全数字数控系统的驱动及连接装置制造方法及图纸

全数字数控系统的驱动及连接装置，涉及到数控系统中一种驱动及连接装置。它解决了现有ＣＮＣ与数控机床及其外围设备通信连接时需要插接数据转换卡以及控制数据在通信过程中需要经过Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ两次转换的问题。它通过ＵＳＢ２．０收发器传递ＣＮＣ与本发明专利技术装置之间的数据，可编程逻辑器件中固化的伺服控制器根据ＵＳＢ２．０收发器传递的控制信号发送相应的控制命令给功率驱动接口，电流检测控制器接收电流信号接口输入的电流信号并进行数字滤波和电流测量后发送给伺服控制器，编码器信号输入控制器接收编码器信号输入接口输入的编码器信号并分别转换成速度信号和位置信号，然后分别发送给伺服控制器和通过ＵＳＢ２．０传递给ＣＮＣ。

Driving and connecting device of full digital numerical control system

The utility model relates to a driving and connecting device of a full digital numerical control system, relating to a driving and connecting device in a numerical control system. The utility model solves the problems that the existing CNC and the numerical control machine tool and the peripheral equipment communicate with each other and needs to plug in the data conversion card and control data in the communication process, and needs to pass through the two conversions of A / D and D / A. It is through the USB2.0 transceiver transfer between CNC and the device data, curable programmable logic device in the servo controller according to the driving interface to the power control command control signal transfer corresponding USB2.0 transceiver, current detection controller receives the current signal and the current signal input interface of digital filter and current measurement is sent to the servo controller. The encoder signal encoder signal input controller receives the encoder signal input interface input and were converted into speed and position signals, and then sent to the servo controller and transmitted to CNC through USB2.0.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到数控系统中的一种驱动及连接装置。
技术介绍
一套完整的机床数控系统由数控装置(NC)、驱动系统和检测装置等几 大硬件构成，其中主要控制和传动部分是数控装置和伺服系统。传统伺服系统 只接收模拟信号，因此需要数控装置(NC)输出模拟控制信号。而真正基于 PC机的数控装置，艮卩CNC (Computerized Numerical Control)的控制功能是 由软件来实现的，CNC直接输出的是数字信号，为了能向伺服系统输出模拟 量信号，还需要在PC机上额外开发D/A转换接口。随着微电子技术和计算机 技术的发展，现代伺服系统逐渐转向数字化，数字化伺服系统的CPU也只能 接收数字信号，因此这种数字伺服系统还需要再经过一次A/D转换才能接收 CNC的控制信号，不仅增加了数控系统的硬件接口，另一方面，由于经过了 D/A和A/D两次转换，使CNC的位置环调节器输出的实时指令数据在传输到 伺服系统时产生误差，会影响电机的控制性能，难于实现实时高精度加工控制。 另外，模拟量电压容易受到干扰，造成刀具移动速度产生波动，工件的加工表 面不光滑。目前在数控系统中实现直接数字控制的方法主要是现场总线控制，但是基 于现场总线的数控系统同样需要在CNC上开发通信板卡，这些板卡须插入 CNC的标准ISA/PCI插槽内，但ISA/PCI总线接口复杂，驱动程序、硬件接 口开发难度大，开发成本较高，开发周期也较长。同时还需要伺服系统提供相 应的现场总线接口。而且市场上多种现场总线并存，不同类型现场总线之间不 能相互通信，很难满足开放性数控系统的要求。
技术实现思路
为了解决现有数控系统中，CNC与数控机床外围设备通信连接的时候，需 要在CNC中插接数据转换卡以及部分控制数据在通信过程中需要经过A/D和 D/A两次转换的问题，本专利技术提供了一种全数字数控系统的驱动及连接装置。全数字数控系统的驱动及连接装置，它包括USB2.0收发器1、编码器信号 输入接口9、电流信号接口IO、功率驱动接口17和可编程逻辑器件20，所述可 编程逻辑器件20中固化有用于和USB2.0收发器1之间进行数据传送、并进行数 据的串/并转换的USB通信控制器2，用于根据USB通信控制器2发出的控制信 号对外部功率装置进行伺服控制的伺服控制器5，用于接收编码器信号输入接 口9发送的编码器信号并分别转换成位置信号和速度信号传递给USB通信控制 器2和伺服控制器5的编码器信号输入控制器6，用于对电流信号接口IO发送的 电流信号进行数字滤波和电流测量的电流检测控制器16; USB2.0收发器1的串 行数据接口和可编程逻辑器件20中的USB通信控制器2的串行数据输入/输出 接口连接，所述USB通信控制器2的伺服控制信号输出端和伺服控制器5的伺服 控制信号输入端连接，所述伺服控制器5的功率驱动控制信号输出端和功率驱 动接口17的控制信号输入端连接，电流信号接口10的电流信号输出端和电流检 测控制器16的电流信号输入端连接，所述电流检测控制器16的电流信号输出端 和伺服控制器5的电流信号输入端连接，编码器信号输入接口9的信号输出端和 编码器信号输入控制器6的信号输入端连接，所述编码器信号输入控制器6的位 置信号输出端和USB通信控制器2的位置信号输入端连接，所述编码器信号输 入控制器6的速度信号输出端和伺服控制器5的速度信号输入端连接。本专利技术的优点有 一、全数字数控系统的驱动及连接装置采用现有技术中 比较成熟的USB2.0串行数据接口与带有USB2.0接口的CNC的PC机之间通信， 实现了纯数字控制，完全避免了现有数控系统中在PC机中的标准ISA/PCI插 槽内插接数据转换卡、以及控制数据在传输过程中需要经过两次A/D和D/A转 换而产生的误差的问题，还使机床数控系统的响应速度更快、可靠性更高，能 够更好地满足机械加工中的更高需求。二、采用可编程逻辑器件作为核心器件， 在可编程逻辑器件中可以集成、固化多种伺服控制核，实现控制的灵活性，还 可以根据USB控制器接收到的CNC发送的控制命令，实现灵活的智能化控制。附图说明图l是本专利技术的结构示意图，图2是具体实施方式二和三所述的全数字数控 系统的驱动及连接装置，图3是具体实施方式四所述采用本专利技术的全数字数控 系统的驱动及连接装置的数控系统的结构示意图。具体实施例方式具体实施方式一参见图1说明本实施方式。全数字数控系统的驱动及连接装置，它包括USB2.0收发器1、编码器信号输入接口9、电流信号接口IO、 功率驱动接口17和可编程逻辑器件20，所述可编程逻辑器件20中固化有用于和 USB2.0收发器1之间进行数据传送、并进行数据的串/并转换的USB通信控制器 2,用于根据USB通信控制器2发出的控制信号对外部功率装置进行伺服控制的 伺服控制器5，用于接收编码器信号输入接口9发送的编码器信号并分别转换成 位置信号和速度信号传递给USB通信控制器2和伺服控制器5的编码器信号输 入控制器6，用于对电流信号接口10发送的电流信号进行数字滤波和电流测量 的电流检测控制器16; USB2.0收发器1的串行数据接口和可编程逻辑器件20中 的USB通信控制器2的串行数据输入/输出接口连接，所述USB通信控制器2的 伺服控制信号输出端和伺服控制器5的伺服控制信号输入端连接，所述伺服控 制器5的功率驱动控制信号输出端和功率驱动接口 17的控制信号输入端连接， 电流信号接口10的电流信号输出端和电流检测控制器16的电流信号输入端连 接，所述电流检测控制器16的电流信号输出端和伺服控制器5的电流信号输入 端连接，编码器信号输入接口9的信号输出端和编码器信号输入控制器6的信号 输入端连接，所述编码盔信号输入控制器6的位置信号输出端和USB通信控制 器2的位置信号输入端连接，所述编码器信号输入控制器6的速度信号输出端和 伺服控制器5的速度信号输入端连接。所述USB通信控制器2是固化在可编程逻辑器件内的控制器，它包括用于 完成数据接收和发送、并按USB通信协议对接收和发送的数据进行编码/解码 的USB核逻辑控制器，还包括用于存储USB核逻辑控制器接收和发送的数据的 FIFO (First in First out)端点两部分。所述伺服控制器5能够集成通用性比较强的现有各种伺服控制芯核，例如 它可以集成矢量控制器、力矩控制器、电流调解器、速度调节器、SVPWM调 解器等等中的一种或者几种，以达到满足不同类型的数控机床运动控制需求。本实施方式中的功率驱动接口17中，包括光电隔离模块，增强了本实施方 式所述装置的抗干扰性。本实施方式中的可编程逻辑器件20采用大规模现场可编程门阵列FPGA芯片，所述FPGA芯片选用XC2S200-5FG456C。本实施方式采用了功能强大的可编程逻辑器件，在该芯片上固化了USB 通信控制器和伺服控制器，在应用的时候，通过USB通信方式与CNC连接，通 过USB2.0收发器1接收CNC发送的包括位置控制命令在内的各种控制命令，伺 服控制器5分别通过USB通信控制器2、电流信号接口10和编码器信号输入接口 9获得CNC传送的包括位置控制命令在内的各种控制命令、电流和速度反馈信 号，根据这些信号向功率驱动接口17发送驱动控制信号实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
全数字数控系统的驱动及连接装置，其特征在于它包括ＵＳＢ２．０收发器（１）、编码器信号输入接口（９）、电流信号接口（１０）、功率驱动接口（１７）和可编程逻辑器件（２０），所述可编程逻辑器件（２０）中固化有用于和ＵＳＢ２．０收发器（１）之间进行数据传送、并进行数据的串／并转换的ＵＳＢ通信控制器（２），用于根据ＵＳＢ通信控制器（２）发出的控制信号对外部功率装置进行伺服控制的伺服控制器（５），用于接收编码器信号输入接口（９）发送的编码器信号并分别转换成位置信号和速度信号传递给ＵＳＢ通信控制器（２）和伺服控制器（５）的编码器信号输入控制器（６），用于对电流信号接口（１０）发送的电流信号进行数字滤波和电流测量的电流检测控制器（１６）；ＵＳＢ２．０收发器（１）的串行数据接口和可编程逻辑器件（２０）中的ＵＳＢ通信控制器（２）的串行数据输入／输出接口连接，所述ＵＳＢ通信控制器（２）的伺服控制信号输出端和伺服控制器（５）的伺服控制信号输入端连接，所述伺服控制器（５）的功率驱动控制信号输出端和功率驱动接口（１７）的控制信号输入端连接，电流信号接口（１０）的电流信号输出端和电流检测控制器（１６）的电流信号输入端连接，所述电流检测控制器（１６）的电流信号输出端和伺服控制器（５）的电流信号输入端连接，编码器信号输入接口（９）的信号输出端和编码器信号输入控制器（６）的信号输入端连接，所述编码器信号输入控制器（６）的位置信号输出端和ＵＳＢ通信控制器（２）的位置信号输入端连接，所述编码器信号输入控制器（６）的速度信号输出端和伺服控制器（５）的速度信号输入端连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李凤阁，佟为明，杨锋，李彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]