1. 功能说明
本文示例将通过程序控制模拟车床的运动效果--模拟车床进行加工时各个结构的运动方式。车床的主要运动包括夹持工件主轴的旋转运动、刀具进给运动、刀具的换刀旋转运动、溜板的平动、尾座上顶针的进给运动。
2. 结构说明
该车床主轴旋转运动选择带传动的传动方式；刀具的进给使用滑块平移机构，用于短距离的移动；刀具的换刀装置使用电机直接驱动；溜板的平移选择丝杠传动，丝杠平移的距离较长且运动稳定；尾座的顶针进给运动使用滑块平移机构，用于短距离的平移。
3. 电子硬件
本实验中采用了以下硬件：
| 主控板 | Basra主控板（兼容Arduino Uno） |
| 扩展板 | Bigfish2.1扩展板 |
| 传感器 | 触碰传感器 |
| 电池 | 7.4V锂电池 |
电路连接说明：在下图所示位置安装一个触碰传感器作为限位（限位：限定机械设备的运动极限位置）。
① 触碰传感器连接在Bigfish扩展板的A0端口；
② 3号舵机连接在Bigfish扩展板的D7端口；4号舵机连接在Bigfish扩展板的D4端口；5号舵机连接在Bigfish扩展板的D3端口。
③ 1号电机连接在Bigfish扩展板的D5，D6；2号电机连接在Bigfish扩展板的D9，D10。
4. 功能实现
4.1 实现思路
实现车床模拟加工的功能。
复位：
溜板箱回到+X向极限位置（由1号电机控制），顶针伸出-X向（5号舵机控制），刀具箱回到+Y极限位置（3号舵机控制），刀具1指向-X向（4号舵机控制），主轴开始旋转（2号电机控制）。
第一步（粗加工）：
上刀，刀具1指向Y轴正方向（由4号舵机控制）；溜板箱沿-X向移动进入工作区，以刀具1的顶点与顶针顶点在同一直线为止（1号电机开始工作，延迟大概4s）；刀具箱+Y向伸出去（3号舵机控制）；刀具1沿-X向移动1s后停止（1号电机开始工作，延迟1s）。
第二步（换刀，准备精加工）：
刀具箱沿-Y向移动到极限位置（3号舵机角度控制收回来）；溜板箱沿+X向移动到+X向极限位置（1号电机控制，传感器限位）；换刀，刀具2到刀具1的位置（4号舵机角度控制）。
第三步（精加工）：
溜板箱沿-X向移动进入工作区，以刀具1的顶点与顶针顶点在同一直线为止（1号电机开始工作，延迟大概4s）；刀具箱+Y向伸出去（3号舵机控制）；刀具1沿-X向移动1s后停止（1号电机开始工作，延迟1s）。
第四步（加工完成）：
刀具箱收回（3号舵机角度控制）；溜板箱沿+X向移动到+X向极限位置（1号电机控制，传感器限位）；主轴停止转动（2号电机stop）；刀具1回到初始位置（4号舵机角度控制）；顶针收回，沿+X向移动到极限位置（5号舵机角度控制）。
4.2 示例程序
编程环境：Arduino 1.8.19
下面提供一个参考例程（lathe.ino），具体实验效果可参考演示视频。
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https://opensource.org/licenses/MIT
by 机器谱 2023-06-14 https://www.robotway.com/
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#include <Servo.h>
Servo servo_pin_4;
Servo servo_pin_3;
Servo servo_pin_8;
Servo servo_pin_11;
Servo servo_pin_7;
int _ABVAR_1_i = 0 ;
void setup()
{
pinMode( 14, INPUT);
servo_pin_4.attach(4);
servo_pin_3.attach(3);
servo_pin_8.attach(8);
servo_pin_11.attach(11);
servo_pin_7.attach(7);
pinMode( 9 , OUTPUT);
pinMode( 10 , OUTPUT);
pinMode( 5 , OUTPUT);
pinMode( 6 , OUTPUT);
servo_pin_4.write( 140 );
servo_pin_3.write( 170 );
servo_pin_8.write( 50 );
servo_pin_11.write( 74 );
servo_pin_7.write( 94 );
delay( 1000 );
}
void loop()
{
if (digitalRead(14))
{
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 80 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_4.write( ( 140 - _ABVAR_1_i ) );
delay( 10 );
}
delay( 1000 );
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 80 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_4.write( ( 60 + _ABVAR_1_i ) );
delay( 10 );
}
digitalWrite( 9 , HIGH );
digitalWrite( 10 , LOW );
delay( 2000 );
digitalWrite( 9 , LOW );
digitalWrite( 10 , LOW );
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 100 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_3.write( ( 170 - _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
digitalWrite( 5 , HIGH );
digitalWrite( 6 , LOW );
delay( 1000 );
digitalWrite( 5 , LOW );
digitalWrite( 6 , LOW );
delay( 1000 );
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 69 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_3.write( ( 70 - _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 41 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_8.write( ( 50 + _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 73 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_11.write( ( 74 - _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 85 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_7.write( ( 94 - _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 64 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_11.write( ( 1 + _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 70 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_8.write( ( 91 - _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 64 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_11.write( ( 65 - _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 169 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_3.write( ( 1 + _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 170 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_7.write( ( 9 + _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 39 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_11.write( ( 1 + _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 40 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_8.write( ( 20 + _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
for (_ABVAR_1_i= 1; _ABVAR_1_i<= ( 85 ); _ABVAR_1_i++ )
{
servo_pin_7.write( ( 179 - _ABVAR_1_i ) );
delay( 20 );
}
}
else
{
servo_pin_4.write( 140 );
servo_pin_3.write( 170 );
servo_pin_8.write( 50 );
servo_pin_11.write( 74 );
servo_pin_7.write( 94 );
delay( 1000 );
}
}程序源代码及样机3D文件详见 卧式车床模型-概述
