CN109828527A - 一种龙门数控加工中心的控制系统和加工方法 - Google Patents

Abstract

一种龙门数控加工中心的控制系统和加工方法，控制系统包括CNC控制器，与总线双向控制并联连接的伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、真空控制单元；工作台控制单元包括复数组自动定位移动工作台控制单元，X向定位控制单元；每组自动定位移动工作台控制单元包括一组工作台X轴进给伺服系统，复数组吸盘Y轴进给伺服系统，Y向定位控制单元；工作台X轴进给伺服系统、吸盘Y轴进给伺服系统与连接PLC的总线并联连接；真空控制单元包括与连接CNC控制器的总线并联连接的真空泵控制单元、工作台真空负压检测单元，优点是具有通用性，兼容性高、可移植性强，可以使整个产品采购、制造和维护上更加方便，利于缩短了开发周期、开发成本可控。

Description

一种龙门数控加工中心的控制系统和加工方法

技术领域

本发明涉及一种木工及其类似物的数控机床领域，尤其是涉及一种具有高档数控系统的大型精密的龙门数控加工中心的控制系统和加工方法。

背景技术

随着微处理器的出现，世界进入了一个全新的数控时代，用计算机才可以实现的多轴控制的机床迅速兴起，使木材加工进入了一个自动化、智能化时代，数控木材加工中心在木材加工领域的应用越来越普遍。

现有技术中，数控木材加工中心可以完成镂铣、垂直钻孔、开槽工序，借助于木材加工中心，可以方便对木材进行加工，能够提高生产效率。但木材通过木材加工中心进行镂铣、垂直钻孔、开槽工序后，如果还需要进行锯切、开榫、四个侧面水平钻孔和封边工序，就需要将木材移动到其它机床分别进行加工，影响了加工效率。此外，木材加工领域的企业不仅需要花费大量资金分别购置各种加工设备，而且，需要提供较大的生产车间进行放置相关设备，在房租日益昂贵的今天，进一步增加了木材加工领域的企业的成本。

如专利号为201310344779.4、公开公告日为2013年12月18日的发明专利中，公开了一种悬臂式木材复合加工中心，包括有底座、横梁、复数个活动工作台、竖向移动装置、横向移动装置、木材加工装置和刀库，其中，

该底座由复数根矩形梁搭构形成；

该横梁一端具有一向下设置的支撑臂，横梁另一端横跨于底座上方，该支撑臂与底座之间设置有用于带动横梁沿底座纵向移动的纵向移动装置；

该活动工作台可滑动式安装于上述底座上，其包括复数组工作台和安装于工作台下方用于工作台于平台上横向来回滑动的滑动机构，该滑动机构包括滑块、直线导轨杆、活塞、弹性元件、盖板、直线轴承和直线导轨锁紧块，该滑块固装于上述工作台下表面上，于滑块下端设置有一直线导轨槽，于滑块上端设置有一与直线导轨槽相连通的气室，滑块侧壁上设置有与气室相连通的气孔；该直线轴承嵌套于上述直线导轨槽中，该直线导轨杆可滑动式安装于直线轴承中，该活塞可上下滑动式安装于气室内，该直线导轨锁紧块安装于直线导轨槽内并位于直线导轨杆上方，直线导轨锁紧块上端与活塞相连，直线导轨锁紧块下端设置有一与直线导轨杆相匹配的夹持槽，该盖板盖于气室上方开口上，该弹性元件抵接于盖板和活塞上端之间，上述气孔位于活塞下方；

工作台侧壁上设置有用于顶起工件的顶推机构，该顶推机构包括顶推板、顶推气缸、第一摆杆和第二摆杆，该第一摆杆和第二摆杆分别包括枢接部以及由枢接部呈一定角度向外延伸的摆臂和延伸臂，该第一摆杆和第二摆杆之摆臂上端分别固定于顶推板上，该第一摆杆和第二摆杆之枢接部分别枢接于工作台侧壁上，该气缸尾端固定于工作台侧壁上，气缸轴端与第二摆杆之延伸臂相连；

工作台顶部设置有用于吸附工件的吸盘；

工作台顶部两端分别设置有用于对工件进行定位的定位杆；

该竖向移动装置和横向移动装置分别安装于上述横梁上；

该木材加工装置包括主轴和排钻，该主轴和排钻分别安装于上述竖向移动装置上；

该刀库安装于上述横梁侧壁上，其包括机架、可滑动式安装于机架上的支撑架、安装于支撑架上的刀盘、安装于机架与支撑架之间用于刀盘横向移动的进给伺服机构以及带动刀盘转动的伺服电机。

该悬臂式木材复合加工中心，虽然木材通过木材加工中心进行镂铣、垂直钻孔、开槽工序后，还能实现进行锯切、开榫、水平钻孔、封边工序，但由于该悬臂式木材复合加工中心仅有一个相对横梁来回运动、包括主轴和排钻的木材加工装置，排钻左侧由于有主轴，主轴和排钻在横向位置是固定的，因而要做排钻的左侧安装水平刀具容易干涉，从而对木材的右侧面要实现水平钻孔、封边工序，还是比较困难。

该悬臂式木材复合加工中心的复数个活动工作台，为了能实现吸附木材和定位功能，结构特别复杂，零件非常多，装配复杂，大大增加生产机械的人工成本和增加对装配工人的技术要求。

该发明专利的活动工作台结构复杂，而且真空吸盘无法实现Y向自动运动、工作台无法实现X向自动运动，真空吸盘在Y向运动、工作台在X向运动均需手动完成。

专利号为201510758995.2、公开公告日为2016年2月17日的发明专利中，公开了一种一种带气锁型独立移动式的真空吸盘，包括吸盘座体、吸盘面板、吸盘角度调节固定座、气锁组件、真空管路跟随移动组件，该吸盘角度调节固定座连接该吸盘面板和吸盘座体，该气锁组件设置于吸盘座体下方并连接工作台，该真空管路跟随移动组件安装于该吸盘座体侧方，真空管路跟随移动组件通过真空吸管连接气锁组件；气锁组件包括进气活塞座、活塞板、活塞活动板、波形弹性垫圈、两勾板、两镶块、两镶块固定套、左侧口挡块；该进气活塞座与活塞活动板形成密封内腔，活塞板安装于该密封内腔内，于密封内腔中安装有O形密封圈；波形弹性垫圈抵接于吸盘座体与进气活塞座之间，于进气活塞座上设置气锁进气口；两勾板连接于进气活塞座两侧，并勾住工作台，于勾板与工作台之间设置有镶块。

还包括工作台、定位气缸、吸盘顶松机构、移动滑动机构、第一空气开关和第二空气开关，该定位气缸安装于工作台的两端，该吸盘顶松机构安装于工作台侧面，该移动滑动机构安装于工作台下侧，该第一空气开关连接并控制该移动滑动机构，该第二空气开关连接并控制该真空吸盘。

该真空吸盘、工作台结构复杂，而且真空吸盘无法实现Y向自动运动、工作台无法实现X向自动运动，真空吸盘在Y向运动、工作台在X向运动均需手动完成。

还有，上述两个发明专利中，并并没有公开具体的加工方法和控制系统。由于涉及到多个加工装置、多种运动、要实现多种加工功能，因而如何运动、如何通过控制系统来实现这些运动，是本领域的技术人员需要付出非常多的创造性劳动。还有，相同的设备，可以实现不同的加工方法，可以是不同的控制系统，如何实现最高效的加工方法且能通过控制系统来实现，对本领域的技术人员来说，比机械结构更需要付出创造性劳动，也是制约着传统的数控设备向智能化数控设备发展。

发明内容

针对现有技术存在不足，本发明要解决的第一个技术问题是，提供一种龙门数控加工中心的控制系统，该控制系统以总线技术为核心，具有丰富的外部接口和“即插即用”功能，具有安全性高、容错能力强、高效、稳定、精度高，且吸盘能实现Y向自动运动、工作台能实现X向自动运动，从而使工作台和吸盘能实现自动定位。

本发明要解决的第二个技术问题是，提供一种数控加工中心的加工方法，具有运动可靠、高效且能通过控制系统低成本实现的优点，且吸盘能实现Y向自动运动、工作台能实现X向自动运动，从而使工作台和吸盘能实现自动定位。

一种数控加工中心的控制系统，包括CNC控制器，与CNC控制器连接的总线，与总线双向控制并联连接的伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、真空控制单元、人机对话界面单元、通信单元；

控制系统还包括PLC及与PLC连接的总线；CNC控制器和PLC均双向控制并联连接到以太网交换机上；工作台控制单元包括复数组自动定位移动工作台控制单元，置于自动定位移动工作台两侧、对工件进行X向定位的X向定位控制单元；

每组自动定位移动工作台控制单元包括一组控制自动定位移动工作台来回X向滑动的工作台X轴进给伺服系统，复数组吸盘Y轴进给伺服系统，置于自动定位移动工作台两端、对工件进行Y向定位的Y向定位控制单元；一组吸盘Y轴进给伺服系统控制一个吸盘来回Y向滑动；工作台X轴进给伺服系统、吸盘Y轴进给伺服系统与连接PLC的总线并联连接；

真空控制单元包括与连接CNC控制器的总线并联连接的真空泵控制单元、工作台真空负压检测单元。

作为方案一的改进，X向定位控制单元包括气缸、安装在气缸上的传感器、电磁阀、I/O模块；I/O模块与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，传感器与I/O模块单向控制串联连接，传感器单向控制I/O模块；

Y向定位控制单元包括一个以上的气缸、安装在每个气缸上的传感器、一个电磁阀、I/O模块；I/O模块与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，一个以上的气缸与电磁阀单向控制连接，电磁阀单向控制气缸，一个以上的传感器与I/O模块单向控制连接，传感器单向控制I/O模块；

真空泵控制单元包括热继电器、接触器、真空泵三相电机、一个以上的真空电磁阀、复数个吸盘；热继电器与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接，接触器与热继电器双向控制串联连接，真空泵三相电机与接触器单向控制串联连接，一个真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制串联连接或两个以上的真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制并联连接，复数个吸盘与真空电磁阀单向控制并联连接；接触器单向控制三相电机，真空泵三相电机单向控制真空电磁阀，真空电磁阀单向控制复数个吸盘；

工作台真空负压检测单元包括I/O模块、真空检测装置；I/O模块与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接，真空检测装置与I/O模块单向控制串联连接，真空检测装置单向控制I/O模块。

作为方案一的改进，机头控制单元包括与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接的电主轴驱动单元、电主轴升降控制单元、钻头驱动单元、复数个钻头单元；

伺服控制单元包括驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给左伺服系统、与X轴进给左伺服系统同步驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给右伺服系统，驱动机头的加工装置沿横梁来回Y向滑动的Y轴进给伺服系统，驱动机头的加工装置来回Z向滑动的Z轴进给伺服系统；X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Y轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接。

作为方案三的改进，X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统同步运动，实现的功能具体包括：

镂铣加工装置循边加工时，X轴进给运动；

镂铣加工装置铣形加工时，X轴进给运动；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，X轴进给运动；

钻削加工装置打垂直孔时，移动到加工位置并保持在加工位置；

钻削加工装置打水平孔时，X轴进给运动；

Y轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

镂铣加工装置循边加工时，Y轴进给运动；

镂铣加工装置铣形加工时，Y轴进给运动；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，Y轴进给运动；

钻削加工装置打垂直孔时，移动到加工位置并保持在加工位置；

钻削加工装置打水平孔时，Y轴进给运动；

Z轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

镂铣加工装置循边加工时，Z轴进给运动并保持在加工位置；

镂铣加工装置铣形加工时，Z轴进给运动并保持在加工位置；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，Z轴进给运动；

驱动钻削加工装置在Z方向上快速移动；

驱动镂铣主轴在Z方向快速移动；

钻削加工装置打垂直孔时，Z轴进给运动；

钻削加工装置打水平孔时，移动到加工位置并保持在加工位置；

每个工作台X轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

驱动工作台X向移动到设定位置；

每个吸盘Y轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

驱动吸盘Y向移动到设定位置；

主轴升降控制单元实现的功能具体包括：

驱动镂铣电主轴上下运动，镂铣电主轴加工时使镂铣电主轴位于最低设定位置，镂铣电主轴不加工时使镂铣电主轴位于最高设定位置，避免镂铣电主轴的刀具与工件干涉；

所有钻头单元的每个气缸都带一个钻头，在使用时气缸驱动钻头弹出，以避免与其它钻头干涉；

Y向定位控制单元和X向定位控制单元实现的功能具体包括：

Y向定位控制单元和X向定位控制单元的定位气缸形成一个直角，可使工件准确定位，完成工件定位的功能。

作为方案三的改进，钻头驱动单元包括三相电机、电机驱动装置、A/D模块及D/A模块，A/D模块及D/A模块与CNC控制器连接的总线双向控制并联连接，电机驱动装置与A/D模块及D/A模块双向控制串联连接，三相电机与电机驱动装置单向控制串联连接，电机驱动装置单向控制三相电机；

电主轴驱动单元与钻头驱动单元的结构及控制方式和连接方式相同；电主轴驱动单元的电机驱动装置为变频器；

电主轴升降控制单元包括I/O模块、电磁阀、气缸、沿气缸轴线方向安装的两个传感器；I/O模块与总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，两传感器与I/O模块单向控制并联连接，传感器单向控制I/O模块；

钻头单元包括I/O模块、电磁阀、气缸；I/O模块与总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸；

Y轴进给伺服系统包括双向控制依次串联连接的A/D模块及D/A模块、伺服驱动装置、伺服电机、位置检测装置及速度检测装置、位置反馈模块及速度反馈模块，A/D模块及D/A模块与CNC控制器连接的总线双向控制并联连接，位置反馈模块及速度反馈模块与CNC控制器连接的总线双向控制并联连接；

X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Z轴进给伺服系统、吸盘Y轴进给伺服系统、工作台X轴进给伺服系统的结构及控制方式和连接方式与Y轴进给伺服系统相同；

Y轴进给伺服系统、X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Z轴进给伺服系统、吸盘Y轴进给伺服系统、工作台X轴进给伺服系统均为半闭环的进给伺服系统。

作为方案一的改进，机头控制单元包括左机头控制单元和右机头控制单元；

左机头控制单元包括与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接的电主轴驱动单元、电主轴升降控制单元、钻头驱动单元、复数个钻头单元；

右机头控制单元包括与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接的钻头驱动单元、复数个钻头单元；

伺服控制单元包括驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给左伺服系统、与X轴进给左伺服系统同步驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给右伺服系统，驱动左机头的加工装置沿横梁来回Y向滑动的Y轴进给左伺服系统，驱动右机头的加工装置来回Y向滑动的Y轴进给右伺服系统，驱动左机头的加工装置来回Z向滑动的Z轴进给左伺服系统，驱动右机头的加工装置来回Z向滑动的Z轴进给右伺服系统；X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Y轴进给左伺服系统、Y轴进给右伺服系统、Z轴进给左伺服系统、Z轴进给右伺服系统与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接。

作为方案一的改进，还包括与以太网交换机双向控制并联连接的工控机；人机对话界面单元包括与连接CNC控制器的总线并联连接的按钮板控制单元、手摇脉冲发生器单元，与工控机并联连接的键盘控制单元、显示器控制单元、扫描枪控制单元。

作为方案七的改进，按钮板控制单元包括I/O模块、按钮板；I/O模块与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接，按钮板与I/O模块双向控制串联连接；

手摇脉冲发生器单元包括手摇脉冲发生器接口、手摇脉冲发生器；手摇脉冲发生器与手摇脉冲发生器接口单向控制串联连接，手摇脉冲发生器单向控制手摇脉冲发生器接口；手摇脉冲发生器接口与连接CNC控制器的总线单向控制并联连接，手摇脉冲发生器接口单向控制CNC控制器；

键盘控制单元包括键盘接口、键盘；键盘与键盘接口单向控制串联连接；键盘单向控制键盘接口，键盘接口与工控机单向控制并联连接，键盘接口单向控制工控机；

显示器控制单元包括显示器、显示器接口；显示器与显示器接口单向控制串联连接，显示器接口单向控制显示器；显示器接口与工控机单向控制并联连接，工控机单向控制显示器接口；

扫描枪控制单元包括扫描枪、扫描枪接口；扫描枪与扫描枪接口单向控制串联连接，扫描枪单向控制扫描枪接口；扫描枪接口与工控机单向控制并联连接，扫描枪接口单向控制工控机。

作为上述方案的共同改进，总线为数据总线、控制总线、地址总线；

在CNC控制器上设有复数个标准化的CNC控制器接口；伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、真空控制单元、人机对话界面单元、通信单元为开放式、模块化结构组合而成的模块；具有与CNC控制器接口配合的标准化的接头，可与CNC控制器接口双向控制并联连接；气缸均为内置磁环的双作用的双作用气缸。

一种数控加工中心的加工方法，包括以下步骤：

扫描工件二维码；

CNC控制器判断系统缓存中是否有待加工条码，如果系统缓存中没有待加工条码，则重新返回扫描工件二维码；

如果系统缓存中有待加工条码，CNC控制器判断机头是否加工中；

如果机头加工中，CNC控制器判断系统缓存中是否有待加工条码；

如果机头没有加工，则工作台X轴进给伺服系统驱动工作台X向运动及吸盘Y轴进给伺服系统驱动工作台Y向运动使工作台自动移动到设定位置；Y向定位控制单元的定位气缸上升并凸出工作台；放置工件在工作台上，真空控制单元控制吸盘吸附工件，Y向定位控制单元的定位气缸下降并低于工作台，机头启动加工，机头加工，机头加工完成；

如此循环往复，加工不同的工件。

数控加工中心的控制系统的有益效果是：

先将控制系统分成大模块，即伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、真空控制单元、强弱电控制单元、人机对话界面单元、通信单元等大模块，再将每个模块分成多个小的控制单元。

大模块可设计为开放式、模块化结构，具有标准化的接口，可与CNC控制器上的标准化接口和远程I/O连接，硬件和软件具有通用性，兼容性高、可移植性强。

每一模块都是具有独立功能，相同种类的模块在产品族中可以重用和互换，相关模块的排列组合就可以形成最终的产品。

工作台控制单元是由PLC通过CanOPEN总线驱动6个工作台X轴进给伺服系统、及一个工作台X轴进给伺服系统对应三个吸盘Y轴进给伺服系统来实现。工作台X轴进给伺服系统和吸盘Y轴进给伺服系统的伺服电机使用绝对值编码器，不用每次归零。

工作台控制单元的控制方式使用了24个伺服电机，并在电气柜内配有24个伺服驱动器，优点在于一个驱动器驱动一个伺服，便于用户排查问题，降低了售后维护成本。

安装在数控加工中心上的PLC的控制软件会根据每次工件的尺寸计算出工作台和吸盘的最佳位置，将位置信息通过以太网传输给PLC，PLC则控制相应的自动定位移动工作台和吸盘迅速同时移动，对工件快速定位。

两组X向定位控制单元：CNC控制器经由I/O模块通过一个电磁阀控制一个定位气缸，由安装在此定位气缸上的一个传感器检测气缸状态，并通过I/O模块反馈给CNC控制器。

四组Y向定位控制单元：CNC控制器经由I/O模块通过一个电磁阀控制三个定位气缸，由安装在这三个定位气缸上的传感器检测气缸状态，并通过I/O模块反馈给CNC控制器。

CNC控制器根据输入的NC程序代码通过I/O模块控制真空泵的启动和停止以及真空电磁阀的吸合和断开，真空检测装置可以实时监测真空压力，如果CNC控制器控制真空泵启动，并控制真空电磁阀吸合，而真空检测装置没有通过I/O反馈给CNC控制器真空负压信号，CNC控制器则会报警。

数控加工中心的加工方法的有益效果是：

采用这种加工方法，大大简化控制系统的控制程序设计，从而大大降低了控制系统的设计难度。采用这种加工方法，把涉及多个加工装置的多种加工模式、还有换刀等复杂的动作，以最合理最高效的方式对工件进行加工，具有运动可靠、高效且能通过控制系统低成本实现的优点，能一次工件装夹实现数控镂铣、数控立铣、数控刨、数控钻等功能。

附图说明

图1是本发明的数控加工中心的立体示意图。

图2是本发明的左机头的立体示意图。

图3是本发明的右机头的立体示意图。

图4是本发明的自动定位移动工作台机构的立体示意图。

图5是本发明之实施例1的控制系统的总图。

图6是本发明之实施例1的控制系统的伺服控制单元的总图。

图7是本发明之实施例1的控制系统的左机头控制单元的总图。

图8是本发明之实施例1的控制系统的右机头控制单元的总图。

图9是本发明之实施例1的控制系统的通信单元的总图。

图10是本发明之实施例1的控制系统的工作台控制单元的进给伺服系统总图。

图11是本发明之实施例1的控制系统的工作台控制单元的定位控制单元总图。

图12是本发明之实施例1的控制系统的真空控制单元的总图。

图13是本发明之实施例1的控制系统的人机对话界面单元的总图。

图14是本发明之实施例2的控制系统的伺服控制单元的总图。

图15是本发明之实施例2的控制系统的左机头控制单元的总图。

图16是本发明之实施例3的加工方法的总流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种双机头龙门数控加工中心，包括底座1，工作台装置2、龙门架装置3，左机头装置4，右机头装置5。

龙门架装置3包括左立柱31、右立柱32、两端分别固定在左立柱31和右立柱32的顶部的横梁33；左立柱31、横梁33、右立柱32形成龙门架。龙门架装置3还包括驱动龙门架相对底座1来回X向来回滑动的X轴进给左伺服机构34，与X轴进给左伺服机构34同步驱动龙门架相对底座1来回X向来回滑动的X轴进给右伺服机构(未示出)。

如图1、图2所示，左机头装置4包括左Y向滑座组件、左Z向大滑座组件、左钻削加工装置41、镂铣加工装置42。左Y向滑座组件，包括安装在横梁上的左Y向滑座43，驱动左Y向滑座43相对横梁Y向来回滑动的Y轴进给左伺服机构44。左Z向大滑座组件，包括左Z向大滑座45，驱动左Z向大滑座45相对左Y向滑座43来回Z向来回滑动的Z轴进给左伺服机构46。镂铣加工装置42，包括可相对左Z向大滑座45升降的镂铣滑座47、安装在镂铣滑座47上的Z向的镂铣电主轴48、控制镂铣电主轴48在左Z向大滑座45上升降的镂铣电主轴升降机构49。

如图1、图3所示，右机头装置5包括右Y向滑座组件、右Z向滑座组件、右钻削加工装置50。右Y向滑座组件，包括安装在横梁上的右Y向滑座51，驱动右Y向滑座51相对横梁Y向来回滑动的Y轴进给右伺服机构52。右Z向滑座组件，包括板状结构的右Z向滑座53，驱动右Z向滑座53相对右Y向滑座51来回Z向来回滑动的Z轴进给右伺服机构54。

如图1所示，工作台装置2，包括沿X向排列的复数组自动定位移动工作台机构21、安装在自动定位移动工作台机构21两侧、通过上下运动对工件进行X向定位的工作台X向定位机构22。

如图1、图4所示，每组自动定位移动工作台机构21包括安装在底座上的工作台23，安装在底座1与工作台23间、驱动工作台23相对底座可单独来回X向滑动、并将工作台23自动定位在加工位置的工作台定位移动机构26，可独自Y向滑动地安装在每条工作台上复数个吸盘机构24，安装在每个吸盘机构24与工作台间、驱动吸盘在工作台上Y向滑动、并将吸盘定位在加工位置的吸盘移动定位机构25，安装在每个工作台23两端、通过上下运动对工件进行定位的Y向自动定位机构27；一个吸盘对应一个吸盘移动定位机构25。工作台定位移动机构26包括工作台X轴进给伺服电机。吸盘移动定位机构25包括伺服电机。

实施例1

如图5所示，一种数控加工中心的控制系统，包括CNC控制器，与CNC控制器连接的数据总线、控制总线、地址总线，双向控制并联连接的伺服控制单元、左机头控制单元、右机头控制单元、工作台控制单元、真空控制单元、强弱电控制单元、人机对话界面单元、通信单元。

在CNC控制器上设有复数个标准化的CNC控制器接口；伺服控制单元、左机头控制单元、右机头控制单元、工作台控制单元、真空控制单元、强弱电控制单元、人机对话界面单元、通信单元为开放式、模块化结构组合而成的模块；具有与CNC控制器接口配合的标准化的接头，可与CNC控制器接口双向控制并联连接。

CNC(数控机床)控制器是指计算机数字控制机床(computer numerical control)的程序控制系统。

先将控制系统分成大模块，即伺服控制单元、左机头控制单元、右机头控制单元、工作台控制单元、真空控制单元、强弱电控制单元、人机对话界面单元、通信单元等大模块，再将每个模块分成多个小的控制单元。

大模块可设计为开放式、模块化结构，具有标准化的接口，可与CNC控制器上的标准化接口和远程I/O连接，硬件和软件具有通用性，兼容性高、可移植性强。

每一模块都是具有独立功能，相同种类的模块在产品族中可以重用和互换，相关模块的排列组合就可以形成最终的产品。

通过选配各种功能模块的组合配置，就可以创建不同需求的产品，满足客户的定制需求，能灵活满足客户对不同配置的要求和市场的需求；相似性的重用，可以使整个产品采购、制造和维护上更加方便。

模块化，将功能分解，降低之间的耦合性。从而，为了替换某个模块达到质量或效率的提升，就不会改变整个结构，只需要改相应的模块，工作量就会明显减少，所以模块化的应用，是每个行业的终极设计。因而模块化结构在机床间具有可相互操作性和可移植性；通过提供标准化的接口、通信和交互机制，使不同功能模块功能以标准的应用程序接口运行于系统平台之上，并获得平等的相互操作能力，协调工作；应用统一的数据格式、交互模型、控制机理，是构成系统的各功能模块可来源于不同的开发商，并且通过一致的设备接口，使各功能模块能运行于不同供应商提供的硬件平台之上，利于缩短了开发周期，开发成本可控等优势。

再将每个模块分成多个小的控制单元的优点是：

1、结构更合理：机器的控制系统由于采用每个模块分成多个小的控制单元，每个小的控制单元的布局更加合理，更加科学，使每个部件的功能都能很好的发挥，延长机器的使用寿命。

2、优化控制系统的设计：控制系统的每一部分都设计成一个小的控制单元，再由多个小的控制单元组合成模块，能简化和优化控制系统的设计。

3、维护更简单：机器的每一部分都是一个小的控制单元，机器出现问题，能很快诊断出，只需更换相应小的控制单元即可，且操作简单。

如图6所示，伺服控制单元包括驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给左伺服系统、与X轴进给左伺服系统同步驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给右伺服系统，驱动左机头的加工装置沿横梁来回Y向滑动的Y轴进给左伺服系统，驱动右机头的加工装置沿横梁来回Y向滑动的Y轴进给右伺服系统，驱动左机头的加工装置来回Z向滑动的Z轴进给左伺服系统，驱动右机头的加工装置来回Z向滑动的Z轴进给右伺服系统；X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Y轴进给左伺服系统、Y轴进给右伺服系统、Z轴进给左伺服系统、Z轴进给右伺服系统均为半闭环的进给伺服系统，与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接。

Y轴进给左伺服系统包括双向控制依次串联连接的A/D模块及D/A模块、伺服驱动装置、伺服电机、位置检测装置及速度检测装置、位置反馈模块及速度反馈模块，A/D模块及D/A模块与CNC控制器连接的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接，位置反馈模块及速度反馈模块与CNC控制器连接的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接；

Y轴进给右伺服系统、X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Z轴进给左伺服系统、Z轴进给右伺服系统的结构及控制方式和连接方式与Y轴进给左伺服系统相同。

A/D模块是把模拟信号转换成数字信号模块；D/A模块是把数字信号转换成模拟信号模块。I/O模块为输入输出模块。

本设备包括6个进给伺服系统，其中X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统分别驱动龙门架和龙门架移动，X轴进给右伺服系统为X轴进给左伺服系统的从动系统，两个进给伺服系统同步移动。Y轴进给左伺服系统、Y轴进给右伺服系统分别驱动左机头和右机头沿横梁移动，两者相互独立运动；Z轴进给左伺服系统、Z轴进给右伺服系统驱动左机头和右机头垂直运动，两者也是相互独立运动。

A/D模块是把模拟信号转换成数字信号模块；D/A模块是把数字信号转换成模拟信号模块。

CNC控制器与所有进给伺服系统通过Mechatrolink-II现场总线连接，最快速度为10Mbit/s。

进给伺服系统的伺服电机与齿轮或丝杆等相连，通过这些机械传动机构将旋转运动转换为移动部件的直线位移，因此，间接控制了移动部件的移动速度与位移量。这种结构，只对电机的角位移进行了闭环控制，没有实现对最终输出的直线位移的闭环控制，故称为“半闭环控制”。采用半闭环的进给伺服系统，结构简单、调试方便、设备稳定性高，精度也较高，这种半闭环的进给伺服系统能够达到的加工精度在0.02mm以内，超过了木工行业标准的加工精度0.1mm，能完全满足木材加工的精度要求。

如图7所示，左机头控制单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接的电主轴驱动单元、电主轴升降控制单元、钻头驱动单元、复数个钻头单元。

钻头驱动单元包括三相电机、电机驱动装置、A/D模块及D/A模块，A/D模块及D/A模块与数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接，电机驱动装置与A/D模块及D/A模块双向控制串联连接，三相电机与电机驱动装置单向控制串联连接，电机驱动装置单向控制三相电机。

电主轴驱动单元与钻头驱动单元的结构及控制方式和连接方式相同，电主轴驱动单元的电机驱动装置为安装在电气柜内的变频器。

电主轴升降控制单元包括I/O模块、电磁阀、内置磁环的双作用气缸、沿气缸轴线方向安装的两个传感器；I/O模块与数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，两传感器与I/O模块单向控制并联连接，传感器单向控制I/O模块。

钻头单元包括I/O模块、电磁阀、气缸；I/O模块与数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸。

左机头由X轴进给左伺服系统、Z轴进给左伺服系统驱动，具备一个手动换刀的电主轴加工装置和一个钻盒。

电主轴加工装置由CNC控制系统驱动位于电气柜内的变频器来控制，达到调速、正反转的功能。可对工件进行循边、铣形、空间雕刻等加工。

电主轴配有一个升降气缸，在需要使用时，气缸伸出，使电主轴刀具处于一个最低设定位置(低于钻盒钻头)，以避免电主轴刀具加工时，钻盒上的钻头与工件干涉。气缸的动作是通过CNC控制器读取NC指令，并通过控制总线发送信号给电磁阀，控制其动作，从而完成的。电主轴加工装置的升降由气缸带动，可以避免加工时电主轴刀具与钻盒钻头的互相干涉，且升降气缸为内置磁环的双作用气缸，沿气缸轴线方向安装有两个传感器，这样电主轴加工装置在升降气缸的驱动下只能停在设定的上下两个位置，因而动作可靠，可以完全避免电主轴刀具与钻盒钻头的互相干涉，且这种升降驱动单元结构简单、成本低。

钻盒由控制系统来驱动三相电机，达到正转功能，钻盒上配备14个垂直钻，5组水平钻，可对工件的前、后、左、右及正面进行打孔加工。在钻盒上方，安装有一套电磁阀组，每个钻头气缸受控于一个电磁阀。CNC控制器根据NC指令判断使用哪一个钻头加工，并通过控制总线发送信号给电磁阀，控制其动作，从而弹出需要使用的钻头。这种电磁阀组的控制方式，因电磁阀安装在钻盒上，气路短，控制稳定，维护成本低。

如图8所示，右机头控制单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接的钻头驱动单元、复数个钻头单元。

右机头的钻头驱动单元与左机头的钻头驱动单元的结构及控制方式和连接方式相同。

右机头的钻头单元与左机头的钻头单元的结构及控制方式和连接方式相同。

右机头由X轴进给右伺服系统、Z轴进给右伺服系统驱动，具备一个手动换刀的电主轴加工装置和一个钻盒。

钻盒由控制系统来驱动三相电机，达到正转功能，钻盒上配备14个垂直钻，5组水平钻，可对工件的前、后、左、右及正面进行打孔加工。

在钻盒上方，安装有一套电磁阀组，每个钻头气缸受控于一个电磁阀。CNC控制器根据NC指令判断使用哪一个钻头加工，并通过控制总线发送信号给电磁阀，控制其动作，从而弹出需要使用的钻头。这种电磁阀组的控制方式，因电磁阀安装在钻盒上，气路短，控制稳定，维护成本低。

如图9所示，控制系统还包括工控机、PLC及与PLC连接的数据总线、控制总线、地址总线，以太网交换机。

CNC控制器、工控机、PLC均与工业以太网交换机双向控制并联连接；在工业以太网交换机上还双向控制并联连接有工厂局域网。

PLC，即可编程控制器(Programmable logic Controller)，是指以计算机技术为基础的工业控制装置。

如图10所示，工作台控制单元包括复数组自动定位移动工作台控制单元，置于自动定位移动工作台两侧、对工件进行X向定位的两组X向定位控制单元。

每组自动定位移动工作台控制单元包括一组控制自动定位移动工作台来回X向滑动的工作台X轴进给伺服系统，复数组吸盘Y轴进给伺服系统，置于自动定位移动工作台两端、对工件进行Y向定位的两组Y向定位控制单元；一组吸盘Y轴进给伺服系统控制一个吸盘来回Y向滑动；工作台X轴进给伺服系统、吸盘Y轴进给伺服系统与连接PLC的数据总线、控制总线、地址总线并联连接。

工作台X轴进给伺服系统包括双向控制依次串联连接的A/D模块及D/A模块、伺服驱动装置、伺服电机、位置检测装置及速度检测装置、位置反馈模块及速度反馈模块，A/D模块及D/A模块与连接PLC的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接，位置反馈模块及速度反馈模块与连接PLC的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接。

吸盘Y轴进给伺服系统的结构及控制方式和连接方式与工作台X轴进给伺服系统相同。

吸盘Y轴进给伺服系统、工作台X轴进给伺服系统均为半闭环的进给伺服系统。

工作台控制单元是由PLC通过CanOPEN总线驱动6个工作台X轴进给伺服系统、及一个工作台X轴进给伺服系统对应三个吸盘Y轴进给伺服系统来实现。工作台X轴进给伺服系统和吸盘Y轴进给伺服系统的伺服电机使用绝对值编码器，不用每次归零。

工作台控制单元的控制方式使用了24个伺服电机，并在电气柜内配有24个伺服驱动器，优点在于一个驱动器驱动一个伺服，便于用户排查问题，降低了售后维护成本。

安装在数控加工中心上的PLC的控制软件会根据每次工件的尺寸计算出工作台和吸盘的最佳位置，将位置信息通过以太网传输给PLC，PLC则控制相应的自动定位移动工作台和吸盘迅速同时移动，对工件快速定位。

如图11所示，X向定位控制单元包括内置磁环的双作用气缸、安装在气缸上的传感器、电磁阀、I/O模块；I/O模块与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，传感器与I/O模块单向控制串联连接，传感器单向控制I/O模块。

Y向定位控制单元包括一个以上的内置磁环的双作用气缸、安装在每个气缸上的传感器。

一个电磁阀、一个I/O模块；I/O模块与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，并联连接在一起的三个气缸与电磁阀单向控制连接，电磁阀单向控制气缸，并联连接在一起的三个传感器与I/O模块单向控制串联连接，传感器单向控制I/O模块。

工作台控制单元包括对工件进行X向定位的两组X向定位控制单元，和对工件进行Y向定位的四组Y向定位控制单元。两组X向定位控制单元、四组Y向定位控制单元与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线并联连接。

两组X向定位控制单元：CNC控制器经由I/O模块通过一个电磁阀控制一个定位气缸，由安装在此定位气缸上的一个传感器检测气缸状态，并通过I/O模块反馈给CNC控制器。

四组Y向定位控制单元：CNC控制器经由I/O模块通过一个电磁阀控制三个定位气缸，由安装在这三个定位气缸上的传感器检测气缸状态，并通过I/O模块反馈给CNC控制器。

如图12所示，真空控制单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接的真空泵控制单元、工作台左区域真空负压检测单元、工作台右区域真空负压检测单元。

真空泵控制单元包括热继电器、接触器、真空泵三相电机、左真空电磁阀、右真空电磁阀、复数个吸盘；复数个吸盘分成两组；热继电器与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接，接触器与热继电器双向控制串联连接，真空泵三相电机与接触器单向控制串联连接，左真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制并联连接，一组复数个吸盘与左真空电磁阀单向控制并联连接，右真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制并联连接，另一组复数个吸盘与右真空电磁阀单向控制并联连接。接触器单向控制真空泵三相电机；真空泵三相电机单向控制左真空电磁阀，左真空电磁阀单向控制一组吸盘；真空泵三相电机单向控制右真空电磁阀，右真空电磁阀单向控制另一组吸盘。

工作台左区域真空负压检测单元包括I/O模块、真空检测装置；I/O模块与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接，真空检测装置与I/O模块单向控制串联连接，真空检测装置单向控制I/O模块。工作台右区域真空负压检测单元与工作台左区域真空负压检测单元的结构及控制方式和连接方式相同。

真空单元由热继电器、接触器、真空泵、真空电磁阀、吸盘、真空检测装置等组成。其中，热继电器、接触器位于独立电气柜内；真空泵位于机身后侧且独立于机身，有真空管连接位于工作台上的吸盘；真空电磁阀位于机架内侧，两个真空阀分别控制左、右工位的9个吸盘；真空检测装置同样位于机架内侧，与真空管连接，可以检测是否有真空负压。

CNC控制器根据输入的NC程序代码通过I/O模块控制真空泵的启动和停止以及真空电磁阀的吸合和断开，真空检测装置可以实时监测真空压力，如果CNC控制器控制真空泵启动，并控制真空电磁阀吸合，而真空检测装置没有通过I/O反馈给CNC控制器真空负压信号，CNC控制器则会报警。

如图13所示，人机对话界面单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线并联连接的按钮板控制单元、手摇脉冲发生器单元，与工控机并联连接的键盘控制单元、显示器控制单元、扫描枪控制单元。

按钮板控制单元包括I/O模块、按钮板；I/O模块与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线双向控制并联连接，按钮板与I/O模块双向控制串联连接。

手摇脉冲发生器单元包括手摇脉冲发生器接口、手摇脉冲发生器；手摇脉冲发生器与手摇脉冲发生器接口单向控制串联连接，手摇脉冲发生器单向控制手摇脉冲发生器接口；手摇脉冲发生器接口与连接CNC控制器的数据总线、控制总线、地址总线单向控制并联连接，手摇脉冲发生器接口单向控制CNC控制器。

键盘控制单元包括键盘接口、键盘；键盘与键盘接口单向控制串联连接；键盘单向控制键盘接口，键盘接口与工控机单向控制并联连接，键盘接口单向控制工控机。

显示器控制单元包括显示器、显示器接口；显示器与显示器接口单向控制串联连接，显示器接口单向控制显示器；显示器接口与工控机单向控制并联连接，工控机单向控制显示器接口。

扫描枪控制单元包括扫描枪、扫描枪接口；扫描枪与扫描枪接口单向控制串联连接，扫描枪单向控制扫描枪接口；扫描枪接口与工控机单向控制并联连接，扫描枪接口单向控制工控机。

CNC控制器通过数据总线连接I/O模块，控制板接入I/O模块，用户可以通过控制板上的各种按钮对设备进行控制。

CNC控制器通过数据总线连接手轮脉冲发生器，用户可以通过手轮对设备进行手动的伺服轴移动控制。

CNC控制器通过以太网与工控机相连，工控机上安装有控制软件，用户可以通过键盘、鼠标等设备进行绘图、编程或更进一步的操作设备。

扫描枪可以直接扫描二维码，获取工件加工信息，并输入到软件中，调取数据库中工件的加工程序，由软件自动输入到CNC控制器中执行加工。

Y轴进给左伺服系统实现的功能具体包括：

镂铣加工装置循边加工时，Y轴进给运动；

镂铣加工装置铣形加工时，Y轴进给运动；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，Y轴进给运动；

左钻削加工装置打垂直孔时，移动到加工位置并保持在加工位置；

左钻削加工装置打水平孔时，Y轴进给运动。

Y轴右进给伺服系统实现的功能具体包括：

右钻削加工装置打垂直孔时，移动到加工位置并保持在加工位置；

右钻削加工装置打水平孔时，Y轴进给运动。

X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统同步运动，实现的功能具体包括：

镂铣加工装置循边加工时，X轴进给运动；

镂铣加工装置铣形加工时，X轴进给运动；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，X轴进给运动；

左钻削加工装置和右钻削加工装置打垂直孔时，移动到加工位置并保持在加工位置；

左钻削加工装置和右钻削加工装置打水平孔时，X轴进给运动。

Z轴左进给伺服系统实现的功能具体包括：

镂铣加工装置循边加工时，Z轴进给运动并保持在加工位置；

镂铣加工装置铣形加工时，Z轴进给运动并保持在加工位置；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，Z轴进给运动；

驱动左钻削加工装置在Z方向上快速移动；

驱动镂铣主轴在Z方向快速移动；

左钻削加工装置打垂直孔时，Z轴进给运动；

左钻削加工装置打水平孔时，移动到加工位置并保持在加工位置；

Z轴右进给伺服系统实现的功能具体包括：

驱动右钻削加工装置在Z方向上快速移动；

右钻削加工装置打垂直孔时，Z轴进给运动；

右钻削加工装置打水平孔时，移动到加工位置并保持在加工位置。

每个工作台X轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

驱动工作台X向移动到设定位置。

每个吸盘Y轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

驱动吸盘Y向移动到设定位置。

主轴升降控制单元实现的功能具体包括：

驱动镂铣电主轴上下运动，镂铣电主轴加工时使镂铣电主轴位于最低设定位置，镂铣电主轴不加工时使镂铣电主轴位于最高设定位置，避免镂铣电主轴的刀具与工件干涉。

所有钻头单元的每个气缸都带一个钻头，在使用时气缸驱动钻头弹出，以避免与其它钻头干涉。

Y向定位控制单元和X向定位控制单元实现的功能具体包括：

Y向定位控制单元和X向定位控制单元的定位气缸形成一个直角，可使工件准确定位，完成工件定位的功能。

本发明的龙门数控加工中心的控制系统，属于嵌入式系统技术，基于FPGA、ARM等嵌入式芯片的各种高性能控制与传感器系统关键技术；用于流程工业的高性能测控系统、智能型执行器、智能仪表技术等，为PC嵌入NC结构的开放式数控系统。

本发明的龙门数控加工中心的控制系统，基于符合国际、国内主流技术标准的现场总线Mechatrolink-II以及符合IEEE802.3国际标准的工业以太网，面向连续生产过程的多功能组态软件，同时具有软件仿真技术、冗余容错功能的综合自动化控制系统。

本发明的龙门数控加工中心的控制系统，通过采用了开放式、模块化系统组合而成的控制系统，具有标准化的接口，可与通用伺服和远程I/O模块连接，硬件和软件通用性、兼容性高可移植性强，能灵活满足客户对不同配置和市场的需求，选配各种功能进行配置；模块化结构在机床间具有可互操作性和可移植性；通过提供标准化的接口、通信和交互机制，使不同功能模块功能以标准的应用程序接口运行于系统平台之上，并获得平等的相互操作能力，协调工作；应用统一的数据格式、交互模型、控制机理，是构成系统的各功能模块可来源于不同的开发商，并且通过一致的设备接口，使各功能模块能运行于不同供应商提供的硬件平台之上，利于缩短了开发周期，开发成本可控等优势。

与传统的使用模拟量和脉冲方向控制的伺服系统比较，本设备使用现场总线协议，实现了伺服系统的快速响应，提高了设备的加工精度与稳定性。

与传统的加工中心比较，本设备除了一个电主轴加工装置和一个钻盒，还增加了一个独立移动的钻盒，实现了CNC控制器对两个钻盒和一个电主轴的控制，使整体加工效率提升40％以上。

与传统的加工中心比较，本设备增加了工业电脑，优化了CNC控制器前端控制软件，使人机交互更直观，设备端就可以完成程序设计，更易于操作。

与传统的加工中心比较，本设备增加了工业以太网交换机，使用以太网TCP/IP协议，可以与用户局域网连接，预留了用户整厂自动化总控软件的对接接口。

与传统的手动工作台比较，伺服带动的自动自动定位移动工作台具有高效、高速、精准定位的优点，全程不需要人工手动参与，为整厂自动化以及工业4.0提供了较好的解决方案。

实施例2

与实施例1不同的是，数控加工中心包括一个机头。

如图14、图15所示，机头控制单元包括与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接的电主轴驱动单元、电主轴升降控制单元、钻头驱动单元、复数个钻头单元。

伺服控制单元包括驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给左伺服系统、与X轴进给左伺服系统同步驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给右伺服系统，驱动机头的加工装置沿横梁来回Y向滑动的Y轴进给伺服系统，驱动机头的加工装置来回Z向滑动的Z轴进给伺服系统；X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Y轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接。

实施例3

如图16所示，一种数控加工中心的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、开机，系统初始化；

步骤二、扫描工件二维码；

步骤三、CNC控制器判断系统缓存中是否有待加工条码？如果系统缓存中没有待加工条码，则重新返回扫描工件二维码；

步骤四、如果系统缓存中有待加工条码，CNC控制器判断左机头是否加工中？

如果左机头没有加工，则工作台及左侧区域的吸盘自动移动到设定位置；左侧区域的Y向定位控制单元的定位气缸上升；放置工件，左侧区域的吸盘吸附工件，左侧区域的Y向定位控制单元的定位气缸下降，左机头启动加工，左机头加工，左机头加工完成；

左机头加工完成，CNC控制器判断工件加工是否完成，如果是，完成工件加工；如果否，则右机头加工；

如果左机头加工中，CNC控制器判断右机头是否加工中，如果右机头加工中，则返回判断系统缓存中是否有待加工条码；

如果右机头没有加工，则工作台及右侧区域的吸盘自动移动到设定位置；右侧区域的Y向定位控制单元的定位气缸上升；放置工件，右侧区域的吸盘吸附工件，右侧区域的Y向定位控制单元的定位气缸下降，右机头启动加工，右机头加工，右机头加工完成；

右机头加工完成，CNC控制器判断工件加工是否完成，如果是，完成工件加工；如果否，则右机头加工；

步骤二至步骤四循环往复，加工不同的工件。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数控加工中心的控制系统，包括CNC控制器，其特征在于：还包括与CNC控制器连接的总线，与总线双向控制并联连接的伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、真空控制单元、人机对话界面单元、通信单元；

所述的控制系统还包括PLC及与PLC连接的总线；所述的CNC控制器和PLC均双向控制并联连接到以太网交换机上；所述的工作台控制单元包括复数组自动定位移动工作台控制单元，置于自动定位移动工作台两侧、对工件进行X向定位的X向定位控制单元；

所述的每组自动定位移动工作台控制单元包括一组控制自动定位移动工作台来回X向滑动的工作台X轴进给伺服系统，复数组吸盘Y轴进给伺服系统，置于自动定位移动工作台两端、对工件进行Y向定位的Y向定位控制单元；一组吸盘Y轴进给伺服系统控制一个吸盘来回Y向滑动；工作台X轴进给伺服系统、吸盘Y轴进给伺服系统与连接PLC的总线并联连接；

所述的真空控制单元包括与连接CNC控制器的总线并联连接的真空泵控制单元、工作台真空负压检测单元。

2.如权利要求1所述的一种数控加工中心的控制系统，其特征在于：

所述的X向定位控制单元包括气缸、安装在气缸上的传感器、电磁阀、I/O模块；I/O模块与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，传感器与I/O模块单向控制串联连接，传感器单向控制I/O模块；

所述的Y向定位控制单元包括一个以上的气缸、安装在每个气缸上的传感器、一个电磁阀、I/O模块；I/O模块与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，一个以上的气缸与电磁阀单向控制连接，电磁阀单向控制气缸，一个以上的传感器与I/O模块单向控制连接，传感器单向控制I/O模块；

所述的真空泵控制单元包括热继电器、接触器、真空泵三相电机、一个以上的真空电磁阀、复数个吸盘；热继电器与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接，接触器与热继电器双向控制串联连接，真空泵三相电机与接触器单向控制串联连接，一个真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制串联连接或两个以上的真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制并联连接，复数个吸盘与真空电磁阀单向控制并联连接；接触器单向控制三相电机，真空泵三相电机单向控制真空电磁阀，真空电磁阀单向控制复数个吸盘；

所述的工作台真空负压检测单元包括I/O模块、真空检测装置；I/O模块与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接，真空检测装置与I/O模块单向控制串联连接，真空检测装置单向控制I/O模块。

3.如权利要求1所述的一种数控加工中心的控制系统，其特征在于：所述的机头控制单元包括与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接的电主轴驱动单元、电主轴升降控制单元、钻头驱动单元、复数个钻头单元；

所述的伺服控制单元包括驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给左伺服系统、与X轴进给左伺服系统同步驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给右伺服系统，驱动机头的加工装置沿横梁来回Y向滑动的Y轴进给伺服系统，驱动机头的加工装置来回Z向滑动的Z轴进给伺服系统；所述的X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Y轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接。

4.如权利要求3所述的一种数控加工中心的控制系统，其特征在于所述的X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统同步运动，实现的功能具体包括：

镂铣加工装置循边加工时，X轴进给运动；

镂铣加工装置铣形加工时，X轴进给运动；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，X轴进给运动；

钻削加工装置打垂直孔时，移动到加工位置并保持在加工位置；

钻削加工装置打水平孔时，X轴进给运动；

Y轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

镂铣加工装置循边加工时，Y轴进给运动；

镂铣加工装置铣形加工时，Y轴进给运动；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，Y轴进给运动；

钻削加工装置打垂直孔时，移动到加工位置并保持在加工位置；

钻削加工装置打水平孔时，Y轴进给运动；

所述的Z轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

镂铣加工装置循边加工时，Z轴进给运动并保持在加工位置；

镂铣加工装置铣形加工时，Z轴进给运动并保持在加工位置；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，Z轴进给运动；

驱动钻削加工装置在Z方向上快速移动；

驱动镂铣主轴在Z方向快速移动；

钻削加工装置打垂直孔时，Z轴进给运动；

钻削加工装置打水平孔时，移动到加工位置并保持在加工位置；

每个工作台X轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

驱动工作台X向移动到设定位置；

每个吸盘Y轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

驱动吸盘Y向移动到设定位置；

主轴升降控制单元实现的功能具体包括：

驱动镂铣电主轴上下运动，镂铣电主轴加工时使镂铣电主轴位于最低设定位置，镂铣电主轴不加工时使镂铣电主轴位于最高设定位置，避免镂铣电主轴的刀具与工件干涉；

所有钻头单元的每个气缸都带一个钻头，在使用时气缸驱动钻头弹出，以避免与其它钻头干涉；

Y向定位控制单元和X向定位控制单元实现的功能具体包括：

Y向定位控制单元和X向定位控制单元的定位气缸形成一个直角，可使工件准确定位，完成工件定位的功能。

5.如权利要求3所述的一种数控加工中心的控制系统，其特征在于：

所述的钻头驱动单元包括三相电机、电机驱动装置、A/D模块及D/A模块，A/D模块及D/A模块与CNC控制器连接的总线双向控制并联连接，电机驱动装置与A/D模块及D/A模块双向控制串联连接，三相电机与电机驱动装置单向控制串联连接，电机驱动装置单向控制三相电机；所述的电主轴驱动单元与钻头驱动单元的结构及控制方式和连接方式相同；所述的电主轴驱动单元的电机驱动装置为变频器；

电主轴升降控制单元包括I/O模块、电磁阀、气缸、沿气缸轴线方向安装的两个传感器；I/O模块与总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，两传感器与I/O模块单向控制并联连接，传感器单向控制I/O模块；

钻头单元包括I/O模块、电磁阀、气缸；I/O模块与总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸；

所述的Y轴进给伺服系统包括双向控制依次串联连接的A/D模块及D/A模块、伺服驱动装置、伺服电机、位置检测装置及速度检测装置、位置反馈模块及速度反馈模块，A/D模块及D/A模块与CNC控制器连接的总线双向控制并联连接，位置反馈模块及速度反馈模块与CNC控制器连接的总线双向控制并联连接；

所述的X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Z轴进给伺服系统、吸盘Y轴进给伺服系统、工作台X轴进给伺服系统的结构及控制方式和连接方式与Y轴进给伺服系统相同；

所述的Y轴进给伺服系统、X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Z轴进给伺服系统、吸盘Y轴进给伺服系统、工作台X轴进给伺服系统均为半闭环的进给伺服系统。

6.如权利要求1所述的一种数控加工中心的控制系统，其特征在于：所述的机头控制单元包括左机头控制单元和右机头控制单元；

所述的左机头控制单元包括与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接的电主轴驱动单元、电主轴升降控制单元、钻头驱动单元、复数个钻头单元；

所述的右机头控制单元包括与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接的钻头驱动单元、复数个钻头单元；

所述的伺服控制单元包括驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给左伺服系统、与X轴进给左伺服系统同步驱动龙门架沿底座来回X向滑动的X轴进给右伺服系统，驱动左机头的加工装置沿横梁来回Y向滑动的Y轴进给左伺服系统，驱动右机头的加工装置来回Y向滑动的Y轴进给右伺服系统，驱动左机头的加工装置来回Z向滑动的Z轴进给左伺服系统，驱动右机头的加工装置来回Z向滑动的Z轴进给右伺服系统；所述的X轴进给左伺服系统、X轴进给右伺服系统、Y轴进给左伺服系统、Y轴进给右伺服系统、Z轴进给左伺服系统、Z轴进给右伺服系统与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接。

7.如权利要求1所述的一种数控加工中心的控制系统，其特征在于：还包括与以太网交换机双向控制并联连接的工控机；

所述的人机对话界面单元包括与连接CNC控制器的总线并联连接的按钮板控制单元、手摇脉冲发生器单元，与工控机并联连接的键盘控制单元、显示器控制单元、扫描枪控制单元。

8.如权利要求7所述的一种数控加工中心的控制系统，其特征在于：

所述的按钮板控制单元包括I/O模块、按钮板；I/O模块与连接CNC控制器的总线双向控制并联连接，按钮板与I/O模块双向控制串联连接；

所述的手摇脉冲发生器单元包括手摇脉冲发生器接口、手摇脉冲发生器；手摇脉冲发生器与手摇脉冲发生器接口单向控制串联连接，手摇脉冲发生器单向控制手摇脉冲发生器接口；手摇脉冲发生器接口与连接CNC控制器的总线单向控制并联连接，手摇脉冲发生器接口单向控制CNC控制器；

所述的键盘控制单元包括键盘接口、键盘；键盘与键盘接口单向控制串联连接；键盘单向控制键盘接口，键盘接口与工控机单向控制并联连接，键盘接口单向控制工控机；

所述的显示器控制单元包括显示器、显示器接口；显示器与显示器接口单向控制串联连接，显示器接口单向控制显示器；显示器接口与工控机单向控制并联连接，工控机单向控制显示器接口；

所述的扫描枪控制单元包括扫描枪、扫描枪接口；扫描枪与扫描枪接口单向控制串联连接，扫描枪单向控制扫描枪接口；扫描枪接口与工控机单向控制并联连接，扫描枪接口单向控制工控机。

9.如权利要求1至8任意一项权利要求所述的一种数控加工中心的控制系统，其特征在于：所述的总线为数据总线、控制总线、地址总线；

在CNC控制器上设有复数个标准化的CNC控制器接口；所述的伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、真空控制单元、人机对话界面单元、通信单元为开放式、模块化结构组合而成的模块；具有与CNC控制器接口配合的标准化的接头，可与CNC控制器接口双向控制并联连接；所述的气缸均为内置磁环的双作用的双作用气缸。

10.一种数控加工中心的加工方法，包括以下步骤：

扫描工件二维码；

CNC控制器判断系统缓存中是否有待加工条码，如果系统缓存中没有待加工条码，则重新返回扫描工件二维码；

如果系统缓存中有待加工条码，CNC控制器判断机头是否加工中；

如果机头加工中，CNC控制器判断系统缓存中是否有待加工条码；

如果机头没有加工，则工作台X轴进给伺服系统驱动工作台X向运动及吸盘Y轴进给伺服系统驱动工作台Y向运动使工作台自动移动到设定位置；Y向定位控制单元的定位气缸上升并凸出工作台；放置工件在工作台上，真空控制单元控制吸盘吸附工件，Y向定位控制单元的定位气缸下降并低于工作台，机头启动加工，机头加工，机头加工完成；

如此循环往复，加工不同的工件。