雕铣机CNC系统的设计


引言
随着全球一体化进程的不断加快,各行各业的生产建设逐渐以科学技术作为立足于发展的生存手段。尤其在雕铣机数控系统设计方面,利用个人计算机技术将其转变为高速CNC 雕铣机数控系统。在实现设计操作开放性的同时, 还利用仿真试验来保证其技术应用可靠性。由于该系统可供发展的空间还很多,相关设计人员应将这一内容作为重要的研究课题。
1.高速CNC雕铣机数控系统概述
CNC(Computer   numerical   control),中文译为计算机数字控制。CNC 雕铣机是一种能够在各种平面材质上进行切割、雕刻的数控系统。而高速 CNC 雕铣机数控系统, 是将个人计算机(PC)作用于雕铣机,使得其加工操作具备高速的运算能力、标准化能力以及网络功能等。由于高速 CNC 雕铣机数控系统的网络功能,使其还具有丰富的软件资源。这就
改善了 CNC 数控系统的专用性强、软件移植功能低以及组网通讯能力不好等问题。具体来说,高速 CNC 雕铣机能够应用于不锈钢牌、铜牌、铝牌以及钛金牌等各种金属材料的表面刻字。对于雕刻的形式,可以轻松实现花纹以及美术图形的工艺品等制作。基于该数控系统具有加工精确度高的特点,因而能够制作的加工件从微小的工牌、铭牌到大幅面的招牌。
随着市场现代化进程的不断加快,市场对制造高速 CNC 雕铣机生产厂商的技术和产量需求日趋提高和扩大。这就需要相关设计人员开发出满足人性化、简洁化以及智能化需求的高速 CNC 雕铣机数控系统。
2.基于开放性和抗干扰性的数控系统设计
在设计高速 CNC 雕铣机数控系统的过程中,要把模块化作为其重要的设计理念。具体来说,就是将数控系统的各部分实现模块化,并根据每个部分的运行需求进行相对应的逻辑设计和硬件设计。就目前来说高速 CNC 雕铣机数控系统中的各个模块是通过标准接口来进行通信连接的,这就意味着系统各部门能够根据自身的需求情况来选择组合内容。此外,也可以单独选用其他的数控系统,在提高 CNC 雕铣机数控系统应用灵活性的同时,还保证了其系统应用的扩展性。例如,当系统应用 CPLD 位置控制卡时,可以以插针插槽的形式进行总线连接。这就是以直接与上位机进行通信的方式来增加 PC 机的兼容性,在一定程度上实现了数控系统的开放性应用需求。
数控系统是结合机械设备、电子信息化、硬件、软件以及强弱的电自动化产物。在实际运行过程中需要进行相关的电磁能量转换,这就会对周边的环境造成影响。同时数控系统本身也会受到来自周边环境存在电磁能量变化的干扰。针对这一问题,在设计高速 CNC 雕铣机数控系统时, 要充分考虑抗干扰性系统运行问题。这一设计目标的实现, 需要从电磁能量的干扰源进行分析解决。高速 CNC 雕铣机数控系统在实际运行的过程中,会受到电网干扰、空间电磁场干扰以及数控系统内部构件的干扰。基于此,设计人员可通过数控系统的相关软件和硬件来解决干扰问题。例如,在软件设计方面,可通过软件看门狗、软件滤波以及软件冗余来实现抗干扰性目的;在硬件设计方面,可通过设置故障的自检功能来提升其抗干扰能力。其中硬件可对印刷电路板进行合理设计,或是利用光耦隔离技术来保证数控系统的抗干扰能力。
3.数控系统的四轴位置控制卡设计
■    3.1 四轴位置控制卡的组成与功能
四轴位置控制卡是由 CPLD 部分、输出部分以及输入部分组成。CPLD 部分是根据 PC 机的指令而产生特定数目的脉冲和频率,还能实现输出输入部分的片选译码功能。而且,该部分还能为 PC 机提供插补周期的定时功能。而输出部分是指,通过一部分输出的内容来控制另一个 D/A 输出以及各进给轴伺服系统的指令脉冲。其中的 32 路数字输出,是用来控制润滑系统与冷却系统的开关等。四轴位置控制卡的输入部分是由 Z 脉冲反馈输入、手脉输入、32 路普通输入以及 20 路特殊的输入组成。在这一部分中, 进行限位开关管理、刀具锁紧开关管理回零检测开关等管理的部分名称是 52 路输入。而对于抗干扰性的需求,输入部分是将信号经光电隔离送入相应的输入口和锁存器, 这就提高了数控系统处理信号的安全有效性。
■    3.2 CPLD 部分的设计与仿真设计
某企业是一家专门负责生产逻辑器件的公司,其在高密度可编程逻辑器件的研发方面具有一定的行业话语权。具体来说,该公司研发的 CPLD 器件具有高速度、高密度以及在线配置的功能,这就使得相关电路的构成可以集中在一个芯片上。而后,通过数控编程就可以随意改变电路的运行功能,极大地增强了电路集成设计的灵活性。对于与 EFROM 配合使用的过程中,设计人员可以在数控系统外围电路不发生变动的情况下,进行使用、编程以及擦除等操作。此外,该公司还为系统使用用户提供 FLEX10K   器件。这样一来,用户就可以对相关的硬件、软件进行译码、计数以及倍频等功能操作。而 CPLD 部分的仿真设计, 是由数控系统生产商提供的MAX+PLUS Ⅱ工具来实现的。具体来说,MAX+ PLUS Ⅱ工具是利用四轴位置控制卡的
CPLD 部分,来实现手脉信号的电路波形仿真的。这种仿真试验在提高数控系统设计可靠性的同时,还降低了实际开发工作的周期和工作量。因而,设计高速 CNC 雕铣机数控系统的技术人员,要对这一工具内容的应用效果重视起来,这是解决生产需求日趋扩大问题的有效措施。
4.结束语
综上所述,四轴位置控制卡设计与基于开放性和抗干扰性的设计内容,充分根据高速度、高效率以及高稳定性的设计原则,开发出高速 CNC 雕铣机数控系统。事实证明, 该系统的设计应用降低了雕铣机床的开发周期以及轴承数量等。



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