一种能控制带锯曲线切割的装置的制作方法

本实用新型涉及木材加工，具体是一种能控制带锯曲线切割的装置。

背景技术：

带锯是木材加工常用的加工机械，目前木材加工的切割装置大多适用于直线切割，但工厂的木材不是绝对笔直的，而是略微弯曲的，导致传统带锯切割装置切割弯曲木材时浪费率高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种能控制带锯曲线切割的装置。这种装置能控制带锯曲线切割弯曲木材，能提高木材利用率。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种能控制带锯曲线切割的装置，包括mcu模块、与mcu模块连接的第一电机驱动模块和第二电机驱动模块和液晶屏模，第一驱动模块和第二驱动模块连接双向移动平台。

所述mcu模块采用stm32f103c8t6开发板最小系统单片机核心板模块。

所述双向移动平台设有双向移动滑轨及步进电机，其中，双向移动滑轨分为可左右移动的x轴滑轨和可前后移动的y轴滑轨，x轴滑轨用于固定木材并带动木材左右移动、y轴滑轨控制x轴滑轨前后运动；所述步进电机包括x轴步进电机和y轴步进电机，x轴步进电机控制x轴滑轨左右移动、y轴步进电机控制y轴滑轨前后移。

所述mcu模块外接液晶屏模块，液晶屏模块与mcu模块的spi外设引脚连接，液晶屏模块用于显示参数信息，并可以通过触摸方式修改曲线切割参数。

所述第一电机驱动模块设有第一方向控制接口、第一转速控制接口和第一步进电机控制接口；第二电机驱动模块设有第二方向控制接口、第二转速控制接口和第二步进电机控制接口，第一步进电机控制接口连接x轴步进电机，第二步进电机控制接口连接y轴步进电机，第一转速控制接口与mcu模块的a8脚连接、第一方向控制接口与mcu模块的b6脚连接，第二转速控制接口与mcu模块的a1脚连接，第二方向控制接口与mcu模块的a7脚连接。

上述装置的工作过程如下：

1.确定木材切割的起始点(x1,y1)和木材切割的终点(x2,y2)；

2.根据木材切割的起始点和木材切割的终点采用两点间直线距离公式，计算出直线路径长度l，计算公式为：

3.根据实际木材的弯曲程度选择不同的切割弧度α，弧度跟木材的弯曲程度成正比关系，可根据实际木材的弯曲程度选定不同的切割弧度α，并在液晶屏模块输入切割弧度参数α；

4.根据直线路径长度l和选定的切割弧度α，采用正弦定理计算曲线切割半径r，计算公式为：

5.根据选定的切割弧度α、木材切割起始点(x1,y1)和曲线切割半径r，采用圆弧运动插补的方式进行曲线切割，所述圆弧运动插补是通过插入一组斜线来逼近圆弧方法，其中，装置采用圆弧运动插补方法进行曲线切割，由mcu模块处理，处理流程具体分为以下步骤：

1)计算出起始坐标(x1,y1)的弧度α0，计算公式为:

2)选定单位切割弧度为δα，δα越小，曲线切割出的木材就越平滑，选取δα＝0.05即近似于0.008个单位圆的弧长；

3)计算出经过一个单位切割弧度δα后的点(x1′,y1′)的坐标，计算公式为：(x1′,y1′)＝(r×cos(α0+δα),r×sin(α+δα))；

4)根据计算出的点坐标(x1′,y1′)和已知木材切割起点(x1,y1)，再采用bresenham直线算法切割出斜线，所述bresenham直线算法，首先比较起点坐标(x1,y1)和计算出的点坐标(x1′,y1′)的相对位置，若x1′<x1,mcu通过b6脚电平控制第一电机驱动模块来控制x轴滑轨方向为负半轴方向，反之，x轴滑轨方向为正半轴方向；若y1′<y1,mcu通过a7脚电平控制第二电机驱动模块来控制y轴滑轨方向为负半轴方向，反之，y轴滑轨方向为正半轴方向；再根据x轴坐标差值的绝对值|x1-x1′|和y轴坐标差值的绝对值|y1-y1′|确定单位步进，若|x1-x1′|<|y1-y1′|，则y为作为单位步进，反之，x作为单位步进；最后根据x轴坐标差值的绝对值、y轴坐标差值的绝对值和单位步进控制mcu的a8脚和a1脚分别输出不同的pwm脉冲个数，并分别通过第一电机驱动模块和第二电机驱动模块来控制x轴滑轨的移动距离和y轴滑轨的移动距离，若x轴为单位步进，则x轴坐标每前进一个单位步进，即输出一个pwm脉冲，临时步进增加|y1-y1′|，直至临时步进>|x1-x1′|，y轴才前进一个单位步进，即输出一个pwm脉冲，以此类推直至x轴增加的总单位步进>|x1-x1′|，最终切割出斜线，按以上方法，每增加一个单位切割弧度δα，求出下一个点的坐标，并利用bresenham直线算法切割出该单位切割弧度所对应的斜线，直至增加的单位切割弧度总和大于设定的切割弧度大小α，曲线切割木材结束，最后带锯回到切割起点，为下一次切割木材做好准备。

本技术方案的原理是:曲线加工可以归纳为控制带锯沿着已知弧度的曲线轨迹运动,采用分割的装置将目标曲线划分为多段斜线进行加工，实质上通过插入很多斜线来逼近圆弧，以此达到带锯曲线切割木材的目的。

本技术方案解决了目前木材加工装置带锯采用直线切割的不足，这种技术方案的实质是将曲线近似为多段斜线来逼近曲线，针弯曲木材设置不同曲率进行曲线切割，提高了木材利用率。

这种装置能控制带锯曲线切割弯曲木材，能提高木材利用率。

附图说明

图1为实施例中的控制带锯曲线切割装置的结构框图；

图2为实施例中的切割木材示意图；

图3为实施例中切割弧度α参数选择示意图；

图4为实施例中的圆弧运动插补示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的内容作进一步的阐述，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

参照图1，一种能控制带锯曲线切割的装置，包括mcu模块、与mcu模块连接的第一电机驱动模块和第二电机驱动模块及液晶屏模块，第一驱动模块和第二驱动模块连接双向移动平台。

所述mcu模块采用stm32f103c8t6开发板最小系统单片机核心板模块。

所述双向移动平台设有双向移动滑轨及步进电机，其中，双向移动滑轨分为可左右移动的x轴滑轨和可前后移动的y轴滑轨，x轴滑轨用于固定木材并带动木材左右移动、y轴滑轨控制x轴滑轨前后运动；所述步进电机包括x轴步进电机和y轴步进电机，x轴步进电机控制x轴滑轨左右移动、y轴步进电机控制y轴滑轨前后移。

所述mcu模块外接液晶屏模块，液晶屏模块与mcu模块的spi外设引脚连接，液晶屏模块用于显示参数信息，并可以通过触摸方式修改曲线切割参数，本例中，液晶屏模块采用2.8寸tft触摸彩色spi串口液晶显示屏模块。

所述第一电机驱动模块设有第一方向控制接口、第一转速控制接口和第一步进电机控制接口；第二电机驱动模块设有第二方向控制接口、第二转速控制接口和第二步进电机控制接口，第一步进电机控制接口连接x轴步进电机，第二步进电机控制接口连接y轴步进电机，第一转速控制接口与mcu模块的a8脚连接、第一方向控制接口与mcu模块的b6脚连接，第二转速控制接口与mcu模块的a1脚连接，第二方向控制接口与mcu模块的a7脚连接，本例中，第一电机驱动模块、第二电机驱动模块采用时代超群公司的具有过流、过压、超速、过热等功能的hbss57全数字式闭环步进驱动器，用于驱动步进电机。

上述装置的工作过程如下：

1.参照图2，所示切割木材示意图，确定木材切割的起始点(x1,y1)和木材切割的终点(x2,y2)，并在液晶屏模块输入该参数，由于每次带锯切割木材时，切割起点都会归零，因此木材切割起点基本确定，由于工厂木材的直线路径基本一样长，因此木材切割终点也基本确定；

2.参照图2，所示切割木材示意图，根据木材切割的起始点和木材切割的终点采用两点间直线距离公式，计算出直线路径长度l，计算公式为：

3.根据实际木材的弯曲程度选择不同的切割弧度α，如图3所示，参照切割弧度α参数选择示意图，弧度α2>弧度α1，且α2对应的木材弯曲程度较大，弧度跟木材的弯曲程度成正比关系，可根据实际木材的弯曲程度选定不同的切割弧度α，并在液晶屏模块输入切割弧度参数α；

4.参照图2，所示切割木材示意图，根据直线路径长度l和选定的切割弧度α，由mcu模块采用正弦定理计算曲线切割半径r，计算公式为：

5.根据选定的切割弧度α、木材切割起始点(x1,y1)和曲线切割半径r，采用圆弧运动插补的方式进行曲线切割，圆弧运动插补是通过插入一组斜线来逼近圆弧方法，如图4所示，参照圆弧运动插补示意图，根据选定的切割弧度α、木材切割起始点(x1,y1)和曲线切割半径r，使用圆弧运动插补的装置进行曲线切割，其中，圆弧运动插补装置进行曲线切割，由mcu模块处理，处理流程具体分为以下步骤：

1)计算出起始坐标(x1,y1)的弧度α0，计算公式为:

2)选定单位切割弧度为δα，δα越小，曲线切割出的木材就越平滑，本例选取δα＝0.05即近似于0.008个单位圆的弧长；

3)计算出经过一个单位切割弧度δα后的点(x1′,y1′)的坐标，计算公式为：(x1′,y1′)＝(r×cos(α0+δα),r×sin(α+δα))；

4)根据计算出的点坐标(x1′,y1′)和已知木材切割起点(x1,y1)，再采用bresenham直线算法切割出斜线，所述bresenham直线算法，首先比较起点坐标(x1,y1)和计算出的点坐标(x1′,y1′)的相对位置，若x1′<x1,mcu通过b6脚电平控制第一电机驱动模块来控制x轴滑轨方向为负半轴方向，反之，x轴滑轨方向为正半轴方向；若y1′<y1,mcu通过a7脚电平控制第二电机驱动模块来控制y轴滑轨方向为负半轴方向，反之，y轴滑轨方向为正半轴方向；再根据x轴坐标差值的绝对值|x1-x1′|和y轴坐标差值的绝对值|y1-y1′|确定单位步进，若|x1-x1′|<|y1-y1′|，则y为作为单位步进，反之，x作为单位步进；最后根据x轴坐标差值的绝对值、y轴坐标差值的绝对值和单位步进控制mcu的a8脚和a1脚分别输出不同的pwm脉冲个数，并分别通过第一电机驱动模块和第二电机驱动模块来控制x轴滑轨的移动距离和y轴滑轨的移动距离，若x轴为单位步进，则x轴坐标每前进一个单位步进，即输出一个pwm脉冲，临时步进增加|y1-y1′|，直至临时步进>|x1-x1′|，y轴才前进一个单位步进，即输出一个pwm脉冲，以此类推直至x轴增加的总单位步进>|x1-x1′|，最终切割出斜线，按以上方法，每增加一个单位切割弧度δα，求出下一个点的坐标，并利用bresenham直线算法切割出该单位切割弧度所对应的斜线，直至增加的单位切割弧度总和大于设定的切割弧度大小α，曲线切割木材结束，最后带锯回到切割起点，为下一次切割木材做好准备。

本例装置的原理是:曲线加工可以归纳为控制带锯沿着已知弧度的曲线轨迹运动,采用分割的装置将目标曲线划分为多段斜线进行加工，实质上通过插入很多斜线来逼近圆弧，以此达到带锯曲线切割木材的目的。

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