專利名稱：一種數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控機床控制領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
數(shù)控加工中心的刀庫和數(shù)控機床的刀架(刀塔)是很普遍使用的數(shù)控子系統(tǒng)，用 于變換刀架位置切換不同的刀架以完成車、銑、鉆等工藝過程。目前數(shù)控刀架的控制架構(gòu)主要為數(shù)控上位機、刀架控制器和伺服驅(qū)動器組合進行控制。由數(shù)控上位機根據(jù)換刀指令計算路徑并發(fā)出脈沖形式的外部位置指令給刀架控制器，由刀架控制器控制伺服驅(qū)動器完成刀架定位。由數(shù)控上位機直接控制刀架控制器，需在數(shù)控上位機中編輯程序，操作繁瑣，不便于維護，接線繁瑣。使用刀架控制器的架構(gòu)，刀架控制器增加了硬件成本。并且數(shù)控上位機和刀架控制器采用脈沖形式的外部位置指令控制伺服驅(qū)動器，會有丟失或增加脈沖的情況，容易造成累計誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有數(shù)控刀架的控制架構(gòu)中數(shù)控上位機以脈沖形式發(fā)送外部位置指令控制伺服驅(qū)動器容易丟失或增加脈沖的缺陷，提供一種數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)和方法，數(shù)控上位機將換刀指令發(fā)送給伺服驅(qū)動器，由伺服驅(qū)動器對路徑進行計算，并通過刀架彈出收回機構(gòu)直接對刀架進行控制。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，包括數(shù)控上位機、伺服驅(qū)動器、刀架彈出收回機構(gòu)、伺服電機和刀架裝置；其中，所述數(shù)控上位機通過輸入輸出端口發(fā)送換刀指令，所述換刀指令包括指定刀架的目標位置；所述伺服驅(qū)動器在接收換刀指令后被觸發(fā)，根據(jù)刀架的當前位置和目標位置計算出刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離，并生成刀架彈出指令發(fā)送給刀架彈出收回機構(gòu)控制刀架彈出；伺服驅(qū)動器在控制刀架彈出后根據(jù)已經(jīng)計算出的刀架需要轉(zhuǎn)動的方向和距離生成電機控制信號給伺服電機控制刀架轉(zhuǎn)動走位至目標位置；伺服驅(qū)動器在刀架轉(zhuǎn)動到目標位置后發(fā)送刀架收回指令控制刀架彈出收回機構(gòu)收回刀架。在根據(jù)本發(fā)明所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，所述伺服驅(qū)動器進一步包括路徑計算模塊，刀架控制模塊以及電機控制模塊；所述路徑計算模塊，用于接收換刀啟動指令后根據(jù)刀架的當前位置和目標位置計算出刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離；所述刀架控制模塊，用于發(fā)送刀架彈出指令給刀架彈出收回機構(gòu)控制刀架彈出，并在刀架彈出到位后發(fā)送彈出到位信號給所述電機控制模塊，并在接收電機轉(zhuǎn)動到位信號后生成刀架收回指令控制刀架彈出收回機構(gòu)收回刀架；
所述電機控制模塊，用于在接收彈出到位信號后根據(jù)計算出的刀架需要轉(zhuǎn)動的方向和距離生成電機控制信號，并發(fā)送給伺服電機控制刀架轉(zhuǎn)動走位，并在刀架轉(zhuǎn)動到目標位置后發(fā)送電機轉(zhuǎn)動到位信號給刀架控制模塊。在根據(jù)本發(fā)明所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括刀架彈出傳感器，用于檢測刀架彈出的位置是否到達彈出極限位置；所述伺服驅(qū)動器的刀架控制模塊根據(jù)所述刀架彈出傳感器的檢測結(jié)果，在到達彈出極限位置時發(fā)送彈出到位信號，在沒有到達彈出極限位置時控制刀架繼續(xù)彈出。在根據(jù)本發(fā)明所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括刀架收回傳感器，用于檢測刀架收回的位置是否到收回極限位置；所述伺服驅(qū)動器的刀架控制模塊根據(jù)所述刀架收回傳感器的檢測結(jié)果，在沒有到達收回極限位置時控制刀架繼續(xù)收回，在已經(jīng)到達收回極限位置時生成收回到位信號，并將刀架的當前位置反饋給數(shù)控上位機。在根據(jù)本發(fā)明所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，所述伺服驅(qū)動器還包括一致信號反饋模塊，用于在路徑計算模塊接收到換刀啟動指令后將刀架的一致信號設(shè)定為無效并發(fā)送給數(shù)控上位機，并在接收刀架控制模塊生成的收回到位信號后將刀架的一致信號設(shè)定為有效并發(fā)送給數(shù)控上位機以激活該刀架。在根據(jù)本發(fā)明所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，所述路徑計算模塊根據(jù)伺服電機的編碼器的反饋獲取刀架的當前位置的絕對坐標，并根據(jù)刀架的目標位置的絕對坐標與當前位置的絕對坐標計算出最短路徑的刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離。本發(fā)明還相應(yīng)提供了一種數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法，包括以下步驟SI、數(shù)控上位機通過輸入輸出端口發(fā)送換刀指令，所述換刀指令包括指定刀架的目標位置；S2、伺服驅(qū)動器在接收換刀指令后被觸發(fā)，根據(jù)刀架的當前位置和目標位置計算出刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離；S3、伺服驅(qū)動器發(fā)送刀架彈出指令給刀架彈出收回機構(gòu)控制刀架彈出；S4、伺服驅(qū)動器根據(jù)刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離生成電機控制信號，并發(fā)送給伺服電機控制刀架轉(zhuǎn)動走位至目標位置；S5、伺服驅(qū)動器生成刀架收回指令控制刀架彈出收回機構(gòu)收回刀架。在根據(jù)本發(fā)明所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法中所述步驟S3和步驟S4之間還包括步驟S3’ 伺服驅(qū)動器通過刀架彈出傳感器檢測刀架彈出的位置是否到達彈出極限位置，到位則執(zhí)行步驟S4，否則返回步驟S3控制刀架繼續(xù)彈出；所述步驟S5之后還包括步驟S5’ 伺服驅(qū)動器通過刀架收回傳感器檢測刀架收回的位置是否到達收回極限位置，到位則操作完成并將刀架的當前位置反饋給數(shù)控上位機，否則返回步驟S5控制刀架繼續(xù)收回。在根據(jù)本發(fā)明所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法中，所述步驟S2中所述伺服驅(qū)動器在被觸發(fā)后將刀架的一致信號設(shè)定為無效并發(fā)送給數(shù)控上位機；所述步驟S5’中伺服驅(qū)動器通過刀架收回傳感器檢測刀架收回的位置到達收回極限位置后將刀架的一致信號設(shè)定為有效并發(fā)送給數(shù)控上位機以激活該刀架。在根據(jù)本發(fā)明所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法中，所述步驟S2中伺服驅(qū)動器根據(jù)伺服電機的編碼器的反饋獲取刀架的當前位置的絕對坐標，并根據(jù)刀架的目標位置的絕對坐標與當前位置的絕對坐標計算出最短路徑的刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離。實施本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)和方法，具有以下有益效果本發(fā)明中伺服驅(qū)動器通過直接接收換刀指令產(chǎn)生內(nèi)部位置指令，而不是接收數(shù)控上位機產(chǎn)生的脈沖形式的指令或模擬量形式等類型的外部指令，避免了容易丟脈沖指令導(dǎo)致定位不準的情況發(fā)生；此外，省掉了刀架控制器節(jié)約了成本，減少了數(shù)控上位機的接口和編程量。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖I為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的第一實施例的模塊框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的第二實施例的模塊框圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的最短路徑規(guī)劃的刀位示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的伺服電機位置指令示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法的第一實施例的流程圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法的第二實施例的流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。請參閱圖1，為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的第一實施例的模塊框圖。如圖I所示，該實施例提供的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)包括刀架裝置10、數(shù)控上位機20、伺服驅(qū)動器30、刀架彈出收回機構(gòu)40和伺服電機50。其中，本發(fā)明的刀架裝置10可以是各類機床或加工中心使用的刀架，刀架裝置10包括多個刀架，每個刀架按照順序編有刀號。數(shù)控上位機20可以通過輸入輸出端口發(fā)送換刀指令，該換刀指令包括指定刀架的目標位置。例如，用戶可以通過數(shù)控上位機20輸入刀架的刀號以轉(zhuǎn)動該刀架，并設(shè)置刀架需要轉(zhuǎn)動的目標位置。數(shù)控上位機20可以是各類機床或加工中心，通過數(shù)字I/O接口與伺服驅(qū)動器30通訊，向其發(fā)送換刀啟動指令并接收反饋數(shù)據(jù)。數(shù)控上位機20通過可以有多種形式，可以通過幾個I/O接口告知伺服驅(qū)動器30指定刀架的刀號，也可以定義一、兩個I/O告知伺服驅(qū)動器30指定刀架的刀號需增加或減少40伺服驅(qū)動器30在接收換刀指令后被觸發(fā)，根據(jù)換刀指令中刀架的當前位置和目標位置計算出刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離。伺服驅(qū)動器30在規(guī)劃好路線后，生成刀架彈出指令發(fā)送給刀架彈出收回機構(gòu)40。刀架彈出收回機構(gòu)40可以是液壓或者電氣驅(qū)動方式，使刀架具有彈出和收回功能。刀架彈出收回機構(gòu)40在接收刀架彈出指令后控制刀架彈出。伺服驅(qū)動器30在控制刀架彈出后根據(jù)已經(jīng)計算出的刀架需要轉(zhuǎn)動的方向和距離生成電機控制信號，并發(fā)送給伺服電機50控制刀架轉(zhuǎn)動走位，以轉(zhuǎn)動到目標位置。伺服電機50可以采用永磁交流伺服電機，也可以用異步電機。伺服電機50具有編碼器，可以采用光電增量編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或總線式編碼器。伺服驅(qū)動器30在初始時處于待機狀態(tài)，即伺服電機50處于不受伺服驅(qū)動器30控制的狀態(tài)，同時，刀架彈出收回機構(gòu)40使刀架處于收回狀態(tài)。伺服驅(qū)動器30在接收換刀指令后被觸發(fā)，即進入控制伺服電機50的狀態(tài)。伺服驅(qū)動器30在刀架轉(zhuǎn)動到目標位置后發(fā)送刀架收回指令，控制刀架彈出收回機構(gòu)40收回刀架。刀架在彈出狀態(tài)時，可隨著伺服電機50傳動而自由轉(zhuǎn)動，刀架在收回后，具有機械鎖緊功能，以保證加工時，刀架加工工件時不會晃動。在本發(fā)明中，伺服驅(qū)動器30為核心單元，是有可編程能力的嵌入式系統(tǒng)，可驅(qū)動伺服電機50，具有數(shù)字I/O接口，還可以配置人機交互用的鍵盤和LED顯示。請參閱圖2，為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的第二實施例的模塊框圖。如圖2所示，第二實施例提供的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)與第一實施例相似，也包括與上述功能相同的刀架裝置10、數(shù)控上位機20、伺服驅(qū)動器30、刀架彈出收回機構(gòu)40和伺服電機50。在第二實施例中，伺服驅(qū)動器30進一步包括路徑計算模塊31、刀架控制模塊32和電機控制模塊33。其中，路徑計算模塊31與數(shù)控上位機20相連，用于接收數(shù)控上位機20發(fā)送的換刀啟動指令后根據(jù)刀架的當前位置和目標位置計算出刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離。刀架控制模塊32與路徑計算模塊31相連，用于生成刀架彈出指令發(fā)送給刀架彈出收回機構(gòu)40控制刀架彈出，并在彈出到位后發(fā)送彈出到位信號給電機控制模塊33。電機控制模塊33與路徑計算模塊31和刀架控制模塊32相連，用于在接收彈出到位信號后根據(jù)計算出的刀架需要轉(zhuǎn)的方向和距離生成電機控制信號，并發(fā)送給伺服電機50控制刀架轉(zhuǎn)動，并在轉(zhuǎn)動到位即刀架轉(zhuǎn)動到目標位置時發(fā)送電機轉(zhuǎn)動到位信號給刀架控制模塊32。刀架控制模塊32在接收電機控制模塊33反饋的電機轉(zhuǎn)動到位信號后控制刀架彈出收回機構(gòu)40收回刀架。在本發(fā)明中，還可以通過設(shè)置刀架彈出傳感器60來判斷刀架彈出是否到位。刀架彈出傳感器60可以安裝于機床機架上，可以檢測刀架彈出的位置是否到達彈出極限位置。伺服驅(qū)動器30的刀架控制模塊32根據(jù)刀架彈出傳感器60的檢測結(jié)果，在刀架移動到彈出極限位置時發(fā)送彈出到位信號，在沒有到達彈出極限位置時控制刀架繼續(xù)彈出。該刀架彈出傳感器60可以是測距儀、限位開關(guān)、接觸開關(guān)等。在本發(fā)明中，還可以通過設(shè)置刀架收回傳感器70來判斷刀架收回是否到位。刀架收回傳感器70可以安裝于機床機架上，可以檢測刀架收回的位置是否到收回極限位置，伺服驅(qū)動器30的刀架控制模塊32根據(jù)刀架收回傳感器70的檢測結(jié)果，在檢測刀架已經(jīng)到達收回極限位置時發(fā)送收回到位信號，在沒有到達收回極限位置時控制刀架繼續(xù)收回。刀架控制模塊32在判斷刀架收回到位后，將刀架的當前位置反饋給數(shù)控上位機20。伺服驅(qū)動器30內(nèi)部轉(zhuǎn)為待機狀態(tài)。等待下一次數(shù)控上位機20的換刀指令。該刀架收回傳感器70也可以是測距儀、限位開關(guān)、接觸開關(guān)等。在本發(fā)明中，伺服電機50還可以配套減速箱80使用，可以為任意形式的減速機構(gòu)，以控制刀架的轉(zhuǎn)速。在本發(fā)明中，伺服驅(qū)動器30還可以包括一致信號反饋模塊，與路徑計算模塊31和數(shù)控上位機20連接，用于在路徑計算模塊31接收到換刀啟動指令后將刀架的一致信號設(shè)定為無效并發(fā)送給數(shù)控上位機20，以告知數(shù)控上位機20目前該刀號的刀架正在運轉(zhuǎn)。一致信號反饋模塊還在接收刀架控制模塊32生成的收回到位信號后將刀架的一致信號設(shè)定為有效并發(fā)送給數(shù)控上位機20，以告知數(shù)控上位機20該刀號的刀架運轉(zhuǎn)完畢。在本發(fā)明中，伺服驅(qū)動器30的路徑計算模塊31主要根據(jù)伺服電機50的編碼器的反饋獲取刀架的當前位置的絕對坐標，并根據(jù)刀架的目標位置的絕對坐標與當前位置的絕對坐標計算出最短路徑的刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離，其具體計算如下所述。刀架的當前位置和目標位置均可以采用刀位來表示。伺服驅(qū)動器30根據(jù)電機轉(zhuǎn)動時編碼器的反饋，對伺服電機50的當前刀位絕對坐標進行計算，絕對坐標單位為脈沖。根據(jù)當前刀位的絕對坐標和目標刀位絕對坐標,可計算出按順時針或逆時針方向路徑哪種更短，提高效率。舉例如下，請參閱圖3，刀架共12個刀位，第I刀位絕對坐標為0，逆時針刀位依次排列，且絕對坐標增加。設(shè)當前刀位為第4刀位，若目標刀位為第12刀位，則計算得出，若逆時針需移動110000-30000 = 80000個脈沖，若順時針需移動120000-110000+30000= 40000個脈沖。顯然，順時針轉(zhuǎn)動40000個脈沖為最短路徑。絕對坐標范圍與刀位個數(shù)、編碼器線數(shù)、從電機到刀架的減速比有關(guān)。但通常定義第I刀位的絕對坐標為O。伺服驅(qū)動器30的路徑計算模塊31在計算出轉(zhuǎn)動的方向和距離后，電機控制模塊根據(jù)該計算出的轉(zhuǎn)動的方向和距離規(guī)劃出tl t4時間內(nèi)，伺服電機50需執(zhí)行的位置指令，如圖4所示。位置指令與時間的總面積為伺服電機50需轉(zhuǎn)動的距離，tl t2為加速時間，t3 t4為減速時間，t2 t3為勻速時間，t2 t3勻速時的位置指令大小，均可靈活設(shè)定，以使伺服電機50轉(zhuǎn)動的流暢沖擊小。此外，本發(fā)明的伺服驅(qū)動器30還具有伺服電機位置絕對坐標計算和記憶的功能。在刀架安裝完畢后，約定在I號刀位時，通過I/o輸入點或鍵盤設(shè)定的方式，將伺服驅(qū)動器30內(nèi)的伺服電機位置絕對坐標清O。此后，根據(jù)伺服電機旋轉(zhuǎn)時編碼器的反饋計算出伺服電機的絕對位置。并且在機床斷電后，該伺服電機位置絕對坐標、當前刀位被記入伺服驅(qū)動器30內(nèi)，在下次上電時，伺服電機位置絕對坐標和當前刀位被讀出。請參閱圖5，為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法的第一實施例的流程圖。如圖5所示，該實施例提供的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法包括以下步驟首先，在步驟SI中，數(shù)控上位機通過輸入輸出端口發(fā)送換刀指令，所述換刀指令包括指定刀架的目標位置。本發(fā)明的刀架裝置可以是各類機床或加工中心使用的刀架，刀架裝置包括多個刀架，每個刀架按照順序編有刀號。用戶可以通過數(shù)控上位機輸入刀架的刀號以轉(zhuǎn)動該刀架，并設(shè)置刀架需要轉(zhuǎn)動的目標位置。數(shù)控上位機可以是各類機床或加工中心，通過數(shù)字1/o接口與伺服驅(qū)動器通訊，向其發(fā)送換刀啟動指令并接收反饋數(shù)據(jù)。隨后，在步驟S2中，伺服驅(qū)動器在接收換刀指令后被觸發(fā)，根據(jù)刀架的當前位置和目標位置計算出刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離。該步驟中計算的具體過程與本發(fā)明中數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的具體過程的描述一致。隨后，在步驟S3中，伺服驅(qū)動器發(fā)送刀架彈出指令給刀架彈出收回機構(gòu)控制刀架彈出。刀架彈出收回機構(gòu)可以是液壓或者電氣驅(qū)動方式，使刀架具有彈出和收回功能。隨后，在步驟S4中，伺服驅(qū)動器根據(jù)刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離生成電機控制信號，并發(fā)送給伺服電機控制刀架轉(zhuǎn)動走位，以轉(zhuǎn)動到目標位置。伺服電機可以采用永磁交流伺服電機，也可以用異步電機。伺服驅(qū)動器在初始時處于待機狀態(tài)，即伺服電機處于不受伺服驅(qū)動器控制的狀態(tài)，同時，刀架彈出收回機構(gòu)使刀架處于收回狀態(tài)。伺服驅(qū)動器在接收換刀指令后被觸發(fā)，即進入控制伺服電機的狀態(tài)。該步驟中控制伺服電機的具體過程與本發(fā)明中數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)的具體過程的描述一致。
最后，在步驟S5中，伺服驅(qū)動器生成刀架收回指令控制刀架彈出收回機構(gòu)收回刀架。刀架裝置中的刀架在彈出狀態(tài)時，可隨著伺服電機傳動而自由轉(zhuǎn)動，刀架裝置中的刀架在收回后，具有機械鎖緊功能，以保證加工時，刀架加工工件時不會晃動。請參閱圖6，為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法的第二實施例的流程圖。如圖6所示，第二實施例提供的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法與第一實施例相似，包括以下步驟首先，在步驟SI中，數(shù)控上位機通過輸入輸出端口發(fā)送換刀指令，所述換刀指令包括指定刀架的目標位置。該步驟與第一實施例中步驟Si相同。隨后，在步驟S2中，伺服驅(qū)動器在接收換刀指令后被觸發(fā)，根據(jù)刀架的當前位置和目標位置計算出刀架需要轉(zhuǎn)動的方向和距離。該步驟與第一實施例中步驟S2相似，還可以將刀架的一致信號設(shè)定為無效并發(fā)送給數(shù)控上位機，以告知數(shù)控上位機目前該刀號的刀架正在運轉(zhuǎn)。隨后，在步驟S3中，伺服驅(qū)動器發(fā)送刀架彈出指令給刀架彈出收回機構(gòu)控制刀架彈出。該步驟與第一實施例中步驟S3相同。隨后，在步驟S3’中，伺服驅(qū)動器通過刀架彈出傳感器檢測刀架彈出的位置是否到達彈出極限位置，到位則執(zhí)行步驟S4，否則返回步驟S3控制刀架繼續(xù)彈出。刀架彈出傳感器可以安裝于機床機架上，可以檢測刀架彈出的位置是否到達彈出極限位置。該刀架彈出傳感器可以是測距儀、限位開關(guān)、接觸開關(guān)等。隨后，在步驟S4中，伺服驅(qū)動器根據(jù)已經(jīng)計算出的刀架需要轉(zhuǎn)動的方向和距離生成電機控制信號，并發(fā)送給伺服電機控制刀架轉(zhuǎn)動走位。該步驟與第一實施例中步驟S4相同。隨后，在步驟S5中，伺服驅(qū)動器生成刀架收回指令控制刀架彈出收回機構(gòu)收回刀架。該步驟與第一實施例中步驟S5相同。隨后，在步驟S5’中，伺服驅(qū)動器通過刀架收回傳感器檢測刀架收回的位置是否到達收回極限位置，到位則轉(zhuǎn)步驟S6，否則返回步驟S5控制刀架繼續(xù)收回。刀架收回傳感器可以安裝于機床機架上，可以檢測刀架收回的位置是否到收回極限位置。該刀架收回傳感器也可以是測距儀、限位開關(guān)、接觸開關(guān)等。最后，在步驟S6中，伺服驅(qū)動器將刀架的當前位置反饋給數(shù)控上位機。該步驟中還可以將刀架的一致信號設(shè)定為有效并發(fā)送給數(shù)控上位機，以告知數(shù)控上位機該刀號的刀架運轉(zhuǎn)完畢。隨后，伺服驅(qū)動器內(nèi)部轉(zhuǎn)為待機狀態(tài)。等待下一次數(shù)控上位機的換刀指令。綜上所述，本發(fā)明的方案結(jié)構(gòu)簡單，使用伺服驅(qū)動器作為刀架控制的核心單元，省掉了刀架控制器節(jié)約成本，減少了數(shù)控上位機的接口和編程量。伺服驅(qū)動器是通過直接接收數(shù)字信號產(chǎn)生內(nèi)部位置指令，而不是接收數(shù)控上位機產(chǎn)生的脈沖形式的指令或模擬量形式等類型的外部指令，避免了容易丟脈沖指令導(dǎo)致定位不準的情況發(fā)生，并且運用內(nèi)部位置指令，加減速時間設(shè)置更加靈活，方便調(diào)試且指令無誤差。此外，伺服驅(qū)動器既能完成路徑的最短規(guī)劃又直接控制伺服電機完成刀架的定位，也間接控制了刀架的彈出和收回，使整個流程快速流暢，沒有等待時間，因而效率很高。本發(fā)明是根據(jù)特定實施例進行描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白在不脫離本發(fā).明范圍時，可進行各種變化和等同替換。此外，為適應(yīng)本發(fā)明技術(shù)的特定場合或材料，可對本發(fā)明進行諸多修改而不脫離其保護范圍。例如，伺服驅(qū)動器可用變頻器等其它驅(qū)動電機的設(shè)備替換，被控電機可以是所有類型的電機。伺服驅(qū)動器與數(shù)控上位機的信息交換可以采用數(shù)字I/o實現(xiàn)，也可用采用其它數(shù)字通訊方式實現(xiàn)。刀架彈出收回機構(gòu)也可以由數(shù)控上位機直接控制。而伺服驅(qū)動器只需要與數(shù)控上位機相配合，完成伺服電機的控制即可。因此，本發(fā)明并不限于在此公開的特定實施例，而包括所有落入到權(quán)利要求保護范圍的實施例。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)控上位機、伺服驅(qū)動器、刀架彈出收回機構(gòu)、伺服電機和刀架裝置； 其中，所述數(shù)控上位機通過輸入輸出端口發(fā)送換刀指令，所述換刀指令包括指定刀架的目標位置； 所述伺服驅(qū)動器在接收換刀指令后被觸發(fā)，根據(jù)刀架的當前位置和目標位置計算出刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離，并生成刀架彈出指令發(fā)送給刀架彈出收回機構(gòu)控制刀架彈出；伺服驅(qū)動器在控制刀架彈出后根據(jù)已經(jīng)計算出的刀架需要轉(zhuǎn)動的方向和距離生成電機控制信號給伺服電機控制刀架轉(zhuǎn)動走位至目標位置；伺服驅(qū)動器在刀架轉(zhuǎn)動到目標位置后發(fā)送刀架收回指令控制刀架彈出收回機構(gòu)收回刀架。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服驅(qū)動器進一步包括路徑計算模塊，刀架控制模塊以及電機控制模塊； 所述路徑計算模塊，用于接收換刀啟動指令后根據(jù)刀架的當前位置和目標位置計算出刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離； 所述刀架控制模塊，用于發(fā)送刀架彈出指令給刀架彈出收回機構(gòu)控制刀架彈出，并在刀架彈出到位后發(fā)送彈出到位信號給所述電機控制模塊，并在接收電機轉(zhuǎn)動到位信號后生成刀架收回指令控制刀架彈出收回機構(gòu)收回刀架； 所述電機控制模塊，用于在接收彈出到位信號后根據(jù)計算出的刀架需要轉(zhuǎn)動的方向和距離生成電機控制信號，并發(fā)送給伺服電機控制刀架轉(zhuǎn)動走位，并在刀架轉(zhuǎn)動到目標位置后發(fā)送電機轉(zhuǎn)動到位信號給刀架控制模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括刀架彈出傳感器，用于檢測刀架彈出的位置是否到達彈出極限位置；所述伺服驅(qū)動器的刀架控制模塊根據(jù)所述刀架彈出傳感器的檢測結(jié)果，在到達彈出極限位置時發(fā)送彈出到位信號，在沒有到達彈出極限位置時控制刀架繼續(xù)彈出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括刀架收回傳感器，用于檢測刀架收回的位置是否到收回極限位置；所述伺服驅(qū)動器的刀架控制模塊根據(jù)所述刀架收回傳感器的檢測結(jié)果，在沒有到達收回極限位置時控制刀架繼續(xù)收回，在已經(jīng)到達收回極限位置時生成收回到位信號，并將刀架的當前位置反饋給數(shù)控上位機。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服驅(qū)動器還包括一致信號反饋模塊，用于在路徑計算模塊接收到換刀啟動指令后將刀架的一致信號設(shè)定為無效并發(fā)送給數(shù)控上位機，并在接收刀架控制模塊生成的收回到位信號后將刀架的一致信號設(shè)定為有效并發(fā)送給數(shù)控上位機以激活該刀架。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述路徑計算模塊根據(jù)伺服電機的編碼器的反饋獲取刀架的當前位置的絕對坐標，并根據(jù)刀架的目標位置的絕對坐標與當前位置的絕對坐標計算出最短路徑的刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離。
7.—種數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法，其特征在于，包括以下步驟 . 51、數(shù)控上位機通過輸入輸出端口發(fā)送換刀指令，所述換刀指令包括指定刀架的目標位置； .52、伺服驅(qū)動器在接收換刀指令后被觸發(fā)，根據(jù)刀架的當前位置和目標位置計算出刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離； S3、伺服驅(qū)動器發(fā)送刀架彈出指令給刀架彈出收回機構(gòu)控制刀架彈出； S4、伺服驅(qū)動器根據(jù)刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離生成電機控制信號，并發(fā)送給伺服電機控制刀架轉(zhuǎn)動走位至目標位置； S5、伺服驅(qū)動器生成刀架收回指令控制刀架彈出收回機構(gòu)收回刀架。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法，其特征在于 所述步驟S3和步驟S4之間還包括步驟S3’ 伺服驅(qū)動器通過刀架彈出傳感器檢測刀架彈出的位置是否到達彈出極限位置，到位則執(zhí)行步驟S4，否則返回步驟S3控制刀架繼續(xù)彈出； 所述步驟S5之后還包括步驟S5’ 伺服驅(qū)動器通過刀架收回傳感器檢測刀架收回的位置是否到達收回極限位置，到位則操作完成并將刀架的當前位置反饋給數(shù)控上位機，否則返回步驟S5控制刀架繼續(xù)收回。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述伺服驅(qū)動器在被觸發(fā)后將刀架的一致信號設(shè)定為無效并發(fā)送給數(shù)控上位機；所述步驟S5’中伺服驅(qū)動器通過刀架收回傳感器檢測刀架收回的位置到達收回極限位置后將刀架的一致信號設(shè)定為有效并發(fā)送給數(shù)控上位機以激活該刀架。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任意一項所述的數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動方法，其特征在于，所述步驟S2中伺服驅(qū)動器根據(jù)伺服電機的編碼器的反饋獲取刀架的當前位置的絕對坐標，并根據(jù)刀架的目標位置的絕對坐標與當前位置的絕對坐標計算出最短路徑的刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)控刀架的伺服驅(qū)動系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括數(shù)控上位機、伺服驅(qū)動器、刀架彈出收回機構(gòu)、伺服電機和刀架裝置；其中，數(shù)控上位機發(fā)送換刀指令，包括指定刀架的目標位置；伺服驅(qū)動器在接收換刀指令后根據(jù)刀架的當前位置和目標位置計算出刀架轉(zhuǎn)動的方向和距離，并控制刀架彈出收回機構(gòu)彈出刀架后生成電機控制信號給伺服電機控制刀架轉(zhuǎn)動走位至目標位置，并控制刀架彈出收回機構(gòu)收回刀架。本發(fā)明中伺服驅(qū)動器通過直接接收換刀指令產(chǎn)生內(nèi)部位置指令，而不是接收數(shù)控上位機產(chǎn)生的脈沖形式的指令，避免了丟失脈沖指令導(dǎo)致定位不準的情況發(fā)生；并且減少了數(shù)控上位機的編程量，省去了刀架控制器。
文檔編號G05B19/18GK102621926SQ20121007058
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者張英杰 申請人:深圳市匯川技術(shù)股份有限公司, 蘇州匯川技術(shù)有限公司, 蘇州默納克控制技術(shù)有限公司