CN103753218A - 桌面板材钻铣床 - Google Patents

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王武迪
张世达
李文茉
苏鸿全
田月
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Jilin University
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Jilin University
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    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q37/00—Metal-working machines, or constructional combinations thereof, built-up from units designed so that at least some of the units can form parts of different machines or combinations; Units therefor in so far as the feature of interchangeability is important
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/182—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control

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Abstract

本发明涉及一种桌面板材钻铣床，属于工业机械技术领域。该设备包括以下四部分：(1)主体框架、位移台与夹具：包括带有夹持架构的底部框架与三维位移台；(2)执行机构及驱动部分：主要包括三个用以驱动位移台的减速电机以及带有铣刀高速旋转的永磁无刷电机；(3)供电系统：使用220V交流使点接入，12V固定输出的线性稳压电源为控制系统和执行机构的设备供电；(4)控制系统：使用8BIT微控制器作为控制核心，输入设备、输出设备与微控制器相连接。本发明利用永磁无刷电机与立铣刀做切割设备的机械切割系统，可接受多种方式控制的精密位移台系统，操作简单，适用于铣刀控制的人机交互系统，同时使用新型夹具保证板材的安全，在加工时不震动。

Description

桌面板材钻铣床
技术领域
本发明涉及一种桌面板材钻铣床，属于工业机械技术领域。
背景技术
目前板材高级加工中使用的设备主要是钻床、铣床、钻铣床或激光切割设备。钻、铣机床使用高速运动的铣刀或钻头刮削板材，使目标工件不该留有的部分被除去。固定工件的平台或铣刀(钻头等)可以进行位置精确的移动从而确保机床对材料进行准确的刮削。现有钻铣床的加工能力很强，加工精度较高，能够对包括硬质金属在内的多种材料进行复杂的加工。但是，这些机床笨重、巨大，成本很高；在对板材进行一般的切割和钻孔时不够灵活简便，耗时较长；机床操作难度很大，需要通过专业培训的人员进行操作。
激光切割设备利用激光以点阵雕刻和矢量切割的方式照射被切割材料达到切割的目的。激光通过激光器产生后由反射镜传递并通过聚集镜照射到加工物品上，使加工物品(表面)受到强大的热能而温度急剧增加，使该点因高温而迅速的融化或则汽化，配合激光头的运行轨迹从而达到加工的目的。这样的工作方式如同打印机，不同之处在于激光切割机不喷出墨水而是射出高能的激光束切割下方的材料。激光切割设备加工精度很高。但是激光切割只适用于部分质软的材料。同时，激光切割操作复杂，任何加工都需要输入特定格式的数字加工图纸才能进行。并且激光切割设备成本很高。激光切割设备的高能激光具有危险性，且可加工工件的体积相对有限。
另外这两种加工设备在加工板材的时候可能出现较大的震动，对于PCB等类型的板材可能会造成损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种桌面板材钻铣床，以便开发出低成本、操作简便的板材切割机，该钻铣床包括利用永磁无刷电机与立铣刀做切割设备的机械切割系统、可接受多种方式控制的精密位移台系统(包含电子控制组件与算法)和操作简单适用于铣刀控制的人机交互系统，同时使用新型夹具保证板材的安全，在加工时不震动。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种桌面板材钻铣床包括以下四部分：(1)主体框架、位移台与夹具；(2)执行机构及其驱动部分；(3)供电系统；(4)控制系统。各部分功能及连接关系如下：
(1)主体框架、位移台与夹具：包括带有夹持架构的底部框架与三维位移台，位移台分X，Y，Z三部分，位移台与底部框架之间使用螺栓连接；位移台Z安装在位移台X的滑动部分上，位移台X安装在位移台Y的滑动部分上。
(2)执行机构及其驱动部分：主要包括三个用以驱动位移台的减速电机以及带有铣刀高速旋转的永磁无刷电机，四个电机分别配有电子驱动器，永磁无刷电机安装在位移台Z末端的夹具上。
(3)供电系统：使用220V交流使点接入，12V固定输出的线性稳压电源为控制系统(包括微处理器、输入设备、输出设备、检测设备等)和执行机构的设备供电。
(4)控制系统：使用8BIT微控制器作为控制核心，输入设备、输出设备与微控制器相连接；矩阵键盘、线性摇杆和二维摇杆作为控制信号输入设备，数码管与小型液晶显示器作为输出设备反映系统的工作状态和反馈输入信号，同时控制系统配有滑台位置传感器。
上述桌面板材钻铣床具有多种工作模式，各模式工作流程如下：
(1)公共部分：系统开机后会统一进入开机初始化过程，初始化过程中铣刀停转，Z轴滑台提高至最顶端使铣刀位置最高。而后X、Y轴滑台向左上角(相对于操作者方向)移动至最左、最上端；系统进入等待状态。
(2)手动引导模式：等待状态下按动手动引导模式选择按键，进入手动引导状态。此状态下通过阵列键盘的按键可以设置步进电机运动的速度(即位移台运动的速度)、立式铣刀的转速。按一下执行按键铣刀开始按照设定速度转动，若再次按下铣刀停止转动。不论铣刀是否转动，推动线性摇杆或二维摇杆时，铣刀会在相应方向上在位移台的带动下按照设定速度运动。
(3)现场编程模式：等待状态下按动现场编程模式选择按键，进入现场编程控制状态。此时，通过阵列键盘设置步进电机与铣刀的转度。按一下执行按键铣刀开始按照设定速度转动，若再次按下铣刀停止转动。通过简单的编程设置铣刀的运动方向与运动距离。运动形式可以是直线、弧线等多种形式。每一动作结束后，若铣刀没有转动则进入等待状态。
(4)预编程模式：等待状态下按动预编程模式选择按键进入预编程模式。此时，系统会检索扩展卡中的预编程文件，并要求操作员确认。操作员确认执行后铣刀会按照预编程文件执行直至文件结束或收到手动结束的按键信号。执行结束后系统进入等待模式。
该发明的有益效果在于：随着科技的发展，板材加工在工业生产、产品研发、模型制作、教育科研等领域将会起越来越重要的作用。本发明通过优化控制方式，使工程师、科研人员、教师等非专业人员可以简单的加工出精度较高的板材工件。该钻铣床包括利用永磁无刷电机与立铣刀做切割设备的机械切割系统、可接受多种方式控制的精密位移台系统(包含电子控制组件与算法)和操作简单适用于铣刀控制的人机交互系统，同时使用新型夹具保证板材的安全，在加工时不震动。在工业生产上可以降低设备的资金、空间成本，并结合其控制系统提高生产效率。在PCB打样加工等设计后期板材分割的领域可以简化生产流程，提高加工速度。本发明采用与一般精度的工件加工时，加工速度远高于现有设备，且成本等因素均占一定优势，所以本发明将在板材一般分割、钻孔应用场合带来效益。
附图说明
图1为本发明实施例中的桌面板材钻铣床的设计逻辑原理流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
该桌面板材钻铣床包括以下四部分：
(1)主体框架、位移台与夹具。包括带有夹持架构的底部框架与三维位移台。位移台分X，Y，Z三部分。三部分及底部框架之间使用螺栓连接。位移台Z安装在位移台X的滑动部分上，位移台X安装在位移台Y的滑动部分上。
(2)执行机构及其驱动部分。执行结构主要包括三个用以驱动位移台的减速电机以及带有铣刀高速旋转的永磁无刷电机，四个电机分别配有电子驱动器，永磁无刷电机安装在位移台Z末端的夹具上。
(3)供电系统。使用220V交流使点接入，12V固定输出的线性稳压电源为控制系统(包括微处理器、输入设备、输出设备、检测设备等)和执行机构的设备供电。
(4)控制系统。使用8BIT微控制器作为控制核心，矩阵键盘、线性摇杆和二维摇杆作为控制信号输入设备，数码管与小型液晶显示器作为输出设备反映系统的工作状态和反馈输入信号。同时控制系统配有滑台位置传感器。
图1为本发明实施例中的桌面板材钻铣床的设计逻辑原理流程图。本系统有以下几种工作模式，各模式工作流程如下：
(1)公共部分：系统开机后会统一进入开机初始化过程，初始化过程中铣刀停转，Z轴滑台提高至最顶端使铣刀位置最高。而后X、Y轴滑台向左上角(相对于操作者方向)移动至最左、最上端。系统进入等待状态。
(2)手动引导模式：等待状态下按动手动引导模式选择按键，进入手动引导状态。此状态下通过阵列键盘的按键可以设置步进电机运动的速度(即位移台运动的速度)、立式铣刀的转速。按一下执行按键铣刀开始按照设定速度转动，若再次按下铣刀停止转动。不论铣刀是否转动，推动线性摇杆或二维摇杆时，铣刀会在相应方向上在位移台的带动下按照设定速度运动。
(3)现场编程模式：等待状态下按动现场编程模式选择按键，进入现场编程控制状态。此时，通过阵列键盘设置步进电机与铣刀的转度。按一下执行按键铣刀开始按照设定速度转动，若再次按下铣刀停止转动。通过简单的编程设置铣刀的运动方向与运动距离。运动形式可以是直线、弧线等多种形式。每一动作结束后，若铣刀没有转动则进入等待状态。
(4)预编程模式：等待状态下按动预编程模式选择按键进入预编程模式。此时，系统会检索扩展卡中的预编程文件，并要求操作员确认。操作员确认执行后铣刀会按照预编程文件执行直至文件结束或收到手动结束的按键信号。执行结束后系统进入等待模式。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种桌面板材钻铣床，其特征在于：包括以下四部分：(1)主体框架、位移台与夹具；(2)执行机构及其驱动部分；(3)供电系统；(4)控制系统；各部分功能及连接关系如下：
所述主体框架、位移台与夹具包括带有夹持架构的底部框架与三维位移台，位移台分X，Y，Z三部分，位移台与底部框架之间使用螺栓连接；位移台Z安装在位移台X的滑动部分上，位移台X安装在位移台Y的滑动部分上；
所述执行机构及其驱动部分包括三个用以驱动位移台的减速电机以及带有铣刀高速旋转的永磁无刷电机，四个电机分别配有电子驱动器，永磁无刷电机安装在位移台Z末端的夹具上；
所述供电系统使用220V交流使点接入，12V固定输出的线性稳压电源为控制系统中的微处理器、输入设备、输出设备和检测设备以及执行机构的设备供电；
所述控制系统使用微控制器作为控制核心，微控制器上连接有输入设备、输出设备；输入设备包括矩阵键盘、线性摇杆和二维摇杆；输入设备用于控制信号输入；输出设备包括数码管和小型液晶显示器，用于反映系统的工作状态和反馈输入信号；控制系统还配置有滑台位置传感器。
2.根据权利要求1所述的桌面板材钻铣床，其特征在于：上述钻铣床包括以下四种工作模式，各模式工作流程如下：
(1)公共部分：系统开机后会统一进入开机初始化过程，初始化过程中铣刀停转，Z轴滑台提高至最顶端使铣刀位置最高，而后X、Y轴滑台向左上角(相对于操作者方向)移动至最左、最上端；系统进入等待状态；
(2)手动引导模式：等待状态下按动手动引导模式选择按键，进入手动引导状态；此状态下通过阵列键盘的按键可以设置步进电机运动的速度(即位移台运动的速度)、立式铣刀的转速；按一下执行按键铣刀开始按照设定速度转动，若再次按下铣刀停止转动；不论铣刀是否转动，推动线性摇杆或二维摇杆时，铣刀会在相应方向上在位移台的带动下按照设定速度运动；
(3)现场编程模式：等待状态下按动现场编程模式选择按键，进入现场编程控制状态；此时，通过阵列键盘设置步进电机与铣刀的转度；按一下执行按键铣刀开始按照设定速度转动，若再次按下铣刀停止转动：通过简单的编程设置铣刀的运动方向与运动距离；运动形式为直线、弧线中的一种；每一动作结束后，若铣刀没有转动则进入等待状态；
(4)预编程模式：等待状态下按动预编程模式选择按键进入预编程模式；此时，系统会检索扩展卡中的预编程文件，并要求操作员确认；操作员确认执行后铣刀会按照预编程文件执行直至文件结束或收到手动结束的按键信号；执行结束后系统进入等待模式。
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