专利名称：一种中走丝数控机床高频控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数控机床的控制系统，具体地说，是一种中走丝数控机 床的高频控制系统。
背景技术：
目前，对小批量复杂零件的加工，中走丝数控机床不愧为简单、价廉的加工 切割装置。但该中走丝数控机床切割方式单一，加工出的产品光洁度差；小功率 低频，造成加工效率低下。而传统的运动控制器现场通讯大多数是基于PLC的分 布式系统，主要缺点是传递信息能力弱、系统开放性差、可靠性不易保证。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述中走丝数控机床存在的问题，提 供一种具有多种切割方式、高频大功率和工作稳定的中走丝数控机床高频控制系 统。
本实用新型的技术方案是 一种中走丝数控机床高频控制系统，其微处理器 及其外围电路组成，所述微处理器含有步进电机控制模块、伺服控制模块、通信 模块、显示电路模块、运动控制模块和由手轮和监控手轮位置的光栅尺组成的监 视模块，其特征是微处理器采用六层PCB印刷线路板设计的ARM AT9200C核心控制 板。
作为本实用新型一种改进方式，所述ARM AT9200C核心控制板内含有的 MCX314四轴电机控制芯片主要由四轴步进电机控制板和插补运算单元组成。
作为本实用新型另一改进方式，所述伺服控制模块包括伺服电机、驱动接口 和控制伺服电机的MCX314四轴电机控制芯片，它们通过无线或有线反馈系统相 连。
跟现有技术相比，本实用新型的有益效果是利用AT9200C的五个PWM脉宽调 制定时器就可以实现五个坐标轴的控制，简化了硬件结构，降低了硬件成本，ARM 主频达到200MTPS,如此高的频率将提高机床的加工效率，其最大切割速度达到 180mmVmin。 ARM AT9200C核心控制板内含的MCX314四轴电机控制芯片是一款能 够同时控制一个四轴电机的运动控制芯片，主要由四轴步进电机控制板和插补运
算单元组成，四轴电机分别控制X轴、Y轴、U轴和V轴，可对工件进行多角度、多 方位的加工，切割方式亦多样化，加工出来的产品光洁度好，最高切割表面光洁 度《lum，媲美慢走丝机床；此外加工精度亦高，其中八角加工精度达到0.015mm， 锥度加工精度达到O. 002mm。该控制芯片以脉冲形式输出，参与插补的所有电机 将以被指定为主轴AX1的电机的基脉冲同步进行插补运算，能对电机位置控制、 插补驱动、速度控制等。通过CRT显示来控制系统实现四轴联动，系统只需输入 材料厚度、加工要求、系统自动生成数据，无需人工调节参数，真正实现线切割 中走丝数控系统编控一体化。此外，系统采用高强度的机体结构设计，最大切割 度/工件厚度达到±3° /80 Degree/mm，最大切割厚度可达300mm，最大工件重量 为250kg。由手轮和监控手轮位置的光栅尺组成的监视模块的作用主要有两个 一是慢速对刀用；另一是手动调整机床用，其支持二轴分辨率5u光栅尺输入；其 中光栅尺2由X轴光尺11和与X轴光尺11垂直的Y轴光尺12构成，该两轴分辨率可达 5u。程序传送还可以通过通信模块的RF射频信号实现无线传送。另外，经由互联 网的交互式通讯机制和监控诊断机制为应用开发系统的远程诊断提供高效可靠 的媒介。
图l为本实用新型电路框图。
图2为本实用新型运动控制器工作流程图。
图3为本实用新型Arm"Linux操作系统流程图。
图4为本实用新型主电路图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型基于ARM微处理器嵌入式数控系统的硬件结构设计。 选用基于ARMAT9200C的核心控制板1，内部带有全性能的MMU (内存处理单元)， 具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等优良特性。基于AT9200C芯片本身的 各种特点，主板采用六层板设计，实现在尽可能小的板面上(120隱X90面)集 成64M SDRAM、 64M NandFlash、 1M Boot Flash、 RJ—45以太网卡6、音频输入与 输出、由USB Host和USB slave组成的USB接口7、 RFI/0标准串口10、 SD卡插座、 用户按键和一些用户灯等设备接口，并且使用210mm插针槽引出CPU的大部分信号 引脚，可以作为嵌入式电脑系统的一个主板模块，实现支持CRT显示4或LCD显示， 分辨率为1024X768;支持标准PS键盘9， USB 7，鼠标8。 MCX314四轴电机控制芯 片20是一款能够同时控制一个四轴电机的运动控制芯片，主要由四轴步进电机控
制板5和插补运算单元组成，四轴电机分别控制X轴、Y轴、U轴和V轴，可对工件 进行多角度、多方位的加工，切割方式亦多样化，加工出来的产品光洁度好，最 高切割表面光洁度《lum，媲美慢走丝机床；此外加工精度亦高，其中八角加工 精度达到O. 015ram，锥度加工精度达到O. 002mm。该控制芯片20以脉冲形式输出， 参与插补的所有电机将以被指定为主轴AX1的电机的基脉冲同步进行插补运算， 能对电机位置控制、插补驱动、速度控制等。通过CRT显示来控制系统实现四轴 联动，系统只需输入材料厚度、加工要求、系统自动生成数据，无需人工调节参 数，真正实现线切割中走丝数控系统编控一体化。
在整个中走丝数控机床控制系统中，运动控制器是机床的核心，包括同步传 动、准确定位和高动态速度等。运动控制器与机床系统的连接部分通过数据通讯 接口相连，对机床进行自动控制所需的各种外部控制信息和加工数据都是通过输 入设备送入系统的存储器中，作为控制的依据；机床工作过程中的状态和数据则 通过显示器和各种指示灯向用户显示。通过AT9200C的嵌入式主板具有系统总线 17、 USB、以太网等丰富的功能，利用AT9200C芯片本身的I/0口23即可完成数控 系统的输入输出控制，如需更多的I/0点，可以通过AT9200C的扩展总线实现更多 的I/0控制。利用AT9200C的五个PWM脉宽调制定时器就可以实现五个坐标轴的控 制，简化了硬件结构，降低了硬件成本，A賜主频达到200MTPS，如此高的频率将 提高机床的加工效率，其最大切割速度达到180mm7min。此外，系统采用高强度 的机体结构设计，最大切割度/工件厚度达到±3° /80 Degree/mm，最大切割厚 度可达300mm，最大工件重量为250kg。
如图2所示，本实用新型中走丝数控机床控制系统设计模块包括(I )由 芯片AT9200C和MCX314四轴电机控制芯片20组成，外加上系统总线17驱动、I/O 接口扩展23、键盘9输入、CRT或LCD显示接口等，完成硬件平台的主要功能；(II) 由两片2M数据存储器CY7C1061、 一片4M程序存储器TE28F320和CS8900A网络接口 芯片25扩展组成，完成系统的存储扩展和网络接口功能，提高系统的开放性与可 扩展性；(III) 1/0面板接口，与电机、传感器、通讯等信息进行连接。
本实用新型中伺服控制模块包括伺服电机28、驱动接口27和控制伺服电机28 的MCX314四轴电机控制芯片20，它们通过无线或有线反馈系统相连。MCX314四轴 电机控制芯片20作为控制器硬件平台的控制芯片，为系统提供运动脉冲、驱动速 度、插补运算，完成机床运动的绝大部分功能。插补部分是根据芯片AT9200C输 出的数据参数，由MCX314四轴电机控制芯片20内部DSP在轮廓起点和终点之间，
计算出若干中间点的坐标值，进而将工件轮廓描述出来。当采用位插补模式时， MCX314四轴电机控制芯片20接收AT9200C输出的数据，按位进行插补，这样机床 可以加工出任意形状的零件。连续插补是把前面的硬件插补、位插有机接合起来。
光栅尺2是数控机床的精密检测元件，用作位移的测量。光栅尺2通过RF无结 传送与控制器相连，经过光耦合后送入计数器芯片，AT9200C微处理器通过读取 计数器的值来测量机床工作台的实际位置。手轮(手摇脉冲发生器)通过RF与控 制器相连，经光耦后与计数芯片相连，信号波幅+5V。其作用主要有两个 一是 慢速对刀用；另一是手动调整机床用，支持二轴分辨率5u光栅尺输入。其中光栅 尺2由X轴光尺11和与X轴光尺11垂直的Y轴光尺12构成，该两轴分辨率可达5u。程 序传送还可以通过RF射频信号实现无线传送，从而真正实现编控一体化。
本实用新型的网络通讯接口还可以扩展。针对传统的运动控制器现场通讯的 缺点，在硬件设计过程中加入现场总线CAN,将CS8900A网络通讯芯片25移植到硬 件平台中。采取这种措施从而提高系统的可扩展性，这也符合工业控制系统技术 的发展趋势。另外，经由互联网的交互式通讯机制和监控诊断机制为应用开发系 统的远程诊断提供高效可靠的媒介。
如图3所示，在软件方面，本实用新型选用嵌入式Arm-Linux操作系统，基于 该平台及其开发工具包，编写和移植丰富的现有软件，如文本编辑器、Web服务 器、Ftp/Telnet服务器等。利用Linux操作系统提供的强大功能，可以轻松地实现 USB、网络接口等功能。同时，使用Linux操作系统的驱动程序模型，编写I/0控 制和运动控制驱动程序。利用AT9200C芯片的RTC功能来实现实时控制。
权利要求1.一种中走丝数控机床高频控制系统，其微处理器及其外围电路组成，所述微处理器含有步进电机控制模块、伺服控制模块、通信模块、显示电路模块、运动控制模块和由手轮和监控手轮位置的光栅尺组成的监视模块，其特征是微处理器采用六层PCB印刷线路板设计的ARM AT9200C核心控制板。
2、 根据权利要求l所述的中走丝数控机床高频控制系统，其特征是所述ARM AT9200C核心控制板内含有的MCX314四轴电机控制芯片主要由四轴步进电机控制 板和插补运算单元组成。
3、 根据权利要求l所述的中走丝数控机床高频控制系统，其特征是所述运动 控制模块为一运动控制器，其包括同步传动、准确定位和高动态速度，运动控制 器与机床系统的连接部分通过数据通讯接口相连。
4、 根据权利要求l所述的中走丝数控机床高频控制系统，其特征是所述高频 控制系统设计模块主要由芯片AT9200C、 MCX314四轴电机控制芯片、两片2M数据 存储器CY7C1061、 一片4M程序存储器TE28F320、 CS8900A网络接口芯片扩展，外 加上系统总线驱动、1/0接口扩展、键盘输入、CRT或LCD显示接口组成，1/0面 板接口与电机、传感器、通讯进行连接。
5、 根据权利要求l所述的中走丝数控机床高频控制系统，其特征是所述伺服 控制模块包括伺服电机、驱动接口和控制伺服电机的MCX314四轴电机控制芯片， 它们通过无线或有线反馈系统相连。
6、 根据权利要求l所述的中走丝数控机床高频控制系统，其特征是由X轴光 尺和与X轴光尺垂直的Y轴光尺构成的光栅尺通过RF无结传送与控制器相连。
专利摘要一种中走丝数控机床高频控制系统，其微处理器及其外围电路组成，所述微处理器含有步进电机控制模块、伺服控制模块、通信模块、显示电路模块、运动控制模块和由手轮和监控手轮位置的光栅尺组成的监视模块，其特征是微处理器采用六层PCB印刷线路板设计的ARM AT9200C核心控制板。其中所述ARM AT9200C核心控制板内含有的MCX314四轴电机控制芯片主要由四轴步进电机控制板和插补运算单元组成；所述伺服控制模块包括伺服电机、驱动接口和控制伺服电机的MCX314四轴电机控制芯片，它们通过无线或有线反馈系统相连。该高频控制系统具有多种切割方式、高频大功率和工作稳定等特点。
文档编号B23H7/00GK201195220SQ200820086140
公开日2009年2月18日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者蒋荣华 申请人:蒋荣华