CN103926877A - 一种多轴联动数控***及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多轴联动数控***及其加工方法，包括多轴控制器、多个电机驱动器、多个与所述电机驱动器配合得电机及机床，多个所述电机设置在所述机床的不同方向，连接并控制不同的机床运动轴；多个所述电机驱动器通过数据总线与所述多轴控制器电连接，多个电机驱动器与多个所述电机一一对应地电连接，通过所述多轴控制器控制所述电机驱动器驱动所述电机驱动所述机床运行。本发明采用空间分解的方式，把几个轴的数据独立出来，可以达到更多轴的联动；多轴控制器跟电机驱动器分开独立运算，实现并行运算，速度更高，反应更快；电机驱动器内部生成最终的速度曲线，采用实时速度控制，具有更高平滑度；能高效实现复杂曲线的插补。

Description

一种多轴联动数控***及其加工方法
技术领域
本发明涉及一种机械制造用机床的数控***，尤其涉及一种多轴联动数控***及其加工方法。
背景技术
数控技术水平标志着一个国家工业现代化水平。随着芯片发展，推动着自动化技术的发展，尤其是数控自动化方面，在今天人工短缺的时代，用人成本不断上升，传统劳动密集型的产业必须升级，否则会被淘汰。在现代制造***中，数控技术是关键，是制造业实现自动化、网络化、柔性化和集成化的基础。
多轴联动数控***是机床设备的控制器，负责控制机床运行，是整台机床的灵魂，机床的每个信号，每个动作都是由数控***发出；目前的数控***大部分是逐点比较法，广泛应用在机床上的一种插补方法，它能实现直线、圆弧和非圆二次曲线的插补，插补精度较高。
逐点比较法，顾名思义，就是每走一步都要将加工点的瞬时坐标同规定的图形轨迹相比较，判断其偏差，然后决定下一步的走向，如果加工点走到图形外面去了，那么下一步就要向图形里面走；如果加工点在图形里面，那么下一步就要向图形外面走，以缩小偏差。这样就能得出一个非常接近规定图形的轨迹，最大偏差不超过一个脉冲当量；在逐点比较法中，每进给一步都须要进行偏差判别、坐标进给、新偏差计算和终点比较四个节拍。
目前的这些数控***存在以下缺点：1、每次插补运算，只有一个坐标轴输出，在高速高精度场合，运算量比较大；2、不容易实现两轴以上的联动插补，或者实现三轴以上的联动，运算量很大；3、由于各轴之间协调关系复杂，在加减速运动时，会导致合成位置有偏差；4、动态的高性能加减速算法难以实现。
发明内容
为解决上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种多轴联动数控***及其加工方法。
本发明采用如下技术方案实现：一种多轴联动数控***，包括多轴控制器、多个电机驱动器、多个与所述电机驱动器配合得电机及机床，多个所述电机设置在所述机床的不同方向，连接并控制不同的机床运动轴；多个所述电机驱动器通过数据总线与所述多轴控制器电连接，多个电机驱动器与多个所述电机一一对应地电连接，通过所述多轴控制器控制所述电机驱动器驱动所述电机驱动所述机床运行。
优选地，所述电机驱动器内设置有用于生成曲线数据的曲线函数发生器。
本发明还提供一种多轴联动数控***的加工方法，包括以下步骤：
a)通过图形界面做好加工图，或者导入外部CAD图；
b)对所述加工图或CAD图进行曲线分析，提取所述加工图或CAD图中的特征；
c)加入机床数据，与步骤b中提取的特征进行综合运算，得到最后综合曲线；
d)把所述最后综合曲线进行多轴分解，得到每个运动轴的独立坐标数据；
e)将所述独立坐标数据分别发送到各轴的电机驱动器上，并发送同步时钟信号；
f)所述电机驱动器根据接收到的独立坐标数据和提取到的同步时钟信号生成曲线数据；
g)将所述曲线数据转换成为精密速度曲线和加速度参数；
h)使用生成的所述精密速度曲线进行电机速度实时控制；
i)多个电机轴的运动轨迹组成机床空间的最终加工曲线，完成加工。
优选地，所述b步骤中所述特征包括直线、圆弧、椭圆、抛物线、双曲线、渐开线和样条曲线。
优选地，所述机床数据包括机床零点、丝杆轴传动比例及刀具半径。
进一步，所述最后综合曲线的函数表达式如下：
e(t)=f(t)*AxialScale+ZeroOffset+c(t)*CutterRadius
式中：e(t)为最后综合曲线；
f(t)为目标曲线；
c(t)为刀具补偿函数；
AxialScale为丝杆轴传动比例；
ZeroOffset为机床零点；
CutterRadius为刀具半径。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明采用空间分解的方式，把几个轴的数据独立出来，可以达到更多轴的联动；多轴控制器跟电机驱动器分开独立运算，实现并行运算，比中央控制方式的串联运算速度更高，反应更快；电机驱动器内部产生的函数曲线数据，比脉冲方式的更加精准；电机驱动器内部生成最终的速度曲线，采用实时速度控制，多轴合成的轨迹比脉冲方式有更高平滑度；能高效实现复杂曲线的插补，如椭圆，抛物线，渐开线，样条曲线等。
附图说明
图1是本发明的原理方框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明一种多轴联动数控***及其加工方法作进一步的详细说明。
本发明提出的一种多轴联动数控***，包括多轴控制器、多个电机驱动器、多个与所述电机驱动器配合得电机及机床，多个所述电机设置在所述机床的不同方向，连接并控制不同的机床运动轴；多个所述电机驱动器通过数据总线与所述多轴控制器电连接，多个电机驱动器与多个所述电机一一对应地电连接，所述电机驱动器内设置有用于生成曲线数据的曲线函数发生器；通过所述多轴控制器控制所述电机驱动器驱动所述电机驱动所述机床运行。
本发明还提供一种多轴联动数控***的加工方法，包括以下步骤：
a)通过图形界面做好加工图，或者导入外部CAD图，完成加工信息的导入；
b)对所述加工图或CAD图进行曲线分析，提取所述加工图或CAD图中的特征，如直线、圆弧、椭圆、抛物线、双曲线、渐开线和样条曲线等；
c)加入机床数据，与步骤b中提取的特征进行综合运算，得到最后综合曲线；所述机床数据包括机床零点、丝杆轴传动比例及刀具半径等数据，所述最后综合曲线的函数表达式如下：
e(t)=f(t)*AxialScale+ZeroOffset+c(t)*CutterRadius
式中：e(t)为最后综合曲线；
f(t)为目标曲线；
c(t)为刀具补偿函数，与刀具半径及目标曲线在t点的切线角度有关；
AxialScale为丝杆轴传动比例；
ZeroOffset为机床零点；
CutterRadius为刀具半径；
d)把所述最后综合曲线进行多轴分解，得到每个运动轴的独立坐标数据；如三轴圆弧分解，X2+Y2+Z2=R2，分解成X=R*cos(t)*cos(T)，Y=R*cos(t)*sin(T)，Z=R*sin(t)；
e)将分解后的所述独立坐标数据分别发送到各轴的电机驱动器上，并发送同步时钟信号；
f)所述电机驱动器根据接收到的独立坐标数据和提取到的同步时钟信号生成曲线数据；
g)将所述曲线数据转换成为精密速度曲线和加速度参数；
h)使用生成的所述精密速度曲线进行电机速度实时控制；
i)多个电机轴的运动轨迹组成机床空间的最终加工曲线，完成加工。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多轴联动数控***，其特征在于：包括多轴控制器、多个电机驱动器、多个与所述电机驱动器配合得电机及机床，多个所述电机设置在所述机床的不同方向，连接并控制不同的机床运动轴；多个所述电机驱动器通过数据总线与所述多轴控制器电连接，多个电机驱动器与多个所述电机一一对应地电连接，通过所述多轴控制器控制所述电机驱动器驱动所述电机驱动所述机床运行。
2.根据权利要求1所述的多轴联动数控***，其特征在于：所述电机驱动器内设置有用于生成曲线数据的曲线函数发生器。
3.一种多轴联动数控***的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)通过图形界面做好加工图，或者导入外部CAD图；
b)对所述加工图或CAD图进行曲线分析，提取所述加工图或CAD图中的特征；
c)加入机床数据，与步骤b中提取的特征进行综合运算，得到最后综合曲线；
d)把所述最后综合曲线进行多轴分解，得到每个运动轴的独立坐标数据；
e)将所述独立坐标数据分别发送到各轴的电机驱动器上，并发送同步时钟信号；
f)所述电机驱动器根据接收到的独立坐标数据和提取到的同步时钟信号生成曲线数据；
g)将所述曲线数据转换成为精密速度曲线和加速度参数；
h)使用生成的所述精密速度曲线进行电机速度实时控制；
i)多个电机轴的运动轨迹组成机床空间的最终加工曲线，完成加工。
4.根据权利要求3所述的多轴联动数控***的加工方法，其特征在于：所述b步骤中所述特征包括直线、圆弧、椭圆、抛物线、双曲线、渐开线和样条曲线。
5.根据权利要求3所述的多轴联动数控***的加工方法，其特征在于：所述机床数据包括机床零点、丝杆轴传动比例及刀具半径。
6.根据权利要求5所述的多轴联动数控***的加工方法，其特征在于：所述最后综合曲线的函数表达式如下：
e(t)=f(t)*AxialScale+ZeroOffset+c(t)*CutterRadius
式中：e(t)为最后综合曲线；
f(t)为目标曲线；
c(t)为刀具补偿函数；
AxialScale为丝杆轴传动比例；
ZeroOffset为机床零点；
CutterRadius为刀具半径。
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