專利名稱：一種一體化數(shù)控系統(tǒng)及一體化數(shù)控機床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種一體化數(shù)控系統(tǒng)及一體化數(shù)控機床。
背景技術(shù)：
目前，在機床或自動化設(shè)備系統(tǒng)中，如圖I所示，包括CNC (Computernumericalcontrol，計算機數(shù)字控制機床)運動控制器和伺服控制器，所述CNC運動控制器連接I/0(input/output,輸入輸出端ロ)設(shè)備、變頻控制器和光柵尺,變頻控制器控制變頻電機運動，其中第二電源為CNC運動控制器供電，伺服控制器連接驅(qū)動單元，并通過驅(qū)動單元控制伺服電機，伺服控制器通過編碼器接收伺服電機信息，第一電源為驅(qū)動單元及伺服控制器供電。本實用新型的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的機床中需要幾個進給軸，就需要幾個伺服控制器，伺服控制器與伺服電機是一一對應(yīng)的，這時CNC運動控制器就需要輸出幾路運動控制信號。CNC運動控制器與伺服驅(qū)動控制器之間的運動控制信號傳輸需要使用速度模擬信號線或脈沖信號線，這種傳輸導(dǎo)致信號干擾大、可靠性弱、有時延以及同步效果不好等問題，伺服周期50us以下或者多軸聯(lián)動控制很難實現(xiàn)，如果用光纖傳輸或總線傳輸則成本很聞。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中CNC運動控制器與伺服驅(qū)動控制器之間的運動控制信號需要用速度模擬信號線或脈沖信號線傳輸導(dǎo)致信號干擾大以及同步效果不好的問題，提供一種一體化數(shù)控系統(tǒng)。
本實用新型提供ー種一體化數(shù)控系統(tǒng)，包括對電磁輻射源起屏蔽作用的殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有電源模塊、控制模塊、驅(qū)動模塊、顯不模塊和I/o模塊；所述電源模塊為所述控制模塊和所述驅(qū)動模塊提供電源；所述控制模塊和所述驅(qū)動模塊、I/O模塊、以及顯示模塊相連接，用于通過I/O模塊接收外部I/o設(shè)備發(fā)送的控制信息；并根據(jù)所述控制信息向所述驅(qū)動模塊發(fā)送控制電機運動的控制信號；所述控制模塊還用于采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息，對所述當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息進行相應(yīng)處理成為適合顯示屏顯示的顯示信息，將顯示信息發(fā)送給顯示模塊進行顯示；所述驅(qū)動模塊，用干與外部電動機相連，接收控制模塊發(fā)送的控制信號驅(qū)動電動機按照控制信號的指示運動；所述I/O模塊，用于接收外部I/O設(shè)備發(fā)送的控制信息，將所述控制信息發(fā)送給控制模塊處理；所述顯示模塊接收所述控制模塊發(fā)送的顯示信息并進行顯示。所述控制模塊包括雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊和伺服控制與I/O模塊，所述雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊和所述伺服控制與I/o模塊集成在一塊控制板上。[0012]所述伺服控制與I/O模塊用于接收外部I/O設(shè)備發(fā)送的控制信息；并根據(jù)所述控制信息向所述驅(qū)動模塊發(fā)送控制電動機運動的控制信號；所述控制模塊還用于采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息。所述伺服控制與I/O模塊通過編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息。所述雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊對所述當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息進行相應(yīng)處理成為適合顯示屏顯示的顯示信息，將顯示信息發(fā)送給顯示模塊進行顯
/Jn o所述雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊的外部連接設(shè)備包括通信接口 RS232、鍵盤輸入、IXD、SD卡以及U盤接口。所述驅(qū)動模塊包括IGBT驅(qū)動芯片和IGBT模塊，所述IGBT驅(qū)動芯片和所述IGBT模塊分別與所述電源模塊相連，所述IGBT驅(qū)動芯片用于接收所述伺服控制與I/O模塊的伺服信號控制所述IGBT模塊為電機供電。所述驅(qū)動模塊還包括光耦，所述光耦輸入端連接伺服控制與I/O模塊，輸出端連接IGBT模塊。一體化數(shù)控機床，包括上述的一體化數(shù)控系統(tǒng)、與所述一體化控制系統(tǒng)相連的至少一個主軸電機、與所述一體化控制系統(tǒng)相連的至少一個伺服電機以及與伺服電機相連的
編碼器。還包括與控制模塊相連的光柵尺、I/O設(shè)備和手輪，控制模塊通過編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息、與I/o設(shè)備接收或發(fā)送控制信號本實用新型提供一種一體化數(shù)控系統(tǒng)及一體化數(shù)控機床，通過將電源模塊、控制模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊和I/o模塊集成在一個裝置內(nèi)，縮短了控制環(huán)節(jié)，避免了環(huán)境干擾，減少了信號傳輸帶來的時間消耗和信號失真，減少了信號轉(zhuǎn)換成本和信號傳輸成本，同時布局緊促，連接簡單，制造方便，可靠性高，成本低。

為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。其中圖I顯示了現(xiàn)有技術(shù)數(shù)控機床結(jié)構(gòu)示意圖；圖2顯示了本實用新型一體化數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3顯示了本實用新型一體化數(shù)控系統(tǒng)控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4顯示了本實用新型一體化數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。實施例一、本實用新型提供一種一體化數(shù)控系統(tǒng)，如圖2所示，包括對電磁輻射源起屏蔽作用的殼體7，所述殼體7內(nèi)設(shè)有電源模塊8、控制模塊3、驅(qū)動模塊2、顯示模塊5和I/O模塊6 ；所述電源模塊8為所述控制模塊3和所述驅(qū)動模塊2提供電源；所述控制模塊3和所述驅(qū)動模塊2、I/O模塊6、以及顯示模塊5相連接，用于通過I/O模塊6接收外部I/O設(shè)備發(fā)送的控制信息；并根據(jù)所述控制信息向所述驅(qū)動模塊2發(fā)送控制電機運動的控制信號；所述控制模塊3還用于采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息，對所述當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息進行相應(yīng)處理成為適合顯示屏顯示的顯示信息，將顯示信息發(fā)送給顯示模塊5進行顯示；所述驅(qū)動模塊2，用于與外部電動機相連，接收控制模塊發(fā)送的控制信號驅(qū)動電動機按照控制信號的指示運動；所述I/O模塊6，用于接收外部I/O設(shè)備發(fā)送的控制信息，將所述控制信息發(fā)送給控制模塊處理；所述顯示模塊5接收所述控制模塊3發(fā)送的顯示信息并進行顯示。如圖3所示，所述控制模塊包括雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊和伺服控制模塊，所述雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊和所述伺服控制與I/O模塊集成在一塊控制板上。所述伺服控制與I/O模塊用于接收外部I/O設(shè)備發(fā)送的控制信息；并根據(jù)所述控制信息向所述驅(qū)動模塊發(fā)送控制電動機運動的控制信號；所述控制模塊還用于采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息。所述伺服控制與I/O模塊通過編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息。所述伺服控制與I/O模塊采用FPGA (Field-Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)，優(yōu)選為賽靈思的FPGA芯片XC3S1400A，F(xiàn)PGA進行整個一體化系統(tǒng)的邏輯控制、I/O處理、增量編碼器/絕對編碼器的反饋處理、光柵尺反饋處理、手輪(手搖脈沖發(fā)生器)的信號處理，也可包括主軸伺服/變頻控制及主軸編碼器反饋，還可以包括電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的伺服控制等。所述一體化數(shù)控系統(tǒng)包括手輪，所述手輪與所述伺服控制與I/O模塊連接。手輪輸入到FPGA，由FPGA實現(xiàn)計數(shù)算法，數(shù)據(jù)鎖存，最后DSP讀取手輪的步進值。所述伺服控制與I/O模塊的外部連接包括編碼器、光柵尺、I/O設(shè)備和所述驅(qū)動模塊。所述伺服控制與I/O模塊實現(xiàn)PLC(ProgrammabIe Logic Controller,可編程邏輯控制器)功能。所述雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊對所述當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息進行相應(yīng)處理成為適合顯示屏顯示的顯示信息，將顯示信息發(fā)送給顯示模塊進行顯
/Jn o所述雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊優(yōu)選為TI公司最新推出的高性能雙核處理芯片C6A8167，該芯片集成了最高I. 5G處理速度的ARM Cortex -A8RISC MPU及最高主頻為I. 5G且具有64位浮點處理能力的高速DSP處理芯片，該DSP處理器可以在125us內(nèi)完成780個15位精度三角函數(shù)的契比雪夫運算，滿足納米插補要求，其外設(shè)接口也比較豐富，滿足數(shù)控系統(tǒng)的要求IXD顯示輸出、U盤接ロ、網(wǎng)絡(luò)接ロ、串行接ロ、FLASH存儲器接ロ、I2C、SPI、EMIF、PCIe等，這些也滿足數(shù)控系統(tǒng)以后擴展功能的需要，且TI的這種芯片把ARM和DSP集成在一起，ARM與DSP的交互通過內(nèi)部共享內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交互，増加了數(shù)據(jù)讀寫的可靠性和快速性，同時也相對降低了 ー些開發(fā)難度。所述雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊的外部連接設(shè)備包括通信接ロ RS232、鍵盤輸入、IXD (Liquid Crystal Display,液晶顯示器)、SD卡以及U盤接ロ。如圖4所不，所述驅(qū)動模塊包括 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極型晶體管)驅(qū)動芯片10和IGBT模塊11，所述IGBT驅(qū)動芯片10和所述IGBT模塊11分別與所述電源模塊8相連，所述IGBT驅(qū)動芯片用于接收所述控制模塊的信號控制所述IGBT模塊為電機供電。所述驅(qū)動芯片優(yōu)選為英飛凌驅(qū)動芯片2ED020I12-FI。所述電源采用380v電源輸入，控制380v電機，用戶不需要做三相功率分配可以實現(xiàn)三相平衡，而且功率因素高，節(jié)能顯著。 所述驅(qū)動模塊還包括光耦9，所述光耦輸入端連接控制模塊，輸出端連接IGBT驅(qū)動芯片。由于驅(qū)動模塊跟電機緊密相連，整流逆變的高壓，高頻可能對MCU (Micro ControlUnit，微控制単元)有一定的影響，所以MCU對電機驅(qū)動的控制采用隔離的方式，目前選用光率禹隔尚。本實用新型提供ー種一體化數(shù)控系統(tǒng)將電源、控制模塊和驅(qū)動模塊設(shè)計在ー個裝置內(nèi)，控制模塊和驅(qū)動模塊共用ー個電源，達到了資源共享的目的，雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊和伺服控制與1/0模塊集成在一塊控制板上，減少了信號傳輸帶來的時間消耗和信號失真，減少了環(huán)境干擾，減少了控制環(huán)節(jié)部分元器件，減少了信號轉(zhuǎn)換成本和信號傳輸成本，同時布局緊促，連接簡單，制造方便，可靠性高，成本低。多個伺服驅(qū)動模塊共用ー個電源，能耗制動的能量可以回收利用，可以節(jié)省能源。多個伺服驅(qū)動模塊共用ー個電源，還可以節(jié)省電源成本。實施例ニ，本實用新型一體化數(shù)控機床，包括上述的一體化數(shù)控系統(tǒng)、一體化數(shù)控機床、至少ー個主軸電機、至少ー個伺服電機、與伺服電機相連的編碼器，控制模塊向所述驅(qū)動模塊發(fā)送控制信號控制所述主軸電機和所述伺服電機、通過編碼器采集電機信息、從1/0模塊中接收或發(fā)送控制命令以及對數(shù)據(jù)進行處理并向顯示模塊發(fā)送顯示信息。所述一體化數(shù)控機床還包括與控制模塊相連的光柵尺、1/0設(shè)備和手輪，控制模塊通過編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息、與1/0設(shè)備接收或發(fā)送控制信號。值得ー提的是，以上實施例中，不同的結(jié)構(gòu)特征(例如上述的多種連接方式)可以相互組合使用，并不限于各附圖所示。在上述實施例中，僅對本實用新型進行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請后可以在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下對本實用新型進行各種修改。
權(quán)利要求1.一種一體化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于包括對電磁輻射源起屏蔽作用的殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有電源模塊、控制模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊和I/o模塊； 所述電源模塊為所述控制模塊和所述驅(qū)動模塊提供電源； 所述控制模塊和所述驅(qū)動模塊、I/o模塊、以及顯示模塊相連接，用于通過I/O模塊接收外部I/o設(shè)備發(fā)送的控制信息；并根據(jù)所述控制信息向所述驅(qū)動模塊發(fā)送控制電機運動的控制信號；所述控制模塊還用于采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息，對所述當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息進行相應(yīng)處理成為適合顯示屏顯示的顯示信息，將顯示信息發(fā)送給顯示模塊進行顯示； 所述驅(qū)動模塊，用于與外部電動機相連，接收控制模塊發(fā)送的控制信號驅(qū)動電動機按照控制信號的指示運動； 所述I/o模塊，用于接收外部I/O設(shè)備發(fā)送的控制信息，將所述控制信息發(fā)送給控制模塊處理； 所述顯示模塊接收所述控制模塊發(fā)送的顯示信息并進行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一體化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述控制模塊包括雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊和伺服控制與I/o模塊，所述雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊和所述伺服控制與I/o模塊集成在一塊控制板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述伺服控制與I/O模塊用于接收外部I/o設(shè)備發(fā)送的控制信息；并根據(jù)所述控制信息向所述驅(qū)動模塊發(fā)送控制電動機運動的控制信號；所述控制模塊還用于采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述伺服控制與I/O模塊通過編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊對所述當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息進行相應(yīng)處理成為適合顯示屏顯示的顯示信息，將顯示信息發(fā)送給顯示模塊進行顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述雙核數(shù)據(jù)處理與運動控制模塊的外部連接設(shè)備包括通信接口 RS232、鍵盤輸入、IXD、SD卡以及U盤接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一體化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動模塊包括IGBT驅(qū)動芯片和IGBT模塊，所述IGBT驅(qū)動芯片和所述IGBT模塊分別與所述電源模塊相連，所述IGBT驅(qū)動芯片用于接收所述伺服控制與I/O模塊的伺服信號控制所述IGBT模塊為電機供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一體化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動模塊還包括光耦，所述光耦輸入端連接伺服控制與I/O模塊，輸出端連接IGBT模塊。
9.一體化數(shù)控機床,其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項所述的一體化數(shù)控系統(tǒng)、與所述一體化控制系統(tǒng)相連的至少一個主軸電機、與所述一體化控制系統(tǒng)相連的至少一個伺服電機以及與伺服電機相連的編碼器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一體化數(shù)控機床,其特征在于還包括與控制模塊相連的光柵尺、I/O設(shè)備和手輪，控制模塊通過編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息、與I/o設(shè)備接收或發(fā)送控制信號。
專利摘要本實用新型公開了一種一體化數(shù)控系統(tǒng)及一體化數(shù)控機床，包括對電磁輻射源起屏蔽作用的殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有電源模塊、控制模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊和I/O模塊，所述電源模塊為所述控制模塊和所述驅(qū)動模塊提供電源，所述驅(qū)動模塊用于驅(qū)動至少一個電機，所述控制模塊向所述驅(qū)動模塊發(fā)送控制信號控制電機、通過編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機位置信息和當(dāng)前工作臺位置信息、通過I/O模塊與I/O設(shè)備接收或發(fā)送控制信號、以及對數(shù)據(jù)進行處理并向顯示模塊發(fā)送顯示信息。本實用新型提供一種一體化數(shù)控系統(tǒng)減少了信號傳輸帶來的時間消耗和信號失真，減少了環(huán)境干擾，減少了控制環(huán)節(jié)部分元器件，同時布局緊促，連接簡單，成本低。
文檔編號G05B19/414GK202548601SQ201120573478
公開日2012年11月21日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者孫尚傳 申請人:深圳市配天數(shù)控科技有限公司