雕刻机数字化进给系统优化设计研究开题报告

1. 研究目的与意义

在某些材料上，如有机玻璃，铜，铝等等，进行雕刻文字和图形的加工，一直以来的制作方法都是手工雕刻。雕刻的质量和水平取决雕刻师傅的技艺，所以有许多不足之处，劳动强度也过大，更为重要的是生产效率低下，生产周期太长。这必然产生雕刻机。

根据雕刻对象和应用领域不同，可分为多种类型。然而都有个共同的特点，就是雕刻刀的特殊性，导致每次切削面积很小，所以刀具运动轨迹很长，加工时间长，故提高雕刻机的刀具运动速度和优化刀具的运动对缩短雕刻时间，提高效率有特别的意义。

有限元法是根据变分原理来解决数学和物理的数值方法。自20世纪50年代提出以来，无论是在理论研究还是实际运用上都有了重大进步。有限元分析法近些年来应用很广泛，即使是非常复杂的应力问题，用有限元的常规方法就能容易的得到。将动态有限元的分析方法融入雕刻机的设计中就具有举足轻重的意义，解决了刀具的运动速度对雕刻时间和质量的影响。进行数字化的技术调试和优化设计，满足我国电子信息产业的发展需要，这个研究成果有利于促进电子行业的发展，提高其电子设计的自动化水平。一旦能在生产中得到应用，一定能产生惊人的社会效益和经济效益。

2. 国内外研究现状分析

目前国内外已经有许多非常成熟的有限元结构分析软件和一些比较成熟的分析方法。

1977年致力于发展机械系统仿真软件的msc公司的软件adams，应用于机械系统的动力学与运动学计算的软件，是当今世界范围内使用非常广泛的大型的机械系统仿真分析软件。adams集建模、计算和后处理于一体，具有良好的后处理功能。而其一个非常重要的运用就是计算有限元输入载荷。

ansys软件是美国ansys公司开发的大型通用型软件，该软件集结构、声学、传热学于一体。ansys公司是于1970年成立，ansys软件具有很强的前后处理能力，大量应用于水利水电工程，汽车工程，采矿等领域。领导有限元发展趋势，为世界广泛接受。

3. 研究的基本内容与计划

（1）内容

要从机械结构上满足既轻巧又刚性好的要求，关键在于机械结构的合理设计。面对日益激烈的市场竞争，原有的基于物理样机的设计验证方法严重制约了产品的设计制造周期。现采用的虚拟样机技术是将产品的部件装配、结构分析和性能优化放在计算机虚拟环境下进行。

在本课题研究中，由于对系统中的y方向进给系统的稳定性要求较高，拟先将雕刻机中的y方向进给系统进行参数化建模，再在基于计算机辅助设计软件的环境下进行虚拟装配；然后利用设计辅助软件的动态结构分析模块，对进给系统进行动力学结构分析，最后利用分析的结果进行参数化结构优化。

4. 研究创新点

有限元分析法在雕刻机的设计中占有不可替代的作用，有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。由于对进给系统的稳定性要求高，必须对雕刻机Y方向进给系统进行参数化建模，然后进行装配，并进行动态结构分析模块和结构分析，然后进行优化。运用好动态有限元分析方法，进行雕刻机的设计分析，这是本课题最大的特色所在。