五軸聯(lián)動(dòng)木工數(shù)控雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)的仿真分析

宋麗瑩

（山東省普拉特實(shí)驗(yàn)室科技有限公司，山東 聊城 252000）

目前，在工藝品設(shè)計(jì)、模具模型、印刷電路板、廣告設(shè)計(jì)等多項(xiàng)領(lǐng)域中均運(yùn)用了五軸聯(lián)動(dòng)雕刻機(jī)技術(shù)，數(shù)控雕刻機(jī)即CNC雕刻機(jī)，采用了機(jī)械化、自動(dòng)化的生產(chǎn)運(yùn)行方式，能夠利用電腦式加工計(jì)算需要計(jì)算的字體以及任意圖案等。

1 五軸聯(lián)動(dòng)木工數(shù)控雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次研究的五軸聯(lián)動(dòng)木工數(shù)控雕刻機(jī)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等組成，擁有強(qiáng)大的加工功能，不受產(chǎn)品的外形限制，可以在所需加工產(chǎn)品的任意表面進(jìn)行任何形狀的切割和打孔作業(yè)。該脫離傳統(tǒng)，采取簡(jiǎn)單易學(xué)的編程模式。（如圖1）。

圖1 五軸聯(lián)動(dòng)木工數(shù)控雕刻機(jī)行業(yè)技術(shù)參數(shù)

要求外觀完好，結(jié)構(gòu)布局與接口設(shè)計(jì)合理。運(yùn)動(dòng)范圍：X軸：1300mm；Y軸：2700mm；Z軸：570mm；C軸：±360°； B軸：±100°；最大速度：X軸：55m/min；Y軸：65m/min；Z軸：30m/min；C軸：37.5r/min；B軸：37.5r/min；重復(fù)精度：±0.05mm；負(fù)載：額定負(fù)載：10kg；最大負(fù)載：20kg；主機(jī)重量：2400kg；外形尺寸：4000×1780×2120mm最大工作范圍：1500×700×430mm。技術(shù)參數(shù)見表1。

2 五軸聯(lián)動(dòng)木工數(shù)控雕刻機(jī)電氣設(shè)計(jì)

2.1 電氣系統(tǒng)

設(shè)備上電后，先用手持器對(duì)各軸進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試；啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，觀察出風(fēng)口以確定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，如果反轉(zhuǎn)應(yīng)立即調(diào)整；使用后請(qǐng)定期檢查設(shè)備運(yùn)行情況；啟動(dòng)主軸，檢查旋轉(zhuǎn)方向，如果反轉(zhuǎn)應(yīng)立即調(diào)整；開啟吸盤，檢查開關(guān)是否正常。周圍環(huán)境溫度：-10～45℃不結(jié)冰，周圍環(huán)境濕度：50%RH以下，儲(chǔ)存溫度：-20～＋65℃，環(huán)境：室內(nèi)無(wú)腐蝕性氣體、可燃?xì)怏w、油霧、塵埃等，海拔：高度海拔2000m以下。

2.2 電源設(shè)計(jì)

工廠電源電壓不足的可能會(huì)影響馬達(dá)的輸出和控制器

表1 五軸聯(lián)動(dòng)木工數(shù)控雕刻機(jī)技術(shù)參數(shù)

的功能；連接這臺(tái)機(jī)器到工廠電源的正確電壓是非常重要的，只能使用獨(dú)立的電源；電源要求如下：AC380V±10%50Hz±1%。設(shè)備使用電源為交流三相380V50HZ外接電源。

3 五軸聯(lián)動(dòng)木工數(shù)控雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)仿真分析

3.1 監(jiān)控IO的輸入輸出狀態(tài)

此界面下可以快速直觀的了解各輸入I點(diǎn)或輸出O點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀況及監(jiān)視。當(dāng)對(duì)應(yīng)的I，O點(diǎn)的字幕變?yōu)榫G色時(shí)，就說(shuō)明此信號(hào)已經(jīng)有輸入或已經(jīng)輸出。此界面下同時(shí)還可以監(jiān)控伺服系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

3.2 參數(shù)查看或修改狀態(tài)

在參數(shù)1狀態(tài)按F4可以進(jìn)入軟體版本按F5可以進(jìn)入。修改參數(shù)前快速雙擊自動(dòng)/單節(jié)鍵進(jìn)入，輸入“密鑰”，然后，按輸入鍵，接著，按啟動(dòng)鍵開啟參數(shù)修改功能，回到參數(shù)頁(yè)面就可以進(jìn)行參數(shù)修改。在報(bào)警說(shuō)明內(nèi)可以查詢系統(tǒng)錯(cuò)誤解說(shuō)。

3.3 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)正

如果正常跑加工程序時(shí)系統(tǒng)有報(bào)Err.50警訊，就是加工程序里調(diào)用工作坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系的修改：通過“∧”“∨”“＜”“＞”鍵來(lái)移動(dòng)光標(biāo)來(lái)缺定各組別及各軸的位置，然后，直接鍵入所需的坐標(biāo)值，按輸入鍵輸入，以實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的微調(diào)。此次研究按照GB/T12642-2001工業(yè)機(jī)器人性能技術(shù)條件及其試驗(yàn)方法、JB/T10825-2008工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品驗(yàn)收實(shí)施技術(shù)條件中規(guī)定的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)與運(yùn)行。

3.4 教導(dǎo)模式

使用多功能手搖輪搖動(dòng)把機(jī)器移動(dòng)到要鉆圓孔的中心點(diǎn)，然后，把光標(biāo)移動(dòng)到鉆圓孔指令的單節(jié)按F5按鍵，然后，再輸入要鉆圓孔的半徑，就完成了鉆圓孔取點(diǎn)的教導(dǎo)。

3.5 手動(dòng)狀態(tài)

單擊手動(dòng)/原點(diǎn)按鍵進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)，從F1到F5來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的軸向。然后，按上下翻頁(yè)按鍵驅(qū)動(dòng)所選的軸向來(lái)操作。也可以用多功能。手搖輪來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的軸向，然后，通過順時(shí)針或逆時(shí)針搖動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)軸向移動(dòng)。通過操作面板的M鍵是風(fēng)機(jī)啟動(dòng)與停止的切換，N鍵是主軸電機(jī)的啟動(dòng)與停止的切換，V鍵是左吸盤啟動(dòng)與停止的切換，W鍵是右吸盤啟動(dòng)與停止的切換。

3.6 加工程序編輯狀態(tài)（如圖2）

編輯模式下，可對(duì)當(dāng)前程序進(jìn)行編輯，修改。

圖2 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理

在XY平面加工圓弧，如果是用三點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)教導(dǎo)得用G05，G06來(lái)編輯，G05為順圓，G06為反圓。在XZ平面加工圓弧，如果是用三點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)教導(dǎo)得用G25，G26來(lái)編輯，G25為順圓，G26為反圓。在YZ平面加工圓弧，如果是用三點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)教導(dǎo)得用G35，G36來(lái)編輯，G35為順圓，G36為反圓。在XY平面加工圓弧，如果是用一點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)教導(dǎo)得用G09，G11來(lái)編輯，G09為順圓，G11為反圓。在XZ平面加工圓弧，如果是用一點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)教導(dǎo)得用G29，G31來(lái)編輯，G29為順圓，G31為反圓。在任意平面加工圓弧用G48指令，此條指令可以代替以上G05，G06，G25，G26，G35，G36指令以及終點(diǎn)圓弧G09，G11，G29，G31，G39，G41指令來(lái)進(jìn)行圓弧加工作業(yè)。常用指令：G00：快速移動(dòng)。G01：直線移動(dòng)，G12 P15：左工位啟動(dòng)信號(hào)，G12 P16：右工位啟動(dòng)信號(hào)，M12：右吸盤開，M1右吸盤關(guān)，M14：左吸盤開，M15：左吸盤關(guān)，M30：程序結(jié)束，M99：程序循環(huán)，M18：計(jì)數(shù)開始，M19：計(jì)數(shù)清零。HUST H6D/H9D系列控制器，如果在執(zhí)行上產(chǎn)生錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)在LCD畫面上顯示錯(cuò)誤信息。以下僅就HUST H6D/H9D系列控制器，可能產(chǎn)生之錯(cuò)誤信息及其排除方式做一解釋。 ERROR訊息說(shuō)明如表2。

表2 ERROR訊息說(shuō)明

檢查MCM參數(shù)設(shè)定值是否正確：或進(jìn)入"MDI"模式，執(zhí)行"G10 P1000"指令，清除參數(shù)后重新設(shè)定。伺服位置回路系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤。控制器送的命令太快，伺服馬達(dá)或主軸響應(yīng)無(wú)法配合；控制器沒有收到回授信號(hào)。排除方法：請(qǐng)檢查參數(shù)533項(xiàng)，出廠設(shè)定值=4096，請(qǐng)檢查程序中，F(xiàn)值設(shè)定是否過大；分辨率設(shè)定是否錯(cuò)誤；檢查機(jī)臺(tái)或馬達(dá)是否受阻。檢查接線。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行方式，雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)剛度具有較高的使用剛度，提升了其工作范圍，可實(shí)現(xiàn)雙自由度方向運(yùn)動(dòng)。五軸聯(lián)動(dòng)雕刻機(jī)機(jī)械本體布局設(shè)計(jì)較為合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為緊湊，可行性較強(qiáng)，運(yùn)用價(jià)值較高。