[实用新型]数控机床闭环虚拟系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测试数控系统功能、性能和精度的测试系统，尤其是能够精确测试数控系统对伺服电机的控制性能和对离散I/O点的控制性能的数控机床闭环虚拟系统。

背景技术

近年来，随着国家经济的不断发展，对制造自动化要求越来越高，数控机床开始普及，相应的对各类数控系统的需求量也越来越大，数控系统开始大规模投入生产，原有的数控系统生产过程中，对数控系统采用的连接伺服电机或者直接连接数控机床的在线测试手段变得不可行，这种测试方法需要的伺服电机数量、机床数量、成本和时间对数控生产厂家来说是很难实现或难以承受的。

数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械量流向有关的开关量，数控机床的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。数控系统是实现数控技术的计算机装置，它与伺服电机的机床电气系统形成控制上的闭环，从而达到控制机床精确加工产品的目的，对数控机床的性能评价包括它对位置、角度和速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量控制的精度、速度、通过数量以及容错和安全保护等方面的控制能力综合评价。数控系统本身也是一台计算机，对于其计算机特性的测试与检验可以采用现在成熟的大规模计算机测试方法，但是数控系统对各种机械量和与机械量流向有关的开关量的控制能力的检测用一般的计算机的检测方法是不能实现的。在小规模的数控机床生产过程中，一般采用每台数控系统连接伺服电机，控制其转矩、转速或者将数控系统安装到数控机床上进行实际加工来检测数控系统的可靠性以及是否满足数控系统出厂标准，但是当需要大规模生产数控系统时，上面提到的检测方法变得不可行，数控系统生产厂家不能够在为数控系统提供伺服电机或者数控机床数量和测试时间上达到一个平衡点，并且不同型号的数控系统能够控制的电机数量不同，一种机床只能测试一种数控系统，显然难以满足数控系统生产厂家的需求。

实用新型内容

为解决上述不足，本实用新型的目的在于提供一种可实现对数控机床伺服系统中多个伺服电机的运行状态、内部逻辑位置定位、伺服电机位置反馈信号输出的虚拟，同时能够进行与机械量流向有关的开关量的虚拟的，进而虚拟这个数控机床特性的数控机床闭环虚拟系统。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型系统具有中央控制卡、电源模块、伺服虚拟单元、机床电气虚拟单元及外围硬件电路，由电源模块提供工作电源，伺服虚拟单元与数控机床的机床数控系统轴控制器之间及机床电气虚拟单元与数控机床I/O控制器之间进行控制或数据转换，伺服虚拟单元及机床电气虚拟单元分别与中央控制卡相连，该中央控制卡中存有机床闭环虚拟系统软件。

所述伺服虚拟单元内部具有FPGA，其包括总线接口模块、A/D采集控制状态机、存储模块、A/D采集时序控制模块、A/D采集通道控制模块、编码器反馈信号产生模块及逻辑轴位置测量模块，其中A/D采集时序控制模块在A/D采集控制状态机的控制下通过外围硬件电路中A/D转换器与机床数控系统的伺服电机控制信号相连，并将该伺服电机控制信号采样后送至存储模块；A/D采集通道控制模块在A/D采集控制状态机的控制下通过外围硬件电路中的多路控制开关将多个外部模拟信号源分时输入给A/D转换器，转换后数据保存在上述存储模块中；编码器反馈信号产生模块在中央控制卡的控制下产生编码器反馈信号经外围硬件电路中的差分信号产生器送至机床数控系统，同时还送至逻辑轴位置测量模块，该逻辑轴位置测量模块经控制信号线及数据线与中央控制卡相连。

所述编码器反馈信号产生模块内部设置有任意频率发生模块、数据存储接口模块、回零控制单元、轴逻辑位置测量模块、方波处理模块及Z信号处理模块，其中任意频率发生模块接收中央控制卡发送的配置数据，其产生所需频率通过方波处理模块及Z信号发生模块送至机床数控系统，Z信号发生模块还接收数据存储接口模块的配置数据；回零控制单元接收Z信号发生模块产生的回零控制信号，并将回零控制信号送至轴逻辑位置测量模块，数据存储接口模块及轴逻辑位置测量模块与中央控制卡相连。

所述各单元或模块为插卡式，通过总线底板实现互联。

本实用新型具有以下有益效果及优点：