CN102615161A

CN102615161A - 通用二维数控旋压机床的控制系统

Info

Publication number: CN102615161A
Application number: CN2012101181857A
Authority: CN
Inventors: 周建洪; 沈鹏; 张辉; 张玉龙; 韩明波
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: CN102615161B

Abstract

本发明公开了一种通用二维数控旋压机床的控制系统，该系统包括有加工操作层、控制设备层和机床设备层，其中，加工操作层与控制设备层相连，控制设备层与机床设备层相连，加工操作层由上位机的人机操作界面、数据键盘和控制面板组成；控制设备层由运动控制系统和机床主轴电机变频器组成；机床设备层由旋压机床上的机电执行机构和信号检测机构组成。本发明与现有技术相比，实现了工件上料、加工、卸料过程的全自动化。硬件设备连接简单，设备造价低。该系统特别适合加工小批量、工件尺寸不定的旋压产品。

Description

通用二维数控旋压机床的控制系统

技术领域

本发明涉及数控旋压机床控制系统，特别是一种通用二维数控旋压机床的控制系统

背景技术

目前，由于旋压模具造价低、加工方便，所以对于产品(例如：餐具、风机外罩、灯具等)外形经常变化，且小批量生产的情况，加工过程已经由冲压工艺过渡到了旋压工艺。由于旋压工艺是针对外形较小，且经常变化尺寸的工件产品，所以在加工过程中需要经常变化加工轨迹。而且随着工件的外形尺寸的不同，工件的加工参数也不相同，没有固定的规律可循。

现在使用的旋压机床控制系统均由标准CNC系统二次开发而成，软件的控制程序有两种编写方式：一种是手工画出CAD刀路图，计算X、Z插补位置，最后编写G代码程序；第二种是CAD绘制变形曲线，采用专用编译软件将刀路曲线编译成G代码程序。中国专利公开(公告)号：CN102228925A，名称为“数控金属旋压机及其软件操作方法”，公开了类似的技术方案。但在实际使用过程中CNC系统的多数功能不适用于旋压机，增加了硬件设备成本。由于工件尺寸多变，所以采用以上两种方式都需要改变CAD变形曲线，造成程序代码经常更换，不但增加了加工人工成本，而且使生产效率大大降低，所以使用标准数控系统并不是最佳方案。针对以上的原因，发明了数控旋压的专用控制系统，只需要将工件的外轮廓和加工参数输入系统，就可以自动生成加工轨迹，既节省了人为编程过程，又提高了生产效率。

发明内容

本发明提供了一种通用二维数控旋压机床的控制系统，可以自动生成产品的加工轨迹，实现产品加工过程全自动化。

本发明提供的通用二维数控旋压机床的控制系统所采用的技术方案是：

该系统包括有加工操作层、控制设备层和机床设备层，其中，加工操作层与控制设备层相连，控制设备层与机床设备层相连，加工操作层由上位机的人机操作界面、数据键盘和控制面板组成；控制设备层由运动控制系统和机床主轴电机变频器组成；机床设备层由旋压机床上的机电执行机构和信号检测机构组成，上述上位机人机操作界面与运动控制系统相连，通过CANopen现场总线进行实时通讯，完成加工过程的实时控制。其中的运动控制系统由控制面板、计算机主板、多轴联动控制卡、伺服驱动器、远程输入/输出模块、A/D模块组成，各模块与机床设备进行连线；上述机床设备层的机电执行机构包括有：主轴电动机、伺服电动机、电磁阀、气动阀，其中，主轴电机与变频器相连，伺服电动机与伺服驱动器相连，电磁阀和气动阀与远程输出模块相连；上述机床设备层的信号检测机构包括有：光电编码器、接近开关、行程开关，其中，光电编码器与电机驱动器相连，接近开关和行程开关与远程输入模块相连。

所述的加工操作层中的上位机的人机操作界面由操作面板、加工参数、工件参数、对刀参数四部份组成；数据键盘由数字键、页面左翻键、页面右翻键、页面光标上移键、页面光标下移键九部份组成；控制面板经过端子排与远程输入/输出模块相连接，控制面板上的机床操作指令经过远程输入模块，通过CANopen总线传入运动控制卡，进行实时通讯，完成信息的双向传输，实现机床实时控制，由控制面板的输入信号触发动作程序后，将输出信号由远程输出模块输出到与之对应的机床设备层。

所述的控制设备层硬件包括：X轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、切边伺服驱动器、卷边伺服驱动器、远程输入模块、远程输出模块、A/D模块、变频器、多轴运动控制卡、计算机主板，共十部分组成，软件部分主程序由自动生成机床走刀轨迹子程序、运动控制系统设备执行子程序两部分组成。

所述的机床设备层由主轴电机、伺服电机、接近开关、行程开关、电磁阀、气动阀、共七部份组成，伺服电机分别由对应的驱动器进行控制，走刀速度给定经过A/D模块将控制量送入设备执行程序，接近开关、行程开关检测机床的极限工作位置，将信号送入远程输入模块，电磁阀、气动阀由远程输出模块控制。

本发明提供的通用二维数控旋压机床的控制系统与现有技术相比，其显著的有益效果体现在：实现了工件上料、加工、卸料过程的全自动化。由于硬件设备是专用运动控制系统，所以硬件设备连接简单，设备造价低。工件的加工只需要将工件的尺寸输入软件系统，软件系统就能够自动生成工件的加工轨迹，并且驱动运动控制系统按照轨迹坐标完成工件加工过程。大大节省了人力和编辑轨迹程序耗费的时间，特别适合加工小批量、工件尺寸不定的旋压产品。

本发明上位机制作的人机操作界面，界面友好，可以方便加工和工艺参数的输入，在加工过程中，操作界面将必要的机床状态和报警状态加以显示。工件加工过程可以实时显示，并且能够实时绘出加工轨迹图，方便判断加工过程。

本发明的数控旋压机的运动控制系统，操作方便。在控制面板上只要按下相关的按键，就可以在手动模式下直接进行此种加工过程。工件加工过程中，可以实时改变机床主轴和加工轨迹的走行速度，使机床的操作性更强。

附图说明

图1是通用二维数控旋压机床的控制系统控制原理结构示意图。

图2是通用二维数控旋压机床的控制系统控制面板示意图。

图3是通用二维数控旋压机床的控制系统数据输入键盘示意图。

图4是通用二维数控旋压机床的控制系统上位机操作面板界面图。

图5是通用二维数控旋压机床的控制系统上位机加工参数界面图。

图6是通用二维数控旋压机床的控制系统上位机工件参数界面图。

图7是通用二维数控旋压机床的控制系统上位机对刀参数界面图。

图8是通用二维数控旋压机床的控制系统加工程序流程图。

图9是通用二维数控旋压机床的控制系统自动生成机床走刀轨迹子程序流程图。

图10是通用二维数控旋压机床的运动控制系统设备执行子程序流程图。

图1中：

加工操作层1包括：显示器(s)，数据键盘(t)，控制面板(h)。

控制设备层2包括：X轴伺服驱动器(a)，Z轴伺服驱动器(b)，切边伺服驱动器(c)，卷边伺服驱动器(d)，远程输入模块(e)，远程输出模块(f)，A/D模块(g)，变频器(i)，多轴运动控制卡(q)，计算机主板(r)。

机床设备层3包括：X轴伺服电机(j)，Z轴伺服电机(k)，切边伺服电机(l)，卷边伺服电机(m)，接近开关、行程开关(n)，主轴电机(o)，电磁阀、气动阀(p)。

具体实施方式

下面结合附图和具体工件加工过程，用实施例详细说明通用二维数控旋压机床的控制系统。

如图1所示，通用二维数控旋压机床的控制系统，包括有加工操作层1、控制设备层2和机床设备层3。

其中，加工操作层1由上位机显示的工作界面(s)、数据键盘(t)及控制面板(h)组成。上位机显示的工作界面(s)由图4所示的操作面板界面(s1)、图5所示的加工参数界面(s2)、图6所示的工件参数界面(s3)、图7所示的对刀参数界面(s4)四部份组成。数据键盘(t)如图3所示，由数字键(t1)、页面左翻键(t2)、页面右翻键(t3)、页面光标上移键(t4)、页面光标下移键(t5)九部份组成。控制面板(h)如图2所示，控制面板经过端子排与远程输入/输出(e/f)模块相连接，将控制面板(h)上的机床操作指令经过远程输入(e)模块，通过CANopen总线传入运动控制卡(q)，进行实时通讯，完成信息的双向传输，实现机床实时控制。由控制面板的输入信号触发动作程序后，将输出信号由远程输出(f)模块输出到与之对应的机床设备层3。

其中，控制设备层2如图1所示，硬件由X轴伺服驱动器(a)、Z轴伺服驱动器(b)、切边伺服驱动器(c)、卷边伺服驱动器(d)、远程输入模块(e)、远程输出模块(f)、A/D模块(g)、变频器(i)、多轴运动控制卡(q)、计算机主板(r)共十部分组成。加工程序流程图，如图8所示，加工程序由自动生成机床走刀轨迹子程序和运动控制系统设备执行子程序两部分组成。自动生成机床走刀轨迹子程序流程图如图9所示，运动控制系统设备执行子程序流程图如图10所示。

其中，机床设备层3如图1所示，由主轴电机(o)、伺服电机(j、k、l、m)，接近开关、行程开关(n)，电磁阀、气动阀(p)，共七部份组成。伺服电机分别由对应的驱动器进行控制，走刀速度给定经过A/D模块(g)将控制量送入设备执行程序，完成改变走刀实时速度的作用。接近开关、行程开关(n)检测机床的极限工作位置，将信号送入远程输入模块(e)，实现保护和加工过程切换条件的作用。电磁阀、气动阀(p)由远程输出模块(f)控制。

通过点击控制面板(h)启动/停止按钮，控制数控旋压机运动控制系统通电/断电。开启数控旋压机运动控制系统后，上位机的控制面板界面(s1)就会显示系统所有设备的初始化情况，确认无误后，按下(t3)键切换到加工参数(s2)界面，将加工过程的工艺参数通过数据键盘(t)输入到界面的参数输入框内。按下(t3)键切换到工件参数(s3)界面，将工件的尺寸参数通过数据键盘(t)输入到界面的参数输入框内。按下数据键盘的预读数据键后，自动生成加工刀路图。然后在对刀参数界面(s4)开始对刀，确定加工过程的初始坐标。确认无误后，通过控制面板使机床设备开始运行。

控制系统主要有手动/自动两种工作模式。在手动工作模式下，通过点击面板上按键控制机床的各种工作过程，并且处于何种工作过程都会由相应按键上方的指示灯显示，手动模式用于设备调试及机床检修。

在自动工作模式下，按下程序循环按钮，机床开始按照刀路轨迹进行自动加工过程，直到工件加工完毕，无需进行数控编程；机床设备动作主要由设备执行程序控制，走刀轨迹程序将走行曲线坐标送入设备执行程序后，设备执行程序操作多轴运动控制卡(q)，将插补指令送入X和Z(a、b)伺服驱动器，控制X和Z(j、k)伺服电机完成曲线运动过程。设备执行程序输出信号送入切边和卷边伺服驱动器(c、d)，分别控制两台伺服电机(l、m)带动切边和卷边刀台做单轴直线运动。按下程序保持按钮时，程序和机床处于暂停状态，当按下程序循环按钮后，机床继续工作。当出现紧急情况时，直接按下急停按钮，机床系统全部断电。控制面板上有两个速度控制电位计，一个是主轴调速电位计，完成主轴电机速度的调节；另一个是走刀调速电位计，完成旋压刀加工速度的实时调节。调节走刀速度的信号送入AD模块(g)，通过CANopen总线传入运动控制卡(q)；无论是手动还是自动模式，两个电位计都可以随时调节主轴和走刀的速度。主轴转速由一个五位的LED转速表实时显示。全部加工过程的各个电磁阀、气动阀(p)的动作都由设备执行程序按照加工过程自动控制。

Claims

1.一种通用二维数控旋压机床的控制系统，其特征在于该系统包括有加工操作层、控制设备层和机床设备层，其中，加工操作层与控制设备层相连，控制设备层与机床设备层相连，加工操作层由上位机的人机操作界面、数据键盘和控制面板组成；控制设备层由运动控制系统和机床主轴电机变频器组成；机床设备层由旋压机床上的机电执行机构和信号检测机构组成，上述上位机人机操作界面与运动控制系统相连，通过CANopen现场总线进行实时通讯，完成加工过程的实时控制，其中的运动控制系统由控制面板、计算机主板、多轴联动控制卡、伺服驱动器、远程输入/输出模块、A/D模块组成，各模块与机床设备进行连线；上述机床设备层的机电执行机构包括有：主轴电动机、伺服电动机、电磁阀、气动阀，其中，主轴电机与变频器相连，伺服电动机与伺服驱动器相连，电磁阀和气动阀与远程输出模块相连；上述机床设备层的信号检测机构包括有：光电编码器、接近开关、行程开关，其中，光电编码器与电机驱动器相连，接近开关和行程开关与远程输入模块相连。

2.根据权利要求1所述的通用二维数控旋压机床的控制系统，其特征在于加工操作层中的上位机的人机操作界面由操作面板、加工参数、工件参数、对刀参数四部份组成；数据键盘由数字键、页面左翻键、页面右翻键、页面光标上移键、页面光标下移键九部份组成；控制面板经过端子排与远程输入/输出模块相连接，控制面板上的机床操作指令经过远程输入模块，通过CANopen总线传入运动控制卡，进行实时通讯，完成信息的双向传输，实现机床实时控制，由控制面板的输入信号触发动作程序后，将输出信号由远程输出模块输出到与之对应的机床设备层。

3.根据权利要求1所述的通用二维数控旋压机床的控制系统，其特征在于所说的控制设备层硬件包括：X轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、切边伺服驱动器、卷边伺服驱动器、远程输入模块、远程输出模块、A/D模块、变频器、多轴运动控制卡、计算机主板，共十部分组成，软件部分主程序由自动生成机床走刀轨迹子程序、运动控制系统设备执行子程序两部分组成。

4.根据权利要求1所述的通用二维数控旋压机床的控制系统，其特征在于所说的机床设备层由主轴电机、伺服电机、接近开关、行程开关、电磁阀、气动阀、共七部份组成，伺服电机分别由对应的驱动器进行控制，走刀速度给定经过A/D模块将控制量送入设备执行程序，接近开关、行程开关检测机床的极限工作位置，将信号送入远程输入模块，电磁阀、气动阀由远程输出模块控制。