基于CAD/CAM的宝石加工设备控制系统设计与实现
发布时间：2020-12-24 12:41
该设备基于CAD/CAM集成理论,采用上位机与下位机结合的人机交互方法,实现宝石的设计、围型、刻磨和抛光一体化加工。首先分析了实现设备的各部位运动功能的控制原理,然后用加工数据与控制程序分离的方案分别对上位机和下位机控制系统进行开发。上位机控制软件的开发在VC++环境中完成,通过构建加工数据结构,把图形文件信息转换成下位机能够识别运行的数据。下位机以STM32F10X系列MCU为控制核心,辅以专用的电机,配合传感器和光栅尺,接收上位机信号后采用闭环控制算法。系统进行数据处理后,在专用电机的驱动下自动执行宝石的加工工序。测试表明,该系统提高了宝石加工的精度和效率。
【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2016年10期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
宝石加工设备正视图
?J5)，同时M4根据需要打磨的刻面控制倾角将宝石摆动到刻面与磨盘平行的位置(J4)，M1和M2根据具体情况做直线或者曲线运动带动宝石到研磨盘中心上方(J1和J2)，然后M3做下降动作与磨盘接触准备打磨(J3)。当一个切面完成后M3带动宝石离开磨盘(J3)同时M5将宝石切换到另一个圆周切面(J5)研磨。完成所有规定切面的研磨后，由M1带动宝石做X轴方向的平移(J1)到达抛光盘，抛光、圈石与研磨的动作类似。每次动作各个部位电机的运动参数都可以预先在上位机CAD系统设置好再通过下位机实现宝石的自动加工。图1宝石加工设备正视图图2宝石加工设备右视图图3宝石加工设备俯视图2机械运动控制系统原理由机械的运动方式可以设计出宝石加工设备的控制系统，包括升降系统，旋转机构，倾角系统以及X、Y轴运动系统。如图4是宝石加工设备控制系统的组成框图。图4宝石加工设备控制系统的组成框图2．1升降系统的控制升降系统由步进电机［5］作为动力执行部件，基准位置传感器和位移光栅传感器作为高度距离标准反馈元件，基准位置传感器采用光电开关。升降系统总成的控制原理是:在机器复位时，MCU发出指令，升降步进电机按一定的方向转动使得机械手上升到光电开关位置，再找到光栅零点位置后停止;在上位机发出研磨工作指令后，升降电机根据MCU给定的指令执行相应的动作，并由光栅实时反馈位移量给MCU进行实时分析补偿防止丢步和间隙所带来的移动误差。由于光电开关存在0．02mm左右的重复误差，所以加入高精度的电子光栅尺作为位移传感反馈和基准反馈，光电开关为粗基准位置，而光栅的Z线输出则作为精基准位置，重复误差不超过0．01mm。另外丝杆的螺纹间隙也存在误差，将步进电机进行25细分，丝杆导程为5mm，理论上，步进电机走1步，丝杆传动距
本文所述的宝石加工设备采用上位机与下位机结合的方式来完成宝石的加工，以VC++为开发平台，建立了宝石各种形状及加工特性的数据库，并开发了相应控制算法。整个系统实现了宝石设计、围型、研磨和抛光一体化加工的方法，提高了宝石加工的精度和效率［2］。1宝石加工设备的机械结构和驱动方式该宝石加工设备机构主要由三平移两旋转五个关节依次串联而成，分别由5个不同的步进电机和伺服电机控制运动。如图1～图3所示，步进电机M1、M2可通过滚珠直线导轨使宝石做X、Y轴方向的往复运动，步进电机M3通过滚珠丝杆使宝石做Z轴方向的升降运动，伺服电机M4控制宝石的倾角运动，步进电机M5控制宝石的360°旋转运动。J1～J5分别对应M1～M5带动宝石杆和磨盘的动作。加工设备的工艺流程是:下料切割、围型、石坯抛光、粘石、刻磨抛光冠部、反石、刻磨抛光亭部［3-4］。研磨时M5旋转机构带动宝石切换到需要研磨的切面(J5)，同时M4根据需要打磨的刻面控制倾角将宝石摆动到刻面与磨盘平行的位置(J4)，M1和M2根据具体情况做直线或者曲线运动带动宝石到研磨盘中心上方(J1和J2)，然后M3做下降动作与磨盘接触准备打磨(J3)。当一个切面完成后M3带动宝石离开磨盘(J3)同时M5将宝石切换到另一个圆周切面(J5)研磨。完成所有规定切面的研磨后，由M1带动宝石做X轴方向的平移(J1)到达抛光盘，抛光、圈石与研磨的动作类似。每次动作各个部位电机的运动参数都可以预先在上位机CAD系统设置好再通过下位机实现宝石的自动加工。图1宝石加工设备正视图图2宝石加工设备右视图图3宝石加工设备俯视图2机械运动控制系统原理由机械的运动方式可以设计出宝石加工设备的控制系统，包括升降系统，旋转机构，倾角系统以及X、Y轴运动系统。如图4是宝石加工设备
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DSP宝石加工机械手控制系统设计与实现[J]. 熊毅,玉振明,陈炳忠. 组合机床与自动化加工技术. 2011(08)
[2]伺服电机选型的原则和注意事项[J]. 王军锋,唐宏. 装备制造技术. 2009(11)
[3]基于STM32F10x和MDK的步进电机控制系统设计[J]. 库少平,刘晶. 武汉理工大学学报. 2009(03)
[4]梧州人造宝石产业集群发展存在的问题与对策[J]. 郭美斌. 企业经济. 2007(09)
[5]宝石加工方法的演变和发展[J]. 周树礼. 宝石和宝石学杂志. 2003(04)
[6]宝石琢型电脑设计[J]. 周汉利. 宝石和宝石学杂志. 2001(03)
硕士论文
[1]步进电机的精确控制方法研究[D]. 刘宝志.山东大学 2010
[2]蜗轮蜗杆传动强度精细分析[D]. 柴群.大连交通大学 2007
本文编号：2935674
【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2016年10期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
宝石加工设备正视图
?J5)，同时M4根据需要打磨的刻面控制倾角将宝石摆动到刻面与磨盘平行的位置(J4)，M1和M2根据具体情况做直线或者曲线运动带动宝石到研磨盘中心上方(J1和J2)，然后M3做下降动作与磨盘接触准备打磨(J3)。当一个切面完成后M3带动宝石离开磨盘(J3)同时M5将宝石切换到另一个圆周切面(J5)研磨。完成所有规定切面的研磨后，由M1带动宝石做X轴方向的平移(J1)到达抛光盘，抛光、圈石与研磨的动作类似。每次动作各个部位电机的运动参数都可以预先在上位机CAD系统设置好再通过下位机实现宝石的自动加工。图1宝石加工设备正视图图2宝石加工设备右视图图3宝石加工设备俯视图2机械运动控制系统原理由机械的运动方式可以设计出宝石加工设备的控制系统，包括升降系统，旋转机构，倾角系统以及X、Y轴运动系统。如图4是宝石加工设备控制系统的组成框图。图4宝石加工设备控制系统的组成框图2．1升降系统的控制升降系统由步进电机［5］作为动力执行部件，基准位置传感器和位移光栅传感器作为高度距离标准反馈元件，基准位置传感器采用光电开关。升降系统总成的控制原理是:在机器复位时，MCU发出指令，升降步进电机按一定的方向转动使得机械手上升到光电开关位置，再找到光栅零点位置后停止;在上位机发出研磨工作指令后，升降电机根据MCU给定的指令执行相应的动作，并由光栅实时反馈位移量给MCU进行实时分析补偿防止丢步和间隙所带来的移动误差。由于光电开关存在0．02mm左右的重复误差，所以加入高精度的电子光栅尺作为位移传感反馈和基准反馈，光电开关为粗基准位置，而光栅的Z线输出则作为精基准位置，重复误差不超过0．01mm。另外丝杆的螺纹间隙也存在误差，将步进电机进行25细分，丝杆导程为5mm，理论上，步进电机走1步，丝杆传动距
本文所述的宝石加工设备采用上位机与下位机结合的方式来完成宝石的加工，以VC++为开发平台，建立了宝石各种形状及加工特性的数据库，并开发了相应控制算法。整个系统实现了宝石设计、围型、研磨和抛光一体化加工的方法，提高了宝石加工的精度和效率［2］。1宝石加工设备的机械结构和驱动方式该宝石加工设备机构主要由三平移两旋转五个关节依次串联而成，分别由5个不同的步进电机和伺服电机控制运动。如图1～图3所示，步进电机M1、M2可通过滚珠直线导轨使宝石做X、Y轴方向的往复运动，步进电机M3通过滚珠丝杆使宝石做Z轴方向的升降运动，伺服电机M4控制宝石的倾角运动，步进电机M5控制宝石的360°旋转运动。J1～J5分别对应M1～M5带动宝石杆和磨盘的动作。加工设备的工艺流程是:下料切割、围型、石坯抛光、粘石、刻磨抛光冠部、反石、刻磨抛光亭部［3-4］。研磨时M5旋转机构带动宝石切换到需要研磨的切面(J5)，同时M4根据需要打磨的刻面控制倾角将宝石摆动到刻面与磨盘平行的位置(J4)，M1和M2根据具体情况做直线或者曲线运动带动宝石到研磨盘中心上方(J1和J2)，然后M3做下降动作与磨盘接触准备打磨(J3)。当一个切面完成后M3带动宝石离开磨盘(J3)同时M5将宝石切换到另一个圆周切面(J5)研磨。完成所有规定切面的研磨后，由M1带动宝石做X轴方向的平移(J1)到达抛光盘，抛光、圈石与研磨的动作类似。每次动作各个部位电机的运动参数都可以预先在上位机CAD系统设置好再通过下位机实现宝石的自动加工。图1宝石加工设备正视图图2宝石加工设备右视图图3宝石加工设备俯视图2机械运动控制系统原理由机械的运动方式可以设计出宝石加工设备的控制系统，包括升降系统，旋转机构，倾角系统以及X、Y轴运动系统。如图4是宝石加工设备
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DSP宝石加工机械手控制系统设计与实现[J]. 熊毅,玉振明,陈炳忠. 组合机床与自动化加工技术. 2011(08)
[2]伺服电机选型的原则和注意事项[J]. 王军锋,唐宏. 装备制造技术. 2009(11)
[3]基于STM32F10x和MDK的步进电机控制系统设计[J]. 库少平,刘晶. 武汉理工大学学报. 2009(03)
[4]梧州人造宝石产业集群发展存在的问题与对策[J]. 郭美斌. 企业经济. 2007(09)
[5]宝石加工方法的演变和发展[J]. 周树礼. 宝石和宝石学杂志. 2003(04)
[6]宝石琢型电脑设计[J]. 周汉利. 宝石和宝石学杂志. 2001(03)
硕士论文
[1]步进电机的精确控制方法研究[D]. 刘宝志.山东大学 2010
[2]蜗轮蜗杆传动强度精细分析[D]. 柴群.大连交通大学 2007
本文编号：2935674
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