CN112526934A - 一种数控机床的旋转轴控制装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种数控机床的旋转轴控制装置，包括控制器、电机驱动器和手轮，控制器独立于CNC机床，包括数据处理单元、CNC232通讯接口、用于连接CNC232通讯接口及CNC机床的中转站、与CNC机床连接的CNC输入输出接口、与电机驱动器连接的驱动器输入输出接口、用于与手轮连接的手轮通讯接口、用于选择通讯协议格式的模式选择开关和指示灯，中转站包括电路板以及设于电路板上的外存储器、主控通讯芯片、与CNC232通讯接口连接的第一端口和与CNC机床连接的第二端口。本发明还公开了一种数控机床旋转轴控制方法。本发明的数控机床旋转轴控制装置及其控制方法提升了CNC机床的通用性，提高了生产力。
Description
技术领域
本发明属于数控加工技术领域，尤其涉及一种数控机床的旋转轴控制装置及其控制方法。
背景技术
CNC（全称Computerised Numerical Control）即数控机床，是一种高精度、高效率的自动化机床，其按照事先编制好的加工程序，自动对被加工零件进行加工。目前大部分数控***厂商对国内CNC机床均只开放了三轴（通常为X、Y、Z三正交的直线坐标轴）加工功能，如需增加更多轴向的加工功能则需要额外进行扩展。扩展的加工功能中“旋转轴”加工较为常见，即绕X轴或Y轴进行旋转加工，其中，绕X轴旋转的旋转轴称为第四轴，绕Y轴旋转的旋转轴称为第五轴，控制方式主要采用数控***自有的总线通讯方式来实现沿X轴或Y轴的旋转。
然而，增加第四轴和第五轴加工功能需要找原数控***厂商开通对应权限及购买与之匹配的驱动器和电机才可实现，原因在于不同数控***厂商之间的驱动器、电机等往往也无法共用，通用性较差。例如使用日本发那科（FAUNC）数控***，如果想增加第四轴或第五轴功能的话，只能购买日本发那科公司生产的伺服控制器和电机，不能使用德国西门子（SIMENS）公司生产的伺服控制器和电机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通用性较高、成本较低、加工效率较高的数控机床的旋转轴控制装置及其控制方法。
一种数控机床的旋转轴控制装置，包括控制器、电机驱动器和手轮，控制器独立于CNC机床，包括数据处理单元、CNC232通讯接口、用于连接CNC232通讯接口及CNC机床的中转站、与CNC机床连接的CNC输入输出接口、与电机驱动器连接的驱动器输入输出接口、用于与手轮连接的手轮通讯接口、用于选择通讯协议格式的模式选择开关和指示灯，中转站包括电路板以及设于电路板上的外存储器、主控通讯芯片、与CNC232通讯接口连接的第一端口和与CNC机床USB端口连接的第二端口。
进一步地，主控通讯芯片读取外存储器里的数据，通过第一端口输出到控制器的数据处理单元，并接收来自第一端口的数据，写入外存储器中。
进一步地，外存储器是控制器的外部存储器，在CNC机床和控制器之间存储和中转数据，第一端口和所述第二端口经主控通讯芯片与外存储器电性连接。
进一步地，第一端口为符合RS232通讯协议的使用RXD、TXD、GND三条引线的USB插头，第二端口为USB插头。
进一步地，外存储器和主控通讯芯片设于电路板的相同侧面上，第一端口和第二端口设于电路板的另一侧面上，第一端口和第二端口分别设于电路板的相对两端。
本发明还提供一种数控机床的旋转轴控制方法，包括以下步骤：
步骤一：写入宏程序
步骤二：执行宏程序，输出设备通讯数据；
步骤三：将设备通讯数据写入文件存储于中转站；
步骤四：确认文件写入是否成功，
若否，报警，
若是，执行步骤五：调用该文件并向旋转轴发送指令；
步骤六：旋转轴执行该指令。
进一步地，该数控机床旋转轴的控制方法还包括：步骤七：执行结果反馈。
由于提供了CNC机床的机床数控***与外部设备通讯的新控制路径，通过中转站以及机床数控***的文件读写传输功能实现与外部设备交互数据，是对那些没有提供或开放通讯功能的机床数控***的通讯限制的突破，即使对于那些可以采用传统的I/O方式通讯的CNC机床而言，由于I/O方式通讯的局限性，本发明的技术方案利用中转站及USB、RS232通讯满足了稳定、复杂加工的需要，实现机床数控***和外部附加旋转轴的通讯控制，满足和提升了CNC机床通用性，配合机床应对不同的加工需求，优化工艺流程，提高生产率和良率，尽可能地达到机床使用效益的最大化。
附图说明
图1是本发明一实施例数控机床的旋转轴控制装置的结构示意图。
图2是图1的中转站A面的示意图。
图3是图1的中转站B面的示意图。
图4是本发明一实施例的数控机床的旋转轴控制方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明实施例的一种数控机床的旋转轴控制装置，包括CNC（Computerised Numerical Control）机床10、控制器20、电机驱动器30和手轮40。其中，CNC机床旋转轴是指外置的第四轴或第五轴，其中，第四轴围绕X轴方向旋转，第五轴围绕Y轴方向旋转。
控制器20包括数据处理单元（MCU：Mirco Controller Unit）21、CNC232通讯接口22、中转站23、CNC输入输出接口24、驱动器485输入输出接口25、手轮485通讯接口26、模式选择开关27和LED指示灯28。本发明的实施例中，除非特别说明，RS232、RS485均为串行通信协议。
数据处理单元21用于数据分析、接口控制及数据存储等作用。CNC232通讯接口22用于在数据处理单元21与中转站23通讯口之间进行连接和通讯。中转站23在CNC232通讯接口22和CNC机床10之间连接通讯和数据中转存储。
请一并参阅图2、图3，中转站23包括电路板231、外存储器232、主控通讯芯片233、第一端口234以及第二端口235。外存储器232和主控通讯芯片233设于电路板231的相同一侧，第一端口234和第二端口235设于该电路板231的另一侧上，并且第一端口234和第二端口235分别设于电路板231的相对两端。
外存储器232是控制器20的外部存储器，用于数据中转和存储，主要是接收来自CNC机床10通过第一端口234（USB端口）发出的数据并保存，包括机床参数、加工程序等，具体的，由主控通讯芯片233把外存储器232上的数据读取过来，通过第一端口234发送给***设备（四轴、机械手、CCD、打印机等等）。电路板231上焊设有一金属壳（未标号），外存储器收容于金属壳内，起到屏蔽、保护等作用。第一端口234接收到由***设备发送过来的数据时，把接收的数据直接写入外存储器232中，此时CNC机床10可以通过第二端口235直接读取外存储器232里的数据，从而形成相对于CNC机床独立的数据通讯的闭环。主控通讯芯片233用于数据读写与传输，负责读取外存储器232里的数据，通过第一端口234发送给***设备使用，以及接收来自第一端口234发送过来的数据，及时写入到外存储器232中。第一端口234是符合RS232标准协议的通讯接口。RS232串行接口标准规定采用一个25脚的DB-25连接器，IBM将RS232简化成了DB-9连接器，本实施例中，第一端口234为RS232接口，并且只使用RXD、TXD、GND三条引线，因此本实施例中，第一端口234的引脚数量更少、使用操作更方便、体积更小，选用USB插头，使用RXD、TXD、GND三条引线。第二端口235也为USB插头，用于与CNC机床10进行数据传输。
CNC机床输入输出接口24用于I/O通讯方式的输入、输出口，传输急停信号、完成信号等，CNC机床10还包括与第二端口235连接的USB端口。
驱动器RS485通讯接口单元25用于与电机驱动器的RS485通讯。
手轮RS485通讯接口单元26用于与手轮40的通讯。数控机床旋转轴控制***的工作模式包括自动模式和手动模式，通过控制器20及电机驱动器30控制CNC机床旋转轴控制***的自动模式，而通过手轮40、手轮RS485通讯接口单元26及电机驱动器30控制CNC机床旋转轴控制***的手动模式。
模式选择开关27，开机时通过多个开关选择不同的通讯模式。
LED指示灯28，用于指示工作时的各种状态，如通讯指示，输入输出口指示，完成信号，急停信号等。
控制器20还包括DC-DC单元（图未示），驱动器RS485通讯接口单元25提供24V直流电源给DC-DC单元，产生两路电压，一路5V提供给CNC机床的RS232隔离电源和手轮电源，另一路提供给数据处理单元（MCU）21及手轮485通讯单元以及驱动器RS485通讯单元。隔离电源产生5V电源提供给CNC机床RS232通讯接口单元22。
为了实现***安全稳定运行，控制器20还包括CNC机床输入输出隔离驱动单元（图未示）、驱动器输入输出隔离驱动单元（图未示）等。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。对于本发明实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
请参阅图4，其为本发明数控机床的旋转轴控制方法，该控制方法包括以下步骤：
步骤S1：写入宏程序；
步骤S2：执行宏程序，输出设备通讯数据；
步骤S3：将设备通讯数据写入文件存储于中转站；
步骤S4：确认文件写入是否成功，
若否，报警，
若是，执行步骤S5：调用该文件并向外部设备发送指令；
步骤S6：外部设备执行该指令。
进一步地，上述步骤还包括：步骤S7：执行结果反馈。
具体而言，上述步骤进一步详细描述为：向CNC机床10的数控***中输入编制好的宏程序；数控***执行该宏程序得到设备通讯数据；将设备通讯数据写入文件存储到中转站23的外存储器232中；数据处理单元21确认文件写入是否成功，若不成功，报警；若成功，则数据处理单元21调取该文件并向外部设备（本实施例中，为电机驱动器30、旋转轴等）发送指令，外部设备执行该指令作动（本实施例中，为电机驱动器30控制电机驱动旋转轴旋转）。电机驱动器30向控制器20反馈执行结果，并可将结果显示于CNC机床10的操作面板上。
上述实施例中，由于提供了CNC机床的机床数控***与外部设备通讯的新型的控制路径，通过中转站以及机床数控***的文件读写传输功能实现与外部设备交互数据，是对那些没有提供或开放通讯功能的机床***的通讯限制的突破，即使对于那些可以采用传统的I/O方式通讯的数控机床而言，由于I/O方式通讯的局限性，例如I/O信号稳定性较差、响应速度较慢、安全性较低等不足，本发明的技术方案利用中转站、USB、RS232通讯满足了稳定、复杂加工的需要，实现机床数控***和外部附加旋转轴的通讯控制，满足和提升了数控机床通用性，配合机床应对不同的加工需求，优化工艺流程，提高生产率和良率，尽可能地达到机床使用效益的最大化。通过附加旋转轴，可以在不更换治具的情况下多面加工，该解决方案可以使附加轴和机床***通讯，从而提高机床加工的效率。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种数控机床的旋转轴控制装置，包括控制器、电机驱动器和手轮，其特征在于：所述控制器独立于CNC机床，包括数据处理单元、CNC232通讯接口、用于连接所述CNC232通讯接口及CNC机床的中转站、与CNC机床连接的CNC输入输出接口、与所述电机驱动器连接的驱动器输入输出接口、用于与所述手轮连接的手轮通讯接口、用于选择通讯协议格式的模式选择开关和指示灯，所述中转站包括电路板以及设于所述电路板上的外存储器、主控通讯芯片、与所述CNC232通讯接口连接的第一端口和与所述CNC机床USB端口连接的第二端口。
2.如权利要求1所述的数控机床的旋转轴控制装置，其特征在于：所述主控通讯芯片读取所述外存储器里的数据，通过所述第一端口输出到所述控制器的数据处理单元，并接收来自所述第一端口的数据，写入所述外存储器中。
3.如权利要求2所述的数控机床的旋转轴控制装置，其特征在于：所述外存储器是所述控制器的外部存储器，在CNC机床和所述控制器之间存储和中转数据，所述第一端口和所述第二端口经所述主控通讯芯片与所述外存储器电性连接。
4.如权利要求3所述的数控机床的旋转轴控制装置，其特征在于：所述第一端口为符合RS232通讯协议的使用RXD、TXD、GND三条引线的USB插头，所述第二端口为USB插头。
5.如权利要求1所述的数控机床的旋转轴控制装置，其特征在于：所述外存储器和主控通讯芯片设于所述电路板的相同侧面上，所述第一端口和第二端口设于所述电路板的另一侧面上，所述第一端口和第二端口分别设于所述电路板的相对两端。
6.一种如权利要求1至5其中之一所述的数控机床的旋转轴控制方法，包括以下步骤：
步骤一：写入宏程序；
步骤二：执行宏程序，输出设备通讯数据；
步骤三：将设备通讯数据写入文件存储于中转站；
步骤四：确认文件写入是否成功，
若否，报警，
若是，执行步骤五：调用该文件并向旋转轴发送指令；以及
步骤六：旋转轴执行该指令。
7.如权利要求6所述的数控机床旋转轴控制方法，其特征在于，还包括：步骤七：执行结果反馈。
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