CN108490884A - 一种数控机床实验教学装置 - Google Patents
一种数控机床实验教学装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108490884A CN108490884A CN201810239464.6A CN201810239464A CN108490884A CN 108490884 A CN108490884 A CN 108490884A CN 201810239464 A CN201810239464 A CN 201810239464A CN 108490884 A CN108490884 A CN 108490884A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- control module
- machine tool
- numerically
- main control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/414—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller
- G05B19/4142—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller characterised by the use of a microprocessor
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
- G09B25/00—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
- G09B25/02—Models for purposes not provided for in G09B23/00, e.g. full-sized devices for demonstration purposes of industrial processes; of machinery
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/34—Director, elements to supervisory
- G05B2219/34013—Servocontroller
Abstract
本发明公开了一种数控机床实验教学装置，包括主控模块、运动控制模块、ADC模块、DAC模块、正交脉冲计数模块、工业现场通讯模块、通用输入输出模块，其中主控模块采用型号为TMS320F28377D的DSP，运动控制模块由电平转换芯片和光电耦合器构成，ADC输入模块由运算放大电路构成，DAC输出模块由运算放大电路构成，正交脉冲计数模块由四路差分线性接收器构成，工业现场通讯模块由RS485总线模块构成，通用输入输出模块由NPN达林顿晶体管阵列和光电耦合器构成。本发明通过主控模块与其他模块之间的连接，利用CCS集成开发环境，通过编写C语言程序，实现对数控机床电机的插补算法控制。
Description
技术领域
本发明涉及实验教学装置，具体是一种数控机床实验教学装置。
背景技术
随着制造技术的不断发展，掌握专业数控技术的人才正越来越受到社会的重视。这势必对数控技术人才的培养提出了进一步的要求。目前数控技术相关课程在各大高校机械类专业都有展开，作为高校，在培养高素质技能型专门人才的同时，也应时刻与企业发展、科技进步相同步。但是现有的数控机床实验装置却难以在教学过程中发挥令人满意的作用。
目前高校现有基于成熟数控系统的数控实验平台或者机床仿真软件，都是以数控编程和机床操作为主，然后增加一些电气系统接线等实验内容。实验都为验证性或演示性，学生编制一下G代码，在计算机上仿真，和金工实习的内容重复，学习锻炼的效果有限，实验项目没有包括数控技术的核心内容，如数控系统软件特点和设计、插补原理，跟不上学科发展的需要，无法设置插补算法的修改和数控系统软件的设计的实验，这两类实验恰恰是数控技术的核心内容，该内容的缺失无法培训学生的数控系统的开发能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种数控机床实验教学装置，以解决现有技术数控实验平台存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种数控机床实验教学装置，其特征在于：包括主控模块、运动控制模块、ADC输入模块、DAC输出模块、正交脉冲计数模块、工业现场通讯模块、通用输入输出模块，其中：
主控模块采用型号为TMS320F28377D的DSP，该DSP具有两个进程间通信的核心板CPU1和核心板CPU2；
运动控制模块由电平转换芯片和光电耦合器构成，电平转换芯片输入端与主控模块中核心板CPU1的PWM引脚连接，电平转换芯片输出端通过光电耦合器与数控机床的X/Y/Z进给轴伺服电机的驱动器连接，X/Y/Z进给轴伺服电机是数控机床的伺服电机；
ADC输入模块由运算放大电路构成，ADC输入模块的输出端连接主控模块中核心板CPU1的ADC转换引脚，ADC输入模块的输入端连接一个安装在X/Y/Z进给轴工作台上的位移传感器，该位移传感器采集X/Y/Z进给轴位移，由运算放大电路构成的ADC输入模块将位移传感器信号转换后送入CPU1的ADC转换引脚；
DAC输出模块由运算放大电路构成，DAC模块的输入端连接主控模块中核心板CPU1的ADC转换引脚，DAC模块的输出端连接数控机床主轴伺服电机变频器的控制端，由运算放大电路构成的DAC输出模块将核心板CPU1的ADC转换引脚的电压转换成数控机床主轴伺服电机变频器所需电压；
正交脉冲计数模块由四路差分线性接收器构成，正交脉冲计数模块的输入端连接数控机床中主轴伺服电机上安装的光电脉冲编码器的A相、B相引脚，正交脉冲计数模块的输出端通过自带的电平转换芯片连接核心板CPU1的EQEP引脚；
工业现场通讯模块由RS485总线模块构成，主控模块中CPU2的SCI引脚通过工业现场通讯模块与上位机的通信接口连接；
通用输入输出模块由NPN达林顿晶体管阵列和两个光电耦合器构成，其中主控模块中CPU1的GPIO输入引脚通过光电耦合器与按钮连接，主控模块中CPU1的GPIO输出引脚与另一个光电耦合器输入端连接，光电耦合器输出端通过NPN达林顿晶体管阵列与指示灯连接。
所述的一种数控机床实验教学装置，其特征在于：主控模块中核心板CPU1利用上位机CCS集成开发环境编写C语言代码通过运动控制模块对X/Y/Z进给轴伺服电机进行插补控制，利用DAC模块对数控机床的主轴伺服电机进行模拟量控制，利用ADC模块对位移传感器输入的模拟信号通过上位机CCS集成开发环境进行在线检测，利用正交脉冲计数模块通过上位机CCS集成开发环境对主轴伺服电机转速进行在线检测，利用通用输入输出模块实现外部按钮对外部指示灯的控制，利用工业现场通讯模块通过RS485总线模块实现上位机与主控模块之间的信息交互。
所述的一种数控机床实验教学装置，其特征在于：主控模块中核心板CPU2利用基于MODBUS协议的改进协议,其数据结构表如下：
表1数据结构表
| A | B | C | D |
| 01 | 00 | -- | -- |
| 02 | 01 | -- | -- |
| 03 | 02 | -- | -- |
| 04 | 03 | -- | -- |
表1中，A表示功能码其中01表示数控机床X进给轴伺服电机驱动的正向移动，02表示数控机床X进给轴伺服电机驱动的负向移动，03表示数控机床Y进给轴伺服电机驱动的正向移动，04表示数控机床Y进给轴伺服电机驱动的负向移动，B表示数据地址00表示数据地址为1,01表示数据地址为2，以此类推，C表示需要发送的脉冲数，D表示CRC校验码。
本发明通过主控模块与其他模块之间的连接，利用CCS集成开发环境，通过编写C语言程序，实现对数控机床电机的插补算法控制，对数控机床AD/DA的在线控制，对数控机床伺服电机转速的在线检测，以总线方式实现数控机床上位机与主控模块之间通讯。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1.主控模块采用型号为TMS320F28377D的DSP，这是一款针对工业领域高性能控制应用设计的功能强大的32位浮点微控制器(MCU)，利用CCS集成开发环境，实际是采用C语言编程，对于有单片机、C语言基础的大学生，可以容易的上手开展设计工作。
2.通过运动控制模块将数控系统的插补算法设计开放出来，便于学生进行数控系统插补算法的设计，有助于学生加深对数控机床电机的插补算法控制的理解。
3.通过ADC输入模块、主控模块的ADC转换单元实现对X/Y/Z进给轴位移的实时测量可直观地使学生理解ADC功能的实现，理解从模拟量到数字量的转换过程。
4.通过DAC输入模块、主控模块的DAC转换单元可实现对主轴伺服电机模拟量的控制，将数控机床对伺服电机转速的控制算法开放出来，便于学生对数控机床伺服电机转速控制的理解，理解从数字量到模拟量的转换过程。
5.通过正交脉冲计数模块可实现对数控机床主轴速度的检测，便于学生从原理上实现对数控机床主轴及X/Y/Z进给轴速度检测的理解。
6.通过工业现场总线模块、基于MODBUS协议的改进协议可高效地实现数控机床上位机与主控模块之间通讯，便于学生对工业总线的理解。
7.通用输入输出模块实现对按钮、指示灯的控制，便于学生理解数控机床辅助功能的原理。
8.本发明功能先进，成本低，可有效地培训学生的数控系统的开发能力，可成为本科生和研究生数控技术学习和系统开发的有效手段。
附图说明
图1为本发明结构框图。
图2为本发明运动控制模块的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种数控机床实验教学装置，包括主控模块、运动控制模块、ADC模块、DAC模块、正交脉冲计数模块、工业现场通讯模块、通用输入输出模块，其中：
主控模块采用型号为TMS320F28377D的DSP，该DSP具有两个进程间通信的核心板CPU1和核心板CPU2；
如图2所示，运动控制模块由型号为74LVC4245A的电平转换芯片U12，以及型号分别为HCPL2630的光电耦合器U9、U10、U11构成，电平转换芯片U12的B1引脚、B2引脚、B4引脚、B5引脚、B7引脚、B8引脚分别作为运动控制模块的输入端与主控模块中核心板CPU1的PWM引脚连接，电平转换芯片U12的A1引脚、A2引脚、A4引脚、A5引脚、A7引脚、A8引脚分别作为分别作为运动控制模块的输出端与光电耦合器连接，其中A1引脚、A2引脚对应连接至光电耦合器U9的V2-、V1-引脚，A4引脚、A5引脚对应连接至光电耦合器U10的V2-、V1-引脚，A7引脚、A8引脚对应连接至光电耦合器U11的V2-、V1-引脚，光电耦合器U9、光电耦合器U10、光电耦合器U11分别通过各自的VO2、VO1引脚与数控机床的X/Y/Z进给轴伺服电机的驱动器连接，X/Y/Z进给轴伺服电机是数控机床的伺服电机；；
ADC输入模块由运算放大电路构成，ADC输入模块的输出端连接主控模块中核心板CPU1的ADC转换引脚，ADC输入模块的输入端连接一个安装在X/Y/Z进给轴工作台上的位移传感器，该位移传感器采集X/Y/Z进给轴位移，由运算放大电路构成的ADC输入模块将位移传感器信号转换后送入CPU1的ADC转换引脚；
DAC输出模块由运算放大电路构成，DAC模块的输入端连接主控模块中核心板CPU1的ADC转换引脚，DAC模块的输出端连接数控机床主轴伺服电机变频器的控制端，由运算放大电路构成的DAC输出模块将核心板CPU1的ADC转换引脚的电压转换成数控机床主轴伺服电机变频器所需电压；
正交脉冲计数模块由四路差分线性接收器构成，正交脉冲计数模块的输入端连接数控机床中主轴伺服电机上安装的光电脉冲编码器的A相、B相引脚，正交脉冲计数模块的输出端通过自带的电平转换芯片连接核心板CPU1的EQEP引脚；
工业现场通讯模块由RS485总线模块构成，主控模块中CPU2的SCI引脚通过工业现场通讯模块与上位机的通信接口连接；
通用输入输出模块由NPN达林顿晶体管阵列和两个光电耦合器构成，其中主控模块中CPU1的GPIO输入引脚通过光电耦合器与按钮连接，主控模块中CPU1的GPIO输出引脚与另一个光电耦合器输入端连接，光电耦合器输出端通过NPN达林顿晶体管阵列与指示灯连接。
所述的一种数控机床实验教学装置，其特征在于：主控模块中核心板CPU1利用上位机CCS集成开发环境编写C语言代码通过运动控制模块对X/Y/Z进给轴伺服电机进行插补控制，利用DAC模块对数控机床的主轴伺服电机进行模拟量控制，利用ADC模块对位移传感器输入的模拟信号通过上位机CCS集成开发环境进行在线检测，利用正交脉冲计数模块通过上位机CCS集成开发环境对主轴伺服电机转速进行在线检测，利用通用输入输出模块实现外部按钮对外部指示灯的控制，利用工业现场通讯模块通过RS485总线模块实现上位机与主控模块之间的信息交互。
所述的一种数控机床实验教学装置，其特征在于：主控模块中核心板CPU2利用基于MODBUS协议的改进协议,其数据结构表如下：
表1数据结构表
| A | B | C | D |
| 01 | 00 | -- | -- |
| 02 | 01 | -- | -- |
| 03 | 02 | -- | -- |
| 04 | 03 | -- | -- |
表1中，A表示功能码其中01表示数控机床X进给轴伺服电机驱动的正向移动，02表示数控机床X进给轴伺服电机驱动的负向移动，03表示数控机床Y进给轴伺服电机驱动的正向移动，04表示数控机床Y进给轴伺服电机驱动的负向移动，B表示数据地址00表示数据地址为1,01表示数据地址为2，以此类推，C表示需要发送的脉冲数，D表示CRC校验码。
Claims (3)
1.一种数控机床实验教学装置，其特征在于：包括主控模块、运动控制模块、ADC输入模块、DAC输出模块、正交脉冲计数模块、工业现场通讯模块、通用输入输出模块，其中：
主控模块采用型号为TMS320F28377D的DSP，该DSP具有两个进程间通信的核心板CPU1和核心板CPU2；
运动控制模块由电平转换芯片和光电耦合器构成，电平转换芯片输入端与主控模块中核心板CPU1的PWM引脚连接，电平转换芯片输出端通过光电耦合器与数控机床的X/Y/Z进给轴伺服电机的驱动器连接，X/Y/Z进给轴伺服电机是数控机床的伺服电机；
ADC输入模块由运算放大电路构成，ADC输入模块的输出端连接主控模块中核心板CPU1的ADC转换引脚，ADC输入模块的输入端连接一个安装在X/Y/Z进给轴工作台上的位移传感器，该位移传感器采集X/Y/Z进给轴位移，由运算放大电路构成的ADC输入模块将位移传感器信号转换后送入CPU1的ADC转换引脚；
DAC输出模块由运算放大电路构成，DAC模块的输入端连接主控模块中核心板CPU1的ADC转换引脚，DAC模块的输出端连接数控机床主轴伺服电机变频器的控制端，由运算放大电路构成的DAC输出模块将核心板CPU1的ADC转换引脚的电压转换成数控机床主轴伺服电机变频器所需电压；
正交脉冲计数模块由四路差分线性接收器构成，正交脉冲计数模块的输入端连接数控机床中主轴伺服电机上安装的光电脉冲编码器的A相、B相引脚，正交脉冲计数模块的输出端通过自带的电平转换芯片连接核心板CPU1的EQEP引脚；
工业现场通讯模块由RS485总线模块构成，主控模块中CPU2的SCI引脚通过工业现场通讯模块与上位机的通信接口连接；
通用输入输出模块由NPN达林顿晶体管阵列和两个光电耦合器构成，其中主控模块中CPU1的GPIO输入引脚通过光电耦合器与按钮连接，主控模块中CPU1的GPIO输出引脚与另一个光电耦合器输入端连接，光电耦合器输出端通过NPN达林顿晶体管阵列与指示灯连接。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床实验教学装置，其特征在于：主控模块中核心板CPU1利用上位机CCS集成开发环境编写C语言代码通过运动控制模块对X/Y/Z进给轴伺服电机进行插补控制，利用DAC模块对数控机床的主轴伺服电机进行模拟量控制，利用ADC模块对位移传感器输入的模拟信号通过上位机CCS集成开发环境进行在线检测，利用正交脉冲计数模块通过上位机CCS集成开发环境对主轴伺服电机转速进行在线检测，利用通用输入输出模块实现外部按钮对外部指示灯的控制，利用工业现场通讯模块通过RS485总线模块实现上位机与主控模块之间的信息交互。
3.根据权利要求1所述的一种数控机床实验教学装置，其特征在于：主控模块中核心板CPU2利用基于MODBUS协议的改进协议,其数据结构表如下：
表1数据结构表
表1中，A表示功能码其中01表示数控机床X进给轴伺服电机驱动的正向移动，02表示数控机床X进给轴伺服电机驱动的负向移动，03表示数控机床Y进给轴伺服电机驱动的正向移动，04表示数控机床Y进给轴伺服电机驱动的负向移动，B表示数据地址00表示数据地址为1,01表示数据地址为2，以此类推，C表示需要发送的脉冲数，D表示CRC校验码。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810239464.6A CN108490884B (zh) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | 一种数控机床实验教学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810239464.6A CN108490884B (zh) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | 一种数控机床实验教学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108490884A true CN108490884A (zh) | 2018-09-04 |
| CN108490884B CN108490884B (zh) | 2021-02-12 |
Family
ID=63319147
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810239464.6A Active CN108490884B (zh) | 2018-03-22 | 2018-03-22 | 一种数控机床实验教学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108490884B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112822083A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-18 | 华电通用轻型燃机设备有限公司 | 面向modbus应用层的数据校验方法和系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2751338Y (zh) * | 2004-10-29 | 2006-01-11 | 广州市诺信数字测控设备有限公司 | 一种数控机床的数控装置 |
| CN102830658A (zh) * | 2012-09-06 | 2012-12-19 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种用于多轴数控机床的嵌入式数控系统 |
| CN106933191A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-07-07 | 张万军 | 一种Newton‑Rapson迭代的插补系统 |
| CN107505882A (zh) * | 2017-10-25 | 2017-12-22 | 卢俊 | 一种多轴运动控制器及控制方法 |
| US20180056481A1 (en) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | Okamoto Machine Tool Works, Ltd. | Automatic grinding apparatus |
-
2018
- 2018-03-22 CN CN201810239464.6A patent/CN108490884B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2751338Y (zh) * | 2004-10-29 | 2006-01-11 | 广州市诺信数字测控设备有限公司 | 一种数控机床的数控装置 |
| CN102830658A (zh) * | 2012-09-06 | 2012-12-19 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种用于多轴数控机床的嵌入式数控系统 |
| US20180056481A1 (en) * | 2016-08-25 | 2018-03-01 | Okamoto Machine Tool Works, Ltd. | Automatic grinding apparatus |
| CN106933191A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-07-07 | 张万军 | 一种Newton‑Rapson迭代的插补系统 |
| CN107505882A (zh) * | 2017-10-25 | 2017-12-22 | 卢俊 | 一种多轴运动控制器及控制方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 苏伟: "基于PMAC的开放式数控教学平台的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112822083A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-05-18 | 华电通用轻型燃机设备有限公司 | 面向modbus应用层的数据校验方法和系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108490884B (zh) | 2021-02-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105511502A (zh) | 一种基于vpx总线的工件台同步运动控制系统及方法 | |
| CN203031001U (zh) | 智能铣削加工机器人 | |
| CN104460675A (zh) | 一种码垛搬运机器人的控制系统 | |
| CN204423797U (zh) | 一种工业机器人多模块组合实训教学装置 | |
| CN105700465A (zh) | 基于EtherCAT总线的机器人柔顺控制系统和方法 | |
| CN206096841U (zh) | 一种多轴实时仿真转台嵌入式数字测控电路 | |
| CN204832853U (zh) | 一种多接口运动控制器 | |
| CN201163363Y (zh) | 数控机床上的通用多轴运动控制系统 | |
| CN206224181U (zh) | 一种基于fpga的多轴伺服驱动系统位置反馈数据接口卡 | |
| CN102445924B (zh) | 一种一体化数控系统及一体化数控机床 | |
| CN108490884A (zh) | 一种数控机床实验教学装置 | |
| CN101738987A (zh) | 五轴运动控制卡 | |
| CN105446166B (zh) | 数控系统机床环境仿真仪 | |
| CN104353926B (zh) | 一种适用于复杂曲线器件自动化焊接的运动控制方法 | |
| CN203070045U (zh) | 一种多轴机床用嵌入式数控的运动控制平台 | |
| CN101923798B (zh) | 机械电子信号检测处理eda综合实验箱 | |
| CN210804034U (zh) | 运动控制卡 | |
| CN202677196U (zh) | 一种基于fpga的agv接口板 | |
| CN102339037B (zh) | 多轴数控系统 | |
| CN111506021A (zh) | 一种基于stm32的嵌入式多轴运动控制系统 | |
| CN201769456U (zh) | 一种激光打标机控制卡 | |
| CN201654534U (zh) | 一种计算机数控系统接口端子板 | |
| CN106483932A (zh) | 一种五轴伺服数控冲床的数控系统 | |
| CN111384876A (zh) | 一种基于双核处理的双轴电机驱动系统及方法 | |
| CN201364475Y (zh) | 一种基于激光位移传感器和伺服控制器的智能控制系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |