一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)及其加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)及其加工方法，包括多軸控制器、多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、多個(gè)與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配合得電機(jī)及機(jī)床，多個(gè)所述電機(jī)設(shè)置在所述機(jī)床的不同方向，連接并控制不同的機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸；多個(gè)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過數(shù)據(jù)總線與所述多軸控制器電連接，多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與多個(gè)所述電機(jī)一一對應(yīng)地電連接，通過所述多軸控制器控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述機(jī)床運(yùn)行。本發(fā)明采用空間分解的方式，把幾個(gè)軸的數(shù)據(jù)獨(dú)立出來，可以達(dá)到更多軸的聯(lián)動(dòng)；多軸控制器跟電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分開獨(dú)立運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算，速度更高，反應(yīng)更快；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部生成最終的速度曲線，采用實(shí)時(shí)速度控制，具有更高平滑度；能高效實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲線的插補(bǔ)。
【專利說明】一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械制造用機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，尤其涉及一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控技術(shù)水平標(biāo)志著一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化水平。隨著芯片發(fā)展，推動(dòng)著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，尤其是數(shù)控自動(dòng)化方面，在今天人工短缺的時(shí)代，用人成本不斷上升，傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè)必須升級(jí)，否則會(huì)被淘汰。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵，是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化的基礎(chǔ)。
[0003]多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床設(shè)備的控制器，負(fù)責(zé)控制機(jī)床運(yùn)行，是整臺(tái)機(jī)床的靈魂，機(jī)床的每個(gè)信號(hào)，每個(gè)動(dòng)作都是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出；目前的數(shù)控系統(tǒng)大部分是逐點(diǎn)比較法，廣泛應(yīng)用在機(jī)床上的一種插補(bǔ)方法，它能實(shí)現(xiàn)直線、圓弧和非圓二次曲線的插補(bǔ)，插補(bǔ)精度較聞。
[0004]逐點(diǎn)比較法，顧名思義，就是每走一步都要將加工點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)同規(guī)定的圖形軌跡相比較，判斷其偏差，然后決定下一步的走向，如果加工點(diǎn)走到圖形外面去了，那么下一步就要向圖形里面走；如果加工點(diǎn)在圖形里面，那么下一步就要向圖形外面走，以縮小偏差。這樣就能得出一個(gè)非常接近規(guī)定圖形的軌跡，最大偏差不超過一個(gè)脈沖當(dāng)量；在逐點(diǎn)比較法中，每進(jìn)給一步都須要進(jìn)行偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、新偏差計(jì)算和終點(diǎn)比較四個(gè)節(jié)拍。
[0005]目前的這些數(shù)控系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn):1、每次插補(bǔ)運(yùn)算，只有一個(gè)坐標(biāo)軸輸出，在高速高精度場合，運(yùn)算量比較大；2、不容易實(shí)現(xiàn)兩軸以上的聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)，或者實(shí)現(xiàn)三軸以上的聯(lián)動(dòng)，運(yùn)算量很大；3、由于各軸之間協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜，在加減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致合成位置有偏差；
4、動(dòng)態(tài)的高性能加減速算法難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明提供一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)及其加工方法。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，包括多軸控制器、多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、多個(gè)與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配合得電機(jī)及機(jī)床，多個(gè)所述電機(jī)設(shè)置在所述機(jī)床的不同方向，連接并控制不同的機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸；多個(gè)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過數(shù)據(jù)總線與所述多軸控制器電連接，多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與多個(gè)所述電機(jī)一一對應(yīng)地電連接，通過所述多軸控制器控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述機(jī)床運(yùn)行。
[0008]優(yōu)選地，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)設(shè)置有用于生成曲線數(shù)據(jù)的曲線函數(shù)發(fā)生器。
[0009]本發(fā)明還提供一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的加工方法，包括以下步驟:
[0010]a)通過圖形界面做好加工圖，或者導(dǎo)入外部CAD圖；
[0011]b)對所述加工圖或CAD圖進(jìn)行曲線分析，提取所述加工圖或CAD圖中的特征；
[0012]c)加入機(jī)床數(shù)據(jù)，與步驟b中提取的特征進(jìn)行綜合運(yùn)算，得到最后綜合曲線；[0013]d)把所述最后綜合曲線進(jìn)行多軸分解，得到每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0014]e)將所述獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)據(jù)分別發(fā)送到各軸的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上，并發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)；
[0015]f)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)接收到的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)據(jù)和提取到的同步時(shí)鐘信號(hào)生成曲線數(shù)據(jù)；
[0016]g)將所述曲線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為精密速度曲線和加速度參數(shù)；
[0017]h)使用生成的所述精密速度曲線進(jìn)行電機(jī)速度實(shí)時(shí)控制；
[0018]i)多個(gè)電機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)軌跡組成機(jī)床空間的最終加工曲線，完成加工。
[0019]優(yōu)選地，所述b步驟中所述特征包括直線、圓弧、橢圓、拋物線、雙曲線、漸開線和樣條曲線。
[0020]優(yōu)選地，所述機(jī)床數(shù)據(jù)包括機(jī)床零點(diǎn)、絲桿軸傳動(dòng)比例及刀具半徑。
[0021]進(jìn)一步，所述最后綜合曲線的函數(shù)表達(dá)式如下:
[0022]e(t)=f(t)*AxialScale+ZeroOffset+c(t)^CutterRadius
[0023]式中:e(t)為最后綜合曲線；
[0024]f(t)為目標(biāo)曲線；
[0025]c (t)為刀具補(bǔ)償函數(shù)；
[0026]AxialScale為絲桿軸傳動(dòng)比例；
[0027]ZeroOffset 為機(jī)床零點(diǎn)；
[0028]CutterRadius 為刀具半徑。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明采用空間分解的方式，把幾個(gè)軸的數(shù)據(jù)獨(dú)立出來，可以達(dá)到更多軸的聯(lián)動(dòng)；多軸控制器跟電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分開獨(dú)立運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算，比中央控制方式的串聯(lián)運(yùn)算速度更高，反應(yīng)更快；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部產(chǎn)生的函數(shù)曲線數(shù)據(jù)，比脈沖方式的更加精準(zhǔn)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部生成最終的速度曲線，采用實(shí)時(shí)速度控制，多軸合成的軌跡比脈沖方式有更高平滑度；能高效實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲線的插補(bǔ)，如橢圓，拋物線，漸開線，樣條曲線等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的原理方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)及其加工方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0032]本發(fā)明提出的一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，包括多軸控制器、多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、多個(gè)與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配合得電機(jī)及機(jī)床，多個(gè)所述電機(jī)設(shè)置在所述機(jī)床的不同方向，連接并控制不同的機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸；多個(gè)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過數(shù)據(jù)總線與所述多軸控制器電連接，多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與多個(gè)所述電機(jī)一一對應(yīng)地電連接，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)設(shè)置有用于生成曲線數(shù)據(jù)的曲線函數(shù)發(fā)生器；通過所述多軸控制器控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述機(jī)床運(yùn)行。
[0033]本發(fā)明還提供一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的加工方法，包括以下步驟:
[0034]a)通過圖形界面做好加工圖，或者導(dǎo)入外部CAD圖，完成加工信息的導(dǎo)入；[0035]b)對所述加工圖或CAD圖進(jìn)行曲線分析，提取所述加工圖或CAD圖中的特征，如直線、圓弧、橢圓、拋物線、雙曲線、漸開線和樣條曲線等；
[0036]c)加入機(jī)床數(shù)據(jù)，與步驟b中提取的特征進(jìn)行綜合運(yùn)算，得到最后綜合曲線；所述機(jī)床數(shù)據(jù)包括機(jī)床零點(diǎn)、絲桿軸傳動(dòng)比例及刀具半徑等數(shù)據(jù)，所述最后綜合曲線的函數(shù)表達(dá)式如下:
[0037]e(t)=f(t)*AxialScale+ZeroOffset+c(t)^CutterRadius
[0038]式中:e(t)為最后綜合曲線；
[0039]f(t)為目標(biāo)曲線；
[0040]c(t)為刀具補(bǔ)償函數(shù)，與刀具半徑及目標(biāo)曲線在t點(diǎn)的切線角度有關(guān)；
[0041]AxialScale為絲桿軸傳動(dòng)比例；
[0042]ZeroOffset 為機(jī)床零點(diǎn)；
[0043]CutterRadius 為刀具半徑；
[0044]d)把所述最后綜合曲線進(jìn)行多軸分解，得到每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)據(jù)；如三軸圓弧分解，X2+Y2+Z2=R2,分解成 X=R*cos (t) *cos (T)，Y=R*cos (t) *sin (T)，Z=R*sin (t)；
[0045]e)將分解后的所述獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)據(jù)分別發(fā)送到各軸的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上，并發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)；
[0046]f)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)接收到的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)據(jù)和提取到的同步時(shí)鐘信號(hào)生成曲線數(shù)據(jù)；
[0047]g)將所述曲線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為精密速度曲線和加速度參數(shù)；
[0048]h)使用生成的所述精密速度曲線進(jìn)行電機(jī)速度實(shí)時(shí)控制；
[0049]i)多個(gè)電機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)軌跡組成機(jī)床空間的最終加工曲線，完成加工。
[0050]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:包括多軸控制器、多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、多個(gè)與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配合得電機(jī)及機(jī)床，多個(gè)所述電機(jī)設(shè)置在所述機(jī)床的不同方向，連接并控制不同的機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸；多個(gè)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過數(shù)據(jù)總線與所述多軸控制器電連接，多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與多個(gè)所述電機(jī)一一對應(yīng)地電連接，通過所述多軸控制器控制所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述機(jī)床運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于:所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)設(shè)置有用于生成曲線數(shù)據(jù)的曲線函數(shù)發(fā)生器。
3.一種多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的加工方法，其特征在于，包括以下步驟: a)通過圖形界面做好加工圖，或者導(dǎo)入外部CAD圖； b)對所述加工圖或CAD圖進(jìn)行曲線分析，提取所述加工圖或CAD圖中的特征； c)加入機(jī)床數(shù)據(jù)，與步驟b中提取的特征進(jìn)行綜合運(yùn)算，得到最后綜合曲線； d)把所述最后綜合曲線進(jìn)行多軸分解，得到每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)據(jù)； e)將所述獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)據(jù)分別發(fā)送到各軸的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上，并發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)； f)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)接收到的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)據(jù)和提取到的同步時(shí)鐘信號(hào)生成曲線數(shù)據(jù)； g)將所述曲線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為精密速度曲線和加速度參數(shù)； h)使用生成的所述精密速度曲線進(jìn)行電機(jī)速度實(shí)時(shí)控制； i)多個(gè)電機(jī)軸的運(yùn)動(dòng)軌跡組成機(jī)床空間的最終加工曲線,完成加工。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的加工方法，其特征在于:所述b步驟中所述特征包括直線、圓弧、橢圓、拋物線、雙曲線、漸開線和樣條曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的加工方法，其特征在于:所述機(jī)床數(shù)據(jù)包括機(jī)床零點(diǎn)、絲桿軸傳動(dòng)比例及刀具半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的加工方法，其特征在于:所述最后綜合曲線的函數(shù)表達(dá)式如下:
e(t)=f(t)*AxialScale+ZeroOffset+c(t)^CutterRadius
式中:e(t)為最后綜合曲線；
f(t)為目標(biāo)曲線；
c(t)為刀具補(bǔ)償函數(shù)； AxialScale為絲桿軸傳動(dòng)比例； ZeroOffset為機(jī)床零點(diǎn)；
CutterRadius為刀具半徑。
【文檔編號(hào)】G05B19/4097GK103926877SQ201410141648
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】葉成源 申請人:江門市新會(huì)區(qū)向日葵科技有限公司