譚志明，鄧吳恒燊，許 諾，曾光煜

（廣西大學(xué)行健文理學(xué)院，廣西 南寧 530000）

引言

本項(xiàng)目宗旨在設(shè)計(jì)制造一臺(tái)多功能用于各種領(lǐng)域，讓使用方式更加簡(jiǎn)單方便，而且功能變得更多，不僅只局限在一個(gè)功能里，便攜式的設(shè)計(jì)，探究一臺(tái)機(jī)器實(shí)現(xiàn)多種功能，可以減少對(duì)有需求的設(shè)備進(jìn)行購(gòu)買，只需要進(jìn)行對(duì)主要功能部件的更換即可使用。

1 多功能導(dǎo)軌式一體畫線機(jī)的設(shè)計(jì)思路

根據(jù)已經(jīng)導(dǎo)出的材料表進(jìn)行購(gòu)置材料，用3D 打印技術(shù)打印耗材加工制造試驗(yàn)型號(hào)，并根據(jù)國(guó)標(biāo)測(cè)試規(guī)則對(duì)其進(jìn)行間隔周期長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行測(cè)試，在運(yùn)行時(shí)同時(shí)進(jìn)行溫度采集和監(jiān)控。測(cè)試通過后進(jìn)行全功率輸出測(cè)試。通過后進(jìn)行安全測(cè)試（長(zhǎng)時(shí)間全功率運(yùn)行）。全部通過后便開始投入試生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試（刀路偏差程度，切割深淺偏差，熔深，熔坑面積控制，成品強(qiáng)度），如圖1 所示。

2 設(shè)計(jì)要求

2.1 多功能導(dǎo)軌式一體畫線機(jī)增大額定電壓指標(biāo)技術(shù)研究

更換合適電源之后在主程序里將電源電平改為24 V/12 V，ArduinoIDE 編譯硬件數(shù)據(jù)上傳到主板即可完成更改。同時(shí)使用Inkscape 和Cabl 軟件實(shí)現(xiàn)輔助功能。其中Inkscape 是一款開源的矢量編輯軟件，用來提取掃描圖片上需要雕刻內(nèi)容的點(diǎn)坐標(biāo)，及其生成相對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)路徑。采用Inkscape 圖形化界面，可以完成對(duì)激光強(qiáng)度、激光打開時(shí)間、步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)速度、移動(dòng)步數(shù)、圖片轉(zhuǎn)換等的設(shè)置。Grbl 是一款針對(duì)Arduino 芯片的嵌入式G 代碼編譯和運(yùn)動(dòng)控制器，用來控制雕刻機(jī)中兩路（X 軸、Y 軸和Z 軸）步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[1]。

2.2 多功能導(dǎo)軌式一體畫線機(jī)固件改進(jìn)技術(shù)研究

通過SOLIDWORKS 軟件設(shè)計(jì)圖紙，在底部設(shè)計(jì)兩個(gè)Y 軸和一個(gè)X 軸的折疊式導(dǎo)軌，同時(shí)增加一個(gè)Z軸組件，實(shí)現(xiàn)升降工作頭，可以自動(dòng)調(diào)焦，不需要額外動(dòng)作機(jī)構(gòu)，電主軸不需要增加Z 軸組件。通用頭采用快拆設(shè)計(jì)，利用一個(gè)卡扣代替4 個(gè)螺絲，實(shí)現(xiàn)快裝快拆功能。

2.3 多功能導(dǎo)軌式一體畫線機(jī)雕刻技術(shù)研究

1）利用點(diǎn)陣雕刻技術(shù)。由通用頭擺動(dòng)，每次雕刻由一系列點(diǎn)組成的線，然后通用頭同時(shí)移動(dòng)并同時(shí)雕刻多條線。最后，形成整個(gè)板的圖像或文字。掃描圖形、文本和矢量化。

2）利用矢量雕刻技術(shù)。在圖像和文本的外部輪廓上進(jìn)行的。矢量雕刻圖案常用于木材、丙烯酸、紙張和其他材料的切割，也用于標(biāo)記各種材料的表面。

3）位圖雕刻技術(shù)。先在圖片處理軟件上將我們所需要雕刻的圖形進(jìn)行掛網(wǎng)處理并轉(zhuǎn)化為單BMP 格式，而后在專用的激光雕刻切割上位機(jī)中打開該圖形文件。然后再上位機(jī)上根據(jù)所加工的材料進(jìn)行設(shè)置合適的參數(shù)，而后點(diǎn)擊運(yùn)行，激光雕刻機(jī)就會(huì)根據(jù)圖形文件產(chǎn)生的點(diǎn)陣效果進(jìn)行雕刻[2]。

2.4 多功能導(dǎo)軌式一體機(jī)畫線冗余保護(hù)技術(shù)

在物料位置安放非接觸式傳感器和接近開關(guān)進(jìn)行冗余保護(hù)，通過傳感器檢測(cè)物料信息，確保在各物料位不會(huì)發(fā)生碰撞導(dǎo)致安全問題，而有些料品位置受設(shè)備區(qū)域限制，無法安放傳感器，需要靈活運(yùn)用限位開關(guān)，將在多功能導(dǎo)軌式一體畫線機(jī)上安放作為二次檢測(cè)保護(hù)，確保物料狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)相符。同時(shí)，根據(jù)不同需要在采用硬件保護(hù)的基礎(chǔ)上增加了軟件保護(hù)，冗余機(jī)制的應(yīng)用為系統(tǒng)的安全性提供了多重保護(hù)，確保了的安全性[3]。

3 多功能導(dǎo)軌式一體畫線機(jī)的創(chuàng)新點(diǎn)和特色點(diǎn)

3.1 項(xiàng)目特色

該設(shè)計(jì)既包含了繪圖劃線的功能，又包含了雕刻、膠黏等功能，多功能一體化，讓一臺(tái)機(jī)器實(shí)現(xiàn)多種功能，更加的方便快捷。便攜式的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了機(jī)器的便攜性，減少體積，提高集成度，相對(duì)于體積較大的1 m×1.5 m×1 m 的立式激光雕刻機(jī)，這臺(tái)機(jī)器還能夠?qū)C(jī)器的體積控制在0.9 m×0.15 m 之內(nèi)，在保證一定精度的前提下盡可能減小體積和降低成本，而且工作的精度提升到另一個(gè)層次。折疊式的設(shè)計(jì)，讓這臺(tái)機(jī)器可以隨時(shí)移動(dòng)，隨時(shí)進(jìn)行工作，不固定在某個(gè)位置，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器隨時(shí)隨心用的一個(gè)特點(diǎn)。解決了國(guó)內(nèi)在激光畫線機(jī)領(lǐng)域無法隨時(shí)隨地使用和攜帶的問題，以及不能夠以一機(jī)實(shí)現(xiàn)多種功能的問題。大大提高了機(jī)器的利用率。此外，當(dāng)使用滴膠針管進(jìn)行工作時(shí)，該通用式一體機(jī)也可以運(yùn)用到膠粘、滴膠領(lǐng)域。滴膠就是用膠水完全一滴一滴出來的滴膠成品，該通用式一體機(jī)可以解決人工的手的不自覺抖動(dòng)問題，機(jī)器控制的AB 膠比例也比人工肉眼更加精確，技術(shù)較好的話不會(huì)出現(xiàn)氣泡，更不會(huì)出現(xiàn)劃痕。

3.2 項(xiàng)目?jī)?yōu)缺點(diǎn)

由于該類機(jī)器沒有在市面上出現(xiàn)過，所以有較大的市場(chǎng)空白，其通用式的設(shè)計(jì)，可以同時(shí)面向多種用戶群體有較大的使用需求，市場(chǎng)前景廣闊。但也正因如此各方面技術(shù)還未成熟。由于通用式的設(shè)計(jì)在切換通用頭的同時(shí)與其匹配的程序也會(huì)更加復(fù)雜，導(dǎo)致生成的繪圖加工雕刻程序方法空運(yùn)行位移一段時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致繪圖效率略微下降。多種通用頭的安裝，拆卸和儲(chǔ)存也不易。

4 結(jié)語

該多功能導(dǎo)軌式一體畫線機(jī)的設(shè)計(jì)采用通用式接頭結(jié)構(gòu)，使原本固定的激光頭可拆卸，替換成為其他工作部，其主體可采用龍門式外加導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)提高其工作穩(wěn)定性，同時(shí)該設(shè)計(jì)也是在激光雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用上的突破，是在其基礎(chǔ)上的升級(jí)與突破，有利于提高我國(guó)在激光雕刻機(jī)創(chuàng)新水平。