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一、选题背景及依据（简述国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果（文献综述），选题目的、意义，列出主要参考文献）
（一）选题背景
激光打标技术是一种新型的标记工艺，在众多标识方式中，激光打标因具有高效、环保、低成本的特点得到广泛应用。它是使用高能量密度的激光对零部件表面进行局部照射，使表面材料气化或发生色彩变化的化学反应，留下烧蚀痕迹的一种打标方法，不需要接触物品表面[1]。激光打标作为一种现代精密加工方法,与印刷,腐蚀,电火花加工,机械刻划等传统的加工方法相比,具有无与伦比的优势。激光打标机可以实现高精度的定位和标定，满足工业领域中对高精度加工的要求，可广泛应用于汽车、航空航天、电子、机械等领域[2]。
由于激光打标技术对使用精度要求高，所以激光打标机需要具有高精度的机械结构，以确保激光束能够准确地照射到工件上和确保长期稳定的工作。这需要使用高质量的机械部件和精密的制造工艺。所以激光打标机非常迫切的急需一款传动稳定，使用寿命长的传动结构来承载激光打标装置。
激光打标机一般采用传统的机械传动方式来作为支撑装置，保障激光打标机进行可靠稳定的运行。机械传动结构形式主要分为四种，分别为丝杠传动、同步带传动、齿轮齿条传动。其中齿轮齿条传动是靠齿条固定齿轮转动来实现直线运动的，丝杠传动的功能是将转动变为直线运动[3]。同步带传动是一种基于同步带和同步轮配合工作的传动方式，其工作原理是通过同步带的牙形结构与同步轮上的齿形结构配合工作，实现精确的传动和定位[4]。同步带传动是一种利用同步带传递动力和扭矩的机械传动方式，与传统的皮带传动相比，同步带传动具有传动效率高、精度高、使用寿命长等优点，被广泛应用于各种机械领域中。其中利用同步带作为传动零件，导轨作为支撑零件可整合成具有直线传动功能的部件，即直线模组。按驱动方式的不同，直线模组可分为同步带型、滚珠丝杆型、齿轮齿条型、电机直接驱动型[5]。
（二）国内研究现状
现目前国内主要使用的打标机主要分为气动打标和激光打标。气动打标的原理为:气动头在压缩空气与大气压压强差的作用下，给予气动头加速度的力，气动头则将力作用于气针或字模，在工件表面冲击，字模则将标号一次成型[6]。气动打标机不仅对工件损耗大，容易在工件内部产生应力增加生产成本。气动打标机还会受气压高低变化的影响而不一致，打印产品一致性差。气动打标机工作时噪声较大，操作者长时间在这种环境下工作会造成情绪烦躁，不利于操作工人的身心健康[7]。相较与气动打标机，激光打标机具有非接触，无污染，高速度，高质量，灵活性好的优点。
国内激光企业主要集中在北京、上海、湖北、江苏和深圳等地，形成环渤海、华中、长三角、珠三角四大激光产地.其中，珠三角以中小功率激光为主，长三角地区以大功率激光切割焊接为主，环渤海地区以大功率激光熔覆和全固态激光为主，华中地区尤以武汉最具典型，号称“中国光谷”[8-9]。国产激光打标机已经在汽车零部件生产、电子元器件生产、医疗仪器及器械生产、礼品加工等行业得到了广泛的应用。国产激光打标机已经在汽车零部件生产、电子元器件生产、医疗仪器及器械生产、礼品加工等行业得到了广泛的应用[10-11]。
（三）国外研究现状
自世界上首台红宝石激光器于1960年由美国物理学家西奥多西·梅曼研发出后，激光技术开始蓬勃发展，目前已在多种加工领域有所应用。国外激光加工技术主要掌握在发达国家，典型代表国家是美国、德国、俄罗斯、日本等，引领着全球激光技术和激光加工产业。其中美国IPG 公司的光纤激光器引领世界激光产业[11-15]。欧美国家在大型制造产业，如机械、汽车、航空、船舶和电子等行业，基本用激光加工取代传统加工工艺，开启了“光加工”时代。其中激光打标自20世纪70年代出现以来,发展十分迅速,到1988年就占据全球工业激光应用的29%,成为最大的工业激光应用之一[16-18]。激光打标作为激光加工领域应用最为广泛的技术之一,在工业发达国家,激光打标技术有效地和计算机数控技术及柔性制造技术相结合,产生了多种自由开发的打标系统,借着工业加工制造业发展的热潮,在世界范围内出现了多个打标设备生产商,如德国施朗堡、意大利普瑞玛、日本NEC等,它们在激光打标方面有多年的研发经验,生产技术和标刻工艺趋于完善,生产的激光打标机自动化程度高、实用性强,深受客户信赖[19]。
随着工业自动化的不断发展，激光打标已成为生产过程中不可或缺的一部分。而在这个领域中，同步带传动是一种重要的传输方式。国外对于机械行业的发展研究自然也不会放过同步带传动技术领域的研究，目前，国外发达国家的同步带传动研发试验技术和生产工艺装备已经达到非常完善的地位，整个过程普遍实现了自动化，计算机控制等高度的机电一体化[20-25]。
（四）选题目的及意义
本课题目的是拟设计一种基于同步带传动的激光打标装置结构，以实现平稳、可靠、高效地完成激光打标加工。
针对激光打标机传动结构的研究设计相对自己而言培养了自己学习机械设计的兴趣，提升了自己的机械设计能力，这些设计与研究对自己都有诸多提升，例如：机械制图，选型计算，材料选用。因此选择激光打标传动结构的设计对于自己来说有比较重要的意义。
（五）参考文献
[1]何广川．浅谈激光加工技术的现状及发展[J]．现代制造技术于装备，2020(10):160-161．
[2]董婉佳. 光纤激光打标技术与实验研究[D].哈尔滨工程大学,2014.
[3]李艳蕊. 基于直角坐标机器人的超声检测系统的研制[D].沈阳化工大学,2018.
[4]郑红.同步带传动特点与同步轮设计制造的控制[J].内燃机与配件,2018(09):121-123.
[5]周冬珍,李开明.单驱两联动直线模组的尺度综合[J].机械制造与自动化,2017,46(03):17-20.
[6]傅军亮. 气动打标机字模优化与定位定向技术研究[D].浙江大学,2012.
[7]吴方利,任胜阳,张涛等. 光纤激光打标机在工程车空调压缩机打标的应用[C]河南省汽车工程学会.第十七届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集.[出版者不详],2020:273-274.
[8]龙学文,张顺如,湛雄文,邓晓鹏．激光打标初探[J]．科技世界，2018(28):75-75．
[9]李英民．激光加工技术在工程机械制造中的应用探讨[J].山东工业技术，2018(16):43.
[10]张现磊.激光加工技术在机械加工中的应用[J].设备与技术，2019年第四期，104-105.
[11]邓树森﹒我国激光加工产业现状及市场展望[J].光机电信息，2007(2): 19-22.
[12]徐禹翔. 多轴直角坐标机械手控制系统的研究与设计[D].安徽工程大学,2017.
[13]田野，田云鹏.机械传动技术的改动及发展探寻[J].科技风，2019（22）：148.
[14]程堂灿，张凤生，王敬.药房取药机器人结构设计与力学分析[J].机电技术，2019（2）：2-6.
[15]刘正航.基于机械制造工艺的合理化机械设计思考[J].黑龙江科技信息,2017(2):128.
[16]廖强. 直角坐标型弧焊机器人机构与控制方法研究[D].哈尔滨工业大学,2018.
[17]孙传琼,刘雍德,任爱华.同步带传动的极限速度和最佳速度[J].湖北汽车工业学院学报.2019(23):63-64.
[18]赵玉信. 基于直线运动单元的直角坐标机器人系统的研究[D].齐鲁工业大学,2014.
[19]NatalieEichner.Laser Marking of Small Manufacturing Lots at High Throughput[J].Volume 14, Issue 2. 2017. PP 36-37.
[20]YING WU,XU ZHOU.Modeling and Simulation Research of Banded Wedge and Synchronous V Belt Drive[J].Acvanced Materials Research VOL677(2013);219-224.
[21]方亚辉. 大跨距同步带直线驱动机构动力学特性研究[D].中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.
[22]李刚，周文宝．直角坐标机器人简述及其应用介绍[J]．伺服控制，2008(9):72-75.
[23]Liang F,Yanping X. Large-scale synthesis of polyynes with commercial laser marking technology[J]. Chinese Physics B,2022,31(12).
[24]谢洪坤. 弹药装配生产线上机器人设计及排布研究[D].东北大学,2015.
[25]秦书安,周鹏,周玉杰,姜洪源.带传动发展状况综述[J].机械传动，2020（8）：1-7.
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