查看“数控雕刻机”的源代码

[[File:数控雕刻机.jpg|thumb|数控雕刻机]]

<div style="column-count:3;-moz-column-count:3;-webkit-column-count:3">
* '''仪器名称：'''数控雕刻机
* '''生产厂家：'''济南瑞克数控设备有限公司
* '''出厂日期：'''2015年1月20日
* '''进给轴：'''XYZ（三轴）
* '''XYZ轴行程：'''385mm×400mm×220mm
* '''主轴最大功率：'''2.2kW
* '''主轴最大转速：'''24000rpm
* '''G0指令运动速度：'''8m/min
* '''最大加工速度：'''6m/min
* '''主轴冷却水管、切削液管内径、外径：'''6mm、8mm
* '''HOME开关方向：'''XMIN、YMIN、ZMAX
* '''限位开关：'''无
</div>

==结构==

===电气系统===

{| class="wikitable" border="1"
|-
! 控制柜在机床左侧，柜门上是急停开关和电源开关。<br>急停开关按下后顺时针转动即可解除
! 控制柜中有直流电源、三个步进电机驱动器<br>和主轴电机变频器
! 控制柜后方为散热风扇、电源接口和专用并行接口
!M542步进电机驱动器说明书
|-
| [[File:雕刻机控制柜位置.jpg|frameless|alt=雕刻机控制柜位置]]
| [[File:雕刻机控制柜内部.jpg|frameless|alt=雕刻机控制柜内部]]
| [[File:雕刻机控制柜后部.jpg|frameless|alt=雕刻机控制柜后部]]
|[[文件:纳川科技M542步进驱动器说明书.jpg|无框]]
|}

主轴电机变频器为[http://www.best-cn.cn/contents/18/216.html 贝士德FC300 2.2kW]（[https://wiki.thu-skyworks.org/images/b/b5/%E8%B4%9D%E5%A3%AB%E5%BE%B7FC300%E5%8F%98%E9%A2%91%E5%99%A8%E4%B8%AD%E6%96%87%E8%AF%B4%E6%98%8E%E4%B9%A6.doc 中文说明书]、[https://wiki.thu-skyworks.org/images/1/11/%E8%B4%9D%E5%A3%AB%E5%BE%B7FC300%E5%8F%98%E9%A2%91%E5%99%A8%E4%B8%AD%E6%96%87%E8%AF%B4%E6%98%8E%E4%B9%A6.pdf 中文PDF说明书]、[https://wiki.thu-skyworks.org/images/2/22/%E8%B4%9D%E5%A3%AB%E5%BE%B7FC300%E5%8F%98%E9%A2%91%E5%99%A8%E8%8B%B1%E6%96%87%E8%AF%B4%E6%98%8E%E4%B9%A6.pdf 英文说明书]），步进电机驱动为[http://www.nc-tech.cc/showshop.asp?id=81 纳川科技M542]。

TODO：画电气原理图

===机械系统===

* 进给传动为滚珠丝杆，导程为10mm
* 步进电机型号为86BYG450A
** 最大电流4A<ref name="86taobao">https://item.taobao.com/item.htm?id=4556230721</ref>，即在48V电压下功率不会超过192W，
** 最大静转矩21kg·cm<ref name="86taobao" />=2.058N·m
** 步距角1.8°
** 驱动器设定在16细分，故进给分辨率为320steps/mm
* X、Y轴运动回程差约为10μm，见[[数控雕刻机回程差测量‎]]。

===附件===

====刀具装夹====

{| class="wikitable" border="1"
|-
! ER20夹头螺母，注意偏心椭圆棱
! 1/8'、4mm、6mm柄径[http://www.rego-fix.com/en/home/products/collets-reduction-sleeves-tapping-collets/er-collets/paction/list/pcontroller/Article/anext/1/redirected/1/ptab/size/size/er-20.html ER 20夹头]
! 螺母与6mm夹头配合状态。<br>向某个方向掰动夹头即可将其取出
! 装夹了柄径1/8'铣刀
|-
| [[File:ER20夹头螺母.jpg|frameless|alt=ER20夹头螺母]]
| [[File:ER20夹头.jpg|frameless|alt=ER20夹头螺母]]
| [[File:ER20夹头与螺母.jpg|frameless|alt=ER20夹头螺母]]
| [[File:装夹好的雕刻机刀具.jpg|frameless|alt=ER20夹头螺母]]
|}

====润滑====

[[File:雕刻机润滑油注油器.jpg|200px|缩略图|alt=注油器|注油器]]

压下注油器的手柄即可将润滑油注入各个润滑部位，注油器中加20#机油<ref name="雕刻机使用注意事项与日常维护">[[File:雕刻机使用注意事项与日常维护.pdf]]（甲方提供）</ref>。20#是旧牌号，对应新牌号是32号<ref name="润滑油牌号">http://zhidao.baidu.com/question/396862671.html</ref>。[http://item.taobao.com/item.htm?id=37283251464 这里]有T32号导轨油，但润滑油还会注入丝杠，故决定在[http://item.taobao.com/item.htm?id=38411965437 这里]购买20#通用机油。

机油在运输途中会渗出桶盖打湿包裹纸箱，快递会以担心污染其他包裹为由不给派送。建议之后就近购买机油及类似产品。今天去西二旗把油取回来加进了注油器，剩下的油放在雕刻机底座内部的空间里。

<div style="text-align: right; direction: ltr; margin-left: 1em;">——[[用户:Wrx10|王若溪]]（[[用户讨论:Wrx10|讨论]]） 2015年5月27日 (三) 23:52 (CST)</div>

====主轴电机冷却====

{| class="wikitable" border="1"
|-
! 主轴电机冷却水桶和水泵
! 主轴电机顶部的冷却水出入口
|-
| [[File:主轴电机冷却水桶和水泵.jpg|frameless|alt=主轴电机冷却水桶和水泵]]
| [[File:主轴电机顶部的冷却水出入口.jpg|frameless|alt=主轴电机顶部的冷却水出入口]]
|}

====切削液供给和回收====

{| class="wikitable" border="1"
|-
! 切削液管，图示阀门状态为关断<br>管子另一端用水泵供给切削液
! 回收切削液用的水槽
! 工作台右后方的漏液口
|-
| [[File:切削液管.jpg|frameless|alt=切削液管，图示阀门状态为关断]]
| [[File:水槽.jpg|frameless|alt=水槽]]
| [[File:漏液口.jpg|frameless|alt=漏液口]]
|}

==基本概念==

===工作台===

机床上表面带有T型槽的金属板为工作台，用于固定待加工物。工作台的表面平整度、与进给轴的平行度都有较高要求，'''禁止刀具切削工作台'''。

===主轴===

主轴是工作台上空圆柱形的电动机。主轴带动刀具转动，产生主切削运动。

===进给运动===

主轴可以相对工作台任意平动，这种平动称为进给运动。进给运动又称为副切削运动。

===机械坐标和工件坐标===

[[文件:“ROKO”接近开关.jpg|缩略图|150px|“ROKO”接近开关]]
;机械坐标
:固连在工作台上的直角坐标系，原点位置由三个山寨RiKO [http://www.riko.com/proximitysensor/sn.html SN04-N]电感式金属接近开关（在误差范围内）唯一确定。面对雕刻机正面站立时，机械坐标X轴指向右侧，Y轴指向远离自己的方向，Z轴指向正上方。由于Y轴进给是工作台移动，所以向Y+方向进给时工作台向Y-（靠近自己）方向运动。
;工件坐标
:工件坐标的原点可以在机床运动范围内任意确定，三个坐标轴方向与机械坐标相同。数控程序通常使用工件坐标确定进给轨迹。

===G代码===

''主条目：''[[Wikipedia:G-code]]

G代码是一种告诉数控机床怎样制造零件的语言。它是一种命令式编程语言，通过告诉机床移动到哪里、以多快的速度移动、用哪一种轨迹移动等等来定义制造的过程。

==操作==

===生成数控程序===

[[File:ArtCAM中生成G代码.png|thumb|ArtCAM中生成G代码]]

目前已知NCStuidio支持的G代码可以由ArtCAM生成，具体选项如右图。

===开机===

# 打开控制计算机主机、显示器电源，启动NCStudio软件
# 按下雕刻机电源开关
# 开主轴电机冷却水泵，检查冷却水流动情况
# 若本日首次开机，压下润滑油注油器手柄一次，向润滑部位加注润滑油
# 在NCStudio中进行回机械原点操作，操作前对可能的碰撞予以排除
# 手动让每个进给轴在全行程内运动1~2个来回

===工件装夹===

[[File:压板的使用方法.jpg|thumb|压板的使用方法]]

# 将垫材置于工作台正中
# 将待加工工件置于垫材之上
# 用至少4套压板将工件固定在工作台上
# 检查工件装夹是否牢靠
# 寻边，设置工件原点：
## 沿精确设置原点的进给轴移动主轴，直到刀具将要接触工件
## 启动主轴
## 切换到单步移动，步距0.01mm或0.05mm
## 单步移动直到旋转中的刀具接触工件，此时会听到轻微的响声
## 将该轴工件坐标归零或者记录当前机械坐标
## 移动该轴使刀具离开工件，'''注意确认移动方向正确'''

===换刀===

# '''断开雕刻机电源，以确保主轴电机停止'''
# 移动主轴到便于换刀的位置，将软材料置于刀具正下方，避免刀具掉落时损伤切削刃
# 用小扳手固定住主轴，用大扳手顺时针（从上往下看）转动夹头螺母，注意扳手不要撞到切削刃
# 若需要更换夹头，将夹头螺母完全拧下后更换夹头，清除夹头和夹头螺母中的异物
# 检查待装夹刀具切削刃是否完好
# 将夹头和螺母装上主轴
# 将待装夹刀具插入夹头的孔内，根据实际情况尽量深入（但刀具的圆柱部分不能完全插入），用手拧紧螺母。此步骤与上一步不可颠倒：不可先插刀具再将螺母装上主轴
# 用两个扳手拧紧螺母，注意不要太用力，同样注意扳手不要撞到切削刃
# '''确认扳手离开主轴'''，打开雕刻机电源
# '''重新对刀，设定工件原点Z坐标'''

===运行数控程序===

# 确认以下工作
## 刀具装夹牢靠
## 工件原点设置正确，尤其是换刀后工件原点的Z坐标
## 工件装夹牢靠
## 数控程序装载正确
# 在NCStudio中将进给倍率调整至30%左右，启动数控程序
# 确认运行无异常后将进给倍率调整至正常值
# '''运行过程中410必须有人'''

===关机===

# 回机械原点
# 卸下刀具，夹头螺母允许留在主轴上
# 关闭雕刻机
# 关闭雕刻机控制电脑，此步骤与前一步不可颠倒

==工艺参数==

===碳纤维板材切割===

* 不可以使用切削液，除非不关心零件机械性能
* 使用1.5mm直径的玉米铣刀，主轴转速15000r/min，进给率10mm/s，切深0.5mm，不需斜向下刀
* 考虑到板材的翘曲以及厚度误差，总切深需要比板材厚度大一些，一般为0.3mm。同时为了避免零件在切削最后一层之前脱落，最后一层的切深可以略多一些
* 为了避免切削工作台，需要在待加工板材下加垫另外的板材。亚克力板是便宜又好用的垫材

===铝合金===

* 建议使用切削液
* 若使用2mm直径的双刃铣刀，主轴转速15000r/min，进给率500mm/min，切深0.4mm，需要斜向下刀，角度约2°
* 机床Y轴刚度稍差，建议粗加工时沿X方向铣削

====门禁电磁铁安装板====

* 操作者：[[用户:Wrx10|王若溪]]（[[用户讨论:Wrx10|讨论]]） 2015年10月22日 (四) 21:51 (CST)
* 加工内容：8mm厚铝合金板开5mm宽贯通槽
* 刀具：直径1/8英寸，刃长15mm，单刃螺旋
* 建议参数：切深1.3mm，行距30%刀具直径，进给40英寸/分钟，主轴15000r/min，5°斜向下刀

ArtCAM软件给出的建议是切深2.54mm，行距30%刀具直径，进给40英寸/分钟，主轴15000r/min。第一次加工更改切深至1mm，感觉没效率；第二次用默认切深，不一会儿断刀；第三次更改切深至1.5mm，最终生成路径切深为1.3mm。

====门禁电磁铁安装板2====

* 操作者：[[用户:Wrx10|王若溪]]（[[用户讨论:Wrx10|讨论]]） 2015年10月28日 (三) 08:53 (CST)
* 加工内容：8mm厚铝合金板开5.5mm宽贯通槽
* 刀具：直径4mm，刃长15mm，单刃螺旋
* 建议参数：切深1.3mm，进给率17mm/s，主轴1500r/min，5°斜向下刀

除切深外其他参数均用ArtCAM对3mm直径铣刀的默认值。加工过程中也许因为主轴固定装置刚度不足，主轴振动幅度很大。加工面（侧面）粗糙度可能达0.1mm，但不影响使用。

==改装记录==

===外壳接地===
[[文件:数控雕刻机外壳接地.jpg|thumb|外壳接地]]

购回后发现机床外壳和电源插座的地线未连接，解决之。

===更换为基于[http://www.linuxcnc.org/ LinuxCNC]的数控系统===
* 使用带有[http://ark.intel.com/products/49490/Intel-Atom-Processor-D525-1M-Cache-1_80-GHz Intel D525] CPU的Mini ITX主板（配有机箱）
* 使用一个简单的并口控制卡
* 把左侧的台灯换成显示器支架，支架上挂有显示器和键盘。
* 增加了LHB04 USB有线手轮，LinuxCNC支持这款手轮，但需要参照example在机床配置文件里添加配置。

===用冷水机冷却主轴电机===
之前主轴冷却是用一桶自来水。桶内有潜水泵将水泵至主轴电机，主轴中的水经回水管流入桶内。这样有几个缺点：
# 一段时间后水会干，需要加水
# 桶内会落灰，同时自来水会结水垢，堵塞水管
# 稍有不注意，回水管会从桶里跳出来，把水弄得满地都是
所以现在改用加注蒸馏水的[[冷水机]]（[[激光切割机]]中常用它冷却激光管）组成主轴冷却水循环。更换后发现虽然水流正常，[[冷水机]]仍嫌水流量太少并始终报警。用水管直接连接出水口和回水口不会报警，所以应该是整个水路阻力太大。按照卖家指示短接了流量计的线，取消了流量报警功能。也许等管路被冲刷一段时间以后水路里的阻力会小一些。

===增加平口钳、3D探针===
[[顾兆元]]购买了：
* 手动8寸平口钳
** 非常精密的夹具，夹紧以后接触面看不出来缝隙
* 3D探针
** 非自动，需要人为读数

===增加自动对刀===
[[王若溪]]购买了一个电子对刀器，等待安装

==改装计划==

# 更换工作台
## 订做铸铁T槽工作台
## 安装，调整平行度
## 用无色透明亚克力制作工作台护栏
# 逐步将XYZ轴进给驱动更换为无刷伺服电机
## 与86步进电机尺寸相似的伺服电机是80伺服电机。可能需要自己制作转接座
## 可以购买的淘宝店有<ref>https://shop60014001.taobao.com/</ref><ref>https://shop63166884.taobao.com/</ref><ref>https://shop152819567.taobao.com/</ref><ref>https://shop71634596.taobao.com/</ref>
## 购买电机时注意考虑丝杠的力矩、转速等参数
# 将主轴更换为可以安装锥柄铣刀的铣床动力头
## 顺便解决现有主轴固定刚度不够的问题
## 锥柄铣刀换刀更方便快速
## 为增加自动换刀系统做准备
## 留下安装打刀器<ref>https://www.youtube.com/watch?v=kkGQuBYEGMM&t=520s</ref>的空间
# 增加自动换刀系统
## 目前看来最优的方案是在Y+极限处放一排固定刀架

==参考文献==

<references />

[[Category:设备]]