CN114995291B - 一种数控机床控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及控制系统技术领域，具体涉及一种数控机床控制系统及控制方法，包括控制终端，是系统的总控端，用于发出执行命令；输入模块，用于输入系统机床加工零件规格参数数值；校验模块，用于获取输入模块运行得到的加工零件规格参数数值，参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型；设计模块，用于获取加工零件三维模型，参考加工零件三维模型设计机床运行程序命令；本发明在使用过程中，提供两种不同的输入方式来获取所需加工机械零件的参数数据，从而以此大大的增强了该系统在实际应用时的适配性，并且后续的根据加工机械零件参数数据在适应性的生产机床运行逻辑使得，数控机床能够适用于一定范围内的多种规格机械零件的加工。
Description
技术领域
本发明涉及控制系统技术领域，具体涉及一种数控机床控制系统及控制方法。
背景技术
数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
然而在现有技术中，数控机床的应用程序编写较为复杂，因而大多数数控机床在使用过程中仅局限于一种或个别几种的零件加工，从而导致数控机床生成的零件种类优先，其功能性并未完全开发，实际应用功能未完全使用，进而所带来的经济效益也是相对局限的，在应对多种形式多种规格的机械零件加工显然较为乏力，这导致零件加工的相关产业需要订制多台数控机床才能够满足生产所需，这无疑有进一步的增大的生产成本。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种数控机床控制系统及控制方法，解决了数控机床的应用程序编写较为复杂，因而大多数数控机床在使用过程中仅局限于一种或个别几种的零件加工，从而导致数控机床生成的零件种类优先，其功能性并未完全开发，实际应用功能未完全使用，进而所带来的经济效益也是相对局限的，在应对多种形式多种规格的机械零件加工显然较为乏力，这导致零件加工的相关产业需要订制多台数控机床才能够满足生产所需，这无疑有进一步的增大的生产成本的问题。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，一种数控机床控制系统，包括：
控制终端，是系统的总控端，用于发出执行命令；
输入模块，用于输入系统机床加工零件规格参数数值；
校验模块，用于获取输入模块运行得到的加工零件规格参数数值，参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型；
设计模块，用于获取加工零件三维模型，参考加工零件三维模型设计机床运行程序命令；
驱动模块，用于驱动数控机床按设计模块中设计的机床运行程序命令启动运行；
跟随模块，用于实时获取驱动模块运行状态下加工零件被加工处理的实时状态；
接收模块，用于接收机床运行加工得到的成品零件；
汇报单元，用于接收跟随模块运行过程中扫描单元同步扫描获取的加工过程图像数据与成品零件匹配后向用户端发送；
所述控制终端与输入模块通过介质电性相连接，所述输入模块中通过介质电性部署有扫描单元与写入模组，所述扫描单元通过介质电性连接移动模组，所述输入模块与校验模块、设计模块、驱动模块及跟随模块电性连接，所述跟随模块中通过介质电性部署有分析单元、判定单元、结束单元及纠偏单元，所述跟随模块通过介质电性连接接收模块，所述接收模块中介质电性部署有汇报单元，所述纠偏单元通过介质电性连接接收模块。
更进一步地，所述输入模块中部署有子模块，包括：
扫描单元，用于扫描加工零件图纸获取加工零件加工参数，参考加工零件加工参数构建虚拟加工零件三维模型；
写入模组，用于写入输入模块加工零件规格参数数据；
其中，输入模块运行时，扫描单元及写入模组根据用户选择适应性运行；扫描单元在运行构建加工零件三维模型后，用户手动输入三维模型的任意一组参数数值，并发送至输入模块中，输入模块根据加工零件虚拟三维及用户手动输入的三维模型的一组参数数据按比例计算三维模型的其他未知参数数值。
更进一步地，所述校验模块在输入模块通过扫描单元运行时跳转，当前系统运行中校验模块不参与运行，校验模块在参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型时进行判定，在参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型失败时返回输入模块运行阶段，重新控制输入模块运行启动。
更进一步地，所述设计模块中机床驱动程序命令内容包括，机床运行路径参数数据、机床运行点位参数数据、机床电动机功率数据参数数据、机床运行环境检测参数数据。
更进一步地，所述扫描单元采用高速摄像头集成，所述扫描单元通过介质电性部署在移动模组中；
移动模组，由电动滑轨集成，用于控制扫描单元在机床工作面位移；
所述跟随模块启动时，扫描单元获取跟随模块控制命令通过移动模组在机床加工面跟随加工零件同步移动，通过扫描单元获取加工零件加工过程图像数据。
更进一步地，所述跟随模块中部署有子模块，包括：
分析单元，用于获取跟随模块运行状态下同步运行的扫描单元中获取到的加工零件加工过程图像数据；
判定单元，用于判定扫描单元中获取的图像数据是否与输入模块中输入的加工零件三维模型数据存在比例性差异；
结束单元，用于控制系统搭载的机床停止运行；
纠偏单元，用于控制机床协调运行，消除机床加工零件过程中已产生误差；
其中，判定单元运行时，在判定图像数据与加工零件三维模型数据存在差异时同步计算差异数值，并将差异数值数据同步发送至纠偏单元中，提供纠偏单元运行逻辑。
更进一步地，所述设计模块运行时，设计的机床驱动程序命令运行参数参考电动机运行传递函数验算确认，传递函数为：
式中：为输出；
为输入；
为电机增益系数；
为电机机械时间常数；
为电机电气时间常数；
s为单位秒。
第二方面，一种数控机床控制方法，包括以下步骤：
Step1：获取加工零件加工参数，将加工零件参数输入机床控制端；
Step2：机床控制端接收加工零件参数，判定加工零件参数来源安全性；
Step3：步骤Step2判定结果为否，根据加工零件参数构建加工零件虚拟模型；
Step4：步骤Step2判定结果为是，驱动机床运行，根据加工零件输入机床参数数据运行；
Step5：机床运行过程中，实时监测加工零件状态，根据监测采集的图像数据进行视觉计算，根据计算结果获取误差数据；
Step6：将误差数据与加工零件参数数据比对，根据比对结果对机床上加工零件进行实时纠偏；
其中步骤Step3执行时，加工零件建模失败返回步骤Step1执行；加工零件建模成果执行步骤Step4。
更进一步地，所述步骤Step2中判定加工零件参数来源安全性根据加工零件参数数据由机床控制端计算得出或加工零件参数数据通过用户端直接输入进行判定。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明提供一种数控机床控制系统供数控机床加工机械零件所使用，该系统在使用过程中，提供两种不同的输入方式来获取所需加工机械零件的参数数据，从而以此大大的增强了该系统在实际应用时的适配性，并且后续的根据加工机械零件参数数据在适应性的生产机床运行逻辑使得，数控机床能够适用于一定范围内的多种规格机械零件的加工。
2、本发明同时还能够在机械零件加工的过程中实时的监视机械零件加工的过程，从而使得机械零件在加工过程中出现误差能够实时的被发现并进行纠偏处理，从而以此大大的提升了机械零件加工的合格率与精度。
3、本发明提供一种数控机床控制方法供数控机床加工机械零件所使用，通过该方法的实施，数控机床能够在机械零件生产前确认机械加工零件的参数加工可行性，从而以此为基础，有效的降低了机械零件通过数控机床进行加工过程中的报错率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种数控机床控制系统的结构示意图；
图2为一种数控机床控制方法的流程示意图；
图3为本发明中数控机床组成部分概念图；
图中的标号分别代表：1、控制终端；2、输入模块；21、扫描单元；22写入模组；23、移动模组；3、校验模块；4、设计模块；5、驱动模块；6、跟随模块；61、分析单元；62、判定单元；63、结束单元；64、纠偏单元；7、接收模块；71、汇报单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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作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。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种数控机床控制系统，如图1所示，包括：
控制终端1，是系统的总控端，用于发出执行命令；
输入模块2，用于输入系统机床加工零件规格参数数值；
校验模块3，用于获取输入模块2运行得到的加工零件规格参数数值，参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型；
设计模块4，用于获取加工零件三维模型，参考加工零件三维模型设计机床运行程序命令；
驱动模块5，用于驱动数控机床按设计模块4中设计的机床运行程序命令启动运行；
跟随模块6，用于实时获取驱动模块5运行状态下加工零件被加工处理的实时状态；
接收模块7，用于接收机床运行加工得到的成品零件；
汇报单元71，用于接收跟随模块6运行过程中扫描单元21同步扫描获取的加工过程图像数据与成品零件匹配后向用户端发送；
控制终端1与输入模块2通过介质电性相连接，输入模块2中通过介质电性部署有扫描单元21与写入模组22，扫描单元21通过介质电性连接移动模组23，输入模块2与校验模块3、设计模块4、驱动模块5及跟随模块6电性连接，跟随模块6中通过介质电性部署有分析单元61、判定单元62、结束单元63及纠偏单元64，跟随模块通过介质电性连接接收模块7，接收模块7中介质电性部署有汇报单元71，纠偏单元64通过介质电性连接接收模块7。
在本实施例时使用时，控制终端1控制输入模块2启动输入系统机床加工零件规格参数数值，在通过校验模块3获取输入模块2运行得到的加工零件规格参数数值，参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型，同步的设计模块4后置触发运行获取加工零件三维模型，参考加工零件三维模型设计机床运行程序命令，再由驱动模块5驱动数控机床按设计模块4中设计的机床运行程序命令启动运行，驱动模块5控制数控机床运行加工零件过程中跟随模块6同步运行实时获取驱动模块5运行状态下加工零件被加工处理的实时状态，最终通过接收模块7接收机床运行加工得到的成品零件，接收模块7中子模块汇报单元71接收跟随模块6运行过程中扫描单元21同步扫描获取的加工过程图像数据与成品零件匹配后向用户端发送，从而数控机床加工零件的整个过程结束。
实施例2
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图1所示对实施例1中数控机床控制系统做进一步具体说明：
如图1所示，输入模块2中部署有子模块，包括：
扫描单元21，用于扫描加工零件图纸获取加工零件加工参数，参考加工零件加工参数构建虚拟加工零件三维模型；
写入模组22，用于写入输入模块2加工零件规格参数数据；
其中，输入模块2运行时，扫描单元21及写入模组22根据用户选择适应性运行；扫描单元21在运行构建加工零件三维模型后，用户手动输入三维模型的任意一组参数数值，并发送至输入模块2中，输入模块2根据加工零件虚拟三维及用户手动输入的三维模型的一组参数数据按比例计算三维模型的其他未知参数数值。
通过扫描单元21及写入模组22的设置可以使得输入模块2具备两种获取所需加工机械零件规格参数的方式，从而大大的提升了系统整体的适用性。
如图1所示，校验模块3在输入模块2通过扫描单元21运行时跳转，当前系统运行中校验模块3不参与运行，校验模块3在参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型时进行判定，在参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型失败时返回输入模块2运行阶段，重新控制输入模块2运行启动。
如图1所示，设计模块4中机床驱动程序命令内容包括，机床运行路径参数数据、机床运行点位参数数据、机床电动机功率数据参数数据、机床运行环境检测参数数据。
如图1所示，扫描单元21采用高速摄像头集成，扫描单元21通过介质电性部署在移动模组23中；
移动模组23，由电动滑轨集成，用于控制扫描单元21在机床工作面位移；
跟随模块6启动时，扫描单元21获取跟随模块6控制命令通过移动模组23在机床加工面跟随加工零件同步移动，通过扫描单元21获取加工零件加工过程图像数据。
通过该设置可以减少数控机床运行过程中加工机械零件总体的误差率及合格率。
如图1所示，设计模块4运行时，设计的机床驱动程序命令运行参数参考电动机运行传递函数验算确认，传递函数为：
式中：为输出；
为输入；
为电机增益系数；
为电机机械时间常数；
为电机电气时间常数；
s为单位秒。
实施例3
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图1所示对实施例1中数控机床控制系统做进一步具体说明：
如图1所示，跟随模块6中部署有子模块，包括：
分析单元61，用于获取跟随模块6运行状态下同步运行的扫描单元21中获取到的加工零件加工过程图像数据；
判定单元62，用于判定扫描单元21中获取的图像数据是否与输入模块2中输入的加工零件三维模型数据存在比例性差异；
结束单元63，用于控制系统搭载的机床停止运行；
纠偏单元64，用于控制机床协调运行，消除机床加工零件过程中已产生误差；
其中，判定单元62运行时，在判定图像数据与加工零件三维模型数据存在差异时同步计算差异数值，并将差异数值数据同步发送至纠偏单元64中，提供纠偏单元64运行逻辑。
实施例4
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图2所示对实施例1中数控机床控制系统做进一步具体说明：
一种数控机床控制方法，如图2所示，包括以下步骤：
Step1：获取加工零件加工参数，将加工零件参数输入机床控制端；
Step2：机床控制端接收加工零件参数，判定加工零件参数来源安全性；
Step3：步骤Step2判定结果为否，根据加工零件参数构建加工零件虚拟模型；
Step4：步骤Step2判定结果为是，驱动机床运行，根据加工零件输入机床参数数据运行；
Step5：机床运行过程中，实时监测加工零件状态，根据监测采集的图像数据进行视觉计算，根据计算结果获取误差数据；
Step6：将误差数据与加工零件参数数据比对，根据比对结果对机床上加工零件进行实时纠偏；
其中步骤Step3执行时，加工零件建模失败返回步骤Step1执行；加工零件建模成果执行步骤Step4。
如图2所示，步骤Step2中判定加工零件参数来源安全性根据加工零件参数数据由机床控制端计算得出或加工零件参数数据通过用户端直接输入进行判定。
性能试验
选择同一款数控机床，以相同的两组作为试验对象，记作机床A、机床B，对机床A采用人工操作控制，对机床B采用本实施例中提供的技术方案进行半自动化操作控制，分别对机床A及机床B发布同款机械零件的加工任务，机床A及机床B分别进行两次机械零件加工任务的执行，①加工机械零件提供机械零件样品及图纸，②加工机械零件仅提供机械零件的规格参数，每次加工五组机械零件，所得试验数据记录于下表：
根据上表中记载的数据能够得出本实施例中提供的技术方案无论是在①或②的情况下均交人工操作数控机床生产效率有显著提升，无论是①或②对本实施例中提供的技术方案影响并不大，而对于人工操作数控机床的机床A而言，在面对②的情况，甚至出现了加工零件不合格的情况，由此可见，本实施例中提供技术方案效果显著，适合推广使用。
综上而言，通过本实施例中提供技术方案运行的数控机床在使用过程中，提供两种不同的输入方式来获取所需加工机械零件的参数数据，从而以此大大的增强了该系统在实际应用时的适配性，并且后续的根据加工机械零件参数数据在适应性的生产机床运行逻辑使得，数控机床能够适用于一定范围内的多种规格机械零件的加工；同时还能够在机械零件加工的过程中实时的监视机械零件加工的过程，从而使得机械零件在加工过程中出现误差能够实时的被发现并进行纠偏处理，从而以此大大的提升了机械零件加工的合格率与精度；并且数控机床能够在机械零件生产前确认机械加工零件的参数加工可行性，从而以此为基础，有效的降低了机械零件通过数控机床进行加工过程中的报错率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种数控机床控制系统，其特征在于，包括：
控制终端（1），是系统的总控端，用于发出执行命令；
输入模块（2），用于输入系统机床加工零件规格参数数值；
校验模块（3），用于获取输入模块（2）运行得到的加工零件规格参数数值，参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型；
设计模块（4），用于获取加工零件三维模型，参考加工零件三维模型设计机床运行程序命令；
驱动模块（5），用于驱动数控机床按设计模块（4）中设计的机床运行程序命令启动运行；
跟随模块（6），用于实时获取驱动模块（5）运行状态下加工零件被加工处理的实时状态；
接收模块（7），用于接收机床运行加工得到的成品零件；
汇报单元（71），用于接收跟随模块（6）运行过程中扫描单元（21）同步扫描获取的加工过程图像数据与成品零件匹配后向用户端发送；
所述跟随模块（6）中部署有子模块，包括：
分析单元（61），用于获取跟随模块（6）运行状态下同步运行的扫描单元（21）中获取到的加工零件加工过程图像数据；
判定单元（62），用于判定扫描单元（21）中获取的图像数据是否与输入模块（2）中输入的加工零件三维模型数据存在比例性差异；
结束单元（63），用于控制系统搭载的机床停止运行；
纠偏单元（64），用于控制机床协调运行，消除机床加工零件过程中已产生误差；
其中，判定单元（62）运行时，在判定图像数据与加工零件三维模型数据存在差异时同步计算差异数值，并将差异数值数据同步发送至纠偏单元（64）中，提供纠偏单元（64）运行逻辑；
所述控制终端（1）与输入模块（2）通过介质电性相连接，所述输入模块（2）中通过介质电性部署有扫描单元（21）与写入模组（22），所述扫描单元（21）通过介质电性连接移动模组（23），所述输入模块（2）与校验模块（3）、设计模块（4）、驱动模块（5）及跟随模块（6）电性连接，所述跟随模块（6）中通过介质电性部署有分析单元（61）、判定单元（62）、结束单元（63）及纠偏单元（64），所述跟随模块通过介质电性连接接收模块（7），所述接收模块（7）中介质电性部署有汇报单元（71），所述纠偏单元（64）通过介质电性连接接收模块（7）；
所述输入模块（2）中部署有子模块，包括：
扫描单元（21），用于扫描加工零件图纸获取加工零件加工参数，参考加工零件加工参数构建虚拟加工零件三维模型；
写入模组（22），用于写入输入模块（2）加工零件规格参数数据；
其中，输入模块（2）运行时，扫描单元（21）及写入模组（22）根据用户选择适应性运行；扫描单元（21）在运行构建加工零件三维模型后，用户手动输入三维模型的任意一组参数数值，并发送至输入模块（2）中，输入模块（2）根据加工零件虚拟三维及用户手动输入的三维模型的一组参数数据按比例计算三维模型的其他未知参数数值；
所述校验模块（3）在输入模块（2）通过扫描单元（21）运行时跳转，当前系统运行中校验模块（3）不参与运行，校验模块（3）在参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型时进行判定，在参考加工零件规格参数数值构建加工零件三维模型失败时返回输入模块（2）运行阶段，重新控制输入模块（2）运行启动；
所述设计模块（4）中机床驱动程序命令内容包括，机床运行路径参数数据、机床运行点位参数数据、机床电动机功率数据参数数据、机床运行环境检测参数数据；
所述扫描单元（21）采用高速摄像头集成，所述扫描单元（21）通过介质电性部署在移动模组（23）中；
移动模组（23），由电动滑轨集成，用于控制扫描单元（21）在机床工作面位移；
所述跟随模块（6）启动时，扫描单元（21）获取跟随模块（6）控制命令通过移动模组（23）在机床加工面跟随加工零件同步移动，通过扫描单元（21）获取加工零件加工过程图像数据；
所述设计模块（4）运行时，设计的机床驱动程序命令运行参数参考电动机运行传递函数验算确认，传递函数为：
式中：为输出；为输入；为电机增益系数；为电机机械时间常数；为电机电气时间常数；s为单位秒；
数控机床控制系统的控制方法，包括以下步骤：
Step1：获取加工零件加工参数，将加工零件参数输入机床控制端；
Step2：机床控制端接收加工零件参数，判定加工零件参数来源安全性；
Step3：步骤Step2判定结果为否，根据加工零件参数构建加工零件虚拟模型；
Step4：步骤Step2判定结果为是，驱动机床运行，根据加工零件输入机床参数数据运行；
Step5：机床运行过程中，实时监测加工零件状态，根据监测采集的图像数据进行视觉计算，根据计算结果获取误差数据；
Step6：将误差数据与加工零件参数数据比对，根据比对结果对机床上加工零件进行实时纠偏；
其中步骤Step3执行时，加工零件建模失败返回步骤Step1执行；加工零件建模成果执行步骤Step4；
所述步骤Step2中判定加工零件参数来源安全性根据加工零件参数数据由机床控制端计算得出或加工零件参数数据通过用户端直接输入进行判定。
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