高速雕铣机开放式数控系统研究

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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