我做过的机器人：立式铣床

刘之怡

也许你会对立式铣床是否为机器“人”感到疑惑，其实国际上至今还没有被普遍认同的“机器人”的定义， 但根据由国际标准化组织给出的较被广泛接受的定义，“机器人”是一种能够通过编程和自动控制来执行作业或移动任务的机器，你会发现无人机、机械臂等是机器人，而我搭建的立式铣床也是机器人。

先简单介绍一下铣床：铣床主要指用铣刀在工件上加工多种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件（和）铣刀的移动为进给运动。铣床主要组成部分有：立铣头、主轴、工作台、床鞍、升降台、床身、底座。

铣床的运动分两种形式：旋转运动转化为旋转运动、旋转运动转化为平动。

铣床至关重要的就是丝杠平动装置，它将转动转化为平动。

我参考STP Viewer，组装一个立式铣床，然后进行电路连接，并且于工作台在 X 轴正向的极限位置安装一个触碰传感器作为限位，立铣头在 Y 轴正向的极限位置安装一个触碰传感器作为限位。

然后按如下步骤写出程序，实现一个模拟加工的工作：

第一步（复位）：工作台运动到 X 正向极限位置（控制 1 号电机旋转，直到工作台碰到限位的触碰传感器停止）;铣头运动到 Y 正向极限位置（控制 2 号电机旋转，直到洗头碰到限位的触碰传感器停止），工作台运动到 Y 正向极限位置（控制 4 号电机）;

第二步：工作台在一号电机所在的丝杠上向-X 方向运动，其中心位置与铣头的中心位置在同一平面上（控制 1 号电机）;工作台在一号电机所在的丝杠上向-Y 方向运动，其中位置与铣头的中心位置在同一直线上（控制 1 号电机）;铣头开始旋转（控制 3 号电机）;

第三步：铣头-Z 方向移动，移动到 2 号电机所在丝杠的中间位置停止（控制 2 号电机）;工作台在+X 与-X 方向各匀速移动 1S 的时间（控制 1 号电机正转与反转延迟各 1s）;工作台在+Y 与-Y 方向各移动一段距离（控制 4 号舵机顺时针、逆时针各旋转一定的角度）;

第四步：铣头在-Z 向移动 1s（控制 2 号电机旋转 1s），暂停 0.3s;铣头在+Z 向移动 1s （控制 2 号电机反向旋转 1s）;工作台的运动重复第三步中工作台的运动;

第五步：复位，回到第一步中的位置。

将程序烧录到 Basra 中之后觀察其实际运动效果是否有问题。记得第一次实践时，我因为将四号舵机的接线插反而导致工作台复位时向X 负向极限位置运动。

这次的铣床安装，让我收益颇多。其中，零件组装部分我花费时间最多，在不断组装拆解的过程中，我的意志力得到锻炼，解决困难的勇气也增强了许多，对于机械零件的类型和组装顺序有了更深入的理解。同时，我看建模图纸的能力也随之增强，还学会了STP Viewer的使用方法。除此之外，电机的使用和ardnino的使用，对我程序编写的能力也有所提高。铣床的搭建不仅培养了我对物理动力学及机械控制的兴趣，还使我学到了许多课本之外的知识。作出这样一个灵活的铣床（在X、Y、Z轴平动，Z轴转动），我从心底里感到满足与欣喜！

你也许会疑问：一个没有铣刀，无法对工件进行铣削加工的铣床制作出来有何意义？是的，我的铣床的实用价值相比工厂制作的要低很多，但是它可以由电脑控制自动运作，而工厂制作出来的铣床则需要人亲手运作，这是我尝试从机械化走向自动化的一大步。

责任编辑：宋明晏

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