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五軸聯動BC木工雕刻機床結構及數控系統設計

來源:木工雕刻機_杭州精昊雕刻設備有限公司 發布時間:2019-01-04 點擊次數:

文摘:針對目前木工雕刻的單一結構,設計了一種經濟型五軸聯動BC木工雕刻機床及其數控系統,基于機床的運動學模型,研究了五軸BC木工雕刻機床的正解和反解。根據運動學結果,利用PC機上嵌入的數控系統的開放式數控系統模式設計數控系統的硬件。Visual C++ 6用于編譯NC系統的軟件,線程用于監控運動控制,對刀具路徑文件進行仿真和處理。Araffin模型驗證了數控系統的加工精度滿足加工要求。
    
     隨著木工行業向自動化、集成化、智能化方向發展,傳統的手工雕刻逐漸被數控雕刻機床所取代,目前,低端數控雕刻機存在結構單一、加工雕刻種類有限、高端C等缺點。數控雕刻機成本太高,因此,研究一種經濟、高效、符合木工行業特點的數控雕刻機床,以滿足市場需求。在文獻2中,研究了一種五軸龍門式交流木工雕刻機,并對其關鍵部件和剛度進行了設計和分析。d、在文獻3中,對五軸平面雕刻軌跡規劃進行了研究;在文獻4中,提出了基于工業以太網結構開發木工雕刻機數控系統的思路,但BC五軸雕刻機在國內外信息較少,經濟型五軸聯動BC-Woo本文研究的雙功雕刻機床采用懸臂梁擺動旋轉結構,可加工大型橫向木工工件,雕刻范圍寬,加工效率高,精度高,可用于大型木工雕刻和復雜回轉工藝的加工。數控系統采用PC機開放式數控方式,成本低,控制性能好。
    
     五軸聯動BC木工雕刻機床,不僅可用于大型木工雕刻、加工行業,還可用于雕刻復雜的旋轉工藝品。根據機床的要求,可雕刻大型工藝品,如最大橫向尺寸、旋轉工藝品的最大高度和經濟性等。機床設計的主要參數見表1。
    
     根據雕刻工件的類型,合理采用BC型運動軸配置方案。與傳統的交流五軸雕刻機相比,這種結構下的機床具有較大的有效工作空間和較長的加工行程,不僅可以加工后裝工藝,還可以滿足大型雕刻加工的要求,機床的主要機械結構由X軸MOV組成。立柱、Y軸底座、Z軸垂直移動臂、B軸高速旋轉主軸、C軸數控轉臺、軸間移動導軌、滾珠絲杠,具體結構如圖1所示,實物如圖2所示。
    
    
    
    
    
     根據坐標變換的基本原理,建立了機床坐標系、工件坐標系和刀具坐標系之間的空間幾何關系,在五軸機床通用模型的基礎上,將刀具坐標系中的刀具位置坐標命名為PT(齊次坐標系)。它是(0,0,0,1)t),刀具軸的姿態矢量標記為ut(齊次坐標為(0,0,1,0)t),用齊次坐標變換矩陣表示機床各軸的運動。轉換結果使刀具坐標系中的刀具位置坐標與工件坐標系中的刀具位置坐標相吻合,刀具坐標系中的刀具軸姿態矢量與工件坐標系中的刀具軸姿態矢量相吻合,方程為:鞏固:
    
    
    
     根據五軸BC機床的運動方式、各軸之間的拓撲結構和各軸的運動參數,機床的后處理文件由ug/nx定制,生成數控加工的G代碼介質,通常由ug后處理構造器生成的G代碼為坐標值。刀點運動軌跡的UE,即工件坐標系中刀點運動的坐標值,在數控系統加載G代碼進行加工前,必須完成機床的逆運動學求解,即將G代碼解析為各機床的運動距離和旋轉角度。機床坐標系中的運動軸,根據機床坐標系的拓撲關系,各軸的齊次變換矩陣如表2所示。
    
     表2:ts表示運動變換,tp表示位置變換,x、y、z三個運動軸沿各自坐標系的位移分別記為sx、sy、sz;b是z坐標系中b軸的y軸旋轉角度;c是機床坐標系sy的c軸繞y軸的旋轉角度。干。在表2中,對齊次坐標矩陣替換公式(1)和(2)進行了簡化,得到以下方程(34):
    
     數控嵌入式PC控制系統的優點是:(1)系統開發成本低;(2)硬件技術成熟,可靠性高;(3)該模式下數控系統開放性好,與各種軟件平臺兼容,有利于軟件的二次開發;(4)軟件學習資料齊全,第三方P豐富。藝術資源;(5)PC機具有良好的通訊功能5,整體運動控制器是數控嵌入式PC開放式數控系統的核心部件之一,數控系統采用國高GUC-800系列運動控制器。其總體路線規劃如圖4所示。
    
    
    
     交流伺服系統作為工業自動化不可缺少的組成部分,可以為負載提供最高水平的動態響應和扭矩密度,五軸BC數控雕刻機床也采用伺服電機驅動各軸,整個系統采用半閉環控制方式。伺服電機的實時位置通過編碼器反饋給伺服電機驅動器。Y軸通過機床床身上的導向螺釘相對于機床水平移動;X軸在Y軸導軌上水平移動;Z軸電機隨制動器水平移動;伺服電機的伺服電機在電機斷開伺服使能或機床故障時,可防止Z軸因自重而滑動。由于采用滾珠絲杠機構驅動,因此驅動電子齒輪比PN202和PN203的參數設置如表3所示。伺服電機的脈沖等效值設置為0.001 mm/脈沖,B和C軸的脈沖等效值設置為0.01()/脈沖。
    
     數控系統軟件的人機交互界面是人機交互的窗口。該數控軟件具有機床點操作按鈕、啟停急停按鈕、加工代碼分析顯示框、調試功能區等一系列基本人機交互操作,加上G代碼仿真功能,可以模擬刀具軌跡,及時發現異常加工。具體功能模塊如圖5所示。
    
    
    
    
    
     采用運動控制器對各軸的運動進行規劃時,系統采用位置-時間模式,實現任意速度規劃,將實際運動分成固定的段,有利于運動的連續性,降低運動控制卡與上位機之間的通訊壓力,從而實現對各軸運動的監控。針對運動控制器的狀態、各軸的位置、各軸的處理速度以及運動控制器存儲器中運動指令的個數,采用運動線程控制,通過打開單獨的線程進行運動控制,解決了控制器指令填充時間過長的問題,該步進創建獨立線程的步驟如下:
    
     (2)編輯線程函數,確定線程的優先級,打開線程,線程函數及其線程引導代碼如下:
    
     H thread1=創建線程(空,0,(lpthread_start_routine)thread func1,
    
     設置線程優先級(h thread1,thread priority _time_critical);//設置線程優先級。
    
     線程優先級可以分為六個級別。優先級越高,線程的相應速度越快。可以調用get thread priori ty(h thread1)。
    
     NI Measurement Studio是NI為Visual Studio開發的集成套件。NET和Visual Studio 6.0環境,用于收集各種常用的測量和自動化控件、工具和編程類庫。NI Measurement Studio具有ActiveX和等功能。網絡控制、面向對象的測量硬件接口、高級分析庫、科學的用戶界面控制、測量數據聯網、向導、交互式代碼設計器和高度可擴展的類庫,大大縮短了Windows應用程序的開發時間。
    
    
    
     軟件界面(圖8)分為以下幾個模塊:(1)G代碼顯示窗口,該區域顯示要處理的G代碼文本;(2)刀具位置顯示區域,該區域顯示編程坐標系中當前刀具位置的坐標值;(3)刀具路徑模擬窗口,應用實驗室視圖控制l測量工作室,顯示刀具軌跡加工的三維仿真圖,并提供用戶拖動和縮放命令的功能。(4)手動調試按鈕,可實現單軸獨立運動。(5)刀具顯示區,該區顯示當前刀具信息。(6)加工操作區,該區為本軟件的主要操作區域,包括建立訪問數據表、查看處理數據表和啟動該處理功能。(7)五軸模式選擇。數控軟件可以兼容控制五軸的其他模式,并針對不同模式調用相應的軌跡規劃算法。(8)處理進度顯示。.打開獨立線程以計時處理過程。
    
    
    
     通過對ug nx后處理構造函數生成的斷臂維納斯G代碼的分析,NC軟件對石蠟樣品進行了雕刻(如圖9所示)。雕刻工藝穩定,無過度切割和刀刃沖擊,最終加工誤差為0.04mm,滿足設計要求。
    
    
    
     介紹了基于運動控制器的經濟型五軸聯動BC木工雕刻機床的機械結構設計和數控系統研究,根據雕刻工件的特點,分析了BC木工雕刻機床的運動模型,并對基于PC+的數控系統進行了硬件設計。建立NC模式。利用VC++6.0編制了數控系統軟件,將維納斯UG模型的尺寸與實際加工模型的測量尺寸進行了比較,驗證了雕刻機床的加工精度,精度滿足設計要求。
    
    
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