一種教學型伺服運動控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種教學型伺服運動控制系統(tǒng)，包括數(shù)控機床，數(shù)控機床通過數(shù)據(jù)線與伺服運動控制器連接，上位機同一個存儲模塊連接，伺服運動控制器還設(shè)有用于連接存儲模塊的卡槽。本發(fā)明同時提供了一種教學型伺服運動控制方法，包括手動控制走刀過程、DXF文件轉(zhuǎn)換過程、機床自動走刀過程以及模擬數(shù)控銑床過程。本發(fā)明用普通上位機取代傳統(tǒng)的數(shù)控教學設(shè)備，體積大大減小，同時利用該系統(tǒng)能夠使同學實時控制數(shù)控機床走刀，走刀的過程也能實時呈現(xiàn)在上位機上，使同學能夠綜合理解和運用信號檢測、伺服運動控制、數(shù)控插補以及精密機械傳動等技術(shù)方法。
【專利說明】
一種教學型伺服運動控制系統(tǒng)及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種教學型伺服運動控制系統(tǒng)及控制方法，屬于伺服運動控制領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，大部分院校的數(shù)控教學設(shè)備過于龐大，不易操作，不能更直觀的展現(xiàn)數(shù)控的實時插補，缺少人機交互性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種教學型伺服運動控制系統(tǒng)及控制方法，用普通上位機取代傳統(tǒng)的數(shù)控教學設(shè)備，體積大大減小，同時利用該系統(tǒng)能夠使同學實時控制數(shù)控機床走刀，走刀的過程也能實時呈現(xiàn)在上位機上，使同學能夠綜合理解和運用信號檢測、伺服運動控制、數(shù)控插補以及精密機械傳動等技術(shù)方法。
[0004]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供了一種教學型伺服運動控制系統(tǒng)，包括數(shù)控機床，數(shù)控機床通過數(shù)據(jù)線與伺服運動控制器連接，伺服運動控制器通過串口通信模塊與上位機連接，所述上位機包括XYZ三軸向控制單元，用于設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速且控制主軸加速、正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)和減速的主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元，用于轉(zhuǎn)換DXF文件的G代碼解釋器單元，用于提供圖形形狀的AutoCAD圖形文件單元，以及用于圖形顯示的圖形顯示單元，所述XYZ三軸向控制單元設(shè)有6個按鈕，分別用于控制數(shù)控機床主軸沿X軸向前進和后退、Y軸向前進和后退以及Z軸向前進和后退；上位機通過G代碼解釋器單元同一個存儲模塊連接，伺服運動控制器還設(shè)有用于連接存儲模塊的卡槽。
[0005]本發(fā)明同時提供了一種教學型伺服運動控制方法，包括手動控制走刀過程、DXF文件轉(zhuǎn)換過程、機床自動走刀過程、以及模擬數(shù)控銑床過程:
[0006](I)所述手動控制走刀過程是:當按住上位機的XYZ三軸向控制單元設(shè)有的6個按鈕中的一個按鈕時，XYZ三軸向控制單元通過串口通信模塊向伺服運動控制器發(fā)送16進制控制指令，伺服運動控制器再通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號以控制數(shù)控機床的主軸沿X軸向、Y軸向或Z軸向保持前進或后退運動，放開按鈕時XYZ三軸向控制單元通過串口通信模塊向伺服運動控制器發(fā)送16進制控制指令，伺服運動控制器再通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號以控制數(shù)控機床的主軸沿X軸向、Y軸向或Z軸向停止前進或后退運動；在數(shù)控機床的主軸沿X軸向、Y軸向或Z軸向前進、后退或停止運動過程中，伺服運動控制器將主軸的坐標數(shù)據(jù)通過串口通信模塊發(fā)送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形形狀傳遞給圖形顯示單元，圖形顯示單元將圖形形狀顯示在上位機的顯示器上以供觀察；
[0007](2)所述DXF文件轉(zhuǎn)換過程是:上位機導入DXF文件，通過G代碼解釋器單元從DXF文件的ENTITIES段提取圖形數(shù)據(jù)，生成G代碼文件，再利用數(shù)控插補的逐點比較法分析處理G代碼文件，形成圖形坐標數(shù)據(jù)保存在微線段文件中，最后將G代碼文件和微線段文件存儲于存儲模塊中；
[0008](3)所述機床自動走刀過程是:將存儲模塊通過卡槽與伺服運動控制器連接，伺服運動控制器讀取存儲模塊中存儲的微線段文件，并根據(jù)微線段文件通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號，以控制數(shù)控機床走刀；在數(shù)控機床走刀過程中，伺服運動控制器將微線段文件通過串口通信模塊發(fā)送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將微線段文件轉(zhuǎn)換為圖形形狀傳遞給圖形顯示單元，圖形顯示單元將圖形形狀顯示在上位機的顯示器上以供觀察；
[0009](4)所述模擬數(shù)控銑床過程是:在主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元上設(shè)置工件X軸向偏移量、工件Y軸向偏移量以及進給速度；主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元將工件X軸向偏移量、工件Y軸向偏移量以及進給速度通過串口通信模塊發(fā)送到伺服運動控制器，伺服運動控制器根據(jù)設(shè)置的工件X軸向偏移量和工件Y向軸偏移量通過數(shù)據(jù)線發(fā)送脈沖信號至數(shù)控機床的步進電機驅(qū)動器以驅(qū)動工件沿X軸向和Y軸向運動，使工件到達指定位置；同時主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元將設(shè)置的進給速度轉(zhuǎn)換成百分量，通過串口通信模塊發(fā)送到伺服運動控制器，伺服運動控制器再將轉(zhuǎn)換成百分量的進給速度發(fā)送至數(shù)控機床，以控制數(shù)控機床調(diào)速；在工件沿X軸向和Y軸向運動以及數(shù)控機床調(diào)速過程中，伺服運動控制器將工件的坐標數(shù)據(jù)通過串口通信模塊發(fā)送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形形狀傳遞給圖形顯示單元，圖形顯示單元將圖形形狀顯示在上位機的顯示器上以供觀察。
[0010]本發(fā)明基于其技術(shù)方案所具有的有益效果在于:
[0011](I)本發(fā)明的教學型伺服運動控制系統(tǒng)利用上位機取代傳統(tǒng)的體積龐大的數(shù)控教學設(shè)備，維護簡單，降低了學校的經(jīng)營成本；
[0012](2)本發(fā)明利用上位機的G代碼解釋器單元實現(xiàn)轉(zhuǎn)換DXF文件過程，并將轉(zhuǎn)換后的微線段文件存儲于存儲模塊，存儲模塊可以插入伺服運動控制器以自動控制數(shù)控機床走刀，具有很強的實用性；
[0013](3)本發(fā)明設(shè)有AutoCAD圖形文件單元和圖形顯示單元，能夠在走刀過程中實時地將坐標數(shù)據(jù)或微線段文件轉(zhuǎn)換為圖形顯示出來，讓學生實時觀察伺服運動控制，效果直觀，提高了教學效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是一種教學型伺服運動控制系統(tǒng)示意圖。

【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0016]參照圖1，本發(fā)明提供了一種教學型伺服運動控制系統(tǒng)，包括數(shù)控機床，數(shù)控機床通過數(shù)據(jù)線與伺服運動控制器連接，伺服運動控制器通過串口通信模塊與上位機連接，所述上位機包括XYZ三軸向控制單元，用于設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速且控制主軸加速、正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)和減速的主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元，用于轉(zhuǎn)換DXF文件的G代碼解釋器單元，用于提供圖形形狀的AutoCAD圖形文件單元，以及用于圖形顯示的圖形顯示單元,所述XYZ三軸向控制單元設(shè)有6個按鈕，分別用于控制數(shù)控機床主軸沿X軸向前進和后退、Y軸向前進和后退以及Z軸向前進和后退；上位機通過G代碼解釋器單元同一個存儲模塊連接，伺服運動控制器還設(shè)有用于連接存儲模塊的卡槽。
[0017]其中，XYZ三軸向控制單元通過串口通信模塊向伺服運動控制器發(fā)送16進制控制指令，伺服運動控制器通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號。
[0018]主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元上可以設(shè)置工件X軸向偏移量、工件Y軸向偏移量以及進給速度，該主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元將工件X軸向偏移量、工件Y軸向偏移量以及進給速度通過串口通信模塊發(fā)送到伺服運動控制器，伺服運動控制器根究該設(shè)置通過數(shù)據(jù)線發(fā)送脈沖信號至數(shù)控機床的步進電機驅(qū)動器，主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元還能將進給速度轉(zhuǎn)換成百分量，通過串口通信模塊發(fā)送到伺服運動控制器，伺服運動控制器再將轉(zhuǎn)換成百分量的進給速度發(fā)送至數(shù)控機床。
[0019]G代碼解釋器單元可以將上位機導入的DXF文件的ENTITIES段提取圖形數(shù)據(jù)，生成G代碼文件，并形成圖形坐標數(shù)據(jù)保存為微線段文件，再將G代碼文件和微線段文件存儲于存儲模塊中。當存儲模塊通過卡槽與伺服運動控制器連接時，伺服運動控制器讀取存儲模塊中存儲的微線段文件，并根據(jù)微線段文件通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號，以控制數(shù)控機床走刀。
[0020]在控制機床走刀過程中，伺服運動控制器可以將坐標數(shù)據(jù)或者微線段文件通過串口通信模塊發(fā)送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將坐標數(shù)據(jù)或者微線段文件轉(zhuǎn)換為圖形形狀傳遞給圖形顯示單元，圖形顯示單元將圖形形狀顯示在上位機的顯示器上以供觀察。
[0021]本發(fā)明同時提供了一種教學型伺服運動控制方法，包括手動控制走刀過程、DXF文件轉(zhuǎn)換過程、機床自動走刀過程、以及模擬數(shù)控銑床過程:
[0022](I)所述手動控制走刀過程是:當按住上位機的XYZ三軸向控制單元設(shè)有的6個按鈕中的一個按鈕時，XYZ三軸向控制單元通過串口通信模塊向伺服運動控制器發(fā)送16進制控制指令，伺服運動控制器再通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號以控制數(shù)控機床的主軸沿X軸向、Y軸向或Z軸向保持前進或后退運動，放開按鈕時XYZ三軸向控制單元通過串口通信模塊向伺服運動控制器發(fā)送16進制控制指令，伺服運動控制器再通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號以控制數(shù)控機床的主軸沿X軸向、Y軸向或Z軸向停止前進或后退運動；在數(shù)控機床的主軸沿X軸向、Y軸向或Z軸向前進、后退或停止運動過程中，伺服運動控制器將主軸的坐標數(shù)據(jù)通過串口通信模塊發(fā)送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形形狀傳遞給圖形顯示單元，圖形顯示單元將圖形形狀顯示在上位機的顯示器上以供觀察；
[0023](2)所述DXF文件轉(zhuǎn)換過程是:上位機導入DXF文件，通過G代碼解釋器單元從DXF文件的ENTITIES段提取圖形數(shù)據(jù)，生成G代碼文件，再利用數(shù)控插補的逐點比較法分析處理G代碼文件，形成圖形坐標數(shù)據(jù)保存在微線段文件中，最后將G代碼文件和微線段文件存儲于存儲模塊中；
[0024](3)所述機床自動走刀過程是:將存儲模塊插入伺服運動控制器的卡槽，使存儲模塊通過卡槽與伺服運動控制器連接，伺服運動控制器讀取存儲模塊中存儲的微線段文件，并根據(jù)微線段文件通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號，以控制數(shù)控機床走刀；在數(shù)控機床走刀過程中，伺服運動控制器將微線段文件通過串口通信模塊發(fā)送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將微線段文件轉(zhuǎn)換為圖形形狀傳遞給圖形顯示單元，圖形顯示單元將圖形形狀顯示在上位機的顯示器上以供觀察；
[0025](4)所述模擬數(shù)控銑床過程是:在主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元上設(shè)置工件X軸向偏移量、工件Y軸向偏移量以及進給速度；主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元將工件X軸向偏移量、工件Y軸向偏移量以及進給速度通過串口通信模塊發(fā)送到伺服運動控制器，伺服運動控制器根據(jù)設(shè)置的工件X軸向偏移量和工件Y向軸偏移量通過數(shù)據(jù)線發(fā)送脈沖信號至數(shù)控機床的步進電機驅(qū)動器以驅(qū)動工件沿X軸向和Y軸向運動，使工件到達指定位置；同時主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元將設(shè)置的進給速度轉(zhuǎn)換成百分量，通過串口通信模塊發(fā)送到伺服運動控制器，伺服運動控制器再將轉(zhuǎn)換成百分量的進給速度發(fā)送至數(shù)控機床，以控制數(shù)控機床調(diào)速；在工件沿X軸向和Y軸向運動以及數(shù)控機床調(diào)速過程中，伺服運動控制器將工件的坐標數(shù)據(jù)通過串口通信模塊發(fā)送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形形狀傳遞給圖形顯示單元，圖形顯示單元將圖形形狀顯示在上位機的顯示器上以供觀察。
【權(quán)利要求】
1.一種教學型伺服運動控制系統(tǒng)，包括數(shù)控機床，其特征在于:數(shù)控機床通過數(shù)據(jù)線與伺服運動控制器連接，伺服運動控制器通過串口通信模塊與上位機連接，所述上位機包括XYZ三軸向控制單元，用于設(shè)置主軸轉(zhuǎn)速且控制主軸加速、正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)和減速的主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元，用于轉(zhuǎn)換DXF文件的G代碼解釋器單元，用于提供圖形形狀的AutoCAD圖形文件單元，以及用于圖形顯示的圖形顯示單元，所述XYZ三軸向控制單元設(shè)有6個按鈕，分別用于控制數(shù)控機床主軸沿X軸向前進和后退、Y軸向前進和后退以及Z軸向前進和后退；上位機通過G代碼解釋器單元同一個存儲模塊連接，伺服運動控制器還設(shè)有用于連接存儲模塊的卡槽。
2.一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的教學型伺服運動控制方法，其特征在于:包括手動控制走刀過程、DXF文件轉(zhuǎn)換過程、機床自動走刀過程、以及模擬數(shù)控銑床過程: (1)所述手動控制走刀過程是:當按住上位機的XYZ三軸向控制單元設(shè)有的6個按鈕中的一個按鈕時，XYZ三軸向控制單元通過串口通信模塊向伺服運動控制器發(fā)送16進制控制指令，伺服運動控制器再通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號以控制數(shù)控機床的主軸沿X軸向、Y軸向或Z軸向保持前進或后退運動，放開按鈕時XYZ三軸向控制單元通過串口通信模塊向伺服運動控制器發(fā)送16進制控制指令，伺服運動控制器再通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號以控制數(shù)控機床的主軸沿X軸向、Y軸向或Z軸向停止前進或后退運動；在數(shù)控機床的主軸沿X軸向、Y軸向或Z軸向前進、后退或停止運動過程中，伺服運動控制器將主軸的坐標數(shù)據(jù)通過串口通信模塊發(fā)送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形形狀傳遞給圖形顯示單元，圖形顯示單元將圖形形狀顯示在上位機的顯示器上以供觀察； (2)所述DXF文件轉(zhuǎn)換過程是:上位機導入DXF文件，通過G代碼解釋器單元從DXF文件的ENTITIES段提取圖形數(shù)據(jù)，生成G代碼文件，再利用數(shù)控插補的逐點比較法分析處理G代碼文件，形成圖形坐標數(shù)據(jù)保存在微線段文件中，最后將G代碼文件和微線段文件存儲于存儲1吳塊中； (3)所述機床自動走刀過程是:將存儲模塊通過卡槽與伺服運動控制器連接，伺服運動控制器讀取存儲模塊中存儲的微線段文件，并根據(jù)微線段文件通過數(shù)據(jù)線向數(shù)控機床發(fā)送脈沖信號，以控制數(shù)控機床走刀；在數(shù)控機床走刀過程中，伺服運動控制器將微線段文件通過串口通信模塊發(fā)送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將微線段文件轉(zhuǎn)換為圖形形狀傳遞給圖形顯示單元，圖形顯示單元將圖形形狀顯示在上位機的顯示器上以供觀察； (4)所述模擬數(shù)控銑床過程是:在主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元上設(shè)置工件X軸向偏移量、工件Y軸向偏移量以及進給速度；主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元將工件X軸向偏移量、工件Y軸向偏移量以及進給速度通過串口通信模塊發(fā)送到伺服運動控制器，伺服運動控制器根據(jù)設(shè)置的工件X軸向偏移量和工件Y向軸偏移量通過數(shù)據(jù)線發(fā)送脈沖信號至數(shù)控機床的步進電機驅(qū)動器以驅(qū)動工件沿X軸向和Y軸向運動，使工件到達指定位置；同時主軸正反轉(zhuǎn)與調(diào)速單元將設(shè)置的進給速度轉(zhuǎn)換成百分量，通過串口通信模塊發(fā)送到伺服運動控制器，伺服運動控制器再將轉(zhuǎn)換成百分量的進給速度發(fā)送至數(shù)控機床，以控制數(shù)控機床調(diào)速；在工件沿X軸向和Y軸向運動以及數(shù)控機床調(diào)速過程中，伺服運動控制器將工件的坐標數(shù)據(jù)通過串口通信模塊發(fā)送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將坐標數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形形狀傳遞給圖形顯示單元，圖形顯示單元將圖形形狀顯示在上位機的顯示器上以供觀察。
【文檔編號】G05B19/4097GK104375465SQ201410738458
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】吳來杰, 黃亮, 楊元紅, 李學斌 申請人:中國地質(zhì)大學（武漢）