高速CNC雕铣机数控系统的设计

0引言

近年来,随着现代制造业的发展,尤其是计算机集成制造系统〔ComputerIntegratedManufacturingSystems,CIMS)的发展,产品更新速度的不断加快,中小批量生产比重的加大以及数控系统应用领域的不断扩大,使得用户对CNC系统的需求呈现多元化:在通信组网方面要求CNC系统可以与CAD/CAM/CAPP等系统实现通信;在系统的灵活性、可移植性方面则要求CNC系统具有模块化和可重新配置的特点可根据不同的用户需求,迅速、高效、低成本的构建面向用户的控制系统。

而传统的CNC系统由于专用性强,功能扩展困难,软件移植性差,组网通讯能力差等等缺点,明显已跟不上发展的要求。

为了满足对数控系统更具柔性、灵活性和通用性的要求,出现了对开放式数控系统结构的研究。目前,世界上许多国家都对此投人了大量的人力、物力和财力,并取得了不小的成果,例如欧洲的。SAGA(Open即~ArchitectureforControlwithinAutomation)、美国的OMAC(伪,enModularArchitectureController)和日本的OSE(OpenSystemEavironmeat)i31o个人计算机(PC),由于其硬件的标准化、高速运算能力、开放总线、网络功能以及丰富的软件资源等,使得它在改善CNC系统的用户界面、图形显示、动态仿真、数控编程、故障诊断、网络通讯等功能方面表现出了无可比拟的优势;系统设计者也可以将各种功能模块(如轴运动控制器,LO接口卡等)接人系统,将CAD/CAM软件装进系统运行并直接控制机床加工程序。因此,基于1C的开放式数控系统已成为数控系统开放化的主要方向。基于PC,主要是IPC(工业PC机)的开放式数控系统按数控部件与PC的连接,有如下形式:

(1)利用单片机或DSP作为数控轴的运动控制部件,采用双端口存储技术或串/并行通信与主机(PC)交换数据,实现CNC控制;

(2)利用PC高速运算能力,将硬件功能软化,用于CNC控制的硬件只是简单的接口;

(3)利用EPCD,CPLD等大规模器件,作为基于PC的专用数字一脉冲伺服接口卡,控制执行电机的运动。

随着家具制造业、广告招牌业、模具业的发展,尤其是模具业对表面加工要求的提高,以及传统电火花加工的不足,最近的一两年综合铣削与高速雕刻优点的CNC雕铣机在国内有了较大的发展。为了顺应市场的需求,我们设计开发了一种基于PC的高速雕铣机的数控系统。该系统的设计,在功能实现上,采用模块化的设计思想;在结构上,采用“位置控制卡+PC”的形式,也就是以上介绍的基于PC开放式数控系统的第三种形式,并设计了基于CPLD的位置控制卡来实现数字一脉冲伺服接口和其他v0接口功能。

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