一种基于SercosIII通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台的制作方法

本发明涉及一种三轴数控铣床运动控制平台，具体涉及一种基于sercosiii通讯协议全软件开放式三轴数控铣床运动控制平台。

背景技术：

现阶段我国经济发展主要支柱是制造业，它将成为我国经济“创新驱动”和“转型升级”的主导领域。虽然我国已经成为了世界上的制造大国，但仍然没有进入制造强国的行列，随着德国“工业4.0”的提出，对制造业的发展产生了很大影响。我国的制造业在全世界占很大比重，称的上为制造大国，但不属于制造强国，为了向制造强国的转变，顺应德国“工业4.0”第四次工业革命的发展，2015年政府工作报告中已经明确的指出，要推动和实施“中国制造2025”，这将会大大促进我国从制造大国向制造强国转变的决心，在现代制造业的发展过程中，数控技术一直是先进制造技术的核心和各种柔性化制造系统的控制单元，要想在制造业上取得进步，一定离不开数控技术的发展。

传统的数控系统是一种专用的封闭体系结构，一般都是通过模拟信号进行信息传递，相比于数字信号的信息传递，具有传输不稳定、精度低的缺点，尽管传统的数控系统可以由用户设计人机界面，但不是完全开放的，必须使用专门的开发工具和求助于系统供应商，还需投入大量的人力和精力，对其功能进行扩展、改变和维修，相比于开放式数控系统的发展，体现了传统数控系统不具有可互换性、可伸缩性、可移植性、可扩展性和可互操作性的弊端，开放式的数控系统更具有柔性、灵活性和通用性，并采取通用pc机软硬件取代过去昂贵的数控装置，国外的数控系统技术是遥遥领先与我国的数控系统技术，担心我国的数控技术超越他们，并对我们在数控系统技术方面采取了技术封锁，给我们向先进数控技术的发展造成了很大困难，所以有必要自主研发开放式的数控系统以及数控机床，把原来要用硬件实现的功能由软件来代替，可以打破长期制约我国数控技术发展的硬件瓶颈。

通讯接口是数控系统的核心部分，与数控系统的加工效率和精度有着必然的联系，现代的数控系统一般使用数字信号的通讯接口，例如：macro、fire、wire、can、modbus等，但是往往这些接口的使用要通过厂家的支持，在使用过程中受到了限制，在其中一些技术的发展还不够完善，有的数字信号的传输速率慢并且不够稳定只能完成简单的点位控制和开关动作，sercosiii通讯接口技术发展的比较成熟，成为了唯一用于运动控制的开放式接口国际标准，提高数字信号传递的实时性，采用sercosiii通讯接口的开放式数控系统的功能扩展难、软件的可移植性差和组网通讯能力差等缺点得以有效的改善。

在制造加工业的需求不断增加的情况下，对于工件的加工效率提出更高的要求，在提高加工效率的同时，提高加工精度和降低加工成本也是我们所关心的，对于加工工艺简单的小型工件的加工，在加工制造业上占据了很大的比重，因此在我国的制造业中需要一种成本低、体积小、能耗低、维护方便、加工精度高且加工效率高的三轴数控铣床。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，主要包括人机交互界面、硬件系统和软件系统。该开放式三轴数控铣床运动控制平台基于sercosiii通讯协议和windows系统的开发环境，构建sercosiii通讯协议的通讯服务通道和人机交互界面，可通过人机交互界面经由通讯服务通道向三轴数控铣床上的伺服驱动器传递运动控制参数，并可以完成对三轴数控铣床上的伺服电机的实时运动控制，实现数控铣床的三轴联动，本运动控制平台采用的是带有sercosiii通讯接口的伺服驱动器和伺服电机，并采用以太网将pc机与伺服驱动器进行连接和数据传递，根据本运动控制平台的需要，搭建基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台的电气控制柜部分。

本基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，三轴数控铣床开放式运动控制系统通过sercosiii通讯协议与机床上的伺服驱动器进行通讯。运用sercosiii通讯协议完成系统与伺服驱动器之间的数字信号实时通讯。

本基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，该运动控制系统的运动控制结构采用带有sercosiii通讯接口的运动控制结构，数字控制器和数字驱动器都带有sercosiii通讯接口，数字控制器和数字驱动器的sercosiii通讯接口之间采用以太网线连接，通过sercosiii通讯接口和以太网线进行数据交换。

本基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，由工业pc机（上位机）与sercans卡组成数字控制器模块，sercans卡为带有sercosiii通讯接口被动式主站卡，sercans卡是控制器（上位机）与驱动器（下位机）之间通讯的重要模块。

本基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，控制器和若干伺服驱动器通过sercosiii通讯接口连接成拓扑环路，其主要包括主站和若干从站，主站负责将控制单元连接到环路上，从站负责将伺服装置连接到环路上，通过报文的形式传递控制指令与反馈信息。

本基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，运用windows系统的开发环境和面向对象的开发工具visualc++6.0建立所述通讯服务通道，控制器（上位机）与驱动器（下位机）之间的数据通过所述通讯服务通道进行传递。

本基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，采用visualc++6.0的mfc开发平台设计基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控平台的人机交互界面，通过所述人机交互界面，根据三轴数控铣床运动控平台的运动轨迹实现运动控制参数设置，向伺服驱动器发送控制指令等数据信息，并将机床运动状态的反馈信息实时显示出来。

本基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，采用带有sercosiii通讯接口的德国rexrothindramar公司的伺服驱动器和伺服电机，安装在三轴数控铣床上，完成对x、y和z轴的驱动功能。驱动器为indradrivec数字化智能驱动器，伺服电机为mnr系列交流伺服电机。

本基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，电气控制柜部分中开关模块和继电器、交流接触器及24v直流电源模块的组合完成对运动控制平台的通断电控制。工业pc机+sercans卡的运动控制系统模块对运动控制平台进行运动控制，伺服驱动器模块包括x轴伺服驱动器、y轴伺服驱动器和z轴伺服驱动器。

通过上述结构可知，本发明的基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台的有益效果在于：该基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，运用c++面向对象技术构造了基于sercosiii通讯协议开放式数控系统，该数控系统可完成数据的实时传递，数控系统模块化的设计使系统具有开放性，运用闭环的控制结构增加系统的加工精度，并且操作者可通过方便、简洁的人机交互界面对该三轴数控铣床运动控制平台的进行操作，具有良好的使用性能。该运动控制平台采用轻型三轴数控铣床体积小、低能耗和维护方便，可通过配置专用的基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床的数控系统实时、精准进行三轴联动铣削，操作方便，加工效率高，降低制造成本和机床维护成本，对于简单工件的铣削加工更具有实用性。

附图说明

图1是本发明基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台总体框图。

图2是本发明基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台带有sercosiii通讯接口的运动控制结构图。

图3是本发明基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台通讯服务通道构建流程图。

图4是本发明基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台人机交互界面图。

图5是本发明基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台结构图。

图6是本发明基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台电气控制柜各元件布局示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，结合附图，对发明的技术方案作进一步具体说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，应该理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图6，一种基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台，主要包括人机交互界面、硬件系统和软件系统，该开放式三轴数控铣床运动控制平台基于sercosiii通讯协议和windows系统的开发环境，构建sercosiii通讯协议的服务通道和人机交互界面，可通过人机交互界面经由通讯服务通道向三轴数控铣床上的伺服驱动器传递运动控制参数，并可以完成对三轴数控铣床上的伺服电机的实时运动控制，实现数控铣床的三轴联动，本运动控制平台采用的是带有sercosiii通讯接口的伺服驱动器和伺服电机，并采用以太网将pc机与伺服驱动器进行连接和数据传递，根据本运动控制平台的需要，搭建电气控制柜部分。

进一步，三轴数控铣床开放式运动控制系统采用sercosiii通讯协议与机床上的伺服驱动器进行通讯，sercosiii通讯协议是开放式数控系统通讯的标准协议，系统通过该协议可将数字信号传递到伺服驱动器中，实时的向伺服驱动器发送控制指令。

进一步，如图2所示，基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台采用带有sercosiii通讯接口的运动控制结构，需选择带有sercosiii通讯接口的控制器和伺服驱动器，控制器是由工业pc机（上位机）与sercans卡组成，sercans卡带有sercosiii通讯接口，控制器和伺服驱动器sercosiii通讯接口之间通过以太网线连接在一起。

进一步，控制器和若干伺服驱动器通过sercosiii通讯接口连接成由主站和从站组成的拓扑环路，主站负责将控制单元连接到环路上，从站负责将伺服装置连接到环路上，通过报文的形式传递数字控制指令与反馈信息。

进一步，如图3所示，控制器（上位机）发出的数字控制指令，可由运用windows系统的开发环境和面向对象的开发工具visualc++6.0建立的通讯服务通道传递到驱动器（下位机），控制驱动器向伺服电机发出运动控制指令，通讯服务通道需利用os_initialize（void**ppvmemory）函数连接sercans卡的动态连接库，构建menu（）函数调取向伺服驱动器写入和读取参数的函数，确保将运动控制指令成功的实时发送到伺服驱动器中，实现三轴数控铣床的运动控制。

进一步，如图4所示，运用visualc++6.0的mfc开发平台设计了基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控制平台的人机交互界面，操作者可以通过人机交互界面上的手动模式和自动模式模块，将三轴数控铣床运动控平台按运动轨迹的控制命令传送到伺服驱动器，伺服驱动器根据指令控制伺服电机，根据机床的实时运动状态采集的信息，可经过通讯服务通道传递到人机交互界面并在相应模块中显示出来，可供操作者实时观察运动控制平台的运动状态。

进一步，如图5所示，基于sercosiii通讯协议开放式三轴数控铣床运动控平台硬件系统的搭建主要由轻型三轴数控铣床、德国rexrothindramar公司的伺服驱动器和伺服电机等组成，分别在轻型三轴数控铣床x、y和z轴上安装mnr系列交流伺服电机，并选用indradrivec数字化智能驱动器完成对伺服电机的驱动，实现三轴数控铣床运动控制平台x、y和z轴的联合控制。

进一步，如图6所示，电气控制柜部分中开关模块和继电器、交流接触器及24v直流电源模块的组合完成对运动控制平台的通断电控制，设备操作人员可将加工程序和运动指令输入到电气控制柜的基于工业pc机+sercans卡的运动控制系统中，控制系统分别与铣床床身部分的x轴、y轴、z轴伺服驱动器模块用以太网线进行信号联接，x轴、y轴、z轴驱动器通过sercans卡接线板与插入电脑pci插槽内的运动控制卡进行信号连接，并采用sercosiii通讯协议以报文的形式，将控制命令实时发送到伺服驱动器模块，控制x、y和z轴上的伺服电机运动，确保控制命令传输的实时性和可靠性。

需要说明的是，本发明的说明书及其附图给出了本发明的优选实施方式，并不限于本说明书所述的实施方式，提供这些实施方式目的是使本发明的公开内容理解更加透彻全面，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，对本领域普通技术人员来说，凡在本发明的构思和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均落入本发明所附权利要求的保护范围。