基于 PCI－1240U 的數(shù)控機(jī)床手輪功能的實(shí)現(xiàn)
2014/11/5 13:58:05
源于開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可重用性、可移植性、互換性等優(yōu)點(diǎn)，基于PC的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)成為當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的主要發(fā)展潮流。中國(guó)臺(tái)灣Ad-vantech公司的PCI－1240U系列運(yùn)動(dòng)控制卡是一款專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于一般精確運(yùn)動(dòng)的可編程軸步進(jìn)/脈沖型伺服運(yùn)動(dòng)控制卡。由于其性?xún)r(jià)比較高，因此被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。與普通機(jī)床相比，對(duì)于所有的數(shù)控機(jī)床而言，盡管其精度和加工效率明顯提高，但是其在刀具微動(dòng)、工件對(duì)刀和對(duì)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制等功能方面，仍存在欠缺。為改變這種狀況，手輪應(yīng)運(yùn)而生。手輪全名叫手搖脈沖發(fā)生器，它是一種光電式的位置控制元件，在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小和轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)變?yōu)楹忻}沖和方向信息的脈沖序列，機(jī)床通過(guò)其產(chǎn)生的脈沖序列信號(hào)的頻率和脈沖個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)控制軸的運(yùn)動(dòng)速度和位移控制，它的有無(wú)直接關(guān)系到數(shù)控機(jī)床的使用性能和加工效率。因而，在數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如何基于PCI－1240U運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)手輪功能是普遍存在的一個(gè)問(wèn)題。
本文主要介紹了基于“PC+PCI－1240U運(yùn)動(dòng)控制卡”的手輪控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，并開(kāi)發(fā)了其控制程序，為基于PCI－1240U的手輪功能的實(shí)現(xiàn)提供了相關(guān)的技術(shù)支持，具有一定的參考價(jià)值。
1 硬件結(jié)構(gòu)
本文研發(fā)的數(shù)控機(jī)床是由工控機(jī)、PCI－1240U運(yùn)動(dòng)控制卡、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、三坐標(biāo)精密工作臺(tái)、手輪等單元組成。
多軸控制卡PCI－1240U是基于PC平臺(tái)的開(kāi)放性高速四軸運(yùn)動(dòng)PCI控制卡，簡(jiǎn)化了步進(jìn)和脈沖伺服運(yùn)動(dòng)控制，可以顯著提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能。該卡采用日本NOVA公司的MCX314運(yùn)動(dòng)ASIC芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)2/3軸線(xiàn)性插補(bǔ)、2軸圓弧插補(bǔ)、T/S曲線(xiàn)加速/減速、手輪和慢進(jìn)功能等;此外，該卡在執(zhí)行這些運(yùn)動(dòng)控制功能控制電動(dòng)機(jī)時(shí)，不會(huì)增加處理器的負(fù)擔(dān)。PCI－1240U運(yùn)動(dòng)控制卡提供了接線(xiàn)端子ADAM－3952，方便了對(duì)PCI－1240U板卡上的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)接。
ADAM－3952是位置轉(zhuǎn)接板。脈沖發(fā)生器可以通過(guò)ADAM－3952的nEXOP+/nEXOP－與PCI－1240U相連，用來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服單元和獲取編碼器反饋信號(hào)等信息。CN1是PCI－1240U與外部設(shè)備機(jī)械連接的唯一接口，可通過(guò)PCL－10251總線(xiàn)與兩塊ADAM－3952轉(zhuǎn)接板的CN1或CN4相連，這樣，PCI－1240U共包含4組通道，每一通道對(duì)應(yīng)一套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即它可以驅(qū)動(dòng)4臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。每一通道包括模擬量輸入/輸出引腳、數(shù)字量輸入/輸出引腳等。本系統(tǒng)為三坐標(biāo)系統(tǒng)，共有3臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，占用板子的3個(gè)通道。手輪的進(jìn)給軸和進(jìn)給倍率控制線(xiàn)沒(méi)有對(duì)應(yīng)的接口，這里將其接入到IN1、IN2和IN3口并通過(guò)相應(yīng)的軟件進(jìn)行管理。當(dāng)手搖脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)送到PCI－1240U后，經(jīng)PCI－1240U運(yùn)算處理所得的結(jié)果結(jié)合用戶(hù)的初始化設(shè)置，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)。
為了滿(mǎn)足手輪驅(qū)動(dòng)模式下數(shù)控機(jī)床的各軸的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)及倍率的選取功能，選擇HandWheelMode3模式。
這里巧妙的運(yùn)用了板卡所提供的IN口的輸入狀態(tài)作為判斷條件，進(jìn)行軸和倍率的切換。其中，將手輪的軸切換開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的X、Y、Z的三根接線(xiàn)S0、S1、S2分別接到ADAM－3952的U－IN1、U－IN2、U－IN3接口;倍率切換開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的×1、×10、×100的三根接線(xiàn)P0、P1分別接入ADAM－3952的X－IN3、Z－IN3接口。各個(gè)通道的IN口初始電平為高電平，接通時(shí)變?yōu)榈碗娖健?/div>
PCI－1240U專(zhuān)門(mén)提供了MotionUtility功能，可以通過(guò)設(shè)置其中的參數(shù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的手輪功能的調(diào)試。
2 程序控制設(shè)計(jì)
2.1 程序結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)是主從式雙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有上位PC機(jī)和下位PCI－1240U控制卡組成。它們各有自己的CPU、存儲(chǔ)器和外部設(shè)備，但是分工不同，PC機(jī)可以完成人機(jī)交互界面、系統(tǒng)任務(wù)管理和機(jī)床狀態(tài)變量的讀取并能進(jìn)行運(yùn)算的功能;而PCI－1240U卡的DSP負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制、I/O管理。
2.2 程序?qū)崿F(xiàn)
根據(jù)PCI－1240U運(yùn)動(dòng)控制卡的DLL可知，調(diào)用函數(shù)P1240MotDI(BYTEbyBoard_ID，BYTEbyReadDI-Axis，BYTE*lpReturnValue)，這個(gè)函數(shù)用來(lái)獲取PCI－1240U指定軸通道IN口的當(dāng)前狀態(tài)值，將其存放在lpReturnValue所指向的字節(jié)型內(nèi)存地址中。通過(guò)調(diào)用外部驅(qū)動(dòng)模式函數(shù)P1240MotExtMode(BYTEbyBoard_ID，BYTEbyAssignmentAxis，BYTEbyExternalMode，LONGlPulseNum)，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)模式、手輪脈沖對(duì)應(yīng)到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上的脈沖數(shù)等參數(shù)的設(shè)定。手輪的上位機(jī)程序一方面用于通過(guò)VC編程設(shè)定手輪驅(qū)動(dòng)模式下進(jìn)給軸和倍率的選取。
另一方面系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手輪控制的運(yùn)動(dòng)軸和進(jìn)給倍率開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。這里利用VisualC++里的Timer定時(shí)器控件，在程序運(yùn)行時(shí)，計(jì)時(shí)器控件每隔0．1s對(duì)PCI－1240U設(shè)定軸的IN1、IN2、IN3進(jìn)行讀取，后將其返回給程序，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給軸和進(jìn)給倍率的切換。
3 驗(yàn)證
在以上硬件搭建的小型數(shù)控磨床中，工作臺(tái)能準(zhǔn)確跟隨手輪的動(dòng)作進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)連續(xù)平穩(wěn);利用上位機(jī)的VC++編程，可以方便地進(jìn)入手輪驅(qū)動(dòng)模式和退出手輪驅(qū)動(dòng)模式的切換，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了手輪驅(qū)動(dòng)模式下的進(jìn)給軸的切換以及進(jìn)入/退出手輪模式(軸選擇開(kāi)關(guān)在OFF檔上，則退出手輪驅(qū)動(dòng)模式)的切換，通過(guò)撥動(dòng)倍率開(kāi)關(guān)，可以方便地調(diào)節(jié)某一指定軸的隨動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)速度，從而更加方便了刀具微動(dòng)、工件對(duì)刀以及對(duì)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的控制等。
4 結(jié)語(yǔ)
手輪功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床而言，很大程度上方便了操作者，提高了工作效率。本文構(gòu)建了以PCI－1240U運(yùn)動(dòng)控制卡和工控機(jī)為硬件核心的數(shù)控系統(tǒng)，利用VC++編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了手輪模式切換、控制軸切換和倍率切換等功能。該方法在實(shí)際中得到了應(yīng)用，適合于所有基于PCI－1240U的數(shù)控系統(tǒng)。
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- HL.13240 刻度盤(pán)
- 材質(zhì)：膠木
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- HL.32030 JR.2型矩形金屬軟管
- 材質(zhì)：鋼或者不銹鋼
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- HL.12190T型把手(T型旋鈕)
- 材質(zhì)：工程聚丙
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- HL.51307 門(mén)鎖拉手盒
- 材質(zhì)：
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- HL.23090 空壓機(jī)油標(biāo)
- 材質(zhì)：聚碳酸酯
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- HL.12132直紋把手(直紋旋鈕)
- 材質(zhì)：膠木
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- HL.13110 雙柄手輪
- 材質(zhì)：膠木
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- HL.13120 平面手輪
- 材質(zhì)：膠木
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- HL.23010 六方旋入式油標(biāo)
- 材質(zhì)：聚碳酸酯
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