CN1064149C - 经济型多轴数控系统及其联动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机床的数控系统及其控制方法，提出了一种由微型计算机及单片机控制单元组合而成的多轴数控系统及其相应的联动控制方法，控制单元与所需控制的加工运动轴相对应，通过计算机分解、计算出每一运动轴对加工曲面的单元位移段上的实际控制轴位移量Δi及虚拟基准轴位移量δi并将两者进行线性插补运算，从而进行程序编制及操作控制。本发明解决了单片机控制单元的多轴联动控制难题，可用于各种复杂曲面工件的加工控制。
Description
本发明涉及机械制造用机床的数控系统及其控制方法，尤其是多轴联动的数控系统及其控制方法。
目前在机械制造行业中(包括车、铣、刨、磨及电解加工、电火花线切割加工等)，多轴数控机床(四轴、五轴等)还为数较少，其数控系统由高性能的工业控制机及其相应软件组成，技术难度大，只由少数发达国家所掌握且严加保密，我国尚处于仅由单片机控制两轴至两轴半的数控技术阶段，长期以来难以实现多轴联动控制，不能适应复杂形状型面的加工要求。
本发明的目的在于一种能实现多轴联动控制的经济型多轴数控系统及其联动控制方法。
本发明所提供的经济型多轴数控系统由一台微型计算机及数个单片机控制单元组合而成，控制单元的个数与所需控制的加工运动轴个数相同，计算机的输出接口与各控制单元的输入接口相连，各控制单元的输出接口分别与数控机床的被控制轴接口相连。
针对上述数控系统，本发明提出的多轴联动控制方法为：①将需加工工件的整个曲面通过数学运算分解成若干小段曲面的组合，每一小段曲面再分解为各运动轴的单元位移段；②计算各运动轴在每一单元位移段上的位移量Δi，使刀具加工刃通过多轴运动所形成的加工衍生面相对设计曲面之间的误差被控制在允许范围内，并使整个衍生面连续光滑；其特征在于③对各运动轴控制单元设立一个虚拟的公共基准轴，并设每一单元位移段上各控制单元的基准轴位移量δi及位移速度Vi都相同；④将各运动轴控制单元的实际控制轴位移量Δi相对于虚拟基准轴位移量δi进行线性插补运算；⑤按上述线性插补关系编制加工程序，由计算机输入到各控制单元，对相应的运动轴进行操作控制。
下面结合附图及实施例对本发明作详细描述。
附图1．本发明数控系统连接示意图。
为了克服现有的经济型数控系统(如单片机控制系统)不能进行多轴联动控制的致命弱点，本发明提出将单片机控制单元与微型计算机构成系统组合，由一台微型计算机来统一控制多个单片机控制单元，继而控制相应的运动轴。由于单片机控制单元的设计、制造及应用技术都较成熟，利用它对加工机床进行控制性能稳定可靠，但其中关键在于以往不能使各控制单元所控制的运动轴实现同步联动。为此本发明提出了多轴相对同样一个虚拟基准轴进行线性插补运算的联动控制方法，从而解决了这一难题。
例如：控制对象为X、Y、Z三个直线轴及刀具摆动轴Cr和工件旋转轴Cw五个运动轴，则其相应的数控系统装置由一台微型计算机1和五个单片机控制单元2组成(见附图)。先将加工曲面通过计算机进行数学运算，将其分解成若干小段曲面的组合，每一小段再分解为各运动轴的单元位移段；将每一位移段上各轴所需的位移量Δi计算出来，并据此得出刀具加工刃所形成的加工衍生面；将衍生面与设计曲面进行比较，使它们之间的误差不超过加工允许的误差范围(如果超出了，则重新对单元位移段进行分解直至合适)；各控制单元本身具有两坐标插补及控制功能，将其中一坐标定为实际控制轴，另一坐标则定为虚拟的公共基准轴，设各控制单元在第i个位移段内其实际控制轴的位移量分别为：
ΔXi，ΔYi，ΔZi，ΔCri，ΔCwi，
又设定各控制单元的虚拟基准轴的位移量为δi，且
δi≥Max[ΔXi，ΔYi，ΔZi，ΔCri，ΔCwi]
在每一控制单元内对相应的实-虚坐标位移量
ΔXi-δi，ΔYi-δi，ΔZi-δi，ΔCri-δi，ΔCwi-δi作线性插补运算，由几何关系显见，五个运动轴的实际位移也相应符合线性插补关系。根据上述结果在微型计算机上编制加工程序并输入到各控制单元，从而对相应的运动轴进行操作控制。由于各控制单元的虚拟基准轴的位移量δi及位移速度Vi均相同，因而能够保证五个运动轴实现同步联动。
综上所述，本发明提出的数控系统及其控制方法解决了长期以来迫切希望解决的多轴联动控制问题，且其基本构成、基础技术立足国内，具有成本不高、控制简单、性能可靠的优点，由于采用了微型计算机还大大提高了编程能力。该系统可用于各种复杂曲面工件的加工控制。
ΔXi，ΔYi，ΔZi，ΔCπ，ΔCWi，
又取各控制单元的虚拟基准轴的位移量为δi，且
δi≥Max〔ΔXi，ΔYi，ΔZi，ΔCTi，ΔCWi〕
在每一控制单元内对相应的实-虚坐标位移量
ΔXi-δi，ΔYi-δi，ΔZi-δi，ΔCTi-δi，ΔCWi-δi作线性插补运算，由几何关系显见，五个运动轴的实际位移也相应符合线性插补关系。根据上述结果在微型计算机上编制加工程序并输入到各控制单元，从而对相应的运动轴进行操作控制。由于各控制单元的虚拟基准轴的位移量δi及位移速度Vi均相同，因而能够保证五个运动轴实现同步联动。
综上所述，本发明提出的数控系统及其控制方法解决了长期以来迫切希望解决的多轴联动控制问题，且其基本构成、基础技术立足国内，具有成本不高、控制简单、性能可靠的优点，由于采用了微型计算机还大大提高了编程能力。该系统可用于各种复杂曲面工件的加工控制。
Claims (2)
1．一种经济型多轴数控系统，其特征在于由微型计算机及单片机控制单元组合而成，控制单元的个数与所需控制的加工运动轴个数相同，计算机的输出接口与各控制单元的输入接口相连，各控制单元的输出接口分别与数控机床的被控制轴接口相连。
2．一种经济型多轴数控系统的联动控制方法，其工作步骤如下：①将需加工工件的整个曲面通过数学运算分解成小段曲面的组合，每一小段曲面再分解为各运动轴的单元位移段；②计算各运动轴在每一单元位移段上的位移量Δi，使刀具加工刃通过多轴运动所形成的加工衍生面相对设计曲面之间的误差被控制在允许范围内，并使整个衍生面连续光滑；其特征在于③对各运动轴控制单元设立一个虚拟的公共基准轴，并设每一单元位移段上各控制单元的基准轴位移量δi及位移速度Vi都相同；④将各运动轴控制单元的实际控制轴位移量Δi相对于虚拟基准轴位移量δi进行线性插补运算；⑤按上述线性插补关系编制加工程序，由计算机输入到各控制单元，对相应的运动轴进行操作控制。
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