基于通用以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的雕刻機控制系統(tǒng)

　　雕刻機概述

　　眾所周知，人類的雕刻文化歷史悠久、源遠流長，早在石器時代，人類已能利用獸牙、貝殼或礫石塊進行雕磨、鉆孔，制為非實用的裝飾品，從雕刻造型的意義說，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，當代雕刻制造技術(shù)正經(jīng)歷著從手工雕刻向cnc雕刻的變革。cnc電腦雕刻機最近幾年在國內(nèi)有較大的發(fā)展，在國外很早就有雕銑機的名詞(cnc engraving and milling machine)。嚴格地講，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，機床穩(wěn)定性較好，但加工銅、鋁等軟質(zhì)材料時存在著加工表面光潔度低、加工效率不高等缺點，而高速cnc加工中心雖然可以克服以上的缺點，但價格昂貴，一般的廠家難以承受。和傳統(tǒng)的cnc數(shù)控設(shè)備相比，cnc電腦雕刻機有著轉(zhuǎn)速高、加工軟質(zhì)材料效率高、表面光潔度高、性價比高等優(yōu)點。雕刻機在我國其實已經(jīng)有了多年的歷史，可以說并不是新鮮事物。一直以來，由于廣告行業(yè)對雕刻機的大量需求，使得廣告雕刻機在中國遍地開花，隨著其他行業(yè)對雕刻機床提出新的需求，其設(shè)備的眾生產(chǎn)廠家也隨之對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行了專業(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。隨著人們對雕刻機的認識和掌握逐步加深，應(yīng)用范圍會得到不斷擴大，應(yīng)用水平也會逐步提高，雕刻加工必定會有更廣闊的前景。

　　雕刻市場的分析

　　雕刻機發(fā)展趨勢

　　雕刻機已經(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。市場細分是雕刻制作行業(yè)的另一走勢，不同行業(yè)的用戶對雕刻設(shè)備提出了不同的要求。許多雕刻機的用戶都迫切需要出色的雕刻機應(yīng)用方案。同時隨著競爭的日益激烈，只有成本低、雕刻品質(zhì)好、后加工處理工藝強的企業(yè)能在雕刻制作行業(yè)中生存發(fā)展。當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)、加強后加工處理工藝及資源的合理運用。因此操作人性化、簡潔化是cnc雕刻機的一大發(fā)展趨勢。雕刻機的國內(nèi)外現(xiàn)狀

　　雕刻機源自國外，品質(zhì)好，這是事實，可是國外的產(chǎn)品價格高昂，售后服務(wù)也不盡人意。只適用與高端客戶應(yīng)用。國內(nèi)常見的是：法國嘉寶雕刻機，美國宙斯激光雕刻機等。國內(nèi)比較有實力的雕刻機：北京精雕、凹凸雕刻機、啄木鳥、皮卡等近幾年發(fā)展迅速，已經(jīng)占領(lǐng)了國內(nèi)廣大中低端市場。并且憑借價格低廉，售后服務(wù)到位，性價比高等優(yōu)勢在國際市場上占據(jù)一定市場份額，隨著國家產(chǎn)業(yè)政策扶持力度的加大，國際市場份額會越來越大。雕刻機市場前景。

　　據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會最近調(diào)查表明，未來5年我國機床消費量年均增速在30%以上，而數(shù)控雕刻機增速則更快，國內(nèi)對數(shù)控雕刻機產(chǎn)品年需求可達200多億元。行業(yè)專家普遍認為數(shù)控雕刻機產(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

　　國內(nèi)外數(shù)控總線情況的發(fā)展趨勢從近年國際國內(nèi)最有影響的機床展覽會中，可以看出數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機床發(fā)展的一些最新趨勢為：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)可充分利用計算機技術(shù)的豐富資源，能根據(jù)控制對象的要求迅速、靈活地更換軟硬件，并能及時吸收新技術(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)。國際上普遍采用的現(xiàn)場總線有profibus-dp、sercos、jpcn-1、devicenet 、can、marco等。工業(yè)實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線因其速度快，穩(wěn)定性高，價格低廉成為大家推崇的對象。如：powerlink、ethercat等等。在國家863計劃和科技攻關(guān)計劃多年連續(xù)的支持下，我國總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也取得了很大進步。

　　國外幾家基于實時以太網(wǎng)總線的情況分析比較

　　表1 為國外幾家實時以太網(wǎng)總線比較。

　　通用以太網(wǎng)實時總線的技術(shù)

　　通用以太網(wǎng)實時總線的技術(shù)從基本架構(gòu)上說與其他發(fā)達國家的太網(wǎng)實時總線的技術(shù)是相似的，具體來說：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)卡保證實時性技術(shù)指標。這種方式不僅極大的降低了硬件成本，而且省掉安裝時候打開機箱的繁瑣。從另一個角度來說，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)實時總線的技術(shù)已經(jīng)在我國國家知識產(chǎn)權(quán)局申請國家發(fā)明專利，同時也在積極申報國家標準。

　　技術(shù)參數(shù)

　　參見“國外幾家基于實時以太網(wǎng)總線的情況分析比較”。可靠性實驗情況

　　抗干擾能力

　　通用以太網(wǎng)實時總線通訊抗干擾能力非常強，我們在通訊過程中加入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

　　實測通訊距離100米，保證在實際應(yīng)用過程中，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年由施樂實驗室開創(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)實時總線的基本框架情況

　　上位機情況

　　通用以太網(wǎng)實時總線對上位機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)時候可以不用加實時擴展模塊rtx(rtx軟件版權(quán)費比較高，大約400美元)。

　　下位機情況

　　下位機是針對沒有通用以太網(wǎng)實時總線接口的伺服電機的控制轉(zhuǎn)換模塊，輸入端為標準以太網(wǎng)接口，輸出端包括：標準伺服脈沖控制接口;標準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版雕刻機和4軸龍門木工雕刻機兩個產(chǎn)品，通過全國各地用戶反應(yīng)的情況來看，應(yīng)用效果非常好。我們還有一個激光雕刻系統(tǒng)正在研發(fā)過程中，已經(jīng)實現(xiàn)基本功能。 　　市場銷售雕刻機系統(tǒng)情況 　　pcb版雕刻機系統(tǒng)采用上位機+usb運動控制卡來實現(xiàn)。pc完成系統(tǒng)人機界面、圖形顯示等非實時性任務(wù)，基于dsp的控制卡完成運動控制、開關(guān)動作等實時性強的任務(wù)。系統(tǒng)界面如圖2所示： 　　龍門木工雕刻機 　　系統(tǒng)上位機采用標準工控機，下位機采用ifsb實時高速總線多軸運動控制平臺，上位機圖形處理軟件采用文泰圖形軟件，系統(tǒng)包含圖形轉(zhuǎn)換機代碼接口程序，用戶操作非常方便。本系統(tǒng)工作臺面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。采用自動換刀技術(shù)，控制精度可以達到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版雕刻機和4軸龍門木工雕刻機兩個產(chǎn)品，通過全國各地用戶反應(yīng)的情況來看，應(yīng)用效果非常好。我們還有一個激光雕刻系統(tǒng)正在研發(fā)過程中，已經(jīng)實現(xiàn)基本功能。

　　

　　結(jié)語

　　基于以太網(wǎng)總線的雕刻機系統(tǒng)與當前流行雕刻系統(tǒng)的相比，通訊方便，硬件成本低，技術(shù)性強，開發(fā)周期短，系統(tǒng)安裝簡單。同時從性能上來看，穩(wěn)定性強。采用以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的雕刻機控制系統(tǒng)，操作人性化、簡潔化，是cnc雕刻機的一大發(fā)展趨勢。