經濟型多軸數控系統及其聯動控制方法
2023-05-02 18:04:16 1
專利名稱：經濟型多軸數控系統及其聯動控制方法
技術領域：
本發明涉及機械製造用工具機的數控系統及其控制方法，尤其是多軸聯動的數控系統及其控制方法。
目前在機械製造行業中(包括車、銑、刨、磨及電解加工、電火花線切割加工等)，多軸數控工具機(四軸、五軸等)還為數較少，其數控系統由高性能的工業控制機及其相應軟體組成，技術難度大，只由少數發達國家所掌握且嚴加保密，我國尚處於僅由單片機控制兩軸至兩軸半的數控技術階段，長期以來難以實現多軸聯動控制，不能適應複雜形狀型面的加工要求。
本發明的目的在於提供一種能實現多軸聯動控制的經濟型多軸數控系統及其聯動控制方法。
本發明所提供的經濟型多軸數控系統由一臺微型計算機及數個單片機控制單元組合而成，控制單元的個數與所需控制的加工運動軸個數相同，計算機的輸出接口與各控制單元的輸入接口相連，各控制單元的輸出接口分別與數控工具機的被控制軸接口相連。
針對上述數控系統，本發明提出的多軸聯動控制方法為①將需加工工件的整個曲面通過數學運算分解成若干小段曲面的組合，每一小段曲面再分解為各運動軸的單元位移段；②計算各運動軸在每一單元位移段上的位移量Δi，使刀具加工刃通過多軸運動所形成的加工衍生面相對設計曲面之間的誤差被控制在允許範圍內，並使整個衍生面連續光滑；③對各運動軸控制單元設立一個虛擬的公共基準軸，並設每一個單元位移段上各控制單元的基準軸位移量δi及位移速度Vi都相同；④將各運動軸控制單元的實際控制軸位移量Δi相對於虛擬基準軸位移量δi進行線性插補運算；⑤按上述線性插補關係編制加工程序，由計算機輸入到各控制單元，對相應的運動軸進行操作控制。
下面結合附圖及實施例對本發明作詳細描述。
附
圖1.本發明數控系統連接示意圖。
為了克服現有的經濟型數控系統(如單片機控制系統)不能進行多軸聯動控制的致命弱點，本發明提出將單片機控制單元與微型計算機構成系統組合，由一臺微型計算機來統一控制多個單片機控制單元，繼而控制相應的運動軸。由於單片機控制單元的設計、製造及應用技術都較成熟，利用它對加工工具機進行控制性能穩定可靠，但其中關鍵在於以往不能使各控制單元所控制的運動軸實現同步聯動。為此本發明提出了多軸相對同一虛擬基準軸進行線性插補運算的聯動控制方法，從而解決了這一難題。
例如控制對象為X、Y、Z三個直線軸及刀具擺動軸CT和工件旋轉軸CW五個坐標運動，則其相應的數控系統裝置由一臺微型計算機1和五個單片機控制單元2組成(見附圖)。先將加工曲面通過計算機進行數學運算，將其分解成若干小段曲面的組合，每一小段曲面再分解為各運動軸的單元位移段；將每一位移段上各軸所需的位移量Δi計算出來，並據此得出刀具加工刃所形成的加工衍生面；將衍生面與設計曲面進行比較，使它們之間的誤差不超過加工允許的誤差範圍(如果超出了，則重新對單元位移段進行分解直至合適)；各控制單元具有兩坐標插補及控制功能，其中一坐標為實際控制軸，另一坐標則為虛擬的公共基準軸，設各控制單元在第i個位移段內其實際控制軸的位移量分別為
ΔXi，ΔYi，ΔZi，ΔCTi，ΔCWi，又取各控制單元的虛擬基準軸的位移量為δi，且δi≥Max〔ΔXi，ΔYi，ΔZi，ΔCTi，ΔCWi〕在每一控制單元內對相應的實—虛坐標位移量ΔXi—δi，ΔYi—δi，ΔZi—δi，ΔCTi—δi，ΔCWi—δi作線性插補運算，由幾何關係顯見，五個運動軸的實際位移也相應符合線性插補關係。根據上述結果在微型計算機上編制加工程序並輸入到各控制單元，從而對相應的運動軸進行操作控制。由於各控制單元的虛擬基準軸的位移量δi及位移速度Vi均相同，因而能夠保證五個運動軸實現同步聯動。
綜上所述，本發明提出的數控系統及其控制方法解決了長期以來迫切希望解決的多軸聯動控制問題，且其基本構成、基礎技術立足國內，具有成本不高、控制簡單、性能可靠的優點，由於採用了微型計算機還大大提高了編程能力。該系統可用於各種複雜曲面工件的加工控制。
權利要求
1.一種經濟型多軸數控系統，其特徵在於由微型計算機及單片機控制單元組合而成，控制單元的個數與所需控制的加工運動軸個數相同，計算機的輸出接口與各控制單元的輸入接口相連，各控制單元的輸出接口分別與數控工具機的被控制軸接口相連。
2.一種經濟型多軸數控系統的聯動控制方法，其特徵在於①將需加工工件的整個曲面通過數學運算分解成小段曲面的組合，每一小段曲面再分解為各運動軸的單元位移段；②計算各運動軸在每一單元位移段上的位移量Δi，使刀具加工刃通過多軸運動所形成的加工衍生面相對設計曲面之間的誤差被控制在允許範圍內，並使整個衍生面連續光滑；③對各運動軸控制單元設立一個虛擬的公共基準軸，並設每一單元位移段上各控制單元的基準軸位移量δi及位移速度Vi都相同；④將各運動軸控制單元的實際控制軸位移量Δi相對於虛擬基準軸位移量δi進行線性插補運算；⑤按上述線性插補關係編制加工程序，由計算機輸入到各控制單元，對相應的運動軸進行操作控制。
全文摘要
本發明涉及工具機的數控系統及其控制方法，提出了一種由微型計算機及單片機控制單元組合而成的多軸數控系統及其相應的聯動控制方法，控制單元與所需控制的加工運動軸相對應，通過計算機分解、計算出每一運動軸對加工曲面的單元位移段上的實際控制軸位移量Δ
文檔編號G05B19/18GK1155111SQ96116810
公開日1997年7月23日 申請日期1996年1月15日 優先權日1996年1月15日
發明者徐家文, 雲乃彰, 周宇, 張永俊, 唐亞新 申請人:南京航空航天大學