TWI570533B - CNC servo control drive system - Google Patents

Description

CNC伺服控制驅動系統

本發明係有關一種CNC伺服控制驅動系統，尤其指一種透過一控制器及一驅動器，來同時驅動兩個以上的伺服馬達的系統。

電腦數值控制CNC(Computer Numerical Control)伺服驅動系統的伺服馬達可以確實的對其位置及動作進行精確控制，如可精確控制其轉速，且可控範圍廣，且可快速切換正反轉或進行轉速的調變及精度定位控制等，使CNC伺服控制驅動系統經常地被應用於汽車工業或金屬加工機等數值控制之自動化作業上；其工作原理為：使用者藉由一控制器輸入指令，透過電腦數值控制系統編譯計算，將資訊傳遞至一驅動器，最後驅動一伺服馬達，執行移動、切削等控制動作。

請參閱圖6所示為，現有技術中使用CNC伺服控制驅動系統的一加工設備示意圖，目前使用CNC伺服控制驅動系統的加工設備90包含有一控制箱91及一工具機92，該控制箱91通常為一控制器911連接三台驅動器912，來提供驅動訊號；工具機92則包含了三台伺服馬達921，分別負責X軸、Y軸、Z軸方向的加工作業。其中，三個驅動器912各自連接一台伺服馬達921，來執行加工動作，其中，以一台驅動器912連接一台伺服馬達921時，該伺服馬達921於最高轉速的工作時間相當短，僅有伺服馬達921的啟動、瞬間加速或馬達瞬間靜止等情況時，該伺服馬達921需要最大電流，且其時間都不長，約1~3秒左右，其餘的工作時間，其馬達轉速都很低(額定轉速)，因此所需的負載電流相 當少，可能只有驅動器912內部電流量的30%，甚至最低可能只有10%，導致有相當多的電流並未能有效利用，且大量加工時，需對各控制箱91輸入控制指令，不但可能發生人為疏失，且一控制箱91控制一工具機92的加工設備90無法有效的降低設備成本。

由上可知，一台驅動器連接並驅動一台伺服馬達的系統，不僅電源使用效率低，更無法有效的節省設備成本，應用效率不彰。有鑑於此，本發明主要係提供一種CNC伺服控制驅動系統，透過共接電路，使驅動器能夠同時驅動兩台以上的伺服馬達來提供電源利用率及更能有效的降低設備成本。

為了達到前述目的所採用的主要技術手段，係令該CNC伺服控制驅動系統，包含有：一控制器，接收使用者輸入一控制指令，並轉為一控制訊號輸出；一驅動器，連接該控制器，執行並轉換該控制訊號，以輸出一驅動訊號；一共接電路，連接該驅動器，傳遞該驅動訊號；以及複數個伺服馬達，分別連接該共接電路，依據該驅動訊號而各自被驅動運轉；其中，該些伺服馬達的最大電流量總和不大於該驅動器輸出的最大電流量。

其中，該些伺服馬達包含了一第一伺服馬達及一第二伺服馬達。

其中，該第二伺服馬達的最大電流量不大於該第一伺服馬達的最大電流量。

其中，該第一伺服馬達更包含一編碼器，該編碼器透過一回饋線連接該驅動器，以提供該第一伺服馬達的一回饋信號給驅動器。

其中，該回饋訊號更包含該第一伺服馬達的位置、該第一伺服馬達的移動速度或該第一伺服馬達的定位精度的其中之一或其組合。

其中，該驅動器更包含一回饋單元，接收該回饋信號，並傳送該回饋信號至該控制器。

其中，該控制器更包含一顯示單元，供顯示該回饋信號至使用者。

其中，該些伺服馬達包含了一第一伺服馬達、一第二伺服馬達及一第三伺服馬達。

其中，該第二伺服馬達連接一開關，供使用者開啟/關閉該第二伺服馬達。

其中，該些伺服馬達可為一線性馬達、一直流馬達、一永磁交流馬達或一感應交流馬達。

由上可知，本發明CNC伺服控制驅動系統，藉由分流電路的設計，令一驅動器即可同時驅動第一伺服馬達及第二伺服馬達，同步執行使用者的控制指令，如此就可以一控制器連接兩台工具機，使其做同步進行加工，利於大量生產作業，且該第一伺服馬達透過回饋線連接該驅動器，並回傳該第一伺服馬達的工作資訊，如：馬達位置、移動速度或定位精度等，供控制器即時掌握該第一伺服馬達資訊，即時調整，並將訊號動作指令同步驅動第二馬達動作，而第二伺服馬達可另外連接一開關，可直接透過該開關來對該第二伺服馬 達進行開啟/關閉或暫停的動作，增加電源利用率及加工效率，且可降低設備成本。

10‧‧‧CNC伺服控制驅動系統

20‧‧‧控制器

21‧‧‧顯示單元

30‧‧‧驅動器

31‧‧‧驅動輸出端

32‧‧‧控制電路

33‧‧‧轉換電路

34‧‧‧回饋單元

40‧‧‧共接電路

41‧‧‧第一輸出端

42‧‧‧第二輸出端

43‧‧‧第三輸出端

50‧‧‧第一伺服馬達

51‧‧‧第一電源線

52‧‧‧回饋線

53‧‧‧編碼器

60‧‧‧第二伺服馬達

61‧‧‧第二電源線

62‧‧‧第一開關

70‧‧‧第三伺服馬達

71‧‧‧第三電源線

72‧‧‧第二開關

80、90‧‧‧加工設備

81、91‧‧‧控制箱

811‧‧‧控制器

812‧‧‧X軸驅動器

813‧‧‧Y軸驅動器

814‧‧‧Z軸驅動器

815‧‧‧X軸共接電路

816‧‧‧Y軸共接電路

817‧‧‧Z軸共接電路

82‧‧‧主工具機

821‧‧‧第一X軸伺服馬達

822‧‧‧第一Y軸伺服馬達

823‧‧‧第一Z軸伺服馬達

83‧‧‧副工具機

831‧‧‧第二X軸伺服馬達

832‧‧‧第二Y軸伺服馬達

833‧‧‧第二Z軸伺服馬達

834‧‧‧X軸開關

835‧‧‧Y軸開關

836‧‧‧Z軸開關

911‧‧‧控制器

912‧‧‧驅動器

92‧‧‧工具機

921‧‧‧伺服馬達

圖1 係本發明CNC伺服控制驅動系統的示意圖。

圖2 係本發明CNC伺服控制驅動系統的電路方塊圖。

圖3 係本發明CNC伺服控制驅動系統另一實施例的示意圖。

圖4 係使用本發明CNC伺服控制驅動系統的加工設備的示意圖。

圖5 係使用本發明CNC伺服控制驅動系統的加工設備另一實施例的示意圖。

圖6 係使用先前技術CNC伺服控制驅動系統的加工設備示意圖。

請參閱圖1所示，本發明CNC伺服控制驅動系統結構示意圖，主要係該CNC伺服控制驅動系統10包含了一控制器20、一驅動器30、一共接電路40、一第一伺服馬達50及一第二伺服馬達60。該控制器20接收使用者輸入的一控制指令，並將該控制指令轉為一控制訊號輸出；該驅動器30連接該控制器20，並具有驅動輸出端31，該驅動器30接收並轉換該控制訊號後，由該驅動輸出端31輸出一驅動訊號及工作電源；該共接電路40連接該驅動器30的驅動輸出端31，該共接電路40具有第一輸出端41及第二輸出端42，該共接電路40傳遞該驅動訊號及工作電源，並由該第一輸出端41及該第二輸出端42輸出該驅動訊號，並分配該工作電源。

該第一伺服馬達50，透過一第一電源線51連接該第一輸出端41，並接收該第一輸出端41所提供的電源及該驅動訊號，以執行該驅動訊號的動作，驅動該第一伺服馬達50改變其位置、移動速度及定位精度等。

該第二伺服馬達60，透過一第二電源線61連接該第二輸出端42，並接收該第二輸出端42所提供的電源及該驅動訊號，以執行該驅動訊號的動作，驅動該第二伺服馬達60改變其位置、移動速度及定位精度等，其中，該第二伺服馬達60所執行的動作與該第一伺服馬達50相同。

該第一伺服馬達50的最大電流量及該第二伺服馬達60的最大電流量的總和，不大於該驅動器30輸出的最大電流量，使該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60於啟動、瞬間加速及靜止需要最大電流時，該驅動器30可同時供電給該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60，令該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60能夠同步運作。

該第二伺服馬達60的最大電流量不大於該第一伺服馬達50的最大電流量，避免第二伺服馬達60及該第一伺服馬達50兩者在最高轉速的瞬間，該第二伺服馬達60消耗的電流大於該第一伺服馬達50，導致該第一伺服馬達50動作延遲甚至是無法順利動作；其中，一較佳實施例為該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60為相同規格的伺服馬達，令該共接電路40能夠將該工作電源分流，並均分至該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60。

該第一伺服馬達50具有一編碼器53(如圖2所示)，該編碼器53為感測目前該第一伺服馬達50的工作狀態，如：目前位置、移動速度、定位精度等回饋資訊，透過一回饋線52連接並傳遞至該驅動器30，其中，該驅動器30將該些回饋資訊回傳至該控制器20，並透過該控制器20的顯示單元21輸出顯示供使用者參考，使用者可根據該些回饋資訊修正控制指令；或該驅動器30接收該 些回饋資訊後，藉由該些回饋資訊修正該驅動訊號，以微調該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60的動作。

該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60皆同步執行相同的驅動訊號，如：開啟、關閉、瞬間加速等動作；其中，該第二伺服馬達60連接有一第一開關62，使用者可以控制該第一開關62對該第一伺服負馬達60進行開啟/關閉動作，無須透過該控制器20。

當使用者由該控制器20依序輸入一第一指令、一第二指令、一第三指令及一第四指令時，該驅動器30驅動該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60依序執行該第一指令、該第二指令、該第三指令及該第四指令的動作。其中，執行至該第二指令時，若該第二伺服馬達60的刀具發生問題，使用者關閉該第一開關62以停止該第二伺服馬達60的運作，此時該第一伺服馬達50仍可繼續執行該第二指令、該第三指令及該第四指令；若執行至第三指令時，該第二伺服馬達60的刀具問題已排除，使用者可開啟該第一開關62重新啟動該第二伺服馬達60，此時，該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60同時重新執行該第二指令，該第二伺服馬達60執行該第二指令時，該第一伺服馬達50則維持空轉方式執行該第二指令，待第二伺服馬達60執行完該第二指令後，該第一伺服馬達50及該第二伺服馬60達則繼續同步執行該第三指令及該第四指令。

請參閱圖2所示，本發明的CNC伺服控制驅動系統該驅動器30更包含了一控制電路32、一轉換電路33及一回饋單元34；該控制電路32的一輸入端連接該控制器20的一輸出端，當使用者藉由該控制器20輸入一控制指令後，該控制器20將該控制指令傳遞至該控制電路32，該控制電路32接收該控制指令並轉換為一驅動訊號。

該轉換電路33連接該控制電路32的一輸出端，該轉換電路33為一數位轉類比轉換電路，接收控制電路32提供的該驅動訊號，將數位格式的驅 動訊號轉為一類比驅動訊號，並通過該驅動輸出端31連接該共接電路40，以供該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60執行。

該編碼器53感測目前該第一伺服馬達50的工作資訊，如目前位置、移動速度，定位精度等資訊，並將該些資訊轉換為一回饋訊號，該回饋訊號透過該回饋線52，傳遞至該驅動器30的該回饋單元34，該回饋單元34可連接該控制器20，將該回饋訊號回饋至該控制器20，使用者通過該控制器20的顯示單元21，確認目前該第一伺服馬達50的工作狀態；該回饋單元34亦可連接至該控制電路32的一輸入端，該控制電路32接收該回饋單元34的回饋訊號後，判斷目前該第一伺服馬達50的工作資訊，是否準確地執行使用者所輸入的控制指令，若有誤差，則控制電路32自動微調該驅動訊號。

其中，該編碼器53可為光學、磁性或機械式感測，並將感測資訊轉換為電子訊號輸出，提供該回饋訊號；該回饋訊號可為數位訊號或類比訊號，若該回饋訊號為類比訊號時，該回饋單元34更包含一類比/數位轉換電路，將該回饋訊號由類比轉換為數位，以提供至該控制器20或該控制電路32。

該驅動器30具有一電源輸入端，連接一電源，如市電電源或工業用電源，依據CNC伺服控制驅動系統10之需求，將輸入電源轉換後(如交/直流或變壓轉換)，供給至該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60。

其中，該第一電源線51及該第二電源線61可為一三相電源線(U、V、W)，該驅動器30的驅動輸出端31具有對應的三相電源線(U、V、W)，將該驅動訊號以脈波方式連同工作電源傳遞至該共接電路40，該共接電路40將工作電源分流並傳遞該驅動訊號，通過該第一電源線51及該第二電源線61，輸送至該第一伺服馬達50及該第二伺服馬達60。

請參閱圖3所示，為本發明CNC伺服控制驅動系統的另一較佳實施例，其中，該CNC伺服控制驅動系統10更包含一第三伺服馬達70，該第三伺 服馬達70透過一第三電源線71連接該共接電路40的一第三輸出端43，該第三伺服馬達70接收該第三輸出端43所提供的電源及該驅動訊號。因此，該第一伺服馬達50、該第二伺服馬達60與該第三伺服馬達70可同步執行該驅動訊號。

該第一伺服馬達50、該第二伺服馬達60及該第三伺服馬達70三者的最大電流量的總和，不大於該驅動器30的最大電流量，使該驅動器30能夠同時提供該第一伺服馬達50、該第二伺服馬達60即該第三伺服馬達70所需的最大電流，不至於因電源不足，發生動作延遲、停頓或未執行等問題。

該第三伺服馬達70的限制與該第二伺服馬達60相同，其最大電流量不大於該第一伺服馬達50的最大電流量，避免於最高轉速時，占用的電流大於該第一伺服馬達50，造成第一伺服馬達50動作延遲等問題；其中，一較佳實施例為該第一伺服馬達50、該第二伺服馬達60及該第三伺服馬達70皆是同規格的伺服馬達，令該共接電路40能平均分流至該第一伺服馬達50、該第二伺服馬達60即該第三伺服馬達70。

該第一伺服馬達50、該第二伺服馬達60及該第三伺服馬達70皆同步執行相同動作，其中，該第三伺服馬達70連接有一第二開關72，使用者可經由該第二開關72直接開啟/關閉該第三伺服馬達70的動作。

使用者由該控制器20依序輸入一第一指令、一第二指令、一第三指令及一第四指令時，該驅動器30驅動該第一伺服馬達50、該第二伺服馬達60及該第三伺服馬達70依序執行該第一指令、該第二指令、該第三指令及該第四指令的動作，其中，執行至該第三指令時，若該第三伺服馬達70的刀具發生問題，使用者通過該第二開關72停止該第三伺服馬達70，此時該第一伺服馬達50、第二伺服馬達60仍依序執行該第三指令及該第四指令；若執行至第四指令該第三伺服馬達70其刀具問題已排除，使用者可通過該第二開關72啟動該第三伺服馬達70，此時，該第一伺服馬達50、該第二伺服馬達60及該第三伺服馬達 70則同時重新執行該第三指令，而該第三伺服馬達70執行該第二指令時，該第一伺服馬達50、第二伺服馬達60則是空轉方式執行該第三指令，待第三伺服馬達70執行完該第三指令，該第一伺服馬達50、該第二伺服馬達60即該第三伺服馬達70則繼續同步執行該第四指令。

請參閱圖4所示，本發明的CNC伺服控制驅動系統應用於加工設備80的一較佳實施例，該加工設備80包含了一控制箱81、一主工具機82及一副工具機83。該控制箱81包含了一控制器811，該控制器811分別連接一X軸驅動器812、一Y軸驅動器813及一Z軸驅動器814，該X軸驅動器812控制該加工設備80在X軸方向的運動，該Y軸驅動器813控制該加工設備80在Y軸方向的運動，該Z軸驅動器814控制該加工設備80在Z軸方向的運動。

該主工具機82包含了一第一X軸伺服馬達821、一第一Y軸伺服馬達822及一第一Z軸伺服馬達823；該副工具機83包含了一第二X軸伺服馬達831、一第二Y軸伺服馬達832及一第二Z軸伺服馬達833。

其中，該X軸驅動器812透過X軸共接電路815連接該第一X軸伺服馬達821及該第二X軸伺服馬達831，該Y軸驅動器813透過Y軸共接電路816連接該第一Y軸伺服馬達822及該第二Y軸伺服馬達832，該Z軸驅動器814透過Z軸共接電路817連接該第一Z軸伺服馬達823及該第二Z軸伺服馬達833。

使用者透過該控制器811輸入該加工設備80的控制指令，該控制器811將控制指令轉為控制訊號分別傳送至該X軸驅動器812、該Y軸驅動器813及該Z軸驅動器814，再透過X軸共接電路815驅動該第一X軸伺服馬達821及該第二X軸伺服馬達831、該Y軸共接電路816驅動該第一Y軸伺服馬達822及該第二Y軸伺服馬達832及該Z軸共接電路817驅動該第一Z軸伺服馬達823及該第二Z軸伺服馬達833；來達到一控制箱81驅動兩工具機(主工具機82及副工具機83)的目的，令原本兩台工具機81、82需要兩控制箱81(包含兩控制器及六驅動器)， 現在僅需一控制箱81(一控制器三驅動器)即可完成驅動控制，可減少設備成本，且可簡化操作，無需輸入兩次相同的控制指令，避免人為疏失。

該第二X軸主伺服馬達831、該第二Y軸伺服馬達832及該第二Z軸主伺服馬達833可分別連接一X軸開關834、一Y軸開關835及一Z軸開關836來執行開啟/關閉或暫停的工作，且該X軸開關834、該Y軸開關835及該Z軸開關836可使用一副開關(未顯示)同步開啟/關閉或暫停該副工具機83。

其中，該X軸共接電路815、該Y軸共接電路816及Z軸共接電路817另一實施方式可為一工具機共接電路(未顯示)來簡化該加工設備80。

請參閱圖5所示，加工設備80的一另一實施例，將上述加工設備80中的該主工具機82及副工具機83內的該些X軸、Y軸、Z軸伺服馬達可利用線性馬達來實施。

綜上所述，本發明係一種CNC伺服控制驅動系統，可通過一驅動器及一共接電路的設計，來驅動一第一伺服馬達及一第二伺服馬達，使本發明僅需使用一個驅動器，即可驅使兩個以上的伺服馬達，來提升工作電源使用效率，而通過開關來開啟/關閉第二伺服馬達，可於加工過程中，隨時開啟/關閉開第二伺服馬達，如該第二伺服馬達發生撞刀情況時，能夠及時關閉，而該第一伺服馬達仍能繼續作業；待撞刀狀況排除後，該第二伺服馬達可直接開啟，再次執行加工作業，此時該第一伺服馬達則以空轉方式執行已完成的加工作業，待第二伺服馬達執行完因撞刀而未完成的加工後，該第一伺服馬達與該第二伺服馬達及繼續完成加工動作，無須再次輸入控制指令，提升加工效率。

10‧‧‧CNC伺服控制驅動系統

20‧‧‧控制器

21‧‧‧顯示單元

30‧‧‧驅動器

31‧‧‧驅動輸出端

40‧‧‧共接電路

41‧‧‧第一輸出端

42‧‧‧第二輸出端

50‧‧‧第一伺服馬達

51‧‧‧第一電源線

52‧‧‧回饋線

60‧‧‧第二伺服馬達

61‧‧‧第二電源線

62‧‧‧第一開關

Claims (8)

1. 一種CNC伺服控制驅動系統，包含：一控制器，接收使用者輸入一控制指令，並轉為一控制訊號輸出；一驅動器，連接該控制器，執行並轉換該控制訊號，以輸出一驅動訊號；一共接電路，連接該驅動器，傳遞該驅動訊號；以及複數個伺服馬達，分別連接該共接電路，該等伺服馬達包括一第一伺服馬達及一第二伺服馬達，該等伺服馬達依據該驅動訊號而同步被驅動運轉；其中，該些伺服馬達的最大電流量總和不大於該驅動器輸出的最大電流量；其中，該第一伺服馬達更包含一編碼器，該編碼器透過一回饋線連接該驅動器，以提供該第一伺服馬達的一回饋信號給該驅動器。
2. 如請求項1所述之CNC伺服控制驅動系統，其中該第二伺服馬達的最大電流量不大於該第一伺服馬達的最大電流量。
3. 如請求項2所述之CNC伺服控制驅動系統，其中該回饋訊號更包含該第一伺服馬達的位置、該第一伺服馬達的移動速度或該第一伺服馬達的定位精度的其中之一或其組合。
4. 如請求項3所述之CNC伺服控制驅動系統，其中該驅動器更包含一回饋單元，接收該回饋信號，並傳送該回饋信號至該控制器。
5. 如請求項4所述之CNC伺服控制驅動系統，其中該控制器更包含一顯示單元，供顯示該回饋信號至使用者。
6. 如請求項1所述之CNC伺服控制驅動系統，其中該些伺服馬達更包含了一第三伺服馬達。
7. 如請求項2所述之CNC伺服控制驅動系統，其中該第二伺服馬達連接一開關，供使用者開啟/關閉該第二伺服馬達。
8. 如請求項1至7項中任一項所述之CNC伺服控制驅動系統，其中該些伺服馬達可為一線性馬達、一直流馬達、一永磁交流馬達或一感應交流馬達。