基于多功能導(dǎo)軌式一體畫線機的設(shè)計與應(yīng)用★

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

本項目宗旨在設(shè)計制造一臺多功能用于各種領(lǐng)域，讓使用方式更加簡單方便，而且功能變得更多，不僅只局限在一個功能里，便攜式的設(shè)計，探究一臺機器實現(xiàn)多種功能，可以減少對有需求的設(shè)備進行購買，只需要進行對主要功能部件的更換即可使用。

1 多功能導(dǎo)軌式一體畫線機的設(shè)計思路

根據(jù)已經(jīng)導(dǎo)出的材料表進行購置材料，用3D 打印技術(shù)打印耗材加工制造試驗型號，并根據(jù)國標(biāo)測試規(guī)則對其進行間隔周期長時間運行測試，在運行時同時進行溫度采集和監(jiān)控。測試通過后進行全功率輸出測試。通過后進行安全測試（長時間全功率運行）。全部通過后便開始投入試生產(chǎn)，同時對生產(chǎn)品進行測試（刀路偏差程度，切割深淺偏差，熔深，熔坑面積控制，成品強度），如圖1 所示。

2 設(shè)計要求

2.1 多功能導(dǎo)軌式一體畫線機增大額定電壓指標(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。同時使用Inkscape 和Cabl 軟件實現(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)容的點坐標(biāo)，及其生成相對應(yīng)的步進電機路徑。采用Inkscape 圖形化界面，可以完成對激光強度、激光打開時間、步進電機移動速度、移動步數(shù)、圖片轉(zhuǎn)換等的設(shè)置。Grbl 是一款針對Arduino 芯片的嵌入式G 代碼編譯和運動控制器，用來控制雕刻機中兩路（X 軸、Y 軸和Z 軸）步進電機的運動狀態(tài)[1]。

2.2 多功能導(dǎo)軌式一體畫線機固件改進技術(shù)研究

通過SOLIDWORKS 軟件設(shè)計圖紙，在底部設(shè)計兩個Y 軸和一個X 軸的折疊式導(dǎo)軌，同時增加一個Z軸組件，實現(xiàn)升降工作頭，可以自動調(diào)焦，不需要額外動作機構(gòu)，電主軸不需要增加Z 軸組件。通用頭采用快拆設(shè)計，利用一個卡扣代替4 個螺絲，實現(xiàn)快裝快拆功能。

2.3 多功能導(dǎo)軌式一體畫線機雕刻技術(shù)研究

1）利用點陣雕刻技術(shù)。由通用頭擺動，每次雕刻由一系列點組成的線，然后通用頭同時移動并同時雕刻多條線。最后，形成整個板的圖像或文字。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中打開該圖形文件。然后再上位機上根據(jù)所加工的材料進行設(shè)置合適的參數(shù)，而后點擊運行，激光雕刻機就會根據(jù)圖形文件產(chǎn)生的點陣效果進行雕刻[2]。

2.4 多功能導(dǎo)軌式一體機畫線冗余保護技術(shù)

在物料位置安放非接觸式傳感器和接近開關(guān)進行冗余保護，通過傳感器檢測物料信息，確保在各物料位不會發(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，需要靈活運用限位開關(guān)，將在多功能導(dǎo)軌式一體畫線機上安放作為二次檢測保護，確保物料狀態(tài)與實際狀態(tài)相符。同時，根據(jù)不同需要在采用硬件保護的基礎(chǔ)上增加了軟件保護，冗余機制的應(yīng)用為系統(tǒng)的安全性提供了多重保護，確保了的安全性[3]。

3 多功能導(dǎo)軌式一體畫線機的創(chuàng)新點和特色點

3.1 項目特色

該設(shè)計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，讓一臺機器實現(xiàn)多種功能，更加的方便快捷。便攜式的設(shè)計，增強了機器的便攜性，減少體積，提高集成度，相對于體積較大的1 m×1.5 m×1 m 的立式激光雕刻機，這臺機器還能夠?qū)C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層次。折疊式的設(shè)計，讓這臺機器可以隨時移動，隨時進行工作，不固定在某個位置，實現(xiàn)了機器隨時隨心用的一個特點。解決了國內(nèi)在激光畫線機領(lǐng)域無法隨時隨地使用和攜帶的問題，以及不能夠以一機實現(xiàn)多種功能的問題。大大提高了機器的利用率。此外，當(dāng)使用滴膠針管進行工作時，該通用式一體機也可以運用到膠粘、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，該通用式一體機可以解決人工的手的不自覺抖動問題，機器控制的AB 膠比例也比人工肉眼更加精確，技術(shù)較好的話不會出現(xiàn)氣泡，更不會出現(xiàn)劃痕。

3.2 項目優(yōu)缺點

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

4 結(jié)語

該多功能導(dǎo)軌式一體畫線機的設(shè)計采用通用式接頭結(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，同時該設(shè)計也是在激光雕刻機的設(shè)計和應(yīng)用上的突破，是在其基礎(chǔ)上的升級與突破，有利于提高我國在激光雕刻機創(chuàng)新水平。