给数控铣DIY刚性攻丝功能：修订间差异
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我们都在金工实习时学过攻丝（Tapping），就是用一个带有螺纹形切削刃的工具在工件上切出螺纹来。做内螺纹的工具叫丝锥，做外螺纹的叫板牙。 | 我们都在金工实习时学过攻丝（Tapping），就是用一个带有螺纹形切削刃的工具在工件上切出螺纹来。做内螺纹的工具叫丝锥，做外螺纹的叫板牙。 | ||
[[文件:12Tapping copper nut.JPG|无|缩略图|用T形扳手和丝锥攻丝]] | [[文件:12Tapping copper nut.JPG|无|缩略图|用T形扳手和丝锥攻丝]] | ||
与手工工作相比，数控机床在批量制造零件时具有较高的效率和一致性。数控铣床刚性攻丝（Rigid Tapping）的过程有三步：主轴正转将丝锥旋入预先钻好的孔，到达预定深度后主轴停止，最后反转将丝锥退出工件。 | |||
[[文件:Milling-machine-spindle-rigid-tapping-2.jpg|无|缩略图|自动攻丝（Rigid Tapping）过程示意]] | [[文件:Milling-machine-spindle-rigid-tapping-2.jpg|无|缩略图|自动攻丝（Rigid Tapping）过程示意]] | ||
值得注意的是，丝锥在工件内时，包括中间的减速和反转，Z轴的平动和主轴的转动要同步：主轴转一圈，Z轴运动一个螺距，不然丝锥分分钟断给你看。这就需要一个传感器不停地给数控系统报告主轴的转动角度，一般我们会用光电编码器或者磁编码器。正因为多了这么个传感器，数控机床厂就有理由把自动攻丝当作一个高附加值的Feature，能够自动攻丝的数控铣要贵很多。我手上的小破数控铣就没有这个功能，经过一番调研，我决定DIY一个光电编码器。 | 值得注意的是，丝锥在工件内时，包括中间的减速和反转，Z轴的平动和主轴的转动要同步：主轴转一圈，Z轴运动一个螺距，不然丝锥分分钟断给你看。这就需要一个传感器不停地给数控系统报告主轴的转动角度，一般我们会用光电编码器或者磁编码器。正因为多了这么个传感器，数控机床厂就有理由把自动攻丝当作一个高附加值的Feature，能够自动攻丝的数控铣要贵很多。我手上的小破数控铣就没有这个功能，经过一番调研，我决定DIY一个光电编码器。 | ||
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=== 关于光电编码器 === | === 关于光电编码器 === | ||
正交光电旋转编码器（Optical Quadrature Rotary Encoder）由三个红外对射光电传感器和一个码盘组成。码盘圆周上有等分的空缺，光电传感器会因为空缺打通了光路而发出信号。 | 正交光电旋转编码器（Optical Quadrature Rotary Encoder）由三个红外对射光电传感器和一个码盘组成。码盘圆周上有等分的空缺，光电传感器会因为空缺打通了光路而发出信号。 | ||
[[文件: | [[文件:正交光电旋转编码器正在工作.gif|无|缩略图|这是完成后的主轴编码器。左上的锯片被当作镜子，用来看到B相传感器的指示灯。Z相传感器比另外两个要靠近中心，所以只有那个较深的缺口能触发它。]] | ||
我们把三个光电传感器分别叫做A、B和Z。A和B的光路放置在等分空缺经过的圆周上，相位差为90°或-90°（“正交”即为此意）。Z的光路放置在码盘一周唯一的空缺会经过的圆周上，给每一圈旋转确定起始位置。这样，主轴旋转时A、B、Z的输出信号应该长这样儿： | 我们把三个光电传感器分别叫做A、B和Z。A和B的光路放置在等分空缺经过的圆周上，相位差为90°或-90°（“正交”即为此意）。Z的光路放置在码盘一周唯一的空缺会经过的圆周上，给每一圈旋转确定起始位置。这样，主轴旋转时A、B、Z的输出信号应该长这样儿： | ||
[[文件:Incremental pulse-diagrama-b-z.jpg|无|缩略图|正交信号。/A、/B、/Z分别是A、B、Z取反。]] | [[文件:Incremental pulse-diagrama-b-z.jpg|无|缩略图|正交信号。/A、/B、/Z分别是A、B、Z取反。]] | ||
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调研后我决定使用欧姆龙的EE-SX-677-WR/EE-SX-676-WR传感器，并且把码盘安装在主轴上方，也就是这里： | 调研后我决定使用欧姆龙的EE-SX-677-WR/EE-SX-676-WR传感器，并且把码盘安装在主轴上方，也就是这里： | ||
[[文件:Where-spindle-encoder-will-be-installed.jpg|无|缩略图|即将安装主轴编码器的地方]] | |||
因为这篇文章是事后诸葛亮，图里可以看见大螺母上已经被我做了两个M4的螺纹孔，用于安装码盘。 | 因为这篇文章是事后诸葛亮，图里可以看见大螺母上已经被我做了两个M4的螺纹孔，用于安装码盘。 | ||
=== 测量尺寸 === | === 测量尺寸 === | ||
从上图可以看出安装编码器的位置比较狭小，要用游标卡尺测出各个需要的尺寸非常困难，所以这里我们使用试错法：画一个模板，用天空工场的激光切割机做出来，与实物比对后调整尺寸： | 从上图可以看出安装编码器的位置比较狭小，要用游标卡尺测出各个需要的尺寸非常困难，所以这里我们使用试错法：画一个模板，用天空工场的激光切割机做出来，与实物比对后调整尺寸： | ||
[[文件:切光电编码器模板.gif|无|缩略图|用天空工场的激光切割机切模板]] | |||
试了几次后，终于做出了正确的模板。模板装上以后长这样儿： | 试了几次后，终于做出了正确的模板。模板装上以后长这样儿： | ||
[[文件:How-it-looks-like-when-the-correct-template-is-installed.jpg|无|缩略图|尺寸正确的模板装上以后应该长这样儿]] | |||
于是我们的设计有了一个草图做参照。用自顶向下设计方法的语言来讲，这个草图就是设计的骨架（Skeleton） | 于是我们的设计有了一个草图做参照。用自顶向下设计方法的语言来讲，这个草图就是设计的骨架（Skeleton） | ||
2018年4月11日 (三) 20:44的版本
Intro
我们都在金工实习时学过攻丝（Tapping），就是用一个带有螺纹形切削刃的工具在工件上切出螺纹来。做内螺纹的工具叫丝锥，做外螺纹的叫板牙。
与手工工作相比，数控机床在批量制造零件时具有较高的效率和一致性。数控铣床刚性攻丝（Rigid Tapping）的过程有三步：主轴正转将丝锥旋入预先钻好的孔，到达预定深度后主轴停止，最后反转将丝锥退出工件。
值得注意的是，丝锥在工件内时，包括中间的减速和反转，Z轴的平动和主轴的转动要同步：主轴转一圈，Z轴运动一个螺距，不然丝锥分分钟断给你看。这就需要一个传感器不停地给数控系统报告主轴的转动角度，一般我们会用光电编码器或者磁编码器。正因为多了这么个传感器，数控机床厂就有理由把自动攻丝当作一个高附加值的Feature，能够自动攻丝的数控铣要贵很多。我手上的小破数控铣就没有这个功能，经过一番调研，我决定DIY一个光电编码器。
可能有同学想问，主轴的转速不是预先设定好的吗？按照转速移动Z轴不就行了？嘿嘿，我想说，有个东西叫累计误差（或者积分误差、累积误差，随你怎么叫），而且中间的加减速过程不好解决。
Planning
关于光电编码器
正交光电旋转编码器（Optical Quadrature Rotary Encoder）由三个红外对射光电传感器和一个码盘组成。码盘圆周上有等分的空缺，光电传感器会因为空缺打通了光路而发出信号。
我们把三个光电传感器分别叫做A、B和Z。A和B的光路放置在等分空缺经过的圆周上，相位差为90°或-90°（“正交”即为此意）。Z的光路放置在码盘一周唯一的空缺会经过的圆周上，给每一圈旋转确定起始位置。这样，主轴旋转时A、B、Z的输出信号应该长这样儿：
这样，我们不仅可以从信号脉冲的个数中推断主轴的角位移，还可以从AB相的相位差中推测主轴的旋转方向。
调研后我决定使用欧姆龙的EE-SX-677-WR/EE-SX-676-WR传感器，并且把码盘安装在主轴上方，也就是这里：
因为这篇文章是事后诸葛亮，图里可以看见大螺母上已经被我做了两个M4的螺纹孔，用于安装码盘。
测量尺寸
从上图可以看出安装编码器的位置比较狭小，要用游标卡尺测出各个需要的尺寸非常困难，所以这里我们使用试错法：画一个模板，用天空工场的激光切割机做出来，与实物比对后调整尺寸：
试了几次后，终于做出了正确的模板。模板装上以后长这样儿：
于是我们的设计有了一个草图做参照。用自顶向下设计方法的语言来讲，这个草图就是设计的骨架（Skeleton）
【图】