點(diǎn)接觸，磨損快，只宜用于受力不大的低速凸輪機(jī)構(gòu)。而滾子從動件為了克服尖頂從動件的缺點(diǎn)，在從動件的尖頂安裝了一個(gè)滾子，從而到達(dá)耐磨損，可承受較大載荷的需求。平底從動件是從動件與凸輪輪廓外表接觸的端面為一平面，它不能與從動件的平底相垂直，傳動效率高，且接觸面間易形成油膜，利于潤滑，可用于高速凸輪機(jī)構(gòu)。雖然凸輪機(jī)構(gòu)可以通過設(shè)計(jì)凸輪輪廓，就可以是從動件到達(dá)所需的運(yùn)動規(guī)律，但凸輪輪廓與從動件間為點(diǎn)接觸或線接觸，易磨損，因此我們也不采用這種機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.3滾珠絲杠滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和開展，這項(xiàng)開展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆轉(zhuǎn)性和高效率的特點(diǎn)。由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運(yùn)動，所以能得到較高的運(yùn)動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩到達(dá)1/3以下，即到達(dá)同樣運(yùn)動結(jié)果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。滾珠絲杠副是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運(yùn)動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。滾珠絲杠副可以加予，由于予壓力可使軸向間隙到達(dá)負(fù)值，進(jìn)而得到較高的剛性〔滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng)〕。滾珠絲杠由于運(yùn)動效率高、發(fā)熱小，所以可以實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給運(yùn)動。因此，我們選用這種結(jié)構(gòu)。通過上述三種機(jī)構(gòu)的比照，我們選用滾珠絲杠這種機(jī)構(gòu)。4執(zhí)行器——電機(jī)的選擇4.1直流電機(jī)定義輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)稱為直流電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大局部組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動的局部稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動的局部稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。直流電機(jī)的勵(lì)磁方式是指對勵(lì)磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵(lì)磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，直流電機(jī)可分為以下幾種類型：1、他勵(lì)直流電機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵(lì)磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵(lì)直流電機(jī)，永磁直流電機(jī)也可看作他勵(lì)直流電機(jī)。串勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞串聯(lián)后，再接于直流電源，這種直流電機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。并勵(lì)直流電機(jī)并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相互并聯(lián)，作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來說，是電機(jī)本身出來的端電壓為勵(lì)磁繞組供電；作為并勵(lì)電動機(jī)來說，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動機(jī)相同。復(fù)勵(lì)直流電機(jī)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，假設(shè)串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。假設(shè)兩個(gè)磁通勢方向相反，那么稱為差復(fù)勵(lì)。不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)有著不同的特性。一般情況直流電動機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式，直流發(fā)電機(jī)的主要?jiǎng)?lì)磁方式是他勵(lì)式、并勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式。直流電機(jī)的工作原理：要使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時(shí)地加以變換，即進(jìn)行所謂“換向”。為此必須增添一個(gè)叫做換向器的裝置，換向器配合電刷可保證每個(gè)極下線圈邊中電流始終是一個(gè)方向，就可以使電動機(jī)能連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，這就是直流電動機(jī)的工作原理。4.2交流電機(jī)交流電機(jī)是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大開展，交流電機(jī)已成為最常用的電機(jī)。交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，由于沒有換向器，因此結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，比擬牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機(jī)。交流電機(jī)按其功能通常分為交流發(fā)電機(jī)、交流電動機(jī)和同步調(diào)相機(jī)幾大類。由于電機(jī)工作狀態(tài)的可逆性，同一臺電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)又可作電動機(jī)。把電機(jī)分為發(fā)電機(jī)與電動機(jī)并不很確切，只是有些電機(jī)主要作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，有些電機(jī)主要作為電動機(jī)運(yùn)行。交流電機(jī)一般采用三相制電源，因?yàn)槿嘟涣麟姍C(jī)與單相電機(jī)相比，無論在性能指標(biāo)，原材料利用和價(jià)格等方面均有明顯的優(yōu)越性。同樣功率的三相電機(jī)比單相電機(jī)體積小，重量輕，價(jià)格低。三相電動機(jī)有自起動能力。單相電機(jī)沒有起動轉(zhuǎn)矩，為解決起動問題，需要采取一些特殊的措施。單相電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是脈動的，噪聲也比擬大，但所需的電源比擬簡單，特別是在家庭中使用十分方便。因此小型家用電機(jī)和儀用電機(jī)多采用單相電機(jī)。目前較常用的交流電動機(jī)有三相異步電動機(jī)和單相交流電動機(jī)兩種。前一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理：三相異步電動機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，三相異步電動機(jī)的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。但相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電動機(jī)定子中的三個(gè)繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時(shí)，定子繞組就會產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，電流每變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周，即旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：n=60f/p式中f為電源頻率、P是磁場的磁極對數(shù)、n的單位是每分鐘轉(zhuǎn)速。根據(jù)此式我們知道，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁通極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān)，為此，控制交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法：改變磁極和變頻。以往多用第一種方法，現(xiàn)在那么利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對交流電動機(jī)的無極變速控制。單相交流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理：單相交流電動機(jī)只有一個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。當(dāng)單相正弦規(guī)律變化，但在空間方位上市固定的，所以又稱這個(gè)磁場是交變脈動磁場。這個(gè)交變脈動磁場可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電動機(jī)無法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)我們用外力使電動機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場間的切割磁力線運(yùn)動變??；轉(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場間的切割磁力線運(yùn)動變大。這樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動方向旋轉(zhuǎn)起來。4.3伺服電機(jī)目前被工業(yè)界廣泛采用的交流伺服系統(tǒng)〔電機(jī)+驅(qū)動〕通常具有力矩控制、速度控制和位置控制等閉環(huán)控制功能。如果采用伺服系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制，配套選用的控制器那么只需具有軌跡規(guī)劃功能，這樣的運(yùn)動控制器通常價(jià)格比擬低廉，而且穩(wěn)定性和可靠性也會比擬好。如果選用步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)，該類型控制器也同樣適用，這種類型的運(yùn)動控制器通常叫做位置脈沖型運(yùn)動控制器。如果我們想利用伺服驅(qū)動的速度閉環(huán)來完成系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制，那么需要選用具有位置閉環(huán)控制功能的運(yùn)動控制器。這種控制方式通常比第一種控制方式具有更高的精度，但系統(tǒng)的調(diào)整比第一種控制方式復(fù)雜和困難。在這種控制方式下，運(yùn)動控制器接受位置反響信號，進(jìn)行位置閉環(huán)控制，向伺服驅(qū)動輸出模擬電壓控制信號。伺服驅(qū)動裝置接受位置反響信號進(jìn)行位置閉環(huán)控制，向伺服驅(qū)動器輸出模擬電壓控制信號。伺服驅(qū)動裝置接受速度控制信號，完成速度閉環(huán)控制。目前，這種類型的運(yùn)動控制器也已非常普遍。如果伺服驅(qū)動裝置只具有力矩閉環(huán)控制功能〔通常這種驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)簡單，本錢低廉〕，那么需選用具有速度閉環(huán)和位置閉環(huán)控制功能的運(yùn)動控制器來完成系統(tǒng)的高精度位置和軌跡控制。這種類型的運(yùn)動控制器結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜，本錢也會比擬高，但對于需要多軸運(yùn)動控制的系統(tǒng)來說，如果采用具有多軸控制能力的運(yùn)動控制器，總的系統(tǒng)本錢也可能會比其它兩種方式還要低廉一些。因?yàn)槎鄠€(gè)驅(qū)動本錢的降低幅度會超過一塊運(yùn)動控制器本錢的增加幅度。不過，除了一些能夠配套提供控制器和相應(yīng)驅(qū)動器的生產(chǎn)廠家外，這種控制方式比擬少被采用。伺服電機(jī)既可以選擇交流伺服電機(jī)也可以選擇直流伺服電機(jī)?？刂扑欧姍C(jī)時(shí)，通過選擇不同的驅(qū)動器模式，運(yùn)動控制器既可以輸出+/-10V模擬電壓控制信號，也可以輸出脈沖控制信號。選用伺服電機(jī)時(shí)，應(yīng)選配其相應(yīng)的伺服驅(qū)動器及配件。對于控制步進(jìn)電機(jī)，運(yùn)動控制器提供兩種不同的控制信號：正脈沖/負(fù)脈沖、脈沖/方向。這樣，控制器可以與目前任何類型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器配套使用。在控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，控制模式為開環(huán)控制，不需要編碼器。運(yùn)動控制器與伺服系統(tǒng)的匹配：運(yùn)動控制器作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心控制系統(tǒng)，已經(jīng)歷了20多年的開展，正在逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)封閉型的控制系統(tǒng)，被廣闊機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師所采用。與此同時(shí)，與執(zhí)行裝置所配套的伺服驅(qū)動系統(tǒng)也在不斷地開展，許多系統(tǒng)已經(jīng)具備了各種運(yùn)動控制功能對于給定的控制對象，必須根據(jù)控制目標(biāo)選用適當(dāng)?shù)膱?zhí)行與驅(qū)動裝置，然后根據(jù)執(zhí)行與驅(qū)動裝置的功能特征選用適宜的運(yùn)動控制器，以最大限度地利用控制與驅(qū)動裝置的功能降低系統(tǒng)本錢。步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它的驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)定位的目的。由于脈沖信號數(shù)與步距角的線性關(guān)系，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制邊的非常簡單。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)、交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識?，F(xiàn)在比擬常用的步進(jìn)電機(jī)包括反響式步進(jìn)電機(jī)〔VR〕、永磁式步進(jìn)電機(jī)〔PM〕、混合式步進(jìn)電機(jī)〔HB〕和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)：永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：反響式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為15度，但噪聲和振動都很大。反響式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)：混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反響式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相。兩相步進(jìn)角一般為1.8度，而五相步進(jìn)角為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5％，且小累積。步進(jìn)電機(jī)外表允許的最目溫度。步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，田此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏l30度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動勢，頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率(或速度)的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但假設(shè)高于一定速度就無法啟動，井伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)小能正常啟動，可能發(fā)生喪失或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)到達(dá)高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速)。直流電機(jī)和交流電機(jī)有慣性，很難控制，而步進(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，讓我們選擇了它。5LED鍵盤板的設(shè)計(jì)5.1LED鍵盤板的技術(shù)要求1.當(dāng)鍵盤板與電腦主機(jī)連接時(shí)，手控板會自動鎖死，按鍵不會有動作，此時(shí)鍵盤板上手控板使能燈自動熄滅。

2.當(dāng)其與電腦斷開連接時(shí)，手控板使能指示燈亮，表示手控板可以操作。3.X，Y，Z三軸可以同時(shí)動作。

4.碰到6只限位開關(guān)中的任何一只，在鍵盤板上對應(yīng)的限位開關(guān)指示燈點(diǎn)亮，手控板會鎖定，不允許繼續(xù)移動。5.鍵盤板上有詳細(xì)的指示LED，內(nèi)容豐富，包括三軸的使能、方向、脈沖及六只限位開關(guān)的狀態(tài)LED顯示。5.2LED鍵盤板零件的選擇根據(jù)雕刻機(jī)手控邏輯板的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)所需要的零件有：1、電容：作為無源元件之一的電容，應(yīng)用于信號電路，主要完成耦合、振蕩/同步及時(shí)間常數(shù)的作用。1〕耦合，舉個(gè)例子來講，晶體管放大器發(fā)射極有一個(gè)自給偏壓電阻，它同時(shí)又使信號產(chǎn)生壓降反響到輸入端形成了輸入輸出信號耦合，這個(gè)電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件，如果在這個(gè)電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容，由于適當(dāng)容量的電容器對交流信號較小的阻抗,這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應(yīng)，故稱此電容為去耦電容。2〕振蕩/同步，包括RC、LC振蕩器及晶體的負(fù)載電容都屬于這一范疇。3〕時(shí)間常數(shù)，這就是常見的R、C串聯(lián)構(gòu)成的積分電路。當(dāng)輸入信號電壓加在輸入端時(shí)，電容上的電壓逐漸上升。而其充電電流那么隨著電壓的上升而減小。電流通過電阻、電容的特性通過下面的公式描述：i=(V/R)e-(t/CR)。4〕濾波，它可以將一定頻段內(nèi)的信號從總信號中去除，減少干擾信號。本設(shè)計(jì)中用到的電容主要是0.1μF的瓷片電容。2、電阻：顧名思義，就是增加電流通過的阻力的。就象是在水渠中放入東西，能阻止水的順利通過也是一個(gè)道理。電阻可以限止電流的通過量，起到限流的作用；在串聯(lián)電路中，起到分壓作用。因使用電阻的大小和組合〔串聯(lián)或并聯(lián)〕，可以起到升壓和降壓的作用；在并聯(lián)電路中，可以起到分流的作用。

本設(shè)計(jì)中的電阻有1kΩ和100kΩ的，都是用來分壓的。3、穩(wěn)壓管：穩(wěn)壓管在電路中起穩(wěn)定電壓作用。它利用二極管被反向擊穿后，在一定反向電流范圍內(nèi)反向電壓不隨反向電流變化一特點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)壓的。穩(wěn)壓二極管通常由硅半導(dǎo)體材料采用合金法或擴(kuò)散法制成。它既具有普通二極管的單向?qū)щ娞匦?，又可工作于反向擊穿狀態(tài)。在反向電壓較低時(shí)，穩(wěn)壓二極管截止；當(dāng)反向電壓到達(dá)一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然增大，穩(wěn)壓二極管進(jìn)入擊穿區(qū)，此時(shí)即使反向電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，穩(wěn)壓二極管兩端的反向電壓也能保持根本不變。但假設(shè)反向電流增大到一定數(shù)值后，穩(wěn)壓二極管那么會被徹底擊穿而損壞。5、芯片：本設(shè)計(jì)中的芯片主要是用來處理信號的，選擇的芯片有以下4種。

74LS126：三態(tài)輸出四總線緩沖器74HC08：四2輸入與門NE555：在本次設(shè)計(jì)中用于產(chǎn)生矩形脈沖6、LED燈：用來表示各個(gè)局部的使能以及運(yùn)行狀態(tài)。7、開關(guān)按鈕：用來手動控制電路。8、變阻器：滑動變阻器是電學(xué)中常用器件之一，它的工作原理是通過改變接入電路局部電阻線的長度來改變電阻的?；瑒幼冏杵髟陔娐分械淖饔檬?(1)保護(hù)電路，即連接好電路，電鍵閉合前,應(yīng)調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，使滑動變阻器接入電路局部的電阻最大。(2)通過改變接入電路局部的電阻來改變電路中的電流，從而改變與之串聯(lián)的導(dǎo)體(用電器)兩端的電壓。5.3LED鍵盤板電路圖的設(shè)計(jì)及其原理雕刻機(jī)LED鍵盤板的電路原理圖如以下圖所示：〔圖1〕本人將這塊LED鍵盤板分為5個(gè)局部來解析：人機(jī)交互、狀態(tài)顯示、多諧振蕩器、外部接口及濾波電路。1、人機(jī)交互。如以下圖所示：〔圖2〕這臺雕刻機(jī)除了能與電腦聯(lián)機(jī)運(yùn)行固定程序外，還能夠人為地操控其運(yùn)行軌跡。上圖中的六個(gè)開關(guān)分別能夠控制X、Y、Z的運(yùn)動，當(dāng)然，前提是不超程。2、狀態(tài)顯示〔圖3〕圖2中LED燈表示的是與鍵盤板相連的邏輯手控板的使能，當(dāng)?shù)窨虣C(jī)與電腦相連時(shí)，右端所接為高電平，燈滅，表示手控板已無法使用?！矆D4〕圖4中16個(gè)LED表示的含義如下表所示：LED標(biāo)號表示的含義1電源指示2步進(jìn)電機(jī)使能3X軸脈沖4X軸方向5Y軸脈沖6Y軸方向7Z軸脈沖8Z軸方向9備用10備用11X軸左限位12X軸右限位13Y軸前限位14Y軸后限位15Z軸上限位16Z軸下限位〔表1〕該圖中含有74LS126兩個(gè)，74HC08一個(gè)以及3個(gè)整流二極管。74LS126是一個(gè)四總線緩沖器，其引腳分布及功能如下：〔L-低電平H-高電平X-任意Z-高阻〕74HC08是一個(gè)四2輸入與門，其引腳分布及功能如下：〔L-低電平H-高電平X-任意Z-高阻〕以X軸為例來分析LED的顯示變化。按以下圖2中的開關(guān)S1時(shí)，有脈沖信號到達(dá)整流二極管D1，假設(shè)是矩形波峰到達(dá)時(shí)，74LS126的1和4號管腳跳變?yōu)楦唠娖剑?號管腳是直接接地的，3管腳輸出為低電平，所以LED3燈亮,此時(shí)74HC08的1號管腳為低電平，其3管腳輸出為低，即74LS126的5號管腳為低，所以74LS126的6號管腳為低電平，故LED4燈亮;當(dāng)波谷到達(dá)時(shí)，1和4號管腳跳變?yōu)榈碗娖剑?4LS126管腳3和6輸出無效，此時(shí)LED3與LED4熄滅。如此循環(huán)，LED3與LED4便會不停的閃爍。通常情況下，后面8個(gè)LED燈都是熄滅的，只有超程時(shí)對應(yīng)的LED右端跳變?yōu)榈碗娖?，才有可能燈亮。此時(shí)根據(jù)亮燈情況，就可以很快判斷出是在哪個(gè)軸的哪個(gè)方向超程，操作人員能夠迅速地排除故障。3、多諧振蕩器多諧振蕩器——產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器。多諧振蕩器一旦起振之后，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它們做交替變化，輸出連續(xù)的矩形脈沖信號，因此它又稱作無穩(wěn)態(tài)電路，常用來做脈沖信號源。[1]電路組成及工作原理〔vC為C的電壓，v0為端口3的輸出電壓〕〔圖5〕[2]振蕩頻率的估算〔1〕電容充電時(shí)間T1。電容充電時(shí)，時(shí)間常數(shù)τ1=〔R1+R2〕C，起始值vC〔0+〕=，終了值vC〔∞〕=VCC，轉(zhuǎn)換值vC〔T1〕=，帶入RC過渡過程計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：〔2〕電容放電時(shí)間T2電容放電時(shí)，時(shí)間常數(shù)τ2=R2C，起始值vC〔0+〕=，終了值vC〔∞〕=0，轉(zhuǎn)換值vC〔T2〕=，帶入RC過渡過程計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：〔3〕電路振蕩周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C〔4〕電路振蕩頻率f〔5〕輸出波形占空比q定義：q=T1/T，即脈沖寬度與脈沖周期之比，稱為占空比。本次設(shè)計(jì)中，取R1=R2=10kΩ，C=0.1μF，經(jīng)計(jì)算可得該振蕩電路的振蕩頻率約為476赫茲，其輸出波形的占空比為