CN104834270A - 旋转第四轴与cnc加工中心联机控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转第四轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法，通过信号转接板实现主控制器与PLC控制器之间的通信，主控制器输出M代码信号作为运动指令通过信号转接板向PLC控制器提供角度信号，PLC控制器根据对应的角度信号作角度定位动作，PLC控制器完成角度定位动作后通过信号转接板向CNC加工中心的主控制器反馈M代码完成信号，从而实现PLC控制器与主控制器之间的联机通信。因此，本发明具有不容易出现误差，操作简单、后处理方便、控制精度高等优势。且只需通过人机界面修改产品角度定位参数即可实现旋转第四轴与CNC加工中心的联机，因此，本发明控制系统具有良好的通用性和兼容性，应用将会更加广泛。

Description

旋转第四轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及CNC机床加工技术领域，具体是涉及一种旋转第四轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法。

背景技术

一般情况下，数控铣床或CNC加工中心有X、Y、Z三个基本轴，其他旋转轴为旋转第四轴，旋转第四轴使用时，工件一次装夹即可完成多个面的加工，适用于一般多面体的加工，如涡轮式空压机壳体的四面孔、槽的加工等，且其加工精度、效率得以显著的提高。旋转第四轴通常包括于控制器、装置本体和设于装置本体上的伺服电机、减速机、工装夹具。工作时，装置本体安装于CNC加工机床或加工中心的工作台上，通过控制器驱动伺服电机，伺服电机经减速机后驱动工装夹具转动或定位，实现装夹在工装夹具上的产品的角度定位，进而实现CNC加工中心的旋转第四轴加工。但是，现有技术中，旋转第四轴的控制器通常被设计为CNC加工中心主控制系统的一个扩展模块，其不具备后处理功能，只能作为主控制器的执行控制单元，因此，针对不同的CNC加工中心主控制器，旋转第四轴控制器需要单独开发设计，也就是说目前旋转第四轴的控制器的通用性和兼容性差，致使其应用受到限制。此外，主控制器与旋转第四轴控制器的联机通信方式为：旋转第四轴控制器通过脉冲信号总线与主控制器实现通信，这种通信模式驱动角度定位时，往往需要几万个通断信号，容易出现误差，也就是说现有旋转第四轴控制器的控制精度较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种旋转第四轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法，具有操作简单、后处理方便、控制精度高、兼容性和通用性好等优点，能够广泛适用于不同类型的CNC加工中心。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种旋转第四轴与CNC加工中心联机控制系统，包括旋转第四轴、信号转接板和CNC加工中心的主控制器，所述旋转第四轴包括PLC控制器、伺服电机、减速机和用于产品装夹固定的工装夹具，所述PLC控制器控制所述伺服电机旋转或定位，所述伺服电机经所述减速机后驱动所述工装夹具旋转或定位；所述信号转接板具有若干运动指令输入端及对应的运动指令输出端、若干反馈信号输入端及对应的反馈指令输出端；所述PLC控制器具有与所述运动指令输出端对接的角度信号输入端和与反馈信号输入端对接的角度完成信号输出端，所述主控制器具有与所述运动指令输入端对接的代码信号输出端和与所述反馈指令输出端对接的代码完成信号输入端。

作为本发明的进一步改进，还包括伺服驱动器和编码器，所述PLC控制器通过所述伺服驱动器和所述编码器控制所述伺服电机旋转或定位。

作为本发明的进一步改进，还包括用于显示工装夹具固定的产品的位置状态和修改该产品角度定位参数的人机界面，所述人机界面与所述PLC控制器电连接。

一种旋转第四轴与CNC加工中心联机的控制方法，包括所述主控制器、所述信号转接板和所述PLC控制器，所述主控制器执行M代码后通过所述代码信号输出端输出数字量IO信号，作为所述信号转接板的运动指令，所述信号转接板的运动指令输入端接收该运动指令，并将该M代码对应的数字量IO信号转换为对应的IO角度信号通过所述运动指令输出端发送给所述PLC控制器，所述PLC控制器根据对应的IO角度信号作角度定位动作，所述PLC控制器角度定位动作完成后通过所述角度完成信号输出端输出IO角度完成信号，作为所述信号转接板的运动指令，所述信号转接板的反馈信号输入端接受该运动指令，并将该IO角度完成信号转换为M代码完成信号通过所述反馈指令输出端发送给所述主控制器，所述主控制器根据对应的M代码完成信号执行后段程式。

作为本发明的进一步改进，每个IO角度信号对应一个M代码，每一个IO角度信号对应一个定位角度值。

作为本发明的进一步改进，通过所述人机界面修改所述IO角度信号对应的定位角度值。

作为本发明的进一步改进，通过设定所述反馈指令输出端导通时间实现M代码完成信号的传送，当所述旋转第四轴出现任何异常状况时，所述PLC控制器不发送IO角度完成信号给所述信号转接板，所述反馈指令输出端不导通。

本发明的有益效果是：本发明提供一种旋转第四轴与CNC加工中心联机控制系统及控制方法，该联机控制系统及控制方法通过信号转接板实现主控制器与PLC控制器之间的通信，主控制器输出M代码信号作为运动指令通过信号转接板向PLC控制器提供角度信号，PLC控制器根据对应的角度信号作角度定位动作，PLC控制器完成角度定位动作后通过信号转接板向CNC加工中心的主控制器反馈M代码完成信号，从而实现PLC控制器与主控制器之间的联机通信。相对现有技术通过脉冲信号总线通信，该联机控制系统及方法通过M代码与角度信号以及角度定位值的对应，并通过数字量IO信号实现主控制器与PLC控制器之间的通信，不容易出现误差，具有操作简单、后处理方便、控制精度高的优势。针对不同的CNC加工中心，通过人机界面修改产品角度定位参数即可实现旋转第四轴与CNC加工中心的联机，因此，本发明控制系统具有良好的通用性和兼容性，应用将会更加广泛。

附图说明

图1为本发明工作原理框图；

结合附图，作以下说明：

1——PLC控制器               11——角度信号输入端

12——角度完成信号输出端     2——信号转接板

21——运动指令输入端         22——运动指令输出端

23——反馈指令输入端         24——反馈指令输出端

3——主控制器                31——代码信号输出端

32——代码完成信号输入端     4——伺服电机

5——减速机                  6——工装夹具

7——人机界面                8——伺服驱动器

9——编码器

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种旋转第四轴与CNC加工中心联机控制系统，包括旋转第四轴、信号转接板2和CNC加工中心的主控制器3，所述旋转第四轴包括PLC控制器1、伺服电机4、减速机5和用于产品装夹固定的工装夹具6，所述PLC控制器控制所述伺服电机旋转或定位，所述伺服电机经所述减速机后驱动所述工装夹具旋转或定位；所述信号转接板具有若干运动指令输入端21及对应的运动指令输出端22、若干反馈信号输入端23及对应的反馈指令输出端24；所述PLC控制器具有与所述运动指令输出端对接的角度信号输入端11和与反馈信号输入端对接的角度完成信号输出端12，所述主控制器具有与所述运动指令输入端对接的代码信号输出端31和与所述反馈指令输出端对接的代码完成信号输入端32。这样，旋转第四轴的PLC控制器与CNC加工中心的主控制器的联机通信通过信号转接板中转实现，主控制器输出代码信号作为运动指令通过信号转接板向PLC控制器提供角度信号，PLC控制器根据对应的角度信号作角度定位动作，PLC控制器完成角度定位动作后通过信号转接板向CNC加工中心的主控制器反馈代码完成信号，从而实现PLC控制器与主控制器之间的联机通信。相对现有技术通过脉冲信号总线通信，该联机通信通过输出代码信号作为运动指令，不容易出现误差，具有操作简单、后处理方便、控制精度高的优势。

优选的，还包括伺服驱动器8和编码器9，所述PLC控制器通过所述伺服驱动器和所述编码器控制所述伺服电机旋转或定位。这样，伺服驱动器通过读取编码器获得：转子速度，转子位置和机械位置，从而完成：伺服电机的速度控制，伺服电机的转矩控制，机械位置同步跟踪和定点停车。

优选的，还包括用于显示工装夹具固定的产品的位置状态和修改该产品角度定位参数的人机界面7，所述人机界面与所述PLC控制器电连接。通过人机界面能够实现修改产品角度定位参数和显示工装夹具位置状态的功能。针对不同的CNC加工中心，通过人机界面修改产品角度定位参数即可实现旋转第四轴与CNC加工中心的联机，因此，本发明控制系统具有良好的通用性和兼容性，应用将会更加广泛。

一种旋转第四轴与CNC加工中心联机的控制方法，包括所述主控制器、所述信号转接板和所述PLC控制器，所述主控制器执行M代码后通过所述代码信号输出端输出数字量IO信号，作为所述信号转接板的运动指令，所述信号转接板的运动指令输入端接收该运动指令，并将该M代码对应的数字量IO信号转换为对应的IO角度信号通过所述运动指令输出端发送给所述PLC控制器，所述PLC控制器根据对应的IO角度信号作角度定位动作，所述PLC控制器角度定位动作完成后通过所述角度完成信号输出端输出IO角度完成信号，作为所述信号转接板的运动指令，所述信号转接板的反馈信号输入端接受该运动指令，并将该IO角度完成信号转换为M代码完成信号通过所述反馈指令输出端发送给所述主控制器，所述主控制器根据对应的M代码完成信号执行后段程式。该方法通过信号转接板实现主控制器与PLC控制器之间的通信，具体原理为：首先，主控制器执行M代码后输出数字量IO信号作为信号转接板的运动指令，信号转接板对应该M代码的信号线导通，即将M代码对应的数字量IO信号转换为IO角度信号，然后，使PLC控制器根据IO角度信号，调取其储存器中对应角度信号的角度定位值，并驱动伺服电机旋转完成角度定位，PLC控制器角度定位完成后，输出IO角度完成信号作为信号转接板的运动指令，信号转接板对应该IO角度完成信号的信号线导通，即将IO角度完成信号转换成对应的M代码完成信号，最后，主控制器根据该M代码完成信号执行后段程式，实现CNC加工中心与旋转第四轴联机通信。特别的，当CNC加工中心输出紧急停止信号后，旋转第四轴将无法运动，PLC控制器未执行完成的角度定位运动也将瞬间停止，且CNC加工中心重新输出紧急停止信号给旋转第四轴后，旋转第四轴也将不会继续执行瞬间停止前未执行完成的角度剩余值。综上，该方法通过M代码与角度信号以及角度定位值的对应，并通过数字量IO信号实现主控制器与PLC控制器之间的通信，相对于现有技术中的脉冲信号总线通信，不容易出现误差，具有操作简单、后处理方便、控制精度高的优势。

优选的，每个IO角度信号对应一个M代码，每一个IO角度信号对应一个定位角度值。根据需要可设定多个角度信号，比如15个角度信号，对应着有15个M代码和15个角度定位值。比如，角度信号1对应M100和0度，角度信号2对应M200和90度，角度信号3对应M300和-90度等。

优选的，通过所述人机界面修改所述IO角度信号对应的定位角度值。这样，每个角度信号对应的角度定位值通过人机界面可以进行修改，当角度信号发出时PLC控制器根据该角度信号获取其对应的角度定位值，并驱动伺服电机转动该角度并定位。

优选的，通过设定所述反馈指令输出端导通时间实现M代码完成信号的传送，当所述旋转第四轴出现任何异常状况时，所述PLC控制器不发送IO角度完成信号给所述信号转接板，所述反馈指令输出端不导通。这样，当旋转第四轴角度定位执行完成后，通过控制信号转接板的反馈指令输出端导通时间来实现M代码完成信号的传送，即反馈指令输出端导通一段时间后断开，导通时间可根据实际需求在0.1～3秒内任意修改。当旋转第四轴出现任何异常状况时，其PLC控制器将不发送IO角度完成信号给信号转接板，信号转接板的反馈指令输出端将不会不导通，从而确保CNC机台安全运转。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种旋转第四轴与CNC加工中心联机控制系统，其特征在于：包括旋转第四轴、信号转接板(2)和CNC加工中心的主控制器(3)，所述旋转第四轴包括PLC控制器(1)、伺服电机(4)、减速机(5)和用于产品装夹固定的工装夹具(6)，所述PLC控制器控制所述伺服电机旋转或定位，所述伺服电机经所述减速机后驱动所述工装夹具旋转或定位；所述信号转接板具有若干运动指令输入端(21)及其对应的运动指令输出端(22)、若干反馈信号输入端(23)及其对应的反馈指令输出端(24)；所述PLC控制器具有与所述运动指令输出端对接的角度信号输入端(11)和与反馈信号输入端对接的角度完成信号输出端(12)，所述主控制器具有与所述运动指令输入端对接的代码信号输出端(31)和与所述反馈指令输出端对接的代码完成信号输入端(32)。

2.根据权利要求1所述的旋转第四轴与CNC加工中心联机控制系统，其特征在于：还包括伺服驱动器(8)和编码器(9)，所述PLC控制器通过所述伺服驱动器和所述编码器控制所述伺服电机旋转或定位。

3.根据权利要求2所述的旋转第四轴与CNC加工中心联机控制系统，其特征在于：还包括用于显示工装夹具固定的产品的位置状态和修改该产品角度定位参数的人机界面(7)，所述人机界面与所述PLC控制器电连接。

4.一种旋转第四轴与CNC加工中心联机的控制方法，其特征在于：包括权利要求1-3任一项所述主控制器、所述信号转接板和所述PLC控制器，所述主控制器执行M代码后通过所述代码信号输出端输出数字量IO信号，作为所述信号转接板的运动指令，所述信号转接板的运动指令输入端接收该运动指令，并将该M代码对应的数字量IO信号转换为对应的IO角度信号通过所述运动指令输出端发送给所述PLC控制器，所述PLC控制器根据对应的IO角度信号作角度定位动作，所述PLC控制器角度定位动作完成后通过所述角度完成信号输出端输出IO角度完成信号，作为所述信号转接板的运动指令，所述信号转接板的反馈信号输入端接受该运动指令，并将该IO角度完成信号转换为M代码完成信号通过所述反馈指令输出端发送给所述主控制器，所述主控制器根据对应的M代码完成信号执行后段程式。

5.根据权利要求4所述的旋转第四轴与CNC加工中心联机的控制方法，其特征在于：每个IO角度信号对应一个M代码，每一个IO角度信号对应一个定位角度值。

6.根据权利要求5所述的旋转第四轴与CNC加工中心联机的控制方法，其特征在于：通过所述人机界面修改所述IO角度信号对应的定位角度值。

7.根据权利要求4所述的旋转第四轴与CNC加工中心联机的控制方法，其特征在于：通过设定所述反馈指令输出端导通时间实现M代码完成信号的传送，当所述旋转第四轴出现任何异常状况时，所述PLC控制器不发送IO角度完成信号给所述信号转接板，所述反馈指令输出端不导通。