基于通用以太网现场总线的雕刻机控制系统

作者: admin 分类: 娱乐 发布时间: 2019-10-21 15:13

雕刻机概述

  众所周知,人类的雕刻文化历史悠久、源远流长,早在石器时代,人类已能利用兽牙、贝壳或砾石块进行雕磨、钻孔,制为非实用的装饰品,从雕刻造型的意义说,其性质已接近于雕刻的艺术制作。

  雕刻加工是饱含着人类高智能和高技能的工匠型劳动,当代雕刻制造技术正经历着从手工雕刻向cnc雕刻的变革。cnc电脑雕刻机最近几年在国内有较大的发展,在国外很早就有雕铣机的名词(cnc engraving and milling machine)。严格地讲,雕是铣的一部分,传统的数控铣床、cnc加工中心功率大,加工效率高,机床稳定性较好,但加工铜、铝等软质材料时存在着加工表面光洁度低、加工效率不高等缺点,而高速cnc加工中心虽然可以克服以上的缺点,但价格昂贵,一般的厂家难以承受。和传统的cnc数控设备相比,cnc电脑雕刻机有着转速高、加工软质材料效率高、表面光洁度高、性价比高等优点。雕刻机在我国其实已经有了多年的历史,可以说并不是新鲜事物。一直以来,由于广告行业对雕刻机的大量需求,使得广告雕刻机在中国遍地开花,随着其他行业对雕刻机床提出新的需求,其设备的众生产厂家也随之对产品结构进行了专业化调整,由此产生出适合各行业的专业雕刻机床,有礼品业、广告业、印章业、木器加工业、建筑业、艺术模型业、机械加工、工装模具等等。可加工的材料也是非常广泛,包括金属、石材、pvc板、abs板、亚克力、仿石材、橡皮、双色板、铝塑板等等各种材料。随着人们对雕刻机的认识和掌握逐步加深,应用范围会得到不断扩大,应用水平也会逐步提高,雕刻加工必定会有更广阔的前景。

雕刻市场的分析

  雕刻机发展趋势

  雕刻机已经在模型制作业、广告及礼品制作业、印刷业、印章业等行业广泛应用。市场细分是雕刻制作行业的另一走势,不同行业的用户对雕刻设备提出了不同的要求。许多雕刻机的用户都迫切需要出色的雕刻机应用方案。同时随着竞争的日益激烈,只有成本低、雕刻品质好、后加工处理工艺强的企业能在雕刻制作行业中生存发展。当然降低成本最有效的方式就是规模化生产,在规模化生产的基础上,可以做到资源共享,这样有利于更好的提高雕刻品质、加强后加工处理工艺及资源的合理运用。因此操作人性化、简洁化是cnc雕刻机的一大发展趋势。雕刻机的国内外现状

  雕刻机源自国外,品质好,这是事实,可是国外的产品价格高昂,售后服务也不尽人意。只适用与高端客户应用。国内常见的是:法国嘉宝雕刻机,美国宙斯激光雕刻机等。国内比较有实力的雕刻机:北京精雕、凹凸雕刻机、啄木鸟、皮卡等近几年发展迅速,已经占领了国内广大中低端市场。并且凭借价格低廉,售后服务到位,性价比高等优势在国际市场上占据一定市场份额,随着国家产业政策扶持力度的加大,国际市场份额会越来越大。雕刻机市场前景。

  据中国机床工具工业协会最近调查表明,未来5年我国机床消费量年均增速在30%以上,而数控雕刻机增速则更快,国内对数控雕刻机产品年需求可达200多亿元。行业专家普遍认为数控雕刻机产业发展前景十分看好。

关于数控总线情况的分析

  国内外数控总线情况的发展趋势从近年国际国内最有影响的机床展览会中,可以看出数控技术及数控机床发展的一些最新趋势为:开放式智能化的数控系统成为数控技术的发展方向。

  如何使数控系统可充分利用计算机技术的丰富资源,能根据控制对象的要求迅速、灵活地更换软硬件,并能及时吸收新技术,使得数控技术发展步伐加快,开发周期缩短。决定因素在于数控总线技术。国际上普遍采用的现场总线有profibus-dp、sercos、jpcn-1、devicenet 、can、marco等。工业实时以太网现场总线因其速度快,稳定性高,价格低廉成为大家推崇的对象。如:powerlink、ethercat等等。在国家863计划和科技攻关计划多年连续的支持下,我国总线网络技术也取得了很大进步。

  国外几家基于实时以太网总线的情况分析比较

  表1 为国外几家实时以太网总线比较。

通用以太网实时总线的技术

  通用以太网实时总线的技术从基本架构上说与其他发达国家的太网实时总线的技术是相似的,具体来说:传输介质都是双绞线;最大传输距离都是100米;通讯速率都是100m等等这些方面都是相同的。最大的不同点在于前面所表述的那几家都是要专用网卡,而我们的总线不需要,用通用网卡保证实时性技术指标。这种方式不仅极大的降低了硬件成本,而且省掉安装时候打开机箱的繁琐。从另一个角度来说,通用网卡已经应用了几十年,可靠性能非常突出。

  关于专利情况

  通用以太网实时总线的技术已经在我国国家知识产权局申请国家发明专利,同时也在积极申报国家标准。

  技术参数

  参见国外几家基于实时以太网总线的情况分析比较。可靠性实验情况

  抗干扰能力

  通用以太网实时总线通讯抗干扰能力非常强,我们在通讯过程中加入2000伏电压干扰,通讯速率和通讯距离不受任何影响。

  传输距离

  实测通讯距离100米,保证在实际应用过程中,布线非常方便。

  传统以太网的可靠性

  众所周知,以太网是在1972年由施乐实验室开创的,所以最早的以太网络又被称为施乐以太网。经过几十年的发展以太网已经在全世界各种环境下广泛应用,它的稳定可靠性是根本不用怀疑的。

  通用以太网实时总线的基本框架情况

  上位机情况

  通用以太网实时总线对上位机的基本要求是必须包含网卡,操作系统可以是:windows、windows ce、linux。如果用windows操作系统时候可以不用加实时扩展模块rtx(rtx软件版权费比较高,大约400美元)。

  下位机情况

  下位机是针对没有通用以太网实时总线接口的伺服电机的控制转换模块,输入端为标准以太网接口,输出端包括:标准伺服脉冲控制接口;标准伺服模拟量控制接口和通用数字i/o接口三部分。总线结构图1为系统总线结构图。

雕刻系统软件

  雕刻系统软件与一般的车削或者铣削加工软件有本质的区别,特别是加工数据的转换;加工路径的分析规划;加工轮廓切割;加工线段的连接等方面。

  经过近几年的努力我们已经在雕刻行业成功开发出pcb版雕刻机和4轴龙门木工雕刻机两个产品,通过全国各地用户反应的情况来看,应用效果非常好。我们还有一个激光雕刻系统正在研发过程中,已经实现基本功能。

  市场销售雕刻机系统情况

  pcb版雕刻机系统采用上位机+usb运动控制卡来实现。pc完成系统人机界面、图形显示等非实时性任务,基于dsp的控制卡完成运动控制、开关动作等实时性强的任务。系统界面如图2所示:

  龙门木工雕刻机

  系统上位机采用标准工控机,下位机采用ifsb实时高速总线多轴运动控制平台,上位机图形处理软件采用文泰图形软件,系统包含图形转换机代码接口程序,用户操作非常方便。本系统工作台面3200*3200毫米,x轴最大行程3400毫米,y轴最大行程3500毫米,z轴最大行程170毫米。采用自动换刀技术,控制精度可以达到0.01毫米。系统界面如图3所示:

  开发语言选择

  开发语言拟采用微软公司的visual c++,c++是windows平台下主要的应用程序开发环境之一,它能方便实现软件开发,开发的系统具有界面友好、执行速度快、易维护和升级等优点。

  前端处理设软件的接口

  开放式软件接口,可接受各种雕刻软件的指令数据。扫描数据支持iges、dxf等多种文件格式,可被多种3d雕刻软件接受,可完美复制出各种艺术浮雕。

  基于通用以太网实时总线的雕刻机的优势

  技术领先性

  通用以太网实时总线技术是未来几年数控总线技术的发展方向,总线具有轴控和i/o级联扩展能力,可扩展254根轴和多达几千的i/o点。采用本技术的雕刻机对轴扩展,功能扩展非常方便,在升级换代时只要在上位机软件做简单修改即可完成。

  高性能可靠性

  通用以太网技术从诞生到现在已经过35个年头,到现在为止还没有任何技术去替代,应用对象遍布各行各业,应用数量不计其数。高可靠的性能相信在世界上没有任何人去怀疑它。因此基于通用以太网的雕刻机的高可靠性能是完全可以保证的。

  方便性实用性

  所有信息以数字形式在上位机与设备之间传输,传输介质只是一条普通双绞线,支持系统复杂模型的集中控制。装调试过程不需要打开电脑机箱,轴扩展也是通过双绞线连接,安装调试都变得非常轻松。

  高性价

  比本系统不需要专用网卡和上位机的实时操作系统扩展(rtx),通讯速率保证100m,轴控数254个。在保证性能优越的同时,极大的降低了成本。基于通用网卡实时以太网技术的雕刻机不仅把成本降到了最低,而且1毫秒的闭环控制在世界雕刻机行业也是不多见的。

结语

  基于以太网总线的雕刻机系统与当前流行雕刻系统的相比,通讯方便,硬件成本低,技术性强,开发周期短,系统安装简单。同时从性能上来看,稳定性强。采用以太网现场总线的雕刻机控制系统,操作人性化、简洁化,是cnc雕刻机的一大发展趋势。

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