該設(shè)備基于CAD/CAM集成理論,采用上位機與下位機結(jié)合的人機交互方法,實現(xiàn)寶石的設(shè)計、圍型、刻磨和拋光一體化加工。首先分析了實現(xiàn)設(shè)備的各部位運動功能的控制原理,然后用加工數(shù)據(jù)與控制程序分離的方案分別對上位機和下位機控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。上位機控制軟件的開發(fā)在VC++環(huán)境中完成,通過構(gòu)建加工數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),把圖形文件信息轉(zhuǎn)換成下位機能夠識別運行的數(shù)據(jù)。下位機以STM32F10X系列MCU為控制核心,輔以專用的電機,配合傳感器和光柵尺,接收上位機信號后采用閉環(huán)控制算法。系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后,在專用電機的驅(qū)動下自動執(zhí)行寶石的加工工序。測試表明,該系統(tǒng)提高了寶石加工的精度和效率。 

【文章來源】：組合機床與自動化加工技術(shù). 2016年10期 北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

寶石加工設(shè)備正視圖

?J5)，同時M4根據(jù)需要打磨的刻面控制傾角將寶石擺動到刻面與磨盤平行的位置(J4)，M1和M2根據(jù)具體情況做直線或者曲線運動帶動寶石到研磨盤中心上方(J1和J2)，然后M3做下降動作與磨盤接觸準(zhǔn)備打磨(J3)。當(dāng)一個切面完成后M3帶動寶石離開磨盤(J3)同時M5將寶石切換到另一個圓周切面(J5)研磨。完成所有規(guī)定切面的研磨后，由M1帶動寶石做X軸方向的平移(J1)到達(dá)拋光盤，拋光、圈石與研磨的動作類似。每次動作各個部位電機的運動參數(shù)都可以預(yù)先在上位機CAD系統(tǒng)設(shè)置好再通過下位機實現(xiàn)寶石的自動加工。圖1寶石加工設(shè)備正視圖圖2寶石加工設(shè)備右視圖圖3寶石加工設(shè)備俯視圖2機械運動控制系統(tǒng)原理由機械的運動方式可以設(shè)計出寶石加工設(shè)備的控制系統(tǒng)，包括升降系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，傾角系統(tǒng)以及X、Y軸運動系統(tǒng)。如圖4是寶石加工設(shè)備控制系統(tǒng)的組成框圖。圖4寶石加工設(shè)備控制系統(tǒng)的組成框圖2．1升降系統(tǒng)的控制升降系統(tǒng)由步進(jìn)電機［5］作為動力執(zhí)行部件，基準(zhǔn)位置傳感器和位移光柵傳感器作為高度距離標(biāo)準(zhǔn)反饋元件，基準(zhǔn)位置傳感器采用光電開關(guān)。升降系統(tǒng)總成的控制原理是:在機器復(fù)位時，MCU發(fā)出指令，升降步進(jìn)電機按一定的方向轉(zhuǎn)動使得機械手上升到光電開關(guān)位置，再找到光柵零點位置后停止;在上位機發(fā)出研磨工作指令后，升降電機根據(jù)MCU給定的指令執(zhí)行相應(yīng)的動作，并由光柵實時反饋位移量給MCU進(jìn)行實時分析補償防止丟步和間隙所帶來的移動誤差。由于光電開關(guān)存在0．02mm左右的重復(fù)誤差，所以加入高精度的電子光柵尺作為位移傳感反饋和基準(zhǔn)反饋，光電開關(guān)為粗基準(zhǔn)位置，而光柵的Z線輸出則作為精基準(zhǔn)位置，重復(fù)誤差不超過0．01mm。另外絲桿的螺紋間隙也存在誤差，將步進(jìn)電機進(jìn)行25細(xì)分，絲桿導(dǎo)程為5mm，理論上，步進(jìn)電機走1步，絲桿傳動距

本文所述的寶石加工設(shè)備采用上位機與下位機結(jié)合的方式來完成寶石的加工，以VC++為開發(fā)平臺，建立了寶石各種形狀及加工特性的數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)了相應(yīng)控制算法。整個系統(tǒng)實現(xiàn)了寶石設(shè)計、圍型、研磨和拋光一體化加工的方法，提高了寶石加工的精度和效率［2］。1寶石加工設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式該寶石加工設(shè)備機構(gòu)主要由三平移兩旋轉(zhuǎn)五個關(guān)節(jié)依次串聯(lián)而成，分別由5個不同的步進(jìn)電機和伺服電機控制運動。如圖1～圖3所示，步進(jìn)電機M1、M2可通過滾珠直線導(dǎo)軌使寶石做X、Y軸方向的往復(fù)運動，步進(jìn)電機M3通過滾珠絲桿使寶石做Z軸方向的升降運動，伺服電機M4控制寶石的傾角運動，步進(jìn)電機M5控制寶石的360°旋轉(zhuǎn)運動。J1～J5分別對應(yīng)M1～M5帶動寶石桿和磨盤的動作。加工設(shè)備的工藝流程是:下料切割、圍型、石坯拋光、粘石、刻磨拋光冠部、反石、刻磨拋光亭部［3-4］。研磨時M5旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動寶石切換到需要研磨的切面(J5)，同時M4根據(jù)需要打磨的刻面控制傾角將寶石擺動到刻面與磨盤平行的位置(J4)，M1和M2根據(jù)具體情況做直線或者曲線運動帶動寶石到研磨盤中心上方(J1和J2)，然后M3做下降動作與磨盤接觸準(zhǔn)備打磨(J3)。當(dāng)一個切面完成后M3帶動寶石離開磨盤(J3)同時M5將寶石切換到另一個圓周切面(J5)研磨。完成所有規(guī)定切面的研磨后，由M1帶動寶石做X軸方向的平移(J1)到達(dá)拋光盤，拋光、圈石與研磨的動作類似。每次動作各個部位電機的運動參數(shù)都可以預(yù)先在上位機CAD系統(tǒng)設(shè)置好再通過下位機實現(xiàn)寶石的自動加工。圖1寶石加工設(shè)備正視圖圖2寶石加工設(shè)備右視圖圖3寶石加工設(shè)備俯視圖2機械運動控制系統(tǒng)原理由機械的運動方式可以設(shè)計出寶石加工設(shè)備的控制系統(tǒng)，包括升降系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，傾角系統(tǒng)以及X、Y軸運動系統(tǒng)。如圖4是寶石加工設(shè)備

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]步進(jìn)電機的精確控制方法研究[D]. 劉寶志.山東大學(xué) 2010
[2]蝸輪蝸桿傳動強度精細(xì)分析[D]. 柴群.大連交通大學(xué) 2007



本文編號：2935674