小型雕刻机系统设计

【126】?第36卷?第6期?

2014-06(下)

收稿日期：2014-01-22

基金项目：西北农林科技大学教学改革研究项目（JY1302053）；西北农林科技大学“大学生创新创业训练计划”项目 （3201310712012）

作者简介：史颖刚（1976 -），男，山西隰县人，讲师，主要从事机器人技术、机电系统等方面的研究。小型雕刻机系统设计

The design of smallcarving machine control system 史颖刚，刘 利，聂南天，刘建实，周 政

SHI Ying-gang, LIU Li, NIE Nan-tian, LIU Jian-shi, ZHOU Zheng

(西北农林科技大学 机电学院，杨凌 712100)

摘 要：本文设计了数控雕刻机的机械结构，对主轴和丝杠进行了校核计算，建立了各零件的三维模型

和整机三维模型、绘制了零件图，并加工、组装了机械部分。应用PWM直流调速技术设计了主轴调速控制系统，以TB6560芯片为核心设计了进给伺服系统和以限位开关为核心的安全保护系统，并设计了电机驱动和计算机之间的接口电路。系统充分利用了计算机软件完成图案设计、刀路模拟、G代码生成、插补等预处理，给出控制脉冲信号可便利地控制电机。

关键词：TB6560；数控雕刻机；PWM直流调速；伺服系统中图分类号：TG547；TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2014)06(下)-0126-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2014.06(下).31

0 引言

随着微机的普及，基于微机的数控系统已经是大势所趋。应用微机技术开发工业控制系统，可以得到硬件和软件的强有力支持，避开专有技术制约，在较短时间内可达到较高水平。本文设计的基于打印接口的数控雕刻机，雕刻材料主要为木板、橡胶等，性能要求不高，结构简单，便于演示应用，同时又能体现机电系统特点。

在分析雕刻机参数的基础上，初步确定设计基本参数为：主轴最高转速12000r/min，最大雕刻尺寸250×250×40mm，分辨率0.02 mm/step，定位精度0.02 mm，脉冲当量0.01mm。

1 系统总体设计

数控雕刻机的基本布局通常有立柱式和龙门式2种结构，由于立柱式雕刻机的稳定性不好，本设计采用龙门式结构。1.1 主轴运动系统的设计与校核

雕刻机在工作中主轴主要所受的力主要是铣

削力和钻削力、扭矩。教学用雕刻机主要加工具有良好塑性和较高强度的非金属材料，因此以硬质合金直柄立铣刀（d 0=6mm，齿数Z=2）和高速钢标准麻花钻（d 0=3mm）在铝板上工作的情况为依据进行设计与校核。

1.1.1 主轴铣削力、扭矩、功率计算

查资料得雕刻机铣削力、扭矩、功率计算公式，及其修正公式。修正参数C F =116，X F =1，Y F =0.75，U F =0.85，q F =0.73，W F =-0.13，K FZ =0.25。

其中进给速度v f =αf zn(mm/min)，铣削速度v=πd 0n/103(m)，铣削深度αq ，铣削宽度αw ，铣刀外径d 0，每齿的进给量αf ，铣刀齿数z，铣刀转速n。

将参数带入表2公式，计算结果如表2所示，表中n 丝为丝杠转速。

1.1.2 主轴钻削力、扭矩、功率计算

查资料得雕刻机钻削情况下，各要素的计

算公式及其修正公式，如表3所示。各修正参数

表1 铣削力、扭矩、功率计算公式