Разработка программно – аппаратного устройства с числовым программным управлением

        В соответствующем поле видим,  что выбрано 2214 точек. Это значительно  больше чем при сверлении. Указав  параметры, практически такие  же, как и при сверлении, в отличие от времени задержки «выжигателя» на поверхности выжигания, нажимаем кнопку пуск. Для выжигания, предварительно, на станке необходимо установить выжигатель и подключить к нему питание (рис. 3.4.2.).  

Рис. 3.4.2. – перенесение изображения на дерево выжиганием.

      При перенесении текущего изображения  в виде очертания девушки на лист фанеры, ушло примерно 22 минуты. Это время зависит как от начальных параметров, так и от размера переносимого изображения. При тестировании был перенесен рисунок размером 297 X 400, общее число точек – 118800, при анализе со средней интенсивностью – 22 589 точек. А перенос изображения «выжигателем»  на материал заняло около 6 часов – рис. 3.4.2.  

Рис. 3.4.2 – тестирование с большим количеством  точек

      Но  при выжигании возник сбой компьютера, и произошла остановка процесса с отключением питания на аппаратной части комплекса. А при включении питания происходит перезагрузка микроконтроллера и инициализация с установкой в начальную точку координат. Хорошо, что операция практически закончилась. Поэтому стоит вопрос о ведении журнала и использования ранее описанного модуля ручного управления для установки начальной позиции. А также усовершенствовать аппаратную часть комплекса для «запоминания» последней позиции с реализацией спящего режима.

      По  сравнению с тестированием модуля выжигания при предыдущей дискретности перемещения шпинделя в 1 мм настоящая дискретность, большая в 4 раза, показала отличное качество выжигания. Также, было бы неплохо, контролировать интенсивность каждого пикселя, указывая при каждой команде время задержки. Это позволило бы отобразить изображение с широким спектром оттенков, что значительно украсило бы выжигаемое изображение.

      Также при тестировании других изображений, обнаружилось, что при перенесении  изображения на материал, происходит инверсия картинки. То есть необходимо программно компенсировать горизонтальную инверсию при переносе изображения. Но в целом, результат операции выжигания радует полученными результатами (рис. 3.4.4).  

Рис. 3.4.4. – тестирование комплекса на протяжении 24 часов в сутки.

      Во  время выжигания, на изображении в модуле выжигания отмечаются выполненные точки. Также не хватает информации о том, какого размера фактически в миллиметрах будет перенесенное изображение, так как один пиксель изображения соответствует 0.2 мм на перенесенном рисунке, что также решаемо программно. 

      Дополнительно к приложению была разработана инструкция по пользованию, которая может быть вызвана из контекстного меню «Справка». В данном руководстве отражены основные моменты управления станком и  работы программы. Практически любой  пользователь сможет найти ответ на тот или иной вопрос, возникший при работе с комплексом, прочитав руководство. Однако интерфейс программы разработан таким образом, что все интуитивно понятно и просто, исключая незначительные настройки и параметры. 

      Заключение

      При конструировании комплекса ЧПУ было решено немало задач, причем, некоторые из них так и остались не полностью разрешенными. Главное, удалось продемонстрировать применение числовых программных методов для реализации больших комплексов с применением  ЧПУ.

      Была  разработана аппаратная часть, которая обеспечивает взаимодействие всех ШД, выключателей конечных положений кареток, платы управления и ПК через интерфейс RS232. Программная часть реализована таким образом, что есть возможность управлять всеми узлами станка, а также, благодаря открытому коду с комментариями, расширить функциональные возможности и модернизировать существующие модули управления.

        Тестирование комплекса позволило  объективно дать оценку результату  работы над данным проектом. Как  уже говорилось, есть плюсы и минусы. К плюсам можно отнести:

      - функционирование комплекса как  единой системы с ЧПУ;

      - реализация нескольких функций  на базе станка ЧПУ;

      - подробный открытый код любого  модуля, обеспечивающего работу  комплекса:

      - возможность совершенствования  и расширения функциональных операций комплекса;

      - гибкость комплекса и стандартизация  интерфейсов обмена между устройствами;

      К минусам были отнесены следующие  моменты:

      - неправильный расчет необходимого  времени для реализации изначально  поставленных задач;

      - отсутствие автономного питания контролера для предотвращения сбоев на уровне контролера;

      - отсутствие программных решений  ускорения обработки исходных  данных.

      А также еще некоторые небольшие  недостатки, которые связаны с  удобством пользования комплексом, но которые не так просто решаемы в связи с непростым техническим уровнем комплекса.

      Проанализировав все положительные и отрицательные моменты, можно сказать, что, в общем, работа достойна дальнейшего рассмотрения и расширения функциональных возможностей комплекса ЧПУ.

      Возможно, данный комплекс будет взят за основу для реализации комплекса объемной 3-D обработки поверхностей и деталей, а также реализации различных алгоритмов построения фигур и кривых линий. Это позволить создать приближенный  к CAM системе программно-аппаратный комплекс. 3-D обработка поверхностей может быть применена во фрезеровании на гипсе для создания трехмерных скульптур, а также в изготовлении неплоских деталей, на первом этапе, обрабатываемым материалом может быть пенопласт. В перспективе может быть рассмотрено применение лазера на шпинделе станка. Это позволит осуществлять сложные операции, такие как выделывание объемных деталей, путем выжигания точки в месте пересечения 2-х лазеров или на определенной глубине.

      Дополнительно возможна реализация гравировального комплекса, как для стекла, так и для гранита, мрамора, дерева, неплотных металлов. Возможностей у подобных комплексов множество, это обусловлено гибкостью программных средств на ЭВМ и ограничено лишь творчеством и вложениями в развитие комплексов с ЧПУ. 
 
 

      Используемая  литература

1. Ан П., «Сопряжение  ПК с внешними устройствами», Пер. с  англ. – М.: ДМК Пресс, 2001. – 320 с.: ил.
2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х томах. Москва. «Машиностроение». 2001.
3. Дейтел Х., Дейтел П., Как программировать на C++ – 1001 с.
4. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин, М. Высшая школа, 1985.
5. Коровин Б.Г., Прокофьев Г.И., Рассудов Л.Н. Системы программного управления промышленными установками и робототехническими комплексами.
6. Кузьминов А.Ю. Интерфейс RS232. Связь между компьютером и микроконтроллером. – М.: Радио и связь, 2004. – 168 с.: ил.
7. Левин И.Я. Справочник конструктора точных приборов. Москва. ОБОРОНГИЗ. 1962.
8. Литвин Ф.Л. Проектирование механизмов и деталей приборов. Ленинград. «Машиностроение». 1973.
9. Мортон Джон, Микроконтроллеры AVR. Вводный курс, пер. с англ. – М.: Издательский дом «Додэка - XXI», 2006. – 272 с.: ил. (Серия «Мировая электроника»).
10. Орлов П.И. Основы конструирования. В 3-х томах. Москва. «Машиностроение». 1977.
11. Под редакцией академика Емельянова С.В. Управление гибкими производственными системами. Модели и алгоритмы.
12. Под редакцией Макарова И.М. и Чиганова В.А. Управляющие системы промышленных роботов.
13. Под редакцией профессора Сазонова А.А. Микропроцессорное управление технологическим оборудованием микроэлектроники.
14. Справочник. Приборные шариковые подшипники. Москва. «Машиностроение». 1981.
15. Справочник металлиста. В 5 томах. Под ред. Богуславского Б.Л. Москва. «Машиностроение». 1978.
16. Фадюшин Л., Музыкант Я.А., Мещеряков А.И. и др. Инструмент  для станков с ЧПУ, многоцелевых станков. М.: Машиностроение, 1990.
17. Шпак Ю.А. Программирование на языке C для AVR и PIC микроконтроллеров – К.: “МК Пресс”, 2006 – 400 с.,   ил.
18. http://avr123.nm.ru/ - микроконтроллеры AVR, описание, инструкции.
19. http://cec-mc.ru/ - устройство ШД, управление, применение.
20. http://cnc-stanky.narod.ru/ - ЧПУ станки, виды, устройство.
21. http://hobbycnc.hu - Комплексы с ЧПУ за рубежом.
22. http://imafania.boom.ru – Самодельные комплексы с ЧПУ.
23. http://proteus123.narod.ru/ - краткий курс - самоучитель PROTEUS.
24. http://ru.wikipedia.org/wiki/ - справочная википедия.
25. http://sapr2000.ru/ - САМ-системы, описание, методы.