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绪论
1.1 课题背景
以大机器生产为主流的社会生产形式形成以来，机器生产代替手工劳动不仅使产品数量与日俱增，而且，更使产品质量大为提高。与人口增长及其生产和生活诉求相一致，大机器生产在各个领域中普及逐渐成为全球的共识。作为传统手工艺制作的各种雕刻业，采用机器制作也需与时俱进。
尽管机器雕刻使手工艺品失去了自然特性及其人文特征，但是，它在降低劳动强度与提高劳动效率方面占有绝对优势，尤其产品的精确度明显提高。故此，研发、生产及采用发展小型机器替代手工劳动，成为时代的主流。
随着中国改革开放不断向着纵深发展与传统手工艺的产业化趋势，在各种手工业制作行业有效地采用小型机械，成为社会发展的客观要求。这样，在我国传统雕刻手工艺行业中积极推广与使用小型雕刻机，就成为一种时代需要。
然而，由于各种因素，主要是技术因素的影响，小型雕刻机的生产和利用一直被捆绑着手脚。其主要原因，一是为了经济发展，我国的小型雕刻机一直在中外合作的框架下发展。如上海洛克公司生产的威客雕刻机、北京糟雕公司生产精雕雕刻机和南京科能公司生产的雕刻机等，均是这样的混血儿。二是国内生产的各类小型雕刻机机体结构简单，又采用了基于微控制或PC的控制系统，伺服部分主要是伺服电机细分驱动，属于中等控制精度，故此，不能达到高精度的要求。三是国外小型雕刻机普遍采用现代的技术及其制作材料，精度高、操作安全等，与之相比，国产同类产品捉襟见肘。因此，对于高精度的雕刻加工，我国都没有摆脱受制于人枷锁束缚。
为了彻底扭转这种受制于人的局面，雕刻机研发与设计成为势在必行的大事：本设计企图完成的雕刻机，其机床结构刚高度好、精度高，并采用伺服电机驱动，而且加工精度高，控制系统功能安全可靠，只有这样，中国小型雕刻机才能跟上国际工业化的步伐[1-3]。
1.2 小型雕刻机及其发展现状
1.2.1 小型雕刻机的概念
雕刻加工不仅源远流长，而且内容丰富，因而成为传统手工艺中重要
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的文化长夜之一。从传统意义上看，雕刻加工是一项技术性要求比较高的手工艺制作业，制品的质量集中反映着手工艺人技艺水平；另外，由于个人手工制作，故此，一件产品的生产周期十分长，换言之，传统手工雕刻产品的生产效率低，成本及其价格十分昂贵；还有，传统手工雕刻工艺品完全反映工艺师技术及其意愿，这样，它在具有个性化的同时隐藏着极大随意性，这也是产品不能得到同一的关键所在。总之，它与现代生产和生活需要具有相当大的差距。
雕刻机的结构、形式，乃至大小等，受到其使用范围的影响，这便构成雕刻机的功能。也就是说，雕刻机的结构、形式受到它功能的制约。这样，根据功能，雕刻机可分为二维平面雕刻、三维立体雕刻和全自由度空间雕刻等主要类型。当然，相较说来，全自由度空间雕刻机适用范围较广，它既可以用于简单雕刻，更主要的是对于一些形状复杂的工艺品或大型艺术作品的雕刻工作，如冰雕、沙雕、玉雕以及木雕工艺品等作品的制作，也能胜任，但是，由于技术制约，直到目前为止，此类制品还远不能被制作完成。与之相比，前两种雕刻机已经在实践中得到推广与利用，并且，有看好的发展前景。
在现代社会环境中，不论从生产角度看，还是从消费角度看，小型雕刻机具有很强的适应性。小型雕刻机是现代机械化需求的必然产物，它替代手工生产与制作，不仅在生产技术上是一个巨大的进步，同时在满足历史与现实紧密结合中有着重要的意义。在现代自动化为主趋势的社会环境中，小型雕刻机通过自动控制系统根据程序代码控制雕刻机运行，实现以自动化为模式的雕刻加工，这是现代雕刻机的设计核心。毫无疑问，这种小型雕刻机不仅彻底改变了传统上以手工雕刻为主的雕刻制作，而且具有生产效率高、成品率高、加工精度高、可以复制，以及对零件的适应性强等明显优势；同时，这类雕刻机设计借助计算机之 CAD/CAM软件构成了一个相对完整的自动控制系统。
为了很好的利用及发展这种雕刻机的社会作用，这种小型雕刻机可以在不同行业中进行具有针对性的应用及研发，就目前发展现状而言，这种小型雕刻机可被划分为模具雕刻机、木工雕刻机、等多种类型。
在性能上，因制作和加工对象的不同，对雕刻机的设计及要求也不同，特别是对其机床和控制系统的要求，成为整个要求的焦点。例如，对模具雕刻机而言，由于它以加工金属材料为主，故此，需要刚性较强的机床本体，不仅如此，因为此类雕刻机主要用于制作模具，要求精度高，所以这类雕刻机更需要精度较高的又加工系统；相比之下，用于广告制作的雕刻机，可以适当降低这些技术指标。然而，并非没有立足点，这个共同点就是雕刻刀，研究发现：每次切削的有效面积比较小，所以雕刻零件的刀具运动轨迹就会很长，加工时间也会很长。故此，提高雕刻机的刀具运行速度对缩短工件的雕刻时间、提高加工的效率具有很重要的意义。
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总而言之，雕刻机的划分及其设计必须结合实际需要而进行，才能使其更加符合实际需要，才能赢得很好的社会效应[4-8]。
1.2.2 小型雕刻机的应用和发展
小型雕刻机根据需要进行必要的分类，但是，由于生产技术难以突破，至今仍然不能形成巨细和合理的产品系列。也就是说，在现代雕刻领域中，雕刻机的种类仍然不能满足各种生产需要。这为技术研发与生产留有广阔的天地。现存雕刻机仅仅能适应简单的雕刻，诸如刻字、简单的几何形体雕刻等，至于复杂的造型，就很难采用这种雕刻机了。从传统工艺品与现代产品的造型形象及其特征看，采用雕刻机完成生产制作具有极大的现实意义。不仅省工省力、降低成本与提高经济价值，而且，产品做工精细，产品质量高，便于人们使用等。
随着中国国内市场需求的不断增长与市场供应不足矛盾的彰显，迫切需要从理论到实践，尤其生产上解决技术难关，积极研发各种类型的小型雕刻机[9-10]。
1.2.3 小型雕刻机的特点
本课题设计的小型雕刻机有一下特点：
1. 自动化程度高，便于操作。由于采用数控技术和计算机辅助设计软件，对于工件的雕刻，其全部过程都是小型雕刻机自动完成的。
2. 产品的结体合理，精度高，并且能够取得整齐划一。小型雕刻机的雕刻过程是由计算机控制完成，可以达到相对较高的精度和表面质量，而且能够达到批量加工的目的，换言之，就是产品整齐划一。
3. 适用性强的特点。只需要改变雕刻机控制程序，小型雕刻机便可以雕刻浮雕等各种复杂的曲面，甚至，可以采用不同刀具，以适应不同部位造型的需要，直至雕刻出富有创意产品。
4. 雕刻机功能的衍生性，即小型雕刻机同时有钻铣功能，可用于钻孔、切边以及加工小模具，性价比高[11]。
1.2.4 研究雕刻机的目的和意义
近现代以来，随着中国工业化的进程，尽管机械工业已经有了较大的发展，但是，由于各种主客观因素的影响，特别是受到科学技术的制约，致使我国的机械工业技术水平和生产能力与西方发达国家依然相差甚远。因此，在我国，在机械领域迎头赶上世界先进水平，实现机电一体化，成为时代主流与机械工业发展的大势所趋。
所谓机电一体化，是指将机械技术和电子技术的有机结合的新型技术是机械技术，它的核心内容包括机械、电子、计算机和自动控制等技术。
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机电一体化是一个系统工程，以计算机及其数控技术为核心，将传统机械推进到自动化的程度，不仅提高劳动效率，而且降低劳动强度，并实现更加精确的设计与生产计划。20世纪末期，世界上各个国家都努力发展这一技术，以提高各自的综合实力水平以及机械技术水平，实现整体水平的新高度发展与突破向智能化的方向发展。这不仅是世界工业化的新特征，更是时代赋予人类的生产与生活的新模式：世界各国争相发展机电一体化技术使人们生活逐渐步入自动化时代使经济效益得到飞速发展。因此，在中国实现机电一体化，既是中华民族从传统工业走向现代化的必经之路，也是我国机械工业赶超世界强国的必由之路[12-13]。
1.3 本章小结
本章主要介绍了本设计的课题背景，我国雕刻行业主要以手工雕刻为主并且国产雕刻机的雕刻精度较低，高端雕刻机多数是从国外进口。在此基础上又介绍了本课题设计的小型雕刻机的特点、应用领域以及研究小型雕刻机的目的和意义。
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