CN115963757A - 一种数控刀具一体化实训系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数控刀具一体化实训系统，涉及数控一体化领域，解决的技术问题是数控刀具一体化实训，数控刀具一体化实训系统包括电源模块、控制模块、驱动模块、I/0模块和显示模块；所述控制模块和所述驱动模块、I/0模块、以及显示模块相连接；所述驱动模块连接有编码器模块和电机模块，所述控制模块连接有光栅尺、I/0设备模块、编码器模块、换刀装置和手轮通过采用IGBT驱动模块与I/0模块集成在一块电路板上，采用伺服控制模块和双核数据处理与运动控制模块对数控加工系统进行控制，减少了信号的传递，提高了工作条加工效率，节省了人力物力。
Description
技术领域
本发明涉及数控一体化领域，更具体地说，尤其涉及一种数控刀具一体化实训系统。
背景技术
数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，是指由控制系统发出指令使刀具作符合要求的各种运动，以数字和字母形式表示工件的形状和尺寸等技术要求和加工工艺要求进行的加工,同样也是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。
为了提高零件的精度,一般都需要利用机床的切削功能，还会利用机床的磨削功能,对零件表面进行打磨，减少毛刺和粗糙不平处,进一步提高精度,但是现有技术中一般需要在切削完成后转换零件位置再进行磨削加工，造成加工效率低，以及进行人为的操作，耗费人力物力。基于此，本发明公开一种一种数控刀具一体化实训系统。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明公开一种数控刀具一体化实训系统，通过采用IGBT驱动模块与I/0模块集成在一块电路板上，采用伺服控制模块和双核数据处理与运动控制模块对数控加工系统进行控制，减少了信号的传递，提高了加工效率，节省了人力物力。
为了实现上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：包括：
电源模块，用于为所述控制模块和所述驱动模块提供电源；
控制模块，用于通过I/0模块接收外部I/0设备发送的控制信息，并根据所述控制信息向所述驱动模块发送控制电机运动的控制信号；
驱动模块，用于与外部电动机相连，接收控制模块发送的控制信号驱动电动机按照控制信号的指示运动；
I/0模块，用于接收外部I/0设备发送的控制信息，将所述控制信息发送给控制模块处理；
显示模块，用于接收所述控制模块发送的显示信息并进行显示；
其中，所述控制模块与所述驱动模块、I/0模块、以及显示模块相连接；所述电源模块与所述驱动模块连接。
作为本发明进一步的技术方案，所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述控制模块包括双核数据处理与运动控制模块和伺服控制模块，所述双核数据处理与运动控制模块与伺服控制模块集成在一块电路板上；所述双核数据处理与运动控制模块的外部连接设备包括通信接口RS232、LCD、SD卡以及U盘接口；所述伺服控制模块连接有光栅尺、I/0设备模块、编码器模块、换刀装置和手轮；所述控制模块通过编码器模块和光栅尺采集当前电机位置信息和当前工作台位置信息，与I/0设备接收和发送控制信号。
作为本发明进一步的技术方案，所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述驱动模块包括IGBT驱动芯片和IGBT模块，所述IGBT驱动芯片和所述IGBT模块分别与所述电源模块连接；所述驱动模块连接有编码器模块和电机模块。
作为本发明进一步的技术方案，所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述IGBT驱动芯片电路包括供电电源VCC、PWM控制信号输入端、死区时间设置电路、IGBT驱动芯片、推挽驱动电路及IGBT过流保护电路；所述驱动芯片采用2ED0202I12-FI驱动芯片；所述PWM控制信号输入端为驱动芯片输入PWM控制信号，其中，IGBT驱动芯片的电源输入脚VCC1与供电电源VCC的正极连接，供电电源VCC的负极接地，IGBT驱动芯片的反向信号输入脚VIN-与其输入端的地线脚GND连接，且接地；死区时间设置电路的输入端与PWM控制信号输入端连接，死区时间设置电路的输出端与IGBT驱动芯片的正向信号输入脚VIN+连接；推挽驱动电路的驱动输入端与IGBT驱动芯片的驱动信号输出脚VOUT连接，推挽驱动电路的驱动输出端与IGBT的栅极连接，推挽驱动电路的电源输入端与IGBT驱动芯片的驱动电压源输出脚VCC2连接；IGBT驱动芯片的驱动电压源输出脚VCC2还与其VC引脚连接，IGBT驱动芯片的VLED接地，IGBT驱动芯片的偏置电压输出脚VEE及其输出端的基准地线脚VEE均与IGBT的源极连接；IGBT过流保护电路连接于IGBT的漏极和IGBT驱动芯片的电流检测输入脚DESAT之间。
作为本发明进一步的技术方案，所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述外壳内置安装锁紧机构和换刀装置，工作条安装在所述安装锁紧机构中，用于锁紧工作条并带动工作条推进；所述换刀装置通过滑轨与基座相连，与所述工作条相对应，用于切换刀具作用在工作条上进行不同的加工操作；
作为本发明进一步的技术方案，所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述显示模块采用液晶显示屏进行显示。
作为本发明进一步的技术方案，所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述电机模块采用交流伺服电机；所述交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器进行驱动。
作为本发明进一步的技术方案，所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述安装锁紧机构包括：安装座、双夹持固定组件、夹持进给组件和旋转组件；所述双夹持固定组件用于固定工作条进行各种加工操作；所述夹持进给组件用于带动工作条推进；所述旋转组件，用于带动所述安装座旋转带动工作条转动进行加工操作。
作为本发明进一步的技术方案，所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述换刀装置包括：刀架盘、刀具安装组件和转动式拨动组件；所述刀架盘与滑轨连接；所述刀具安装组件用于安装加工操作所需的各种刀具；所述转动式拨动组件用于所述驱动模块驱动转动，间歇式带动所述刀架盘旋转控制不同的刀具与工作条对应。
积极有益效果
本发明的技术效果和优点：本发明提供的一种数控刀具一体化实训系统，与现有技术相比，本发明通过通过采用IGBT驱动模块与I/0模块集成在一块电路板上，采用伺服控制模块和双核数据处理与运动控制模块对数控加工系统进行控制，减少了信号的传递，提高了加工效率，节省了人力物力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1为一种数控刀具一体化实训系统的系统连接图；
图2为一种数控刀具一体化实训系统的驱动模块连接图；
图3为一种数控刀具一体化实训系统的控制模块连接图；
图4为一种数控刀具一体化实训系统的驱动模块电路图。
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，以下结合具体实施例，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。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。
一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：包括：
电源模块，用于为所述控制模块和所述驱动模块提供电源；
控制模块，用于通过I/0模块接收外部I/0设备发送的控制信息，并根据所述控制信息向所述驱动模块发送控制电机运动的控制信号；
驱动模块，用于与外部电动机相连，接收控制模块发送的控制信号驱动电动机按照控制信号的指示运动；
I/0模块，用于接收外部I/0设备发送的控制信息，将所述控制信息发送给控制模块处理；
显示模块，用于接收所述控制模块发送的显示信息并进行显示；
其中，所述控制模块与所述驱动模块、I/0模块、以及显示模块相连接；所述电源模块与所述驱动模块连接。
如图3所示，在上述实施例中，所述控制模块包括双核数据处理与运动控制模块和伺服控制模块，所述双核数据处理与运动控制模块与伺服控制模块集成在一块电路板上；所述双核数据处理与运动控制模块的外部连接设备包括通信接口RS232、LCD、SD卡以及U盘接口；所述伺服控制模块连接有光栅尺、I/0设备模块、编码器模块、换刀装置和手轮；所述控制模块通过编码器模块和光栅尺采集当前电机位置信息和当前工作台位置信息，与I/0设备接收和发送控制信号。
在具体实施例中，所述双核数据处理与运动控制模块优选为高性能双核处理芯片C6A8167，该芯片集成了最高1.5G处理速度的ARMRCortex-A8RISCMPU及最高主频为1.5G且具有64位浮点处理能力的高速DSP处理芯片，该DSP处理器可以在125us内完成780个15位精度三角函数的契比雪夫运算，满足纳米插补要求，其外设接口也比较丰富，满足数控系统的要求：LCD显示输出、U盘接口、网络接口、串行接口、FLASH存储器接口、I2C、SPI、EMIF、PCIe等，这些也满足数控系统以后扩展功能的需要。
在具体实施例中，所述伺服控制模块采用FPGA，优选为FPGA芯片XC3S1400A，FPGA进行整个一体化系统的逻辑控制，包括I/O设备处理、编码器的反馈处理、光栅尺反馈处理、手轮的信号处理，也可包括主轴伺服/变频控制及主轴编码器反馈，还可以包括电流环、速度环和位置环的伺服控制等。
如图2所示，在上述实施例中，所述驱动模块包括IGBT驱动芯片和IGBT模块，所述IGBT驱动芯片和所述IGBT模块分别与所述电源模块连接，所述驱动模块连接有编码器模块和电机模块。
如图4所示，在具体实施例中，所述驱动芯片采用2ED0202I12-FI驱动芯片；所述IGBT驱动电路包括供电电源VCC、PWM控制信号输入端、死区时间设置电路、IGBT驱动芯片、推挽驱动电路及IGBT过流保护电路；所述PWM控制信号输入端为驱动芯片输入PWM控制信号；其中，IGBT驱动芯片的电源输入脚VCC1与供电电源VCC的正极连接，供电电源VCC的负极接地，IGBT驱动芯片的反向信号输入脚VIN-与其输入端的地线脚GND连接，且接地；死区时间设置电路的输入端与PWM控制信号输入端连接，死区时间设置电路的输出端与IGBT驱动芯片的正向信号输入脚VIN+连接；推挽驱动电路的驱动输入端与IGBT驱动芯片的驱动信号输出脚VOUT连接，推挽驱动电路的驱动输出端与IGBT的栅极连接，推挽驱动电路的电源输入端与IGBT驱动芯片的驱动电压源输出脚VCC2连接；IGBT驱动芯片的驱动电压源输出脚VCC2还与其VC引脚连接，IGBT驱动芯片的VLED接地，IGBT驱动芯片的偏置电压输出脚VEE及其输出端的基准地线脚VEE均与IGBT的源极连接；IGBT过流保护电路连接于IGBT的漏极和IGBT驱动芯片的电流检测输入脚DESAT之间.
在具体实施例中，PWM控制信号输入端连接的电阻R1和二极管D1，二极管D1的输出端与电容C1连接，并接地，电阻R1与放大器U1的正极连接，组成了死区时间设置电路；电阻R3与二极管D2连接组成了IGBT过流保护电路；电阻R2与两个三极管Q1Q2的基极连接，电阻R4R5与三极管Q1Q2的发射极连接组成了推挽驱动电路。
在上述实施例中，所述外壳内置安装锁紧机构和换刀装置，工作条安装在所述安装锁紧机构中，用于锁紧工作条并带动工作条推进；所述换刀装置通过滑轨与基座相连，与所述工作条相对应，用于切换刀具作用在工作条上进行不同的加工操作；
在上述实施例中，所述显示模块采用液晶显示屏进行显示。
在具体实施例中，所述电源模块采用380V电源输入，控制电机。
在上述实施例中，所述电机模块采用交流伺服电机；所述交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器进行驱动。
在上述实施例中，所述安装锁紧机构包括：安装座、双夹持固定组件、夹持进给组件和旋转组件；所述双夹持固定组件用于固定工作条进行各种加工操作；所述夹持进给组件用于带动工作条推进；所述旋转组件，用于带动所述安装座旋转带动工作条转动进行加工操作。
在上述实施例中，所述换刀装置包括：刀架盘、刀具安装组件和转动式拨动组件；所述刀架盘与滑轨连接；所述刀具安装组件用于安装加工操作所需的各种刀具；所述转动式拨动组件用于所述驱动模块驱动转动，间歇式带动所述刀架盘旋转控制不同的刀具与工作条对应。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：包括：
电源模块，用于为所述控制模块和所述驱动模块提供电源；
控制模块，用于通过I/0模块接收外部I/0设备发送的控制信息，并根据所述控制信息向所述驱动模块发送控制电机运动的控制信号；
驱动模块，用于与外部电动机相连，接收控制模块发送的控制信号驱动电动机按照控制信号的指示运动；
I/0模块，用于接收外部I/0设备发送的控制信息，将所述控制信息发送给控制模块处理；
显示模块，用于接收所述控制模块发送的显示信息并进行显示；
其中，所述控制模块与所述驱动模块、I/0模块、以及显示模块相连接；
所述电源模块与所述驱动模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述控制模块包括双核数据处理与运动控制模块和伺服控制模块，所述双核数据处理与运动控制模块与伺服控制模块集成在一块电路板上；所述双核数据处理与运动控制模块的外部连接设备包括通信接口RS232、LCD、SD卡以及U盘接口；所述伺服控制模块连接有光栅尺、I/0设备模块、编码器模块、换刀装置和手轮；所述控制模块通过编码器模块和光栅尺采集当前电机位置信息和当前工作台位置信息，与I/0设备接收和发送控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述驱动模块包括IGBT驱动芯片和IGBT模块，所述IGBT驱动芯片和所述IGBT模块分别与所述电源模块连接；所述驱动模块连接有编码器模块和电机模块。
4.根据权利要求4所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述IGBT驱动芯片电路包括供电电源VCC、PWM控制信号输入端、死区时间设置电路、IGBT驱动芯片、推挽驱动电路及IGBT过流保护电路；所述驱动芯片采用2ED0202I12-FI驱动芯片；所述PWM控制信号输入端为驱动芯片输入PWM控制信号，其中，IGBT驱动芯片的电源输入脚VCC1与供电电源VCC的正极连接，供电电源VCC的负极接地，IGBT驱动芯片的反向信号输入脚VIN-与其输入端的地线脚GND连接，且接地；死区时间设置电路的输入端与PWM控制信号输入端连接，死区时间设置电路的输出端与IGBT驱动芯片的正向信号输入脚VIN+连接；推挽驱动电路的驱动输入端与IGBT驱动芯片的驱动信号输出脚VOUT连接，推挽驱动电路的驱动输出端与IGBT的栅极连接，推挽驱动电路的电源输入端与IGBT驱动芯片的驱动电压源输出脚VCC2连接；IGBT驱动芯片的驱动电压源输出脚VCC2还与其VC引脚连接，IGBT驱动芯片的VLED接地，IGBT驱动芯片的偏置电压输出脚VEE及其输出端的基准地线脚VEE均与IGBT的源极连接；IGBT过流保护电路连接于IGBT的漏极和IGBT驱动芯片的电流检测输入脚DESAT之间。
5.根据权利要求1所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述外壳内置安装锁紧机构和换刀装置，工作条安装在所述安装锁紧机构中，用于锁紧工作条并带动工作条推进；所述换刀装置通过滑轨与基座相连，与所述工作条相对应，用于切换刀具作用在工作条上进行不同的加工操作。
6.根据权利要求1所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述显示模块采用液晶显示屏进行显示。
7.根据权利要求4所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述电机模块采用交流伺服电机；所述交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器进行驱动。
8.根据权利要求5所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述安装锁紧机构包括安装座、双夹持固定组件、夹持进给组件和旋转组件；所述双夹持固定组件用于固定工作条进行各种加工操作；所述夹持进给组件用于带动工作条推进；所述旋转组件，用于带动所述安装座旋转带动工作条转动进行加工操作。
9.根据权利要求5所述的一种数控刀具一体化实训系统，其特征在于：所述换刀装置包括刀架盘、刀具安装组件和转动式拨动组件；所述刀架盘与滑轨连接；所述刀具安装组件用于安装加工操作所需的各种刀具；所述转动式拨动组件用于所述驱动模块驱动转动，间歇式带动所述刀架盘旋转控制不同的刀具与工作条对应。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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