專利名稱：嵌入式五軸聯動控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉 及一種嵌入式五軸聯動控制系統，屬于數控加工控制系統技術領域。
背景技術：
目前開放的五軸數控加工系統主要有1)PC十CNC，其代表廠家為西門子、FANUC等國外廠家，國內的代表為華中數控，其特點是追求高精高速的加工，在NC系統上增加一塊PC板，提供鍵盤使用戶能把PC和CNC聯系在一起，以提高人機界面的功能，比較典型的產品有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一般裝配在銷售價格在250-300萬以上的數控加工系統，國內華中數控的五軸數控系統價格在9-10萬元之間，一般裝配在銷售價格在80-150萬之間的數控加工系統；2)基于PC的CNC系統這種系統以PC機為平臺，開發數控系統的各種功能，通過伺服卡傳送數據，控制坐標軸電機的運動。這類系統有時也稱為Soft NC。3)PC嵌入式，這種系統的基本結構為CNC十PC主板，即把一塊CNC板插入傳統的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，均未能實現一個CPU系統控制一個軸的運動、多CPU系統采用并行結構同步控制多軸(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)所需要的大量數據，故目前均采用直線插補算法，精度低。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種嵌入式五軸聯動控制系統，解決現有的開放的五軸數控加工系統存在的上述不足，通過本實用新型實現五軸數控加工的高效、高性價比的控制系統，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，實現五軸數控加工系統的拓撲結構和控制方法的創新。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的，一種嵌入式五軸聯動控制系統，其特征是，設置主CPU系統6和對應X軸驅動9、Y軸驅動16、Z軸驅動15、A軸驅動14、B軸驅動13和控制切削速度驅動12的從CPU系統1、3、4、5、8、10 ;主CPU系統6的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路2與各從CPU系統I、3、4、5、8、10的對應接口連接；主CPU系統6的數據接口、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6的數據接口、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1、3、4、5、8、10中驅動電路Jl的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路與相應的X軸驅動9、Y軸驅動16、Z軸驅動15、A軸驅動14、B軸驅動13和控制切削速度驅動12的接口連接。所述的主CPU系統6與各從CPU系統1、3、4、5、8、10均包含數據儲存器J3、通訊線路J4、CPU J5、程序存儲器J6、接口電路J2、驅動電路Jl和輔助電路組成；CPU J5的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路J4與數據儲存器J3、程序存儲器J6、接口電路J2的對應 接口連接，接口電路J2的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路J4與驅動電路Jl的對應接口連接。所述的主CPU系統6的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和主CPU系統6中的接口電路J2的對應接口連接，接口電路J2的數據接口、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，與現有的五軸聯動控制系統相比，具有如下特點1)具有開放性，拓展性好，本系統加工時是根據G代碼進行工作，而和機床的類型、CAM軟件的類型無關；2)多級CPU控制，該系統具有多級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)采用并行處理技術各從CPU為并行關系，依據時序協調各從CPU的工作，各從CPU之間無通訊，在加工過程中，除出現意外情況需要中斷外，各從CPU系統只需在時序協調下控制相應的軸運動，而無其他的通訊工作，整個系統運行速度快；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調下，各從CPU運用相同的插補程序，讀取各自數據存儲器中相同的G代碼，并運算出各自軸控制運動所需要的指令，并將其發送到各自的驅動器，從而實現各自的軸的運動控制，和五軸的聯動功能；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，通過系統的拓撲創新設計，提高整體系統的速度、控制精度，一套生產成本僅數千元；7)可實現刀具速度的自動調節控制刀具切削運動的從CPU，可以根據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系)，并據此調節刀具的切削運動，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系統或各從CPU系統的電路框圖。
具體實施方式
結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6和對應X軸驅動9、Y軸驅動16、Ζ軸驅動15、Α軸驅動14、Β軸驅動13和控制切削速度驅動12的從CPU系統1、3、4、5、8、10構成；主CPU系統6的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路2與各從CPU系統1、3、4、5、8、10的對應接口連接；主CPU系統6的數據接口、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6的數據接口、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I、3、4、5、8、10中驅動電路Jl的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路與相應的X軸驅動9、Y軸驅動16、Z軸驅動15、A軸驅動14、B軸驅動13和控制切削速度驅動12的接口連接。如圖2所示，主CPU系統6與各從CPU系統1、3、4、5、8、10均包含數據儲存器J3、通訊線路J4、CPU J5、程序存儲器J6、接口電路J2、驅動電路Jl和輔助電路構成，CPU J5通過通訊線路J4實現與數據存儲器J3、程序存儲器J6、接口電路J2的數據信號、控制信號、地址信號的傳遞，接口電路J2和驅動電路Jl通過通訊線路J4實現數據信號、控制信號、地址信號的傳遞。如圖I所示，主CPU系統6負責和外接的PC機7之間的通訊，主CPU系統6的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和主CPU系統6中的接口電路J2的對應接口連接，接口電路J2的數據接口、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外部設備的控制，以及外部設備狀態信號的讀取。主CPU系統6控制并協調從CPU系統I、從CPU系統3、從CPU系統4、從CPU系統5、從CPU系統8、從CPU系統10的工作；從CPU系統I、從CPU系統3、從CPU系統4、從CPU系統5、從CPU系統8、從CPU系統10之間為并行關系。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6，并 由主CPU系統6通過通訊線路2將G代碼依次傳遞從CPU系統I、從CPU系統3、從CPU系統4、從CPU系統5、從CPU系統8、從CPU系統10的數據存儲器J3 ；PC機發出的控制命令通過主CPU系統6同時傳遞給從CPU系統I、從CPU系統3、從CPU系統4、從CPU系統5、從CPU系統8、從CPU系統10，各從CPU系統為并行關系，主CPU系統6依據時序協調各從CPU系統的工作；各從CPU運行的程序存儲器J6存放相同的圓弧插補算法，依據圓弧插補算法，從CPU系統I的數據存儲器J3存放X軸的運動控制程序，從CPU系統3的數據存儲器J3存放Y軸的運動控制程序，從CPU系統4的數據存儲器J3存放Z軸的運動控制程序，從CPU系統5的數據存儲器J3存放A軸的運動控制程序，從CPU系統8的數據存儲器J3存放B軸的運動控制程序，從CPU系統10的數據存儲器J3存放調節主軸運動速度的控制程序和刀具切削速度的自動調節。工作原理嵌入式五軸聯動控制系統由多CPU系統和相關電路組成,各CPU系統之間通過通訊線路實現數據、地址、控制信號的傳輸，各CPU系統均有數據存儲器和程序存儲器，其中程序存儲器存放運行的程序，數據存儲器存放加工G代碼；主CPU系統6負責和PC機之間的通訊、各從CPU系統的協調控制、實現對PLC及相關外部設備的控制等；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，并由主CPU系統通過通訊線路將G代碼依次傳遞給各從CPU系統，各從CPU系統的數據存儲器存放加工G代碼；加工時，PC機發出的控制命令通過主CPU系統同時傳遞給各從CPU系統，各從CPU系統之間為并行關系，在主CPU系統的協調控制下，各從CPU運行的程序存儲器存放的圓弧插補程序，從各自的數據存儲器中讀取加工的G代碼，各從CPU系統分別控制各自的軸運動，從CPU系統10根據加工的G代碼判別刀具和加工表面的關系，并據此自動調節刀具的切削速度，以保證加工表面質量的一致性。如加工過程中出現以外情況，外接的PC機7通過主CPU系統6發出中斷指令，各從CPU系統I、3、4、5、8、IO根據中斷指令執行相應的中斷服務程序。本實用新型實施例中的數據儲存器采用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。
權利要求1.一種嵌入式五軸聯動控制系統，其特征是，設置主CPU系統(6)和對應X軸驅動(9)、Y軸驅動(16)、Z軸驅動(15),A軸驅動(14),B軸驅動(13)和控制切削速度驅動(12)的從CPU系統(1、3、4、5、8、10);主CPU系統(6)的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路(2)與各從CPU系統(1、3、4、5、8、10)的對應接口連接；主CPU系統(6)的數據接口、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(6)的數據接口、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(I、3、4、5、8、10 )中驅動電路(Jl)的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路與相應的X軸驅動(9 )、Y軸驅動(16)、Z軸驅動(15),A軸驅動(14),B軸驅動(13)和控制切削速度驅動(12)的接口連接。
2.根據權利要求I所述的嵌入式五軸聯動控制系統，其特征是，所述的主CPU系統(6)與各從CPU系統(1、3、4、5、8、10)均包含數據儲存器(J3)、通訊線路(J4)、CPU (J5)、程序存儲器(J6)、接口電路(J2)、驅動電路(Jl)和輔助電路組成；CPU (J5)的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路(J4)與數據儲存器(J3)、程序存儲器(J6)、接口電路(J2)的對應接口連接，接口電路(J2)的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路(J4)與驅動電路(Jl)的對應接口連接。
3.根據權利要求I所述的嵌入式五軸聯動控制系統，其特征是，所述的主CPU系統(6)的數據接口、控制接口、地址接口通過通訊線路和主CPU系統(6 )中的接口電路(J2 )的對應接口連接，接口電路(J2)的數據接口、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動控制系統，屬于數控加工控制系統技術領域，主要特點是設置主CPU系統和對應X軸驅動等若干軸的各從CPU系統；主CPU系統(6)的相關接口通過總線與各從CPU系統對應接口連接、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系統中驅動電路(J1)的相關接口通過通訊線路與相應的軸驅動的接口連接，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，實現五軸數控加工的高效、高性價比的控制系統，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，實現五軸數控加工系統的拓撲結構和控制方法的創新。
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 優先權日2012年5月18日
發明者姜銘, 李鷺揚, 朱望東, 孫釗 申請人:姜銘