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用高速雕铣机实验机的研制

作者: 发布时间:2020-03-05 14:32:45点击:1335

高速雕铣机是数控技术与雕刻、铣削工艺相结合的产品。高速雕铣机机包括机械部分、步进电机、驱动电路、软件控制等几个重要的组成部分。本系统采用步进电机驱动滚珠丝杠带动各轴运动,成“雕”、“切”、“钻”、“铣”工作。其结构简单,生产成本低,精度高,刚性好。能满足教学和市场需求。高速雕铣机机集雕刻、铣削、钻孔为一体,克服了数控雕刻机不能铣、钻,数控铣床不能雕刻的缺点,广泛的用于各种材料的文字雕刻、艺术浮雕、印刷电路板制作、个性印章铭牌制作及小型模具加工(如塑料模、冲压模、纽扣模、五金模、玻璃模)和精密钻孔…。目前,虽然高速雕铣机机的技术已经比较成熟,生产的产品性能趋于稳定。但是大都体积庞大,结构复杂,价格昂贵,有些方面不太适应高校的教学特点。

另外,高校教育经费紧张是一个共性问题,为满足高校实验教学的需要,节约教育经费。经多方调研论证,我们对教学用经济型数控雕刻机进行研制,经在实践教学中使用,学生反应良好,填补了我校空白,整台机器不足市场价格的1/5,解决了学校经费不足的矛盾。雕铣机分立式和卧式两种。本方案选用立式。机架采用槽刚焊接,刚性较好。立柱固定,高速雕铣头完成雕铣工作,并随X轴和Z轴作横向移动和上下移动,工作台作l,轴纵向移动。如图l所示,该结构体积较小,刚性较好,结构简单,制造容易,成本较低,能完成各种材料和复杂形状零件的雕铣工作。

步进电机通过连轴器带动滚珠丝杠副运动;采用滑动圆导轨支承。圆导轨导向平稳,导向精度高,不易积存切屑,每轴配正负限位开关和光栅尺,以提高机床的控制精度和安全可靠性。雕铣机的硬件设计主要包括主控系统,主轴电动机控制方案设计,伺服驱动控制方案设计,传感器设计和通讯接口方案设计。

本雕铣机数控系统是完全PC型,既以软件为主的数控系统。系统的管理和运动控制程序全部基于PC资源个体结构,完全PC型数控系统以应用软件的形式实现运动控制。CNC功能全部由应用软件实现。而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部l/O之间的标准化接口,具有更好的开放性,能实现NC内核的开放,用户界面的开放。采用完全PC型数控体系结构,可以简化硬件结构,依靠和发挥软件技术优势,提高系统性能,降低成本等。雕铣机采用联想开天2800商用机。主控部分采用845GL主板,利用PC机并行接口通过硬件电路来完成PC机与雕铣机之间的控制和通讯。


本高速雕铣机机械本体由我校自己设计,并采用SolidEdge优化设计,并委托校工程训练中心加工组装。机床采用立式结构,三轴联动,用高性能的变频器来控制主轴电机。更高转速为28000r/min大大提高其切削性能,每轴均配有正负限位开关和光栅尺,以提高机床的控制精度和安全性。

并行通信要将计算机中的需要雕刻的图形数据传到雕刻机中,就需要进行计算机与雕刻机之间的通讯。目前雕铣机中常用的通讯接口主要有并行接口和串行接口。由于并行口功能简单,易于管理,所以利用并行口开发专用测试与控制系统非常普遍,如简单的数据采集、连网控制、打印共享等。


因此,本高速雕铣机采用并行接口。系统硬件充分利用计算机并口的系统资源,将并行端口内部的数据寄存器、状态寄存器、控制寄存器作为数据的输入、输出端口。并口使用的系统资源不能与包括别的并口在内的其他系统组件所占用的源相冲突。每个接口占用一个地址段,可以配置IRQ(中断请求)等级或DMA通道。标准并行接口使用三个连续地址,即:3BCh,3BDh,3BEh。其中,个地址是接口的基地址,也称为数据寄存器地址或接口地址;第二个地址为接口的状态寄存器地址;第三个是控制寄存器地址。在早期的PC机中,并口基地址是3BCh,新型系统采用378h作为基地址。系统为并口保留了上述的三组地址,只要并口硬件兼容,可将它配置到其中任何一个地址域。大多数并口都可以检测来自外设的中断信号。外设可以通过使用中断信号,通知PC机它已做好了接收或发送一个字节的准备。要使用中断,首先要为并口配置中断请求优先级(IRQ)‘引。ECP采用直接存储器访问(DMA,DirectMemoryAccess)方式进行并口的数据传输。在DMA传输过程中,CPU可处理其他工作,从而提高总体效率。要使用DMA方式,必须为并口配置O~3个DMA通道。