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[數控雕刻機] 數控雕刻機控制系統研究及實現
作者: 發布日期:2018-06-06

我叫mt4冰封峡谷 www.ectxd.icu    數控雕刻機就是CNC技術和雕刻工藝相結合的產物。作為一類特殊的數控機床,他通過數控系統執行相應的加工程序代碼來控制雕刻機完成雕刻動作。能方便快捷地在各種軟性材料(有機玻璃、雙色板、多層板、板材、亞可力、木材、橡膠等)和硬性材料(黃紫銅、鋁、不銹鋼、欽合金等)上雕刻出逼真、精致、耐久的二維圖形、文字及三維立體浮雕。實現了自動化、高效率和高精度的雕刻加工。

 
  數控雕刻機具有以下主要特點
 
  第一,自動化程度高。整個雕刻過程都是數控雕刻機自動完成的,無需人工操作。
 
  第二,產品的尺寸精度高,一致性好。雕刻過程是由計算機控制完成,以達到很高的精度,表面質量批量加工時,產品具有很好的一致性。
 
  第三,拓展了雕刻領域。通過執行各種相應的加工代碼配合多種刀具,數控雕刻機即可完成浮雕、各種復雜曲面的雕刻加工,提高了雕刻效率。
 
  數控雕刻機控制系統原理
 
  雕刻機的數控系統是一種軌??刂葡低?。從本質上講,是以各運動軸的位移量為控制對象,使各運動軸協調運動的自動控制系統其基本工作過程為:首先通過雕刻軟件將待加工的圖形數字化,并生成加工路徑信息,通過某種數據傳輸方式將加工路徑信息傳輸給控制系統然后控制系統根據加工路徑信息進行相應的運算及處理,生成控制命令并發送給各運動軸,使X、Y、Z三坐標軸、雕刻機主軸以及輔助動作協調運動,實現刀具與被加工工件的相對運動,自動完成加工。由此即可雕刻出在雕刻軟件中設計的平面、文字或立體圖形,實現了自動化的雕刻加工
 
  數控雕刻機控制系統硬件設計
 
  硬件是系統運行的基礎,是實現系統控制功能的必要載體,控制系統的優劣直接影響雕刻機的加工性能、工件的加工精度等諸多方面??刂葡低車撓布饕芍骺刂頗??、進給驅動系統???、主軸驅動???、雕刻機電源??橐約案ㄖ?槲宕竽?楣鉤?。
 
  01.主控制???/div>
 
  主控制??槭強刂葡低車暮誦牟糠?,雕刻加工代碼的分析處理、整個雕刻機系統的控制管理都由該??橥瓿?。因此,主控??櫚拇硭俁戎苯泳齠ㄗ耪齙窨袒刂葡低車腦誦興俁?。主控制??櫓饕校閡愿咝閱芡ㄓ肅PU組成的工控板構成主控制???、以高速運動控制芯片構成主控制???、以APM處理器高性能單片機構成主控制???、以PC+高速運動控制卡構成主控制??橐約耙訮C+模擬數控軟件構成主控制???。
 
  02.進給驅動系統???/div>
 
  目前雕刻機進給系統主要有步進電機驅動系統和交流伺服電機系統兩種方式。步進電機是將脈沖信號轉換為角位移的執行元件,電機繞組每接收到一個脈沖,轉子就會轉過一個相應步距角,通過對脈沖數和脈沖頻率的控制即可實現對步進電機的控制。由于步進電機沒有累計誤差,且控制性能好,因此在數控系統中被廣泛應用。隨著技術的不斷發展,交流伺服系統逐漸發展成熟并越來越多的應用到數控系統中,它與步進電機在控制方式上十分相似,但實用性能和應用場合卻有較大的差異。
 
  03.主軸驅動???/div>
 
  主軸驅動??槭鞘鼗駁暮誦牟考?,其輸出性能對數控機床的整體水平影響較大。主軸驅動不同于一般工業驅動,不僅要求具有較高的轉速、精度以及動態剛度,還要求具有連續輸出高轉矩的能力以及較寬的恒功率運行范圍。目前,主要采用專用的主軸電機(電主軸)和采用直流電機帶動主軸機構。
 
  電主軸是“高頻主軸”(HighFrequencySpindle)的簡稱,是內裝式電機主軸單元。它把機床主傳動鏈的長度縮短為零,由于沒有中間傳動環節,實現了機床的“零傳動”有時也稱作“直接傳動主軸”(DirectDriveSpindle)。它可以進行恒功率或者恒扭矩的輸出,徑向精度在0.01-0.001mm,軸向精度在小于0.003mm。具有結構緊湊、重量輕、慣性小、振動小、噪聲低、響應快等優點,而且轉速高、功率大,便于機床設計,易于實現主軸定位,是高速主軸單元設計的一種理想結構。缺點是必須配以與之配套的變頻調速裝置,價格相對昂貴
 
  直流電機帶動主軸機構
 
  直流電機帶動主軸機構具有以下特點:調速范圍寬、特性呈線性、快速反應、價格較低、技術成熟等特點。但和主軸電機相比,刀具的回轉精度和軸向竄動較差,且直流電機轉速和精度等性能比主軸電機低,傳動機構復雜等缺點。
 
  04.雕刻機電源???/div>
 
  目前雕刻機電源主要有開關電源和線性電源兩種??氐繚叢詮ぷ魘?,其調整管處于飽和和截至狀態,因而發熱量較小,轉換效率較高(75%以上)。但是開關電源輸出的直流上面會疊加較大的紋波,需要通過在輸出端并接穩壓二極管來改善。另外由于開關管工作時會產生較大的尖峰脈沖干擾,需要通過在電路中串聯磁珠來改善。線性電源在工作時其調整管為放大狀態,因而發熱量較大,轉換效率較低(35%左右),需要加散熱片,而且還需要體積較大的變壓器。但是其穩定性較高,相較于開關電源沒有尖峰脈沖干擾,且它的波紋可以做得很?。?mv以下)。綜合比較,線性電源實現方案簡單,價格較低僅是開關電源價格的(25%左右),具有較高的性價比。
 
  05.輔助???/div>
 
  雕刻機數控系統除了主控制???、進給驅動系統???、主軸驅動??檎廡┲饕牟糠種?,還有一些輔助的???,如接口板、傳感器等。接口板的主要作用是為主控制??楹透髦蔥謝固峁┝擁耐ǖ?。傳感器是一種將被測量按照一定的精度轉換為與之對應的、易于處理的測量裝置。
 
  數控雕刻機控制系統軟件設計
 
  考慮到控制系統軟件的復雜性,在軟件設計時將控制系統軟件劃分成主機應用程序和運動控制器驅動程序兩個部分。
 
  01.主機應用程序
 
  主機應用程序的主要功能為實現所開發數控系統的各項基本功能。在設計時,我們采用了面向對象的程序設計方法,針對不同的功能開發出相應的MFC擴展類和非MFC類。這樣的開發方法提高了軟件的開發效率,也便于軟件后期使用時的維護。
 
  02.運動控制器驅動程序
 
  運動控制器驅動程序的主要功能為實現位置及速度的實時控制、插補驅動等功能。如固高科技(深圳)有限公司為GE系列運動控制器提供的動態鏈接庫,在動態鏈接庫中封裝了運動控制所需要的大部分的函數。我們基于動態鏈接庫庫函數對運動控制器驅動程序進行了開發,其開發過程實際上就是對運動控制器提供的動態鏈接庫的庫函數進行應用和擴展。
 
  在VC++中使用固高公司GE系列運動控制器動態鏈接庫的步驟如下:
 
  A.啟動VisualC++,新建一個工程
 
  B.將產品配套光盤Windows/VC文件夾中的動態鏈接庫、頭文件和lib文件復制到工程文件夾中
 
  C.選擇“Project”菜單下的“Settings…”菜單項
 
  D.切換到“Link”標簽頁,在“Object/librarymodules”欄中輸入lib文件名ges.lib
 
  E.在應用程序文件中加入函數庫頭文件的聲明,例如:#include’“ges.h”
 
  F.至此,用戶就可以在VisualC++中調用函數庫中的任何函數,開始編寫應用程序。
 
  數控系統是數控雕刻機的控制核心,其性能直接影響著雕刻機的加工質量和效率。隨著數字控制技術及其相關技術的不斷發展,高性能運動控制器的發展也日趨成熟,并越來越多的被應用到數控系統中,進一步推動了數控系統向著高速、高效、高可靠性方向的發展。因此,結合新技術成果開發出穩定、高效、具有良好性價比的控制系統就顯得十分的必要。

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