一种教学型伺服运动控制实验台的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及伺服运动控制领域，具体涉及一种教学型伺服运动控制实验台。
【背景技术】
[0002]目前，大部分院校的数控教学设备过于庞大，不易操作，不能更直观的展现数控的实时插补，缺少人机交互性。教学型伺服运动控制综合实验台是在现有的亚龙数控机床实验台的基础上，增加一套基于PC机的开放式运动控制系统，同时充分利用现有实验台具有的伺服驱动器、伺服电机以及三轴机械工作台等装置；为了实现综合性实验平台的功能，需要开发相应的实验平台软件，其中集成有运动单元配置(单轴、双轴或三轴)、运动控制参数设置、数控插补算法实现、工作流程逻辑编程和人机交互界面等功能模块。本系统充分利用现有的实验设备条件，在硬件投入费用不需要很大的条件下，合理地组合运用实验设备，通过开发相应的实验软件实现预期的综合实验台功能，因此具有很高的性价比。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种能克服上述缺陷的一种教学型伺服运动控制实验台，使学生能够综合理解和运用信号检测、伺服运动控制、数控插补以及精密机械传动等技术方法，从而培养学生的创新设计能力和实践动手能力。
[0004]为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0005]一种教学型伺服运动控制实验台，包括上位机控制单元、下位机单元及执行单元；所述上位机控制单元包括AutoCAD图形文件、上位机控制器及实时显示部分；下位机单元包括存储模块、串口通信模块及MCU ;执行单元包括功率放大器、步进电机驱动器、步进电机和编码器构成闭环控制检测系统；所述上位机控制器通过G代码解释器单元同存储模块连接；上位机控制器通过串口通信模块与MCU连接；这样，上位机控制器解析AutoCAD图形文件，经过G代码解释器转换成为标准G代码发送至存储模块进行数据保存；MCU通过存储模块读取坐标曲线轨迹数据，经功率放大器发送至步进电机驱动器，电机驱动器驱动三轴步进电机进行走刀，并使编码器发生信号并传输至MCU，形成闭环控制检测系统。上位机接收串口通信模块数据进行实时显示走刀图形，制机床运动以及设置加工参数。
[0006]以上所述实时显示单元可实时显示三轴步进电机走刀轨迹。
[0007]以上所述AutoCAD图形文件格式为*.dxf文件。
[0008]本实用新型的有益效果，本实用新型结构简单，自动化程度高，系统中采用PC机控制运动控制器，能实时控制各轴运动，以及综合理解和运用信号检测、伺服运动控制、数控插补以及精密机械传动等技术方法，从而培养学生的创新设计能力和实践动手能力。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型教学型伺服运动控制实验台组成图。
[0010]图2为伺服运动控制器的功能模块图。
[0011]图3为上位机控制器的功能模块图。
【具体实施方式】
[0012]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。
[0013]如图1所示本实用新型教学型伺服运动控制实验台组成图，包括上位机控制单元、下位机单元及执行单元；上位机控制单元包括AutoCAD图形文件、上位机控制器及实时显示部分；下位机单元包括存储模块、串口通信模块及MCU ;执行单元包括功率放大器、步进电机驱动器、步进电机和编码器构成闭环控制检测系统；AutoCAD图形文件格式为
dxf文件；实时显示单元可实时显示三轴步进电机走刀轨迹；存数模块存储标准G代码文件，供MCU读取；串口通信模块可实现上位机控制器及MCU之间相互通信；功率放大器将MCU发出的脉冲信号进行功率放大；驱动器及步进电机部分，可读取经过功率放大器的脉冲信号，经过驱动器后驱动步进电机动作；编码器由步进电机转动激发信号，传输至MCU，构成闭环控制检测系统。
[0014]图2为本实用新型伺服运动控制的功能模块图，本实用新型的伺服运动控制器是基于51单片机的硬件，通过串口通信模块与上位机实时通信，控制X、Y、Z三轴自由运动与加工参数设置；通过读取存储模块里的曲线轨迹数据实现插补；通过获取上位机主轴转速数据进行数模转换控制变频器；通过2路继电器能实现主轴正、反转的变换控制；通过编码器接收轴速信号进行闭环控制；通过9路外部中断可以接受限位开关的信号，实现各运动轴的零位和正负超程检测，确保工作台运动平稳可靠。
[0015]图3为本实用新型上位机控制器的功能模块图，本实用新型的上位机控制器包括以下功能:
[0016](I)读取AutoCAD图形文件(DXF)并转化G代码文件
[0017]用户在AutoCAD中绘制的图形以*.DXF格式进行保存，此格式文件经过上位机读取转化成为伺服运动控制器可识别的G代码文件；
[0018](2)主轴正、反转与停止，以及调速
[0019]上位机控制器中可通过参数设置实现机床主轴调速功能。通过6个按键实现控制主轴的正、反转与停止，还有主轴的转速设置，速度设置范围在0~3000转/分，同时在此基础上可以用加、减速来进行调速；
[0020](3) X、Y、Z 三轴控制
[0021]在上位机控制器中可通过按键实现X、Y、Z三轴点动或连续正反向运动；
[0022](4)加工参数设置
[0023]在上位机控制器中加工参数设置包括机床回原点，X、Y两方向上偏移量，加工进给速度等参数；
[0024](5)软件上可以实时显示图形的加工过程与刀的位置
[0025]在上位机控制器中可实时读取加工过程中刀路轨迹曲线，及机床的工作状态并实时显示。
[0026]本实用新型教学型伺服运动控制实验台工作时，上位机控制器解析AutoCAD图形文件，经过G代码解释器转换成为标准G代码发送至存储模块进行数据保存；运动控制器(MCU)通过存储模块读取坐标曲线轨迹数据，经功率放大器发送至步进电机驱动器，电机驱动器驱动三轴步进电机进行走刀，并使编码器发生信号并传输至MCU，形成闭环控制检测系统。上位机接收串口通信模块数据进行实时显示走刀图形，制机床运动以及设置加工参数。
[0027]上述实例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本【实用新型内容】并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种教学型伺服运动控制实验台，其特征在于:包括上位机控制单元、下位机单元及执行单元；所述上位机控制单元包括AutoCAD图形文件、上位机控制器及实时显示部分；下位机单元包括存储模块、串口通信模块及MCU ;执行单元包括功率放大器、步进电机驱动器、步进电机和编码器构成闭环控制检测系统；所述上位机控制器通过G代码解释器单元同存储模块连接；上位机控制器通过串口通信模块与MCU连接；这样，上位机控制器解析AutoCAD图形文件，经过G代码解释器转换成为标准G代码发送至存储模块进行数据保存，MCU通过存储模块读取坐标曲线轨迹数据，经功率放大器发送至步进电机驱动器，电机驱动器驱动三轴步进电机进行走刀，并使编码器发生信号并传输至MCU，形成闭环控制检测系统，上位机接收串口通信模块数据进行实时显示走刀图形，制机床运动以及设置加工参数。
2.根据权利要求1所述的教学型伺服运动控制实验台，其特征在于:所述实时显示单元可实时显示三轴步进电机走刀轨迹。
【专利摘要】教学型伺服运动控制实验台是在现有的亚龙数控机床实验台的基础上，增加一套基于PC机的开放式运动控制系统，包括上位机控制单元、下位机单元及执行单元；上位机控制单元包括AutoCAD图形文件、上位机软件及实时显示部分；下位机单元由存储模块、串口通信模块及MCU组成；执行单元包括功率放大器、步进电机驱动器、步进电机和编码器构成闭环控制检测系统；为了实现综合性实验平台的功能，本专利开发了相应的实验平台，充分利用现有的实验设备条件，在硬件投入费用不大的条件下，合理地组合运用实验设备，通过开发相应的实验软件实现预期综合实验台功能，具有很高的性价比。
【IPC分类】G09B23-18
【公开号】CN204332194
【申请号】CN201420762799
【发明人】吴来杰, 李学斌, 黄亮, 杨元红
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月8日