多坐标数控共用法
专利汇可以提供多坐标数控共用法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 是关于具有多个动作的机械设备数控技术。其特征在于它提出了多坐标数控系统可分为公用部分和专用部分。用较少的 位置 控制单元和速度控制伺服单元去控制多个伺服 电机 和检测元件，并设计了用于坐标 信号 转换和自动调度分配坐标 控制信号 的 电子 智能调度分配器。用本发明设计的多坐标数控系统具有成本低，结构简单，控制 软件 简易的优点。对推广和普及多坐标数控技术，提高工厂车间生产的自动化程度将起到积极的推进作用。，下面是多坐标数控共用法专利的具体信息内容。
1.一种多坐标数控共用法，其特征在于：(1)将多坐标数控系统分为由微处理机及辅助电路、微机接口、m个同时动作的坐标位置控制单元和速度控制伺服单元组成共用部分，由n个坐标的伺服电机及n个检测单元组成专用部分；(2)根据n坐标m联动数控系统的具体坐标数，确定电子智能调度分配器中PC可编程序控制器输入与输出的点数及继电开关器的个数，采用相应输入输出点的可编程序控制器；(3)将由输入辅助电路、PC可编程序控制器、转换预置电路、切换继电开关电路组成的电子智能调度分配器分别与m坐标位置控制单元、m坐标速度控制伺服单元，微机接口、n个坐标的伺服电机和n个检则单元连接；电子智能调度分配器的输入为m联动个坐标的位置控制信号和速度控制信号，输出为转换后的n个伺服电机及检测单元所需的控制信号，使得在任一工作时间都有m个伺服电机及检测元件接收到控制信号。(4)在多坐标数控系统中，采用软件编程完成m个坐标的位置控制信号和速度控制信号向n个坐标位置控制信号和速度控制伺服信号的转换、自动调度和分配m套控制信号给n个坐标中的任意m个伺服电机及检测单元，其具体步骤为：1)由多坐标数控系统中的共用部分的微机发出M转换指令；2)电子智能调度分配器中的可编程序控制器收到微机发来的转换指令后，发出转换预置信号，使转换预置电路完成预置状态设置；3)由PC可编程序控制器通过梯形图编程完成m个坐标的位置控制信号和速度控制信号向n个坐标位置控制信号和速度控制伺服信号的自动调度，分配m套控制信号给n个坐标中的任意m个伺服电机及检测单元；4)PC机可编程序控制器发出切换信号，继电开关电路动作，完成控制信号及电机动力信号的切换。
多坐标数控共用法
本发明属具有多个动作的机械设备数控技术。
现有微处理机数字控制位置闭环伺服系统(清华大学姜钧伟、韩至骏论文)提高了伺服系统的实时响应性，改善了伺服系统的性能简易数控车床的伺服系统(CN85108092A)提出了一种由小功率步进电机驱动脉冲油缸的新式伺服驱动机构。铣床微机控制系统(西安微电机研究所王新社等论文)提出了由Z80单板机来控制机床的坐标运动并设计了单板机接口、步进电机驱动电源组成的控制线路。但它们都存在结构复杂、成本高的缺点，尤其对于多坐标伺服系统和多坐标铣床微机控制系统，这方面更为突出。
本发明的目的是研究一种能降低多坐标数控系统成本、简化多坐标数控系统结构的共用方法及其实现装置。
本发明多坐标数控系统共用法是一种由微处理机及辅助电路、位置控制单元、速度控制伺服单元、检测单元及伺服电机构成的多坐标数控系统去实现对具有多个动作的机械设备进行动作控制。其特征在于在多坐标数控系统中利用了一个由输入辅助电路、PC可编程序控制器、转换预置电路、切换继电开关电路组成的电子智能调度分配器来实现m个坐标的位置控制单元和速度控制伺服单元去控制n个坐标(m＜n)的伺服电机和检测单元。
以下为本发明的详细技术方案：多坐标数控系统由微处理机及辅助电路、位置控制单元、速度控制伺服单元、检测单元及伺服电机组成。对于n坐标数控系统就有n套位置控制单元、n套速度控制伺服单元和n套检测单元(对开环系统没有检测单元)及n个伺服电机。设n坐标数控机床同时动作的坐标数为m，m＜n。在m个坐标同时动作的过程中，其余n-m个坐标处于等待未用状态；在调整动作的过程中，只有一个坐标在工作，其余坐标等待未用。由前认为对于m个同时动作的n坐标数控系统其结构，可分为共用部分和专用部分。共用部分为微处理机及辅助电路、微机接口和m个同时动作的坐标的位置控制单元和速度控制伺服单元；专用部分为各个坐标的伺服电机及检测单元。如果用本方法来设计n坐标m联动数控系统，就可减少n-m套位置控制单元和速度控制伺服单元，而且微处理机及辅助电路部分、控制软件及系统结构简单。为实现m套位置控制单元和速度控制伺服单元对n个伺服电机及检测单元的控制，就必须找到一种能完成m套位置控制信号和速度控制信号向n套位置控制信号和速度控制信号转换的方法及怎样自动调度和分配m套位置、速度控制信号给n个伺服电机检测单元。实现上述方法的措施是设计电子智能调度分配器(如附图1所示)，以完成m个坐标的位置控制信号和速度控制信号向n个坐标位置控制信号和速度控制伺服信号的转换和自动调度、分配m套控制信号给n个坐标中的任意m个伺服电机及检测单元。
电子智能调度分配器的工作原理(附图2所示)是当接收到数控系统微处理机发来的转换指令时自动将m个联动坐标的位置控制信号和速度控制信号通过调度分配给相应的n个伺服电机及检测元件，使得在任一工作时间都有m个伺服电机及检测元件接收到控制信号。由于要求电子智能调度分配器具有自动调度功能及快速完成控制信号的转换，因此采用了可编程序控制器(Programmable Controller)作为电子智能调度分配器的核心。电子智能调度分配器所用的可编程序控制器是一种面向生产过程控制的数字电子装置，是一种由微处理机及其它大规模集成电路等组成的自动化设备。它具有多个输入点和输出点，通过程序设计完成对生产过程的控制。在附图2中PC可编程序控制器接收到数控系统微处理机发来的转换辅助M指令后，发出转换预置信号，使转换预置电路完成预置状态设置。然后，发出切换信号，完成控制信号及电机动力信号的切换。
电子智能调度分配器的原理线路如附图3所示。ProgrammableController(PC可编程控制器)可为国内外任何厂家生产的产品。由于本发明为通用方法，适用于坐标数超过四个的任何多坐标数控设备，坐标数及控制信号数变化较大，如果设计一种通用的固定电子智能调度分配器则对坐标数较少的数控系统不适合，因此没有给出具体PC的型号和规格，对不同的多坐标数控系统可采用相应输入输出点的可编程序控制器。可编程序控制器的输入信号为数控系统微处理机发来的M指令(M50-M60用于转换调度启动信号)、机床控制面板来的可编程序控制器START(开始运行)信号，复位RESET信号。输出信号为M50-M60控制下的转换预置信号、切换继电开关信号等。切换继电开关的输入端信号为联动坐标的位置控制信号和速度控制信号。切换继电器的数量根据坐标数的多少进行选择。
电子智能调度分配器的具体调度分配过程由PC通过梯形图编程实现，现以m1中的m1坐标(对应M50)转换为n-m个坐标中的某一个来说明电子智能调度分配器的工作过程：第一步 数控系统微机发来M50指令，PC输入端101接通，同时数控系统停止m1坐标的脉冲分配；第二步 转换预置电路工作，PC的输出端201、202、203、204、205、206、208(KA3)有信号产生，完成预处理，使m1坐标处于未用状态(此时m1的控制信号与伺服电机、检测单元断开)并防止机床报警；第三步 预置工作过程中PC输出端207、209、210有信号产生，将m1控制信号转移到n-m中需要的坐标；第四步 在第三步完成后，预置电路释放，即201、202、203、204、205、206、208无信号产生。转换结束，向数控系统返回转换结束信号TRE。
M50指令开始运行到TRE信号返回过程时间为0.1秒。
采用本发明设计的多坐标数控系统的控制软件，其复杂程序相当于低维坐标数控系统的复杂程序，远低于现有结构的多坐标数控系统控制软件。而且数控系统的微处理机及辅助电路部分也较现有结构的多坐标数控系统简单。
采用本发明设计的多坐标数控系统整体上来说，成本远低于现有结构多坐标数控系统，结构也较现有结构多坐标数控系统简单。因此本发明对推广和普及多坐标数控技术，提高工厂生产的自动化程度具有积极的推广作用。
下面结合附图对本发明进行详细描述。
附图1为采用本发明设计的n坐标m联动数控系统的结构框图，图中微处理机及辅助电路是指Intel8086微处理机芯片及扩展的RAM动态存储器、R0M只读存储器、扩展接口电路、显示接口电路等；微机接口是8086用于读入、输出控制信号的通道；m坐标位置控制单元是指对坐标的直线位移量、旋转位移量进行控制的部分；m坐标速度控制伺服单元是提供伺服电机所需的动力控制信号；电子智能调度分配器是联接m坐标控制单元与伺服电机，检测单元，起信号转换、自动调度和分配功能；伺服电机是指DC直流伺服电机和AC交流伺服电机；检测单元是指检测位移量或旋转量并返回到控制单元的部分。伺服传动机构是联接工作机械与伺服电机的滚珠丝杆及少量齿轮付；工作机械指多坐标数控设备的具体运动实体(如工作台、分度头、机械手等)附图2为电子智能调度分配器的原理框图及在n坐标数控系统中的位置关系图。图中微处理机及辅助电路、微机接口、m坐标位置控制单元、m坐标速度控制伺服单元、n个检测单元、执行机构、工作机械见附图1的说明。在此对电子智能调度分配器的结构进行描述。输入辅助电路是与微机接口相联，连接微处理机发来的转换指令信号和送回微处理机的有关信号；PC可编程序控制器是一个具有多个输入点和多个输出点的工业过程控制机；转换预置电路是指产生转换前后的预处理电路，它的输入输出与PC可编程序控制器的输出端和控制单元相联；切换继电开关电路是产生m个坐标的控制信号向其余n-m个坐标转换控制信号的继电开关电路，它的输入端为m个坐标的控制信号，输出端与n个伺服电机及检测单元相联。
附图3为电子智能调度分配器的原理接线图，图(a)中KA1、KA2KA3、KA6～KA16为+24VDC继电器，型号为DZ-100；KA4为220交流继电器，型号为JZ144；输入端M50～M60表示坐标mi(i＝1，m)向其余n-m坐标的转换指令，由微处理机发出；RESET为PC的复位信号，start为PC的开始运行信号，这两个信号来自微处理机；PCAm、PCBm、*PCAm、*PCBm、*PCZm、OH1m、OH2m为m联动坐标中被转换坐标的位置控制信号；PCAn-m、PCBn-m、PCZn-m、PCAn-m、PCBn-m、PCZn-m、OH1n-m、OH2n-m为其余n-m个坐标中需要转换信号的坐标位置控制信号；A1n-m、A2n-m为其余n-m个坐标中需要转换信号的坐标速度控制信号。+5V、+24V电源直接取自PC内部电源。b图为电子智能调度分配器的控制梯形图，只画出了当微处理机发来M50指令有效时的转换调度控制梯形图。其中1xx为输入端信号，2xx为输出端信号，5xx为计时器。
本实施例是以三坐标数控铣床XK5040-1采用本发明升级为五坐标三联动数控铣床加以说明的。
XK5040-1三坐标数控立铣只具有X、Y、Z三个直线运动坐标，它是一个由脉冲编码器作为检测元件组成的半闭环数控系统。数控系统为FANUC-3MA系统，伺服电机为FB15-5直流伺服电机。分析其结构后，将XK6040-1的三坐标数控系统的微处理及辅助电路和X、Y、Z三个坐标的位置和速度控制单元板作为共用部分。采用图3所示结构的电子智能调度分配器(可编程序控制器为TNC-810可编程序控制器，具有16个输入点和24个输出点)后，将X、Y坐标的位置和速度控制单元通过调度分配给数控旋转分度A坐标和数控回转分度C坐标，完成由X、Y、Z三坐标向X、Y、Z、A、C五坐标的升级转换，并已用该五坐标数控铣床加工出了符合工厂图纸要求的双头变节矩螺杆、制药机械上的正弦园柱凸轮、正弦端面分度凸轮、摄像机变焦距凸轮及汽车天线拉杆机中的多种复杂柱状凸轮等，解决了一大批现有三坐标数控铣床无法解决的工艺难题。而且增加的数控系统成本仅为2万元(XK5040-1价格为42万元)，而五坐标数控铣床却需250万元。
下面以联动坐标数为3，机床坐标数为4至9时，采用本发明的多坐标数控系统成本(PN′)占现有结构的多坐标数控系统成本(PN)的百分比和降低的成本占原成本的百分比：开环数控系统
闭环数控系统
上表是从硬件方面说明了本发明能降低多坐标数控系统的成本，软件方面不易计算。总的来说，本发明具有显著的经济效益，对推广和普及多坐标数控技术，提高工厂车间生产的自动化程度将起到积极的推进作用。
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