《数控平板式高精度切绘机的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控平板式高精度切绘机的设计（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数控r 扳。高精度剀绘机的设计引言数字控制( h u m e r ic a lc o n t r 0 1 ) 技术随着其日益完善和成熟已成为目前最常用的现代控制技术，这门基于数字信号控制机器运动的技术综合了各个技术领域的新成就，具有广泛的通用性，是高 自动化程度的工业自动化技术。随着微电子、计算机技术、信息技术的发展，数控技术的优越性更加突出。可以说凡是需要精密位置或运动控制的装置都可应用数控技术，如数控切割系统，数控裁剪系统，数控雕刻系统等。随着二十余年的改革开放，中国已成为了世界最大的轻工产品生产基地，轻工行业中的相当一部分企业已经完成了原始积累，他们对高精度数控切绘系统的需求将会越来越迫
2、切。企业界旺盛的需求，为系统的研究发展提供了良好的空间。据调查统计，目前轻工 行业应用了数控切绘系统的单位不到1 ! 而该系统是相关企业发 展到一定阶段所必须配备的设备，是企业实施生产自动化进程、提 高产量和质量的一个必然的选择。目前，进口产品在高端市场上占有一定的份额。进口产品性能良好，但价格奇高，而且国外产品服务不及时。他们一般在香港设立总代理，国内设分销商，产品从厂家到最终用户手中存在过多的环节。分销商为降低市场风险一般不备有存货，客户定购至少需要 一个多月后才能拿到产品。在实际操作中，往往一个零件的维修更换都需要经销商到国外定货，往返费时数月，严重影响了用户的生产，而且零部件的价格非常
3、昂贵，绝大多数行业用户都难以接受， 从而极大地限制了该类产品在国内的普及应用。国外产品独占市场，也造成国内外汇流失，给企业和国家都带来严重损失。国内其它单位开发的机型也只处于试产试销阶段，且能开发的单位极少，目前仅有两家，远远不能满足市场的需求，且他们还没 有从事行业专用C A D C A M 软件配套的优势。从我们掌握的情况分析，他们的产品设计存在很大的缺陷，主要缺点为：机型结构笨重，机械部分关键的设计过于复杂，造成故障百出，维护非常困难；电塑堡! 堑壅堕堕堕塑竺! ! 堕塑生!路部分设计不合理，没有专门设计保护电路，经常烧电路板；对电 压的波动非常敏感，易死机；数控核心电路设计不合理，系统
4、不稳定，易出错。该类机型的生产厂家原来都为大型机械设备生产商，无控制核心开发技术，无轻型办公设备开发经验，无专业软件开发销售经验，造成产品开发与客户需求脱节，市场反映冷淡。究其原 因，主要因为该类单位开发力量不足，无法开发行业专用C A D C A M软件，其控制核心模块是在第三方厂商的产品上经过二次开发而成 的，这样就不能确保控制核心模块的性能，机械设计方面无整体规划，采用拼揍式方法开发完成，性能无法保证。 由于长期以来国内没有适合中小轻工企业的数控切绘加工设备来帮助企业提高工作效率，我们工作的意义在于将数控技术与开 发行业专用c A D c 心软件技术的企业及其成熟市场的有机结合，研 制一
5、台适合中小轻工企业切绘和裁剪要求的机电一体化高精度数控设备，提高企业产品质量，全面提升市场竞争能力。 平板式高精度数控切绘机预计将具有通用稳定，操作简便、温 度适用范围大、板面定制灵活、切割力矩大、速度快、精度高、易于维护等特点，该机的性能指标达到较高水平，而且价格便宜。将广泛应用于服装、鞋帽、皮革、箱包等轻工行业的生产、设计、打板过程中，也可以应用于玻璃雕花，工程制图等行业。塑塑、! 堡些r 堕堕壁塑丝塑塑垦寸!第一章数控切绘机的发展前景第一节、计算机数控基本概念1 、计算机控制基础自动控制，是指应用控制装置自动地、有目的地控制或操纵机器设备或过程，使之具有一定的状态和性能。一般计算机控制系
6、统是由计算机和控制对象两大部分组成的，其系统基本结构为。2 儿蚓： 硬件组成：一般由计算机主机、接口电路及外部设备等组成，完成数据采集输入、变换、计算、输出控制和显示等。软件组成：可以是低级语言，如汇编语言，也可以是高级语言，如c 语言，主要用来完成各种计算、推理、发出一定的控制信号等。工业控制一般采用集散式或主从式控制系统。主从式控制多使用单片微机来进行直接数字控制，置于分级控制系统的最低层，而 用微型计算机或小型计算机作为上级计算机，完成协调各控制器的工作，优化系统特性，采集数据等功能。“。 2 、计算机数控系统( C N C ) 的结构及工作原理 数字控制是用数字化信号对机床的运动及其加
7、工过程进行控制的一种方法，简称数控( N C ) 。3 “1 。数控系统是一种控制系统，它能自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程，主要有两种类型旧”：硬件控制系统，它实际上是由集成数字逻辑电路构成的专用数字计算机，用于实现数字程序控制功能。微型机数控系统，它采用微型计算机来实现数字控制功能。由于微型计算机可靠性高、使用和维护方便、功能强等一系列优点，特别是高性能低价格的单片微机的出现，使微型机控制系统在各个领域得到了广泛的应用。计算机数控系统( C N C ) 是在硬件数控的基础上发展起来的， 根据E I A 所属的数控标准化委员会的规定，C N C 是用一个存储程序的
8、计算机，按照存储在计算机内的存储器中的控制程序去执行数控装置的一部分或全部功能“。目前在计算机数控系统中使用的是微蝥丝兰堡茎蔓堑堕蜘绘机的噬生一4型计算机，用微机控制的系统称为M N C 系统，统称为C N C 系统。 C N C 系统的组成”1C N C 系统由C N C 控制器，伺服系统和执行机构组成。C N C 控制器是数控系统的核心，它包括微型计算机电路，各种接口电路，键盘和显示等硬件及相应的软件。能完成各种信息的输入，存储，变换，插补运算及实现各种控制的功能。伺服系统包括伺服驱动电路和伺服驱动元件，它接收C N C 控制 器的指令，驱动执行机构运动。伺服驱动电路负责将C N C 控制
9、器发来的微弱信号放大后送给驱动元件，伺服驱动元件有步进电机，直 流伺服电机和交流伺服电机等。数控系统的执行机构主要包括运动部件，工作台，支架等。执行机构应有足够的刚度和精度，抗振性好。 c N C 系统的工作原理。剐C N C 控制器将输入指令进行译码，寄存和运算后，向系统各个坐标的伺服系统发出指令信号，经过驱动电路的放大处理，驱动伺 服电机转动，并带动执行机构运动，从而实现进给。3 、数控伺服系统的控制方式及应用特点脚儿“1数控伺服系统按其控制方式可以分为开环、闭环和半闭环控制系统。在开环系统中，数控装置发出的指令信号是单向的，所以不存在稳定性的问题。开环系统具有工作稳定，调试方便，结构简单
10、，速度快，成本低。但系统的精度较低，没有很好的抗干扰能力。闭环控制系统可以得到很高的精度，抗干扰能力强。但因闭环控制系统可能引起超调，从而造成系统振荡，稳定性差，而且闭环系统的设计和调整都相当困难。半闭环控制系统的闭环环路不包括机械传动环节，因此可以获得比较好的稳定性，同时半闭环系统具有较高的精度。一般说来，当系统控制量的变化规律能预先知道，并且对系统中可能出现的干扰有办法抑制时，采用开环控制系统是有优越性的。目前，用于国民经济各部门的一些自动化装置，如自动售货机、数控! 堡壅至塑壁切 ! 垫的然! L!自动洗衣机、产品自动生产线及自动车床等，一般都是开环控制系 统。只有当系统的控制量和干扰量
11、均无法事先预知的情况下，采用闭环控制才有明显的优越性。因此，在选择控制方式时，应根据不同的情况，选择合适的控制方式”“。第二节数控切绘的选题背景及意义一、选题背景长期以来，中国的轻工企业( 尤其是服装、鞋帽、箱包、制革、玻璃雕花等行业) 设计、生产过程都是依靠手工完成，效率低、周 期长、质量难以保证。同时数控切绘机需要与行业专用C A D C A M软件配套使用，而国内进行轻工行业数控设备及软件技术研究的单位不多。中国是世界上最大的轻工产品生产、加工基地，拥有上百万家 轻工企业。中国加入W T O 以后，中国的轻工业面临着巨大的市场挑战，可以说挑战大于机遇。如果国内轻工企业还不逐步加大科技投入
12、，提高机械化生产的能力，将会有被世界市场淘汰的危险。而且 随着近年来计算机技术的大面积普及，中国的轻工行业也深受影响，行业内计算机辅助设计、数控加工等自动化系统的应用需求越来越大。二、选题意义及产业化前景平板式高精度数控切绘机将广泛应用于服装、鞋帽、皮革、箱包等轻工行业的生产、设计、打板过程中，也可以应用于玻璃雕花，工程制图等行业。据估计，现在全国制衣，制鞋，箱包，皮革，制帽等类型企业超过5 0 万家，项目开发成熟后，以五年内系统的普 及率达到1 0 ，每家只购一套计算，就有近5 万套的市场规模。5 0 ，0 0 0 0 * 1 0 * 1 = 5 ，0 0 0 0以每套设备销售价2 万元套，
13、成本价1 2 万元套计算，五年内市场销售额可达1 0 亿元，利润总额可达4 亿元。还可以在此基础上开发出多种配套设备，后期市场潜力非常巨大。同时该系统科数控F 板式高精度切绘机的设计曼技含量较高，配套零部件众多，可以带动相关产业的发展。数控切绘系统成功实施后，可以引收大量的劳动力就业，缓解就业矛盾， 还可以为国家税务部门带来良好的税收收益，社会效益和经济效益非常突出。第三节目前数控切绘存在的问题和不足相对来说国外数控平板式切绘机的研究工作开展得比较早，技 术水平相对较高。目前国外相关产品的主要制造商有日本罗兰公司、日本日图公司、法国力克公司等公司，但在中国市场上有一定市场份额的目前仅有日本日图
14、公司一家。该公司产品系列比较齐全，性能良好，在高端用户群中有一定的影响。国外产品在我国推广程度不高，主要原因是与我国的实际情况相比，国外厂家的产品主要存在以下问题： l 、产品价格昂贵。其价格一般为1 5 3 0 万元，一般的小型企业承受不起； 2 、切割力度严重不足，不适合中国国情( 中国生产的被切割基质粒度不均匀、厚度不均匀、纹路不统一，如果切割力度不足就很容易导致断刀、卡刀等现象发生) ；3 、售后服务不及时。国外几家厂家在国内没有设立分支机构， 导致售后服务远远不能满足要求。国外厂家在国内没有设立分支机构的主要原因也就是其产品价格太贵而且其产品在中国不适用，而国内轻工业厂家绝大多数为中
15、小型企业，从财力和技术上讲都很难有能力购买国外的产品。目前国内开展该项开发应用的单位少、起步晚。目前，包括与我们合作的奥斯曼计算机软件有限责任公司在内，国内仅有三家单位在进行相关项目的研究与开发工作。究其原因，主要是因为：1 、长期以来计算机及数控技术在轻工企业中的普及率非常低；2 、国内大多数轻工企业是民营或中小型企业，前期的资金积累不足，规模不大，限制了该系统的普及应用；数控、卜板式高精度切绘机的世汁73 、数控切绘机需要与行业专用C A D C A M 软件配套使用，而国内进行轻工行业数控及软件技术研究与开发的单位很少，尤其是既懂行业需求、又懂技术和有良好的客户基础的单位极少； 4 、数
16、控切绘系统的研究与开发有较大的技术难度，从而限制了众多的单位进入该市场领域。我国目前的同类相关技术产品存在以下明显缺陷：l 、机型结构笨重、机械零部件的设计和选型不太合理，过于 复杂，精度又低，造成故障百出，维护非常困难，运行噪声大；2 、电路设计部分不合理，没有专门保护电路，造成经常烧坏电路板，对电压的波动非常敏感，易死机：3 、数控核心电路设计不合理，系统不稳定，易出错，经常发生错误切割现象；4 、键盘操作极复杂，易误操作，且误操作后缺乏一定的保护 措施。有时会因操作失误导致死机现象发生。第四节本系统预期取得的技术水平针对目前数控切绘机的国际和国内水平，我们研制一台符合中国中小轻工企业使用要求的高精度数控平板式切绘机，预期取得以下技术水平：l 、价格便宜。我们研制并将准备投入产业化生产的产品预计 只需2 3 万元左右；2 、机型结构轻巧。在重量不及同类技术相关产品3 4 、长宽尺寸不及2 3 的情况下，但实际有效切绘幅面大1 0 以上；3 、切割力度大。适应中国国产的被切割基质，并能很好地改 善加大切割力度后对传动机构和控制
