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伺服電機(jī)在雕刻機(jī)行業(yè)的應(yīng)用
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引言
以前各類模型的制作完全依賴人的手工切割、粘接，整個(gè)制作過程勞動(dòng)強(qiáng)度大、消耗時(shí)間長(zhǎng)、制作精度不高?，F(xiàn)在不管是繁瑣的中式門窗、花欄，還是現(xiàn)代的高樓廣廈，有了雕刻機(jī)，加工便變得輕松而快捷，制作效果也更加精致、美觀，應(yīng)該說正是先進(jìn)的生產(chǎn)力創(chuàng)造了這一切。
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?工藝簡(jiǎn)
電腦雕刻機(jī)由計(jì)算機(jī)，雕刻機(jī)控制器和雕刻機(jī)主機(jī)三部分組成。其工作原理是：通過計(jì)算機(jī)內(nèi)配置的專用雕刻軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和排版，并由計(jì)算機(jī)把設(shè)計(jì)與排版的信息自動(dòng)傳送至雕刻機(jī)控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的帶有功率的信號(hào)（脈沖串），控制雕刻機(jī)主機(jī)生成X，Y，Z三軸的雕刻走刀路基徑。同時(shí)，雕刻機(jī)上的高速旋轉(zhuǎn)雕刻頭，通過按加工材質(zhì)配置的刀具，對(duì)固定于主機(jī)工作臺(tái)上的加工材料進(jìn)行切削，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化作業(yè)。圖1所示為一臺(tái)數(shù)控雕刻機(jī)的外貌圖。
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?圖2所示為雕刻機(jī)的工作流程圖。其中，圖形輸入部分是將準(zhǔn)備雕刻的圖形通過雕刻軟件的加工、整理成為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字圖形文件，以便控制加工機(jī)械自動(dòng)工作。其次是數(shù)據(jù)處理部分，用計(jì)算機(jī)把雕刻軟件加工、整理出來(lái)的圖形文件進(jìn)一步處理成為可以控制加工機(jī)械動(dòng)作的電信號(hào)。再次是加工過程自動(dòng)控制，雕刻機(jī)執(zhí)行計(jì)算機(jī)指令，完成圖形雕刻加工。在整個(gè)加工過程中，操作人員只負(fù)責(zé)輸入加工數(shù)據(jù)，上、下工件和監(jiān)控加工過程，其它工作都是雕刻機(jī)設(shè)備自動(dòng)完成的，非常簡(jiǎn)捷、省力。?
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圖1?數(shù)控雕刻機(jī)外貌圖
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圖2?數(shù)控雕刻機(jī)工作流程圖
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雕刻機(jī)概述
電腦雕刻機(jī)有激光雕刻和機(jī)械雕刻兩類，這兩類都有大功率和小功率之分。因?yàn)榈窨虣C(jī)的應(yīng)用范圍非常廣泛，因此有必要了解各種雕刻機(jī)最合適的應(yīng)用范圍。本文主要介紹木工雕刻機(jī)和模具雕刻機(jī)。
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電腦雕刻機(jī)有激光雕刻和機(jī)械雕刻兩類，這兩類都有大功率和小功率之分。因?yàn)榈窨虣C(jī)的應(yīng)用范圍非常廣泛，因此有必要了解各種雕刻機(jī)最合適的應(yīng)用范圍。本文主要介紹木工雕刻機(jī)和模具雕刻機(jī)。目前家具廠商采用的木工雕刻機(jī)大部分用的還是步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、步進(jìn)角距大使得雕刻機(jī)的雕刻速度慢，并且雕刻精度較差，這就直接影響了家具廠的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)品質(zhì)，而且步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)容易產(chǎn)生丟步，發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)也不能及時(shí)糾正，從而造成材料的損失。交流伺服系統(tǒng)作為高轉(zhuǎn)速和高細(xì)分精度的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，在此有著無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，而且有利于提高雕刻機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，極大的提高了雕刻機(jī)的整體性能。
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通常步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角整步角距為1.8度、半步為0.9度，此類電機(jī)每轉(zhuǎn)的分辨率就應(yīng)是360/0.9=400，有效輸出功率條件下轉(zhuǎn)速最高是?600RPM。?如果電機(jī)不換而又要提高精度有兩種法：一是減小絲桿每圈的導(dǎo)距；二是電機(jī)動(dòng)力通過減速輪傳動(dòng)到絲桿。這兩種方法都是以降低加工速度為代價(jià)的。顯然速度降低是與生產(chǎn)效率相悖的。若要徹底解決速度、精度二者不可兼得這一矛盾，只有采用轉(zhuǎn)速更快、分辨率更高運(yùn)行平穩(wěn)的交流伺服系統(tǒng).
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電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩輸出下轉(zhuǎn)速能達(dá)到3000RPM，編碼器線數(shù)2500PPR，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用4倍頻技術(shù)對(duì)控制脈沖4細(xì)分后可使電機(jī)每圈分辨率達(dá)?10000PPR。顯然無(wú)論其速度還是精度都大大超過了木工雕刻機(jī)的要求。
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模具雕刻機(jī)主要用于各種廣告水晶字、招牌、胸牌、科室牌、建筑模型、標(biāo)尺、小型金屬、木質(zhì)模具、石材刻字、家具制作以及浮雕等加工和制作。
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模具雕刻機(jī)要求伺服的響應(yīng)速度快，位置精度高，因此提高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)頻寬、編碼器分辨率是提高模具雕刻機(jī)性能的主要指標(biāo)。
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下圖是雕刻機(jī)樣品：
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圖2?木工雕刻樣品
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設(shè)備組成
電腦雕刻機(jī)由計(jì)算機(jī)，雕刻機(jī)控制器和雕刻機(jī)主機(jī)三部分組成。
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?? 圖4?雕刻機(jī)系統(tǒng)
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數(shù)控系統(tǒng)：采用客戶己研制開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)。
主軸系統(tǒng)：采用一體式的電主軸，由變頻器驅(qū)動(dòng)。
進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：滾珠絲桿、彈性連軸器、線性導(dǎo)軌、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
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力川伺服系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)?
圖5?參數(shù)設(shè)置界面
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（1）伺服的精確定位，高響應(yīng)，能夠快速適應(yīng)雕刻機(jī)精度高，寬頻域響應(yīng)的要求。
（2）伺服的過載能力和高速力矩保持特性能適應(yīng)雕刻機(jī)負(fù)載變化的要求。
（3）人機(jī)界面友好，圖5所示為參數(shù)設(shè)置界面。伺服的通訊可以實(shí)現(xiàn)快速修改設(shè)置參數(shù)，追蹤速度變化曲線的功能。
（4）當(dāng)產(chǎn)生諧振、噪音、振動(dòng)或響應(yīng)受限時(shí)，可以通過設(shè)置軟件濾波消除機(jī)械諧振，提升機(jī)床應(yīng)答性。
（5）伺服系統(tǒng)有良好的低速特性和極高的速度應(yīng)答性。
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結(jié)束語(yǔ)
力川B3系列伺服系統(tǒng)在雕刻機(jī)上的應(yīng)用，對(duì)于國(guó)產(chǎn)機(jī)電自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)在該行業(yè)形成突破具有重大意義。項(xiàng)目對(duì)國(guó)產(chǎn)品牌伺服系統(tǒng)在數(shù)控雕刻機(jī)領(lǐng)域的高端應(yīng)用起到十分積極的作用。
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