引言
隨著全球一體化進(jìn)程的不斷加快，各行各業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)逐漸以科學(xué)技術(shù)作為立足于發(fā)展的生存手段。尤其在雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，利用個(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚貱NC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)操作開(kāi)放性的同時(shí)， 還利用仿真試驗(yàn)來(lái)保證其技術(shù)應(yīng)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(shè)計(jì)人員應(yīng)將這一內(nèi)容作為重要的研究課題。
1.高速CNC雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)概述
CNC（Computer numerical control），中文譯為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。CNC 雕銑機(jī)是一種能夠在各種平面材質(zhì)上進(jìn)行切割、雕刻的數(shù)控系統(tǒng)。而高速 CNC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)， 是將個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）作用于雕銑機(jī)，使得其加工操作具備高速的運(yùn)算能力、標(biāo)準(zhǔn)化能力以及網(wǎng)絡(luò)功能等。由于高速 CNC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)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(qiáng)、軟件移植功能低以及組網(wǎng)通訊能力不好等問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，高速 CNC 雕銑機(jī)能夠應(yīng)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(duì)于雕刻的形式，可以輕松實(shí)現(xiàn)花紋以及美術(shù)圖形的工藝品等制作。基于該數(shù)控系統(tǒng)具有加工精確度高的特點(diǎn)，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(chǎng)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，市場(chǎng)對(duì)制造高速 CNC 雕銑機(jī)生產(chǎn)廠商的技術(shù)和產(chǎn)量需求日趨提高和擴(kuò)大。這就需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)出滿足人性化、簡(jiǎn)潔化以及智能化需求的高速 CNC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。
2.基于開(kāi)放性和抗干擾性的數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)高速 CNC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的過(guò)程中，要把模塊化作為其重要的設(shè)計(jì)理念。具體來(lái)說(shuō)，就是將數(shù)控系統(tǒng)的各部分實(shí)現(xiàn)模塊化，并根據(jù)每個(gè)部分的運(yùn)行需求進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的邏輯設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)。就目前來(lái)說(shuō)高速 CNC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)模塊是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)進(jìn)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(lái)選擇組合內(nèi)容。此外，也可以單獨(dú)選用其他的數(shù)控系統(tǒng)，在提高 CNC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用靈活性的同時(shí)，還保證了其系統(tǒng)應(yīng)用的擴(kuò)展性。例如，當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用 CPLD 位置控制卡時(shí)，可以以插針插槽的形式進(jìn)行總線連接。這就是以直接與上位機(jī)進(jìn)行通信的方式來(lái)增加 PC 機(jī)的兼容性，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)放性應(yīng)用需求。
數(shù)控系統(tǒng)是結(jié)合機(jī)械設(shè)備、電子信息化、硬件、軟件以及強(qiáng)弱的電自動(dòng)化產(chǎn)物。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中需要進(jìn)行相關(guān)的電磁能量轉(zhuǎn)換，這就會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境造成影響。同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)本身也會(huì)受到來(lái)自周邊環(huán)境存在電磁能量變化的干擾。針對(duì)這一問(wèn)題，在設(shè)計(jì)高速 CNC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)時(shí)， 要充分考慮抗干擾性系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題。這一設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)， 需要從電磁能量的干擾源進(jìn)行分析解決。高速 CNC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)受到電網(wǎng)干擾、空間電磁場(chǎng)干擾以及數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)件的干擾。基于此，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)軟件和硬件來(lái)解決干擾問(wèn)題。例如，在軟件設(shè)計(jì)方面，可通過(guò)軟件看門狗、軟件濾波以及軟件冗余來(lái)實(shí)現(xiàn)抗干擾性目的；在硬件設(shè)計(jì)方面，可通過(guò)設(shè)置故障的自檢功能來(lái)提升其抗干擾能力。其中硬件可對(duì)印刷電路板進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，或是利用光耦隔離技術(shù)來(lái)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(shè)計(jì)
■ 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(jī)的指令而產(chǎn)生特定數(shù)目的脈沖和頻率，還能實(shí)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(jī)提供插補(bǔ)周期的定時(shí)功能。而輸出部分是指，通過(guò)一部分輸出的內(nèi)容來(lái)控制另一個(gè) D/A 輸出以及各進(jìn)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(lái)控制潤(rùn)滑系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)的開(kāi)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(jìn)行限位開(kāi)關(guān)管理、刀具鎖緊開(kāi)關(guān)管理回零檢測(cè)開(kāi)關(guān)等管理的部分名稱是 52 路輸入。而對(duì)于抗干擾性的需求，輸入部分是將信號(hào)經(jīng)光電隔離送入相應(yīng)的輸入口和鎖存器， 這就提高了數(shù)控系統(tǒng)處理信號(hào)的安全有效性。
■ 3.2 CPLD 部分的設(shè)計(jì)與仿真設(shè)計(jì)
某企業(yè)是一家專門負(fù)責(zé)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(yǔ)權(quán)。具體來(lái)說(shuō)，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(gè)芯片上。而后，通過(guò)數(shù)控編程就可以隨意改變電路的運(yùn)行功能，極大地增強(qiáng)了電路集成設(shè)計(jì)的靈活性。對(duì)于與 EFROM 配合使用的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以在數(shù)控系統(tǒng)外圍電路不發(fā)生變動(dòng)的情況下，進(jìn)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(lái)，用戶就可以對(duì)相關(guān)的硬件、軟件進(jìn)行譯碼、計(jì)數(shù)以及倍頻等功能操作。而 CPLD 部分的仿真設(shè)計(jì)， 是由數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商提供的MAX+PLUS Ⅱ工具來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體來(lái)說(shuō)，MAX+ PLUS Ⅱ工具是利用四軸位置控制卡的
CPLD 部分，來(lái)實(shí)現(xiàn)手脈信號(hào)的電路波形仿真的。這種仿真試驗(yàn)在提高數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠性的同時(shí)，還降低了實(shí)際開(kāi)發(fā)工作的周期和工作量。因而，設(shè)計(jì)高速 CNC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)人員，要對(duì)這一工具內(nèi)容的應(yīng)用效果重視起來(lái)，這是解決生產(chǎn)需求日趨擴(kuò)大問(wèn)題的有效措施。
4.結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，四軸位置控制卡設(shè)計(jì)與基于開(kāi)放性和抗干擾性的設(shè)計(jì)內(nèi)容，充分根據(jù)高速度、高效率以及高穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)原則，開(kāi)發(fā)出高速 CNC 雕銑機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。事實(shí)證明， 該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用降低了雕銑機(jī)床的開(kāi)發(fā)周期以及軸承數(shù)量等。
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