[發(fā)明專利]一種激光焊接加工機(jī)床的四軸步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610449467.3
• 申請(qǐng)日: 2016-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107528509A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李征
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 李征
• 主分類號(hào): H02P8/40
• 分類號(hào): H02P8/40;H02P8/20;B23K26/70
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光焊接加工機(jī)床的四軸步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，適用于機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外激光加工技術(shù)的發(fā)展很快，根據(jù)資料顯示：僅1996年1月至2002年10月美國(guó)有關(guān)激光加工的專利就有9432件，而我國(guó)有關(guān)專利只有294件。這說(shuō)明我國(guó)的激光加工技術(shù)及其應(yīng)用的開(kāi)發(fā)還需要進(jìn)一步地提高。激光加工技術(shù)在加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢(shì)明顯。因此在很多發(fā)達(dá)國(guó)家激光加工已經(jīng)成為一種定型的加工技術(shù)，相應(yīng)地，激光加工設(shè)備制造業(yè)也迅猛地發(fā)展起來(lái)。我國(guó)的激光加工技術(shù)急需要有更大的突破與更大的發(fā)展，這就給國(guó)內(nèi)從事激光加工技術(shù)設(shè)備研發(fā)的相關(guān)組織機(jī)構(gòu)帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。激光焊接技術(shù)是激光加工技術(shù)中最為活躍的技術(shù)。其原理為：激光焊接是將高強(qiáng)度的激光束輻射至金屬表面，通過(guò)激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶形成焊接。激光焊接技術(shù)具有焊縫焊接強(qiáng)度高、韌性好、在深沖變形過(guò)程中焊縫不變形等優(yōu)點(diǎn)。因此在國(guó)內(nèi)外被大量地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。激光焊接作為一種高質(zhì)量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，隨著高功率，和高功率的YAG激光器以及光纖傳輸技術(shù)的完善、金屬鉬焊接聚束物鏡等的研制成功，它在機(jī)械制造、航空航天、汽車工業(yè)、粉末冶金、生物醫(yī)學(xué)微電子行業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣。其主要應(yīng)用領(lǐng)域有制造業(yè)應(yīng)用、粉末冶金領(lǐng)域、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)及其他領(lǐng)域。

步進(jìn)電機(jī)作為自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行部件，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、信息和自動(dòng)化技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)的制造業(yè)越來(lái)越離不開(kāi)步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)或階躍電機(jī)，它的應(yīng)用發(fā)展已有大約80年的歷史。

步進(jìn)電機(jī)的輸入信號(hào)為脈沖電流，它將輸入的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為階躍型的角位移或直線位移，因而步進(jìn)電機(jī)可看作是一個(gè)串行的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。由于步進(jìn)電機(jī)能夠直接接受數(shù)字信號(hào)，而不需數(shù)/模轉(zhuǎn)換。所以使用微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)顯得非常方便。除了此優(yōu)點(diǎn)之外，步進(jìn)電機(jī)還具有快速啟停、定位精度高、慣性小、無(wú)累積誤差、價(jià)格低廉且與計(jì)算機(jī)接口方便等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種激光焊接加工機(jī)床的四軸步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，根據(jù)激光焊接加工機(jī)床的特征，構(gòu)造了四軸步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該控制系統(tǒng)具有操作靈活方便、可靠性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

所述控制系統(tǒng)激光焊接加工機(jī)床的多軸步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由5個(gè)部分構(gòu)成：機(jī)械設(shè)備、被控步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元、智能運(yùn)動(dòng)控制卡以及編程/操作接口軟件。利用實(shí)驗(yàn)室已有的CNC2000數(shù)控卡及其配套軟件、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、精密加工移動(dòng)平臺(tái)及PC機(jī)等構(gòu)建一套多軸步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。CNC2000數(shù)控卡以其通用性及對(duì)用戶的透明在業(yè)界內(nèi)享有聲譽(yù)，在許多場(chǎng)合都得到了廣泛的應(yīng)用。借助于DSP數(shù)字信號(hào)處理器，一塊CNC2000數(shù)控卡可以獨(dú)立或聯(lián)動(dòng)控制四軸步進(jìn)電機(jī)，用戶可以自由選擇恒定加速、曲線加速或兩者的組合。

所述控制系統(tǒng)采用輸出脈沖和方向電平模式來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和加減速，從而控制加工平臺(tái)的移動(dòng)。CNC2000數(shù)控卡豐富的I/O口還可用來(lái)實(shí)現(xiàn)如機(jī)床行程限位控制、檢測(cè)各軸回零信號(hào)、空氣壓縮機(jī)起停、激光器冷卻系統(tǒng)的開(kāi)啟和激光的通斷等。利用其提供的后臺(tái)可編程功能，可以檢測(cè)各種開(kāi)關(guān)量，實(shí)現(xiàn)面板操作，以控制程序運(yùn)行和機(jī)床的手動(dòng)調(diào)整。要完成整個(gè)激光焊接機(jī)床的控制任務(wù)，CNC2000數(shù)控卡還必須和PC機(jī)進(jìn)行必要的通訊從而及時(shí)獲取當(dāng)前機(jī)床狀態(tài)和激光頭所處位置，以便實(shí)時(shí)地顯示在桌面上并提供給用戶用于交互，如各軸位置、激光器通斷狀態(tài)等。同時(shí)在機(jī)床加工時(shí)，還可以進(jìn)行加工程序的輸入、編輯等。而CNC2000數(shù)控卡則需要從PC機(jī)處獲得加工程序，供DSP解釋后進(jìn)行實(shí)際機(jī)床動(dòng)作。文中使用的是基于PCI總線的CNC2000數(shù)控卡，PC通過(guò)PCI總線與之交換數(shù)據(jù)。

PC機(jī)通過(guò)PCI總線與CNC2000數(shù)控卡進(jìn)行通信，PC機(jī)通過(guò)軟件系統(tǒng)進(jìn)行編程，CNC2000數(shù)控卡則需要從PC機(jī)處獲得加工程序，并供DSP解釋后進(jìn)行實(shí)際運(yùn)動(dòng)操作，包括四軸步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)、激光器通斷、空氣壓縮機(jī)起停、激光器冷卻系統(tǒng)的開(kāi)啟等。該控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制方式是PC完全控制式。在PC機(jī)的擴(kuò)展槽中插入運(yùn)動(dòng)控制卡CNC2000數(shù)控卡來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)。這種控制方式可以充分地利用PC的軟件資源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。