[发明专利]一种基于工控机的多轴联动激光加工数控系统及其工作方法

权利要求书

1.一种基于工控机的多轴联动激光加工数控系统，其特征在于：所述的多轴联动激光加工数控系统包括：工控机(1)以及由其协同控制的直线轴控制子系统(2)、旋转轴控制子系统(3)、激光控制子系统(4)和辅助设备控制子系统(5)；

其中，工控机采用倍福C6640-0040工控机；所述的工控机(1)的作用如下：

一：读入加工程序，并完成译码、速度规划、插补、坐标变换、螺距补偿过程，得到用于协同控制子系统的指令；

二：将解读到的运动指令传至直线轴控制子系统(2)和旋转轴控制子系统(3)，实现机床的位置控制；

三：将解读到的激光指令传至激光控制子系统(4)，实现激光的功率控制；

四：将解读到的辅助指令传至辅助设备控制子系统(5)，实现辅助设备的启停控制；

其中，直线轴控制子系统(2)用于实现机床X、Y、Z方向上的运动，直线轴控制子系统采用：西门子CU320电机控制单元，电机控制单元CU320与工控机之间采用Profibus现场总线建立连接；

直线轴控制子系统(2)中的西门子CU320电机控制单元接收来自工控机(1)以报文形式传来的直线位置指令，将位置指令分解至各伺服电机驱动器(7)；伺服电机驱动器(7)接收位置指令后进行PID计算，将驱动电流信号传至伺服电机(8)；伺服电机(8)带动滚珠丝杠(9)完成直线运动；直线轴控制子系统(2)内部各个模块之间采用DRIVE-CLiQ高速驱动接口建立连接；

其中，旋转轴控制子系统(3)包括两个模块，即Kollmorgen AKD力矩电机驱动器和DDRD06X力矩电机；AKD力矩电机驱动器与工控机(1)之间采用EtherCAT现场总线建立连接；

Kollmorgen AKD力矩电机驱动器接收来自工控机(1)传来的旋转位置指令，将位置指令分解至各旋转轴，并进行PID计算得到驱动电流，实现对力矩电机(11)的控制，力矩电机(11)用来带动激光头运动；

其中，激光控制子系统(4)包括三个模块，即PWM信号发生器(12)、激光器(13)以及激光光路(14)；所述激光控制子系统(4)用于实现激光的开关以及功率的调节；所述PWM信号发生器采用西门子S7-1200 PLC，西门子S7-1200 PLC与工控机(1)之间采用Profinet总线建立连接；

西门子S7-1200接收来自工控机传来的激光功率指令，产生不同频率、占空比的激光信号传给激光器；激光器接收激光信号，产生激光，并通过激光光路完成激光的扩束、传输、聚焦过程，通过激光头射出，完成激光加工；

其中，辅助设备控制子系统(5)包括IO模块(15)和辅助设备(16)，辅助设备控制子系统(5)与工控机(1)之间采用EtherCAT总线建立连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于工控机的多轴联动激光加工数控系统，其特征在于：辅助设备控制子系统(5)用于实现辅助设备的启停控制；

IO模块(15)接收来自工控机(1)传来的辅助设备控制指令，直接控制辅助设备(16)的启停；所述辅助设备包括：集尘器、冷却机、加速度计、温湿度计、照明灯、行车记录仪；

其中，集尘器用来将激光加工过程中产生的烟尘吸出至排风口，以减少污染；

其中，冷却机用来对激光器进行冷却，避免激光器过热导致性能不稳定；

其中，加速度计用来采集机床运行过程中各轴加速度，进而计算速度、位移数据；

其中，温湿度计用来测量激光器和机床内部的温湿度；

其中，照明灯用来在加工过程中提供照明便于操作者观察机床是否出现异常；

其中，行车记录仪用来记录加工过程，采集视频信息。

3.一种基于工控机的多轴联动激光加工数控系统的工作方法，其特征在于，采用如权利要求1或2任意一项所述的一种基于工控机的多轴联动激光加工数控系统，工作方法如下：

工控机(1)部署在机床电气柜中，机床开机自启，等待操作人员输入加工指令或进行按键操作；

直线轴控制子系统(2)中的电机控制单元(6)和伺服电机驱动器(7)部署在机床电气柜中，等待工控机(1)发送指令；伺服电机(8)和滚珠丝杠(9)安装在机床床身，接收直线运动指令后即可动作；

旋转轴控制子系统(3)中的力矩电机驱动器(10)部署在机床电气柜中，等待工控机(1)发送指令；力矩电机(11)安装在机床Z轴的激光光路水平台下方，接收旋转运动指令即可动作；

激光控制子系统(4)中的PWM信号发生器(12)部署在机床电气柜中，等待工控机(1)发送指令；激光器(13)和激光光路(14)安装在机床Z轴的激光光路水平台上，激光器(13)接收激光指令后产生激光，通过激光光路(14)的一系列调整即可进行加工；

辅助设备控制子系统(5)中的IO模块(15)部署在机床电气柜中，等待工控机(1)发送指令；辅助设备(16)分布于机床各个位置，接收IO模块(15)发送的指令后即可产生相应动作。