数控曲线往复锯机的设计与研究

【摘要】：计算机数控技术在各行各业都得到了广泛的应用，面对市场对具有曲线轮廓零部件的巨大需求，传统的锯切设备和下料方法存在诸多缺陷，已经不能满足要求。因此，需要以先进的计算机数控技术来更新传统锯切加工设备，开发和研制一种新型的、能够进行曲线锯切的数控机床。 在本文的设计方案中，锯切部分采用电动往复锯，进给系统由横向进给(X方向)、纵向进给(Y方向)和转动进给(C向)组成。电动往复锯锯条的往复运动来实现锯切运动。横向进给(X方向)和纵向进给(Y方向)形成目标曲线轨迹，电动往复锯的转动进给(C向)以电动往复锯锯轴为中心轴线，工作中锯条始终沿着锯切曲线的走向并保持相切。通过X、Y、C三轴联动，利用数控插补技术便可实现曲线轨迹的锯切。 本文简介了数控曲线往复锯机的机械结构组成及其功能，详细介绍了主运动系统的机械结构和进给系统的设计。我们采取了工控机、运动控制卡、步进电机，实现了三轴曲线控制系统。文中对曲线锯切工艺和转向机理进行了研究，推导出满足曲线的曲率半径的条件，并对曲线锯切中的问题进行了详细的分析和讨论。论文最后研究了曲线锯切插补方案，对锯切中的非均匀有理B样条(NURBS)曲线数学描述进行了介绍，讨论了NURBS曲线的直接插补和直线逼近，介绍了一种直线逼近方法并分析了直线的逼近误差，并给出了锯条角度调整的计算方法，最后选择了把NURBS曲线分成大量的微小直线段进行DDA插补的方案。 开发该项技术与设备以后，可以在短期内解决下料工序数控化低的问题，不仅可以自动化、高出材率、无人为误差、大批量地锯切木材、人造板、塑料类板材，而且实现锯切的自动化，减少锯切辅助人员，带动后续工序的自动化，提高锯切出材率，在提高中国的木业中小企业效益方面具有战略意义。