專利名稱：經(jīng)濟(jì)型多軸數(shù)控系統(tǒng)及其聯(lián)動(dòng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械制造用機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法，尤其是多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法。
目前在機(jī)械制造行業(yè)中(包括車、銑、刨、磨及電解加工、電火花線切割加工等)，多軸數(shù)控機(jī)床(四軸、五軸等)還為數(shù)較少，其數(shù)控系統(tǒng)由高性能的工業(yè)控制機(jī)及其相應(yīng)軟件組成，技術(shù)難度大，只由少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家所掌握且嚴(yán)加保密，我國(guó)尚處于僅由單片機(jī)控制兩軸至兩軸半的數(shù)控技術(shù)階段，長(zhǎng)期以來(lái)難以實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)控制，不能適應(yīng)復(fù)雜形狀型面的加工要求。
本發(fā)明的目的在于提供一種能實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)控制的經(jīng)濟(jì)型多軸數(shù)控系統(tǒng)及其聯(lián)動(dòng)控制方法。
本發(fā)明所提供的經(jīng)濟(jì)型多軸數(shù)控系統(tǒng)由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)及數(shù)個(gè)單片機(jī)控制單元組合而成，控制單元的個(gè)數(shù)與所需控制的加工運(yùn)動(dòng)軸個(gè)數(shù)相同，計(jì)算機(jī)的輸出接口與各控制單元的輸入接口相連，各控制單元的輸出接口分別與數(shù)控機(jī)床的被控制軸接口相連。
針對(duì)上述數(shù)控系統(tǒng)，本發(fā)明提出的多軸聯(lián)動(dòng)控制方法為①將需加工工件的整個(gè)曲面通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算分解成若干小段曲面的組合，每一小段曲面再分解為各運(yùn)動(dòng)軸的單元位移段；②計(jì)算各運(yùn)動(dòng)軸在每一單元位移段上的位移量Δi，使刀具加工刃通過(guò)多軸運(yùn)動(dòng)所形成的加工衍生面相對(duì)設(shè)計(jì)曲面之間的誤差被控制在允許范圍內(nèi)，并使整個(gè)衍生面連續(xù)光滑；③對(duì)各運(yùn)動(dòng)軸控制單元設(shè)立一個(gè)虛擬的公共基準(zhǔn)軸，并設(shè)每一個(gè)單元位移段上各控制單元的基準(zhǔn)軸位移量δi及位移速度Vi都相同；④將各運(yùn)動(dòng)軸控制單元的實(shí)際控制軸位移量Δi相對(duì)于虛擬基準(zhǔn)軸位移量δi進(jìn)行線性插補(bǔ)運(yùn)算；⑤按上述線性插補(bǔ)關(guān)系編制加工程序，由計(jì)算機(jī)輸入到各控制單元，對(duì)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行操作控制。
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
附

圖1.本發(fā)明數(shù)控系統(tǒng)連接示意圖。
為了克服現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)(如單片機(jī)控制系統(tǒng))不能進(jìn)行多軸聯(lián)動(dòng)控制的致命弱點(diǎn)，本發(fā)明提出將單片機(jī)控制單元與微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)組合，由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)來(lái)統(tǒng)一控制多個(gè)單片機(jī)控制單元，繼而控制相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軸。由于單片機(jī)控制單元的設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用技術(shù)都較成熟，利用它對(duì)加工機(jī)床進(jìn)行控制性能穩(wěn)定可靠，但其中關(guān)鍵在于以往不能使各控制單元所控制的運(yùn)動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)同步聯(lián)動(dòng)。為此本發(fā)明提出了多軸相對(duì)同一虛擬基準(zhǔn)軸進(jìn)行線性插補(bǔ)運(yùn)算的聯(lián)動(dòng)控制方法，從而解決了這一難題。
例如控制對(duì)象為X、Y、Z三個(gè)直線軸及刀具擺動(dòng)軸CT和工件旋轉(zhuǎn)軸CW五個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，則其相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)裝置由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)1和五個(gè)單片機(jī)控制單元2組成(見(jiàn)附圖)。先將加工曲面通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，將其分解成若干小段曲面的組合，每一小段曲面再分解為各運(yùn)動(dòng)軸的單元位移段；將每一位移段上各軸所需的位移量Δi計(jì)算出來(lái)，并據(jù)此得出刀具加工刃所形成的加工衍生面；將衍生面與設(shè)計(jì)曲面進(jìn)行比較，使它們之間的誤差不超過(guò)加工允許的誤差范圍(如果超出了，則重新對(duì)單元位移段進(jìn)行分解直至合適)；各控制單元具有兩坐標(biāo)插補(bǔ)及控制功能，其中一坐標(biāo)為實(shí)際控制軸，另一坐標(biāo)則為虛擬的公共基準(zhǔn)軸，設(shè)各控制單元在第i個(gè)位移段內(nèi)其實(shí)際控制軸的位移量分別為
ΔXi，ΔYi，ΔZi，ΔCTi，ΔCWi，又取各控制單元的虛擬基準(zhǔn)軸的位移量為δi，且δi≥Max〔ΔXi，ΔYi，ΔZi，ΔCTi，ΔCWi〕在每一控制單元內(nèi)對(duì)相應(yīng)的實(shí)—虛坐標(biāo)位移量ΔXi—δi，ΔYi—δi，ΔZi—δi，ΔCTi—δi，ΔCWi—δi作線性插補(bǔ)運(yùn)算，由幾何關(guān)系顯見(jiàn)，五個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的實(shí)際位移也相應(yīng)符合線性插補(bǔ)關(guān)系。根據(jù)上述結(jié)果在微型計(jì)算機(jī)上編制加工程序并輸入到各控制單元，從而對(duì)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行操作控制。由于各控制單元的虛擬基準(zhǔn)軸的位移量δi及位移速度Vi均相同，因而能夠保證五個(gè)運(yùn)動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)同步聯(lián)動(dòng)。
綜上所述，本發(fā)明提出的數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法解決了長(zhǎng)期以來(lái)迫切希望解決的多軸聯(lián)動(dòng)控制問(wèn)題，且其基本構(gòu)成、基礎(chǔ)技術(shù)立足國(guó)內(nèi)，具有成本不高、控制簡(jiǎn)單、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)，由于采用了微型計(jì)算機(jī)還大大提高了編程能力。該系統(tǒng)可用于各種復(fù)雜曲面工件的加工控制。
權(quán)利要求
1.一種經(jīng)濟(jì)型多軸數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于由微型計(jì)算機(jī)及單片機(jī)控制單元組合而成，控制單元的個(gè)數(shù)與所需控制的加工運(yùn)動(dòng)軸個(gè)數(shù)相同，計(jì)算機(jī)的輸出接口與各控制單元的輸入接口相連，各控制單元的輸出接口分別與數(shù)控機(jī)床的被控制軸接口相連。
2.一種經(jīng)濟(jì)型多軸數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制方法，其特征在于①將需加工工件的整個(gè)曲面通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算分解成小段曲面的組合，每一小段曲面再分解為各運(yùn)動(dòng)軸的單元位移段；②計(jì)算各運(yùn)動(dòng)軸在每一單元位移段上的位移量Δi，使刀具加工刃通過(guò)多軸運(yùn)動(dòng)所形成的加工衍生面相對(duì)設(shè)計(jì)曲面之間的誤差被控制在允許范圍內(nèi)，并使整個(gè)衍生面連續(xù)光滑；③對(duì)各運(yùn)動(dòng)軸控制單元設(shè)立一個(gè)虛擬的公共基準(zhǔn)軸，并設(shè)每一單元位移段上各控制單元的基準(zhǔn)軸位移量δi及位移速度Vi都相同；④將各運(yùn)動(dòng)軸控制單元的實(shí)際控制軸位移量Δi相對(duì)于虛擬基準(zhǔn)軸位移量δi進(jìn)行線性插補(bǔ)運(yùn)算；⑤按上述線性插補(bǔ)關(guān)系編制加工程序，由計(jì)算機(jī)輸入到各控制單元，對(duì)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行操作控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法，提出了一種由微型計(jì)算機(jī)及單片機(jī)控制單元組合而成的多軸數(shù)控系統(tǒng)及其相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)控制方法，控制單元與所需控制的加工運(yùn)動(dòng)軸相對(duì)應(yīng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)分解、計(jì)算出每一運(yùn)動(dòng)軸對(duì)加工曲面的單元位移段上的實(shí)際控制軸位移量Δ
文檔編號(hào)G05B19/18GK1155111SQ96116810
公開(kāi)日1997年7月23日 申請(qǐng)日期1996年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月15日
發(fā)明者徐家文, 云乃彰, 周宇, 張永俊, 唐亞新 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)