基于嵌入式运动控制器的数控铣床研究_1.docx
基于嵌入式运动控制器的数控铣床研究yangliu导语：本文将通用嵌入式运动控制器用于一台立式铣床X8126的数控改造试验。改造中保存了原有的主轴系统和冷却系统，用步进电机驱动系统对铣床进展X、Y、Z三轴数控改造。1引言数控机床可以实现加工的自动化，比传统机床进步了消费效率，而且加工零件的精度高，尺寸分散度小。我国有广阔的机床数控化改造的市场。本文将通用嵌入式运动控制器用于一台立式铣床X8126的数控改造试验。改造中保存了原有的主轴系统和冷却系统，用步进电机驱动系统对铣床进展X、Y、Z三轴数控改造。此次改造后步进间隔是0.001mm/脉冲。b2数控根本原理2.1数控系统的工作经过/b1把零件加工程序、控制参数和补偿数据等输入给数控系统。2加工程序译码与数据处理。3插补。运动轨迹是多轴协调运动的结果，为了实现期望的轨迹，必须控制相关轴的运动。直接的方法是把各轴的每一步运动情况事先确定好，存入计算机的存储器，再现轨迹时，根据存储的数据来控制各轴。但是这意味着要存储大量数据，在实际应用中不现实。实际上，轮廓或者运动轨迹一般由直线、圆弧组成，对于一些非圆曲线轮廓那么用直线或者圆弧去逼近。可以根据一些少量的根本数据出发点和终点即可唯一确定一条直线，圆弧只需要给定出发点、终点、半径及方向即可确定，通过计算，将工件的轮廓或者运动轨迹描绘出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给指令。这就是插补Interpolating的根本思想，即插补计算就是数控系统根据给定的曲线类型如直线、圆弧或者高次曲线、出发点、终点以及速度，在出发点和终点之间进展数据点的密化。当然，单轴运动就不存在插补问题。数控系统的插补功能主要由软件来实现，主要有两类插补算法。一种是脉冲增量插补，它的特点是每次插补运算完毕产生一个进给脉冲;另一种是数字增量插补，它的特点是插补运算在每个插补周期进展一次，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。MCX314A芯片内部含有高速高精度的直线和圆弧插补功能。4伺服控制。将计算机送出的位置进给脉冲或者进给速度指令，经变换和放大后转化为伺服电机步进电机或者交、直流伺服电机的转动，进而带开工作台挪动。5刀具补偿。在轮廓加工中，当采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓工件，或者同一名义的刀具因磨损而因此尺寸变化时，为了保证控制精度和编程方便，数控系统通常应有刀具补偿功能。2.2数控加工程序符合ISO840国际标准的NC指令代码编程是一种较通用的数控编程方法。常用的指令有预备功能G代码、辅助功能M代码、主轴速度S代码、刀具T代码等。数控程序就是由这些功能代码和数据构成。如N0666G01X20Y20F300表示直线插补，XY同时进给到目的点20，20，速度300mm/min。Pro/Engineer、北航海尔CAXA等CAD/CAM软件可以根据零件CAD轮廓生成相应的加工轨迹，生成数控代码程序。3硬件组成如图1所示，基于ARM和MCX314A的运动控制器是系统的控制核心。图2是接口板和驱动器的接口图。MCX314A输出的脉冲/方向信号经接口板26AMLS31变成差动信号与驱动器对应的脉冲/方向端子相连。各轴限位开关信号和原点信号、急停信号经接口板光电隔离后连接MCX314A的nLMTP、nLMTM、Xin0和EMGN引脚。align=center图1改造后的铣床数控构造图/alignalign=center图2转接板和步进驱动器的连接图/alignPC机通过串口与LPC2214相连，作为数控加工程序的编程人机界面;在数控加工时，LPC2214将MCX314A各轴的逻辑位置和状态反应给PC。不过，PC将数控加工程序下载给运动控制器后，可以脱开，运动控制用具备独立运行才能。4软件设计利用PC的良好人机界面和数据处理才能，PC用作数控编程的人机界面，对数控程序进展语法检查，对数控程序进展预处理。PC预处理后，将数控程序下载给运动控制器，LPC2214将数控加工程序存入Flash中。数控加工时，LPC2214从Flash中读出加工代码，进展数控加工程序的译码，译码完成后调用API函数，实现数控功能。上位PC作为数控系统的人机交互界面，完成数控代码编辑或者接收CAD/CAM软件生成的加工程序、语法检查、代码预处理功能，并能和运动控制器进展通讯，将处理后的数控代码参数上载到控制器，并能接收到控制器的逻辑位置反应和驱动状态信息，实现对整个系统的监控。上位PC的程序用VisualBasic开发完成。在已经奠定了运动控制器的软、硬件根底平台后，实现数控应用的关键点在于把数控代码转换成对API函数的调用，核心内容是进展数控加工程序的译码。align=center图3数控加工程序译码流程/align1数控加工程序的译码。定义一个数据构造体CNCcodeBuf，将一个数控代码行的译码结果存入其中。将G代码和M代码分为GAGF、MXMY组别，以节省存储空间，进步译码效率。译码流程见图3。structCNCcodeBufshortN;/存储数控代码N后的编号intX,Y,Z;/存储X、Y、Z代码后的数值intI,J,K;/存储I、J、K代码后的数值intF;/存储F代码后的数值intS;/存储S代码后的数值shortT;/存储T代码后的数值unsignedcharGA,GB,GC,GD,GE,GF;/存储分组后G代码的序号unsignedcharMX,MY,MZ;/存储分组后M代码的序号CNCBuf;一行代码译码完成后，代码数据存储于变量CNCBuf中，然后需要作的事是将其变换为对API函数的调用。方法是从变量CNCBuf的成员中读取G、M代码功能号，根据功能号对应的API函数要求逐一完成API调用的入口参数设置。2通讯。上位PC将预处理后的数控代码程序加帧头“0xAA55AA和帧尾“0x55AA55后以RS232方式下载到运动控制器中。通讯格式设为:“38400,E,8,1。5试验实例为了试验数控代码的运行效果，用北航海尔的CAXA软件设计一个“TEST字符串的加工轮廓CAXA软件自动刀具补偿，生成数控G代码PC对G代码预处理后下载到运动控制器中运行。记录笔记录的加工轨迹符合设计的预期轮廓。N10G90G54G00Z60.000N12S1000M03N14X-24.992Y-8.481Z60.000N16Z50.000N18Z10.000N20G01Z0.000F100N22X-24.588Y-8.455F800N24X-24.342Y-8.402N26X-24.188Y-8.335N28X-24.092Y-8.264.N890G02X21.410Y-8.481I0.927J-0.376N892G01Z50.000F800N894G00Z60.000N896M05N898M30本文作者创新点：本文将所设计出的运动控制器应用于经济型数控铣床的改造中，研究了应用方法，关键在于将数控代码转换成对MCX314A的命令封装了的API函数，充分利用MCX314A自带的插补功能。参考文献:1蔡鹤皋.机器人技术的开展与在制造业中的应用J.机械制造与自动化，2004，331:6-72叶佩青，汪劲松.MCX314运动控制芯片与数控系统设计M.北京:北京航空航天大学出版社，20023黄乐天，谢意.实用高精度智能恒温加热器系统设计J.微计算机信息，2005，10:70-714周立功.ARM嵌入式系统系列教程M.北京:北京航空航天大学出版社，20055吴宏，蒋仕龙，恭小云，等.运动控制器的现状与开展J.制造技术与机床，2004，1:24276游林儒，庞永鹏，谭子瑜.基于PCI总线的四轴运动控制卡的研制J.微计算机信息，2007，3-1:12-14作者简介:仝瑞阳:1965-，男，汉族，河南平顶山人，本科，副教授，研究方向:计算机应用技术邵国金1959-，男，汉族，河南项城人，副教授，研究方向为计算机应用技术0
