專利名稱：嵌入式五軸聯(lián)動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉 及一種嵌入式五軸聯(lián)動控制系統(tǒng)，屬于數(shù)控加工控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前開放的五軸數(shù)控加工系統(tǒng)主要有1)PC十CNC，其代表廠家為西門子、FANUC等國外廠家，國內(nèi)的代表為華中數(shù)控，其特點是追求高精高速的加工，在NC系統(tǒng)上增加一塊PC板，提供鍵盤使用戶能把PC和CNC聯(lián)系在一起，以提高人機界面的功能，比較典型的產(chǎn)品有840D等，由于其價格高昂，以一套840D為例，其價格在40-50萬元之間，這類國外的控制系統(tǒng)一般裝配在銷售價格在250-300萬以上的數(shù)控加工系統(tǒng)，國內(nèi)華中數(shù)控的五軸數(shù)控系統(tǒng)價格在9-10萬元之間，一般裝配在銷售價格在80-150萬之間的數(shù)控加工系統(tǒng)；2)基于PC的CNC系統(tǒng)這種系統(tǒng)以PC機為平臺，開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳送數(shù)據(jù)，控制坐標軸電機的運動。這類系統(tǒng)有時也稱為Soft NC。3)PC嵌入式，這種系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為CNC十PC主板，即把一塊CNC板插入傳統(tǒng)的PC機器中，CNC主要運行以坐標軸運動為主的實時控制，或者CNC作為數(shù)控功能運行，而PC板作為用戶的人機接口平臺。上述控制系統(tǒng)，均未能實現(xiàn)一個CPU系統(tǒng)控制一個軸的運動、多CPU系統(tǒng)采用并行結(jié)構(gòu)同步控制多軸(五個軸的運動和機床切削速度)；且目前基于PC的CNC系統(tǒng)和PC嵌入式均是單個CPU和響應的功能模塊之間采用串性通訊，由于傳輸速度慢，無法實時傳遞空間曲線插補功能(圓弧插補)所需要的大量數(shù)據(jù)，故目前均采用直線插補算法，精度低。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種嵌入式五軸聯(lián)動控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的開放的五軸數(shù)控加工系統(tǒng)存在的上述不足，通過本實用新型實現(xiàn)五軸數(shù)控加工的高效、高性價比的控制系統(tǒng)，通過采用在加工前傳送加工G代碼、主從CPU多級控制、并行處理、圓弧插補等技術(shù)，實現(xiàn)五軸數(shù)控加工系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法的創(chuàng)新。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種嵌入式五軸聯(lián)動控制系統(tǒng)，其特征是，設置主CPU系統(tǒng)6和對應X軸驅(qū)動9、Y軸驅(qū)動16、Z軸驅(qū)動15、A軸驅(qū)動14、B軸驅(qū)動13和控制切削速度驅(qū)動12的從CPU系統(tǒng)1、3、4、5、8、10 ;主CPU系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路2與各從CPU系統(tǒng)I、3、4、5、8、10的對應接口連接；主CPU系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和外設的PC機的相應接口連接；主CPU系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和外部設備的對應接口連接；各從CPU系統(tǒng)1、3、4、5、8、10中驅(qū)動電路Jl的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路與相應的X軸驅(qū)動9、Y軸驅(qū)動16、Z軸驅(qū)動15、A軸驅(qū)動14、B軸驅(qū)動13和控制切削速度驅(qū)動12的接口連接。所述的主CPU系統(tǒng)6與各從CPU系統(tǒng)1、3、4、5、8、10均包含數(shù)據(jù)儲存器J3、通訊線路J4、CPU J5、程序存儲器J6、接口電路J2、驅(qū)動電路Jl和輔助電路組成；CPU J5的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路J4與數(shù)據(jù)儲存器J3、程序存儲器J6、接口電路J2的對應 接口連接，接口電路J2的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路J4與驅(qū)動電路Jl的對應接口連接。所述的主CPU系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和主CPU系統(tǒng)6中的接口電路J2的對應接口連接，接口電路J2的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和外部設備的對應接口連接。本實用新型在相應編程的支持下，與現(xiàn)有的五軸聯(lián)動控制系統(tǒng)相比，具有如下特點1)具有開放性，拓展性好，本系統(tǒng)加工時是根據(jù)G代碼進行工作，而和機床的類型、CAM軟件的類型無關(guān)；2)多級CPU控制，該系統(tǒng)具有多級CPU，其中主CPU負責和PC機、從CPU的通訊，以及PLC的控制，各從CPU控制相對的軸的運動；3)采用并行處理技術(shù)各從CPU為并行關(guān)系，依據(jù)時序協(xié)調(diào)各從CPU的工作，各從CPU之間無通訊，在加工過程中，除出現(xiàn)意外情況需要中斷外，各從CPU系統(tǒng)只需在時序協(xié)調(diào)下控制相應的軸運動，而無其他的通訊工作，整個系統(tǒng)運行速度快；4)離線通訊，并行實時控制，在工件加工前，主CPU接收外接的PC機傳遞的G代碼，并將其傳遞給各從CPU (各從CPU接收一樣的代碼)，工件加工時，在指令和時序的控制與協(xié)調(diào)下，各從CPU運用相同的插補程序，讀取各自數(shù)據(jù)存儲器中相同的G代碼，并運算出各自軸控制運動所需要的指令，并將其發(fā)送到各自的驅(qū)動器，從而實現(xiàn)各自的軸的運動控制，和五軸的聯(lián)動功能；5)運行圓弧插補程序，精度高，各從CPU運行圓弧插補程序控制相應的軸運動，插補精度高；6)性價比高，各CPU運用通用CPU，通過系統(tǒng)的拓撲創(chuàng)新設計，提高整體系統(tǒng)的速度、控制精度，一套生產(chǎn)成本僅數(shù)千元；7)可實現(xiàn)刀具速度的自動調(diào)節(jié)控制刀具切削運動的從CPU，可以根據(jù)G代碼，運算出刀具和工件表面的相對位置(主要是和切削面的角度關(guān)系)，并據(jù)此調(diào)節(jié)刀具的切削運動，從而保證加工表面光潔度的一致性。

圖I為本實用新型框圖；圖2為本實用新型中主CPU系統(tǒng)或各從CPU系統(tǒng)的電路框圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖和實施例進一步說明本實用新型，如圖I所示，本實用新型由主CPU系統(tǒng)6和對應X軸驅(qū)動9、Y軸驅(qū)動16、Ζ軸驅(qū)動15、Α軸驅(qū)動14、Β軸驅(qū)動13和控制切削速度驅(qū)動12的從CPU系統(tǒng)1、3、4、5、8、10構(gòu)成；主CPU系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路2與各從CPU系統(tǒng)1、3、4、5、8、10的對應接口連接；主CPU系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和外設的PC機的相應接口連接；主CPU系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和外部設備的對應接口連接；各從CPU系統(tǒng)I、3、4、5、8、10中驅(qū)動電路Jl的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路與相應的X軸驅(qū)動9、Y軸驅(qū)動16、Z軸驅(qū)動15、A軸驅(qū)動14、B軸驅(qū)動13和控制切削速度驅(qū)動12的接口連接。如圖2所示，主CPU系統(tǒng)6與各從CPU系統(tǒng)1、3、4、5、8、10均包含數(shù)據(jù)儲存器J3、通訊線路J4、CPU J5、程序存儲器J6、接口電路J2、驅(qū)動電路Jl和輔助電路構(gòu)成，CPU J5通過通訊線路J4實現(xiàn)與數(shù)據(jù)存儲器J3、程序存儲器J6、接口電路J2的數(shù)據(jù)信號、控制信號、地址信號的傳遞，接口電路J2和驅(qū)動電路Jl通過通訊線路J4實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號、控制信號、地址信號的傳遞。如圖I所示，主CPU系統(tǒng)6負責和外接的PC機7之間的通訊，主CPU系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和主CPU系統(tǒng)6中的接口電路J2的對應接口連接，接口電路J2的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路對外接的可編程邏輯控制器及相關(guān)外部設備的控制，以及外部設備狀態(tài)信號的讀取。主CPU系統(tǒng)6控制并協(xié)調(diào)從CPU系統(tǒng)I、從CPU系統(tǒng)3、從CPU系統(tǒng)4、從CPU系統(tǒng)5、從CPU系統(tǒng)8、從CPU系統(tǒng)10的工作；從CPU系統(tǒng)I、從CPU系統(tǒng)3、從CPU系統(tǒng)4、從CPU系統(tǒng)5、從CPU系統(tǒng)8、從CPU系統(tǒng)10之間為并行關(guān)系。進行五軸加工之前，PC機將加工的G代碼通過通訊線路2傳輸給主CPU系統(tǒng)6，并 由主CPU系統(tǒng)6通過通訊線路2將G代碼依次傳遞從CPU系統(tǒng)I、從CPU系統(tǒng)3、從CPU系統(tǒng)4、從CPU系統(tǒng)5、從CPU系統(tǒng)8、從CPU系統(tǒng)10的數(shù)據(jù)存儲器J3 ；PC機發(fā)出的控制命令通過主CPU系統(tǒng)6同時傳遞給從CPU系統(tǒng)I、從CPU系統(tǒng)3、從CPU系統(tǒng)4、從CPU系統(tǒng)5、從CPU系統(tǒng)8、從CPU系統(tǒng)10，各從CPU系統(tǒng)為并行關(guān)系，主CPU系統(tǒng)6依據(jù)時序協(xié)調(diào)各從CPU系統(tǒng)的工作；各從CPU運行的程序存儲器J6存放相同的圓弧插補算法，依據(jù)圓弧插補算法，從CPU系統(tǒng)I的數(shù)據(jù)存儲器J3存放X軸的運動控制程序，從CPU系統(tǒng)3的數(shù)據(jù)存儲器J3存放Y軸的運動控制程序，從CPU系統(tǒng)4的數(shù)據(jù)存儲器J3存放Z軸的運動控制程序，從CPU系統(tǒng)5的數(shù)據(jù)存儲器J3存放A軸的運動控制程序，從CPU系統(tǒng)8的數(shù)據(jù)存儲器J3存放B軸的運動控制程序，從CPU系統(tǒng)10的數(shù)據(jù)存儲器J3存放調(diào)節(jié)主軸運動速度的控制程序和刀具切削速度的自動調(diào)節(jié)。工作原理嵌入式五軸聯(lián)動控制系統(tǒng)由多CPU系統(tǒng)和相關(guān)電路組成,各CPU系統(tǒng)之間通過通訊線路實現(xiàn)數(shù)據(jù)、地址、控制信號的傳輸，各CPU系統(tǒng)均有數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器，其中程序存儲器存放運行的程序，數(shù)據(jù)存儲器存放加工G代碼；主CPU系統(tǒng)6負責和PC機之間的通訊、各從CPU系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制、實現(xiàn)對PLC及相關(guān)外部設備的控制等；進行五軸加工之前，PC機將加工的G代碼通過通訊線路傳輸給主CPU系統(tǒng)，并由主CPU系統(tǒng)通過通訊線路將G代碼依次傳遞給各從CPU系統(tǒng)，各從CPU系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器存放加工G代碼；加工時，PC機發(fā)出的控制命令通過主CPU系統(tǒng)同時傳遞給各從CPU系統(tǒng)，各從CPU系統(tǒng)之間為并行關(guān)系，在主CPU系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下，各從CPU運行的程序存儲器存放的圓弧插補程序，從各自的數(shù)據(jù)存儲器中讀取加工的G代碼，各從CPU系統(tǒng)分別控制各自的軸運動，從CPU系統(tǒng)10根據(jù)加工的G代碼判別刀具和加工表面的關(guān)系，并據(jù)此自動調(diào)節(jié)刀具的切削速度，以保證加工表面質(zhì)量的一致性。如加工過程中出現(xiàn)以外情況，外接的PC機7通過主CPU系統(tǒng)6發(fā)出中斷指令，各從CPU系統(tǒng)I、3、4、5、8、IO根據(jù)中斷指令執(zhí)行相應的中斷服務程序。本實用新型實施例中的數(shù)據(jù)儲存器采用62256，CPU采用DSP，程序存儲器采用2764，接口電路并行通訊采用8255、串行通訊采用SPI，輔助電路包括電容、地址鎖存器、譯碼電路等，譯碼電路中的譯碼器采用138。
權(quán)利要求1.一種嵌入式五軸聯(lián)動控制系統(tǒng)，其特征是，設置主CPU系統(tǒng)(6)和對應X軸驅(qū)動(9)、Y軸驅(qū)動(16)、Z軸驅(qū)動(15),A軸驅(qū)動(14),B軸驅(qū)動(13)和控制切削速度驅(qū)動(12)的從CPU系統(tǒng)(1、3、4、5、8、10);主CPU系統(tǒng)(6)的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路(2)與各從CPU系統(tǒng)(1、3、4、5、8、10)的對應接口連接；主CPU系統(tǒng)(6)的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和外設的PC機的相應接口連接；主CPU系統(tǒng)(6)的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和外部設備的對應接口連接；各從CPU系統(tǒng)(I、3、4、5、8、10 )中驅(qū)動電路(Jl)的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路與相應的X軸驅(qū)動(9 )、Y軸驅(qū)動(16)、Z軸驅(qū)動(15),A軸驅(qū)動(14),B軸驅(qū)動(13)和控制切削速度驅(qū)動(12)的接口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式五軸聯(lián)動控制系統(tǒng)，其特征是，所述的主CPU系統(tǒng)(6)與各從CPU系統(tǒng)(1、3、4、5、8、10)均包含數(shù)據(jù)儲存器(J3)、通訊線路(J4)、CPU (J5)、程序存儲器(J6)、接口電路(J2)、驅(qū)動電路(Jl)和輔助電路組成；CPU (J5)的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路(J4)與數(shù)據(jù)儲存器(J3)、程序存儲器(J6)、接口電路(J2)的對應接口連接，接口電路(J2)的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路(J4)與驅(qū)動電路(Jl)的對應接口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式五軸聯(lián)動控制系統(tǒng)，其特征是，所述的主CPU系統(tǒng)(6)的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和主CPU系統(tǒng)(6 )中的接口電路(J2 )的對應接口連接，接口電路(J2)的數(shù)據(jù)接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和外部設備的對應接口連接。
專利摘要本實用新型涉及一種嵌入式五軸聯(lián)動控制系統(tǒng)，屬于數(shù)控加工控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，主要特點是設置主CPU系統(tǒng)和對應X軸驅(qū)動等若干軸的各從CPU系統(tǒng)；主CPU系統(tǒng)(6)的相關(guān)接口通過總線與各從CPU系統(tǒng)對應接口連接、通過通訊線路和外設的PC機的相應接口連接、通過通訊線路和外部設備的對應接口連接；各從CPU系統(tǒng)中驅(qū)動電路(J1)的相關(guān)接口通過通訊線路與相應的軸驅(qū)動的接口連接，本實用新型在相應編程的支持下，具有開放性，拓展性好，多級CPU控制，采用并行處理技術(shù)，實現(xiàn)五軸數(shù)控加工的高效、高性價比的控制系統(tǒng)，通過采用在加工前傳送加工G代碼、主從CPU多級控制、并行處理、圓弧插補等技術(shù)，實現(xiàn)五軸數(shù)控加工系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法的創(chuàng)新。
文檔編號G05B19/414GK202600433SQ20122022351
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者姜銘, 李鷺揚, 朱望東, 孫釗 申請人:姜銘