小型CNC雕刻机设计
时间：2025-05-16
第2期2011
年2月组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueNo.2Feb.2011
文章编号:1001-2265(2011)02-0100-03
小型CNC雕刻机设计
龚志远
(华东交通大学,南昌 330013)
3
摘要:文中设计的雕刻机是一种小型龙门式三轴雕刻机,是面向中小型单位和个人用户的经济型产品,加工范围为400
×200×50mm,主要是加工铝镁合金、工程塑料等非黑色金属材料。根据初始条件,计算主切削力和Y、Z三个方向的分力,以及工进速度,选择相应的步进电机、滚珠丝杠、轴承和导轨机MACH3的25针输出并口配置,完成电路系统的设计;软件,。将获取的加工代码导入至MACH3,,。
关键词:雕刻机;;A
DesignofSmallCNCEngravingMachine
GONGZhi2yuan
(EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China)
Abstract:Thispaperdesigningasmallopen2looptypeofengravingmachine,whichisasmallgantryaxischeapproductforsmallandmediumunitsandindividualusers.Itsprocessingrangeis400&200&50millime2ters,whichmainlyprocessesaluminum2magnesiumalloy,engineeringplasticandothernon2ferrousmetalma2terials.Accordingtoinitialconditions,wecancalculatethemaincuttingforceanddivideitintocomponentsinX
Y
Z
2
:
2
小型单位的低成本雕刻机,具有机构简单,传动链短,
精度高;开环系统,易于控制,调试简单,维护方便等特点,为中小用户和个人用户提供经济高效的雕刻机,从而拓宽现有雕刻机的用户量。
0 引言
雕刻机从最初的刻字机、刻章机到三轴雕刻机、四轴雕刻机,制作工艺日渐成熟,应用范围也日渐广泛,大到楼房建筑的装饰,小到产品的标识铭牌,无处不在。市面上出现的雕刻机产品,虽然性能较好,但价格非常昂贵,普通的雕机都是万元以上。美国“雕霸”、法国“嘉宝”和日本“御牧”是此行业的佼佼者,但价格更是昂贵,令一些小单位及个人用户望而却步。本设计的雕刻机是一种经济型雕刻机,是面向个人和
1 雕刻机机械结构
雕刻机主要包括主轴和Z轴部件、X轴部件、Y轴部件和工作台几个部分,其虚拟装配如图1所示。
以计算最大主切削力Fc,确定最大主轴转速Vmax
和输出转矩,选定主轴电机型号为E240直流电机,根
收稿日期:2010-07-05
3基金项目:华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室资助(09JD08)
作者简介:龚志远(1966—),男,南昌人,华东交通大学副教授,研究方向为机械电子工程,(E-mail)gongzy@http://www.77cn.com.cn。
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年2月 龚志远:小型CNC雕刻机设计
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选定相应的驱动芯片THB7128,设计外围电路,如拨码开关设置细分驱动数,电流设定端VERF的电压大小和外接检测电阻Rs大小。接口电路与上位机MACH3的输出端口25针脚并口相衔接,包括正反转,脉冲输入,以及两级电路的隔离、防噪等。
模块1:并口DB25针脚连接。
接口板与上位机的并口DB25针接口引脚的连接图分为输入、输出和未定义三种信号引脚。25针中2-9针和14号引脚是输出信号,即电机的脉冲、方向
图1 整机虚拟装配图
,、方向和2:。,以及驱动芯片的,包括细分数、驱动电
流、斩波频率等。
模块3:行程限位开关和急停按钮。模块4:手动控制模块。
在对刀或者进行工件试切的时候,需要在下位机通过按钮进行对刀或试切,以方便技术人员进行操作,提高效率。555脉冲发生器通过外接变位器,提供频率可调的脉冲,使得在刀具在三个方向均能获得不同的进给速度。
模块5:电源供应。
将220V的交流电转变成较稳定的直流电。模块6:主轴直流电机PWM调速。
在电路中加一个频率和占空比可调的脉宽调制控制电路,一个可以放大和续流电路,使主轴电机的转速在一定范围内可调。
据X和Y方向的负载条件,选定滚珠丝杆副为GD系列,同时进行校核,为57BYG4504,母,主轴和Z、刀具的部件,实现机床的主运动和刀具在Z方向的抬刀和下刀;
X轴部件:安装步进电机,承载主轴和X轴部件
的重量,实现刀具在X轴方向的进给运动;
Y轴部件:安装步进电机,承载Y轴部件的重量,实现刀具在Y轴方向的进给运动;
工作台:安装夹具,安放工件。
2 雕刻机接口电路结构
根据执行电机的电特性和PC机的并口配置,确定电路的输入输出,解决脉冲环分、正反转、信号反馈、电流设定等格式匹配问题,完成了接口电路的设计,其接口电路原理如图2所示。
电路接口电路的设计根据步进电机的性能参数,
图2 接口电路原理图
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组合机床与自动化加工技术
313 模拟仿真
第2期
3 雕刻机控制系统及加工模拟
软件控制系统是根据加工对象,抽象出刀具加工路径,获取加工代码,将代码导入MACH3进行加工仿真。根据加工要求对MACH3的参数设置,涵括进给
速度Vf,加减速时间Δt,工件偏移量,刀具信息等。根据用户提供的待加工图形,应用TPYE3、LAZYCAM或PRO/E等软件把图形转化成具有一定刀具路径的加
现以加工图5所示的校徽轮廓为例,整体介绍上位机控制软件的应用:
工代码。设置好MACH3的通信协议后,将代码导入至MACH3中,设置符合加工过程的信息参数。MACH3将根据代码和设定的参数通过输出端口输出
符合加工特性的频率、25口,由此完成了基于设计。(),”,使得输出口电平复位。“回原点”操作,机床回原点,再加载G代码;
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