基于通用以太網現場總線的雕刻機控制系統_7

時間:2019-06-13 14:08?????? 來源: 領潔衛浴

雕刻機概述

  眾所周知,人類的雕刻文化歷史悠久、源遠流長,早在石器時代,人類已能利用獸牙、貝殼或礫石塊進行雕磨、鉆孔,制為非實用的裝飾品,從雕刻造型的意義說,其性質已接近于雕刻的藝術制作。

  雕刻加工是飽含著人類高智能和高技能的工匠型勞動,當代雕刻制造技術正經歷著從手工雕刻向cnc雕刻的變革。cnc電腦雕刻機最近幾年在國內有較大的發展,在國外很早就有雕銑機的名詞(cnc engraving and milling machine)。嚴格地講,雕是銑的一部分,傳統的數控銑床、cnc加工中心功率大,加工效率高,機床穩定性較好,但加工銅、鋁等軟質材料時存在著加工表面光潔度低、加工效率不高等缺點,而高速cnc加工中心雖然可以克服以上的缺點,但價格昂貴,一般的廠家難以承受。和傳統的cnc數控設備相比,cnc電腦雕刻機有著轉速高、加工軟質材料效率高、表面光潔度高、性價比高等優點。雕刻機在我國其實已經有了多年的歷史,可以說并不是新鮮事物。一直以來,由于廣告行業對雕刻機的大量需求,使得廣告雕刻機在中國遍地開花,隨著其他行業對雕刻機床提出新的需求,其設備的眾生產廠家也隨之對產品結構進行了專業化調整,由此產生出適合各行業的專業雕刻機床,有禮品業、廣告業、印章業、木器加工業、建筑業、藝術模型業、機械加工、工裝模具等等。可加工的材料也是非常廣泛,包括金屬、石材、pvc板、abs板、亞克力、仿石材、橡皮、雙色板、鋁塑板等等各種材料。隨著人們對雕刻機的認識和掌握逐步加深,應用范圍會得到不斷擴大,應用水平也會逐步提高,雕刻加工必定會有更廣闊的前景。

雕刻市場的分析

  雕刻機發展趨勢

  雕刻機已經在模型制作業、廣告及禮品制作業、印刷業、印章業等行業廣泛應用。市場細分是雕刻制作行業的另一走勢,不同行業的用戶對雕刻設備提出了不同的要求。許多雕刻機的用戶都迫切需要出色的雕刻機應用方案。同時隨著競爭的日益激烈,只有成本低、雕刻品質好、后加工處理工藝強的企業能在雕刻制作行業中生存發展。當然降低成本最有效的方式就是規模化生產,在規模化生產的基礎上,可以做到資源共享,這樣有利于更好的提高雕刻品質、加強后加工處理工藝及資源的合理運用。因此操作人性化、簡潔化是cnc雕刻機的一大發展趨勢。雕刻機的國內外現狀

  雕刻機源自國外,品質好,這是事實,可是國外的產品價格高昂,售后服務也不盡人意。只適用與高端客戶應用。國內常見的是:法國嘉寶雕刻機,美國宙斯激光雕刻機等。國內比較有實力的雕刻機:北京精雕、凹凸雕刻機、啄木鳥、皮卡等近幾年發展迅速,已經占領了國內廣大中低端市場。并且憑借價格低廉,售后服務到位,性價比高等優勢在國際市場上占據一定市場份額,隨著國家產業政策扶持力度的加大,國際市場份額會越來越大。雕刻機市場前景。

  據中國機床工具工業協會最近調查表明,未來5年我國機床消費量年均增速在30%以上,而數控雕刻機增速則更快,國內對數控雕刻機產品年需求可達200多億元。行業專家普遍認為數控雕刻機產業發展前景十分看好。

關于數控總線情況的分析

  國內外數控總線情況的發展趨勢從近年國際國內最有影響的機床展覽會中,可以看出數控技術及數控機床發展的一些最新趨勢為:開放式智能化的數控系統成為數控技術的發展方向。

  如何使數控系統可充分利用計算機技術的豐富資源,能根據控制對象的要求迅速、靈活地更換軟硬件,并能及時吸收新技術,使得數控技術發展步伐加快,開發周期縮短。決定因素在于數控總線技術。國際上普遍采用的現場總線有profibus-dp、sercos、jpcn-1、devicenet 、can、marco等。工業實時以太網現場總線因其速度快,穩定性高,價格低廉成為大家推崇的對象。如:powerlink、ethercat等等。在國家863計劃和科技攻關計劃多年連續的支持下,我國總線網絡技術也取得了很大進步。

  國外幾家基于實時以太網總線的情況分析比較

  表1 為國外幾家實時以太網總線比較。

通用以太網實時總線的技術

  通用以太網實時總線的技術從基本架構上說與其他發達國家的太網實時總線的技術是相似的,具體來說:傳輸介質都是雙絞線;最大傳輸距離都是100米;通訊速率都是100m等等這些方面都是相同的。最大的不同點在于前面所表述的那幾家都是要專用網卡,而我們的總線不需要,用通用網卡保證實時性技術指標。這種方式不僅極大的降低了硬件成本,而且省掉安裝時候打開機箱的繁瑣。從另一個角度來說,通用網卡已經應用了幾十年,可靠性能非常突出。

  關于專利情況

  通用以太網實時總線的技術已經在我國國家知識產權局申請國家發明專利,同時也在積極申報國家標準。

  技術參數

  參見國外幾家基于實時以太網總線的情況分析比較。可靠性實驗情況

  抗干擾能力

  通用以太網實時總線通訊抗干擾能力非常強,我們在通訊過程中加入2000伏電壓干擾,通訊速率和通訊距離不受任何影響。

  傳輸距離

  實測通訊距離100米,保證在實際應用過程中,布線非常方便。

  傳統以太網的可靠性

  眾所周知,以太網是在1972年由施樂實驗室開創的,所以最早的以太網絡又被稱為施樂以太網。經過幾十年的發展以太網已經在全世界各種環境下廣泛應用,它的穩定可靠性是根本不用懷疑的。

  通用以太網實時總線的基本框架情況

  上位機情況

  通用以太網實時總線對上位機的基本要求是必須包含網卡,操作系統可以是:windows、windows ce、linux。如果用windows操作系統時候可以不用加實時擴展模塊rtx(rtx軟件版權費比較高,大約400美元)。

  下位機情況

  下位機是針對沒有通用以太網實時總線接口的伺服電機的控制轉換模塊,輸入端為標準以太網接口,輸出端包括:標準伺服脈沖控制接口;標準伺服模擬量控制接口和通用數字i/o接口三部分。總線結構圖1為系統總線結構圖。

雕刻系統軟件

  雕刻系統軟件與一般的車削或者銑削加工軟件有本質的區別,特別是加工數據的轉換;加工路徑的分析規劃;加工輪廓切割;加工線段的連接等方面。

  經過近幾年的努力我們已經在雕刻行業成功開發出pcb版雕刻機和4軸龍門木工雕刻機兩個產品,通過全國各地用戶反應的情況來看,應用效果非常好。我們還有一個激光雕刻系統正在研發過程中,已經實現基本功能。

  市場銷售雕刻機系統情況

  pcb版雕刻機系統采用上位機+usb運動控制卡來實現。pc完成系統人機界面、圖形顯示等非實時性任務,基于dsp的控制卡完成運動控制、開關動作等實時性強的任務。系統界面如圖2所示:

  龍門木工雕刻機

  系統上位機采用標準工控機,下位機采用ifsb實時高速總線多軸運動控制平臺,上位機圖形處理軟件采用文泰圖形軟件,系統包含圖形轉換機代碼接口程序,用戶操作非常方便。本系統工作臺面3200*3200毫米,x軸最大行程3400毫米,y軸最大行程3500毫米,z軸最大行程170毫米。采用自動換刀技術,控制精度可以達到0.01毫米。系統界面如圖3所示:

  開發語言選擇

  開發語言擬采用微軟公司的visual c++,c++是windows平臺下主要的應用程序開發環境之一,它能方便實現軟件開發,開發的系統具有界面友好、執行速度快、易維護和升級等優點。

  前端處理設軟件的接口

  開放式軟件接口,可接受各種雕刻軟件的指令數據。掃描數據支持iges、dxf等多種文件格式,可被多種3d雕刻軟件接受,可完美復制出各種藝術浮雕。

  基于通用以太網實時總線的雕刻機的優勢

  技術領先性

  通用以太網實時總線技術是未來幾年數控總線技術的發展方向,總線具有軸控和i/o級聯擴展能力,可擴展254根軸和多達幾千的i/o點。采用本技術的雕刻機對軸擴展,功能擴展非常方便,在升級換代時只要在上位機軟件做簡單修改即可完成。

  高性能可靠性

  通用以太網技術從誕生到現在已經過35個年頭,到現在為止還沒有任何技術去替代,應用對象遍布各行各業,應用數量不計其數。高可靠的性能相信在世界上沒有任何人去懷疑它。因此基于通用以太網的雕刻機的高可靠性能是完全可以保證的。

  方便性實用性

  所有信息以數字形式在上位機與設備之間傳輸,傳輸介質只是一條普通雙絞線,支持系統復雜模型的集中控制。裝調試過程不需要打開電腦機箱,軸擴展也是通過雙絞線連接,安裝調試都變得非常輕松。

  高性價

  比本系統不需要專用網卡和上位機的實時操作系統擴展(rtx),通訊速率保證100m,軸控數254個。在保證性能優越的同時,極大的降低了成本。基于通用網卡實時以太網技術的雕刻機不僅把成本降到了最低,而且1毫秒的閉環控制在世界雕刻機行業也是不多見的。

結語

  基于以太網總線的雕刻機系統與當前流行雕刻系統的相比,通訊方便,硬件成本低,技術性強,開發周期短,系統安裝簡單。同時從性能上來看,穩定性強。采用以太網現場總線的雕刻機控制系統,操作人性化、簡潔化,是cnc雕刻機的一大發展趨勢。

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