徐顯超　張鼎宸　黃盼偉　盧翔

【摘 要】現(xiàn)有常規(guī)的機(jī)翼成型方式成型周期長(zhǎng)，成型費(fèi)用高。本設(shè)備輸入翼根以及翼尖數(shù)據(jù)，即可快速切割出需要的泡沫機(jī)翼。GCODE作為成熟的機(jī)床控制語(yǔ)言，其代碼結(jié)構(gòu)邏輯可以很好的適用于本設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】機(jī)翼；快速成型；GCODE

1 總體設(shè)計(jì)

本設(shè)備總體上分為執(zhí)行成型工作的機(jī)械、控制部分以及生成GCDDE代碼的代碼生成器部分。機(jī)械部分由兩部分組成，一部分控制翼根形狀，另一部分控制翼尖形狀，這兩部分結(jié)構(gòu)大致相同，都是使切割絲可以根據(jù)程序沿著平面運(yùn)動(dòng)。機(jī)械部分受控于控制器，控制器根據(jù)代碼來(lái)控制機(jī)械設(shè)備行進(jìn)的位置、速度以及起停。由于現(xiàn)有的翼型數(shù)據(jù)無(wú)法直接用于加工，所以需要設(shè)計(jì)一套專(zhuān)門(mén)的代碼生成器，將翼型數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際需要轉(zhuǎn)化為可用來(lái)加工的GCODE代碼。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)

3 滑車(chē)設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)有的gcode代碼控制板可以控制四路步進(jìn)電機(jī)。因此，設(shè)計(jì)兩個(gè)可在平面移動(dòng)的滑臺(tái)，其中xy軸用于翼根形狀控制，ze軸用于翼尖形狀控制。兩者結(jié)構(gòu)大體一致。一個(gè)可以前后移動(dòng)的底層滑車(chē)，滑車(chē)上安裝一個(gè)可以上下移動(dòng)的上層滑車(chē)，移動(dòng)全部由步進(jìn)電機(jī)控制。上層滑車(chē)有一個(gè)金屬孔，用于穿過(guò)熱切割絲。

由于下層滑車(chē)需要拖動(dòng)上面的上層滑車(chē)，為了保證穩(wěn)定，采用16m的滑軌。因此滑車(chē)整體重量較大?，F(xiàn)有的控制板采用2.5a步進(jìn)電機(jī)控制器，42步進(jìn)電機(jī)，由于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電流較小，步進(jìn)電機(jī)尺寸不大，步進(jìn)電機(jī)扭矩是非常有限的，其參數(shù)如圖所示。由圖3.5可知，步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)底層滑車(chē)是遠(yuǎn)不夠扭矩的。因此，底層滑車(chē)采用絲桿方式驅(qū)動(dòng)。底層滑車(chē)負(fù)載較重，縱向橫向長(zhǎng)度都較大，容易出現(xiàn)傾斜等問(wèn)題，因此，底層滑車(chē)采用四個(gè)滑塊。上層滑車(chē)由于重量輕，阻力小，為了減小重量減小底層滑車(chē)的負(fù)擔(dān)起見(jiàn)，采用同步帶輪驅(qū)動(dòng)。采用12mm滑軌，雙滑塊。

4 切割絲設(shè)計(jì)

由于切割絲在切割時(shí)長(zhǎng)度時(shí)刻在變化，而且切割時(shí)必須以一個(gè)合適的力張緊。張緊力過(guò)小將使得切割絲在切割的過(guò)程中彎曲，影響切割值準(zhǔn)確性。張緊力過(guò)大容易使得切割絲在切割時(shí)斷裂。因此，盡量保持切割絲張緊力恒定不變。

基于以上要求，切割絲一端保持不變，另一端通過(guò)滑輪吊一重物進(jìn)行張緊，重物可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整重量。固定端連接電源正極，連接方式為固定，活動(dòng)端跨過(guò)滑輪，滑輪為銅制，滑輪連接電源負(fù)極，通過(guò)滑輪給切割絲通電。

5 GCODE代碼變換程序邏輯設(shè)計(jì)

由于翼型數(shù)據(jù)為頂點(diǎn)為0長(zhǎng)度為1，迎角為0的點(diǎn)陣坐標(biāo)。如圖3所示，其中第一列為橫軸坐標(biāo)，第二列為縱軸坐標(biāo)。而能夠用于加工的GCODE代碼如圖二所示，其中X后面的坐標(biāo)為翼根橫軸位置，Y后面的數(shù)值為翼根縱軸位置；Z后面的數(shù)組為翼尖橫軸位置；E后面的數(shù)值為翼尖縱軸位置。因此要根據(jù)實(shí)際需要，將翼型數(shù)據(jù)進(jìn)行變換。其中變換分為以下幾個(gè)步驟：

（1）翼根翼尖原始數(shù)據(jù)縮放

根據(jù)需要的翼根，翼尖所需的弦長(zhǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)縮放器計(jì)算公式如下：

其中x為翼根橫軸的實(shí)際坐標(biāo)，x0為翼根橫軸的原始坐標(biāo)，y為翼根縱軸的實(shí)際坐標(biāo)，y0為翼根縱軸的原始坐標(biāo)，z為翼尖橫軸的實(shí)際坐標(biāo)，z0為翼尖橫軸的原始坐標(biāo)，e為翼尖縱軸的實(shí)際坐標(biāo)，e0為翼根縱軸的原始坐標(biāo)，

a為翼根弦長(zhǎng)，單位為毫米，b為翼尖弦長(zhǎng)，單位為毫米。

（2）橫軸數(shù)據(jù)倒置。

由于翼型數(shù)據(jù)的首行橫軸坐標(biāo)為其最大值，但切割設(shè)備起始位置為0，因此，為了便于切割，需要將橫軸數(shù)據(jù)倒置。

其中x1為前后變換完成后翼根橫軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)，z1為前后變換后翼尖橫軸坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

（3）翼根滑車(chē)數(shù)據(jù)縮放

如圖4所示：圖4為俯視示意圖，其中兩端細(xì)黑線(xiàn)為滑車(chē)所在的位置，黑色粗線(xiàn)框?yàn)樾枰臋C(jī)翼的平面圖，a為翼根，b為翼尖，y為單邊機(jī)翼長(zhǎng)度，切割時(shí)翼尖靠近切割機(jī)滑車(chē)，翼根和翼根端滑車(chē)的距離為x。由圖四可知，翼根端滑車(chē)需要移動(dòng)的距離將d大于翼根弦長(zhǎng)a。因此需要對(duì)翼根數(shù)據(jù)進(jìn)行變換

（4）翼根翼尖數(shù)據(jù)平面移動(dòng)

由于機(jī)翼存在上反角以及后掠角。因此將對(duì)變換的數(shù)據(jù)進(jìn)行平移操作，通過(guò)控制翼根翼尖橫坐標(biāo)的差距來(lái)控制機(jī)翼的后掠角，通過(guò)控制翼根翼尖縱軸坐標(biāo)來(lái)控制機(jī)翼上反角。

（5）增加前綴后綴并且整合數(shù)據(jù)。

將變換完成的坐標(biāo)數(shù)據(jù)增加X(jué)、Y、Z、E以及其他前綴后綴并組合，使其能夠被控制器識(shí)別。

6 總結(jié)

通過(guò)gcode可以快速實(shí)現(xiàn)機(jī)翼快速成型設(shè)備設(shè)計(jì)，并且取得良好的切割效果，單次切割以及準(zhǔn)備時(shí)間僅需10min，大大縮短了機(jī)翼成型時(shí)間。

[責(zé)任編輯：朱麗娜]