[發明專利]一種教學型伺服運動控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201410738458.7
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104375465A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 吳來杰;黃亮;楊元紅;李學斌
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G05B19/4097
• 分類號: G05B19/4097
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 劉榮;周宗貴

技術領域

本發明涉及一種教學型伺服運動控制系統及控制方法，屬于伺服運動控制領域。

背景技術

目前，大部分院校的數控教學設備過于龐大，不易操作，不能更直觀的展現數控的實時插補，缺少人機交互性。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種教學型伺服運動控制系統及控制方法，用普通上位機取代傳統的數控教學設備，體積大大減小，同時利用該系統能夠使同學實時控制數控機床走刀，走刀的過程也能實時呈現在上位機上，使同學能夠綜合理解和運用信號檢測、伺服運動控制、數控插補以及精密機械傳動等技術方法。

本發明為解決其技術問題所采用的技術方案是：提供了一種教學型伺服運動控制系統，包括數控機床，數控機床通過數據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，用于設置主軸轉速且控制主軸加速、正轉、停止、反轉和減速的主軸正反轉與調速單元，用于轉換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三軸向控制單元設有6個按鈕，分別用于控制數控機床主軸沿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有用于連接存儲模塊的卡槽。

本發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文件轉換過程、機床自動走刀過程、以及模擬數控銑床過程：

(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送16進制控制指令，伺服運動控制器再通過數據線向數控機床發送脈沖信號以控制數控機床的主軸沿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送16進制控制指令，伺服運動控制器再通過數據線向數控機床發送脈沖信號以控制數控機床的主軸沿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據通過串口通信模塊發送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將坐標數據轉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段提取圖形數據，生成G代碼文件，再利用數控插補的逐點比較法分析處理G代碼文件，形成圖形坐標數據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；

(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，并根據微線段文件通過數據線向數控機床發送脈沖信號，以控制數控機床走刀；在數控機床走刀過程中，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)所述模擬數控銑床過程是：在主軸正反轉與調速單元上設置工件X軸向偏移量、工件Y軸向偏移量以及進給速度；主軸正反轉與調速單元將工件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送到伺服運動控制器，伺服運動控制器根據設置的工件X軸向偏移量和工件Y向軸偏移量通過數據線發送脈沖信號至數控機床的步進電機驅動器以驅動工件沿X軸向和Y軸向運動，使工件到達指定位置；同時主軸正反轉與調速單元將設置的進給速度轉換成百分量，通過串口通信模塊發送到伺服運動控制器，伺服運動控制器再將轉換成百分量的進給速度發送至數控機床，以控制數控機床調速；在工件沿X軸向和Y軸向運動以及數控機床調速過程中，伺服運動控制器將工件的坐標數據通過串口通信模塊發送至上位機的AutoCAD圖形文件單元，AutoCAD圖形文件單元將坐標數據轉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。

本發明基于其技術方案所具有的有益效果在于：

(1)本發明的教學型伺服運動控制系統利用上位機取代傳統的體積龐大的數控教學設備，維護簡單，降低了學校的經營成本；