專利名稱：一種一體化數(shù)控系統(tǒng)及一體化數(shù)控機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一體化數(shù)控系統(tǒng)及一體化數(shù)控機(jī)床。
背景技術(shù)：
目前，在機(jī)床或自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)中，如圖1所示，包括CNC(Computernumerical control，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制機(jī)床)運(yùn)動(dòng)控制器和伺服控制器，所述CNC運(yùn)動(dòng)控制器連接I/ 0 (input/output，輸入輸出端口)設(shè)備、變頻控制器和光柵尺，變頻控制器控制變頻電機(jī)運(yùn)動(dòng)，其中第二電源為CNC運(yùn)動(dòng)控制器供電，伺服控制器連接驅(qū)動(dòng)單元，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元控制伺服電機(jī)，伺服控制器通過(guò)編碼器接收伺服電機(jī)信息，第一電源為驅(qū)動(dòng)單元及伺服控制器 {共 ο本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的機(jī)床中需要幾個(gè)進(jìn)給軸，就需要幾個(gè)伺服控制器，伺服控制器與伺服電機(jī)是一一對(duì)應(yīng)的，這時(shí)CNC運(yùn)動(dòng)控制器就需要輸出幾路運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)。CNC運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)控制器之間的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)傳輸需要使用速度模擬信號(hào)線或脈沖信號(hào)線，這種傳輸導(dǎo)致信號(hào)干擾大、可靠性弱、有時(shí)延以及同步效果不好等問(wèn)題，伺服周期50us以下或者多軸聯(lián)動(dòng)控制很難實(shí)現(xiàn)，如果用光纖傳輸或總線傳輸則成本很尚ο

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中CNC運(yùn)動(dòng)控制器與伺服驅(qū)動(dòng)控制器之間的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)需要用速度模擬信號(hào)線或脈沖信號(hào)線傳輸導(dǎo)致信號(hào)干擾大以及同步效果不好的問(wèn)題，提供一種一體化數(shù)控系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種一體化數(shù)控系統(tǒng)，包括對(duì)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(dòng)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(dòng)模塊提供電源；所述控制模塊和所述驅(qū)動(dòng)模塊、I/O模塊、以及顯示模塊相連接，用于通過(guò)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(dòng)模塊發(fā)送控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)；所述控制模塊還用于采集當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息，對(duì)所述當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息進(jìn)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(jìn)行顯示；所述驅(qū)動(dòng)模塊，用于與外部電動(dòng)機(jī)相連，接收控制模塊發(fā)送的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)按照控制信號(hào)的指示運(yùn)動(dòng)；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(jìn)行顯示。一體化數(shù)控機(jī)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(gè)主軸電機(jī)、與所述一體化控制系統(tǒng)相連的至少一個(gè)伺服電機(jī)以及與伺服電機(jī)相連的編碼器。本發(fā)明提供一種一體化數(shù)控系統(tǒng)及一體化數(shù)控機(jī)床，通過(guò)將電源模塊、控制模塊、 驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊和I/O模塊集成在一個(gè)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(hào)傳輸帶來(lái)的時(shí)間消耗和信號(hào)失真，減少了信號(hào)轉(zhuǎn)換成本和信號(hào)傳輸成本，同時(shí)布局緊促，連接簡(jiǎn)單，制造方便，可靠性高，成本低。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。其中圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖；圖2顯示了本發(fā)明一體化數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3顯示了本發(fā)明一體化數(shù)控系統(tǒng)控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4顯示了本發(fā)明一體化數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例一、本發(fā)明提供一種一體化數(shù)控系統(tǒng)，如圖2所示，包括對(duì)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(dòng)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(dòng)模塊2提供電源；所述控制模塊3和所述驅(qū)動(dòng)模塊2、1/0模塊6、以及顯示模塊5相連接，用于通過(guò) 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(dòng)模塊2發(fā)送控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)；所述控制模塊3還用于采集當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息，對(duì)所述當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息進(jìn)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(jìn)行顯示；所述驅(qū)動(dòng)模塊2，用于與外部電動(dòng)機(jī)相連，接收控制模塊發(fā)送的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)按照控制信號(hào)的指示運(yùn)動(dòng)；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(jìn)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(yùn)動(dòng)控制模塊和伺服控制模塊， 所述雙核數(shù)據(jù)處理與運(yùn)動(dòng)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(dòng)模塊發(fā)送控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)；所述控制模塊還用于采集當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息。所述伺服控制與I/O模塊通過(guò)編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)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(chǎng)可編程門(mén)陣列)，優(yōu)選為賽靈思的FPGA芯片)(C3S1400A，F(xiàn)PGA進(jìn)行整個(gè)一體化系統(tǒng)的邏輯控制、 I/O處理、增量編碼器/絕對(duì)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(hào)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(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)算法，數(shù)據(jù)鎖存，最后DSP讀取手輪的步進(jìn)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(dòng)模塊。所述伺服控制與I/O模塊實(shí)現(xiàn)PLC(ftOgrammablc LogicController，可編程邏輯控制器)功能。所述雙核數(shù)據(jù)處理與運(yùn)動(dòng)控制模塊對(duì)所述當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息進(jìn)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(jìn)行顯
7J\ ο所述雙核數(shù)據(jù)處理與運(yùn)動(dòng)控制模塊優(yōu)選為T(mén)I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1. 5G處理速度的ARM CortexTM-A8RISC MPU及最高主頻為1. 5G且具有64位浮點(diǎn)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(gè)15位精度三角函數(shù)的契比雪夫運(yùn)算，滿足納米插補(bǔ)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(pán)接口、網(wǎng)絡(luò)接口、串行接口、FLASH存儲(chǔ)器接口、12C、 SPI、EMIF、PCIe等，這些也滿足數(shù)控系統(tǒng)以后擴(kuò)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(guò)內(nèi)部共享內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，增加了數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的可靠性和快速性，同時(shí)也相對(duì)降低了一些開(kāi)發(fā)難度。所述雙核數(shù)據(jù)處理與運(yùn)動(dòng)控制模塊的外部連接設(shè)備包括通信接口 RS232、鍵盤(pán)輸入、LCD (Liquid Crystal Display，液晶顯示器)、SD卡以及U盤(pán)接口。如圖4所示，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括IGBTansulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極型晶體管)驅(qū)動(dòng)芯片10和IGBT模塊11，所述IGBT驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片用于接受所述控制模塊的信號(hào)控制所述 IGBT模塊為電機(jī)供電。所述驅(qū)動(dòng)芯片優(yōu)選為英飛凌驅(qū)動(dòng)芯片2ED020I12-FI。所述電源采用380v電源輸入，控制380v電機(jī)，用戶不需要做三相功率分配可以實(shí)現(xiàn)三相平衡，而且功率因素高，節(jié)能顯著。所述驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片。由于驅(qū)動(dòng)模塊跟電機(jī)緊密相連，整流逆變的高壓，高頻可能對(duì)MCU (Micro Control Unit，微控制單元)有一定的影響，所以MCU對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制采用隔離的方式，目前選用光華禹隔1 °本發(fā)明提供一種一體化數(shù)控系統(tǒng)將電源、控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)在一個(gè)裝置內(nèi)，控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊共用一個(gè)電源，達(dá)到了資源共享的目的，雙核數(shù)據(jù)處理與運(yùn)動(dòng)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(hào)傳輸帶來(lái)的時(shí)間消耗和信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成本和信號(hào)傳輸成本，同時(shí)布局緊促，連接簡(jiǎn)單，制造方便，可靠性高，成本低。多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)模塊共用一個(gè)電源，能耗制動(dòng)的能量可以回收利用，可以節(jié)省能源。多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)模塊共用一個(gè)電源，還可以節(jié)省電源成本。實(shí)施例二，本發(fā)明一體化數(shù)控機(jī)床，包括上述的一體化數(shù)控系統(tǒng)、一體化數(shù)控機(jī)床、至少一個(gè)主軸電機(jī)、至少一個(gè)伺服電機(jī)、與伺服電機(jī)相連的編碼器，控制模塊向所述驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送控制信號(hào)控制所述主軸電機(jī)和所述伺服電機(jī)、通過(guò)編碼器采集電機(jī)信息、從I/O 模塊中接收或發(fā)送控制命令以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)床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(guò)編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息、與I/O設(shè)備接收或發(fā)送控制信號(hào)。值得一提的是，以上實(shí)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(shí)施例中，僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)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(qǐng)后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)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(duì)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(dòng)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(dòng)模塊提供電源；所述控制模塊和所述驅(qū)動(dòng)模塊、I/O模塊、以及顯示模塊相連接，用于通過(guò)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(dòng)模塊發(fā)送控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)；所述控制模塊還用于采集當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息，對(duì)所述當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息進(jìn)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(jìn)行顯示；所述驅(qū)動(dòng)模塊，用于與外部電動(dòng)機(jī)相連，接收控制模塊發(fā)送的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)按照控制信號(hào)的指示運(yùn)動(dòng)；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(jìn)行顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)模塊發(fā)送控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)；所述控制模塊還用于采集當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)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(guò)編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)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(yùn)動(dòng)控制模塊對(duì)所述當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息進(jìn)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(jìn)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(yùn)動(dòng)控制模塊的外部連接設(shè)備包括通信接口 RS232、鍵盤(pán)輸入、IXD、SD卡以及U盤(pán)接口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)模塊包括IGBT驅(qū)動(dòng)芯片和IGBT模塊，所述IGBT驅(qū)動(dòng)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(dòng)芯片用于接受所述伺服控制與I/O模塊的伺服信號(hào)控制所述IGBT模塊為電機(jī)供 H1^ ο
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(dòng)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(jī)床，其特征在于包括權(quán)1至8任意一項(xiàng)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(gè)主軸電機(jī)、與所述一體化控制系統(tǒng)相連的至少一個(gè)伺服電機(jī)以及與伺服電機(jī)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(jī)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(guò)編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息、與I/O設(shè)備接收或發(fā)送控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種一體化數(shù)控系統(tǒng)及一體化數(shù)控機(jī)床，包括對(duì)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(dòng)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(dòng)模塊提供電源，所述驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)電機(jī)，所述控制模塊向所述驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送控制信號(hào)控制電機(jī)、通過(guò)編碼器和光柵尺采集當(dāng)前電機(jī)位置信息和當(dāng)前工作臺(tái)位置信息、通過(guò)I/O模塊與I/O設(shè)備接收或發(fā)送控制信號(hào)、以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并向顯示模塊發(fā)送顯示信息。本發(fā)明提供一種一體化數(shù)控系統(tǒng)減少了信號(hào)傳輸帶來(lái)的時(shí)間消耗和信號(hào)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(shí)布局緊促，連接簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)G05B19/414GK102445924SQ20111045913
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
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