CN101791810A - 极坐标数控木工篓铣机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极坐标数控木工篓铣机，包括机械机构和数控机构，所述机械机构包括第一丝杆、第二丝杆、刀架和圆形的工作台，还包括：设置在X轴方向、通过带动第一丝杆转动从而驱动刀架在X轴方向水平运动的第一伺服电机；设置在Z轴方向、通过带动第二丝杆转动从而驱动刀架在Z轴方向垂直运动的第二伺服电机；带动工作台以其中心为转轴旋转的第三伺服电机；所述刀架上安装有圆柱刀具以及驱动圆柱刀具转动的主轴电机；所述工作台的水平面构成极坐标，极点为工作台的转轴，极轴为以工作台的转轴为起点沿X轴方向的射线，极角为工作台的旋转角，极径为工作台的转轴到圆柱刀具中心的距离。本发明采用数控技术，可进行三维立体加工，且加工效率高。

Description

极坐标数控木工篓铣机

技术领域

本发明涉及木工篓铣机技术领域，更具体地说，涉及一种极坐标数控木工篓铣机。

背景技术

木工篓铣机一般指根据具体要求来加工木头曲面的机器。目前，木工篓铣机一般都采用防形机械，如图1所示，现有的木工篓铣机的机械执行部分主要为具有相同的旋转中心的工作台I和工作台II，工作台I上设有滑轮，工作台II上设有圆柱铣刀，另外，还设有靠模，靠模驱动滑轮和圆柱铣刀在X方向同步平移，且使滑轮和圆柱铣刀离工作台的旋转中心的距离相同。当木工篓铣机工作时，工作台I和工作台II以旋转中心为转轴同步转动，同时，靠模驱动滑轮和圆柱铣刀在X方向同步平移，于是，圆柱铣刀会对工件a进行加工，当旋转了防形模具b的最大角度时，将工件a最终加工成与防形模具b相同的形状。可见，现有的木工篓铣机存在以下缺陷：

1)、加工精度无法保证，加工精度除了受到机床、刀具等固定因素的影响，还受到防形模具、靠模等不确定因素的影响，难以保证加工质量；

2)、每种工件都需要特制防形模具，设计周期长，成本高；

3)、加工效率低，由于靠模在X轴方向始终对滑轮和圆柱铣刀有作用力，导致旋转速度受到限制，加工效降率低；

4)、机械体积大，现有的木工篓铣机设有两个工作台，增加了占地面积；

5)、现有的木工篓铣机仅限两轴的铣削加工，无法进行三维的立体加工，使用范围受到限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种极坐标数控木工篓铣机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种极坐标数控木工篓铣机，包括机械机构和对所述机械机构进行控制的数控机构，所述机械机构包括第一丝杆、第二丝杆、刀架和圆形的工作台，还包括：

设置在X轴方向、通过带动第一丝杆转动从而驱动刀架在X轴方向水平运动的第一伺服电机；设置在Z轴方向、通过带动第二丝杆转动从而驱动刀架在Z轴方向垂直运动的第二伺服电机；带动工作台以其中心为转轴旋转的第三伺服电机；

所述刀架上安装有圆柱刀具以及驱动圆柱刀具转动的主轴电机；

所述工作台的水平面构成极坐标，极点为工作台的转轴，极轴为以工作台的转轴为起点沿X轴方向的射线，极角为工作台的旋转角，极径为工作台的转轴到圆柱刀具中心的距离。

本发明所述的极坐标数控木工篓铣机，所述数控机构包括控制主轴电机、第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机工作的应用程序模块、应用平台模块以及系统软件模块。

本发明所述的极坐标数控木工篓铣机，所述应用程序模块包括人机界面单元和过程控制单元；

所述人机界面单元包括通用菜单及实时多任务接口子单元、文本编辑器及实时多任务接口子单元、状态显示及实时多任务接口子单元、故障诊断子单元、网络通信子单元、多文档界面子单元；

所述过程控制单元包括G代码解释子单元、分布式数控及实时多任务接口子单元、可编程逻辑控制及实时多任务接口子单元。

本发明所述的极坐标数控木工篓铣机，所述应用程序模块还包括CAD图形转换单元。

本发明所述的极坐标数控木工篓铣机，所述应用平台模块包括可编程逻辑控制及实时多任务接口单元、系统参数设置单元、传感器设备及实时多任务接口单元、数控设备驱动程序单元、运动控制器、用户自定义及实时多任务接口单元。

本发明所述的极坐标数控木工篓铣机，所述应用平台模块还包括用于提供实时开发环境的实时多任务调度单元及实时多任务接口单元。

本发明所述的极坐标数控木工篓铣机，所述数控机构与第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机之间采用闭环控制。

本发明所述的极坐标数控木工篓铣机，所述数控机构采用HNC21M型数控仿真系统。

本发明所述的极坐标数控木工篓铣机，所述主轴电机带动皮带轮转动从而驱动圆柱刀具转动。

本发明所述的极坐标数控木工篓铣机，所述主轴电机直接带动圆柱刀具转动。

实施本发明的极坐标数控木工篓铣机，具有以下有益效果：

1)采用数控技术，加工精度不受防形模具、靠模等不确定因素的影响，精度较好，加工质量较高；

2)、不需要制作防形模具，采用CAD图形设计直接转化成加工G代码技术，设计周期短，成本低；

3)、圆柱铣刀的旋转速度不受作用力限制，加工效率高；

4)、只设有一个工作台，且采用极坐标加工工艺，在保证加工工件尺寸的前提下减小了机器体积；

5)、采用三轴加工，即可进行三维的立体加工，使用范围大。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有的木工篓铣机的机械执行部分的结构示意图；

图2是本发明极坐标数控木工篓铣机中机械机构的结构示意图；

图3是本发明中工作台构成的极坐标系示意图；

图4是本发明极坐标数控木工篓铣机中数控机构的方框图；

图5是本发明极坐标数控木工篓铣机中数控机构的系统结构图。

具体实施方式

本发明的极坐标数控木工篓铣机包括机械机构和对所述机械机构进行控制的数控机构。如图2所示，是本发明极坐标数控木工篓铣机中机械机构的结构示意图，所述机械机构包括第一丝杆10、第二丝杆20、刀架30和圆形的工作台40，还包括：

设置在X轴方向、通过带动第一丝杆10转动从而驱动刀架30在X轴方向水平运动的第一伺服电机SX；设置在Z轴方向、通过带动第二丝杆20转动从而驱动刀架30在Z轴方向垂直运动的第二伺服电机SZ；带动工作台40以其中心为转轴旋转的第三伺服电机SC；所述刀架30上安装有圆柱刀具31以及驱动圆柱刀具31转动的主轴电机M。

结合图3所示，是本发明中工作台构成的极坐标系示意图。工作台40的水平面构成极坐标，极点O为工作台40的转轴，极轴Ox为以工作台40的转轴为起点沿X轴方向的射线，极角C为工作台40的旋转角，极径R为工作台40的转轴到圆柱刀具31中心的距离，那么，工作台40的转轴到圆柱刀具31中心在X方向上的距离ρ满足以下关系ρ＝RcosC。

于是，若第一伺服电机SX通过带动第一丝杆10转动从而驱动刀架30在X轴方向水平运动，则将改变工作台40的转轴到圆柱刀具31中心的距离R的大小。同时，若第三伺服电机SC带动工作台40以其中心为转轴旋转，那么，旋转角度为即为极角C。进一步地，同时，若第二伺服电机SZ带动第二丝杆20转动从而驱动刀架30在Z轴方向垂直运动，即可进行三维的立体加工，使用范围大。当然，若第二伺服电机SZ不工作，即可实现二维加工。

如图4所示，是本发明极坐标数控木工篓铣机中数控机构的方框图。所述数控机构包括应用程序模块100、应用平台模块200以及系统软件模块300，用于控制主轴电机M、第一伺服电机SX、第二伺服电机SZ和第三伺服电机SC。

如图5所示，是本发明极坐标数控木工篓铣机中数控机构的系统结构图。在数控机构中，应用程序模块100包括人机界面单元和过程控制单元；其中，

所述人机界面单元包括通用菜单及实时多任务接口(application programinterface，简称为API)子单元、文本编辑器及API子单元、状态显示及API子单元、故障诊断子单元、网络通信子单元、多文档界面(Multiple DocumentInterface，简称MDI)子单元；所述过程控制单元包括G代码解释子单元、分布式数控(Distributed Numerical Control，简称DNC)及API子单元、可编程逻辑控制(Programmable Logic Controller，简称PLC)及API子单元。

系统软件模块300包括操作系统及API单元、系统设备驱动及API单元、操作系统及实时内核单元、系统设备驱动程序单元。

应用平台模块200包括系统PLC及API单元、参数设置单元、传感器设备及API单元、数控设备驱动程序单元、运动控制器、用户自定义及API单元。应用程序模块100和应用平台模块200之间采用消息传递机制进行通信。

进一步地，应用平台模块200还包括用于提供实时开发环境的实时多任务调度单元及API单元。API单元为系统提供实时开发环境，应用中，与实时相关的单元通过API与实时多任务调度单元连接。通过API，使本发明的极坐标数控木工篓铣机的实时应用程序与硬件完全隔离，这样，针对不同应用的二次开发只需修改应用程序层软件，而无需与硬件关联。利用应用平台模块200与应用程序模块100的各种实时多任务接口，还可实现对其功能的快速扩展。因此，只需利用相应的实时多任务接口就可完成二次开发。

本发明在应用程序模块100中设置了CAD图形转换单元即“CAD图形转化器”，这样，用户只需要将需要铣削的图形按照要求输入数控机构，即可以自动生成加工G代码，实用起来更加方便。

当然，也采用外部CAD图形转换单元进行转换，转换完以后再导入G代码。

本发明中，优选地，所述数控机构采用HNC21M型数控仿真系统，HNC21M数控仿真系统集合了训练与考核为一体的智能化仿真系统，界面仿真效果与实际设备面板一致，并且仿真实际数控设备面板的基本操作。

另外，所述数控机构与第一伺服电机SX、第二伺服电机SZ、第三伺服电机SC之间采用闭环控制。

所述主轴电机M带动皮带轮转动从而驱动圆柱刀具31转动，当然，也可由主轴电机M直接带动圆柱刀具31转动。

如下，对本发明极坐标数控木工篓铣机中数控机构的操作过程进行阐述：

(一)在人机界面上，对木工参数表进行设置，可对篓铣的基本加工参数进行编写、保存、修改及实用TXT或者DXF文件生成可加工用的G代码。

此处，基本加工参数共有7项：

(1)工作台圆度分度

此参数标识一个圆周摆放相同工件的数量。为了提高加工效率，可一次在工作台圆周上摆放多个相同工件，工件必须成规则形式摆放，相邻工件之间的夹角应该相同，切各工件相同点到圆周距离相同

(2)粗加工次数

标识进行最后一刀精加工前，粗加工的次数。

(3)相邻工件夹角

当工作台上摆放多个零件时，相邻工件之问的夹角(相对工作台中心)。

(4)粗加工进刀量

标识在粗加工过程中每次的切削厚度(X方向)

(5)精加工进刀量

标识精加工(最后一刀)的切削厚度

(6)粗/精加工速度F：

标识加工过程中的联合速度。

(7)刀具半径

标识加工刀具半径。

其中，参数(1)、(3)可以确定工作台上各零件之间的位置；(2)、(4)标识加工过程中，粗加工的总体切削厚度。操作人员在修改加工文件TXT/DXF，或者更换加工文件TXT/DXF之前，如果想要生成复合加工预期的G代码，必须从新设置参数项；同时，在修改了参数项后，想将修改的效果在G代码中从新表现出来，必须从新选择相应的TXT/DXF生成G代码。

(二)生产G代码

操作者可以通过电子盘、DNC、U盘等三种介质选择相应的TXT/DXF文件，配合参数生成加工G代码，系统会自动将所选择的文件去掉其TXT后缀名，并且在其名称最前端添加字母o，以标识为G代码文件。

(三)TXT文件格式约定

为了配合本数控机构自动生成G代码，操作者必须将规定格式的TXT文档存储在电子盘、DNC、U盘等三种介质中；

TXT文件在DOS系统下运行，所以其文件名必须控制在8个字符以内(不包涵后缀名)；

TXT中必须以#BEGIN开始，以#END结束；

TXT文件中个坐标次序为：C，X，Z；后面紧跟加工数据；不要有空格。

(四)图形显示

本数控机构的图形显示可在XYZ平面上显示的，但是其显示模式是极坐标显示。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种极坐标数控木工篓铣机，包括机械机构和对所述机械机构进行控制的数控机构，其特征在于，所述机械机构包括第一丝杆(10)、第二丝杆(20)、刀架(30)和圆形的工作台(40)，还包括：

设置在X轴方向、通过带动第一丝杆(10)转动从而驱动刀架(30)在X轴方向水平运动的第一伺服电机(SX)；设置在Z轴方向、通过带动第二丝杆(20)转动从而驱动刀架(30)在Z轴方向垂直运动的第二伺服电机(SZ)；带动工作台(40)以其中心为转轴旋转的第三伺服电机(SC)；

所述刀架(30)上安装有圆柱刀具(31)以及驱动圆柱刀具(31)转动的主轴电机(M)；

所述工作台(40)的水平面构成极坐标，极点为工作台(40)的转轴，极轴为以工作台(40)的转轴为起点沿X轴方向的射线，极角为工作台(40)的旋转角，极径为工作台(40)的转轴到圆柱刀具(31)中心的距离。

2.根据权利要求1所述的极坐标数控木工篓铣机，其特征在于，所述数控机构包括控制主轴电机(M)、第一伺服电机(SX)、第二伺服电机(SZ)和第三伺服电机(SC)工作的应用程序模块(100)、应用平台模块(200)以及系统软件模块(300)。

3.根据权利要求2所述的极坐标数控木工篓铣机，其特征在于，所述应用程序模块(100)包括人机界面单元和过程控制单元；

所述人机界面单元包括通用菜单及实时多任务接口子单元、文本编辑器及实时多任务接口子单元、状态显示及实时多任务接口子单元、故障诊断子单元、网络通信子单元、多文档界面子单元；

所述过程控制单元包括G代码解释子单元、分布式数控及实时多任务接口子单元、可编程逻辑控制及实时多任务接口子单元。

4.根据权利要求3所述的极坐标数控木工篓铣机，其特征在于，所述应用程序模块(100)还包括CAD图形转换单元。

5.根据权利要求2所述的极坐标数控木工篓铣机，其特征在于，所述应用平台模块(200)包括可编程逻辑控制及实时多任务接口单元、系统参数设置单元、传感器设备及实时多任务接口单元、数控设备驱动程序单元、运动控制器、用户自定义及实时多任务接口单元。

6.根据权利要求5所述的极坐标数控木工篓铣机，其特征在于，所述应用平台模块(200)还包括用于提供实时开发环境的实时多任务调度单元及实时多任务接口单元。

7.根据权利要求1所述的极坐标数控木工篓铣机，其特征在于，所述数控机构与第一伺服电机(SX)、第二伺服电机(SZ)和第三伺服电机(SC)之间采用闭环控制。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的极坐标数控木工篓铣机，其特征在于，所述数控机构采用HNC21M型数控仿真系统。

9.根据权利要求1所述的极坐标数控木工篓铣机，其特征在于，所述主轴电机(M)带动皮带轮转动从而驱动圆柱刀具(31)转动。

10.根据权利要求1所述的极坐标数控木工篓铣机，其特征在于，所述主轴电机(M)直接带动圆柱刀具(31)转动。

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