摘要:近些年，激光雕刻机进入了快速发展期。由于激光雕刻机是一种非接触加工，并且具有较高的效率和良好的加工精度。因此被广泛应用于木材、皮革、塑料加工以及工艺品等行业。基于此，应用现代CAD/CAE技术对激光雕刻机进行关键技术研究十分必要。

本课题依据所给的性能指标，进行了激光雕刻机总体方案构思，设计了一台非金属材料激光雕刻机。根据相关机械理论知识，在设计、计算以及校核的基础之上基于Pro/E进行了激光雕刻机的整体3D建模、装配、干涉检验以及运动仿真。基于ANSYS对激光雕刻机主要传动部件进行了静力学分析。主要完成工作如下：

1）在充分调研激光雕刻机的发展现状之后，通过对比多种方案，确定了激光雕刻机的总体方案。

2）利用性能指标，对激光雕刻机的机械传动系统以及控制系统进行了设计。

3）基于ANSYS对主要传动部件进行了静力学分析，验证部件结构设计的正确性与合理性。

4）基于Pro/E完成了激光雕刻机的零部件的3D建模、装配、干涉检验以及运动仿真。

5）在设计、仿真基础之上，采购了相关材料及电子元器件，完成了非金属材料激光雕刻机整体样机制作，并进行了相关工艺研究，最后进行了皮革、木材、塑料的实物加工，加工结果表明本样机完全胜任日常的加工需求。

关键词 激光雕刻机；非金属材料；有限元分析；运动仿真；装配干涉检验

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 引言-1

1.2 激光雕刻机的雕刻原理-2

1.3 国内外激光雕刻机的发展状况-2

1.4 本课题研究的内容及意义-3

1.4.1 研究的内容-3

1.4.2 研究的意义-3

2 激光雕刻机的总体方案设计-5

2.1 激光雕刻机的总体方案-5

2.2 机械传动部件-5

2.2.1 滚珠丝杠副-5

2.2.2 滚动轴承-6

2.2.3 电机-6

2.2.4 导轨-6

2.2.5 联轴器-7

2.3 激光器的选型-7

2.3.1 激光器的发展历程-7

2.3.2 激光器的选型-8

3 激光雕刻机传动系统设计及计算-11

3.1 滚珠丝杠副的设计-11

3.1.1 X向滚珠丝杠的设计-11

3.1.2 Y向滚珠丝杠的设计-16

3.2 轴承的选型-19

3.2.1 X向轴承的选型-19

3.2.2 Y向轴承的选型-20

3.3 电机的选型-20

3.3.1 X向电机的选型-20

3.3.2 Y向电机的选型-21

3.4 导轨的设计-22

3.4.1 X向导轨的设计-22

3.4.2 Y向导轨的设计-23

3.5 联轴器的选型-24

3.5.1 X向联轴器的选型-24

3.5.2 Y向联轴器的选型-24

4 激光雕刻机控制系统的设计-25

4.1 控制系统硬件的设计-25

4.2 控制系统的控制软件-26

5 基于ANSYS静力学分析-29

5.1 ANSYS简介-29

5.2 ANSYS分析过程-29

5.3 滚珠丝杠副静力学分析-29

5.3.1 Y向滚珠丝杠静力学分析-29

5.3.2 X向滚珠丝杠静力学分析-31

5.4 直线导轨静力学分析-32

5.4.1 Y向直线导轨静力学分析-32

5.4.2 X向直线导轨静力学分析-33

6 基于Pro/E激光雕刻机的3D建模及装配-35

6.1 滚珠丝杠副的建模-35

6.2 轴承的建模-36

6.3 直线导轨的建模-37

6.4 联轴器的建模-38

6.5 激光雕刻机的装配及干涉检验-40

7 基于Pro/E的运动仿真-47

7.1 仿真的意义-47

7.2 运动仿真-47

8 安装与调试-51

8.1 激光雕刻机的安装-51

8.2 激光雕刻机的调试-54

结论-59

致谢-60

参考文献-61