CN210282604U - 一种实木数控加工中心的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种实木数控加工中心的控制系统，包括CNC控制器，与CNC控制器连接的数据总线和控制总线，与数据总线和控制总线双向控制并联连接的伺服控制单元、机头控制单元、真空工作台控制单元、强弱电控制单元、人机对话界面单元、通信单元；机头控制单元包括镂铣电主轴驱动单元、镂铣升降控制单元、刀盘移动控制单元、立轴铣主轴驱动单元、立轴铣升降控制单元、打刀机构控制单元、卧铣主轴驱动单元、卧铣升降控制单元、卧铣主轴转向控制单元、卧铣主轴定位控制单元，优点是具有通用性，兼容性高、可移植性强，可以使整个产品采购、制造和维护上更加方便，利于缩短了开发周期、开发成本可控。

Description

一种实木数控加工中心的控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种木工及其类似物的数控机床领域，尤其是涉及一种具有铣削、刨销、钻削等功能且具有高档数控系统的大型精密的实木数控加工中心的控制系统。

背景技术

对于实木进行加工，需要通过镂铣装置或设备对工件进行镂铣，需要压刨与平刨装置或设备对工件锯切、侧铣与钻孔等多角度加工。

专利号为201810127805.0、公开公告日为2018年7月3日的发明专利中，公开了一种铣削与刨削的多功能实木加工设备，包括底座、底座上固设有工作台和横梁架，横梁架上设有沿横梁架方向自由滑动的滑板，滑板上固设有镂铣模块、立轴铣模块、可转位卧铣模块；镂铣模块包括镂铣主轴和主轴升降气缸、镂铣刀库，其中镂铣刀库为摆动自动换刀刀库；立轴铣模块包括立铣升降气缸、立铣主轴电机和立铣主轴组成；可转位卧铣模块包括卧铣主轴和卧铣电机；可转位卧铣模块，能完成0°位置到90°位置的转动，多角度加工，可装夹铣刀、锯片、钻头等多种刀具。

该发明专利虽然具有配备摆动自动换刀刀库、可自动换刀的镂铣模块，实现数控镂铣功能，代替传统手动换刀镂铣机；但换刀刀库为摆动自动换刀刀库，换刀刀库容易出现左右晃动，从而导致不能精准抓刀和换刀，换刀刀库也容易损坏。

还有该发明专利还具有立轴铣模块(立刨)，数控立轴铣代替传统双轴铣、单轴铣，但并没有公开具体结构。且该发明的数控立轴铣，不具有自动松刀和夹刀功能，需要人工松刀和夹刀，换刀非常不方便。

还有该发明专利还具有多功能可转位卧铣模块，但并没有公开具体结构。多功能可转位卧铣模块，能完成0°位置到90°位置的转动，多角度加工，可装夹铣刀、锯片、钻头等多种刀具，实现多功能加工切削，代替传统压刨、平刨功能。

特别是，该发明的镂铣模块、立轴铣模块、可转位卧铣模块固设在沿横梁滑动的滑板上，镂铣模块包括主轴升降气缸，立轴铣模块包括立铣升降气缸，因而镂铣模块、立轴铣模块、可转位卧铣模块无法一起整体共同上下运动，无法实现Z轴进给运动，加工无法实现。

还有，该发明并没有公开具体的加工方法和控制系统。由于涉及到镂铣模块、立轴铣模块、可转位卧铣模块、摆动自动换刀刀库且可转位卧铣模块，能完成0°位置到90°位置的转动等多种加工功能，还有多种运动，，因而如何运动、如何通过控制系统来实现这些运动，是本领域的技术人员需要付出非常多的创造性劳动。还有，相同的设备，可以实现不同的加工方法，可以是不同的控制系统，如何实现最高效的加工方法且能通过控制系统来实现，对本领域的技术人员来说，比机械结构更需要付出创造性劳动，也是制约着传统的数控设备向智能化数控设备发展。

实用新型内容

针对现有技术存在不足，本实用新型要解决的第一个技术问题是，提供一种实木数控加工中心的控制系统，该控制系统以总线技术为核心，具有丰富的外部接口和“即插即用”功能，具有安全性高、容错能力强、高效、稳定、精度高，能实现数控镂铣、数控立铣、数控刨、数控钻等功能。

一种实木数控加工中心的控制系统，包括CNC控制器，与CNC控制器连接的总线，与总线双向控制并联连接的伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、人机对话界面单元、通信单元；

机头控制单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接的镂铣电主轴驱动单元、镂铣升降控制单元、立轴铣主轴驱动单元、立轴铣升降控制单元、卧铣主轴驱动单元、卧铣升降控制单元、卧铣主轴转向控制单元；

镂铣电主轴驱动单元包括电机、电机驱动装置、A/D模块及D/A模块，A/D模块及D/A模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电机驱动装置与A/D模块及D/A模块双向控制串联连接，电机与电机驱动装置单向控制串联连接，电机驱动装置单向控制电机；

立轴铣主轴驱动单元与镂铣电主轴驱动单元的结构及控制方式和连接方式相同；

卧铣主轴驱动单元包括电机、热继电器、接触器、I/O模块，I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，热继电器与I/O模块双向控制串联连接，接触器与热继电器双向控制串联连接，三相电机与接触器单向控制串联连接，接触器单向控制三相电机；

镂铣升降控制单元包括I/O模块、电磁阀、气缸、沿气缸轴线方向安装的两个传感器；I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，两传感器与I/O模块单向控制并联连接，传感器单向控制I/O模块；

立轴铣升降控制单元、卧铣升降控制单元、卧铣主轴转向控制单元与镂铣升降控制单元的结构及控制方式和连接方式相同；

伺服控制单元包括驱动工作台沿底座来回Y向滑动的Y轴进给伺服系统，驱动镂铣加工装置、立轴铣加工装置、卧铣加工装置同步沿横梁来回X向滑动的X轴进给伺服系统，驱动镂铣加工装置、立轴铣加工装置、卧铣加工装置同步来回Z向滑动的Z轴进给伺服系统；Y轴进给伺服系统、X轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接；

X轴进给伺服系统包括双向控制依次串联连接的A/D模块及D/A模块、伺服驱动装置、伺服电机、位置检测装置及速度检测装置、位置反馈模块及速度反馈模块，A/D模块及D/A模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，位置反馈模块及速度反馈模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接；

Y轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统的结构及控制方式和连接方式与X轴进给伺服系统相同。

作为方案一的改进，工作台控制单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接的真空泵控制单元、工作台左区域真空负压检测单元、工作台右区域真空负压检测单元和一组以上对工件X向定位的X向定位控制单元、一组以上对工件Y向定位的Y向定位控制单元；

真空泵控制单元包括热继电器、接触器、真空泵三相电机、左真空电磁阀、右真空电磁阀、工作台左区域、工作台右区域；热继电器与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接，接触器与热继电器双向控制串联连接，真空泵三相电机与接触器单向控制串联连接，左真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制并联连接，工作台左区域与左真空电磁阀单向控制串联连接，右真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制并联连接，工作台右区域与真空泵三相电机单向控制串联连接；接触器单向控制真空泵三相电机；接触器单向控制真空泵三相电机，真空泵三相电机单向控制左真空电磁阀，左真空电磁阀单向控制工作台左区域；真空泵三相电机单向控制右真空电磁阀，右真空电磁阀单向控制工作台右区域；

工作台左区域真空负压检测单元包括I/O模块、真空检测装置；I/O模块与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接，真空检测装置与I/O模块单向控制串联连接，真空检测装置单向控制I/O模块；工作台右区域真空负压检测单元与工作台左区域真空负压检测单元的结构及控制方式和连接方式相同；

X向定位控制单元包括内置磁环的双作用气缸、安装在气缸上的传感器、电磁阀、I/O模块；I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，传感器与I/O模块单向控制串联连接，传感器单向控制I/O模块；Y向定位控制单元与X向定位控制单元的结构及控制方式和连接方式相同。

作为方案一的改进，还包括工控机；通信单元包括与CNC控制器双向控制串联连接的EtherCAT总线、以太网；I/O模块通过EtherCAT总线与CNC控制器双向控制串联连接；工控机通过以太网与CNC控制器双向控制串联连接；工厂局域网通过以太网双向控制串联连接工控机。

作为方案一的改进，人机对话界面单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接的按钮板控制单元、手摇脉冲发生器单元，与工控机并联连接的键盘控制单元、显示器控制单元；

按钮板控制单元包括I/O模块、按钮板；I/O模块与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接，按钮板与I/O模块双向控制串联连接；

手摇脉冲发生器单元包括手摇脉冲发生器接口、手摇脉冲发生器；手摇脉冲发生器与手摇脉冲发生器接口单向控制串联连接，手摇脉冲发生器单向控制手摇脉冲发生器接口；手摇脉冲发生器接口与连接CNC控制器的数据总线、控制总线单向控制并联连接，手摇脉冲发生器接口单向控制CNC控制器；

键盘控制单元包括键盘接口、键盘；键盘与键盘接口单向控制串联连接；键盘单向控制键盘接口，键盘接口与工控机单向控制并联连接，键盘接口单向控制工控机；

显示器控制单元包括显示器、显示器接口；显示器与显示器接口单向控制串联连接，显示器接口单向控制显示器；显示器接口与工控机单向控制并联连接，工控机单向控制显示器接口；在CNC控制器上连接有以太网，工控机与以太网双向控制连接。

作为方案一至四的共同改进，伺服控制单元还包括驱动设有复数个夹持机构的刀盘转动的P轴进给伺服系统；P轴进给伺服系统的结构及控制方式和连接方式与X轴进给伺服系统相同；

机头控制单元还包括刀盘移动控制单元、打刀机构控制单元、卧铣主轴定位控制单元；刀盘移动控制单元、卧铣主轴定位控制单元与镂铣升降控制单元的结构及控制方式和连接方式相同；

打刀机构控制单元包括内置磁环的双作用气缸、安装在气缸上的传感器、电磁阀、I/O模块；I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，传感器与I/O模块单向控制串联连接，传感器单向控制I/O模块；

在CNC控制器上设有复数个标准化的CNC控制器接口；伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、人机对话界面单元、通信单元为开放式、模块化结构组合而成的模块；具有与CNC控制器接口配合的标准化的接头，可与CNC控制器接口双向控制并联连接。

作为方案五的改进，总线为数据总线和控制总线；

Y轴进给伺服系统、X轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统、P轴进给伺服系统均为半闭环的进给伺服系统；

镂铣升降控制单元、刀盘移动控制单元、立轴铣升降控制单元、卧铣升降控制单元、卧铣主轴转向控制单元、卧铣主轴定位控制单元的气缸均为内置磁环的双作用气缸；打刀机构控制单元的气缸为内置磁环的双作用气缸。

本实用新型的实木数控加工中心的控制系统的有益效果是：

实木数控加工中心的控制系统，使用脉冲序列指令控制，只需要数据总线和控制总线，不需要地址总线，在兼顾快速响应和设备的加工精度与稳定性的同时，降低了生产成本。

先将控制系统分成六大模块，即伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、强弱电控制单元、人机对话界面单元、通信单元六个模块，再将每个模块分成多个小的控制单元。

六大模块可设计为开放式、模块化结构，具有标准化的接口，可与CNC控制器上的标准化接口和远程I/O连接，硬件和软件具有通用性，兼容性高、可移植性强。

每一模块都是具有独立功能，相同种类的模块在产品族中可以重用和互换，相关模块的排列组合就可以形成最终的产品。

通过选配各种功能模块的组合配置，就可以创建不同需求的产品，满足客户的定制需求，能灵活满足客户对不同配置的要求和市场的需求；相似性的重用，可以使整个产品采购、制造和维护上更加方便。

模块化，将功能分解，降低之间的耦合性。从而，为了替换某个模块达到质量或效率的提升，就不会改变整个结构，只需要改相应的模块，工作量就会明显减少，所以模块化的应用，是每个行业的终极设计。因而模块化结构在机床间具有可相互操作性和可移植性。通过提供标准化的接口、通信和交互机制，使不同功能模块功能以标准的应用程序接口运行于系统平台之上，并获得平等的相互操作能力，协调工作。应用统一的数据格式、交互模型、控制机理，是构成系统的各功能模块可来源于不同的开发商，并且通过一致的设备接口，使各功能模块能运行于不同供应商提供的硬件平台之上，利于缩短了开发周期，开发成本可控等优势。

附图说明

图1是本实用新型的实木数控加工中心的立体示意图。

图2是本实用新型的机头的立体示意图。

图3是本实用新型之实施例1的控制系统的总图。

图4是本实用新型之实施例1的控制系统的伺服控制单元的总图。

图5是本实用新型之实施例1的控制系统的机头控制单元的总图。

图6是本实用新型之实施例1的控制系统的工作台控制单元的总图。

图7是本实用新型之实施例1的控制系统的通信单元的总图。

图8是本实用新型之实施例1的控制系统的人机对话界面单元的总图。

具体实施方式

如图1所示，一种实木数控加工中心，包括底座1，固定在底座1左右两侧X向排列的两条立柱2，固定在两立柱2上的横梁3，安装在底座1上、可相对底座1来回Y向滑动的工作台装置4，安装在横梁3上并置于工作台装置4上方、可相对横梁3来回X向滑动的机头装置5。

工作台装置4，包括安装在底座1上、可相对底座1来回Y向滑动的工作台41，安装在底座1与工作台41间的Y轴进给伺服机构(未示出)。

如图2所示，机头装置5包括X向滑座组件、Z向大滑座组件、镂铣加工装置6、镂铣刀库装置7、立轴铣加工装置8、卧铣加工装置9。

X向滑座组件，包括安装在横梁3上、可相对横梁3来回X向滑动的X向滑座51，安装在X向滑座51上的X轴进给伺服机构52。

Z向大滑座组件，包括安装在X向滑座51上、可相对X向滑座51来回Z向滑动的Z向大滑座53，安装在X向滑座51上的Z轴进给伺服机构54。

镂铣加工装置6，包括可相对Z向大滑座53升降的镂铣滑座60、安装在镂铣滑座60上的Z向的镂铣电主轴61、控制镂铣滑座60在Z向大滑座53上升降的镂铣升降机构62。

镂铣刀库装置7，包括驱动设有复数个夹持机构的刀盘70转动的P轴进给伺服机构(未示出)、用于带动刀盘70Y向移动的刀盘移动机构71。镂铣刀库装置7安装在Z向大滑座53上，镂铣刀库装置7与镂铣加工装置6相配合可实现自动换刀。

立轴铣加工装置8，包括可相对Z向大滑座53升降的立轴铣滑座80、立轴铣主轴81、立轴铣主轴驱动装置82、立轴铣主轴机械传动机构、立轴铣安装座84、控制立轴铣滑座80在Z向大滑座53上升降的立轴铣升降机构85、控制立轴铣主轴81松刀和夹刀的打刀机构86。立轴铣主轴81、立轴铣主轴驱动装置82、立轴铣主轴机械传动机构83、打刀机构86安装在立轴铣安装座84上，立轴铣安装座84固定在立轴铣滑座80上。

卧铣加工装置9，包括可相对Z向大滑座53升降的卧铣滑座90、卧铣主轴91、卧铣主轴驱动装置92、卧铣主轴机械传动机构93、控制卧铣主轴91完成0°位置到90°位置转动的卧铣主轴转向机构、卧铣主轴定位机构(未示出)、控制卧铣滑座90在Z向大滑座53上升降的卧铣升降机构97。卧铣主轴驱动装置92、卧铣主轴机械传动机构93、卧铣主轴91安装在卧铣主轴转向机构上。卧铣加工装置9还包括卧铣安装座94。卧铣主轴转向机构包括旋转座95、驱动旋转座95完成0°位置到90°位置转动的旋转气缸96。旋转气缸96安装在卧铣安装座94上，旋转座95可转动地安装在卧铣安装座94上。卧铣主轴91安装在旋转座95上，卧铣主轴驱动装置92与旋转座95安装在一起。

镂铣刀库装置7、镂铣加工装置6、立轴铣加工装置8、卧铣加工装置9安装在Z向大滑座53背离X向滑座51的一侧并沿X向排列。

实施例1

如图3所示，一种数控加工中心的控制系统，包括CNC控制器，与CNC控制器连接的数据总线和控制总线，与数据总线和控制总线双向控制并联连接的伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、强弱电控制单元、人机对话界面单元、通信单元。

在CNC控制器上设有复数个标准化的CNC控制器接口；伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、强弱电控制单元、人机对话界面单元、通信单元为开放式、模块化结构组合而成的模块；具有与CNC控制器接口配合的标准化的接头，可与CNC控制器接口双向控制并联连接。

CNC(数控机床)控制器是指计算机数字控制机床(computer numerical control)的程序控制系统。

数控加工中心的控制系统，使用脉冲序列指令控制，只需要数据总线和控制总线，不需要地址总线，在兼顾快速响应和设备的加工精度与稳定性的同时，降低了生产成本。

先将控制系统分成大模块，即伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、强弱电控制单元、人机对话界面单元、通信单元等大模块，再将每个模块分成多个小的控制单元。

六大模块可设计为开放式、模块化结构，具有标准化的接口，可与CNC控制器上的标准化接口和远程I/O连接，硬件和软件具有通用性，兼容性高、可移植性强。

每一模块都是具有独立功能，相同种类的模块在产品族中可以重用和互换，相关模块的排列组合就可以形成最终的产品。

通过选配各种功能模块的组合配置，就可以创建不同需求的产品，满足客户的定制需求，能灵活满足客户对不同配置的要求和市场的需求；相似性的重用，可以使整个产品采购、制造和维护上更加方便。

模块化，将功能分解，降低之间的耦合性。从而，为了替换某个模块达到质量或效率的提升，就不会改变整个结构，只需要改相应的模块，工作量就会明显减少，所以模块化的应用，是每个行业的终极设计。因而模块化结构在机床间具有可相互操作性和可移植性；通过提供标准化的接口、通信和交互机制，使不同功能模块功能以标准的应用程序接口运行于系统平台之上，并获得平等的相互操作能力，协调工作；应用统一的数据格式、交互模型、控制机理，是构成系统的各功能模块可来源于不同的开发商，并且通过一致的设备接口，使各功能模块能运行于不同供应商提供的硬件平台之上，利于缩短了开发周期，开发成本可控等优势。

再将每个模块分成多个小的控制单元的优点是：

1、结构更合理：机器的控制系统由于采用每个模块分成多个小的控制单元，每个小的控制单元的布局更加合理，更加科学，使每个部件的功能都能很好的发挥，延长机器的使用寿命。

2、优化控制系统的设计：控制系统的每一部分都设计成一个小的控制单元，再由多个小的控制单元组合成模块，能简化和优化控制系统的设计。

3、维护更简单：机器的每一部分都是一个小的控制单元，机器出现问题，能很快诊断出，只需更换相应小的控制单元即可，且操作简单。

如图4所示，伺服控制单元包括驱动工作台沿底座来回Y向滑动的Y轴进给伺服系统，驱动镂铣加工装置、立轴铣加工装置、卧铣加工装置、镂铣刀库装置同步沿横梁来回X向滑动的X轴进给伺服系统，驱动镂铣加工装置、立轴铣加工装置、卧铣加工装置、镂铣刀库装置同步来回Z向滑动的Z轴进给伺服系统；驱动设有复数个夹持机构的刀盘转动的P轴进给伺服系统；Y轴进给伺服系统、X轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统、P轴进给伺服系统均为半闭环的进给伺服系统，与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接。

X轴进给伺服系统包括双向控制依次串联连接的A/D模块及D/A模块、伺服驱动装置、伺服电机、位置检测装置及速度检测装置、位置反馈模块及速度反馈模块，A/D模块及D/A模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，位置反馈模块及速度反馈模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接。

Y轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统、P轴进给伺服系统的结构及控制方式和连接方式与X轴进给伺服系统相同。

A/D模块是把模拟信号转换成数字信号模块；D/A模块是把数字信号转换成模拟信号模块。I/O模块为输入输出模块。

上述结构的进给伺服系统，为使用脉冲序列指令控制的进给伺服系统，不需要地址总线，在兼顾伺服系统快速响应和设备的加工精度与稳定性的同时，降低了生产成本。

CNC控制器与所有进给伺服系统使用通过数据总线和控制总线双向控制。

进给伺服系统的伺服电机与齿轮或丝杆等相连，通过这些机械传动机构将旋转运动转换为移动部件的直线位移，因此，间接控制了移动部件的移动速度与位移量。这种结构，只对电机的角位移进行了闭环控制，没有实现对最终输出的直线位移的闭环控制，故称为“半闭环控制”。采用半闭环的进给伺服系统，结构简单、调试方便、设备稳定性高，精度也较高，这种半闭环的进给伺服系统能够达到的加工精度在0.02mm以内，超过了木工行业标准的加工精度0.1mm，能完全满足木材加工的精度要求。

如图5所示，机头控制单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接的镂铣电主轴驱动单元、镂铣升降控制单元、刀盘移动控制单元、立轴铣主轴驱动单元、立轴铣升降控制单元、打刀机构控制单元、卧铣主轴驱动单元、卧铣升降控制单元、卧铣主轴转向控制单元、卧铣主轴定位控制单元。

镂铣电主轴驱动单元包括电机、电机驱动装置、A/D模块及D/A模块，A/D模块及D/A模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电机驱动装置与A/D模块及D/A模块双向控制串联连接，电机与电机驱动装置单向控制串联连接，电机驱动装置单向控制电机。

立轴铣主轴驱动单元与镂铣电主轴驱动单元的结构及控制方式和连接方式相同。

卧铣主轴驱动单元包括电机、热继电器、接触器、I/O模块，I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，热继电器与I/O模块双向控制串联连接，接触器与热继电器双向控制串联连接，三相电机与接触器单向控制串联连接，接触器单向控制三相电机。

镂铣升降控制单元包括I/O模块、电磁阀、内置磁环的双作用气缸、沿气缸轴线方向安装的两个传感器；I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，两传感器与I/O模块单向控制并联连接，传感器单向控制I/O模块。

立轴铣升降控制单元、卧铣升降控制单元与镂铣升降控制单元的结构及控制方式和连接方式相同。

刀盘移动控制单元、立轴铣升降控制单元、卧铣升降控制单元、卧铣主轴转向控制单元、卧铣主轴定位控制单元与镂铣升降控制单元的结构及控制方式和连接方式相同。

打刀机构控制单元包括内置磁环的双作用气缸、安装在气缸上的传感器、电磁阀、I/O模块；I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，传感器与I/O模块单向控制串联连接，传感器单向控制I/O模块。

机头由伺服系统的X轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统的伺服电机实现X轴进给运动和Z轴进给运动，具备一个自动换刀的镂铣主轴和一个可变频调速的手动换刀立轴铣主轴，以及一个定速的水卧铣主轴。

镂铣主轴由CNC控制器通过A/D模块及D/A模块驱动位于电气柜内的变频器来控制，达到调速、正反转的功能；可对板材进行循边、铣形、空间雕刻等加工。

立轴铣主轴由CNC控制器通过A/D模块及D/A模块驱动电气柜内的变频器来控制，达到调速的功能。可对板材四周的面进行加工。为了实现夹刀和松刀功能，立轴铣主轴配备了一个打刀气缸，CNC控制器读取NC指令，并通过控制总线发送信号给电磁阀，由电磁阀带动气缸实现打刀动作，通过此动作，可以卸下主轴上的刀具，通过手动实现换刀功能。

卧铣主轴由CNC控制器通过I/O模块控制接触器来实现卧铣主轴的启动停止。为了实现卧铣主轴加工方向的切换，卧铣主轴配备了一个控制卧铣主轴完成0°位置到90°位置的卧铣主轴转向控制单元。CNC控制器读取NC指令，并通过控制总线发送信号给电磁阀，控制卧铣主轴转向控制单元的气缸90°旋转，从而控制卧铣主轴完成0°位置到90°位置的旋转。同时，为了旋转后的气缸能够在加工过程中保持稳定的位置，增加了一个卧铣主轴定位控制单元，用来锁定当前卧铣主轴的位置。当卧铣主轴转向控制单元的气缸旋转到位后，CNC控制器立刻通过控制总线发出指令给电磁阀，使卧铣主轴定位控制单元的气缸伸出，通过机械结构将卧铣主轴锁定。

所有加工装置都配有升降控制单元，所有的升降控制单元都配有一个内置磁环的双作用气缸，沿气缸轴线方向安装有两个传感器，不需要加工的加工装置的气缸的气缸轴缩回，使不需要加工的加工装置的刀具处于最高设定位置；需要加工的加工装置的气缸的气缸轴伸出，使需要加工的加工装置的刀具处于最低的设定位置，从而确保其低于其他两个加工装置，以确保主轴刀具加工时，其他两个加工装置的刀具与工件不会发生干涉。气缸的动作是通过控制器读取NC指令，并通过控制总线发送信号给电磁阀，控制其动作，从而完成相应的主轴的升降。主轴升降由气缸带动，可以避免加工时其他两个主轴的刀具与工件干涉。

刀库结构为P轴进给伺服系统的伺服电机带动刀盘旋转，刀盘可以放置8把刀具，刀库配有一个气缸，可以完成前进后退动作，从而配合完成自动换刀动作。

本设备除了一个自动换刀镂铣加工装置外，还增加了一个立轴铣加工装置和一个可以旋转方向的卧铣加工装置，可以对实木顶面和四个侧面加工，提供了加工效率。

如图6所示，工作台控制单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接的真空泵控制单元、工作台左区域真空负压检测单元、工作台右区域真空负压检测单元和一组以上对工件X向定位的X向定位控制单元、一组以上对工件Y向定位的Y向定位控制单元。

真空泵控制单元包括热继电器、接触器、真空泵三相电机、左真空电磁阀、右真空电磁阀、工作台左区域、工作台右区域；热继电器与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接，接触器与热继电器双向控制串联连接，真空泵三相电机与接触器单向控制串联连接，左真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制并联连接，工作台左区域与左真空电磁阀单向控制串联连接，右真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制并联连接，工作台右区域与真空泵三相电机单向控制串联连接。接触器单向控制真空泵三相电机；真空泵三相电机单向控制左真空电磁阀，左真空电磁阀单向控制工作台左区域；真空泵三相电机单向控制右真空电磁阀，右真空电磁阀单向控制工作台右区域。

工作台左区域真空负压检测单元包括I/O模块、真空检测装置；I/O模块与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接，真空检测装置与I/O模块单向控制串联连接，真空检测装置单向控制I/O模块。工作台右区域真空负压检测单元与工作台左区域真空负压检测单元的结构及控制方式和连接方式相同。

X向定位控制单元包括内置磁环的双作用气缸、安装在气缸上的传感器、电磁阀、I/O模块；I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，传感器与I/O模块单向控制串联连接，传感器单向控制I/O模块；Y向定位控制单元与X向定位控制单元的结构及控制方式和连接方式相同。

如图7所示，控制系统还包括工控机；通信单元包括与CNC控制器双向控制串联连接的EtherCAT总线、以太网；I/O模块通过EtherCAT总线与CNC控制器双向控制串联连接；工控机通过以太网与CNC控制器双向控制串联连接；工厂局域网通过以太网双向控制串联连接工控机。

EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是一种基于以太网的开发构架的实时工业现场总线通讯协议。

数控系统使用了多种总线相结合的方式，除了EtherCAT以外，还有工业以太网协议。采用EtherCAT，具有高性能、拓扑结构灵活、应用容易、低成本、高精度设备同步、可选线缆冗余和功能性安全协议、热插拔等优点。

工控机具备两个网卡、一个与CNC控制器通过以太网连接，实现人机界面的通信，用户可以通过工控机直观、简单的操控设备；另一个网卡可以接入用户的局域网，与用户的服务器共享加工信息。

如图8所示，人机对话界面单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接的按钮板控制单元、手摇脉冲发生器单元，与工控机并联连接的键盘控制单元、显示器控制单元。

按钮板控制单元包括I/O模块、按钮板；I/O模块与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接，按钮板与I/O模块双向控制串联连接。

手摇脉冲发生器单元包括手摇脉冲发生器接口、手摇脉冲发生器；手摇脉冲发生器与手摇脉冲发生器接口单向控制串联连接，手摇脉冲发生器单向控制手摇脉冲发生器接口；手摇脉冲发生器接口与连接CNC控制器的数据总线、控制总线单向控制并联连接，手摇脉冲发生器接口单向控制CNC控制器。

键盘控制单元包括键盘接口、键盘；键盘与键盘接口单向控制串联连接；键盘单向控制键盘接口，键盘接口与工控机单向控制并联连接，键盘接口单向控制工控机。

显示器控制单元包括显示器、显示器接口；显示器与显示器接口单向控制串联连接，显示器接口单向控制显示器；显示器接口与工控机单向控制并联连接，工控机单向控制显示器接口。

控制器通过数据总线连接I/O模块，控制板接入I/O模块，用户可以通过控制板上的各种按钮对设备进行控制。

控制器通过数据总线连接手轮脉冲发生器，用户可以通过手轮对设备进行手动的伺服轴移动控制。

控制器通过以太网与工控机相连，工控机上安装有控制软件，用户可以通过键盘、鼠标等设备进行绘图、编程或更进一步的操作设备。

本实用新型采用新一代工业控制计算机技术。以PXI Express总线技术为核心，可使用WinCE 6.0操作系统和图形编程语言，具有丰富的外部接口和“即插即用”功能，可构成安全性高、容错能力强的新一代高可用工业控制计算机的关键技术等。

本实用新型基于符合国际、国内主流技术标准的现场总线EtherCAT以及符合IEEE802.3

国际标准的工业以太网，面向连续生产过程的多功能组态软件，同时具有软件仿真技术、冗余容错功能的综合自动化控制单元。

与传统的加工中心比较，本实用新型增加了工业电脑(工控机)，优化了控制器前端控制软件，使人机交互更直观，设备端就可以完成程序设计，更易于操作。

与传统的加工中心比较，本实用新型增加了工业电脑，使用以太网TCP/IP协议，可以与用户局域网连接，用户可以办公室编程，远程传输NC程序，现场加工，方便快捷。

X轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

X轴归零，即在开机时，机头运动到原点位置；

镂铣加工装置循边加工时，X轴进给运动；

镂铣加工装置铣形加工时，X轴进给运动；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，X轴进给运动；

立轴铣加工装置对工件四周的面刨削加工时，X轴进给运动；

立轴铣加工装置换刀时，使立轴铣加工装置移动到设定的换刀位置；

卧铣加工装置对工件顶面刨削加工时，X轴进给运动；

卧铣加工装置对工件顶面锯切加工时，X轴进给运动；

卧铣加工装置对工件四周的面钻孔时，使卧铣加工装置移动到加工位置并保持在加工位置；

Y轴进给伺服系统实现的功能具体包括：

Y轴归零，即在开机时，工作台运动到原点位置；

镂铣加工装置循边加工时，Y轴进给运动；

镂铣加工装置铣形加工时，Y轴进给运动；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，Y轴进给运动；

立轴铣加工装置对工件四周的面刨削加工时，Y轴进给运动；

卧铣加工装置对工件顶面刨削加工时，Y轴进给运动；

卧铣加工装置对工件顶面锯切加工时，Y轴进给运动；

卧铣加工装置对工件四周的面钻孔时，使卧铣加工装置移动到加工位置并保持在加工位置；

Z轴进给运动伺服系统实现的功能具体包括：

Z轴归零：在开机时，上机头运动到原点位置；

镂铣加工装置循边加工时，Z轴移动并保持在加工位置；

镂铣加工装置铣形加工时，Z轴移动并保持在加工位置；

镂铣加工装置镂铣雕刻加工时，Z轴进给运动；

镂铣加工装置自动换刀时，Z轴移动到设定位置；

立轴铣加工装置对工件四周的面刨削加工时，Z轴移动并保持在加工位置；

卧铣加工装置对工件顶面刨削加工时，Z轴进给运动；

卧铣加工装置对工件顶面锯切加工时，Z轴进给运动；

卧铣加工装置对工件四周的面钻孔时，Z轴移动并保持在加工位置；

P轴进给运动伺服系统实现的功能具体包括：

P轴归零，在开机时，刀库旋转运动到原点位置；

镂铣加工装置自动换刀时，P轴旋转到设定位置；

镂铣升降控制单元、立轴铣升降控制单元、卧铣升降控制单元实现的功能具体包括：

准备加工工件时，镂铣加工装置、立轴铣加工装置、卧铣加工装置分别在镂铣升降机构、立轴铣升降机构、卧铣升降机构的驱动下，均上升到最高设定位置；

需要加工的一个加工装置在其升降机构的驱动下下降到最低设定位置，不需要加工的另外两个加工装置保持在最高设定位置；

打刀机构控制单元实现的功能具体包括：

对立轴铣加工装置手动换刀时，对立轴铣加工装置的刀具夹刀和松刀。

卧铣主轴转向控制单元实现的功能具体包括：

完成卧铣主轴90°旋转，实现卧铣加工装置的刀具沿X向或Y向的不同方向加工。

卧铣主轴定位控制单元实现的功能具体包括：

卧铣主轴旋转到加工位置，实现锁定卧铣主轴在加工位置的功能，使卧铣主轴不受外力而被动旋转；

刀库移动控制单元实现的功能具体包括：

实现刀盘的前进和后退，辅助完成镂铣主轴的自动换刀动作；

X向定位控制单元和Y向定位控制单元实现的功能具体包括：

X向定位控制单元和Y向定位控制单元的定位气缸形成一个直角，可使工件准确定位，完成工件定位的功能。

以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种实木数控加工中心的控制系统，包括CNC控制器，其特征在于：还包括与CNC控制器连接的总线，与总线双向控制并联连接的伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、人机对话界面单元、通信单元；

所述的机头控制单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接的镂铣电主轴驱动单元、镂铣升降控制单元、立轴铣主轴驱动单元、立轴铣升降控制单元、卧铣主轴驱动单元、卧铣升降控制单元、卧铣主轴转向控制单元；

所述的镂铣电主轴驱动单元包括电机、电机驱动装置、A/D模块及D/A模块，A/D模块及D/A模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电机驱动装置与A/D模块及D/A模块双向控制串联连接，电机与电机驱动装置单向控制串联连接，电机驱动装置单向控制电机；

所述的立轴铣主轴驱动单元与镂铣电主轴驱动单元的结构及控制方式和连接方式相同；

所述的卧铣主轴驱动单元包括电机、热继电器、接触器、I/O模块，I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，热继电器与I/O模块双向控制串联连接，接触器与热继电器双向控制串联连接，三相电机与接触器单向控制串联连接，接触器单向控制三相电机；

所述的镂铣升降控制单元包括I/O模块、电磁阀、气缸、沿气缸轴线方向安装的两个传感器；I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，两传感器与I/O模块单向控制并联连接，传感器单向控制I/O模块；

所述的立轴铣升降控制单元、卧铣升降控制单元、卧铣主轴转向控制单元与镂铣升降控制单元的结构及控制方式和连接方式相同；

所述的伺服控制单元包括驱动工作台沿底座来回Y向滑动的Y轴进给伺服系统，驱动镂铣加工装置、立轴铣加工装置、卧铣加工装置同步沿横梁来回X向滑动的X轴进给伺服系统，驱动镂铣加工装置、立轴铣加工装置、卧铣加工装置同步来回Z向滑动的Z轴进给伺服系统；

所述的Y轴进给伺服系统、X轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接；

X轴进给伺服系统包括双向控制依次串联连接的A/D模块及D/A模块、伺服驱动装置、伺服电机、位置检测装置及速度检测装置、位置反馈模块及速度反馈模块，A/D模块及D/A模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，位置反馈模块及速度反馈模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接；

所述的Y轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统的结构及控制方式和连接方式与所述的X轴进给伺服系统相同。

2.如权利要求1所述的一种实木数控加工中心的控制系统，其特征在于：

所述的工作台控制单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接的真空泵控制单元、工作台左区域真空负压检测单元、工作台右区域真空负压检测单元和一组以上对工件X向定位的X向定位控制单元、一组以上对工件Y向定位的Y向定位控制单元；

所述的真空泵控制单元包括热继电器、接触器、真空泵三相电机、左真空电磁阀、右真空电磁阀、工作台左区域、工作台右区域；热继电器与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接，接触器与热继电器双向控制串联连接，真空泵三相电机与接触器单向控制串联连接，左真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制并联连接，工作台左区域与左真空电磁阀单向控制串联连接，右真空电磁阀与真空泵三相电机单向控制并联连接，工作台右区域与真空泵三相电机单向控制串联连接；接触器单向控制真空泵三相电机；真空泵三相电机单向控制左真空电磁阀，左真空电磁阀单向控制工作台左区域；真空泵三相电机单向控制右真空电磁阀，右真空电磁阀单向控制工作台右区域；

所述的工作台左区域真空负压检测单元包括I/O模块、真空检测装置；I/O模块与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接，真空检测装置与I/O模块单向控制串联连接，真空检测装置单向控制I/O模块；所述的工作台右区域真空负压检测单元与所述的工作台左区域真空负压检测单元的结构及控制方式和连接方式相同；

所述的X向定位控制单元包括内置磁环的双作用气缸、安装在气缸上的传感器、电磁阀、I/O模块；I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，传感器与I/O模块单向控制串联连接，传感器单向控制I/O模块；所述的Y向定位控制单元与X向定位控制单元的结构及控制方式和连接方式相同。

3.如权利要求1所述的一种实木数控加工中心的控制系统，其特征在于：还包括工控机；所述的通信单元包括与CNC控制器双向控制串联连接的EtherCAT总线、以太网；

I/O模块通过EtherCAT总线与CNC控制器双向控制串联连接；工控机通过以太网与CNC控制器双向控制串联连接；工厂局域网通过以太网双向控制串联连接工控机。

4.如权利要求1所述的一种实木数控加工中心的控制系统，其特征在于：

所述的人机对话界面单元包括与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接的按钮板控制单元、手摇脉冲发生器单元，与工控机并联连接的键盘控制单元、显示器控制单元；

所述的按钮板控制单元包括I/O模块、按钮板；I/O模块与连接CNC控制器的数据总线、控制总线双向控制并联连接，按钮板与I/O模块双向控制串联连接；

所述的手摇脉冲发生器单元包括手摇脉冲发生器接口、手摇脉冲发生器；手摇脉冲发生器与手摇脉冲发生器接口单向控制串联连接，手摇脉冲发生器单向控制手摇脉冲发生器接口；手摇脉冲发生器接口与连接CNC控制器的数据总线、控制总线单向控制并联连接，手摇脉冲发生器接口单向控制CNC控制器；

所述的键盘控制单元包括键盘接口、键盘；键盘与键盘接口单向控制串联连接，键盘单向控制键盘接口，键盘接口与工控机单向控制并联连接，键盘接口单向控制工控机；

所述的显示器控制单元包括显示器、显示器接口；显示器与显示器接口单向控制串联连接，显示器接口单向控制显示器；显示器接口与工控机单向控制并联连接，工控机单向控制显示器接口；在CNC控制器上连接有以太网，工控机与以太网双向控制连接。

5.一种包含如权利要求1至4任意一项权利要求所述的实木数控加工中心的控制系统，其特征在于：

所述的伺服控制单元还包括驱动设有复数个夹持机构的刀盘转动的P轴进给伺服系统；所述的P轴进给伺服系统的结构及控制方式和连接方式与所述的X轴进给伺服系统相同；

所述的机头控制单元还包括刀盘移动控制单元、打刀机构控制单元、卧铣主轴定位控制单元；所述的刀盘移动控制单元、卧铣主轴定位控制单元与所述的镂铣升降控制单元的结构及控制方式和连接方式相同；

所述的打刀机构控制单元包括气缸、安装在气缸上的传感器、电磁阀、I/O模块；I/O模块与数据总线、控制总线双向控制并联连接，电磁阀与I/O模块单向控制串联连接，I/O模块单向控制电磁阀，气缸与电磁阀单向控制串联连接，电磁阀单向控制气缸，传感器与I/O模块单向控制串联连接，传感器单向控制I/O模块；

在CNC控制器上设有复数个标准化的CNC控制器接口；所述的伺服控制单元、机头控制单元、工作台控制单元、人机对话界面单元、通信单元为开放式、模块化结构组合而成的模块；具有与CNC控制器接口配合的标准化的接头，可与CNC控制器接口双向控制并联连接。

6.如权利要求5所述的一种实木数控加工中心的控制系统，其特征在于：

所述的总线为数据总线和控制总线；

所述的Y轴进给伺服系统、X轴进给伺服系统、Z轴进给伺服系统、P轴进给伺服系统均为半闭环的进给伺服系统；

所述的镂铣升降控制单元、刀盘移动控制单元、立轴铣升降控制单元、卧铣升降控制单元、卧铣主轴转向控制单元、卧铣主轴定位控制单元的气缸均为内置磁环的双作用气缸；所述的打刀机构控制单元的气缸为内置磁环的双作用气缸。

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