伺服电机在雕刻机行业的应用

引言

以前各类模型的制作完全依赖人的手工切割、粘接，整个制作过程劳动强度大、消耗时间长、制作精度不高。现在不管是繁琐的中式门窗、花栏，还是现代的高楼广厦，有了雕刻机，加工便变得轻松而快捷，制作效果也更加精致、美观，应该说正是先进的生产力创造了这一切。

 工艺简

电脑雕刻机由计算机，雕刻机控制器和雕刻机主机三部分组成。其工作原理是：通过计算机内配置的专用雕刻软件进行设计和排版，并由计算机把设计与排版的信息自动传送至雕刻机控制器中，再由控制器把这些信息转化成能驱动伺服电机的带有功率的信号（脉冲串），控制雕刻机主机生成X，Y，Z三轴的雕刻走刀路基径。同时，雕刻机上的高速旋转雕刻头，通过按加工材质配置的刀具，对固定于主机工作台上的加工材料进行切削，实现雕刻自动化作业。图1所示为一台数控雕刻机的外貌图。

 图2所示为雕刻机的工作流程图。其中，图形输入部分是将准备雕刻的图形通过雕刻软件的加工、整理成为计算机可以识别的数字图形文件，以便控制加工机械自动工作。其次是数据处理部分，用计算机把雕刻软件加工、整理出来的图形文件进一步处理成为可以控制加工机械动作的电信号。再次是加工过程自动控制，雕刻机执行计算机指令，完成图形雕刻加工。在整个加工过程中，操作人员只负责输入加工数据，上、下工件和监控加工过程，其它工作都是雕刻机设备自动完成的，非常简捷、省力。 

图1 数控雕刻机外貌图

图2 数控雕刻机工作流程图

雕刻机概述

电脑雕刻机有激光雕刻和机械雕刻两类，这两类都有大功率和小功率之分。因为雕刻机的应用范围非常广泛，因此有必要了解各种雕刻机最合适的应用范围。本文主要介绍木工雕刻机和模具雕刻机。

电脑雕刻机有激光雕刻和机械雕刻两类，这两类都有大功率和小功率之分。因为雕刻机的应用范围非常广泛，因此有必要了解各种雕刻机最合适的应用范围。本文主要介绍木工雕刻机和模具雕刻机。目前家具厂商采用的木工雕刻机大部分用的还是步进电机系统，由于步进电机转速低、步进角距大使得雕刻机的雕刻速度慢，并且雕刻精度较差，这就直接影响了家具厂的生产效率和生产品质，而且步进电机系统容易产生丢步，发生错误时也不能及时纠正，从而造成材料的损失。交流伺服系统作为高转速和高细分精度的运动控制系统，在此有着无与伦比的优势，而且有利于提高雕刻机系统的稳定性，极大的提高了雕刻机的整体性能。

通常步进电机步进角整步角距为1.8度、半步为0.9度，此类电机每转的分辨率就应是360/0.9=400，有效输出功率条件下转速最高是 600RPM。 如果电机不换而又要提高精度有两种法：一是减小丝杆每圈的导距；二是电机动力通过减速轮传动到丝杆。这两种方法都是以降低加工速度为代价的。显然速度降低是与生产效率相悖的。若要彻底解决速度、精度二者不可兼得这一矛盾，只有采用转速更快、分辨率更高运行平稳的交流伺服系统.

电机在恒转矩输出下转速能达到3000RPM，编码器线数2500PPR，驱动器内部采用4倍频技术对控制脉冲4细分后可使电机每圈分辨率达 10000PPR。显然无论其速度还是精度都大大超过了木工雕刻机的要求。

模具雕刻机主要用于各种广告水晶字、招牌、胸牌、科室牌、建筑模型、标尺、小型金属、木质模具、石材刻字、家具制作以及浮雕等加工和制作。

模具雕刻机要求伺服的响应速度快，位置精度高，因此提高伺服系统的响应频宽、编码器分辨率是提高模具雕刻机性能的主要指标。

下图是雕刻机样品：

图2 木工雕刻样品

设备组成

电脑雕刻机由计算机，雕刻机控制器和雕刻机主机三部分组成。

   图4 雕刻机系统

数控系统：采用客户己研制开发的数控系统。

主轴系统：采用一体式的电主轴，由变频器驱动。

进给驱动系统：滚珠丝杆、弹性连轴器、线性导轨、伺服驱动系统。

力川伺服系统优势 

图5 参数设置界面

（1）伺服的精确定位，高响应，能够快速适应雕刻机精度高，宽频域响应的要求。

（2）伺服的过载能力和高速力矩保持特性能适应雕刻机负载变化的要求。

（3）人机界面友好，图5所示为参数设置界面。伺服的通讯可以实现快速修改设置参数，追踪速度变化曲线的功能。

（4）当产生谐振、噪音、振动或响应受限时，可以通过设置软件滤波消除机械谐振，提升机床应答性。

（5）伺服系统有良好的低速特性和极高的速度应答性。

结束语

力川B3系列伺服系统在雕刻机上的应用，对于国产机电自动化系统技术在该行业形成突破具有重大意义。项目对国产品牌伺服系统在数控雕刻机领域的高端应用起到十分积极的作用。