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        智能寫(xiě)字雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2017-07-26 15:59:57卓洋洋劉代榮嚴(yán)紀(jì)志王君普
        科技視界 2017年7期
        關(guān)鍵詞:雕刻機(jī)步進(jìn)電機(jī)

        卓洋洋 劉代榮 嚴(yán)紀(jì)志 王君普

        【摘 要】本設(shè)計(jì)以臺(tái)達(dá)DVP-20PM00M專業(yè)運(yùn)動(dòng)型PLC為控制器,利用AutoCAD,結(jié)合燕秀工具對(duì)圖片漢字進(jìn)行分解,利用Mastercam X生成G代碼導(dǎo)入PMSOFT編程軟件生成梯形圖,最終通過(guò)程序設(shè)計(jì)精確控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)寫(xiě)字筆進(jìn)行漢字書(shū)寫(xiě)。如把寫(xiě)字筆換成激光器還可以進(jìn)行各種雕刻。

        【關(guān)鍵詞】PLC;AutoCAD;步進(jìn)電機(jī);雕刻機(jī)

        1 系統(tǒng)組成

        智能寫(xiě)字雕刻機(jī)以步進(jìn)電機(jī)作為控制對(duì)象,以Auto CAD作為輸入窗口,進(jìn)行漢字坐標(biāo)提取,采用同步帶直線模組滑臺(tái)帶動(dòng)寫(xiě)字筆(或雕刻頭)在二維平面的運(yùn)動(dòng)軌道上實(shí)現(xiàn)連續(xù)精確的運(yùn)行。

        系統(tǒng)主要由運(yùn)動(dòng)控制模塊、PLC控制模塊、人機(jī)模塊、數(shù)控導(dǎo)軌模塊、供電模塊、開(kāi)關(guān)模塊等組成。

        運(yùn)動(dòng)控制模塊以直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ),采用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象在XYZ三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。PLC控制模塊以臺(tái)達(dá)PLC為控制核心,通過(guò)對(duì)檢測(cè)模塊的反饋信息進(jìn)行分析,將控制信息發(fā)送至被控對(duì)象,控制寫(xiě)字筆(或雕刻頭)的運(yùn)行軌跡。人機(jī)模塊通過(guò)Auto CAD作為輸入窗口,進(jìn)行漢字坐標(biāo)提取,通過(guò)RS232傳入PLC進(jìn)行分析。數(shù)控導(dǎo)軌模塊采用KM3305A同步帶直線模組滑臺(tái),控制寫(xiě)字筆(或雕刻頭)在二維平面的運(yùn)動(dòng)軌道,實(shí)現(xiàn)連續(xù)精確的運(yùn)行。供電模塊采用開(kāi)關(guān)電源,為主電路及其控制系統(tǒng)供電。開(kāi)關(guān)模塊用于控制電路通斷。

        2 硬件選擇

        2.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇

        步進(jìn)電機(jī)是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制電機(jī)。它的直線位移量或角位移量與脈沖信號(hào)數(shù)成正比,而與負(fù)載大小無(wú)關(guān)(在非超載的情況下),因此通過(guò)控制脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù),就能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的精確定位。同時(shí),步進(jìn)電機(jī)的直線速度或轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比,通過(guò)改變電脈沖的頻率就能在很大范圍內(nèi)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到調(diào)速的目的,并能快速起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。

        本設(shè)計(jì)選用臺(tái)達(dá)ECMA系列單相步進(jìn)電機(jī)ECMA-C2060RS作為被控對(duì)象,額定電壓為交流220V,額定輸出功率為400W,最大轉(zhuǎn)矩為47.74N/M,編碼器分辨率為17bit,高速脈沖輸入為4MPPS。它不僅能滿足設(shè)計(jì)的要求,而且更加經(jīng)濟(jì),性價(jià)比高。

        2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇

        步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收從PLC發(fā)出的脈沖信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移,換句話說(shuō),步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器每接收一個(gè)脈沖信號(hào),就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。因此步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和脈沖信號(hào)的頻率成正比,通過(guò)控制脈沖信號(hào)的頻率,就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行精確的調(diào)速。同時(shí),控制輸入脈沖的個(gè)數(shù),就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精確定位。

        本設(shè)計(jì)選用了一款與ECMA系列步進(jìn)電機(jī)相匹配的高電壓、高電流、雙路全橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L298。L298提供兩個(gè)使能輸入端,可以在不依賴于輸入信號(hào)的情況下,使能或禁用L298器件。L298低位晶體管的發(fā)射器連接到一起,而其對(duì)應(yīng)的外部端口則可用來(lái)連接一個(gè)外部感應(yīng)電阻。L298還提供一個(gè)額外的電壓輸入,所以其邏輯電路可以工作在更低的電壓下。其最大工作電流4A,電壓DC 4.5V~46V。

        2.3 PLC的選擇

        選用臺(tái)達(dá)DVP-20PM00M型號(hào)的PLC,有16個(gè)I/O接口,最大可擴(kuò)展I/O至512點(diǎn),內(nèi)置10K容量的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,64K容量的ROM程序存儲(chǔ)器。

        2.4 人機(jī)模塊的選擇

        人機(jī)模塊是人機(jī)信息交換的重要部分,是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的重要途徑。通過(guò)人機(jī)模塊,把自己的想法變成程序輸入到機(jī)器中,也能通過(guò)人機(jī)模塊向人們提供需要的信息。

        本設(shè)計(jì)選用Auto CAD為人機(jī)模塊。利用Auto CAD,結(jié)合燕秀工具對(duì)圖片漢字進(jìn)行分解,利用Mastercam X生成G代碼導(dǎo)入PMSOFT編程軟件生成梯形圖,最終把程序送入到PLC中,以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。

        2.5 滑臺(tái)的選擇

        本設(shè)計(jì)選用了三維十字珠絲滑臺(tái)線性模組。用聯(lián)軸器將步進(jìn)電機(jī)與滑臺(tái)珠絲桿聯(lián)接,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滑臺(tái)做勻速、加減速的自動(dòng)往返運(yùn)行。

        3 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        區(qū)別與已有的XY雙軸寫(xiě)字雕刻機(jī),本設(shè)計(jì)以PLC控制器為基礎(chǔ),具有XYZ三軸閉環(huán)高精度寫(xiě)字雕刻功能,能夠進(jìn)行各種文字的書(shū)寫(xiě)及其雕刻。以對(duì)A4紙點(diǎn)陣化X、Y找點(diǎn)為基礎(chǔ),設(shè)置Z軸的0與1位置(0與紙面接觸,1離開(kāi)紙面),利用Auto CAD準(zhǔn)確提取漢字的坐標(biāo),將坐標(biāo)送入PLC進(jìn)行分析。

        PLC上電后,通過(guò)Auto CAD繪制的圖形轉(zhuǎn)換的梯形圖輸入到PLC中,打開(kāi)手動(dòng)開(kāi)關(guān),PLC立即發(fā)出脈沖,通過(guò)Y0~?Y7把脈沖序列傳送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器立即驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滑臺(tái)上的寫(xiě)字筆(或雕刻頭)做勻速的自由往返運(yùn)動(dòng),觸碰到滑臺(tái)任何一個(gè)限位開(kāi)關(guān)后將換向。

        4 創(chuàng)新與應(yīng)用

        本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)。(1)利用Auto CAD為基礎(chǔ)準(zhǔn)確提取漢字的坐標(biāo);(2)采用三軸閉環(huán)控制系統(tǒng)控制精度高;(3)采用導(dǎo)軌式機(jī)械手臂,控制簡(jiǎn)潔方便。

        實(shí)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于平面焊接、鉆孔、點(diǎn)膠,應(yīng)用于美學(xué)的雕刻、書(shū)寫(xiě)以及醫(yī)療、軍工等精度要求較高、重復(fù)工作的地方。本設(shè)計(jì)性價(jià)比高,便于組裝與維修,提高了生產(chǎn)的效率。

        [責(zé)任編輯:張濤]

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