机械工业技术和产品发展的主要趋势，也是我国机械工业发展的必由之路。 1.2.3 数控雕刻机的特点 数控雕刻机的主要特点如下:
1）自动化程度高。具体的雕刻过程都是数控雕刻机自动完成的。
2）产品的尺寸精度高，一致性好。数控雕刻过程是由计算机控制完成，可以达到很高的精度和表面质量:批量加工时，产品的一致性好，这对于小模具行业是十分重要的。
3）拓展了雕刻领域。只需改变控制程序，数控雕刻机便可以雕刻浮雕、各种复杂的曲面，支持各种刀具，改善了雕刻表面质量，提高了雕刻效率。
4）数控雕刻机都有钻铣功能，可用于钻孔、切边、加工小模具，性价比高。 1.2.4 数控雕刻机的应用领域
数控雕刻机的应用领域广泛，举例如下:
1）广告及礼品制作业，用于雕刻各类双色板标牌、有机玻璃、三维广告牌、双色人物雕像、浮雕奖章、有机板浮雕、立体门头字等。
2）模型制作业，制作沙盘模型、房屋模型等。
3）模具制作业，雕刻纽扣浮雕模、印刷烫金模，注塑模、冲压模、鞋模等。 4）木器业，用于浮雕图案设计及制作。
5）印刷电路板(PCB)新产品开发中的电路制作，钻孔、铣槽等。 6）印章业，各类字体各类材料的印章雕刻。 7）电火花加工机床电极雕刻加工。 8）机械加工业，刻度盘字轮及标尺刻度。
9）汽车工业、轮胎模具，车灯模具及装饰品模具加工。
而且，随着各种新型装饰材料的不断出现，能用于雕刻的材料越来越多，使得计算机数控雕刻机有了更大的用武之地。因此，计算机数控雕刻机的应用范围还将不断扩大。
1.2.5 我国数控雕刻机的发展现状
随着近年来我国制造业的迅速发展，数控雕刻机产业也获得了良好的发机遇有效地促进了我国数控雕刻机的生产和推广应用。我国的数控雕刻机起步经济型数控机床，随着数控技术的进步，经过十多年的发展，己形成了多个国品牌的雕刻机，如上海洛克公司生产的啄木鸟数控雕刻机、北京糟雕公司生产精雕数控雕刻机和南京科能公司生产的威克数控雕刻机等。
上述各类型雕刻机机床本体结构较为简单，控制器大多借鉴国外新技术，采用基于高档的微控制或PC的数控系统，伺服部分以步进电机细分驱动为主，可获得中等控制精度，但价格比较便宜，因此整机的性价比较高，适用于精度要求不太高的普及应用场合对高精度的雕刻加工。
目前我国尚以进口数控雕刻机为主，如意大利的左日本的全量等品牌的数控雕刻机。这类数控雕刻机机床本体设计刚高度好、精度高，采用伺服电机驱动，加工精度高，控制系统功能全、可靠性，但价格昂贵往往倍于国产产品，因此主要应用于模具等高精度加工场合。
2 雕刻机的机械结构
2.1 雕刻机的工作原理
计算机数控雕刻机实际是一个三维数控系统，其工作原理如图1所示
图1 数控雕刻机工作原理 Fig.1 Working principle of CNC engraving
通用微型计算机内安装专用的设计排版软件进行图形、文字的设计、排版，自动生成加工路径信息，通过USB接口或其他数据传输接口将刀具路径数据传输给单片机，数控系统接收刀具路径数据，完成显示、和用户交互等一系列功能后，用特定的算法
将输入的路径信息转化为数控信息，控制器把这些信息转化为驱动步进电机或伺服电机的信号(脉冲串)，控制雕刻机X，Y，2三轴的走刀。
同时，进行铣削，即可雕刻出在计算机上设计的各种平面或立体的图形文字，实现雕刻自动化加工。
2.2 整体结构
机械结构作为雕刻机的硬件部分，对雕刻机的加工过程、刻字效果等有着重要的影响。下面对数控雕刻机的机械结构作详细介绍。 2.2.1 雕刻机总体布局的基本要求
雕刻机总体布局的基本要求有以下几点:
1)首先必须满足如加工范围、工作精度、生产率和经济性等等各种要求; 2)确保实现既定工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率;
3)确保雕刻机具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗振性、热变形及噪音水平；
4)应便于观察加工过程，便于操作、调整和维修，便于输送、装卸工件和清理，注意防护，确保安全；
5)结构简单，合理可靠，便于加工和装配。 2.2.2 影响雕刻机布局的基本因素
在满足总体布局的基本要求的基础上，还应当考虑影响雕刻机布局的基本因素: (1)表面形成运动的影响
不同形状的加工表面往往采用不同的刀具来加工，从而表面形成运动的形式和数目就不同，并导致布局的差异。相同形状的加工表面，由于工件的技术要求和生产率要求等不同，也可以采用不同的刀具、不同的表面形成运动来加工，从而形成不同的布局。由此可知，工件表面形成运动直接决定了雕刻机布局的形式，是影响雕刻机布局的决定性因素。
因而，在布局雕刻机时，必须根据加工要求，全面、综合地考虑工件的表面形成方法及运动，以期作出具有较好技术经济效果的布局设计。
(2)雕刻机运动分配的影响
工件表面形成方法及运动相同，而雕刻机的运动分配不同，雕刻机的布局也会不同。对于同一种运动分配的布局，由于导轨的布置和其它结构形式的不
同，也将使雕刻机的布局出现变化。在分配雕刻机运动时，一般应注意以下几点:
1) 移动部件的重量应尽量轻。在其它条件相同的情况下，移动部件的重量越小，所需电机功率和传动件的尺寸也越小
2) 应有利于提高加工精度
3）应有利于提高雕刻机刚度，缩小占地面积 4）工件的尺寸重量和形状的影响
工件的表面形成运动及雕刻机部件的运动分配基本相同，而工件尺寸、重量和形状不同，雕刻机的布局也会有很大差异。另外，还应考虑雕刻机性能要求的影响，如振动、噪声、热变形、刚度和抗振性，操纵方便形的影响，模块化设计法的影响等。通过查阅相关的文献资料，雕刻机基本布局形式通常有下图2所示的两种方案：
图2 雕刻机的布局形式 Fig.2 The layout of the engraving plotter
这两种布局都采用龙门式框架结构，雕刻机的刚度均较高。
布局(1)方案中，工作台固定，雕刻头作横向和上下移动，立柱作纵向移动。该方案便于变形为不同纵向长度的雕刻机。由于工作台不动，承载能力好，适合加工较重的工件。在使用外伸支架支撑纵向长工件进行批量加工时，支点高度相同，故支架支撑调整方便。但雕刻头运动精度较难保证且立柱移动较笨重。
布局(2)方案中，立柱固定，雕刻头作横向和上下移动，工作台作纵向移动。由于工作台移动，承载能力较布局(1)方案差。若设计所承载的工件较轻，这种布局方式所需电动机功率和传动件的尺寸较小，移动较轻便。在使用外伸支架支撑纵向长工件进行批量加工时，支点高度相同，故支架支撑调整方便，但支架结构较布局(1)方案略显复杂。该方案的最大优势在于雕刻头运动精度较易保证。
经以上比较，充分考虑到布局的基本要求、影响布局的基本因素及三坐标数控雕刻机的设计参数，采用布局(2)的方案。
2.2.3 坐标系的确定
雕刻机的坐标系采用右手法则，直角卡笛儿坐标系统。基本坐标轴为X 、Y 、Z 直角坐标，对相应每一个旋转运动符号为A 、B 、C ，如图 3 所示。Z 轴为平行于雕刻机主轴的坐标轴，垂直于工件装夹面。
图3 右手坐标系统 Fig.3 The system of right coordinate
2.2.4 三维雕刻机的机械结构
该三维雕刻机的机械几何结构，由以下几部分组成: 1)底座部分
作为整机的基础，承担整个机体的重量，要求稳定坚固。底座由底下的四只支脚与地面接触;
2)工作台部分
工作台部分由工作台，y方向的丝杠和导轨，以及支架组成。工作台作为雕刻工作时承载雕刻物体的部件，表面有T形沟槽，由丝杠驱动，导轨导向:
3)横梁部分
横梁由x方向的丝杠和导轨，以及支架组成。横梁承载机头的重量，驱动机头动，容易弯曲变形，在结构仿真和运动仿真中是重要的分析对象:
4)机头部分
机头部分由主轴组件，2方向的丝杠和导轨，以及支架组成。丝杠驱动主轴组的上下运动，主轴组件在加工过程中直接带动雕刻头的高速旋转运动。
下面从雕刻机的功能角度，介绍一下各部分的结构及设计。