一种曲面铣削加工控制系统和机床的制作方法

本实用新型属于数字控制系统技术领域，尤其涉及一种曲面铣削加工控制系统和机床。

背景技术：

高精密加工的精密度级别介于精密加工和超精密加工之间，一般定义为0.3μm至3μm之间，随着航空航天、高精密仪器仪表、惯导平台、光学以及激光技术等多领域的迅猛发展，对各种复杂零件、光学零件以及形状复杂曲面的加工精度提出更高要求。然而，目前的曲面铣削加工控制系统只能控制各个电机联动以完成工件的初加工，而不能对初加工完成的工件进行精度测量，从而不能根据初加工完成的工件偏差控制曲面铣削加工控制系统对工件偏差进行再次加工补正，导致工件的精度不高，无法满足实际需求。

因此，传统的技术方案中存在的曲面铣削加工控制系统存在不能对初加工完成的工件进行精度测量以修正工件偏差而导致工件精度低的问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种曲面铣削加工控制系统，旨在解决传统的技术方案中存在的不能对初加工完成的工件进行精度测量以修正工件偏差而导致工件精度低的问题。

本实用新型是这样实现的，一种曲面铣削加工控制系统，包括：

被配置为根据所述加工程序指令匹配运动模式，并根据匹配出的运动模式输出运动控制信号和模拟控制信号的控制模块；

与所述控制模块连接，被配置为检测刀具和校准工件的检测模块；

与所述控制模块连接，被配置为根据所述运动控制信号输出驱动信号以驱动直线电机联动的驱动模块；

与所述控制模块连接，被配置为根据所述模拟控制信号输出变频信号以驱动主轴电机旋转的变频模块；及

与所述控制模块连接，被配置为测量初加工工件并向所述控制模块反馈测量结果，以使所述控制模块根据所述测量结果确定是否需要对工件进行精度补偿加工的测量模块。

在其中一个实施例中，若所述测量结果在工件目标值的预设范围时，所述控制模块确定无需对初加工工件进行精度补偿加工；若所述测量结果不在工件目标值的预设范围时，所述控制模块确定对初加工工件进行精度补偿加工，并且输出补偿控制信号以使所述驱动模块驱动所述直线电机联动，使所述变频模块控制所述主轴电机旋转，以对初加工工件进行精度补偿加工。

在其中一个实施例中，所述直线电机包括X轴直线电机、Y轴直线电机以及Z轴直线电机；其中，所述驱动模块输出所述驱动信号驱动所述X轴直线电机、所述Y轴直线电机以及所述Z轴直线电机中至少两个联动。

在其中一个实施例中，所述驱动模块包括：连接于所述控制模块和所述X轴直线电机之间，被配置为根据所述运动控制信号输出X轴驱动信号以驱动所述X轴直线电机运动的X轴驱动器；连接于所述控制模块和所述Y轴直线电机之间，被配置为根据所述运动控制信号输出Y轴驱动信号以驱动所述Y轴直线电机运动的Y轴驱动器；及连接于所述控制模块和所述Z轴直线电机之间，被配置为根据所述运动控制信号输出Z轴驱动信号以驱动所述Z轴直线电机运动的Z轴驱动器；

在其中一个实施例中，所述曲面铣削加工控制系统还包括：与所述控制模块连接，被配置为根据所述运动控制信号输出换刀驱动信号以驱动刀库电机运动的刀库驱动器。

在其中一个实施例中，所述曲面铣削加工控制系统还包括：与所述驱动模块连接，被配置为测量所述电机位置信息并通过所述驱动模块向所述控制模块输出位置信息的光栅尺。

在其中一个实施例中，所述光栅尺包括：被配置为测量所述X轴直线电机在X轴的位置信息并输出第一位置信息的第一光栅尺；被配置为测量所述Y轴直线电机在Y轴的位置信息并输出第二位置信息的第二光栅尺；及被配置为测量所述Z轴直线电机在Z轴的位置信息并输出第三位置信息的第三光栅尺。

在其中一个实施例中，所述曲面铣削加工控制系统还包括：与所述控制模块连接，被配置为检测输入信号的输入模块；和与所述控制模块连接，被配置为控制输出信号的输出模块。

在其中一个实施例中，所述控制模块为HNC-8A/M控制器。

此外，还提供一种机床，包括上述的曲面铣削加工控制系统。

上述的曲面铣削加工控制系统，通过设置控制模块根据用户输入信息生成加工程序指令，根据加工程序指令匹配运动模式并向驱动模块输出运动控制信号和向变频模块输出模拟控制信号，以使驱动模块根据运动控制信号输出驱动信号以驱动直线电机联动，使变频模块根据模拟控制信号输出变频信号以驱动主轴电机旋转；此外，还增设了测量模块测量初加工工件并向控制模块反馈测量结果，以使控制模块根据测量结果确定是否需要对工件进行精度补偿加工，该曲面铣削加工控制系统可以实现在加工工件未达到目标精度时控制对工件进行精度补偿加工以修正工件偏差，从而得到高精度的加工件，同时体现了直线电机的高速度、高加速度、运动平稳和重复精度高的优势。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的曲面铣削加工控制系统的模块示意图；

图2为本实用新型另一实施例提供的曲面铣削加工控制系统的模块示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的曲面铣削加工控制系统的模块示意图。

具体实施方式

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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型较佳实施例提供的曲面铣削加工控制系统的模块示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

参考图1，曲面铣削加工控制系统包括：控制模块10、驱动模块20、变频模块30、检测模块40以及测量模块50。

其中，控制模块10被配置为根据用户输入信息生成加工程序指令，根据加工程序指令匹配运动模式，并根据匹配出的运动模式输出运动控制信号和模拟控制信号；检测模块40与控制模块10连接，被配置为检测刀具和校准工件；驱动模块20与控制模块10连接，被配置为根据运动控制信号输出驱动信号以驱动直线电机70联动；变频模块30与控制模块10连接，被配置为根据模拟控制信号输出变频信号以驱动主轴电机60旋转；测量模块50与控制模块10连接，被配置为测量初加工工件并向控制模块10反馈测量结果，以使控制模块10根据测量结果确定是否需要对初加工工件进行精度补偿加工。在本实施例中，变频模块30为变频器。具体的，控制模块10与外部电压源连接，可以包括键盘和鼠标，用于用户根据需要的运动模式使用键盘在控制模块10中键入加工程序信息，生成加工程序指令并匹配运动模式，并根据匹配出的运动模式输出运动控制信号和模拟控制信号。另外，还可以在控制模块10的显示面板中用鼠标选中已经编译好的程序按钮，生成加工程序指令并匹配运动模式，并根据匹配出的运动模式输出运动控制信号和模拟控制信号。加工程序指令指的是直线电机驱动器和变频器分别控制直线电机70和主轴电机60的运动模式所对应的加工程序指令，即与控制模块10内的运动模式所对应的加工程序指令。运动模式可以包括旋转运动模式、直线运动模式、圆周运动模式、曲线运动模式和圆弧运动模式等等，本实施例对所述运动模式不做限定。所述生成的运动指令则是根据所述程序指令与所述运动模式匹配后生成的指令，每个所述运动模式都会对应一种运动指令。

在具体的实施例中，控制模块10为HNC-8A/M控制器。HNC-8A/M控制器可以控制步进电机、交直流伺服电机、直线电机、液压伺服电机等，还可以接受光栅尺、轴限位开关、控制按钮以及报警器等检测元件的反馈信号，还可以实现对空气主轴、直线电机冷却系统、电主轴冷却系统、直线电机气锁、油雾吸收器、润滑油泵、工作灯以及报警器等的控制，可以允许用户使用诸如VC++、C、C++、VB、Delphi等多种语言开发程序，便于用户使用。HNC-8A/M控制器具有计算机属性和特征，如具有计算机CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、硬盘、内存等内部存储设备，还具有插接式硬盘，SMC(Smart Media Card，智能存储卡)，SD(Secure Digital，安全数字卡)，FC(Flash Card，闪存卡)等外部存储设备，并具有操作系统、控制网络和协议、计算能力以及友好的人机界面，可为其他各结构/设备/系统提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。当然，HNC-8A/M控制器还包括但不仅限于处理器和存储器。本领域技术人员可以理解的是，HNC-8A/M控制器的示例，并不构成对HNC-8A/M控制器本身的限定，可以包括比示例更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如：HNC-8A/M控制器还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

在其他的实施例中，若初加工工件的测量结果在工件目标值的预设范围时，控制模块10确定无需对初加工工件进行精度补偿加工；若初加工工件的测量结果不在工件目标值的预设范围时，控制模块10确定对初加工工件进行精度补偿加工，并且输出补偿控制信号以使驱动模块20驱动直线电机70联动，使变频模块30控制主轴电机60旋转，以对初加工工件进行精度补偿加工。

如上述，HNC-8A/M控制器通电后，用户对HNC-8A/M控制器键入旋转运动的加工程序，则HNC-8A/M控制器根据旋转运动的加工程序生成旋转运动的加工程序指令，并根据旋转运动的加工程序指令与具有的所有运动模式进行匹配，并根据匹配到的旋转运动模式输出运动控制信号和模拟控制信号，检测模块40自动对刀以检测刀具是否对准，从而校准工件，驱动模块20根据运动控制信号输出驱动信号以驱动直线电机70联动，变频模块30根据模拟控制信号输出变频信号以驱动主轴电机60旋转和控制主轴电机60的旋转速度，使该曲面铣削加工控制系统完成工件的初加工；测量模块50用于测量初加工完成的工件的精度，并向HNC-8A/M控制器反馈初加工工件测量结果，使HNC-8A/M控制器根据测量结果确定是否需要对初加工工件进行精度补偿加工，当初加工工件的测量结果在工件目标值的预设范围时，则HNC-8A/M控制器控制驱动模块20驱动直线电机70停止联动和控制变频模块30控制主轴电机60停止旋转以结束对工件加工，当初加工工件的测量结果不在工件目标值的预设范围时，则HNC-8A/M控制器根据工件偏差输出补偿控制信号使驱动模块20根据补偿控制信号进行驱动直线电机70联动，使变频模块30根据补偿控制信号控制主轴电机60旋转和控制主轴电机60的旋转速度，从而对工件进行精度补偿加工；测量模块50对精度补偿加工后的工件再次进行精度测量，如果精度补偿加工工件的精度在工件目标值的预设范围内时，则结束工件精度补偿加工；如果精度补偿加工工件的精度不在工件目标值的预设范围内时；则HNC-8A/M控制器根据工件偏差再次输出补偿控制信号使驱动模块20根据补偿控制信号进行驱动直线电机70联动，使变频模块30根据补偿控制信号控制主轴电机60旋转和控制主轴电机60的旋转速度，从而对工件进行再次精度补偿加工，直到加工工件的精度在工件目标值的预设范围内时，结束对工件进行精度补偿加工。

在其中一个实施例中，检测模块40由非接触式对刀仪实现。本实施例通过非接触式对刀仪进行自动对刀、工件校准，有助于缩短设定时间和检测时间。

在其中一个实施例中，测量模块50由精密探头实现。本实施例通过精密探头测量初加工工件的精度并向HNC-8A/M控制器反馈工件测量结果，以使控制模块10根据测量结果确定是否需要对工件进行精度补偿加工，使该曲面铣削加工控制系统可以实现在加工工件未达到目标精度时控制对工件进行精度补偿加工以修正工件偏差，从而得到高精度的加工件，同时体现了直线电机70的高速度、高加速度、运动平稳和重复精度高的优势。

在其中一个实施例中，直线电机70包括X轴直线电机、Y轴直线电机以及Z轴直线电机；其中，驱动模块20输出驱动信号进行驱动X轴直线电机、Y轴直线电机以及Z轴直线电机中至少两个联动。具体的，驱动模块20根据运动控制信号控制Y轴直线电机和Z轴直线电机固定，X轴直线电机和主轴电机60联动以做平面运动，或者控制X轴直线电机和Z轴直线电机固定，Y轴直线电机和主轴电机60联动以做平面运动，或者控制X轴直线电机和Y轴直线电机固定，Z轴直线电机和主轴电机60联动以做平面运动，或者是控制X轴直线电机固定，Y轴直线电机、Z轴直线电机以及主轴电机60联动以做曲面运动，或者是控制X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机以及主轴电机60联动以做曲面运动。

在其中一个实施例中，驱动模块20包括：X轴驱动器、Y轴驱动器以及Z轴驱动器。其中，X轴驱动器连接于控制模块10和X轴直线电机之间，被配置为根据运动控制信号输出X轴驱动信号以驱动X轴直线电机运动；Y轴驱动器连接于控制模块10和Y轴直线电机之间，被配置为根据运动控制信号输出Y轴驱动信号以驱动Y轴直线电机运动；Z轴驱动器连接于控制模块10和Z轴直线电机之间，被配置为根据运动控制信号输出Z轴驱动信号以驱动Z轴直线电机运动。

在其中一个实施例中，曲面铣削加工控制系统还包括刀库驱动器，该刀库驱动器连接于控制模块10和刀库电机80之间，被配置为根据运动控制信号输出换刀驱动信号以驱动刀库电机80运动。例如：安装在主轴电机60的主轴上的刀具需要换刀时，变频模块30控制主轴电机60转动并将刀具放回刀库中，接着刀库驱动器输出换刀驱动信号驱动刀库电机80运动并从刀库中取出需要安装的刀具并安装于主轴上。

在其中一个实施例中，曲面铣削加工控制系统还包括光栅尺，该光栅尺与驱动模块20连接，被配置为测量电机位置信息并通过驱动模块20向控制模块10输出位置信息。本实施例可以不需要再接入其他信息接收器，使整个该曲面铣削加工控制系统结构变得简单，减少了不必要的器件的使用，节约了成本。

在其中一个实施例中，光栅尺包括：第一光栅尺、第二光栅尺以及第三光栅尺。其中，第一光栅尺被配置为测量X轴直线电机在X轴的位置信息并输出第一位置信息；第二光栅尺被配置为测量Y轴直线电机在Y轴的位置信息并输出第二位置信息；第三光栅尺被配置为测量Z轴直线电机在Z轴的位置信息并输出第三位置信息。本实施例中，各个直线电机均配一个光栅尺，用于检测直线位移或者角位移，光栅尺检测范围大和精度高，具有响应速度快的特点。

在其中一个实施例中，曲面铣削加工控制系统还包括：输入模块90和输出模块91。其中，输入模块90与控制模块10连接，被配置为检测输入信号；输出模块91与控制模块10连接，被配置为控制输出信号。

在具体的实施例中，输入模块90与轴限位开关、控制按钮以及报警器连接，具体的，轴限位开关包括X轴直线电机的X轴限位开关、Y轴直线电机的Y轴限位开关、Z轴直线电机的Z轴限位开关、刀库电机80的轴限位开关以及主轴电机60的主轴限位开关，用于使各轴均在限位开关限制的行程内运动；控制按钮包括分别用于控制X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机、刀库电机80以及主轴电机60的启动和停止；报警器用于在X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机、刀库电机80以及主轴电机60在运动过程中的温度过高时输出报警信号，当电机处在加速运动过程时，可能会使电机器件之间摩擦生热而使电机温度过高，此时警报器会通过输入模块90向HNC-8A/M控制器返馈警报信号，HNC-8A/M控制器或用户均可以根据警报信号控制X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机、刀库电机80以及主轴电机60减速或者控制X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机、刀库电机80以及主轴电机60停止运动等。在电机温度过高时不仅影响运动精度，从而造成生产的工件质量低，还会影响电机寿命，本实施例的HNC-8A/M控制器通过警报器反馈报警信号，可以降低HNC-8A/M的损坏率，延长了电机寿命，节约了成本。

在其他的实施例中，输出模块91与空气主轴、直线电机冷却系统、主轴电机60冷却系统、直线电机气锁、油雾吸收器、润滑油泵、工作灯以及报警器连接。具体的，空气主轴用于降低主轴电机60的主轴与刀具的机械接触以增加刀具寿命；直线电机冷却系统用于冷却X轴直线电机、Y轴直线电机以及Z轴直线电机；主轴电机60冷却系统用于冷却主轴电机60；直线电机气锁用于控制X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机、刀库电机80以及主轴电机60进行刹车处理，X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机、刀库电机80以及主轴电机60在运动过程中，若没有刹车处理会由于运动惯性和重力作用造成失衡，而加入直线电机气锁，可以控制X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机、刀库电机80以及主轴电机60的运动速度。例如，当需要对Z轴直线电机进行刹车处理时，HNC-8A/M控制器通过输出模块91向直线电机气锁输出刹车控制信号，以使直线电机气锁对Z轴直线电机进行刹车处理，同时直线电机气锁会向HNC-8A/M控制器反馈刹车信息，HNC-8A/M控制器通过显示面板显示Z轴直线电机的刹车状态；油雾吸收器用于吸收油雾；润滑油泵用于润滑摩擦部位以延长设备的使用寿命；工作灯用于指示X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机、刀库电机80以及主轴电机60是否处于运动状态；报警器用于在X轴直线电机、Y轴直线电机、Z轴直线电机、刀库电机80以及主轴电机60的温度过高时进行报警。

此外，还提供一种机床，包括上述的曲面铣削加工控制系统。

本实用新型的有益效果：

(1)通过控制模块根据用户输入信息生成加工程序指令，根据加工程序指令匹配运动模式并向驱动模块输出运动控制信号和向变频模块输出模拟控制信号，以使驱动模块根据运动控制信号输出驱动信号以驱动直线电机联动，使变频模块根据模拟控制信号输出变频信号以驱动主轴电机旋转以对工件进行初加工。

(2)增设了精密探头测量初加工工件的精度并向HNC-8A/M控制器反馈测量结果，以使HNC-8A/M控制器根据工件偏差来确定是否进行精度补偿加工，可以实现在加工工件未达到目标精度时控制对工件进行精度补偿加工以修正工件偏差，从而得到高精度的加工件。

(3)同时体现了直线电机的高速度、高加速度、运动平稳和重复精度高的优势。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。