數(shù)控系統(tǒng)機床環(huán)境仿真儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試和故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控系統(tǒng)機床環(huán)境仿真儀。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控裝置要在一個復(fù)雜的數(shù)控系統(tǒng)環(huán)境中才能正常工作，數(shù)控系統(tǒng)的工作環(huán)境包括數(shù)控裝置、供電系統(tǒng)、伺服驅(qū)動器、主軸驅(qū)動器、電機、各種傳感器和執(zhí)行器、以及機床運動機構(gòu)。數(shù)控裝置的功能通過其內(nèi)部的計算機系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)控參數(shù)、PLC程序和加工代碼，輸入輸出相應(yīng)的控制信號，最終使機床產(chǎn)生相應(yīng)的運動來體現(xiàn)。
[0003]采用數(shù)控裝置及其外圍部件構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)時，應(yīng)當(dāng)如何快速調(diào)試驗證數(shù)控裝置內(nèi)參數(shù)和PLC程序的正確性，安全搭建數(shù)控系統(tǒng)，以及當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，如何快速定位故障部件，查明故障原因，這些都是數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用中的重要問題。如將數(shù)控裝置置于真實外圍電氣部件和機床中進行調(diào)試，一旦參數(shù)和PLC程序發(fā)生錯誤，將可能損壞電氣元件和機床機構(gòu)，甚至發(fā)生安全事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠使數(shù)控裝置在虛擬的外圍運行環(huán)境下進行調(diào)試和故障診斷數(shù)控系統(tǒng)機床環(huán)境仿真儀。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
設(shè)計一種數(shù)控系統(tǒng)機床環(huán)境仿真儀，包括控制器，以及與所述控制器對應(yīng)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(guān)量輸入接口和開關(guān)量輸出接口 ；
所述進給信號輸入接口與數(shù)控系統(tǒng)的進給信號輸出接口對應(yīng)連接，用于接收數(shù)控系統(tǒng)輸出的速度指令，并向數(shù)控系統(tǒng)反饋仿真儀內(nèi)部虛擬機床運動產(chǎn)生的位置信息；
所述主軸信號輸入接口與數(shù)控系統(tǒng)的主軸信號輸出接口對應(yīng)連接，用于接收數(shù)控系統(tǒng)輸出的表示主軸轉(zhuǎn)速的模擬電壓指令，并向數(shù)控系統(tǒng)反饋仿真儀內(nèi)部虛擬主軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的主軸位置信息；
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(zhuǎn)速、螺母直線運動速度和位置數(shù)據(jù)；
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(zhuǎn)速數(shù)據(jù)；
所述開關(guān)量輸入接口與數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)量輸出接口對應(yīng)連接，用于接收數(shù)控系統(tǒng)輸出的開關(guān)量信號;所述開關(guān)量輸出接口與數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)量輸入接口對應(yīng)連接，用于向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送的開關(guān)量信號。
[0006]優(yōu)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(shù)控系統(tǒng)的X、Y、Z軸速度方向脈沖輸出接口對應(yīng)連接。
[0007]優(yōu)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(shù)控系統(tǒng)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(yīng)連接。
[0008]優(yōu)選的，所述主軸信號輸入接口為模擬電壓輸入接口。
[0009]根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)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。
[0010]優(yōu)選的，所述開關(guān)量輸入接口為兩個，每個開關(guān)量輸入接口內(nèi)包含16個開關(guān)量輸入點，所述開關(guān)量輸入點分別與數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)量輸出接口對應(yīng)連接，用于接收數(shù)控系統(tǒng)輸出的開關(guān)量信號。
[0011]優(yōu)選的，所述開關(guān)量輸出接口為兩個，每個開關(guān)量輸出接口內(nèi)包含16個開關(guān)量輸出點，所述開關(guān)量輸出點分別與數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)量輸入接口對應(yīng)連接，用于向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送開關(guān)量信號。
[0012]優(yōu)選的，所述開關(guān)量輸出點為繼電器型開關(guān)量輸出點。
[0013]優(yōu)選的，所述控制器為STM32F407VET6型Cortex-M4微控制器。
[0014]優(yōu)選的，所述顯示器包括采用液晶屏驅(qū)動芯片SSD1963驅(qū)動的AT070TN92型液晶屏。
[0015]優(yōu)選的，所述數(shù)控系統(tǒng)為華中HNC-21M型數(shù)控系統(tǒng)。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
1.本發(fā)明數(shù)控系統(tǒng)機床環(huán)境仿真儀可以與數(shù)控裝置上的主要接口直接對接，通過仿真儀內(nèi)部的電路和程序虛擬伺服驅(qū)動器、主軸驅(qū)動器、電機、傳動機構(gòu)、限位開關(guān)和開關(guān)量負(fù)載等數(shù)控裝置外圍設(shè)備運行情況，輔助數(shù)控裝置運行;通過模擬數(shù)控裝置運行所必需的外圍電路和機床環(huán)境，使數(shù)控裝置能夠在脫離電氣控制柜和機床機構(gòu)的情況下運行，并能在顯示器上直觀顯示出數(shù)控裝置外圍電路和機床機構(gòu)的運行情況，方便進行數(shù)控裝置試機、調(diào)試和故障檢測，避免在真實機床中調(diào)試、維修的危險性。
[0017]2.本發(fā)明數(shù)控系統(tǒng)機床環(huán)境仿真儀可以配置出不同的虛擬軸數(shù)、傳功比、傳動檔位，通過編程模擬限位開關(guān)、刀庫、冷卻潤滑等開關(guān)量邏輯，從而配置成各種不同類型的“虛擬機床”。將數(shù)控裝置與本發(fā)明對接，可以進行驗收試機、初裝配置，以及在出現(xiàn)PLC程序故障或參數(shù)錯誤時進行故障定位排除。本發(fā)明是一種低成本小型化便攜式應(yīng)用的儀器，不僅可以在實驗室環(huán)境下應(yīng)用，也方便進行現(xiàn)場操作。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明與數(shù)控系統(tǒng)的硬件連接關(guān)系圖；
圖2是本發(fā)明的硬件原理圖；
圖3是本發(fā)明的方向脈沖輸入電路圖；
圖4是本發(fā)明的位置編碼器輸出電路圖；
圖5是本發(fā)明的模擬電壓輸入電路圖；
圖6是本發(fā)明的處理流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例來說明本發(fā)明的【具體實施方式】，但以下實施例只是用來詳細(xì)說明本發(fā)明，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0020]實施例1:一種數(shù)控系統(tǒng)機床環(huán)境仿真儀，包括控制器，以及與控制器對應(yīng)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(qū)動芯片SSD1963驅(qū)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(qū)動芯片SSD1963，用于驅(qū)動7寸液晶屏起顯示作用。
[0021]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(guān)量輸入接口和開關(guān)量輸出接口。進給信號輸入接口與數(shù)控系統(tǒng)的進給信號輸出接口對應(yīng)連接，用于接收數(shù)控系統(tǒng)輸出的速度指令，并向數(shù)控系統(tǒng)反饋仿真儀內(nèi)部虛擬機床運動產(chǎn)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(shù)控系統(tǒng)的X、Y、Z軸速度方向脈沖輸出接口對應(yīng)連接。
[0022 ]主軸信號輸入接口與數(shù)控系統(tǒng)的主軸信號輸出接口對應(yīng)連接，用于接收數(shù)控系統(tǒng)輸出的表示主軸轉(zhuǎn)速的模擬電壓指令，并向數(shù)控系統(tǒng)反饋仿真儀內(nèi)部虛擬主軸轉(zhuǎn)動產(chǎn)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，分別與數(shù)控系統(tǒng)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(yīng)連接。
[0023]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(zhuǎn)速、螺母直線運動速度和位置數(shù)據(jù);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(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。開關(guān)量輸入接口與數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)量輸出接口對應(yīng)連接，用于接收數(shù)控系統(tǒng)輸出的開關(guān)量信號;開關(guān)量輸入接口為兩個，每個開關(guān)量輸入接口內(nèi)包含16個開關(guān)量輸入點，開關(guān)量輸入點分別與數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)量輸出接口對應(yīng)連接，用于接收數(shù)控系統(tǒng)輸出的開關(guān)量信號。開關(guān)量輸出接口與數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)量輸入接口對應(yīng)連接，用于向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送的開關(guān)量信號，開關(guān)量輸出接口為兩個，每個開關(guān)量輸出接口內(nèi)包含16個開關(guān)量輸出點，開關(guān)量輸出點分別與數(shù)控系統(tǒng)的開關(guān)量輸入接口對應(yīng)連接，用于向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送開關(guān)量信號。開關(guān)量輸出點為繼電器型開關(guān)量輸出點。
[0024]在以上實施例中所涉及的設(shè)備元件如無特別說明，均為常規(guī)設(shè)備元件。
[0025]本發(fā)明數(shù)控系統(tǒng)機床環(huán)境仿真儀可以通過內(nèi)部電路和程序模擬數(shù)控機床Χ、Υ、Ζ三個伺服軸傳動機構(gòu)和一個機床主軸傳動機構(gòu)的運行狀態(tài)，并根據(jù)三個虛擬伺服傳動機構(gòu)輸出的位置數(shù)據(jù)生成類似數(shù)控銑床的工作臺和刀具之間的相對運動，根據(jù)虛擬主軸傳動機構(gòu)輸出的數(shù)據(jù)生成主軸運動，最終合成虛擬銑床運動的畫面，顯示在顯示器上。
[0026]控制器接收進給信號輸入接口送入的脈沖指令，輸出電機轉(zhuǎn)速、螺母直線運動速度和位置等數(shù)據(jù)，模擬由脈沖指令伺服電機和一級絲杠螺母傳動機構(gòu)構(gòu)成的伺服傳動系統(tǒng)運行情況。其中脈沖指令伺服電機的脈沖比例系數(shù)、絲杠螺母傳動機構(gòu)的傳動比、直線運動行程、機械原點位置可設(shè)置，從而模擬不同的數(shù)控機床伺服傳動機構(gòu)?？刂破鹘邮罩鬏S信號接口輸入的模擬電壓指令，輸出主軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，模擬由電壓指令變頻器、電機和兩個由換擋開關(guān)切換的單極齒輪傳動機構(gòu)構(gòu)成的主軸傳動機構(gòu)的運行情況。其中變頻器模擬電壓-電機轉(zhuǎn)速比例系數(shù)、兩個齒輪傳動機構(gòu)傳動比可設(shè)置，從而模擬不同數(shù)控機床的主軸傳動機構(gòu)。
[0027]以本發(fā)明應(yīng)用于華中HNC-21M數(shù)控裝置為例，其實施方式如下:華中HNC-21M數(shù)控裝置主要有主軸接口、伺服接口和PLC接口。主軸接口用于輸出主軸的控制信號，接收主軸的反饋信號；伺服接口用于輸出機床工作臺速度(位置)的控制信號，接收工作臺速度(位置)的反饋信號;PLC接口用于接收開關(guān)量信號、控制機床上的各種開關(guān)量負(fù)載，例如位置超程信號、驅(qū)動器使能和報警信號等。主軸接口和伺服接口輸出的控制信號為脈沖指令和模擬指令形式，接收的位置反饋信號為ABZ正交編碼器差分信號，故本發(fā)明數(shù)控系統(tǒng)機床環(huán)境仿真儀需要能夠與華中HNC-21M數(shù)控系統(tǒng)主軸、伺服和PLC接口連接(參見圖1)，能夠接收脈沖指令和模擬指令虛擬機床運動，顯示運動畫面，反饋仿正交編碼器位置脈沖，并能夠執(zhí)行PLC輸入輸出設(shè)備功能。
[0028]根據(jù)仿真儀內(nèi)部虛擬的數(shù)控機床X、Y、Z伺服軸的運動位置和預(yù)設(shè)的伺服軸行程、原點等信息，輸出相關(guān)開關(guān)量信號給數(shù)控系統(tǒng)。每個伺服軸具有正限位、負(fù)限位和原點三個開關(guān)量信號，共九個開關(guān)量信號。這些開關(guān)量信號在開關(guān)量輸出接口內(nèi)的對應(yīng)點可配置，保證開關(guān)量輸出接口與數(shù)控系統(tǒng)PLC輸入接口對接后，能夠?qū)⑦@些限位開關(guān)信號輸入至數(shù)控系統(tǒng)相應(yīng)的PLC功能點上。
[0029]該數(shù)控系統(tǒng)機床環(huán)境仿真儀的接口電路包含三個速度方向脈沖輸入接口，四路仿正交編碼器差分信號輸出接口，一個模擬電壓輸入接口(參見圖2)，以及32個開關(guān)量輸入點和32個繼電器型開關(guān)量輸出點。仿真儀三個速度方向脈沖輸入接口分別連接HNC-2