專利名稱：通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控旋壓機床控制系統(tǒng)，特別是一種通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)
背景技術(shù)：
目前，由于旋壓模具造價低、加工方便，所以對于產(chǎn)品(例如餐具、風機外罩、燈具等)外形經(jīng)常變化，且小批量生產(chǎn)的情況，加工過程已經(jīng)由沖壓工藝過渡到了旋壓工藝。由于旋壓工藝是針對外形較小，且經(jīng)常變化尺寸的工件產(chǎn)品，所以在加工過程中需要經(jīng)常變化加工軌跡。而且隨著工件的外形尺寸的不同，工件的加工參數(shù)也不相同，沒有固定的規(guī)律可循。現(xiàn)在使用的旋壓機床控制系統(tǒng)均由標準CNC系統(tǒng)二次開發(fā)而成，軟件的控制程序有兩種編與方式一種是手工畫出CAD刀路圖，計算X、Z插補位置，最后編與G代碼程序；第二種是CAD繪制變形曲線，采用專用編譯軟件將刀路曲線編譯成G代碼程序。中國專利公開(公告)號CN102228925A，名稱為“數(shù)控金屬旋壓機及其軟件操作方法”，公開了類似的技術(shù)方案。但在實際使用過程中CNC系統(tǒng)的多數(shù)功能不適用于旋壓機，增加了硬件設(shè)備成本。由于工件尺寸多變，所以采用以上兩種方式都需要改變CAD變形曲線，造成程序代碼經(jīng)常更換，不但增加了加工人工成本，而且使生產(chǎn)效率大大降低，所以使用標準數(shù)控系統(tǒng)并不是最佳方案。針對以上的原因，發(fā)明了數(shù)控旋壓的專用控制系統(tǒng)，只需要將工件的外輪廓和加工參數(shù)輸入系統(tǒng)，就可以自動生成加工軌跡，既節(jié)省了人為編程過程，又提高了生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)，可以自動生成產(chǎn)品的加工軌跡，實現(xiàn)產(chǎn)品加工過程全自動化。本發(fā)明提供的通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是該系統(tǒng)包括有加工操作層、控制設(shè)備層和機床設(shè)備層，其中，加工操作層與控制設(shè)備層相連，控制設(shè)備層與機床設(shè)備層相連，加工操作層由上位機的人機操作界面、數(shù)據(jù)鍵盤和控制面板組成；控制設(shè)備層由運動控制系統(tǒng)和機床主軸電機變頻器組成；機床設(shè)備層由旋壓機床上的機電執(zhí)行機構(gòu)和信號檢測機構(gòu)組成，上述上位機人機操作界面與運動控制系統(tǒng)相連，通過CANopen現(xiàn)場總線進行實時通訊，完成加工過程的實時控制。其中的運動控制系統(tǒng)由控制面板、計算機主板、多軸聯(lián)動控制卡、伺服驅(qū)動器、遠程輸入/輸出模塊、A/D模塊組成，各模塊與機床設(shè)備進行連線；上述機床設(shè)備層的機電執(zhí)行機構(gòu)包括有主軸電動機、伺服電動機、電磁閥、氣動閥，其中，主軸電機與變頻器相連，伺服電動機與伺服驅(qū)動器相連，電磁閥和氣動閥與遠程輸出模塊相連；上述機床設(shè)備層的信號檢測機構(gòu)包括有光電編碼器、接近開關(guān)、行程開關(guān)，其中，光電編碼器與電機驅(qū)動器相連，接近開關(guān)和行程開關(guān)與遠程輸入模塊相連。
所述的加工操作層中的上位機的人機操作界面由操作面板、加工參數(shù)、工件參數(shù)、對刀參數(shù)四部份組成；數(shù)據(jù)鍵盤由數(shù)字鍵、頁面左翻鍵、頁面右翻鍵、頁面光標上移鍵、頁面光標下移鍵九部份組成；控制面板經(jīng)過端子排與遠程輸入/輸出模塊相連接，控制面板上的機床操作指令經(jīng)過遠程輸入模塊，通過CANopen總線傳入運動控制卡，進行實時通訊，完成信息的雙向傳輸，實現(xiàn)機床實時控制，由控制面板的輸入信號觸發(fā)動作程序后，將輸出信號由遠程輸出模塊輸出到與之對應的機床設(shè)備層。 所述的控制設(shè)備層硬件包括X軸伺服驅(qū)動器、Z軸伺服驅(qū)動器、切邊伺服驅(qū)動器、卷邊伺服驅(qū)動器、遠程輸入模塊、遠程輸出模塊、A/D模塊、變頻器、多軸運動控制卡、計算機主板，共十部分組成，軟件部分主程序由自動生成機床走刀軌跡子程序、運動控制系統(tǒng)設(shè)備執(zhí)行子程序兩部分組成。所述的機床設(shè)備層由主軸電機、伺服電機、接近開關(guān)、行程開關(guān)、電磁閥、氣動閥、共七部份組成，伺服電機分別由對應的驅(qū)動器進行控制，走刀速度給定經(jīng)過A/D模塊將控制量送入設(shè)備執(zhí)行程序，接近開關(guān)、行程開關(guān)檢測機床的極限工作位置，將信號送入遠程輸入模塊，電磁閥、氣動閥由遠程輸出模塊控制。本發(fā)明提供的通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著的有益效果體現(xiàn)在實現(xiàn)了工件上料、加工、卸料過程的全自動化。由于硬件設(shè)備是專用運動控制系統(tǒng)，所以硬件設(shè)備連接簡單，設(shè)備造價低。工件的加工只需要將工件的尺寸輸入軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)就能夠自動生成工件的加工軌跡，并且驅(qū)動運動控制系統(tǒng)按照軌跡坐標完成工件加工過程。大大節(jié)省了人力和編輯軌跡程序耗費的時間，特別適合加工小批量、工件尺寸不定的旋壓產(chǎn)品。本發(fā)明上位機制作的人機操作界面，界面友好，可以方便加工和工藝參數(shù)的輸入，在加工過程中，操作界面將必要的機床狀態(tài)和報警狀態(tài)加以顯示。工件加工過程可以實時顯示，并且能夠?qū)崟r繪出加工軌跡圖，方便判斷加工過程。本發(fā)明的數(shù)控旋壓機的運動控制系統(tǒng)，操作方便。在控制面板上只要按下相關(guān)的按鍵，就可以在手動模式下直接進行此種加工過程。工件加工過程中，可以實時改變機床主軸和加工軌跡的走行速度，使機床的操作性更強。


圖I是通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)控制原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)控制面板示意圖。圖3是通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入鍵盤示意圖。圖4是通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)上位機操作面板界面圖。圖5是通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)上位機加工參數(shù)界面圖。圖6是通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)上位機工件參數(shù)界面圖。圖7是通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)上位機對刀參數(shù)界面圖。圖8是通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)加工程序流程圖。圖9是通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)自動生成機床走刀軌跡子程序流程圖。圖10是通用二維數(shù)控旋壓機床的運動控制系統(tǒng)設(shè)備執(zhí)行子程序流程圖。圖 I 中
加工操作層I包括顯示器(S)，數(shù)據(jù)鍵盤(t)，控制面板(h)?？刂圃O(shè)備層2包括X軸伺服驅(qū)動器(a)，Z軸伺服驅(qū)動器(b)，切邊伺服驅(qū)動器(C)，卷邊伺服驅(qū)動器(d)，遠程輸入模塊(e)，遠程輸出模塊(f)，A/D模塊(g)，變頻器(i)，多軸運動控制卡(q)，計算機主板Cr)。機床設(shè)備層3包括X軸伺服電機(j)，Z軸伺服電機(k)，切邊伺服電機(1)，卷邊伺服電機(m)，接近開關(guān)、行程開關(guān)(n)，主軸電機(O)，電磁閥、氣動閥(P)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體工件加工過程，用實施例詳細說明通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)。如圖I所示，通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)，包括有加工操作層I、控制設(shè)備層2和機床設(shè)備層3。其中，加工操作層I由上位機顯示的工作界面(S)、數(shù)據(jù)鍵盤(t)及控制面板(h)組成。上位機顯示的工作界面(S)由圖4所示的操作面板界面(Si)、圖5所示的加工參數(shù)界面(s2)、圖6所示的工件參數(shù)界面(S3)、圖7所示的對刀參數(shù)界面(s4)四部份組成。數(shù)據(jù)鍵盤(t)如圖3所示，由數(shù)字鍵(tl)、頁面左翻鍵(t2)、頁面右翻鍵(t3)、頁面光標上移鍵(t4)、頁面光標下移鍵(t5)九部份組成?？刂泼姘?h)如圖2所示，控制面板經(jīng)過端子排與遠程輸入/輸出(e/f)模塊相連接，將控制面板(h)上的機床操作指令經(jīng)過遠程輸入(e)模塊，通過CANopen總線傳入運動控制卡(q)，進行實時通訊，完成信息的雙向傳輸，實現(xiàn)機床實時控制。由控制面板的輸入信號觸發(fā)動作程序后，將輸出信號由遠程輸出(f)模塊輸出到與之對應的機床設(shè)備層3。其中，控制設(shè)備層2如圖I所示，硬件由X軸伺服驅(qū)動器(a)、Z軸伺服驅(qū)動器(b)、切邊伺服驅(qū)動器(C)、卷邊伺服驅(qū)動器(d)、遠程輸入模塊(e)、遠程輸出模塊(f)、A/D模塊(g)、變頻器(i)、多軸運動控制卡(q)、計算機主板(r)共十部分組成。加工程序流程圖，如圖8所示，加工程序由自動生成機床走刀軌跡子程序和運動控制系統(tǒng)設(shè)備執(zhí)行子程序兩部分組成。自動生成機床走刀軌跡子程序流程圖如圖9所示，運動控制系統(tǒng)設(shè)備執(zhí)行子程序流程圖如圖10所不。其中，機床設(shè)備層3如圖I所示，由主軸電機(O)、伺服電機(j、k、l、m)，接近開關(guān)、行程開關(guān)(n)，電磁閥、氣動閥(P)，共七部份組成。伺服電機分別由對應的驅(qū)動器進行控制，走刀速度給定經(jīng)過A/D模塊(g)將控制量送入設(shè)備執(zhí)行程序，完成改變走刀實時速度的作用。接近開關(guān)、行程開關(guān)(n)檢測機床的極限工作位置，將信號送入遠程輸入模塊(e)，實現(xiàn)保護和加工過程切換條件的作用。電磁閥、氣動閥(P)由遠程輸出模塊(f)控制。通過點擊控制面板(h)啟動/停止按 鈕，控制數(shù)控旋壓機運動控制系統(tǒng)通電/斷電。開啟數(shù)控旋壓機運動控制系統(tǒng)后，上位機的控制面板界面(Si)就會顯示系統(tǒng)所有設(shè)備的初始化情況，確認無誤后，按下(t3)鍵切換到加工參數(shù)(s2)界面，將加工過程的工藝參數(shù)通過數(shù)據(jù)鍵盤(t)輸入到界面的參數(shù)輸入框內(nèi)。按下(t3)鍵切換到工件參數(shù)(s3)界面，將工件的尺寸參數(shù)通過數(shù)據(jù)鍵盤(t)輸入到界面的參數(shù)輸入框內(nèi)。按下數(shù)據(jù)鍵盤的預讀數(shù)據(jù)鍵后，自動生成加工刀路圖。然后在對刀參數(shù)界面(s4)開始對刀，確定加工過程的初始坐標。確認無誤后，通過控制面板使機床設(shè)備開始運行。
控制系統(tǒng)主要有手動/自動兩種工作模式。在手動工作模式下，通過點擊面板上按鍵控制機床的各種工作過程，并且處于何種工作過程都會由相應按鍵上方的指示燈顯示，手動模式用于設(shè)備調(diào)試及機床檢修在自動工作模式下，按下程序循環(huán)按鈕，機床開始按照刀路軌跡進行自動加工過程，直到工件加工完畢，無需進行數(shù)控編程；機床設(shè)備動作主要由設(shè)備執(zhí)行程序控制，走刀軌跡程序?qū)⒆咝星€坐標送入設(shè)備執(zhí)行程序后，設(shè)備執(zhí)行程序操作多軸運動控制卡(q)，將插補指令送入X和Z(a、b)伺服驅(qū)動器，控制X和Z(j、k)伺服電機完成曲線運動過程。設(shè)備執(zhí)行程序輸出信號送入切邊和卷邊伺服驅(qū)動器(C、d)，分別控制兩臺伺服電機(l、m)帶動切邊和卷邊刀臺做單軸直線運動。按下程序保持按鈕時，程序和機床處于暫停狀態(tài)，當按下程序循環(huán)按鈕后，機床繼續(xù)工作。當出現(xiàn)緊急情況時，直接按下急停按鈕，機床系統(tǒng)全部斷電?？刂泼姘迳嫌袃蓚€速度控制電位計，一個是主軸調(diào)速電位計，完成主軸電機速度的調(diào)節(jié)；另一個是走刀調(diào)速電位計，完成旋壓刀加工速度的實時調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)走刀速度的信號送入AD模塊(g)，通過CANopen總線傳入運動控制卡(q);無論是手動還是自動模式，兩個電位計都可以隨時調(diào)節(jié)主軸和走刀的速度。主軸轉(zhuǎn)速由一個五位的LED轉(zhuǎn)速表實時顯示。全部加工過程的各個電磁閥、氣動閥(P)的動作都由設(shè)備執(zhí)行程序按照加工過程自動控制。
權(quán)利要求
1.一種通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括有加工操作層、控制設(shè)備層和機床設(shè)備層，其中，加工操作層與控制設(shè)備層相連，控制設(shè)備層與機床設(shè)備層相連，加工操作層由上位機的人機操作界面、數(shù)據(jù)鍵盤和控制面板組成；控制設(shè)備層由運動控制系統(tǒng)和機床主軸電機變頻器組成；機床設(shè)備層由旋壓機床上的機電執(zhí)行機構(gòu)和信號檢測機構(gòu)組成，上述上位機人機操作界面與運動控制系統(tǒng)相連，通過CANopen現(xiàn)場總線進行實時通訊，完成加工過程的實時控制，其中的運動控制系統(tǒng)由控制面板、計算機主板、多軸聯(lián)動控制卡、伺服驅(qū)動器、遠程輸入/輸出模塊、A/D模塊組成，各模塊與機床設(shè)備進行連線；上述機床設(shè)備層的機電執(zhí)行機構(gòu)包括有主軸電動機、伺服電動機、電磁閥、氣動閥，其中，主軸電機與變頻器相連，伺服電動機與伺服驅(qū)動器相連，電磁閥和氣動閥與遠程輸出模塊相連；上述機床設(shè)備層的信號檢測機構(gòu)包括有光電編碼器、接近開關(guān)、行程開關(guān)，其中，光電編碼器與電機驅(qū)動器相連，接近開關(guān)和行程開關(guān)與遠程輸入模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)，其特征在于加工操作層中的上位機的人機操作界面由操作面板、加工參數(shù)、工件參數(shù)、對刀參數(shù)四部份組成；數(shù)據(jù) 鍵盤由數(shù)字鍵、頁面左翻鍵、頁面右翻鍵、頁面光標上移鍵、頁面光標下移鍵九部份組成；控制面板經(jīng)過端子排與遠程輸入/輸出模塊相連接，控制面板上的機床操作指令經(jīng)過遠程輸入模塊，通過CANopen總線傳入運動控制卡,進行實時通訊，完成信息的雙向傳輸，實現(xiàn)機床實時控制，由控制面板的輸入信號觸發(fā)動作程序后，將輸出信號由遠程輸出模塊輸出到與之對應的機床設(shè)備層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)，其特征在于所說的控制設(shè)備層硬件包括X軸伺服驅(qū)動器、Z軸伺服驅(qū)動器、切邊伺服驅(qū)動器、卷邊伺服驅(qū)動器、遠程輸入模塊、遠程輸出模塊、A/D模塊、變頻器、多軸運動控制卡、計算機主板，共十部分組成，軟件部分主程序由自動生成機床走刀軌跡子程序、運動控制系統(tǒng)設(shè)備執(zhí)行子程序兩部分組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)，其特征在于所說的機床設(shè)備層由主軸電機、伺服電機、接近開關(guān)、行程開關(guān)、電磁閥、氣動閥、共七部份組成，伺服電機分別由對應的驅(qū)動器進行控制，走刀速度給定經(jīng)過A/D模塊將控制量送入設(shè)備執(zhí)行程序，接近開關(guān)、行程開關(guān)檢測機床的極限工作位置，將信號送入遠程輸入模塊，電磁閥、氣動閥由遠程輸出模塊控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通用二維數(shù)控旋壓機床的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有加工操作層、控制設(shè)備層和機床設(shè)備層，其中，加工操作層與控制設(shè)備層相連，控制設(shè)備層與機床設(shè)備層相連，加工操作層由上位機的人機操作界面、數(shù)據(jù)鍵盤和控制面板組成；控制設(shè)備層由運動控制系統(tǒng)和機床主軸電機變頻器組成；機床設(shè)備層由旋壓機床上的機電執(zhí)行機構(gòu)和信號檢測機構(gòu)組成。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，實現(xiàn)了工件上料、加工、卸料過程的全自動化。硬件設(shè)備連接簡單，設(shè)備造價低。該系統(tǒng)特別適合加工小批量、工件尺寸不定的旋壓產(chǎn)品。
文檔編號B21D22/14GK102615161SQ20121011818
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者周建洪, 張玉龍, 張輝, 沈鵬, 韓明波 申請人:遼寧科技大學