專利名稱：多軸數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多軸數(shù)控系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種用于對伺服系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制的多軸數(shù)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)控裝備的整體水平標(biāo)志著一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平和綜合國力的強(qiáng)弱。隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入巨資，對先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵， 是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化的基礎(chǔ)。其中，五軸聯(lián)動數(shù)控又是數(shù)控技術(shù)中難度最大，應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)。它集計算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動和精密加工技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高效、精密和自動化加工。五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是發(fā)電、船舶、航天航空、模具和高精密儀器等民用工業(yè)和軍工部門迫切需要的關(guān)鍵加工設(shè)備。采用五軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工，可用刀具的最佳幾何形狀進(jìn)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(lián)動數(shù)控技術(shù)作為一個國家工業(yè)化水平的標(biāo)志。目前，振興裝備制造業(yè)已經(jīng)成為國家的重大發(fā)展戰(zhàn)略，國家為包括數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的裝備制造業(yè)振興提供了良好的政策環(huán)境，并給予了特殊重要的地位。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006 2020年)》中，“高檔數(shù)控機(jī)床和基礎(chǔ)制造技術(shù)”被列為十六個重大專項之一。重大專項是為了實現(xiàn)國家目標(biāo)，通過核心技術(shù)的突破和資源集成， 在一定時限內(nèi)完成重大戰(zhàn)略產(chǎn)品、關(guān)鍵共性技術(shù)和重大工程，是我國科技發(fā)展的重中之重。 《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》將數(shù)控機(jī)床確定為“十一五”規(guī)劃中裝備制造業(yè)振興的重點之一?！秶鴦?wù)院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》中確定振興裝備制造業(yè)為主要任務(wù)，即實現(xiàn)十六個重點突破的關(guān)鍵領(lǐng)域，其中，第十二項便是“發(fā)展大型、精密、高速數(shù)控裝備和數(shù)控系統(tǒng)及功能部件，改變大型、高精度數(shù)控機(jī)床大部分依靠進(jìn)口的現(xiàn)狀，滿足機(jī)械、航空航天等工業(yè)發(fā)展的需要”。西方國家在高檔數(shù)控機(jī)床(系統(tǒng))方面，目前還處于壟斷地位，并嚴(yán)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(jìn)口的16臺二手四、五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床用于軍工生產(chǎn)，要求對我國加強(qiáng)禁運。這說明研究和發(fā)展五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，具有超越一般市場價值的戰(zhàn)略地位。為了改變這種不利局面，我們必須考慮在現(xiàn)有的研究成果基礎(chǔ)上，開發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能數(shù)控系統(tǒng)，掌握先進(jìn)制造核心技術(shù)，否則在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國制造業(yè)將進(jìn)一步“空芯”。我們以資源、環(huán)境和市場為代價，交換得到的可能僅僅是世界新經(jīng)濟(jì)格局中的國際“加工中心”和“組裝中心”，這樣將會嚴(yán)重影響我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)之間采用特殊的指令線連接，每個伺服系統(tǒng)都需要單獨的指令線同數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生通訊。如圖1所示，每個伺服驅(qū)動都需要添加獨立的指令線，由此，對于多軸數(shù)控系統(tǒng)，存在控制過程復(fù)雜、接線煩雜、不易調(diào)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(huán)境的干擾，造成不可預(yù)料的錯誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的每個伺服驅(qū)動都需要添加獨立的指令線，由此，對于多軸數(shù)控系統(tǒng)，存在控制過程復(fù)雜、接線煩雜、不易調(diào)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(huán)境的干擾，造成不可預(yù)料的錯誤等缺陷，提供一種多軸數(shù)控系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種多軸數(shù)控系統(tǒng)，其用于對伺服系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制，所述伺服系統(tǒng)包括多個主軸驅(qū)動單元、多個伺服驅(qū)動單元和多個輸入輸出模塊，所述多軸數(shù)控系統(tǒng)包括現(xiàn)場可編程門陣列，以作為與所述伺服系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制的接口 ；所述多個主軸驅(qū)動單元、所述多個伺服驅(qū)動單元、所述多個輸入輸出模塊和所述現(xiàn)場可編程門陣列，通過現(xiàn)場總線的通行方式，構(gòu)成環(huán)形以太網(wǎng)的連接結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)中，還包括多個處理器；其中，一個處理器作為通用計算機(jī)開發(fā)平臺的主處理器，用于裝載多種應(yīng)用程序；別的處理器用于執(zhí)行數(shù)字控制過程中的數(shù)據(jù)處理。在本發(fā)明所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)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(jī)開發(fā)平臺，用于裝載多種應(yīng)用程序；所述運動控制處理器用于執(zhí)行數(shù)字控制過程中的解釋、插補(bǔ)及位置控制的實時性任務(wù)；所述PLC處理器用于執(zhí)行數(shù)字控制的PLC處理任務(wù)。在本發(fā)明所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)中，所述主處理器和運動控制處理器采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在本發(fā)明所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)中，所述運動控制處理器和PLC處理器分別與所述現(xiàn)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(xiàn)場可編程門陣列之間均采用32位高速并行總線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在本發(fā)明所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)中，還包括分別與所述主處理器連接的網(wǎng)絡(luò)接口、 USB接口、鍵盤、顯示器、硬盤和存儲器。在本發(fā)明所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)中，還包括與運動控制處理器連接的存儲器和外設(shè)接口。在本發(fā)明所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)中，主處理器是通用工業(yè)微機(jī)；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。在本發(fā)明所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)中，所述多個主軸驅(qū)動單元、所述多個伺服驅(qū)動單元和所述多個輸入輸出模塊，通過現(xiàn)場總線的通行方式，構(gòu)成串聯(lián)的連接結(jié)構(gòu)。實施本發(fā)明的多軸數(shù)控系統(tǒng)，具有以下有益效果通過工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，實施該多軸數(shù)控系統(tǒng)，簡化布線結(jié)構(gòu)，提高數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化通信能力。采用現(xiàn)場總線接口的多處理器結(jié)構(gòu)的硬件平臺，實現(xiàn)該數(shù)控系統(tǒng)的高速、高精度、高可靠性和開放性，提升了我國制造業(yè)裝備技術(shù)水平和國際競爭力。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明現(xiàn)有的多軸數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明多軸數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖2所示，本發(fā)明的多軸數(shù)控系統(tǒng)1主要是用于數(shù)控機(jī)床中對伺服系統(tǒng)2進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制，多軸數(shù)控系統(tǒng)1將和伺服系統(tǒng)2進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。該伺服系統(tǒng)2可包括多個主軸驅(qū)動單元21、多個伺服驅(qū)動單元22和多個輸入輸出模塊23。在一優(yōu)選實施例中，可包括N個主軸驅(qū)動單元21、N個伺服驅(qū)動單元22和N個輸入輸出模塊23。為了使得該多軸數(shù)控系統(tǒng)1可和多個主軸驅(qū)動單元21、多個伺服驅(qū)動單元22和多個輸入輸出模塊23進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，該多軸數(shù)控系統(tǒng)1包括現(xiàn)場可編程門陣列14，以作為與伺服系統(tǒng)2進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制的接口。為了降低該多軸數(shù)控系統(tǒng)1和伺服系統(tǒng)2之間的連接結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，可通過現(xiàn)場總線的通信方式，將該現(xiàn)場可編程門陣列14與多個主軸驅(qū)動單元21、多個伺服驅(qū)動單元22和多個輸入輸出模塊23之間連接成環(huán)形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其中， 多個主軸驅(qū)動單元21、多個伺服驅(qū)動單元22和多個輸入輸出模塊23，通過現(xiàn)場總線的通行方式，構(gòu)成串聯(lián)的連接結(jié)構(gòu)。由此無論伺服系統(tǒng)2具有多少個控制軸，數(shù)控系統(tǒng)1和伺服系統(tǒng)2之間的連線始終只有兩個。在具體工作中，該現(xiàn)場可編程門陣列14的主要任務(wù)是完成現(xiàn)場總線的通信，外接伺服系統(tǒng)2的主軸驅(qū)動單元21、伺服驅(qū)動單元22、輸入輸出模塊23、PLC等。為了實現(xiàn)該多軸數(shù)控系統(tǒng)1對數(shù)據(jù)處理的精確和高速，該多軸數(shù)控系統(tǒng)1可包括多個處理器；其中，一個處理器作為通用計算機(jī)開發(fā)平臺的主處理器，用于裝載多種應(yīng)用程序；別的處理器用于執(zhí)行數(shù)字控制過程中的數(shù)據(jù)處理。在一優(yōu)選實施例中，該多軸數(shù)控系統(tǒng)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(shè)計時，該主處理器11可以是通用工業(yè)微機(jī)，具有計算機(jī)的所有外設(shè)接口，可工作于Windows、WinCE或Linux等各種操作系統(tǒng)。主處理器11的具體任務(wù)為人機(jī)交互、文件管理和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。該主處理器11采用通用計算機(jī)，可繼承通用計算機(jī)的開發(fā)平臺及其豐富的軟件資源，可裝載各個應(yīng)用程序，有利于系統(tǒng)升級換代，更有利于提高開發(fā)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(shù)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(tǒng)或嵌入式操作系統(tǒng)。承擔(dān)數(shù)控程序中的解釋、插補(bǔ)及位置控制等實時性較強(qiáng)的任務(wù)。主處理器11和運動控制處理器12之間的數(shù)據(jù)傳輸實時性要求不太高，通?？刹捎霉I(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shù)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(yīng)速度，最快響應(yīng)時間可達(dá)微秒級。其輸入輸出數(shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場可編程門陣列14由現(xiàn)場總線完成。PLC處理器13和現(xiàn)場可編程門陣列14之間的數(shù)據(jù)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(bǔ)命令及PLC處理器13的PLC處理結(jié)果通過現(xiàn)場總線輸出，同時伺服驅(qū)動單元22、主軸驅(qū)動單元21、PLC的有關(guān)輸入信息通過現(xiàn)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(shù)控系統(tǒng)1還可以通過現(xiàn)場總線， 對伺服系統(tǒng)2進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、參數(shù)辨識、參數(shù)自整定等工作，從而可以減少伺服驅(qū)動單元22 的調(diào)試時間，提高伺服驅(qū)動單元22的性能。根據(jù)實際應(yīng)用的需要，主處理器11可分別連接的網(wǎng)絡(luò)接口、USB接口、鍵盤、顯示器、硬盤和存儲器。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多軸數(shù)控系統(tǒng)，用于對伺服系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制，所述伺服系統(tǒng)包括多個主軸驅(qū)動單元、多個伺服驅(qū)動單元和多個輸入輸出模塊，其特征在于，所述多軸數(shù)控系統(tǒng)包括現(xiàn)場可編程門陣列，以作為與所述伺服系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制的接口 ；所述多個主軸驅(qū)動單元、所述多個伺服驅(qū)動單元、所述多個輸入輸出模塊和所述現(xiàn)場可編程門陣列，通過現(xiàn)場總線的通行方式，構(gòu)成環(huán)形以太網(wǎng)的連接結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)，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(jī)開發(fā)平臺的主處理器，用于裝載多種應(yīng)用程序；別的處理器用于執(zhí)行數(shù)字控制過程中的數(shù)據(jù)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)，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(jī)開發(fā)平臺，用于裝載多種應(yīng)用程序；所述運動控制處理器用于執(zhí)行數(shù)字控制過程中的解釋、插補(bǔ)及位置控制的實時性任務(wù)；所述PLC處理器用于執(zhí)行數(shù)字控制的PLC處理任務(wù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，所述主處理器和運動控制處理器采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)，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(xiàn)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(xiàn)場可編程門陣列之間均采用32位高速并行總線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，還包括分別與所述主處理器連接的網(wǎng)絡(luò)接口、USB接口、鍵盤、顯示器、硬盤和存儲器。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)，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(shè)接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求3 7任一所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，主處理器是通用工業(yè)微機(jī)；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(jù)權(quán)利要求1 7任一所述的多軸數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，所述多個主軸驅(qū)動單元、所述多個伺服驅(qū)動單元和所述多個輸入輸出模塊，通過現(xiàn)場總線的通行方式，構(gòu)成串聯(lián)的連接結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多軸數(shù)控系統(tǒng)，其用于對伺服系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制，所述伺服系統(tǒng)包括多個主軸驅(qū)動單元、多個伺服驅(qū)動單元和多個輸入輸出模塊，所述多軸數(shù)控系統(tǒng)包括現(xiàn)場可編程門陣列，以作為與所述伺服系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信控制的接口；所述多個主軸驅(qū)動單元、所述多個伺服驅(qū)動單元、所述多個輸入輸出模塊和所述現(xiàn)場可編程門陣列，通過現(xiàn)場總線的通行方式，構(gòu)成環(huán)形以太網(wǎng)的連接結(jié)構(gòu)。通過工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，實施該多軸數(shù)控系統(tǒng)，簡化布線結(jié)構(gòu)，提高數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化通信能力。采用現(xiàn)場總線接口的多處理器結(jié)構(gòu)的硬件平臺，實現(xiàn)該數(shù)控系統(tǒng)的高速、高精度、高可靠性和開放性，提升了我國制造業(yè)裝備技術(shù)水平和國際競爭力。
文檔編號G05B19/414GK102339037SQ20111019149
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者楊虎, 謝星葵 申請人:深圳華中數(shù)控有限公司