作者/張運輝，深圳市銳軒自動化設備有限公司

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一種高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)的設計

作者/張運輝，深圳市銳軒自動化設備有限公司

文章摘要：針對市場上對高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)的需求，文章分析了高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)進行設計的原則和方向。研究結(jié)果表明，將PC機應用于雕銑機數(shù)控系統(tǒng)將更利于滿足用戶對系統(tǒng)設備的性能需求。

關(guān)鍵詞：高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)；四軸位置控制卡；CPLD器件開發(fā)

引言

隨著全球一體化進程的不斷加快，各行各業(yè)的生產(chǎn)建設逐漸以科學技術(shù)作為立足于發(fā)展的生存手段。尤其在雕銑機數(shù)控系統(tǒng)設計方面，利用個人計算機技術(shù)將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚貱NC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)。在實現(xiàn)設計操作開放性的同時，還利用仿真試驗來保證其技術(shù)應用可靠性。由于該系統(tǒng)可供發(fā)展的空間還很多，相關(guān)設計人員應將這一內(nèi)容作為重要的研究課題。

1.高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)概述

CNC（Computer numerical control），中文譯為計算機數(shù)字控制。CNC雕銑機是一種能夠在各種平面材質(zhì)上進行切割、雕刻的數(shù)控系統(tǒng)。而高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)，是將個人計算機（PC）作用于雕銑機，使得其加工操作具備高速的運算能力、標準化能力以及網(wǎng)絡功能等。由于高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡功能，使其還具有豐富的軟件資源。這就改善了CNC數(shù)控系統(tǒng)的專用性強、軟件移植功能低以及組網(wǎng)通訊能力不好等問題。具體來說，高速CNC雕銑機能夠應用于不銹鋼牌、銅牌、鋁牌以及鈦金牌等各種金屬材料的表面刻字。對于雕刻的形式，可以輕松實現(xiàn)花紋以及美術(shù)圖形的工藝品等制作?；谠摂?shù)控系統(tǒng)具有加工精確度高的特點，因而能夠制作的加工件從微小的工牌、銘牌到大幅面的招牌。隨著市場現(xiàn)代化進程的不斷加快，市場對制造高速CNC雕銑機生產(chǎn)廠商的技術(shù)和產(chǎn)量需求日趨提高和擴大。這就需要相關(guān)設計人員開發(fā)出滿足人性化、簡潔化以及智能化需求的高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)。

2.基于開放性和抗干擾性的數(shù)控系統(tǒng)設計

在設計高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)的過程中，要把模塊化作為其重要的設計理念。具體來說，就是將數(shù)控系統(tǒng)的各部分實現(xiàn)模塊化，并根據(jù)每個部分的運行需求進行相對應的邏輯設計和硬件設計。就目前來說高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)中的各個模塊是通過標準接口來進行通信連接的，這就意味著系統(tǒng)各部門能夠根據(jù)自身的需求情況來選擇組合內(nèi)容。此外，也可以單獨選用其他的數(shù)控系統(tǒng)，在提高CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)應用靈活性的同時，還保證了其系統(tǒng)應用的擴展性。例如，當系統(tǒng)應用CPLD位置控制卡時，可以以插針插槽的形式進行總線連接。這就是以直接與上位機進行通信的方式來增加PC機的兼容性，在一定程度上實現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的開放性應用需求。

數(shù)控系統(tǒng)是結(jié)合機械設備、電子信息化、硬件、軟件以及強弱的電自動化產(chǎn)物。在實際運行過程中需要進行相關(guān)的電磁能量轉(zhuǎn)換，這就會對周邊的環(huán)境造成影響。同時數(shù)控系統(tǒng)本身也會受到來自周邊環(huán)境存在電磁能量變化的干擾。針對這一問題，在設計高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)時，要充分考慮抗干擾性系統(tǒng)運行問題。這一設計目標的實現(xiàn)，需要從電磁能量的干擾源進行分析解決。高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)在實際運行的過程中，會受到電網(wǎng)干擾、空間電磁場干擾以及數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)件的干擾。基于此，設計人員可通過數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)軟件和硬件來解決干擾問題。例如，在軟件設計方面，可通過軟件看門狗、軟件濾波以及軟件冗余來實現(xiàn)抗干擾性目的；在硬件設計方面，可通過設置故障的自檢功能來提升其抗干擾能力。其中硬件可對印刷電路板進行合理設計，或是利用光耦隔離技術(shù)來保證數(shù)控系統(tǒng)的抗干擾能力。

3.數(shù)控系統(tǒng)的四軸位置控制卡設計

■3.1四軸位置控制卡的組成與功能

四軸位置控制卡是由CPLD部分、輸出部分以及輸入部分組成。CPLD部分是根據(jù)PC機的指令而產(chǎn)生特定數(shù)目的脈沖和頻率，還能實現(xiàn)輸出輸入部分的片選譯碼功能。而且，該部分還能為PC機提供插補周期的定時功能。而輸出部分是指，通過一部分輸出的內(nèi)容來控制另一個D/A輸出以及各進給軸伺服系統(tǒng)的指令脈沖。其中的32路數(shù)字輸出，是用來控制潤滑系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的開關(guān)等。四軸位置控制卡的輸入部分是由Z脈沖反饋輸入、手脈輸入、32路普通輸入以及20路特殊的輸入組成。在這一部分中，進行限位開關(guān)管理、刀具鎖緊開關(guān)管理回零檢測開關(guān)等管理的部分名稱是52路輸入。而對于抗干擾性的需求，輸入部分是將信號經(jīng)光電隔離送入相應的輸入口和鎖存器，這就提高了數(shù)控系統(tǒng)處理信號的安全有效性。

■3.2CPLD部分的設計與仿真設計

某企業(yè)是一家專門負責生產(chǎn)邏輯器件的公司，其在高密度可編程邏輯器件的研發(fā)方面具有一定的行業(yè)話語權(quán)。具體來說，該公司研發(fā)的CPLD器件具有高速度、高密度以及在線配置的功能，這就使得相關(guān)電路的構(gòu)成可以集中在一個芯片上。而后，通過數(shù)控編程就可以隨意改變電路的運行功能，極大地增強了電路集成設計的靈活性。對于與EFROM配合使用的過程中，設計人員可以在數(shù)控系統(tǒng)外圍電路不發(fā)生變動的情況下，進行使用、編程以及擦除等操作。此外，該公司還為系統(tǒng)使用用戶提供FLEX10K器件。這樣一來，用戶就可以對相關(guān)的硬件、軟件進行譯碼、計數(shù)以及倍頻等功能操作。而CPLD部分的仿真設計，是由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商提供的MAX+PLUS Ⅱ工具來實現(xiàn)的。具體來說，MAX+PLUS Ⅱ工具是利用四軸位置控制卡的CPLD部分，來實現(xiàn)手脈信號的電路波形仿真的。這種仿真試驗在提高數(shù)控系統(tǒng)設計可靠性的同時，還降低了實際開發(fā)工作的周期和工作量。因而，設計高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)人員，要對這一工具內(nèi)容的應用效果重視起來，這是解決生產(chǎn)需求日趨擴大問題的有效措施。

4.結(jié)束語

綜上所述，四軸位置控制卡設計與基于開放性和抗干擾性的設計內(nèi)容，充分根據(jù)高速度、高效率以及高穩(wěn)定性的設計原則，開發(fā)出高速CNC雕銑機數(shù)控系統(tǒng)。事實證明，該系統(tǒng)的設計應用降低了雕銑機床的開發(fā)周期以及軸承數(shù)量等。

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