CN202703067U

CN202703067U - 数控雕刻机的运动控制系统

Info

Publication number: CN202703067U
Application number: CN 201220096149
Authority: CN
Inventors: 潘建峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-03-15

Abstract

本实用新型公开了一种数控雕刻机的运动控制系统，所述数控雕刻机分别通过位移传感器与运动控制系统相连接，所述运动控制系统包括上位机、下位机、伺服电机、电主轴变频器和PCI总线；上位机和下位机之间通过PCI总线完成数据交互，下位机通过位于下位机上的输出端口分别与伺服电机和电主轴变频器电连接，电主轴变频器与数控雕刻机电连接；伺服电机与数控雕刻机相连接。本实用新型具有节省系统开发的时间及费用；改善了雕刻工作环境，提高了雕刻效率的特点。

Description

数控雕刻机的运动控制系统

技术领域

本实用新型涉及数控机械领域，尤其是涉及一种数控雕刻机的运动控制系统。

背景技术

随着制造业逐步细化，雕刻加工行业得到了长足发展，数控雕刻机已广泛应用于平面雕刻及模具加工等行业，在数控雕刻不同应用领域内，由于其加工对象性能要求的不同，对数控雕刻机和数控系统的要求也有很大出入。传统的专用型雕刻机由于其数控内核封闭，已经无法满足用户希望能够根据不同的加工需要来对数控雕刻系统的功能进行选配和集成。

中国专利公开号：CN101568460A，公开日2009年10月28日，公开了一种运动控制系统包括：操作员界面装置，其具有操作员输入构件和被驱动地连接到操作员输入构件的可控的力反馈装置。该运动控制系统还包括控制器，用于调整一个或多个可动部件的运动，包括以至少部分地根据第二操作参数的目标值(TARV)与第二操作参数的实际值(ACTV)之间的控制偏差(EC)的方式来调节第一操作参数。该第二操作参数的目标值至少部分地根据操作员输入构件的运动确定。该控制器还包括以至少部分地根据控制偏差并使得反馈力相对于控制偏差的导数至少部分地依赖于控制偏差而变化的方式来操作所述可控的力反馈装置，以提供作用在操作员输入构件上的反馈力。不足之处是，功能单一，不能用于控制数控雕刻机的运动。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中的运动控制系统不能用于控制数控雕刻机的运动的不足，提供了一种数控雕刻机的运动控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种数控雕刻机的运动控制系统，所述数控雕刻机分别通过位移传感器与运动控制系统相连接，所述运动控制系统包括上位机、下位机、伺服电机、电主轴变频器和PCI总线；上位机和下位机之间通过PCI总线完成数据交互，下位机通过位于下位机上的输出端口分别与伺服电机和电主轴变频器电连接，电主轴变频器与数控雕刻机电连接；伺服电机与数控雕刻机相连接。

本实用新型是基于“NC+PC”构架的开放式数控雕刻机控制系统。利用PC丰富的程序开发工具，采用通用的编程语言编制软件模块代替系统的原有模块，可简单方便的添加具有自己独特的技术特点的模块。同时利用NC控制器强大的实时控制能力去完成插补计算、伺服控制等实时性任务。并且利用两者标准化的接口来自由的选择CNC装置、驱动装置、伺服电机、应用软件等数控系统的各个要素。

采用NC嵌入PC型构架的数控雕刻机运动控制系统将NC实时控制能力和上位机的人机交互能力有效结合。采用基于通用的运动控制卡的NC控制系统可以避免不必要功能的开发，节省系统开发的时间及费用。将“软件造型－数据生成－伺服加工”整个操作过程进行智能集成，极大的改善了雕刻工作环境，提高了雕刻效率。

上位机和下位机将要雕刻的图形信息转换成动作信息，通过输出端口将控制信息输出给伺服电机和电主轴变频器，伺服电机和电主轴变频器控制数控雕刻机的雕刻操作。

作为优选，所述上位机包括CAD/CAM设计制造集成模块、故障智能诊断模块和网络通讯模块。CAD/CAM设计制造集成模块包括二维雕刻模块AutoCAD文件Dxf文件中数控加工信息实体段的读取和三位雕刻模块后处理集成。故障智能诊断模块以专家数据库的形式判读故障类型并提供技术解决方案。网络通讯模块主要以C/S（客户端/服务器）网络模式来进行数据快速交换。

作为优选，所述上位机为工业计算机（IPC）；所述下位机为运动控制器。工业控制计算机简称IPC,是计算机技术与自动控制技术结合的产物,是指能在工业环境中可靠运行，并且能和工业对象的传感器执行机构直接接口完成测控，且能执行管理任务的微型计算机系统。它可以用于生产现场，完成生产过程的实时数据采集、实时处理及实时控制任务，也可以作为机械设备的一个有机组成部分完成机械设备的控制任务。与信息处理计算机相比，IPC除具有PC机性能稳定运算速度快、高可靠性、环境适应性强等优点。运动控制为固高GE-400-SV，其核心由DSP 和FPGA 组成，具备高性能的控制计算能力，可以实现多轴协调运动和高速的点位运动。

作为优选，所述下位机包括伺服驱动控制模块、电主轴变频控制模块和安全保护模块；还包括插补计算模块、进给伺服模块、代码编译模块、误差补偿模块、电主轴控制模块、数控雕刻机开关量控制模块和反馈信号处理模块。雕刻机的伺服驱动由GE-400-SV运动控制器执行，其核心由DSP 和FPGA 组成，具备高性能的控制计算能力，可以实现多轴协调运动和高速的点位运动。伺服系统采用的是速度控制模式。电主轴变频器以电流内环和速度外环的双闭环控制模式实现电主轴的无级调速伺服控制。安全保护模块包括伺服系统误差超限保护和限位急停缓冲模块。

作为优选，上位机内包括存储设计软件的存储单元；下位机包括软件代码单元。上位机通过VC软件在windows平台上调用下位机的动态链接库来实现底层硬件的控制。

作为优选，所述安全保护模块包括伺服系统误差超限保护模块和限位急停缓冲模块。通过对GE-400-SV 运动控制器连续轨迹运动的控制轴位移误差超越所设定的跟随误差极限，运动控制器紧急停止连续轨迹运动。限位急停缓冲模块使用专用原点开关完成回原点的操作。这样限位开关触发以后，运动控制器禁止向触发限位方向上继续运动。

作为优选，CAD/CAM集成模块包括二维雕刻模块和三维雕刻模块。在Windows上，用Visual C ++语言面向二维雕刻模块AutoCAD进行Dxf文件中实体段的读取，该实体段记录了图形中所有几何实体的几何信息。这些信息被提取出来后进行路径设置就形成了加工模块。使用三维雕刻软件的后处理模块，在WINDOWS平台上将雕刻图形转化位雕刻代码。

作为优选，输出端口为4个，其中3个输出端口位于下位机与伺服电机之间；1个输出端口位于下位机和电主轴变频器之间。输出端口采用模拟电压来实现对伺服器和变频器的控制。

因此，本实用新型具有如下有益效果：（1）节省系统开发的时间及费用；（2）改善了雕刻工作环境，提高了雕刻效率。

附图说明

图1是本实用新型的设备连接框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种数控雕刻机的运动控制系统，数控雕刻机分别通过位移传感器与运动控制系统相连接，运动控制系统包括上位机、下位机、伺服电机、电主轴变频器和PCI总线；上位机和下位机之间通过PCI总线完成数据交互，下位机通过位于下位机上的输出端口分别与伺服电机和电主轴变频器电连接，电主轴变频器与数控雕刻机电连接；伺服电机与数控雕刻机相连接。

输出端口为4个，其中3个输出端口位于下位机与伺服电机之间；1个输出端口位于下位机和电主轴变频器之间。上位机包括CAD/CAM设计制造集成模块、故障智能诊断模块和网络通讯模块。CAD/CAM集成模块包括二维雕刻模块和三维雕刻模块。上位机为工业计算机（IPC）；下位机为运动控制器。下位机包括伺服驱动控制模块、电主轴变频控制模块和安全保护模块；还包括插补计算模块、进给伺服模块、代码编译模块、误差补偿模块、电主轴控制模块、数控雕刻机开关量控制模块和反馈信号处理模块。上位机内包括存储设计软件的存储单元；下位机包括软件代码单元。安全保护模块包括伺服系统误差超限保护模块和限位急停缓冲模块。

利用雕刻机进行雕刻的运动控制过程如下：

首先，操作者在上位机上进行雕刻图形造型，二维雕刻图形由系统提取AUTOCAD中Dxf文件中数控加工信息，三维图形由三维造型软件PRO/E后置处理模块生成数控加工代码。

其次，根据零件加工要素进行刀路设计，生成完整的零件加工程序。该程序以行为单位输入至上位机数控加工程序缓冲区中进行代码识别。

然后，上位机通过调用下位机的动态链接库来实现加工代码的编译功能。完成编译后，各功能代码的具体控制信号由GE-400-SV 运动控制器输出。其中，X、Y、Z伺服控制信号和电主轴变频控制器的控制信号为模拟电压。

最后，G代码控制雕刻机三轴联动进行雕刻操作。速度由模拟电压控制，位移反馈由伺服电机的光电编码盘来完成。电主轴转速由变频器采用无级调速的方式完成。

Claims

1.一种数控雕刻机的运动控制系统，所述数控雕刻机分别通过位移传感器与运动控制系统相连接，其特征是，所述运动控制系统包括上位机、下位机、伺服电机、电主轴变频器和PCI总线；上位机和下位机之间通过PCI总线完成数据交互，下位机通过位于下位机上的输出端口分别与伺服电机和电主轴变频器电连接，电主轴变频器与数控雕刻机电连接；伺服电机与数控雕刻机相连接。

2.根据权利要求1所述的数控雕刻机的运动控制系统，其特征是，所述上位机为工业计算机（IPC）；所述下位机为运动控制器。

3.根据权利要求1或2所述的数控雕刻机的运动控制系统，其特征是，输出端口为4个，其中3个输出端口位于下位机与伺服电机之间；1个输出端口位于下位机和电主轴变频器之间。