关 键 词：

含CAD图纸+三维SW+文档 雕刻 机电 结构设计 CAD 图纸 三维 SW 文档

资源描述：

五轴雕刻机机电结构设计②—结构设计【含CAD图纸+三维SW+文档】,含CAD图纸+三维SW+文档,雕刻,机电,结构设计,CAD,图纸,三维,SW,文档

内容简介：

Equipment Manufactring Technology No.1，2011五轴联动数控技术， 是数控技术难度最大、 适用范围最广的技术，其集计算机控制、高性能伺服驱动和精密技术于一体， 主要应用于加工品质要求很高的自由曲面的高效、 精密、自动加工1， 是目前解决叶轮、 叶片、 螺旋桨等复杂曲面加工的重要手段。 但高精度的机床配合高价出售， 其不菲的价格也是大多加工企业难以承受，也让推广五轴加工技术受到一定程度的阻碍。 本文基于五轴加工原理及 Mach3 软件， 开发一种经济型的五轴雕刻机， 可应用于加工材质较软、 精度要求不高的零件， 如木材、 塑料及铝合金等材质零件。1机床设计所谓五轴加工，这里是指在一台机床上至少有 5 个坐标轴（3 个直线坐标和 2 个旋转坐标） ，而且可在计算机数控（CNC ） 系统的控制下， 同时协调运动进行加工。常见五轴机床的形式有双摆回转台、 双摆头和转台加摆主轴共 3 大类2， 在保证整个系统机械刚性以及经济性的前提下，本设计采用龙门式结构， 运动方式采用龙门架移动、 工作台固定、 AC 双摆回转台运动方式。机床设计图如图 1 所示。图 1 中各部件分别是： 1.Z 轴电机； 2.Z 轴； 3. 高速主轴电机； 4.Y 轴右电机； 5.床身； 6.X 轴电机； 7.X 轴； 8.X 轴斜齿轮齿条副； 9.Y 轴龙门架； 10.Y 轴左电机； 11.A 轴电机； 12.A 轴固定架； 13.C 轴回转工作台； 14.A 轴旋转台； 15.C 轴电机。为了控制机床开发的经济性， 机床结构主要是 XYZ 运动平台 +AC 旋转平台的组合。 此结构下， 五轴加工时由于 A 及 C旋转加工平台较小， 不能进行较大行程的五轴加工， 但 A 及 C旋转加工平台， 可以很容易移开， 即可进行较大行程的 XYZ 三轴加工， 这也是机床开发功能性及经济性的一种表现。此时机床在设计上 XY 方向会有较大行程。 大行程的传动要有精密的传动部件， 本机床没有采用高精度滚珠丝杆， 而用高精度斜齿轮齿条副用于 XY 传动， 价格相对前者较低， 精度也可以达到所需的设计要求。 各轴驱动均使用步进电机。 主轴部分采用可变频高速直流电机链接 ER 型夹头， 夹持刀具直接进行切削。2控制系统设计2.1数控系统设计数控机床由数控加工系统控制，数控系统是数字控制系统的简称， 英文名称为 （Numerical Control System ） ， 简称 NCS，而目前控制方式，多是电脑进行控制，又简称 CNC （ComputerNumerical Control ） 。其功能是根据计算机存储器中存储的控制程序， 执行部分或全部数值控制功能， 并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、 文字和符号组成的数字指令， 来实现一台或多台机械设备动作控制， 其所控制的通常是位置、 角度、 速度等机械量和开关量。CNC 系统的核心是 CNC装置。由于使用了计算机， 系统具有了软件功能， 又用 PLC 代替了传统的机床电器逻辑控制装置， 使系统更小巧，其灵活性、 通用性、 可靠性更好， 易于实现复杂的数控功能， 使用、 维护也方便， 并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。现在大部分数控机床使用专用的数控系统，常用的有日本法那科 （FANUC ） 数控系统、 日本三菱 （MITSUBISHI ） 数控系统、 德国西门子 （SIEMENS ） 数控系统以及国产的华中数控系统、 广州数控系统等， 其控制原理如图 3 所示。专用数控系统体积小， 操作方便， 但价格贵昂， 很难进行二次开发。 本设计使用 PC 机 + 上位机软件的数控系统， 驱动原理如图 4 所示。采用 PC 机 + 上位机软件控制方式， 可以大大降低开发成本。PC 机要求普通电脑即可， 而上位机软件是一个安装在电基于 Mach3 软件的经济型五轴雕刻机开发李荣泳， 陈勇志， 孙振忠（东莞理工学院， 广东 东莞 523808 ）摘 要： 基于五轴加工原理及 Mach3 软件， 开发了一种经济型的五轴雕刻机， 可应用于加工材质较软、 精度要求不高的零件， 如木材、 塑料及铝合金等材质零件， 完全能够达到预期的效果。关键词： 五轴五联动； Mahc3； 雕刻机中图分类号： TG659文献标识码： A文章编号： 1672- 545X （2011 ） 01- 0076- 02收稿日期： 2010- 10- 12作者简介： 李荣泳 （1983 ） ， 男， 广东省茂名人， 工程师， 从事自动化产品开发及数控加工教学。图 2斜齿轮齿条副图 1机床结构12354678910111213141576装备制造技术 2011 年第 1 期脑上的数控软件。上位机软件可用 VB、 C+ 等语言编写， 但这类软件用于开发数控驱动时编程过于复杂，非一般编程人员可胜任。本设计将使用编程更简单的 Mahc3 软件作为上位机软件。2.2Mahc3 软件开发Mach3 软件是由美国 ArtSoft 公司开发的以 Windows 为平台的数控软件，安装系统版本必须为 WINXP 或 WIN2000。Mach3 使用 PC电脑的 LPT或 USB端口， 作为 CNC设备的输入与输出、输出脉冲与方向信号、控制步进电机或伺服电机驱动器， 从而实现控制数控机床。软件支持所有国际标准 G代码及M代码， 最多控制 6 轴， 能 5 轴联动带线形插补功能， 能实现复杂零件高精度加工， 简单的系统用一个并口就能实现。MACH3广泛应用在开发数控车床、 模具雕刻机、 木工机床、 木工雕刻机、激光打标机、 等离子切割机、 火焰切割机等数控系统。Mach3 软件标准版只有三轴的控制，通过 Mach3 软件的后台编辑软件， 可以简易地改为五轴驱动控制界面， 而不必用VB 或 C 语言编程。数控软件由下列模块组成：（1 ）系统初始化模块；（2 ）NC 代码编辑和人机交互模块；（3 ）NC 代码预读处理模块；（4 ）MDI 和手动方式处理模块；（5 ）NC 程序运行管理模块；（6 ）系统状态动态品示和报警模块；（7 ）运动控制器指令翻译和通讯控制模块；（8 ）NC 轨迹显示、 仿真和图形管理模块；（9 ）多轴联动数控系统参数设置和维护模块。初始界面设置如图 5 所示。 对于电机参数设置， 可从如图6 所示的窗口进行设定。2.3控制电路机床控制电路， 是一块接口控制卡， 卡上由两部分组成，一部分是驱动接口， 另一部分是步进电机驱动电路。 接口控制卡用于把电脑信号按一定要求传送到各轴驱动器，需达到如下技术要求：（1 ）可控制五轴驱动；（2 ）直接支持 MACH3 并口类上位机软件；（3 ）多路原点 / 机械限位信号输入，可外接机械开关、 槽型光耦、 接近开关等；（4 ） 可外接急停按钮， 出现意外时可以紧急停止软件运行；（5 ）所有输出、 输入信号经斯密特触发器整形， 对信号的上升下降沿无限制；（6 ）电荷泵 （CHARGE PUMP ） 安全保护功能， 使整套 CNC系统在电脑未正常输出指令信号期间不致于引起运行混乱（需要软件支持 ） ， 控制卡见图 7。接口控制卡采用标准 COM接口及 RS232 接口， 可以与电脑联接；多路高速光耦开关，驱动芯片采用 5 块日本东芝TB6560 芯片， 并加装散热器。最大十六细分， 最大驱动电流4.25A。2.4机床代码后处理Mach3 进行数控加工时， 识别国际 GM码， 但 Mach3 本身不能进行五轴编程，常用其他 CAM编程软件生成 GM码， 如MasterCAM、 UG、 Powermii 等。 由于不同软件所产生的 GM码有一定差异，输入 Mach3 时可能产生错误加工，些时需要为Mach3 设置机床代码后处理。图 8 就是编写好的部分后处理内容， 并稍加解释。利用这个后置处理程序， Mach3 实现了五轴加工。3结束语开发数控新机床，是个高投入的行业，而基于 Mach3 软件， 不需技术精堪的技术人员， 就可进行简易的开发， 降低开发成本，加速开发进程。开发过程不需配高端的数控系统， 用Mach3 软件与机床连接就能五轴联动。开发经济型五轴雕刻机， 精度虽然比专业五轴机床低， 但对于精度不高的加工， 如木材雕刻、 塑料加工及铝合金加工等应用， 能够达到所需效果。参考文献：1 全 荣. 五坐标联动数控技术M. 长沙： 湖南科学技术出版社， 1995.2 卢胜利， 王睿鹏， 祝 玲. 现代数控系统M. 北京： 机械工业出版社，2006.3 周佩玲， 彭 虎， 傅忠谦. 微机原理与接口技术M. 北京： 机械工业出版社， 2006.4 罗奇亮， 马保吉. 基于 Mach3 软件的经济型三维机械式雕刻机开发J. 机电产品开发与创新， 2009， 22 （6 ） : 184- 187.图 5Mach3 软件五轴界面图 6电机参数设置界面图 7接口控制卡图 3机床控制原理图CNC电机图 4PC+ 个位机软件控制原理图行程开关扩展上位机软件PC驱动卡XYZAC图 8后处理参数define keysblocknumberpreparatory functionaux functionx feedratey feedratez feedratecircle anglex coordinatey coordinatez coordinate=N =G1 =M1 not used not used not used not used =X =Y =Z 定义程序段号定义准备功能指令定义辅助功能指令定义 X进组率指令定义 Y进组率指令定义 Z进组率指令圆周角度定义 X坐标轴定义 Y坐标轴定义 Z坐标轴（下转第 85 页 ）77装备制造技术 2011 年第 1 期各通道口位置， 员工上下班的带着 RFID 智能卡经过即可记录考勤， 实现考勤的自动化。2.3消费管理系统采用专业 RFID 消费 POS 机，各消费机实时联结到消费管理系统工作站。持卡用户通过预充值， 即可实现 RFID 智能卡消费。 可根据要求设置多个消费点， 可安装在食堂、 小卖店、洗衣部等消费场所。2.4巡更管理系统通过在巡更点设置 RFID 阅读器， 即可在持卡巡更人员经过时自动记录巡更人员 ID， 巡更时间， 从而可以自动记录巡更人员的工作状况和巡更轨迹，实现了实时管理保安巡逻人员的巡视情况， 确保保安防范的实效。2.5电梯管理系统通过在电梯中设置 RFID 阅读器， 并联结到电梯管理系统工作站， 实现可到达楼层管理， 人员到达楼层的权限， 根据需要预先设置。 在非工作时间段和节假日， 电梯管理系统就可以自动识别权限， 自动停到持卡人员工作的楼层。 有多层权限的人员， 自己选择按键。 这样即可杜绝外来人员在大厦内各楼层随意走动。2.6停车管理系统通过将 RFID 阅读器与停车场道闸机系统连接， RFID 智能车辆卡卡可采用 915M超高频，实现 10 m 左右距离的远距离识别， 在配备有合法 RFID 智能车辆卡的车辆经过时系统识别后， 自动进行道闸机开合操作， 可实现不停车出入库。3系统功能特点3.1统一的数据采集管理平台系统通过将用户、 卡片、 读卡设备以及管理需求， 紧密联系在一起， 组成统一的系统平台。在该系统平台基础上， 建立各个应用子管理信息系统， 实现了一次发卡， 一次性输入人员信息， 全系统通用， 同时实现考勤、 消费、 门禁、 等等楼宇智能应用。3.2楼宇一卡通可以考虑将不同频段的两组芯片， 融合到一张卡上， 从而只需要一张卡， 即可应对所有卡系统， 真正实现楼宇一卡全通。3.3安全保障通过采用 RFID 自动识别技术可以实现对楼宇人员合法性检验， 对保安工作实时记录监控， 从而保证了楼宇的安全性。4结束语通过采用 RFID 智能卡系统， 实现对员工考勤、 门禁控制、电梯控制、 保安巡更、 消费结算、 停车管理等综合应用， 加强了对人、 财、 物的有序及有效监控管理， 提高了资源的共享利用率， 减少了资源的浪费； 避免了诸多人为因素的干预， 提高了办公效率和楼宇安全。RFID 智能卡系统， 将过去分散孤立的系统及设备 （包括安全防范、 火灾报警及楼宇自控等） 集成到一起， 成为一个统一的整体， 使楼宇真正智能化， 最终到达智能楼宇的人性化。参考文献：1 施金龙. 基于 RFID 技术的智能广电楼宇建设的研究J. 硅谷,2010， (17 ） ： 69- 70.2 黄森云， 李也白， 王福成.智能卡应用系统M.北京： 清华大学出版社， 2000.RFID in the Application of Intelligent BuildingsHE Xi（Liuzhou Urban Investment Construction Development Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 545005， China ）Abstract：Analysis of RFID technology in smart and advantages of the feasibility of building construction, introduced access control,attendance management, consumption management, patrol management, elevator management, parking management, and characteristics ofthe comprehensive application of effective strengthening of human, financial , And materials ordered and effective monitoring andmanagement, improve the sharing of resources utilization, reduce waste of resources; avoid intervention in many human factors to improveoffice efficiency and building safety.Key words： RFID(Radio Frequency Identif