CN110895402A - 一种数控手持单元终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控手持单元终端，该终端包括主控模块、显示模块、人机交互模块和电气连接模块，主控模块包括微处理器、RS485信号转换存储单元和按键旋钮IO信号转发单元，微处理器用于通过程序编入实现读取功能；RS485信号转换存储单元用于实现RS232信号和RS485信号的互转；按键旋钮IO信号转发单元用于依据微处理器的指令发送机床控制指令给连接模块；连接模块用于将来自RS485信号转换存储单元的RS232信号转发给待控制数控系统，连接模块还用于将来自按键旋钮IO信号转发单元的机床控制指令转发给待控制数控系统，以实现待控制数控系统的机床的启动保持、急停和各个轴在不同倍率下进行对刀；显示模块用于实现待控制数控系统的数字坐标实时显示。

Description

一种数控手持单元终端

技术领域

本发明属于数控系统领域，具体涉及一种数控手持单元终端。

背景技术

数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为(Numerical Control System)，根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。数控系统及相关的自动化产品主要是为数控机床配套。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透而形成的机电一体化产品：数控系统装备的机床大大提高了零件加工的精度、速度和效率。

目前，数控机床上用的手持单元一般多为点对点信号直连电缆，坑干扰能力差，无循环启动和进给保持，并且无显示器，无机床监控功能，不能进行精准对刀，主要用于中低端CNC数控机床。在此情形下，通常需要两名工作人员，一名工作人员观察CNC数控机床的控制系统显示器，一名工作人员进行手持单元的操作。随着数控机床的高端化大型化和嵌入式技术以及其他自动化机械要求的发展，对手持单元的要求也提升了新的高度，中高档大型数控机床行程大，控制系统显示器和NC控制面板距离待操作工件较远，传统的手持单元不具备显示器且不提供NC操作功能，应用起来十分不方便。以上问题会给操作人员和相关人员造成了诸多麻烦。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种数控手持单元终端，该终端包括主控模块、显示模块、人机交互模块和电气连接模块，其通过设置各模块以及各模块之间特定的连接方式，以实现待控制数控系统的机床的启动保持、急停和各个轴在不同倍率下进行对刀，还通过显示模块实现待控制数控系统的数字坐标实时显示。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种数控手持单元终端，该终端包括主控模块、显示模块、人机交互模块和电气连接模块，主控模块分别连接显示模块、人机交互模块和连接模块，连接模块连接待控制数控系统，

主控模块包括微处理器、RS485信号转换存储单元和按键旋钮IO信号转发单元，微处理器用于通过程序编入实现读取功能，读取RS485信号转换存储单元的反馈数据发送给显示模块，接收人机交互模块输入的机床控制指令进行运算处理并写入RS485信号转换存储单元；RS485信号转换存储单元用于将来自连接模块的RS232信号转换为RS485信号发送给显示模块，将来自微处理器的RS485信号转换为RS232信号发送给连接模块；按键旋钮IO信号转发单元用于依据微处理器的指令发送机床控制指令给连接模块，机床控制指令包括进行轴选、倍率、手动JOG+和手动JOG-指令；

连接模块用于将来自RS485信号转换存储单元的RS232信号转发给待控制数控系统，将来自待控制数控系统的RS232信号转发给RS485信号转换存储单元；连接模块还用于将来自按键旋钮IO信号转发单元的机床控制指令转发给待控制数控系统，以实现待控制数控系统的机床的启动保持、急停和各个轴在不同倍率下进行对刀；

显示模块用于接收来自RS485信号转换存储单元的RS485信号，以实现待控制数控系统的数字坐标实时显示；人机交互模块用于实现用户指令的输入。

作为本发明的进一步改进，人机交互模块包括急停按钮、手轮脉冲发生器、可编程控制器、轴选旋钮和倍率旋钮，其中，急停按钮与待控制数控系统电连接，急停按钮用于紧急关闭待控制数控系统；手轮脉冲发生器与待控制数控系统电连接，手轮脉冲发生器用于输入脉冲信号给待控制数控系统，以控制待控制数控系统进给轴的运动；轴选旋钮和倍率旋钮分别通过可编程控制器与待控制数控系统电连接，以分别控制待控制数控系统的轴数和倍率，与手轮脉冲发生器结合使用实现机床精准对刀。

作为本发明的进一步改进，连接模块通过连接总线和轻触开关分别与待控制数控系统的机床操作面板、PLC单元和IO控制单元连接。

作为本发明的进一步改进，用户指令包括页面切换指令、循环启动指令、进给保持指令、急停指令、轴选指令、倍率指令和使能指令。

作为本发明的进一步改进，显示模块通过面板按键操作实现待控制数控系统的机床面板操作和监控功能。

作为本发明的进一步改进，显示模块还用于显示当前系统的运行状态、系统运行的辅助信息、工件坐标值和模态信息。

作为本发明的进一步改进，连接模块包括总线收发模块和手持单元控制电缆，其中，总线收发模块通过总线与待控制数控系统连接，总线收发模块用于提供电平匹配信号和驱动信号，还用于接收待控制数控系统的信号并进行处理；手持单元控制电缆为普通多芯软电缆，手持单元控制电缆分别连接待控制数控系统的机床操作面板、机床控制面板、外部IO信号点和总线物理连接接口。

作为本发明的进一步改进，该终端还包括符合人体工程学的工业级外壳。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的一种数控手持单元终端，该终端包括主控模块、显示模块、人机交互模块和电气连接模块，其通过设置各模块以及各模块之间特定的连接方式，以实现待控制数控系统的机床的启动保持、急停和各个轴在不同倍率下进行对刀，还通过显示模块实现待控制数控系统的数字坐标实时显示，其方便使用，保证操作安全，发生意外事故时可以及时停车。

本发明的一种数控手持单元终端，其通过人机交互模块的各个子模块与待控制数控系统电连接，从而分别控制启动或关闭待控制数控系统、控制待控制数控系统进给轴的运动、分别控制待控制数控系统的轴数和倍率并与手轮脉冲发生器结合使用实现机床精准对刀，通过对其显示屏、机床操作面板的具体结构及其设置方式进行研究和涉及，从而解决现有手持单元功能单一，无法显示坐标的问题，并很大程度的优化了数控装置产品的外观，为数控手持单元的外观造型提供了一种新的思路。

附图说明

图1是本发明实施例的一种数控手持单元终端的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

图1是本发明实施例的一种数控手持单元终端的结构示意图。如图1所示，一种数控手持单元终端，其包括主控模块、显示模块、人机交互模块和电气连接模块，主控模块分别连接显示模块、人机交互模块和连接模块，连接模块连接待控制数控系统，

主控模块包括微处理器、RS485信号转换存储单元和按键旋钮IO信号转发单元，微处理器用于通过程序编入实现读取功能，读取RS485信号转换存储单元的反馈数据发送给显示模块，接收人机交互模块输入的控制指令进行运算处理，将运算得到的控制指令数据写入RS485信号转换存储单元；RS485信号转换存储单元用于将来自连接模块的RS232信号转换为RS485信号发送给显示模块，将来自微处理器的RS485信号转换为RS232信号发送给连接模块；按键旋钮IO信号转发单元用于依据微处理器的指令发送机床控制指令给连接模块，机床控制指令包括进行轴选、倍率、手动JOG+和手动JOG-指令；

连接模块用于将来自RS485信号转换存储单元的RS232信号转发给待控制数控系统，将来自待控制数控系统的RS232信号转发给RS485信号转换存储单元；连接模块用于将来自按键旋钮IO信号转发单元的机床控制指令转发给待控制数控系统，以实现待控制数控系统的机床的启动保持、急停和各个轴在不同倍率下进行对刀；

显示模块用于接收来自RS485信号转换存储单元的RS485信号，以实现待控制数控系统的数字坐标实时显示；人机交互模块用于实现用户指令的输入。

作为一个优选的方案，人机交互模块包括急停按钮、手轮脉冲发生器、可编程控制器、轴选旋钮和倍率旋钮，其中，急停按钮与待控制数控系统电连接，急停按钮用于紧急关闭待控制数控系统；手轮脉冲发生器与待控制数控系统电连接，手轮脉冲发生器用于输入脉冲信号给待控制数控系统，以控制待控制数控系统进给轴的运动；轴选旋钮和倍率旋钮分别通过可编程控制器与待控制数控系统电连接，以分别控制待控制数控系统的轴数和倍率，与脉冲发生器结合使用实现机床精准对刀。

作为一个优选的实施例，连接模块通过连接总线和轻触开关分别与待控制数控系统的机床操作面板、PLC单元和IO控制单元连接，由于轻触开关具有实现轻快的轻触感及高寿命，可以在长时间内保持稳定接触和绝缘的镀金型等特点。作为进一步的优选，用户指令包括页面切换指令、循环启动指令、进给保持指令、急停指令、轴选指令、倍率指令和使能指令，人机交互模块可实现页面切换信号、循环启动信号、进给保持信号、急停信号、轴选信号、倍率信号和使能信号的输入。

作为一个优选的实施例，显示模块可以通过面板按键操作实现待控制数控系统的机床面板操作和监控功能，包括程序、偏置、页面的切换操作等，替代了传统的盲目操作形式；并可将当前系统的运行状态、系统运行的辅助信息、工件坐标值、模态等信息实时地在显示屏上显示出来，作为一个示例，可选用的是2.6寸LCD显示屏。

作为一个优选的实施例，该数控手持单元终端可由三种印制电路板和数显屏幕来实现，三种印制电路板分别为一个屏幕驱动板、一个主控制板、两个波段开关板，其中，手持单元电路板的结构设计与原理：根据机床操作手持单元的性能要求和技术条件，制定方框图和电路原理图，画出PCB印制板，并进行必要的线路计算，确定元器件参数，制定好印制电路板并做相应的实验，从而确定出电路图的设计过程。根据电路设计资料，并考虑产品的性能要求、技术条件等，安装固定电路板，合理放置特殊元器件。与此同时还要进行各种防护设计和机械结构设计最后组成一部完整的产品。手持单元电路原理图的模块划分为主控制板的CPU模块、电源模块、按钮开关模块，串口屏主板的CPU模块。LCD屏数字坐标显示，具备多状态显示和监控功能，便于操作人员可远距离操作机床；外壳使用手部人体工学结构和铝合金材质设计，结构特征符合人体工程学，握感舒适，结构紧凑，易于操作；总线连接，接线方便，传输距离长，抗干扰能力强，增强了系统的稳定性和可靠性；集成了脉冲发生器、倍率旋钮、轴选旋钮，以控制数控系统进给轴的运动，实现机床远距离操作对刀，易于观察实时对刀状况。

作为一个优选的实施例，该终端包括符合人体工程学的工业级外壳、人机交互操作面板、2.6寸数显屏幕及驱动板、主控制板、按键、倍率旋钮和手摇脉冲发生器，该数控终端集成了标准RS485串行通讯接口，按键及倍率旋钮通过连接总线式的机床操作面板、PLC单元和实现与待控制数控系统的IO控制。

作为一个优选的实施例，连接模块包括总线收发模块和手持单元控制电缆，其中，总线收发模块通过总线与待控制数控系统连接，总线收发模块用于提供电平匹配信号和驱动信号，还用于接收待控制数控系统的信号并进行处理；手持单元控制电缆为普通多芯软电缆，具备远距离传输抗干扰、屏蔽性能强、防扎防摩擦等特性，手持单元控制电缆分别连接待控制数控系统的机床操作面板、机床控制面板、外部IO信号点和总线物理连接接口，手持单元控制电缆可选支持的通讯协议为RS485协议和MODBUS协议，本实施例选用以太网接口的RS485通讯协议。

本发明实施例的一种数控手持单元终端集成了机床操作面板和机床控制面板的功能，可以实现多坐标同步显示、实时状态显示和机床监控的完整功能，同时具备多协议支持，在数据传输方面上照比传统点对点信号更具备稳定可靠性，其支持LCD屏显示，便于操作人员远距离控制机床，其支持总线连接，可靠性高，满足用户个性化需求。因此，该数控终端实用方便、适用范围更广且可靠性更高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种数控手持单元终端，该终端包括主控模块、显示模块、人机交互模块和电气连接模块，所述主控模块分别连接显示模块、人机交互模块和连接模块，所述连接模块连接待控制数控系统，其特征在于，

所述主控模块包括微处理器、RS485信号转换存储单元和按键旋钮IO信号转发单元，所述微处理器用于读取RS485信号转换存储单元的反馈数据发送给显示模块，接收人机交互模块输入的机床控制指令进行运算处理并写入RS485信号转换存储单元；所述RS485信号转换存储单元用于将来自连接模块的RS232信号转换为RS485信号发送给显示模块，将来自微处理器的RS485信号转换为RS232信号发送给连接模块；所述按键旋钮IO信号转发单元用于依据微处理器的指令发送机床控制指令给连接模块，机床控制指令包括进行轴选、倍率、手动JOG+和手动JOG-指令；

所述连接模块用于将来自RS485信号转换存储单元的RS232信号转发给待控制数控系统，将来自待控制数控系统的RS232信号转发给RS485信号转换存储单元；所述连接模块还用于将来自按键旋钮IO信号转发单元的机床控制指令转发给待控制数控系统，以实现待控制数控系统的机床的启动保持、急停和各个轴在不同倍率下进行对刀；

所述显示模块用于接收来自RS485信号转换存储单元的RS485信号，以实现待控制数控系统的数字坐标实时显示；所述人机交互模块用于实现用户指令的输入。

2.根据权利要求1所述的一种数控手持单元终端，其特征在于，所述人机交互模块包括急停按钮、手轮脉冲发生器、可编程控制器、轴选旋钮和倍率旋钮，其中，所述急停按钮与待控制数控系统电连接，所述急停按钮用于紧急关闭待控制数控系统；所述手轮脉冲发生器与待控制数控系统电连接，所述手轮脉冲发生器用于输入脉冲信号给待控制数控系统，以控制待控制数控系统进给轴的运动；所述轴选旋钮和倍率旋钮分别通过可编程控制器与待控制数控系统电连接，以分别控制待控制数控系统的轴数和倍率，与手轮脉冲发生器结合使用实现机床精准对刀。

3.根据权利要求1或2所述的一种数控手持单元终端，其特征在于，所述连接模块通过连接总线和轻触开关分别与待控制数控系统的机床操作面板、PLC单元和IO控制单元连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种数控手持单元终端，其特征在于，所述用户指令包括页面切换指令、循环启动指令、进给保持指令、急停指令、轴选指令、倍率指令和使能指令。

5.根据权利要求1或2所述的一种数控手持单元终端，其特征在于，所述显示模块通过面板按键操作实现待控制数控系统的机床面板操作和监控功能。

6.根据权利要求5所述的一种数控手持单元终端，其特征在于，所述显示模块还用于显示当前系统的运行状态、系统运行的辅助信息、工件坐标值和模态信息。

7.根据权利要求1或2所述的一种数控手持单元终端，其特征在于，所述连接模块包括总线收发模块和手持单元控制电缆，其中，所述总线收发模块通过总线与待控制数控系统连接，总线收发模块用于提供电平匹配信号和驱动信号，还用于接收待控制数控系统的信号并进行处理；所述手持单元控制电缆为普通多芯软电缆，所述手持单元控制电缆分别连接待控制数控系统的机床操作面板、机床控制面板、外部IO信号点和总线物理连接接口。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种数控手持单元终端，其特征在于，所述终端还包括符合人体工程学的工业级外壳。

Images