基于CAD辅助的双极坐标控制系统及实现方法与流程

本发明涉及自动化设备领域，尤其涉及基于cad辅助的双极坐标控制系统及实现方法。

背景技术：

随着自动化制造设备发展，工序集中化以其缩短加工周期等优点越来越被制造业看重。但是具备多种功能和制造工序的设备车床价格昂贵，并且体积较大占用生产车间和厂房的面积，导致整体的加工成本变高。若采用传统的加工平台，工件需要经过多道工序，辗转在各个设备间，且需要多次装夹，易导致形位公差。而且目前市场上具有三个自由度运动的机械末端大多为垂直坐标系，机械结构和控制方法比较复杂、成本比较高，给驱动控制系统的研发和现场使用带来不利因素。

除此之外，常见的设备轨迹信息需要专门的程序员进行编写或通过第三方软件生成程序如g代码导入，人力和产权的投入比较大，难以满足中小型加工厂的需求。现有的加工设备程序编写需要专业的软件支持，对编程人员的要求较高，多工序处理的nc代码很冗长，导致工作量大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种基于cad辅助的双极坐标控制系统及实现方法,在简化运动控制方式和运动模式的同时增加了作业轴数，可以解决传统数控二维平面内曲线型多工序加工技术的编程问题。

上述目的是通过以下技术方案来实现：

基于cad辅助的双极坐标控制系统，包括cad软件模块、主控制器模块、驱动模块、平移机构和旋转机构；

所述主控制器模块包括人机交互模块和运动控制模块；

所述cad软件模块将生成的矢量文件导入所述人机交互模块，所述人机交互模块与所述运动控制模块、所述驱动模块顺序连接，所述驱动模块分别与所述平移机构和所述旋转机构连接；

所述平移机构包括作业装置和与所述驱动模块中第一极轴伺服电机连接的第一平移机构、与所述驱动模块中第二极轴伺服电机连接的第二平移机构，所述作业装置包括安装于于所述第一平移机构上的第一作业装置和安装于所述第二平移机构上的第二作业装置；

所述驱动模块还包括极角伺服电机，所述极角伺服电机与所述旋转机构连接，所述旋转机构包括工件夹具，用于固定原材料。

进一步地，所述第一作业装置、所述旋转机构和所述第二作业装置位于同一水平面直线上。

进一步地，所述驱动模块还包括连接于所述运动控制模块和所述第一极轴伺服电机之间的第一极轴伺服驱动器，和连接于所述运动控制模块和所述第二极轴伺服电机之间的第二极轴伺服驱动器。

进一步地，所述平移机构还包括极轴伺服电机、底座、滑块、滑槽、皮带、大皮带轮、小皮带轮和丝杆，所述作业装置与所述伺服电机连接并固定在所述底座上，所述底座与所述滑块连接，所述滑块与固定于所述底架上的所述滑槽匹配；所述丝杆与所述底座套设，所述大皮带轮与所述丝杆一端固定连接，并通过所述皮带与固定于所述极轴伺服电机上的所述小皮带轮连接。

进一步地，所述旋转机构还包括底板和轴承，在所述底板上设置有轴承通孔，所述轴承穿过所述轴承通孔，所述轴承的外壁与所述轴承通孔的内壁固定，所述轴承一端与所述工件夹具固定连接，另一端通过转轴与所述极角伺服电机连接。

进一步地，所述驱动模块还包括极角伺服驱动器，所述极角伺服驱动器连接于所述运动控制模块和所述极角伺服电机之间。

基于cad辅助的双极坐标控制系统的实现方法，以所述第一作业装置、所述第二作业装置和所述旋转机构构成双极坐标平面，极点为所述旋转机构的旋转平面轴线与两个所述作业装置延长线的交点，第一极轴为以所述极点为起点沿所述第一作业装置方向的射线，第二极轴为以所述极点为起点沿所述第二作业装置方向的射线，极角为所述旋转机构的旋转平面的旋转角，极径为所述极点到所述作业装置上工具末端的距离，包括如下步骤：

（1）所述cad软件模块将生成的矢量文件导入至所述人机交互模块；

（2）根据需求在所述人机交互模块的界面显示设置基本的操作参数；

（3）所述人机交互模块解析步骤（1）中所述矢量文件，并同时融合步骤（2）中所述人机交互界面的参数设置，共同决策判断是否为双工序，若是，转到步骤（4），否则转到步骤（5）；

（4）提取所述第一作业装置和所述第二作业装置所需的坐标轨迹和各自起始点位置并传送至所述运动控制模块，转至步骤（6）；

（5）提取单个所述作业装置轨迹坐标并传送至所述运动控制模块；

（6）所述运动控制模块将所述坐标轨迹信息重构拟合为运动指令并传送至所述驱动模块；

（7）所述驱动模块根据接收到的步骤（6）中所述运动指令分别驱动所述第一平移机构的第一作业装置、所述第二平移机构的第二作业装置和所述旋转机构运的工件夹具以双极坐标方式运动。

进一步地，所述步骤（6）具体为：所述运动控制模块将所述坐标轨迹信息重构拟合为运动指令并传送至所述第一极轴伺服驱动器、所述第二极轴伺服驱动器和所述极角伺服驱动器。

进一步地，所述步骤（7）具体为：所述第一极轴伺服驱动器根据接收到的步骤（6）中所述运动指令控制所述第一极轴伺服电机驱动所述第一平移机构的第一作业装置、所述第二极轴伺服驱动器根据接收到的步骤（6）中所述运动指令控制所述第二极轴伺服驱动器来控制所述第二极轴伺服电机驱动所述第二平移机构的第二作业装置和所述极角伺服驱动器根据接收到的步骤（6）中所述运动指令控制所述极角伺服电机运动驱动所述旋转机构的工件夹具，以双极坐标方式运动。

有益效果

本发明采用双极坐标运动方式增加了作业装置数量，使得作业时间较传统设备大大缩短；采取矢量文件导入人机交互模块，并通过控制器拟合运动轨迹命令，省去了轨迹命令编程和示教；所述运动方式的机构比传统常见的简单，将十字坐标插补运动转化为极坐标插补运动，把复杂的串联机构化解成简单的分立运动机构。该方法适用于打磨、抛光和热转印行业，极其适合二维平面内的曲线运动。

附图说明

图1为本发明基于cad辅助的双极坐标控制系统的结构示意图；

图2为本发明基于cad辅助的双极坐标控制系统的立体图；

图3为本发明基于cad辅助的双极坐标控制方法的流程图。

具体实施方式

应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本发明的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图1所示，基于cad辅助的双极坐标控制系统，包括cad软件模块1、主控制器模块2、驱动模块3、平移机构和旋转机构5；所述主控制器模块2包括人机交互模块21和运动控制模块22；所述cad软件模块1将生成的矢量文件导入所述人机交互模块21，所述人机交互模块21与所述运动控制模块22、所述驱动模块3顺序连接，所述驱动模块3分别与所述平移机构和所述旋转机构6连接；所述平移机构包括作业装置和与所述驱动模块3中第一极轴伺服电机321连接的第一平移机构4、与所述驱动模块3中第二极轴伺服电机322连接的第二平移机构5，所述作业装置包括安装于于所述第一平移机构4上的第一作业装置41和安装于所述第二平移机构5上的第二作业装置51；所述驱动模块3还包括极角伺服电机323，所述极角伺服电机323与所述旋转机构6连接，所述旋转机构6包括工件夹具61，用于固定原材料。

所述驱动模块3还包括连接于所述运动控制模块22和所述第一极轴伺服电机321之间的第一极轴伺服驱动器311，和连接于所述运动控制模块22和所述第二极轴伺服电机322之间的第二极轴伺服驱动器312。

如图2所示，所述第一平移机构4还包括第一极轴伺服电机321、第一底座46、第一滑块、第一滑槽45、第一皮带44、第一大皮带轮42、第一小皮带轮43和第一丝杆47，所述第一作业装置41与所述第一伺服电机321连接并固定在所述第一底座46上，所述第一底座46与所述第一滑块连接，所述第一滑块与固定于所述底架7上的所述第一滑槽45匹配；所述第一丝杆47与所述第一底座46套设，所述第一大皮带轮42与所述第一丝杆47一端固定连接，并通过所述第一皮带44与固定于所述第一极轴伺服电机321上的所述第一小皮带轮43连接。

具体的，所述第一极轴伺服电机321与所述第一小皮带轮43连接，通过接收所述运动控制模块22发出的指令来带动第一皮带44运动，间接的带动与所述第一大皮带轮42连接的第一丝杆47旋转，在第一底座上设置有与第一丝杆47外壁螺纹匹配的第一丝杆通孔，第一丝杆的旋转使所述第一作业装置41做水平直线运动，在第一底座46的内表面设置有第一滑块，在所述底架7的上表面设置有第一滑槽45，所述第一滑块与所述第一滑槽45匹配，并通过第一丝杆47的传动来驱动水平运动。所述第一作业装置41在不同的行业应用中可更换不同的作业工具，打磨抛光作业时可安装第一磨头411和第一驱动电机412，热转印作业时可将倒模架安装在平移机构上，作业工具为辊轮。

所述第二平移机构5还包括第二极轴伺服电机322、第二底座56、第二滑块、第二滑槽55、第二皮带54、第二大皮带轮52、第二小皮带轮53和第二丝杆57，所述第二作业装置51与所述第二伺服电机322连接并固定在所述第二底座56上，所述第二底座56与所述第二滑块连接，所述第二滑块与固定于所述第二底架上的所述第二滑槽55匹配；所述第二丝杆57与所述第二底座56套设，所述第二大皮带轮52与所述第二丝杆57一端固定连接，并通过所述第二皮带54与固定于所述第二极轴伺服电机322上的所述第二小皮带轮53连接。

具体的，所述第二极轴伺服电机322与所述第二小皮带轮53连接，通过接收所述运动控制模块22发出的指令来带动第二皮带54运动，间接的带动与所述第二大皮带轮52连接的第二丝杆57旋转，在第二底座上设置有与第二丝杆57外壁螺纹匹配的第二丝杆通孔，第二丝杆的旋转使所述第二作业装置51做水平直线运动，在第二底座56的内表面设置有第二滑块，在所述底架7的上表面设置有第二滑槽45，所述第二滑块与所述第二滑槽55匹配，并通过第二丝杆57的传动来驱动水平运动。所述第二作业装置51在不同的行业应用中可更换不同的作业工具，打磨抛光作业时可安装第二磨头511和第二驱动电机512，热转印作业时可将倒模架安装在平移机构上，作业工具为辊轮。

所述旋转机构6还包括底板62和轴承63，在所述底板62上设置有轴承通孔，所述轴承63穿过所述轴承通孔，所述轴承63的外壁与所述轴承通孔的内壁固定，所述轴承63一端与所述工件夹具61固定连接，另一端通过转轴与所述极角伺服电机323连接。

所述驱动模块3还包括极角伺服驱动器313，所述极角伺服驱动器313连接于所述运动控制模块22和所述极角伺服电机323之间。

具体的，所述极角伺服电机323用于接收所述极角伺服驱动器313发出的指令来带动工件夹具61做水平旋转运动，所述工件夹具61可根据工件的不同规格设置不同规格的夹具装置。

如图1和3所示，基于cad辅助的双极坐标控制系统的实现方法，以所述第一作业装置41、所述第二作业装置51和所述旋转机构6构成双极坐标平面，极点为所述旋转机构6的旋转平面轴线与两个所述作业装置延长线的交点，第一极轴为以所述极点为起点沿所述第一作业装置41方向的射线，第二极轴为以所述极点为起点沿所述第二作业装置51方向的射线，极角为所述旋转机构61的旋转平面的旋转角，极径为所述极点到所述作业装置上工具末端的距离，包括如下步骤：

（1）所述cad软件模块1将生成的矢量文件导入至所述人机交互模块21；

（2）根据需求在所述人机交互模块21的界面显示设置基本的操作参数；

（3）所述人机交互模块21解析步骤（1）中所述矢量文件，并同时融合步骤（2）中所述人机交互界面的参数设置，共同决策判断是否为双工序，若是，转到步骤（4），否则转到步骤（5）；

（4）提取所述第一作业装置41和所述第二作业装置51所需的坐标轨迹和各自起始点位置并传送至所述运动控制模块22，转至步骤（6）；

（5）提取单个所述作业装置轨迹坐标并传送至所述运动控制模块22；

（6）所述运动控制模块22将所述坐标轨迹信息重构拟合为运动指令并传送至所述驱动模块3；

（7）所述驱动模块3根据接收到的步骤（6）中所述运动指令分别驱动所述第一平移机构4的第一作业装置41、所述第二平移机构5的第二作业装置51和所述旋转机构6的工件夹具61以双极坐标方式运动。

该实现方法中，所述步骤（6）具体为：所述运动控制模块22将所述坐标轨迹信息重构拟合为运动指令并传送至所述第一极轴伺服驱动器311、所述第二极轴伺服驱动器312和所述极角伺服驱动器313。

该实现方法中，所述步骤（7）具体为：所述第一极轴伺服驱动器311根据接收到的步骤（6）中所述运动指令控制所述第一极轴伺服电机321驱动所述第一平移机构4的所述第一作业装置41、所述第二极轴伺服驱动器312根据接收到的步骤（6）中所述运动指令控制所述第二极轴伺服驱动器312来控制所述第二极轴伺服电机322驱动所述第二平移机构5的所述第二作业装置51和所述极角伺服驱动器313根据接收到的步骤（6）中所述运动指令控制所述极角伺服电机323驱动所述旋转机构6的所述工件夹具61，以双极坐标方式运动。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，均可想到的变化或替换都涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求保护的范围为准。