基于通用以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線的雕刻機(jī)控制系統(tǒng)

　　雕刻機(jī)概述

　　眾所周知，人類的雕刻文化歷史悠久、源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，早在石器時(shí)代，人類已能利用獸牙、貝殼或礫石塊進(jìn)行雕磨、鉆孔，制為非實(shí)用的裝飾品，從雕刻造型的意義說(shuō)，其性質(zhì)已接近于雕刻的藝術(shù)制作。

　　雕刻加工是飽含著人類高智能和高技能的工匠型勞動(dòng)，當(dāng)代雕刻制造技術(shù)正經(jīng)歷著從手工雕刻向cnc雕刻的變革。cnc電腦雕刻機(jī)最近幾年在國(guó)內(nèi)有較大的發(fā)展，在國(guó)外很早就有雕銑機(jī)的名詞(cnc engraving and milling machine)。嚴(yán)格地講，雕是銑的一部分，傳統(tǒng)的數(shù)控銑床、cnc加工中心功率大，加工效率高，機(jī)床穩(wěn)定性較好，但加工銅、鋁等軟質(zhì)材料時(shí)存在著加工表面光潔度低、加工效率不高等缺點(diǎn)，而高速cnc加工中心雖然可以克服以上的缺點(diǎn)，但價(jià)格昂貴，一般的廠家難以承受。和傳統(tǒng)的cnc數(shù)控設(shè)備相比，cnc電腦雕刻機(jī)有著轉(zhuǎn)速高、加工軟質(zhì)材料效率高、表面光潔度高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。雕刻機(jī)在我國(guó)其實(shí)已經(jīng)有了多年的歷史，可以說(shuō)并不是新鮮事物。一直以來(lái)，由于廣告行業(yè)對(duì)雕刻機(jī)的大量需求，使得廣告雕刻機(jī)在中國(guó)遍地開花，隨著其他行業(yè)對(duì)雕刻機(jī)床提出新的需求，其設(shè)備的眾生產(chǎn)廠家也隨之對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了專業(yè)化調(diào)整，由此產(chǎn)生出適合各行業(yè)的專業(yè)雕刻機(jī)床，有禮品業(yè)、廣告業(yè)、印章業(yè)、木器加工業(yè)、建筑業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、機(jī)械加工、工裝模具等等。可加工的材料也是非常廣泛，包括金屬、石材、pvc板、abs板、亞克力、仿石材、橡皮、雙色板、鋁塑板等等各種材料。隨著人們對(duì)雕刻機(jī)的認(rèn)識(shí)和掌握逐步加深，應(yīng)用范圍會(huì)得到不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也會(huì)逐步提高，雕刻加工必定會(huì)有更廣闊的前景。

　　雕刻市場(chǎng)的分析

　　雕刻機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

　　雕刻機(jī)已經(jīng)在模型制作業(yè)、廣告及禮品制作業(yè)、印刷業(yè)、印章業(yè)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。市場(chǎng)細(xì)分是雕刻制作行業(yè)的另一走勢(shì)，不同行業(yè)的用戶對(duì)雕刻設(shè)備提出了不同的要求。許多雕刻機(jī)的用戶都迫切需要出色的雕刻機(jī)應(yīng)用方案。同時(shí)隨著競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，只有成本低、雕刻品質(zhì)好、后加工處理工藝強(qiáng)的企業(yè)能在雕刻制作行業(yè)中生存發(fā)展。當(dāng)然降低成本最有效的方式就是規(guī)模化生產(chǎn)，在規(guī)模化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，可以做到資源共享，這樣有利于更好的提高雕刻品質(zhì)、加強(qiáng)后加工處理工藝及資源的合理運(yùn)用。因此操作人性化、簡(jiǎn)潔化是cnc雕刻機(jī)的一大發(fā)展趨勢(shì)。雕刻機(jī)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

　　雕刻機(jī)源自國(guó)外，品質(zhì)好，這是事實(shí)，可是國(guó)外的產(chǎn)品價(jià)格高昂，售后服務(wù)也不盡人意。只適用與高端客戶應(yīng)用。國(guó)內(nèi)常見的是：法國(guó)嘉寶雕刻機(jī)，美國(guó)宙斯激光雕刻機(jī)等。國(guó)內(nèi)比較有實(shí)力的雕刻機(jī)：北京精雕、凹凸雕刻機(jī)、啄木鳥、皮卡等近幾年發(fā)展迅速，已經(jīng)占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)廣大中低端市場(chǎng)。并且憑借價(jià)格低廉，售后服務(wù)到位，性價(jià)比高等優(yōu)勢(shì)在國(guó)際市場(chǎng)上占據(jù)一定市場(chǎng)份額，隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策扶持力度的加大，國(guó)際市場(chǎng)份額會(huì)越來(lái)越大。雕刻機(jī)市場(chǎng)前景。

　　據(jù)中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)最近調(diào)查表明，未來(lái)5年我國(guó)機(jī)床消費(fèi)量年均增速在30%以上，而數(shù)控雕刻機(jī)增速則更快，國(guó)內(nèi)對(duì)數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)品年需求可達(dá)200多億元。行業(yè)專家普遍認(rèn)為數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分看好。

　　關(guān)于數(shù)控總線情況的分析

　　國(guó)內(nèi)外數(shù)控總線情況的發(fā)展趨勢(shì)從近年國(guó)際國(guó)內(nèi)最有影響的機(jī)床展覽會(huì)中，可以看出數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一些最新趨勢(shì)為：開放式智能化的數(shù)控系統(tǒng)成為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向。

　　如何使數(shù)控系統(tǒng)可充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的豐富資源，能根據(jù)控制對(duì)象的要求迅速、靈活地更換軟硬件，并能及時(shí)吸收新技術(shù)，使得數(shù)控技術(shù)發(fā)展步伐加快，開發(fā)周期縮短。決定因素在于數(shù)控總線技術(shù)。國(guó)際上普遍采用的現(xiàn)場(chǎng)總線有profibus-dp、sercos、jpcn-1、devicenet 、can、marco等。工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線因其速度快，穩(wěn)定性高，價(jià)格低廉成為大家推崇的對(duì)象。如：powerlink、ethercat等等。在國(guó)家863計(jì)劃和科技攻關(guān)計(jì)劃多年連續(xù)的支持下，我國(guó)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也取得了很大進(jìn)步。

　　國(guó)外幾家基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線的情況分析比較

　　表1 為國(guó)外幾家實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線比較。

　　通用以太網(wǎng)實(shí)時(shí)總線的技術(shù)

　　通用以太網(wǎng)實(shí)時(shí)總線的技術(shù)從基本架構(gòu)上說(shuō)與其他發(fā)達(dá)國(guó)家的太網(wǎng)實(shí)時(shí)總線的技術(shù)是相似的，具體來(lái)說(shuō)：傳輸介質(zhì)都是雙絞線;最大傳輸距離都是100米;通訊速率都是100m等等這些方面都是相同的。最大的不同點(diǎn)在于前面所表述的那幾家都是要專用網(wǎng)卡，而我們的總線不需要，用通用網(wǎng)卡保證實(shí)時(shí)性技術(shù)指標(biāo)。這種方式不僅極大的降低了硬件成本，而且省掉安裝時(shí)候打開機(jī)箱的繁瑣。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，通用網(wǎng)卡已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，可靠性能非常突出。

　　關(guān)于專利情況

　　通用以太網(wǎng)實(shí)時(shí)總線的技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，同時(shí)也在積極申報(bào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

　　技術(shù)參數(shù)

　　參見“國(guó)外幾家基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線的情況分析比較”。可靠性實(shí)驗(yàn)情況

　　抗干擾能力

　　通用以太網(wǎng)實(shí)時(shí)總線通訊抗干擾能力非常強(qiáng)，我們?cè)谕ㄓ嵾^(guò)程中加入2000伏電壓干擾，通訊速率和通訊距離不受任何影響。

　　傳輸距離

　　實(shí)測(cè)通訊距離100米，保證在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，布線非常方便。

　　傳統(tǒng)以太網(wǎng)的可靠性

　　眾所周知，以太網(wǎng)是在1972年由施樂實(shí)驗(yàn)室開創(chuàng)的，所以最早的以太網(wǎng)絡(luò)又被稱為“施樂以太網(wǎng)”。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展以太網(wǎng)已經(jīng)在全世界各種環(huán)境下廣泛應(yīng)用，它的穩(wěn)定可靠性是根本不用懷疑的。

　　通用以太網(wǎng)實(shí)時(shí)總線的基本框架情況

　　上位機(jī)情況

　　通用以太網(wǎng)實(shí)時(shí)總線對(duì)上位機(jī)的基本要求是必須包含網(wǎng)卡，操作系統(tǒng)可以是：windows、windows ce、linux。如果用windows操作系統(tǒng)時(shí)候可以不用加實(shí)時(shí)擴(kuò)展模塊rtx(rtx軟件版權(quán)費(fèi)比較高，大約400美元)。

　　下位機(jī)情況

　　下位機(jī)是針對(duì)沒有通用以太網(wǎng)實(shí)時(shí)總線接口的伺服電機(jī)的控制轉(zhuǎn)換模塊，輸入端為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，輸出端包括：標(biāo)準(zhǔn)伺服脈沖控制接口;標(biāo)準(zhǔn)伺服模擬量控制接口和通用數(shù)字i/o接口三部分。總線結(jié)構(gòu)圖1為系統(tǒng)總線結(jié)構(gòu)圖。

　　雕刻系統(tǒng)軟件 　　雕刻系統(tǒng)軟件與一般的車削或者銑削加工軟件有本質(zhì)的區(qū)別，特別是加工數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換;加工路徑的分析規(guī)劃;加工輪廓切割;加工線段的連接等方面。 　　經(jīng)過(guò)近幾年的努力我們已經(jīng)在雕刻行業(yè)成功開發(fā)出pcb版雕刻機(jī)和4軸龍門木工雕刻機(jī)兩個(gè)產(chǎn)品，通過(guò)全國(guó)各地用戶反應(yīng)的情況來(lái)看，應(yīng)用效果非常好。我們還有一個(gè)激光雕刻系統(tǒng)正在研發(fā)過(guò)程中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基本功能。 　　市場(chǎng)銷售雕刻機(jī)系統(tǒng)情況 　　pcb版雕刻機(jī)系統(tǒng)采用上位機(jī)+usb運(yùn)動(dòng)控制卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。pc完成系統(tǒng)人機(jī)界面、圖形顯示等非實(shí)時(shí)性任務(wù)，基于dsp的控制卡完成運(yùn)動(dòng)控制、開關(guān)動(dòng)作等實(shí)時(shí)性強(qiáng)的任務(wù)。系統(tǒng)界面如圖2所示： 　　龍門木工雕刻機(jī) 　　系統(tǒng)上位機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)工控機(jī)，下位機(jī)采用ifsb實(shí)時(shí)高速總線多軸運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)，上位機(jī)圖形處理軟件采用文泰圖形軟件，系統(tǒng)包含圖形轉(zhuǎn)換機(jī)代碼接口程序，用戶操作非常方便。本系統(tǒng)工作臺(tái)面3200*3200毫米，x軸最大行程3400毫米，y軸最大行程3500毫米，z軸最大行程170毫米。采用自動(dòng)換刀技術(shù)，控制精度可以達(dá)到0.01毫米。系統(tǒng)界面如圖3所示：

　　雕刻系統(tǒng)軟件

　　雕刻系統(tǒng)軟件與一般的車削或者銑削加工軟件有本質(zhì)的區(qū)別，特別是加工數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換;加工路徑的分析規(guī)劃;加工輪廓切割;加工線段的連接等方面。

　　經(jīng)過(guò)近幾年的努力我們已經(jīng)在雕刻行業(yè)成功開發(fā)出pcb版雕刻機(jī)和4軸龍門木工雕刻機(jī)兩個(gè)產(chǎn)品，通過(guò)全國(guó)各地用戶反應(yīng)的情況來(lái)看，應(yīng)用效果非常好。我們還有一個(gè)激光雕刻系統(tǒng)正在研發(fā)過(guò)程中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)基本功能。

　　

　　結(jié)語(yǔ)

　　基于以太網(wǎng)總線的雕刻機(jī)系統(tǒng)與當(dāng)前流行雕刻系統(tǒng)的相比，通訊方便，硬件成本低，技術(shù)性強(qiáng)，開發(fā)周期短，系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單。同時(shí)從性能上來(lái)看，穩(wěn)定性強(qiáng)。采用以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線的雕刻機(jī)控制系統(tǒng)，操作人性化、簡(jiǎn)潔化，是cnc雕刻機(jī)的一大發(fā)展趨勢(shì)。