數控系統機床環境仿真儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及數控系統調試和故障診斷技術領域，具體涉及一種數控系統機床環境仿真儀。
【背景技術】
[0002]數控裝置要在一個復雜的數控系統環境中才能正常工作，數控系統的工作環境包括數控裝置、供電系統、伺服驅動器、主軸驅動器、電機、各種傳感器和執行器、以及機床運動機構。數控裝置的功能通過其內部的計算機系統執行數控參數、PLC程序和加工代碼，輸入輸出相應的控制信號，最終使機床產生相應的運動來體現。
[0003]采用數控裝置及其外圍部件構成數控系統時，應當如何快速調試驗證數控裝置內參數和PLC程序的正確性，安全搭建數控系統，以及當數控系統出現故障時，如何快速定位故障部件，查明故障原因，這些都是數控系統應用中的重要問題。如將數控裝置置于真實外圍電氣部件和機床中進行調試，一旦參數和PLC程序發生錯誤，將可能損壞電氣元件和機床機構，甚至發生安全事故。

【發明內容】

[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠使數控裝置在虛擬的外圍運行環境下進行調試和故障診斷數控系統機床環境仿真儀。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案:
[0006]設計一種數控系統機床環境仿真儀，包括控制器，以及與所述控制器對應連接的接口電路和顯示器，所述接口電路包括進給信號輸入接口、主軸信號輸入接口、仿編碼器輸出接口、開關量輸入接口和開關量輸出接口 ；
[0007]所述進給信號輸入接口與數控系統的進給信號輸出接口對應連接，用于接收數控系統輸出的速度指令，并向數控系統反饋仿真儀內部虛擬機床運動產生的位置信息；
[0008]所述主軸信號輸入接口與數控系統的主軸信號輸出接口對應連接，用于接收數控系統輸出的表示主軸轉速的模擬電壓指令，并向數控系統反饋仿真儀內部虛擬主軸轉動產生的主軸位置信息；
[0009]所述控制器接收進給信號輸入接口送入的脈沖指令，并通過仿編碼器輸出接口輸出電機轉速、螺母直線運動速度和位置數據；
[0010]所述控制器接收主軸信號輸入接口送入的模擬電壓指令，并通過仿編碼器輸出接口輸出主軸轉速數據；
[0011 ]所述開關量輸入接口與數控系統的開關量輸出接口對應連接，用于接收數控系統輸出的開關量信號;所述開關量輸出接口與數控系統的開關量輸入接口對應連接，用于向數控系統發送的開關量信號。
[0012]優選的，所述進給信號輸入接口為三個速度方向脈沖輸入接口，分別與數控系統的X、Y、Z軸速度方向脈沖輸出接口對應連接。
[0013]優選的，所述仿編碼器輸出接口為四路仿正交編碼器差分信號輸出接口，分別與數控系統的X、Y、Z軸位置脈沖輸入接口和主軸位置脈沖輸入接口對應連接。
[0014]優選的，所述主軸信號輸入接口為模擬電壓輸入接口。
[0015]根據數控系統輸出的速度方向脈沖信號和模擬電壓信號，在所述顯示器上顯示最終合成的虛擬機床運動的畫面。
[0016]優選的，所述開關量輸入接口為兩個，每個開關量輸入接口內包含16個開關量輸入點，所述開關量輸入點分別與數控系統的開關量輸出接口對應連接，用于接收數控系統輸出的開關量信號。
[0017]優選的，所述開關量輸出接口為兩個，每個開關量輸出接口內包含16個開關量輸出點，所述開關量輸出點分別與數控系統的開關量輸入接口對應連接，用于向數控系統發送開關量信號。
[0018]優選的，所述開關量輸出點為繼電器型開關量輸出點。
[0019]優選的，所述控制器為STM32F407VET6型Cortex-M4微控制器。
[0020]優選的，所述顯示器包括采用液晶屏驅動芯片SSD1963驅動的AT070TN92型液晶屏。
[0021 ]優選的，所述數控系統為華中HNC-21M型數控系統。
[0022]本實用新型的有益效果在于:
[0023]1.本實用新型數控系統機床環境仿真儀可以與數控裝置上的主要接口直接對接，通過仿真儀內部的電路和程序虛擬伺服驅動器、主軸驅動器、電機、傳動機構、限位開關和開關量負載等數控裝置外圍設備運行情況，輔助數控裝置運行;通過模擬數控裝置運行所必需的外圍電路和機床環境，使數控裝置能夠在脫離電氣控制柜和機床機構的情況下運行，并能在顯示器上直觀顯示出數控裝置外圍電路和機床機構的運行情況，方便進行數控裝置試機、調試和故障檢測，避免在真實機床中調試、維修的危險性。
[0024]2.本實用新型數控系統機床環境仿真儀可以配置出不同的虛擬軸數、傳功比、傳動檔位，通過編程模擬限位開關、刀庫、冷卻潤滑等開關量邏輯，從而配置成各種不同類型的“虛擬機床”。將數控裝置與本實用新型對接，可以進行驗收試機、初裝配置，以及在出現PLC程序故障或參數錯誤時進行故障定位排除。本實用新型是一種低成本小型化便攜式應用的儀器，不僅可以在實驗室環境下應用，也方便進行現場操作。
【附圖說明】
[0025]圖1是本實用新型與數控系統的硬件連接關系圖；
[0026]圖2是本實用新型的硬件原理圖；
[0027]圖3是本實用新型的方向脈沖輸入電路圖；
[0028]圖4是本實用新型的位置編碼器輸出電路圖；
[0029]圖5是本實用新型的模擬電壓輸入電路圖；
[0030]圖6是本實用新型的處理流程圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和實施例來說明本實用新型的【具體實施方式】，但以下實施例只是用來詳細說明本實用新型，并不以任何方式限制本實用新型的范圍。
[0032]實施例1:一種數控系統機床環境仿真儀，包括控制器，以及與控制器對應連接的接口電路和顯示器，其中，控制器為STM32F407VET6型Cortex-M4微控制器;顯示器包括采用液晶屏驅動芯片SSD1963驅動的AT070TN92型液晶屏。采用STM32F407VET6型Cortex-M4微控制器，其集成多個多通道定時器，每個通道均具有可編程輸入捕獲和PWM輸出功能，可以用于接收解析脈沖指令，輸出仿正交編碼器脈沖。其上集成ADC可用于接收模擬電壓指令。STM32F407VET6外部FSMC并行總線可掛載液晶驅動芯片SSD1963，用于驅動7寸液晶屏起顯示作用。
[0033]接口電路包括進給信號輸入接口、主軸信號輸入接口、仿編碼器輸出接口、開關量輸入接口和開關量輸出接口。進給信號輸入接口與數控系統的進給信號輸出接口對應連接，用于接收數控系統輸出的速度指令，并向數控系統反饋仿真儀內部虛擬機床運動產生的位置信息。進給信號輸入接口為三個速度方向脈沖輸入接口，分別與數控系統的X、Y、Z軸速度方向脈沖輸出接口對應連接。
[0034]主軸信號輸入接口與數控系統的主軸信號輸出接口對應連接，用于接收數控系統輸出的表示主軸轉速的模擬電壓指令，并向數控系統反饋仿真儀內部虛擬主軸轉動產生的主軸位置信息。仿編碼器輸出接口為四路仿正交編碼器差分信號輸出接口，分