刨边机的数控装置的制作方法

文档序号:6291725阅读:208来源:国知局
专利名称:刨边机的数控装置的制作方法
技术领域
本实用新型涉及刨边机,尤其涉及数字化控制的刨边机的数控 装置。
背景技术
现行数控刨边机控制系统主要分成两大类第一类机械控制 系统,电器控制机床来回运动,通过手摇或者机械传动控制刀具 升降进退。第二类是电器控制方式,刀具工作采用电机,要求高 的采用步进电机。经对现有技术进行检索分析,不难发现存在以下问题1) 刀具系统比较庞大,需要耗费大量的成本。调试极不方2) 实时响应性差,速度和精度都达不到理想要求。3) 功能单一化,不利于功能扩展。4) 维护和操作都不方便,系统稳定性差。 实用新型内容本实用新型针对现有技术中存在的问题,提供了一种自动化控 制程度高,可实现多轴联动,从而能进行直线、弧线板边加工的 刨边机的数控装置。本实用新型的技术方案是与刨边机的各驱动电机相连,它由PC、数据输入装置、显示器、运动控制卡、1/0接口板组成,
PC与运动控制卡、I/O接口板通过PCI总线连接;PC内设记载有
根据输入数据形成图形的程序、根据运动控制卡反馈的数据形成
运行轨迹的程序、实现运动控制卡和I/O接口板的PCI总线驱动 的程序、I/O接口的监控和诊断的程序、根据设定数据实现目标 点运行速度控制的程序的存储器;所述的驱动电机为变频电机, 完成机床来回运动,运动控制卡连接交流伺服电机,完成刀具升 降进退,1/0接口板通过PCI总线实现机床来回运动、刀具工作、 抬刀等系列动作,同时也担负着机床限位等开关信号的读入的任 务。
所述的运动控制卡由相互连接的DSP、 FPGA、 PCI接口芯片组 成;DSP内设记载有直线和弧线运动轨迹插补程序、多轴同步运 行程序、进度控制程序的存储区。
所述的运动控制卡与变频电机相连,主驱动采用变频电机。
所述的1/0接口板实现机床运动、刀具工作、抬刀等一系列动 作,同时担负着机床限位等开关信号的读入的任务。
在刨边机刀架运行路径上设有限位、报警装置,报警装置连接 PC, PC内的存储器上设记载有根据报警装置反馈的数据进行处理 并传输给I/O接口板的程序的区域。
本实用新型采用了嵌入式工业控制计算机、运动控制卡、I/O 接口板(中文术语输入输出控制卡)、人机通讯设备和数控管理 模块,伺服系统、变频系统;使得运行目标点既能实现直线运行,也能实现弧线运行。在设备上设置了限位装置,同时在刀架与PC
中设置了数据采集、处理系统,使设备具备了报警功能,提高了 设备的安全性。本实用新型还具有稳定可靠、实时性好、精度高、 操作简易、方便升级、安全性高、性价比高的特点。

图1是本实用新型的线路连接示意图
图中虚线框内为数控管理系统;
图2是本实用新型中运动控制卡的线路连接示意图
图中虚线框内为运动控制卡。
具体实施方式
本实用新型采用嵌入式工业控制计算机与运动控制卡通过 PCI总线相连接,构成整个数控系统的数控管理系统。与系统外 部的交流伺服电机构成伺服闭环系统,与变频系统一起担负着命 令机床按指定运动轨迹刨削的任务,同时也起着速度控制、中断 信号处理等作用;实现一系列开关量的输出控制任务,同时也担 负着机床限位开关信号的读入的任务;PC优选嵌入式工业控制计 算机,它的人机通讯设备包括LCD/VGA (显示接口)、 USB (闪存 盘接口)、 PS/2 (键盘接口)、软盘驱动器,这些接口集成在嵌入 式工业计算机的主板上,这部分用于实现人机通讯操作。此外在 嵌入式工业计算机的存储器上,记载有根据输入数据形成图形的 程序、根据运动控制卡反馈的数据形成运行轨迹的程序、实现运 动控制卡和I/O接口板的PCI总线驱动的程序、I/O接口的监控和诊断的程序、根据设定数据实现目标点运行速度控制、用于实 现图形和文件系统管理、信息传递、接口驱动等多种任务的程序 用于实现对整个数控设备的控制。嵌入式工业计算机是整个数控 管理系统的核心,它担负着对整个系统管理的任务。
数控管理系统中有数控管理模块,它是在WINDOWS系统平台 上进行的,具体实现的任务包括数控管理系统的多任务调度策 略,加工文件的图形变换,在WINDOWS环境下实现运动控制卡, 1/0接口板的PCI总线驱动,1/0接口的监控和诊断,前后两条线 段连接处的转角速度控制功能,数控系统的图形用户界面,文件 管理系统,人机交互方式等任务。
在刨边机刀架运行路径上设有限位、报警装置,报警装置连接 PC, PC内的存储器上设记载有根据报警装置反馈的数据进行处理 并传输给I/O接口板的程序的区域。
运动控制系统包括DSP (数字信号微处理器)、FPGA (可编 程逻辑器件)和PCI接口,具体结构和功能如下
1)采用PCI专用接口芯片,通过PCI总线与嵌入式工业控 制计算机相连。系统工作时,PCI接口只需通过PCI总线从嵌入式 工业控制计算机接受控制命令,然后将这些命令通过FPGA传送给 DSP执行,DSP通过FPGA将刨削过程中的一系列数据信息由PCI 接口反馈到嵌入式工业计算机,实现嵌入式工业控制计算机和运 动控制卡的数据双向传输。
2)采用DSP微处器作为运动控制单元,包括直线和圆弧线段的插补,多轴同步运动,进度控制,同时具备线段处理功能,即
DSP事先规划好所有线段的轨迹控制策略,然后发出脉冲信号控制 电机运转。
DSP通过驱动接口电路驱动交流伺服电机,变频系统,通过 FPGA将数据发送到PCI接口 ,再由PCI接口将信息传递给嵌入式 工业控制计算机。
DSP自身完成与运动有关的控制,几乎不占用嵌入式工业控制 计算机的时间,这样嵌入式工业控制计算机可处理其它控制和检 测任务。同时,DSP具有可程序化的能力,可以通过下载部分过程 控制码在DSP内部执行,确保了运动控制的开放性和实时性。
3)采用可编程逻辑器件(FPGA)作为接口芯片与DSP微处理 器的中介,实现DSP和PCI接口之间的数据双向传输,并辅助完 成DSP的运动控制功能。
从数据信息传送方向来分析,可以将整个系统的工作过程分 为两个部分。第一部分是数据信息的正向传送过程,加工文件代 码由人机通讯部分(键盘和软驱)输入、通过数控管理模块的图 形接口函数转换成刨削信息存放在嵌入式工业控制计算机的内存 中。随后,嵌入式工业控制计算机快速将这些信息分别传送给运 动控制卡和I/O接口板。运动控制卡与变频系统、与交流伺服电 机的驱动装置相连,按照嵌入式工业控制计算机发出的指令,将 脉冲控制信号发送给电机驱动器,实现对机床运动轨迹的控制和 速度控制(即插补动算)。同时,嵌入式工业控制计算机将开关量信息通过PCI总线传递给I/O接口板来控制外部继电器的通断。
另一部分是数据信息的反向传送。交流伺服电机及其驱动装 置和变频系统通过信号传输线将经过脉冲处理的位置信号传送运 动控制卡。运动控制卡接收到这些位置信号后,利用它们继续完
成插补任务,同时,将这些信息通过PCI总线传递给嵌入式工业
计算机。安装在嵌入式工业控制计算机上的数控管理模块经过数 据处理,在显示器上实时显示当前机床的位置和速度信息。
本实用新型还可在WINDOWS环境下实现PCI总线驱动,PCI 总线传输速度快,稳定性较好。DSP指令执行速度快,其发出的最 大频率可以达到250KHz,确保机床最高动行速度可达15000mmpm, 控制精度达到8000个(脉冲)/mm,实现高效、高精度的进行运 动控制,实时性强且便于升级。FPGA不仅可以实现基本的双口 RAM (数据存储器)功能,并且是可编程的,大大增加了运动控制卡 功能控制的灵活性。数控管理模块在WINDOWS系统上运行,其可 靠性、稳定性方面非常适合恶劣的生产环境,且功能强大,操作 简便,界面友好,很好地满足了刨削工艺的特殊要求。
总之,嵌入式工业控制计算机、基于PCI+DSP+FPGA技术的运 动控制卡、1/0接口板、人机通讯设备、基于WINDOWS平台的数控 管理模块的优化组合,使得本控制系统稳定性好且不易受工业现 场干扰源干扰;运算能力强,处理速度快;具有丰富的接口并能 通过串口与远程计算机进行通讯;并易于调试、维护和升级。
本实用新型结构简单,各组成部分相对独立,部分硬件可直接采购市售商品为组成部分,加上已经开发成熟的数控管理模块, 整个控制系统与现行的控制系统相比,不仅性能提高、而且装配 简单。
如图1所示,本实用新型优选实施方式的基本组成包括嵌入式
工业控制计算机、运动控制卡、1/0接口板、人机通讯设备、数控 管理模块、变频系统、伺服驱动7个部分组成。
1) 嵌入式工业控制计算机采用一台工业专用计算机,带PCI、 LCD/VGA、 USB、 PS/2l软驱接口,也可以采用带以上接口的其它型 号嵌入式工业控制计算机,目前已有满足上述要求的嵌入式工业 计算机出售。
2) 人机通讯设备由LCD/VGA显示器、工业键盘、U盘、软盘等 组成,通过LCD/VGA、 USB、 PS/2、软驱等接口与嵌入式工业控制 计算机相连,实现人机通讯。
3) 1/0接口板通过PCI总线实现机床运动,刀具工作,抬刀等 一系列动作,同时也担负着机床限位等开关信号读入的任务。
人机通讯设备、1/0接口板在国内外电子产品生产厂家均有购 买,可直接采用市售商品为组成部分。
数控管理模块安装在嵌入式控制计算机上,在WINDOWS平台 上工作。
如图2所示,本实用新型的运动控制卡采用开放式结构的控 制板上,主要有DSP、 FPGA、 PCI接口芯片组成。DSP选用工作频 率高达100MHz的高速浮点型微理芯片,FPGA采用多达2万门的可编程逻辑器件,PCI接口芯片采用PCI9052专用芯片。除此之 外,还包括驱动器接口电路和外围电路,它们由普通的电子元器 件构成。
运动控制卡通过PCI总线实现数据的双向传递,达到电机控 制和数据信息实时反馈的目的。
运动控制卡通过PCI接口接收嵌入式工业控制计算机发出的 命令,DSP内部实现电机控制的预处理任务,然后通过插补动算, 发出脉冲信号控制机床按指定轨迹和速度运行。同时,DSP通过 PCI接口实时反馈数据给嵌入式工业控制计算机。驱动器接口电 路用于放大DSP发出的脉冲信号,它直接和电机驱动器连接,外 围电路是各芯片正常工作的必要元器件。
权利要求1、刨边机的数控装置,与刨边机的各驱动电机相连,其特征在于,它由PC、数据输入装置、显示器、运动控制卡、I/O接口板组成,PC与运动控制卡、I/O接口板通过PCI总线连接;PC内设记载有根据输入数据形成图形的程序、根据运动控制卡反馈的数据形成运行轨迹的程序、实现运动控制卡和I/O接口板的PCI总线驱动的程序、I/O接口的监控和诊断的程序、根据设定数据实现目标点运行速度控制的程序的存储器;所述的驱动电机为变频电机,完成机床来回运动,运动控制卡连接交流伺服电机,完成刀具升降进退,I/O接口板通过PCI总线实现机床来回运动、刀具工作、抬刀等系列动作,同时也担负着机床限位等开关信号的读入的任务。
2、 根据权利要求1所述的刨边机的数控装置,其特征在于, 所述的运动控制卡由相互连接的DSP、 FPGA、 PCI接口芯片组成; DSP内设记载有直线和弧线运动轨迹插补程序、多轴同步运行程 序、进度控制程序的存储区。
3、 根据权利要求1所述的刨边机的数控装置,其特征在于, 所述的运动控制卡与变频电机相连,主驱动采用变频电机。
4、 根据权利要求1所述的刨边机的数控装置,其特征在于, 所述的1/0接口板实现机床运动、刀具工作、抬刀等一系列动作, 同时担负着机床限位等开关信号的读入的任务。
5、 根据权利要求l、 2、 3或4所述的刨边机的数控装置,其特征在于,在刨边机刀架运行路径上设有限位、报警装置,报警 装置连接PC, PC内的存储器上设记载有根据报警装置反馈的数据 进行处理并传输给I/O接口板的程序的区域。
专利摘要刨边机的数控装置。本实用新型涉及刨边机。与刨边机的各驱动电机相连,它由PC、数据输入装置、显示器、运动控制卡、I/O接口板组成,PC与运动控制卡、I/O接口板通过PCI总线连接;PC内设记载有根据输入数据形成图形的程序、根据运动控制卡反馈的数据形成运行轨迹的程序、实现运动控制卡和I/O接口板的PCI总线驱动的程序、I/O接口的监控和诊断的程序、根据设定数据实现目标点运行速度控制的程序的存储器。本实用新型还具有稳定可靠、实时性好、精度高、操作简易、方便升级、安全性高、性价比高的特点。
文档编号G05B19/414GK201134035SQ20072013191
公开日2008年10月15日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者震 王, 王修山, 薛恒鹤 申请人:江苏一重数控机床有限公司
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