AxesController）多軸運(yùn)動(dòng)控制器為CNC模塊、工業(yè)控制機(jī)為系統(tǒng)支撐單元的雙CPU數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)級(jí)別的開放度：人機(jī)接口和非實(shí)時(shí)控制部件的定制和參數(shù)化；實(shí)時(shí)控制部件的參數(shù)化。
1數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1.1PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器是美國(guó)DeltaTau公司的產(chǎn)品，是一個(gè)擁有高性能伺服運(yùn)動(dòng)的控制器。它借助于Motorola的DSP56001/56002數(shù)字信號(hào)處理器，可同時(shí)控制18個(gè)軸。既可單獨(dú)執(zhí)行存儲(chǔ)于其內(nèi)部的程序，也可執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序和PLC程序，并可進(jìn)行伺服環(huán)更新及以串口、總線兩種方式與上位機(jī)進(jìn)行通信。PMAC還可自動(dòng)對(duì)任務(wù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行判別，從而進(jìn)行實(shí)時(shí)多任務(wù)處理。這一功能使得它在處理時(shí)間和任務(wù)切換這兩方面大大減輕了主機(jī)和編程器的負(fù)擔(dān)，提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度和控制精度。
1.2數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及工作原理該數(shù)控系統(tǒng)的控制中心在工業(yè)控制機(jī)（IPC）平臺(tái)基礎(chǔ)上，采用PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器和雙端口存儲(chǔ)器（DPRAM）。工控機(jī)上的CPU與PMAC的CPU（DSP56001）構(gòu)成主從式雙微處理器結(jié)構(gòu)。PMAC主要完成機(jī)床三軸的運(yùn)動(dòng)、控制面板開關(guān)量的控制，工控機(jī)則主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理功能。為了實(shí)現(xiàn)PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制的功能，需在PMAC板上擴(kuò)展相應(yīng)的I/O板、伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電動(dòng)機(jī)、編碼器等，*終形成一個(gè)完整的數(shù)控系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)原理如所示。
?。╨）PMAC運(yùn)動(dòng)控制器與主機(jī)之間的通信采用了兩種方式。一種是總線通信方式；另一種是利用DPRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。主機(jī)與PMAC運(yùn)動(dòng)控制器主要通過PC總線通信，控制卡和電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)、電動(dòng)機(jī)位置、速度、跟隨誤差等數(shù)據(jù)則通過DPRAM交換信息。總線通信方式是指主機(jī)到指定的地址上去尋找PMAC運(yùn)動(dòng)控制器，其中指定的地址由PMAC的跳線確定。雙端口RAM主要用來與PMAC進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)通信和命令通信。一方面，雙端口RAM向PMAC寫數(shù)據(jù)時(shí)，在實(shí)時(shí)狀態(tài)下能夠快速地將位置數(shù)據(jù)信息或程序信息進(jìn)行重復(fù)下載；另一方面，雙端口RAM從PMAC中讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可以快速重復(fù)地獲取系統(tǒng)的狀態(tài)信息。譬如，交流伺服電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)、位置、速度、跟隨誤差等數(shù)據(jù)可以不停地被更新，并且能夠被PLC或PMAC自動(dòng)地寫入DPRAM.由于DPRAM的數(shù)據(jù)存取不需要經(jīng)過通信口發(fā)送命令和等待響應(yīng)，所以提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和加工精度，同時(shí)也方便了控制系統(tǒng)中各模塊之間的快速通信和地址表的設(shè)定，降低了編程難度。
串口并口鍵盤軟驅(qū)硬盤視頻I.主CPU板及主I視蔌卡I ISA總線板2I伺服信號(hào)中轉(zhuǎn)板A/D板1 TZ軸伺服單元及變頻1仿形儀電動(dòng)機(jī)控制面板機(jī)床電器強(qiáng)電柜I/O信號(hào)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖口的輸入輸出實(shí)現(xiàn)的。在控制系統(tǒng)中，送人PLC的輸入信號(hào)主要有：操作面板和機(jī)床上的控制按鈕、選擇開關(guān)等信號(hào)；各軸的行程開關(guān)、機(jī)械零點(diǎn)開關(guān)等信號(hào)；機(jī)床電器動(dòng)作、限位、報(bào)警等信號(hào)；強(qiáng)電柜中接觸器、氣動(dòng)開關(guān)接觸等信號(hào)；各伺服模塊工作狀態(tài)信號(hào)等。這些信號(hào)通過光電隔離以后送到智能I/O接口上。光電隔離有效地將計(jì)算機(jī)數(shù)字量通道與外部過程模擬量通道隔離起來，大大減小了外部因素的干擾，提高了整機(jī)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。PLC輸出的信號(hào)主要有：指示燈信號(hào)；控制繼電器、接觸器、電磁閥等動(dòng)作信號(hào)；伺服模塊的驅(qū)動(dòng)使能和速度使能信號(hào)等。這些信號(hào)經(jīng)I/O接口送到相應(yīng)的繼電器上來控制相應(yīng)的電器。
2數(shù)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)該數(shù)控系統(tǒng)軟件分為PMAC實(shí)時(shí)控制軟件和系統(tǒng)管理軟件兩部分。實(shí)時(shí)控制軟件的設(shè)計(jì)充分考慮了軟件的開放性，用戶可以根據(jù)某些具體要求增加軟件的功能模塊。實(shí)時(shí)控制軟件主要包括插補(bǔ)模塊、伺服驅(qū)動(dòng)模塊、PLC監(jiān)控模塊、加工程序解釋模塊、數(shù)據(jù)采集及數(shù)字化加工模塊等。其功能模塊圖如所示。
PMAC實(shí)時(shí)控制軟件模塊圖插補(bǔ)模塊包括直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)及樣條插補(bǔ)等。PMAC還提供了PVT（位置一速度一時(shí)間）運(yùn)動(dòng)模式，該模式可以對(duì)軌跡圖形進(jìn)行直接而又緊湊的控制。用戶可以對(duì)以上幾種模式加以選擇和組合。
伺服驅(qū)動(dòng)模塊可以選擇PID位置環(huán)伺服濾波器、陷波濾波器或擴(kuò)展濾波器，并設(shè)置其控制參數(shù)。用戶也可以定制自己的伺服算法，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的伺服控制。
PLC監(jiān)控模塊主要包括看門狗PLC、上電PLC、主PLC、指示燈管理PLC及下電PLC.看門狗PLC在PMAC上電后立即被啟動(dòng)，它通過不斷讀DPRAM中某地址單元的計(jì)數(shù)值來判斷主機(jī)是否進(jìn)人CNC系統(tǒng)。當(dāng)相鄰兩次讀得的差值大于某個(gè)數(shù)時(shí)它便啟動(dòng)上電PLC，對(duì)整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)上電；當(dāng)它讀得的差值小于某個(gè)數(shù)時(shí)它便啟動(dòng)下電PLC，關(guān)閉整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)。主PLC用來完成對(duì)控制面板及機(jī)床輸人、輸出進(jìn)行監(jiān)控的任務(wù)，它主要包括手動(dòng)、自動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)、主軸運(yùn)動(dòng)的控制等操作。
PLC程序編制首先需要將I/O口與DPRAM地址做鏡像，通過操作DPRAM的某些單元進(jìn)而操作I/O口。如：其次定義與主機(jī)DLL相關(guān)聯(lián)的DPRAM地址，使IPC與PMAC共享這一存儲(chǔ)空間以交換信息。如：DDFO //控制面板上旋扭開關(guān)的命令字VSFEEDOVERRIDEMM50這樣便定義了DPRAM中未被使用的地址，從而實(shí)現(xiàn)了用戶自定義的通信功能。如：系統(tǒng)的自動(dòng)手動(dòng)方式、主軸的正反轉(zhuǎn)等命令、狀態(tài)信息；進(jìn)給倍率、主軸轉(zhuǎn)速等數(shù)值信息。
加工程序解釋模塊由G代碼解釋程序、M代碼解序和T代碼解釋程序組成。這些解釋程序在PEWIN執(zhí)行程序下編輯和調(diào)試，并下載到PMAC的固定內(nèi)存中，在實(shí)際加工時(shí)被PMAC自動(dòng)調(diào)用。另外，伺服中斷時(shí)間、電動(dòng)機(jī)相位等參數(shù)由PEWIN執(zhí)行程序來設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)控制部件的參數(shù)化。
數(shù)字化模塊根據(jù)三維仿形儀的反饋信息，采用專門的控制算法，實(shí)現(xiàn)工件的跟蹤掃描，并完成工件表面的數(shù)據(jù)采集。
系統(tǒng)管理軟件主要實(shí)現(xiàn)初始化、參數(shù)輸人及加工程序編輯、系統(tǒng)管理和雙CPU通信等功能。其功能模塊圖如所示。
系統(tǒng)管理軟件I初始化丨￥致輸入及i工程序丨故障診斷丨丨系統(tǒng)kaifcpul系統(tǒng)管理軟件模塊圖在系統(tǒng)管理軟件中，雙CPU通信程序的開發(fā)工作量大，也很具有技巧性。本數(shù)控系統(tǒng)的上位機(jī)和下位機(jī)通程序是利用Delta Tau公司提供的Pcomm32動(dòng)態(tài)連接庫(kù)和PTALKDT控件編制的。Pcmm32囊括了同PMAC通信的所有方式，而且將其主要函數(shù)進(jìn)行分類、封裝，*終形成ActiveX控件PTALKDT.所編制的通信程序?qū)崿F(xiàn)了加工程序、PLC程序及運(yùn)動(dòng)程序的下載、上位機(jī)對(duì)PMAC的指令傳輸及PMAC對(duì)上位機(jī)的狀態(tài)反饋等通信功能。
系統(tǒng)配置、數(shù)控程序編輯、加工控制、故障診斷及參數(shù)輸人等人機(jī)界面采用Vlsual Basic語(yǔ)言進(jìn)行編制，利用了Windows豐富的GUI函數(shù)及32位的處理能力CK6130小型數(shù)控車床的研制張立新王衛(wèi)兵吳杰（新疆石河子大學(xué)）控車床本體利用舊普通車床改造并加裝收信4工位電動(dòng)刀架，從而實(shí)現(xiàn)車床的多功能低成本自動(dòng)化。
目前，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床仍然是我國(guó)市場(chǎng)需要量*大，銷售量*高的數(shù)控機(jī)床。利用現(xiàn)有閑置的舊機(jī)床，通過數(shù)控化改造，使其成為1臺(tái)新的高效、多能的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，則是一種盤活存量資金的有效方法，也是低成本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的道路之一。我們研制的CK6130小型數(shù)控車床正是這個(gè)思路的探索和實(shí)踐。
1工作原理CK6130小型數(shù)控車床由微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床本體兩大部分組成。加工工件時(shí)，先編制工件的數(shù)控程序，然后將校核可行的數(shù)控程序鍵入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置根據(jù)程序指令計(jì)算出進(jìn)給脈沖序列，接著多功能NC板進(jìn)行脈沖分配，經(jīng)功放或驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行功率放大后，形成驅(qū)動(dòng)裝置的控制信號(hào)，從而控制機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速、啟停，進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方向、速度和位移大小，以及刀具的選擇、冷卻潤(rùn)滑的啟停等動(dòng)作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴(yán)格地按照數(shù)控程序規(guī)定的順序、行程和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出形狀、尺寸、精度來實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面。
3結(jié)論該數(shù)控系統(tǒng)以通用工業(yè)控制機(jī)為基礎(chǔ)，采用功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制器PMAC承擔(dān)插補(bǔ)計(jì)算、位置控制、速度控制等實(shí)時(shí)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)級(jí)別的開放度，使得數(shù)控系統(tǒng)具有比專有系統(tǒng)更好的人機(jī)交互能力和上層應(yīng)用系統(tǒng)集成能力，便于生產(chǎn)廠家和用戶對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行定制與參數(shù)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有更好的適應(yīng)性。該數(shù)控系統(tǒng)已應(yīng)用于SKB2320A壁板銑床的開發(fā)上，并取得了良好的效果。
