CN113341881A - 一种数控机床用控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数控机床用控制系统，其技术方案要点是：包括计算机数字控制装置，所述计算机数字控制装置的输入端连接有输入装置，所述计算机数字控制装置的输出端连接有输出装置，所述计算机数字控制装置通过通信电路与编程器、CAD/CAM系统以及上位机连接，所述计算机数字控制装置连接有可编程控制器，所述计算机数字控制装置连接有主轴控制单元，所述可编程控制器连接有主轴控制单元，所述机床上设置有位置检测器，所述位置检测器与所述计算机数字控制装置的输入端连接；本发明可以对机床加工的零件进行尺寸度控制、控制机床加工的环境，提高加工安全性和可控度，并能够实现数控机床控制系统的闭路反馈，智能化水平高。
Description
技术领域
本发明涉及机加工领域，特别涉及一种数控机床用控制系统。
背景技术
数控机床应用广泛，其被广泛利用在各行各业的机加工过程中。
现有公开号为CN103513608B的中国专利，其公开了一种数控机床的控制方法及控制数控机床的控制器，该控制方法包括：基于用于控制与数控机床不同的三维测量设备的指令，来生成指示数控机床的操作种类的标志和用于控制数控机床的操作的操作变量；将所述标志存储在标志存储区域中，并且将所述操作变量存储在操作变量存储区域中；通过参考存储在所述标志存储区域中的标志的值来选择要由数控机床执行的操作；以及根据存储在所述操作变量存储区域中的操作变量的值来执行针对所选择的要由数控机床执行的操作的控制。
上述的这种数控机床的控制方法及控制数控机床的控制器可极大降低NC程序的开发成本，但是其依旧存在着一些缺点，如：无法对机床加工的零件进行尺寸度控制，无法形成闭路反馈，并且无法控制机床加工的环境。
发明内容
针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种数控机床用控制系统，以解决背景技术中提到的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种数控机床用控制系统，包括计算机数字控制装置，所述计算机数字控制装置的输入端连接有输入装置，所述计算机数字控制装置的输出端连接有输出装置，所述计算机数字控制装置通过通信电路与编程器、CAD/CAM系统以及上位机连接，所述计算机数字控制装置连接有可编程控制器，所述计算机数字控制装置连接有主轴控制单元，所述可编程控制器连接有主轴控制单元，所述主轴控制单元与机床上的主轴电动机连接，所述主轴控制单元与机床上的进给电动机连接，所述机床上设置有位置检测器，所述位置检测器与所述计算机数字控制装置的输入端连接，所述计算机数字控制装置连接有加工缺陷检测模块，所述计算机数字控制装置连接有冷却模块和安全控制模块。
较佳的，所述计算机数字控制装置为CNC装置，所述计算机数字控制装置用于数值计算、系统诊断、逻辑判断、轨迹控制运算，并输出相应的指令脉冲信号控制机床的运动，所述计算机数字控制装置包括输入/输出接口、存储器、控制器和运算器。
较佳的，所述可编程控制器用于接收所述计算机数字控制装置输出的开关命令，进行机床和有关应答信号，所述编程控制器控制机床主轴的变速、变向、道具的选择交换和工件的装夹。
较佳的，所述主轴控制模块用于接收所述计算机数字控制装置的控制信号，控制主轴的调速和主轴定向，所述主轴控制模块包括主轴控制单元和主轴电动机，所述位置检测模块包括检测装置和处理电路，所述位置检测模块用于完成主轴、进给轴的位置检测，并配合主轴控制模块进行位置控制。
较佳的，所述加工缺陷检测模块包括图像生成模块、图像处理模块、标准图像输入模块以及存储模块，所述图像生成模块包括PDD相机和检测传感器，所述图像生成模块用于获取图像，所述图像生成模块用于将图像传输至所述图像处理模块，所述图像处理模块将检测图像分割成多个块并且求出块平均值，并将其与所述标准图像输入模块输入的标准图像对比判断是否存在缺陷，所述存储模块用于存储所述图像生成模块生成的图像和所述标准图像输入模块输入的图像。
较佳的，所述冷却模块包括温度检测模块、水冷循环模块、空冷模块和预警模块，所述温度检测模块用于检测机床中工件和刀具的温度，所述水冷循环模块和所述空冷模块用于对机床中工件和刀具降温，所述预警模块用于对所述温度检测模块检测到温度过高时进行预警。
较佳的，所述安全控制模块包括第一处理器、第二处理器和输出模块，机床控制系统的输出分别连接第一处理器、第二处理器的输入，两个处理器的输出经与门后输出至输出模块，输出模块的输出连接机床的输入；第一处理器和第二处理器均设有输出驱动模块、交互诊断模块、输出通道监测模块和安全继电器监控EDM检测模块。
较佳的，所述输入装置连接有程序清单子模块和信息载体子模块。
较佳的，所述计算机数字控制装置包括有生成模块，所述生成模块用于生成用于指示机床的操作种类的标志和用于控制机床的种类的操作的操作变量，其中操作变量被划分成机床所具有的多个操作；所述计算机数字控制装置包括有选择模块，所述选择模块用于通过参考存储在标志存储区域中的标志的值来选择要由机床执行的操作。
综上所述，本发明主要具有以下有益效果：
本数控机床用控制系统通过采用计算机数字控制装置作为主控大脑，通过输入装置、输出装置、编程器、CAD/CAM系统、上位机、可编程控制器、主轴控制单元、位置检测器能够形成完善的控制反馈修正神经网络，通过采用与计算机数字控制装置连接的加工缺陷检测模块、冷却模块和安全控制模块能够对机床加工的零件进行尺寸度控制、控制机床加工的环境，提高加工安全性和可控度，并能够实现数控机床控制系统的闭路反馈，智能化水平高。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参考图1，一种数控机床用控制系统，包括计算机数字控制装置，计算机数字控制装置的输入端连接有输入装置，计算机数字控制装置的输出端连接有输出装置，计算机数字控制装置通过通信电路与编程器、CAD/CAM系统以及上位机连接，计算机数字控制装置连接有可编程控制器，计算机数字控制装置连接有主轴控制单元，可编程控制器连接有主轴控制单元，主轴控制单元与机床上的主轴电动机连接，主轴控制单元与机床上的进给电动机连接，机床上设置有位置检测器，位置检测器与计算机数字控制装置的输入端连接，计算机数字控制装置连接有加工缺陷检测模块，计算机数字控制装置连接有冷却模块和安全控制模块。
其中，计算机数字控制装置为CNC装置，CNC系统由数控程序存储装置、计算机控制主机等组成。计算机数字控制装置用于数值计算、系统诊断、逻辑判断、轨迹控制运算，并输出相应的指令脉冲信号控制机床的运动，计算机数字控制装置包括输入/输出接口、存储器、控制器和运算器。
其中，可编程控制器用于接收计算机数字控制装置输出的开关命令，进行机床和有关应答信号，编程控制器控制机床主轴的变速、变向、道具的选择交换和工件的装夹。
其中，主轴控制模块用于接收计算机数字控制装置的控制信号，控制主轴的调速和主轴定向，主轴控制模块包括主轴控制单元和主轴电动机，位置检测模块包括检测装置和处理电路，位置检测模块用于完成主轴、进给轴的位置检测，并配合主轴控制模块进行位置控制。
其中，加工缺陷检测模块包括图像生成模块、图像处理模块、标准图像输入模块以及存储模块，图像生成模块包括PDD相机和检测传感器，图像生成模块用于获取图像，图像生成模块用于将图像传输至图像处理模块，图像处理模块将检测图像分割成多个块并且求出块平均值，并将其与标准图像输入模块输入的标准图像对比判断是否存在缺陷，存储模块用于存储图像生成模块生成的图像和标准图像输入模块输入的图像。
其中，冷却模块包括温度检测模块、水冷循环模块、空冷模块和预警模块，温度检测模块用于检测机床中工件和刀具的温度，水冷循环模块和空冷模块用于对机床中工件和刀具降温，预警模块用于对温度检测模块检测到温度过高时进行预警。
其中，安全控制模块包括第一处理器、第二处理器和输出模块，机床控制系统的输出分别连接第一处理器、第二处理器的输入，两个处理器的输出经与门后输出至输出模块，输出模块的输出连接机床的输入；第一处理器和第二处理器均设有输出驱动模块、交互诊断模块、输出通道监测模块和安全继电器监控EDM检测模块。
其中，输入装置连接有程序清单子模块和信息载体子模块。
其中，计算机数字控制装置包括有生成模块，生成模块用于生成用于指示机床的操作种类的标志和用于控制机床的种类的操作的操作变量，其中操作变量被划分成机床所具有的多个操作；计算机数字控制装置包括有选择模块，选择模块用于通过参考存储在标志存储区域中的标志的值来选择要由机床执行的操作。
其中，本数控机床用控制系统通过采用计算机数字控制装置作为主控大脑，通过输入装置、输出装置、编程器、CAD/CAM系统、上位机、可编程控制器、主轴控制单元、位置检测器能够形成完善的控制反馈修正神经网络，通过采用与计算机数字控制装置连接的加工缺陷检测模块、冷却模块和安全控制模块能够对机床加工的零件进行尺寸度控制、控制机床加工的环境，提高加工安全性和可控度，并能够实现数控机床控制系统的闭路反馈，智能化水平高。
其中，在机床加工的过程中主要由三个系统构成，即控制系、伺服系统和位置测量系统；控制系统硬件是一个具有输入输出功能的专用计算机系统，按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；测量系统检测机械的直线和回转运动位置、速度，并反馈到控制系统和伺服驱动系统，来修正控制指令；伺服驱动系统将来自控制系统的控制指令和测量系统的反馈信息进行比较和控制调节，控制PWM电流驱动伺服电机，由伺服电机驱动机械按要求运动。这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。控制系统硬件是具有人际交互功能，具有包括现场总线接口输入输出能力的专用计算机。伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。
为了实现精确加工，需要软件结构支撑，软件结构包括输入数据处理程序；它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格式存放。有的系统还要进行补偿计算，或为插补运算和速度控制等进行预计算。通常，输入数据处理程序包括输入、译码和数据处理三项内容。插补计算程序：CNC系统根据工件加工程序中提供的数据，如曲线的种类、起点、终点、既定速度等进行中间输出点的插值密化运算。上述密化计算不仅要严格遵循给定轨迹要求还要符合机械系统平稳运动加减速的要求。根据运算结果，分别向各坐标轴发出形成进给运动的位置指令。这个过程称为插补运算。计算得到进给运动的位置指令通过CNC内或伺服系统内的位置闭环、速度环、电流环控制调节，输出电流驱动电机带动工作台或刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。CNC系统是一边插补进行运算，一边进行加工，是一种典型的实时控制方式。管理程序：管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。在PC化的硬件结构下，管理程序通常在实时操作系统的支持下实现。诊断程序：诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。也可以在运行前或故障发生后，检查系统各主要部件(CPU、存储器、接口、开关、伺服系统等)的功能是否正常，并指出发生故障的部位。
此外还有不可欠缺的硬件结构，目前为第六代是PC数控系统；伺服系统包括开环控制数控系统、半闭环控制数控系统、全闭环控制数控系统；其中开环控制数控系统这类数控系统不带检测装置，也无反馈电路，以步进电动机为驱动元件。CNC装置输出的进给指令(多为脉冲接口)经驱动电路进行功率放大，转换为控制步进电动机各定子绕组依此通电/断电的电流脉冲信号，驱动步进电动机转动，再经机床传动机构(齿轮箱，丝杠等)带动工作台移动。这种方式控制简单，价格比较低廉，从70年代开始，被广泛应用于经济型数控机床中。半闭环控制数控系统，位置检测元件被安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位置(直线位移)，由于闭环的环路内不包括丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节，由这些环节造成的误差不能由环路所矫正，其控制精度不如全闭环控制数控系统，但其调试方便，成本适中，可以获得比较稳定的控制特性，因此在实际应用中，这种方式被广泛采用。全闭环控制数控系统，位置检测装置安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的实际运行位置(直线位移)，并将其与CNC装置计算出的指令位置(或位移)相比较，用差值进行调节控制。这类控制方式的位置控制精度很高，但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些连接环节放在闭环内，导致整个系统连接刚度变差，因此调试时，其系统较难达到高增益，即容易产生振荡。
本系统采用的数控系统网络化支持成为生产系统集成的必要条件。对于要纳入自动化程度很高的生产系统的数控机床，必须明确数控系统具有相应的接入解决方案，包括低级的依靠PLC输入输出点直接接入到高级的数控系统内置OPC服务器，依照OPC标准向用户开放数控系统内部数据。此外面向生产系统，自动化的在线工件检测和刀具检测也是必须支持的功能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种数控机床用控制系统，其特征在于：包括计算机数字控制装置，所述计算机数字控制装置的输入端连接有输入装置，所述计算机数字控制装置的输出端连接有输出装置，所述计算机数字控制装置通过通信电路与编程器、CAD/CAM系统以及上位机连接，所述计算机数字控制装置连接有可编程控制器，所述计算机数字控制装置连接有主轴控制单元，所述可编程控制器连接有主轴控制单元，所述主轴控制单元与机床上的主轴电动机连接，所述主轴控制单元与机床上的进给电动机连接，所述机床上设置有位置检测器，所述位置检测器与所述计算机数字控制装置的输入端连接，所述计算机数字控制装置连接有加工缺陷检测模块，所述计算机数字控制装置连接有冷却模块和安全控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床用控制系统，其特征在于：所述计算机数字控制装置为CNC装置，所述计算机数字控制装置用于数值计算、系统诊断、逻辑判断、轨迹控制运算，并输出相应的指令脉冲信号控制机床的运动，所述计算机数字控制装置包括输入/输出接口、存储器、控制器和运算器。
3.根据权利要求1所述的一种数控机床用控制系统，其特征在于：所述可编程控制器用于接收所述计算机数字控制装置输出的开关命令，进行机床和有关应答信号，所述编程控制器控制机床主轴的变速、变向、道具的选择交换和工件的装夹。
4.根据权利要求1所述的一种数控机床用控制系统，其特征在于：所述主轴控制模块用于接收所述计算机数字控制装置的控制信号，控制主轴的调速和主轴定向，所述主轴控制模块包括主轴控制单元和主轴电动机，所述位置检测模块包括检测装置和处理电路，所述位置检测模块用于完成主轴、进给轴的位置检测，并配合主轴控制模块进行位置控制。
5.根据权利要求1所述的一种数控机床用控制系统，其特征在于：所述加工缺陷检测模块包括图像生成模块、图像处理模块、标准图像输入模块以及存储模块，所述图像生成模块包括PDD相机和检测传感器，所述图像生成模块用于获取图像，所述图像生成模块用于将图像传输至所述图像处理模块，所述图像处理模块将检测图像分割成多个块并且求出块平均值，并将其与所述标准图像输入模块输入的标准图像对比判断是否存在缺陷，所述存储模块用于存储所述图像生成模块生成的图像和所述标准图像输入模块输入的图像。
6.根据权利要求1所述的一种数控机床用控制系统，其特征在于：所述冷却模块包括温度检测模块、水冷循环模块、空冷模块和预警模块，所述温度检测模块用于检测机床中工件和刀具的温度，所述水冷循环模块和所述空冷模块用于对机床中工件和刀具降温，所述预警模块用于对所述温度检测模块检测到温度过高时进行预警。
7.根据权利要求1所述的一种数控机床用控制系统，其特征在于：所述安全控制模块包括第一处理器、第二处理器和输出模块，机床控制系统的输出分别连接第一处理器、第二处理器的输入，两个处理器的输出经与门后输出至输出模块，输出模块的输出连接机床的输入；第一处理器和第二处理器均设有输出驱动模块、交互诊断模块、输出通道监测模块和安全继电器监控EDM检测模块。
8.根据权利要求1所述的一种数控机床用控制系统，其特征在于：所述输入装置连接有程序清单子模块和信息载体子模块。
9.根据权利要求1所述的一种数控机床用控制系统，其特征在于：所述计算机数字控制装置包括有生成模块，所述生成模块用于生成用于指示机床的操作种类的标志和用于控制机床的种类的操作的操作变量，其中操作变量被划分成机床所具有的多个操作；所述计算机数字控制装置包括有选择模块，所述选择模块用于通过参考存储在标志存储区域中的标志的值来选择要由机床执行的操作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210903 |