一種多軸聯動數控系統及其加工方法
【專利摘要】本發明公開一種多軸聯動數控系統及其加工方法，包括多軸控制器、多個電機驅動器、多個與所述電機驅動器配合得電機及機床，多個所述電機設置在所述機床的不同方向，連接并控制不同的機床運動軸；多個所述電機驅動器通過數據總線與所述多軸控制器電連接，多個電機驅動器與多個所述電機一一對應地電連接，通過所述多軸控制器控制所述電機驅動器驅動所述電機驅動所述機床運行。本發明采用空間分解的方式，把幾個軸的數據獨立出來，可以達到更多軸的聯動；多軸控制器跟電機驅動器分開獨立運算，實現并行運算，速度更高，反應更快；電機驅動器內部生成最終的速度曲線，采用實時速度控制，具有更高平滑度；能高效實現復雜曲線的插補。
【專利說明】一種多軸聯動數控系統及其加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機械制造用機床的數控系統，尤其涉及一種多軸聯動數控系統及其加工方法。
【背景技術】
[0002]數控技術水平標志著一個國家工業現代化水平。隨著芯片發展，推動著自動化技術的發展，尤其是數控自動化方面，在今天人工短缺的時代，用人成本不斷上升，傳統勞動密集型的產業必須升級，否則會被淘汰。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。
[0003]多軸聯動數控系統是機床設備的控制器，負責控制機床運行，是整臺機床的靈魂，機床的每個信號，每個動作都是由數控系統發出；目前的數控系統大部分是逐點比較法，廣泛應用在機床上的一種插補方法，它能實現直線、圓弧和非圓二次曲線的插補，插補精度較聞。
[0004]逐點比較法，顧名思義，就是每走一步都要將加工點的瞬時坐標同規定的圖形軌跡相比較，判斷其偏差，然后決定下一步的走向，如果加工點走到圖形外面去了，那么下一步就要向圖形里面走；如果加工點在圖形里面，那么下一步就要向圖形外面走，以縮小偏差。這樣就能得出一個非常接近規定圖形的軌跡，最大偏差不超過一個脈沖當量；在逐點比較法中，每進給一步都須要進行偏差判別、坐標進給、新偏差計算和終點比較四個節拍。
[0005]目前的這些數控系統存在以下缺點:1、每次插補運算，只有一個坐標軸輸出，在高速高精度場合，運算量比較大；2、不容易實現兩軸以上的聯動插補，或者實現三軸以上的聯動，運算量很大；3、由于各軸之間協調關系復雜，在加減速運動時，會導致合成位置有偏差；
4、動態的高性能加減速算法難以實現。

【發明內容】

[0006]為解決上述現有技術中所存在的問題，本發明提供一種多軸聯動數控系統及其加工方法。
[0007]本發明采用如下技術方案實現:一種多軸聯動數控系統，包括多軸控制器、多個電機驅動器、多個與所述電機驅動器配合得電機及機床，多個所述電機設置在所述機床的不同方向，連接并控制不同的機床運動軸；多個所述電機驅動器通過數據總線與所述多軸控制器電連接，多個電機驅動器與多個所述電機一一對應地電連接，通過所述多軸控制器控制所述電機驅動器驅動所述電機驅動所述機床運行。
[0008]優選地，所述電機驅動器內設置有用于生成曲線數據的曲線函數發生器。
[0009]本發明還提供一種多軸聯動數控系統的加工方法，包括以下步驟:
[0010]a)通過圖形界面做好加工圖，或者導入外部CAD圖；
[0011]b)對所述加工圖或CAD圖進行曲線分析，提取所述加工圖或CAD圖中的特征；
[0012]c)加入機床數據，與步驟b中提取的特征進行綜合運算，得到最后綜合曲線；[0013]d)把所述最后綜合曲線進行多軸分解，得到每個運動軸的獨立坐標數據；
[0014]e)將所述獨立坐標數據分別發送到各軸的電機驅動器上，并發送同步時鐘信號；
[0015]f)所述電機驅動器根據接收到的獨立坐標數據和提取到的同步時鐘信號生成曲線數據；
[0016]g)將所述曲線數據轉換成為精密速度曲線和加速度參數；
[0017]h)使用生成的所述精密速度曲線進行電機速度實時控制；
[0018]i)多個電機軸的運動軌跡組成機床空間的最終加工曲線，完成加工。
[0019]優選地，所述b步驟中所述特征包括直線、圓弧、橢圓、拋物線、雙曲線、漸開線和樣條曲線。
[0020]優選地，所述機床數據包括機床零點、絲桿軸傳動比例及刀具半徑。
[0021]進一步，所述最后綜合曲線的函數表達式如下:
[0022]e(t)=f(t)*AxialScale+ZeroOffset+c(t)^CutterRadius
[0023]式中:e(t)為最后綜合曲線；
[0024]f(t)為目標曲線；
[0025]c (t)為刀具補償函數；
[0026]AxialScale為絲桿軸傳動比例；
[0027]ZeroOffset 為機床零點；
[0028]CutterRadius 為刀具半徑。
[0029]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:本發明采用空間分解的方式，把幾個軸的數據獨立出來，可以達到更多軸的聯動；多軸控制器跟電機驅動器分開獨立運算，實現并行運算，比中央控制方式的串聯運算速度更高，反應更快；電機驅動器內部產生的函數曲線數據，比脈沖方式的更加精準；電機驅動器內部生成最終的速度曲線，采用實時速度控制，多軸合成的軌跡比脈沖方式有更高平滑度；能高效實現復雜曲線的插補，如橢圓，拋物線，漸開線，樣條曲線等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發明的原理方框圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合具體實施例和附圖對本發明一種多軸聯動數控系統及其加工方法作進一步的詳細說明。
[0032]本發明提出的一種多軸聯動數控系統，包括多軸控制器、多個電機驅動器、多個與所述電機驅動器配合得電機及機床，多個所述電機設置在所述機床的不同方向，連接并控制不同的機床運動軸；多個所述電機驅動器通過數據總線與所述多軸控制器電連接，多個電機驅動器與多個所述電機一一對應地電連接，所述電機驅動器內設置有用于生成曲線數據的曲線函數發生器；通過所述多軸控制器控制所述電機驅動器驅動所述電機驅動所述機床運行。
[0033]本發明還提供一種多軸聯動數控系統的加工方法，包括以下步驟:
[0034]a)通過圖形界面做好加工圖，或者導入外部CAD圖，完成加工信息的導入；[0035]b)對所述加工圖或CAD圖進行曲線分析，提取所述加工圖或CAD圖中的特征，如直線、圓弧、橢圓、拋物線、雙曲線、漸開線和樣條曲線等；
[0036]c)加入機床數據，與步驟b中提取的特征進行綜合運算，得到最后綜合曲線；所述機床數據包括機床零點、絲桿軸傳動比例及刀具半徑等數據，所述最后綜合曲線的函數表達式如下:
[0037]e(t)=f(t)*AxialScale+ZeroOffset+c(t)^CutterRadius
[0038]式中:e(t)為最后綜合曲線；
[0039]f(t)為目標曲線；
[0040]c(t)為刀具補償函數，與刀具半徑及目標曲線在t點的切線角度有關；
[0041]AxialScale為絲桿軸傳動比例；
[0042]ZeroOffset 為機床零點；
[0043]CutterRadius 為刀具半徑；
[0044]d)把所述最后綜合曲線進行多軸分解，得到每個運動軸的獨立坐標數據；如三軸圓弧分解，X2+Y2+Z2=R2,分解成 X=R*cos (t) *cos (T)，Y=R*cos (t) *sin (T)，Z=R*sin (t)；
[0045]e)將分解后的所述獨立坐標數據分別發送到各軸的電機驅動器上，并發送同步時鐘信號；
[0046]f)所述電機驅動器根據接收到的獨立坐標數據和提取到的同步時鐘信號生成曲線數據；
[0047]g)將所述曲線數據轉換成為精密速度曲線和加速度參數；
[0048]h)使用生成的所述精密速度曲線進行電機速度實時控制；
[0049]i)多個電機軸的運動軌跡組成機床空間的最終加工曲線，完成加工。
[0050]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種多軸聯動數控系統，其特征在于:包括多軸控制器、多個電機驅動器、多個與所述電機驅動器配合得電機及機床，多個所述電機設置在所述機床的不同方向，連接并控制不同的機床運動軸；多個所述電機驅動器通過數據總線與所述多軸控制器電連接，多個電機驅動器與多個所述電機一一對應地電連接，通過所述多軸控制器控制所述電機驅動器驅動所述電機驅動所述機床運行。
2.根據權利要求1所述的多軸聯動數控系統，其特征在于:所述電機驅動器內設置有用于生成曲線數據的曲線函數發生器。
3.一種多軸聯動數控系統的加工方法，其特征在于，包括以下步驟: a)通過圖形界面做好加工圖，或者導入外部CAD圖； b)對所述加工圖或CAD圖進行曲線分析，提取所述加工圖或CAD圖中的特征； c)加入機床數據，與步驟b中提取的特征進行綜合運算，得到最后綜合曲線； d)把所述最后綜合曲線進行多軸分解，得到每個運動軸的獨立坐標數據； e)將所述獨立坐標數據分別發送到各軸的電機驅動器上，并發送同步時鐘信號； f)所述電機驅動器根據接收到的獨立坐標數據和提取到的同步時鐘信號生成曲線數據； g)將所述曲線數據轉換成為精密速度曲線和加速度參數； h)使用生成的所述精密速度曲線進行電機速度實時控制； i)多個電機軸的運動軌跡組成機床空間的最終加工曲線,完成加工。
4.根據權利要求3所述的多軸聯動數控系統的加工方法，其特征在于:所述b步驟中所述特征包括直線、圓弧、橢圓、拋物線、雙曲線、漸開線和樣條曲線。
5.根據權利要求3所述的多軸聯動數控系統的加工方法，其特征在于:所述機床數據包括機床零點、絲桿軸傳動比例及刀具半徑。
6.根據權利要求5所述的多軸聯動數控系統的加工方法，其特征在于:所述最后綜合曲線的函數表達式如下:
e(t)=f(t)*AxialScale+ZeroOffset+c(t)^CutterRadius
式中:e(t)為最后綜合曲線；
f(t)為目標曲線；
c(t)為刀具補償函數； AxialScale為絲桿軸傳動比例； ZeroOffset為機床零點；
CutterRadius為刀具半徑。
【文檔編號】G05B19/4097GK103926877SQ201410141648
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2014年4月8日
【發明者】葉成源 申請人:江門市新會區向日葵科技有限公司