当前位置: > 硕士毕业论文 > 37000字硕士毕业论文工业机器人在木雕复合机床监控平台中的应用研究

37000字硕士毕业论文工业机器人在木雕复合机床监控平台中的应用研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:37000字
论点:木雕,雕刻,机床
论文概述:

本文主要研究了工业机器人辅助木雕复合机床的控制系统,论述了从硬件平台搭建到软件实现,并且实际应用的过程。本课题来源于金工实训中心工业机器人应用研究项目,结合实验室现有技术

论文正文:

第1章螺纹理论

1.1 概述木材是大自然中存在的最广泛的一种原材料,是大自然馈赠人类的礼物。自古以来,木材就因其优良的特性大量运用于房屋建筑、楼宇架构中。木雕技术就是去除木材表面多余材料使其显现设计构型的雕刻技术,是为了增强修饰建筑美感而出现的一种加工方法。木雕技师采用不同的雕刻手法,使建筑的不同部分展现出不同的层次、观感。现代社会中,木雕仍是一种不可替代的技艺手法,广泛应用于家具、房梁、门窗、陈列等[1]。木雕文化是一门非常值得品味的艺术,在中国拥有悠久的历史。几千年以来,中国的木建筑出现了很多惊世骇俗的经典之作,如紫禁城宫殿作为中国现存规模最大的木结构建筑群,也是世界上现存规模最大、最完整的宫殿建筑群。在紫禁城建筑群中大到梁架、梁头、斗拱,小到门窗、茶几、陈设,无一不体现了木雕艺术的精髓,可以说是汇集了古代各派木雕艺术家的智慧、心血和技艺的集大成者。木雕不论作为满足人们的实用性要求还是雕刻师的艺术追求,都是实用性与审美性的统一。由于民族、地域、文化的不同,木雕这种艺术形式也是不尽相同的。鲁迅有句名言:越是带有地方特点的,越是有可能成为世界的。这正是作为中国传统文化之一的木雕文化最吸引人的地方。木雕技术的特点主要有以下几方面:(1)技艺性。木雕需要高超的技艺,技艺既是技术,也是艺术。木雕作为中国的一种传统文化,是一门艺术。通过不同的雕刻形式,巧妙的刀法,表现出木材结构、纹理、质地的美感。一件好的木雕作品同时也需要木雕技师高水平的雕刻技术,这种技术是智力与基本功的结合。(2)规律性。俗话说“凿四方眼不带弯处”,木雕需要遵从一定的规律性,顺从木质结构、表面纹理,雕刻出来的作品才好看、生动。不仅如此,比例协调、横平竖直、圆凸大方也是木雕规律性的要求。(3)系统性。木雕是一个系统性的加工过程,如一座木结构殿宇,其梁、柱、顶、板等就有数千个部件,系统的规划是必不可少的。(4)统一性。一套完整的木雕作品,从造型、选材、放线、雕刻、上漆都需要统一的标准和手法,这样才能保证木雕作品的整体质量和美感。在 CNC 技术出现之前,木雕全部由人手工完成,一般经历创意稿、粗胚、修光、打磨、着色上光等阶段,一件木雕作品的好坏,完全取决于木工的技艺水平,即使同样的人再加工一件同样的作品,也不可能完全相同,可以说手工雕刻没有很高的复现性。不仅如此,手工雕刻的加工效率非常低,完成一件大型作品往往需要很长的时间。伴随着计算机技术的发展以及数控技术的出现,人们开始将自动化设备应用于木材雕刻领域,相比于手工雕刻,自动化雕刻技术具有生产效率高、生产成本低,复现性高、可连续生产等优点,随着科技的不断发展以及商业化进程的加剧,巨大的市场需求和木制品的加工量是传统的手工雕刻所不能满足的,自动化设备雕刻加工逐渐取代手工雕刻成为了一种必然的发展趋势。
 1.2 数控雕刻技术的现状及发展方向1.2.1 数控技术的现状及发展方向数控技术首先应用于金属的制造加工, 随后才被引入木制品制造加工领域。为了了解数控雕刻技术,必须先了解数控技术的发展史。数控技术是计算机技术、自动控制理论、机械电子技术等高度融合的高科技产物。它利用数字控制方法,使机械的工作过程实现自动化。数控技术和数控装备是制造工业现代化的基础,直接关系到一个国家的综合发展水平和战略地位。数控技术的发展大致经历了以下几个阶段[3 6]:(1)1949 年,由于美国空军开发直升机螺旋桨叶片复杂外廓制造设备的需要,委托帕森斯公司与麻省理工学院(MIT)共同研究一种采用数字脉冲控制机床的方案,三年后,试制成功了世界上第一台三坐标数控机床,该数控机床使用的是电子管数控系统。(2)20 世纪 50 年代末,晶体管元件和印刷电路板开始成功应用于数控系统,加工中心( MC Machining Center)——带自动换刀库的数控机床开始出现,数控系统进入了第二代。(3)20 世纪 60 年代,随着集成电路的应用,数控系统向小型化、低功耗方向发展,可靠性也有了很大的提高,出现了第三代的集成电路数控系统,促进了数控机床种类和产量的增长。(4)60 年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC)和采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC),使数控系统的很多功能可以由软件来实现,进入了以小型计算机化为特征的第四代。(5)1974 年,出现了以微处理器为核心控制器的微型计算机数控装置(简称 MNC),微处理器的高集成度和可靠性,还有较低的成本,都使 MNC 得到了快速的发展。这是第五代数控系统。(6)20 世纪 80 年代初,随着计算机软硬件技术的发展,出现了带有人机交互界面的自动编程数控系统。数控系统向更小型化方向发展,自动化程度进一步提高,各部分功能更加完善。近年以来,数控系统已经向出 PC+CNC 智能化结构方向发展,即以 PC机为控制系统的硬件部分,在 PC 机上安装数控软件系统,这种方式更容易维护,并且能够实现模糊控制、神经网络等先进的控制算法。
 第 2 章 工业机器人辅助木雕复合机床运动学分析
 2.1 工业机器人辅助木雕复合机床整体结构分析2.1.1 工业机器人辅助木雕复合机床整体结构设计工业机器人辅助木雕复合机床是在数控雕刻机的基础上搭建起来的,所以首先需要分析数控机床的一些基本机构。数控机床按结构形式可分为卧式、立式、刨台式、落地式、龙门行走式、单立柱悬臂式、横梁固定龙门式、横梁可移动龙门式等等。卧式结构为最常见机床结构,数控车削加工中心多采用这种结构。单立柱悬臂结构常见于数控镂铣机,其特点是上下料方便,加工效率高,缺点是加工面积小。龙门可移动式结构数控机床常用于大型板件的铣镗、雕铣、切割,其静刚度好,精度高,加工面积大。
 第 3 章 工业机器人辅助木雕复合机床控制系统的硬件设计.................243.1 控制系统总体方案................243.2 控制系统的硬件设计..................253.3 控制系统电气结构设计 ................313.4 本章小结.................36第 4 章 工业机器人辅助木雕复合机床控制系统的软件设计.................374.1 控制系统的软件设计 .................374.2 数控雕刻机床的指令体系和编程................424.3 机器人语言的编译与调试 ..............474.4 本章小结..................50第 5 章 基于 CAD/CAM 平台的木雕实验..............515.1 CAD/CAM 技术 ............515.2 平面雕刻实验.............545.3 立体圆雕实验..............635.4 本章小结..............67
 结论
 本文主要研究了工业机器人辅助木雕复合机床的控制系统,论述了从硬件平台搭建到软件实现,并且实际应用的过程。本课题来源于金工实训中心工业机器人应用研究项目,结合实验室现有技术条件和木雕加工的实际需求,取得了一些研究工作上的进展以及成果:1、通过分析木雕技术的发展现状和数控雕刻的关键技术,提出了一种工业机器人参与木材雕刻加工的方案,搭建了复合机床的机械结构,并从机床运动学和机器人运动学综合分析了复合机床,得出了复合机床的运动学模型,统一了数控雕刻机和机器人的坐标系。2、在明确了木雕复合机床控制系统的被控对象和控制任务的基础上,设计了工业控制 PC 机+伺服系统的控制结构,设计了各部分的硬件平台,并完成了控制系统硬件平台的电气设计和组装调试。3、软件设计方面,根据数控系统软件的特点,确定了数控软件的开发平台和应用软件,分析了数控编程 G 代码和工业机器人 INFORMIII 编程语言,生成加工源代码,用实验验证了数控程序的正确性。4、应用 CAD/CAM 软件平台对木雕复合机床进行了实际应用,完成了三件实际作品,并分析了不同材料对雕刻质量的影响。最终的结果证明本系统符合设计要求,具有工程应用价值。
 参考文献:[1]杜文超.传统木雕文化艺术研究及其在室内设计的应用[D].南京林业大学.2008.6[2]罗奇亮.数控雕刻机控制系统研究及实现[D].西安工业大学.2010.5徐凯.开放式数控系统下位机软硬件实时控制系统的研究与开发[D].广西大学.2007.5Koren Yoram. Computer control of manufacturing systems. New York: McGraw Hill,1983Warren S Seames. Computer numerical control. Albany, N.Y.: Delmar Publishing Inc.,1986潘勇.数控系统中梯形图编程软件的研究及实现[D].武汉理工大学.2005.10林浒.数控系统的开放式结构和智能控制方法的研究及应用[D],沈阳:东北大学.2004;孙斌,杨汝清.基于 PC 的数控系统的研究现状和发展趋势[J],机床与液压,2001,(4):3 5;张建钢.数控技术[M],武汉:华中科技人学出版社,2000;刘利.开放式控制器技术的现状与未来[J],世界制造技术与装备市场,1999,1:34—36;