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高速雕铣机开放式数控系统研究

作者: 发布时间:2020-03-13 09:58:08点击:1215

高速雕铣机开放式给出了基于PC+USB+DSP的高速雕铣机开放式数控系统的结构描述了电机控制模块、USB与DSP连接模块、USB驱动软件DSP运动控制软件的设计与实现。系统可以实现对数控代码的译码和驱动三个轴高速、高精度运动,具有允许用户写入底层运动控制算法的优点。


    1系统结构

基于PC机的开放式数控系统有四种结构形式,即PC连接NC型、PC嵌入NC型、NC嵌入PC型和全软件NC型。针对数控雕铣机运动控制系统具有高速高精度定位、快速插补、高速通信、主轴高速运转等特点,本系统以NC嵌入PC的开放式数控系统构为基础,利用DSP的高速运算能力进行快速插补、加减速运算和实现高精度位置控制,并通过USBPC进行高速通信,利用PC机友好的人机界面,实现数控程序的输入、译码。系统的结构如图1所示,功能部分做成独立的标准化单元控制模板,使数控系统具有高度开放性。

   2系统硬件

   2.1电机控制模块

雕铣机加工时,需进行X、Y、Z三个方向高速高精度的运动,主轴更高转速为24000r/min。系统电机控制模块如图2,其核心部分由DSP和电平转换模块组成。DSP芯片选用TI公司的16位定点DSP

  2.2原点与极限位置控制模块

每个轴的步进电机都必须在一定的安全范围之内研究与应用·一端的极限位置,当挡光板随工作台移动到极限位置时,光电传感器的输出电平将发生变化,DSP检测到电平变化后,停止发送步进电机脉冲信号并发出限位报警信号。图3是一个轴的正限位传感器信号处理电路,传感器信号经比较器LM339,与参考电压Verf比较,高于Vref则输出高电平,反之输出低电平(为极限点位置),输出低电平时传感器工作指示灯Dl点亮。开关信号经6N137隔离降压后送F2407A的I/O口检测,若超出极限范围,则电机停转,同时发出报警指示信号。为了给运动坐标进行标定,在每个轴上都设置一个原点位置,并在此处安装了一个位置传感器,每个轴的运动坐标都以该点为基准,原理与限位传感器相同3DSP与USB连接PC与DSP的通信使用USB模块,USB芯片选用带单片机内核EZ-USBFX2系列的CY7C68013A,该芯片包括一个智能串行的接口引擎(SIE),它执行所有基本的USB功能,将嵌入的MCU解放出来用于实现其它功能,以保证持续高速有效的数据传输;芯片具有4KB的用于数据缓冲的FIFO,当作为从设备时,可采用同步/异步FIFO接口与主设备连接,当作为主设备时,可通过通用可编程接口形式,任意控制波形来实现与其它从设备连接,能轻易地兼容绝大多数总线标准;固件软配置,可将需要在CY7C68013A上运行的固件,存放在主机上,当USB设备连上主机后,下载到设备上,这样就实现了在不改动硬件的情况下方便地修改固件,能够充分实现USB2.0协议,并向下兼容USBl.1。本系统选用SlaveFIFO方式,异步读写,该方式为从机方式,DSP可以像读写普通。

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