專利名稱：多軸數控系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及多軸數控系統，更具體地說，涉及一種用于對伺服系統進行數據通信控制的多軸數控系統。
背景技術：
數控裝備的整體水平標志著一個國家工業現代化水平和綜合國力的強弱。隨著計算機技術的高速發展，傳統的制造業開始了根本性變革，各工業發達國家投入巨資，對先進制造技術進行研究開發，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵， 是制造業實現自動化、網絡化、柔性化和集成化的基礎。其中，五軸聯動數控又是數控技術中難度最大，應用范圍最廣的技術。它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體，應用于復雜曲面的高效、精密和自動化加工。五軸聯動數控機床是發電、船舶、航天航空、模具和高精密儀器等民用工業和軍工部門迫切需要的關鍵加工設備。采用五軸聯動對三維曲面零件的加工，可用刀具的最佳幾何形狀進行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。國際上將五軸聯動數控技術作為一個國家工業化水平的標志。目前，振興裝備制造業已經成為國家的重大發展戰略，國家為包括數控機床產業在內的裝備制造業振興提供了良好的政策環境，并給予了特殊重要的地位。在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006 2020年)》中，“高檔數控機床和基礎制造技術”被列為十六個重大專項之一。重大專項是為了實現國家目標，通過核心技術的突破和資源集成， 在一定時限內完成重大戰略產品、關鍵共性技術和重大工程，是我國科技發展的重中之重。 《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》將數控機床確定為“十一五”規劃中裝備制造業振興的重點之一。《國務院關于加快振興裝備制造業的若干意見》中確定振興裝備制造業為主要任務，即實現十六個重點突破的關鍵領域，其中，第十二項便是“發展大型、精密、 高速數控裝備和數控系統及功能部件，改變大型、高精度數控機床大部分依靠進口的現狀， 滿足機械、航空航天等工業發展的需要”。西方國家在高檔數控機床(系統)方面，目前還處于壟斷地位，并嚴格對我國限制出口。1999年的考克斯報告，專門提到中國把從美國進口的16臺二手四、五軸聯動數控機床用于軍工生產，要求對我國加強禁運。這說明研究和發展五軸聯動數控系統技術在國家經濟建設中，具有超越一般市場價值的戰略地位。為了改變這種不利局面，我們必須考慮在現有的研究成果基礎上，開發出具有我國自主知識產權的高性能數控系統，掌握先進制造核心技術，否則在新一輪國際產業結構調整中，我國制造業將進一步“空芯”。我們以資源、環境和市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經濟格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，這樣將會嚴重影響我國現代制造業的發展進程。現有技術中數控系統和伺服系統之間采用特殊的指令線連接，每個伺服系統都需要單獨的指令線同數控系統產生通訊。如圖1所示，每個伺服驅動都需要添加獨立的指令線，由此，對于多軸數控系統，存在控制過程復雜、接線煩雜、不易調試和成本高等弊端。另外，采用普通指令線的方式使用的是模擬量或脈沖串方式的信號傳輸方式，這種方式極易受到外界環境的干擾，造成不可預料的錯誤。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在于，針對現有技術的每個伺服驅動都需要添加獨立的指令線，由此，對于多軸數控系統，存在控制過程復雜、接線煩雜、不易調試和成本高等弊端。另外，采用普通指令線的方式使用的是模擬量或脈沖串方式的信號傳輸方式，這種方式極易受到外界環境的干擾，造成不可預料的錯誤等缺陷，提供一種多軸數控系統。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種多軸數控系統，其用于對伺服系統進行數據通信控制，所述伺服系統包括多個主軸驅動單元、多個伺服驅動單元和多個輸入輸出模塊，所述多軸數控系統包括現場可編程門陣列，以作為與所述伺服系統進行數據通信控制的接口 ；所述多個主軸驅動單元、所述多個伺服驅動單元、所述多個輸入輸出模塊和所述現場可編程門陣列，通過現場總線的通行方式，構成環形以太網的連接結構。在本實用新型所述的多軸數控系統中，還包括多個處理器；其中，一個處理器作為通用計算機開發平臺的主處理器，用于裝載多種應用程序；別的處理器用于執行數字控制過程中的數據處理。在本實用新型所述的多軸數控系統中，還包括主處理器、與所述主處理器通信連接的運動控制處理器和與所述運動控制處理器通信連接的PLC處理器；其中，所述主處理器作為通用計算機開發平臺，用于裝載多種應用程序；所述運動控制處理器用于執行數字控制過程中的解釋、插補及位置控制的實時性任務；所述PLC處理器用于執行數字控制的 PLC處理任務。在本實用新型所述的多軸數控系統中，所述主處理器和運動控制處理器采用工業以太網進行數據通信。在本實用新型所述的多軸數控系統中，所述運動控制處理器和PLC處理器分別與所述現場可編程門陣列通信連接，且所述運動控制處理器、PLC處理器和現場可編程門陣列之間均采用32位高速并行總線接口進行數據通信。在本實用新型所述的多軸數控系統中，還包括分別與所述主處理器連接的網絡接口、USB接口、鍵盤、顯示器、硬盤和存儲器。在本實用新型所述的多軸數控系統中，還包括與運動控制處理器連接的存儲器和外設接口。在本實用新型所述的多軸數控系統中，主處理器是通用工業微機；所述運動控制處理器是X86系列處理器、DSP處理器或ARM嵌入式微處理器。所述PLC處理器是DSP處理器或ARM嵌入式微處理器。在本實用新型所述的多軸數控系統中，所述多個主軸驅動單元、所述多個伺服驅動單元和所述多個輸入輸出模塊，通過現場總線的通行方式，構成串聯的連接結構。實施本實用新型的多軸數控系統，具有以下有益效果通過工業以太網技術，實施該多軸數控系統，簡化布線結構，提高數控系統的網絡化通信能力。采用現場總線接口的多處理器結構的硬件平臺，實現該數控系統的高速、高精度、高可靠性和開放性，提升了我國制造業裝備技術水平和國際競爭力。
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是本實用新型現有的多軸數控系統的結構示意圖；圖2是本實用新型多軸數控系統的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖2所示，本實用新型的多軸數控系統1主要是用于數控機床中對伺服系統2 進行數據通信控制，多軸數控系統1將和伺服系統2進行數據的交換。該伺服系統2可包括多個主軸驅動單元21、多個伺服驅動單元22和多個輸入輸出模塊23。在一優選實施例中，可包括N個主軸驅動單元21、N個伺服驅動單元22和N個輸入輸出模塊23。為了使得該多軸數控系統1可和多個主軸驅動單元21、多個伺服驅動單元22和多個輸入輸出模塊23進行數據交換，該多軸數控系統1包括現場可編程門陣列14，以作為與伺服系統2進行數據通信控制的接口。為了降低該多軸數控系統1和伺服系統2之間的連接結構的復雜度，可通過現場總線的通信方式，將該現場可編程門陣列14與多個主軸驅動單元21、多個伺服驅動單元22和多個輸入輸出模塊23之間連接成環形以太網結構，其中， 多個主軸驅動單元21、多個伺服驅動單元22和多個輸入輸出模塊23，通過現場總線的通行方式，構成串聯的連接結構。由此無論伺服系統2具有多少個控制軸，數控系統1和伺服系統2之間的連線始終只有兩個。在具體工作中，該現場可編程門陣列14的主要任務是完成現場總線的通信，外接伺服系統2的主軸驅動單元21、伺服驅動單元22、輸入輸出模塊23、PLC等。為了實現該多軸數控系統1對數據處理的精確和高速，該多軸數控系統1可包括多個處理器；其中，一個處理器作為通用計算機開發平臺的主處理器，用于裝載多種應用程序；別的處理器用于執行數字控制過程中的數據處理。在一優選實施例中，該多軸數控系統1可包括三個處理器，即主處理器11、與該主處理器11通信連接的運動控制處理器12和與該運動控制處理器12通信連接的PLC處理器13。在具體設計時，該主處理器11可以是通用工業微機，具有計算機的所有外設接口，可工作于Windows、WinCE或Linux等各種操作系統。主處理器11的具體任務為人機交互、文件管理和網絡通信等功能。該主處理器11采用通用計算機，可繼承通用計算機的開發平臺及其豐富的軟件資源，可裝載各個應用程序，有利于系統升級換代，更有利于提高開發速度。該運動控制處理器12可采用高性能X86系列處理器，或者也可以采用高性能 DSP數字信號處理器、再或采用ARM (Advanced RISC Machines)等嵌入式微處理器，工作于 Linux操作系統或嵌入式操作系統。承擔數控程序中的解釋、插補及位置控制等實時性較強的任務。主處理器11和運動控制處理器12之間的數據傳輸實時性要求不太高，通常可采
5用工業以太網進行數據通信。PLC處理器13可以是高性能DSP或ARM等嵌入式微處理器， 是專用于數控裝置PLC程序的處理器，其目的是提高PLC程序的運行和對外的響應速度，最快響應時間可達微秒級。其輸入輸出數據經現場可編程門陣列14由現場總線完成。PLC處理器13和現場可編程門陣列14之間的數據通信采用32位高速并行總線接口。工作中，運動控制處理器12的插補命令及PLC處理器13的PLC處理結果通過現場總線輸出，同時伺服驅動單元22、主軸驅動單元21、PLC的有關輸入信息通過現場總線輸入到運動控制處理器12和PLC處理器13中。另外，該多軸數控系統1還可以通過現場總線， 對伺服系統2進行參數設置、參數辨識、參數自整定等工作，從而可以減少伺服驅動單元22 的調試時間，提高伺服驅動單元22的性能。根據實際應用的需要，主處理器11可分別連接的網絡接口、USB接口、鍵盤、顯示器、硬盤和存儲器。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種多軸數控系統，用于對伺服系統進行數據通信控制，所述伺服系統包括多個主軸驅動單元、多個伺服驅動單元和多個輸入輸出模塊，其特征在于，所述多軸數控系統包括現場可編程門陣列，以作為與所述伺服系統進行數據通信控制的接口 ；所述多個主軸驅動單元、所述多個伺服驅動單元、所述多個輸入輸出模塊和所述現場可編程門陣列，通過現場總線的通行方式，構成環形以太網的連接結構。
2.根據權利要求1所述的多軸數控系統，其特征在于，還包括多個處理器；其中，一個處理器作為通用計算機開發平臺的主處理器，用于裝載多種應用程序；別的處理器用于執行數字控制過程中的數據處理。
3.根據權利要求1所述的多軸數控系統，其特征在于，還包括主處理器、與所述主處理器通信連接的運動控制處理器和與所述運動控制處理器通信連接的PLC處理器；其中，所述主處理器作為通用計算機開發平臺，用于裝載多種應用程序；所述運動控制處理器用于執行數字控制過程中的解釋、插補及位置控制的實時性任務；所述PLC處理器用于執行數字控制的PLC處理任務。
4.根據權利要求3所述的多軸數控系統，其特征在于，所述主處理器和運動控制處理器采用工業以太網進行數據通信。
5.根據權利要求3所述的多軸數控系統，其特征在于，所述運動控制處理器和PLC處理器分別與所述現場可編程門陣列通信連接，且所述運動控制處理器、PLC處理器和現場可編程門陣列之間均采用32位高速并行總線接口進行數據通信。
6.根據權利要求3所述的多軸數控系統，其特征在于，還包括分別與所述主處理器連接的網絡接口、USB接口、鍵盤、顯示器、硬盤和存儲器。
7.根據權利要求3所述的多軸數控系統，其特征在于，還包括與運動控制處理器連接的存儲器和外設接口。
8.根據權利要求3 7任一所述的多軸數控系統，其特征在于，主處理器是通用工業微機；所述運動控制處理器是X86系列處理器、DSP處理器或ARM嵌入式微處理器，所述PLC 處理器是DSP處理器或ARM嵌入式微處理器。
9.根據權利要求1 7任一所述的多軸數控系統，其特征在于，所述多個主軸驅動單元、所述多個伺服驅動單元和所述多個輸入輸出模塊，通過現場總線的通行方式，構成串聯的連接結構。
專利摘要本實用新型涉及一種多軸數控系統，其用于對伺服系統進行數據通信控制，所述伺服系統包括多個主軸驅動單元、多個伺服驅動單元和多個輸入輸出模塊，所述多軸數控系統包括現場可編程門陣列，以作為與所述伺服系統進行數據通信控制的接口；所述多個主軸驅動單元、所述多個伺服驅動單元、所述多個輸入輸出模塊和所述現場可編程門陣列，通過現場總線的通行方式，構成環形以太網的連接結構。通過工業以太網技術，實施該多軸數控系統，簡化布線結構，提高數控系統的網絡化通信能力。采用現場總線接口的多處理器結構的硬件平臺，實現該數控系統的高速、高精度、高可靠性和開放性，提升了我國制造業裝備技術水平和國際競爭力。
文檔編號G05B19/414GK202145273SQ20112024071
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月8日 優先權日2011年7月8日
發明者楊虎, 謝星葵 申請人:深圳華中數控有限公司