数控系统的运动控制器设计

Ｗ Ｐ ＲＭ Ｖ，ｘ ０ ０ ３ ８ ） ０ ００ ０ Ｅ
图２ Ｘ Ｙ面 内 圆弧 插 补 控 制流 程
／ （０ ０ １０ ） ， １ ０ ，０ ０
Ｐ ４ ｅ （Ｘ ＿ Ｘ， Ｐ ｌ ｊｘ ０ ０ ３ ８ ） ／ 输 入 × ６ ５ ｗｒｇ Ａ Ｓ Ａ Ｗ Ｒ Ｐ ０ ０ ０ Ｅ ： ０
和 Ｙ轴 的 中 心 坐标 ／
单 片机 选 择 三 星 ＡＲ Ｍ７内核 的 ￥ Ｃ ４ ０微 处 理 器 。 单 片 机作 ３４ Ｂ ｜ 为 主 要 的控 制 单 元 分析 操 作 指 令 ， 外 围 接 口发 出控 制信 号 、 写 数 （ ０ ０， ／ 对 读 １ ０ ０） 据 并与 外 部 设 备 进行 通 信 。并 与 运 动 控 制 芯 片 Ｐ Ｌ ０ ５ Ｃ ６ ４ Ｂ通 过 总 线 Ｐ６４５ ｗ ｒｇ （ ｅ ＡＸＳ Ａ Ｗ Ｐ Ｏ Ｏ ０ ０ ０ ） — Ｙ， ＲＩ ｘ ０ ０ ０ ０ Ｐ， 相 连， 发送 控 制 指 令 实 现 不 同 的运 动 控 制。 Ｐ６４５ ｗｒｇ （Ｘ ＿ Ｘ， Ｐ Ｉ，ｘ ０ ０ Ｂ Ｃ ） ｅ Ａ Ｓ Ａ Ｗ ＲＰ ０ ０ ０ ０ Ｏ ； ／ 输 入 圆 键 盘模 块 构 成 系 统 的 输入 模 块 。 并 对键 盘 中各 个 按键 进 行 功 能 弧插 补步 数 （ ８ ８） ／ ２２ 定 义 ，通 过 对键 盘 接 口的读 入 就 可 以完成 系统 所 需 原 始 数据 的输 入 Ｐ４ ｃ ｍ （Ｘ ＿ Ｘ （Ｔ Ｕ Ｓ Ｌ× ｌ Ｅ＿ ） ／ ６ ５ｗ ｏ Ａ ＳＡ ，Ｓ Ａ Ｄ Ｉ Ｅ 一 ＬＹ） Ｓ ＿ ： 及 对 执 行机 构 的运 行 进 行 控 制 。 写入 高速 启 动 指 令 ２ ／ 显 示模 块 部 分采 用 图形 液 晶 显 示 模 块 ＭＧＬ ２ ０ ２ ， Ｓ ４ １ ８ 实现 对 插 Ｐ ４ ａｔ （ ６ ５ ｗ ｉ ＡＸＳ Ａ ） ＿Ｘ ： ／
数 控 系统 的运 动控 制器 设 计
许戴 铭 （ Ｉ 职业技术学院） 苏卅工业
摘要 ： 介绍 了一种基于 ￥ Ｃ ４ ０微 处理器与 Ｐ Ｌ ０ ５ ３ ４Ｂ Ｃ ６ ４ Ｂ控制芯片的运 部分程序源代码 ： 动控制器设计 ， 并详细分析 了实时插 补方法和升降速的控制 ， 满足 了数控 系 Ｐ ４ Ｙｅ （ ６ ５ Ｙ ｒｇ ＡＸＳ ＡＸ 统 美 于 运动 控 制 的 要 求 。 并通 过 在 实验 台的 运 行试 验 ， 明 了该 控 制器 设计 Ｗ Ｐ 证 ＲＭ Ｄ， ｘ ８ ０ ０ ４ ０ ００ ０ ６ ） 的有效性。 ／ Ｘ轴 ： 时针 圆 弧 插补 ＊ 顺 ／ 关键词 ： ＣＬ０ ５ 运动控 制 时 间分割法括补 升 降速控制 Ｐ ６４Ｂ
～
困 回 国 团
图 １ 运 动 控 制器 结 构
Байду номын сангаас
Ｐ ４ ｅ ６ ５ ｗｒ ｇ
＿
（ ＡＸＳ ＡＸ， ）
等待运动完成
＜二 ：： ＝＞
ＷＰ ＲＭ Ｖ，ｘ ０ ０ ３ ８ ００ ００ Ｅ 标 ／
／ 输 入 Ｘ和 Ｙ轴 的结 束点 坐
Ｐ ４ ｒ ｇ （ Ｓ ＡＹ， ６ ５． ｅ ｗ ＡＸ
Ｐ ４ ｒｇ ６ ５ｗ ｅ ｛ ＡＸＳ ＡＹ
—
在 Ｐ ＿Ｄ中的 ＭＯ Ａ ￣ Ｄ中选摺惯时针圆弧 插补模式， Ｐ 在 耻Ｄ 中的Ｍ口Ｅ可以指
０ 引 言 Ｗ ＰＲＭ Ｄ， × ８ ０ Ｏ ４ ０Ｏ Ｏ ０ ６ ） 定结 束点 自动完成功能 现代 数控 系统 以其高精度 、 高效率、 高可靠 性的优 点 ， 在制造业 ／ Ｙ轴 ： 时 针 圆 弧插 补 顺 ／ 中得 到 了 日益 广 泛 的应 用 。 代 加 工 对 数控 系统 提 出 了很 高 的要 求 ： 现 Ｐ ４ ｓｔ ６ ５ ｖ ｅ （ Ａ×Ｓ ＡＸ． 为插补控制轴指定 运动速 度懊式 方面 要 能 够 实现 各种 加 工 情 况 下 的准 确 定 位 ， 一 方面 ， 另 又要 能实 １Ｌ， ００ ０Ｌ， ００， ４９９９， ９ １ ０ ３ ０， ４ 时控 制刀具运动轨迹和速度 ， 保证切削过程的平稳和加工精度。 这些 ９ Ｓ’０ ： ９， ，） 都取决于数控 系统 的对机床运动的控制能力。本文讨论的是一种基 在Ｐ ｌ ：＂ ￣ｖ Ｖ中输入结束点坐标 于嵌 入 式 微 处理 器 和 运 动 控 制 芯 片构 成 的 运 动控 制 器 设计 方 案 。利 ／ 插 补控制轴 （ Ｘ轴 ） 曲线 Ｓ 用单 片 机 对运 动 控 制 芯 片进 行 控 制 ， 为 运 动控 制器 的核 心 ， 现 高 作 实 升 降速 ／ 在 Ｐ 口 中输入 中心坐标 Ｒ 效的对伺服 电机运动的控制。 １硬 件 设 计 ／ １ ０ ｐ ｓ ３ ０ｍｓ ／ ～１ ｋ ｐ ０ 写入启动指 令 运动 控 制 器 由单 片机 、 盘 输 入模 块 、 Ｏ 通 信 模 块 、 晶 显 示 键 Ｉ ／ 液 ／ 运 动 范 围 ＝ １ ０ ｏ－ （ ０ ０ ＿ 模块 、 动控 制模 块 和 交流 伺 服 电机 驱 动器 构成 。 运 １】 ＝４ ９ ／ ／ ２ ９９
一
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等待 电机 停 止 ／ 运动控制模块采用 日本 Ｎ Ｍ 公 司生产的可编程 ４轴驱动运动 Ｐ ２２ 进 给速 度 和 加减 速控 制 在 实 际插 补过 程 中 ， 动 速度 经 常 ． 运 控 制芯 片 Ｐ Ｌ ０ ５ Ｃ ６ ４ Ｂ及 其接 口芯 片构成 。 过 总线 接 收 ￥ Ｃ ４ ０的 需要 根 据 加 工 要 求 随 时可 能 进 行调 整 ， 通 ３ ４Ｂ 启动 、 匀速 、 止这 些 阶 段 ， 停 当 控制指令和数据进行运算并 以脉冲序列形式输出给伺服驱动器 ， 用于 运 动 速 度 超 过 一 定值 时 ， 需要 考 虑 防 止 由于 速 度 激 变产 生 冲 击 、 还 失 实 现对 伺服 电机 的插补 控 制 、 度控 制 等 功能 。 Ｐ ６ ４ Ｂ最 多可控 步 或 者 超程 、 荡 等 问题 ， 而 影 响到 加 工 的精 度 和 质 量 。 因此 有 必 速 ＣＬ ０ ５ 振 从 制 ４轴 的运动 ， 括 ２ ４轴 线 形插 补 以及 任 意两 轴 的圆 弧插 补 。 包 ￣ 要在插补前或插补后加入对运动速度的升降速控制。使得数控机床 ２ 系统 软 件 设 计 的 运 动 速度 能够 做 到 平 稳 调速 而避 免 剧 烈 变化 。 常 见 的升 降速 控 制 ２１插补 运算 影响数控系统运动控 制能 力的因素很多 ， ． 在硬件 有两种 ， 以把加减速控制放在插补之前或者插补之后进行的 ， 可 一般 系统和执行部件确定 的情况下 ， 插补的算法是主要因素。 在实际／ Ｔ 情 况 采 用 的 是 Ｓ曲 线 的 前 加减 速 控 制 。 它 的优 点 是 ： 影 响 实 际 插 ｊ Ｏ 不 中， 对于一 些较复杂的工件轮廓形状 ， 主要是应用小段的直线或圆弧 补输出的位置精度 ， 相对于后加速控制位置精度 要高 ； 缺点是需根据 进 行 拟 合 的 方 法去 逼 近 曲线 ， 种 拟合 方法 就 是 “ 补 ” 插补 精 度 和 实际刀具位置和程序段终 点之 间的距离来确定减速点，计算工作量 这 插 。 插补速度就直接决定 了数控 系统 的运动精度和控制速度。 目前常用 大 。 这点 对 于 现 在 的 计算 机 来 说 ， 已经 不 是 很重 要 了。 的 两 类 插 补 算 法 是 脉 冲 增 量 法 和 数 字 增 量 法 。 系 统 采 用 的 ３ 结束 语 Ｐ ６ ４ Ｂ具 有独立完成插 补运算 的功能 ， ＣＬ ０ ５ 整个过程由硬件控 制 ， 不 Ｐ Ｌ０ ５ Ｃ ６ ４ Ｂ是一款功能强大的运动控 制芯 片，本系统运动控 制 需要软 件干预。 Ｃ ６ ４ Ｂ内部给每个轴都对应了几十个寄存器 ， Ｐ Ｌ０ ５ 用 模块该芯片完成 伺服 电机 的多轴协调控制 ， 支持多种插补模式。 并与 于 设 置 各 轴 的 工作 状 态 、 设 的运 动 指 令 参 数 、 作 环 境 设 定 参 数 、 上 位 机 通 过 总 线 相连 ， 接接 受指 令 发 出控 制脉 冲 。 有 很 好 的 实用 预 工 直 具 计 数 器 数 、 态 查 询 返 回值 等 。 通 过 对 Ｐ Ｌ ０ ５ 内 部 对 应 寄 存 器 性和通用性。经过实验 台的一段时间的运行 ，取得 了较好的控制效 状 Ｃ ６４ Ｂ 的初始化设置可 以在 ４个轴中任意 实现任 意 ２ ４轴之间 的插补 操 果 ， ～ 满足 了数控系统实时性和精度的要求。 作。同时可 以对相应的寄存器进行实时读取各轴的工作状态 以及实 参考文献 ： 现 对运 动 的 实 时监 控。 ［］ＣＬ ０ ５ ’Ｐ ６ ４ ８用户 手 册 ． 日本 ＮＩＰ ＵＬ Ｅ Ｍ０Ｔ Ｐ ＯＮ Ｐ Ｓ ＯＲ公 司 ，０ ７ ２０ ． 下面是 Ｘ Ｙ平 面 内半 径 为 １ ０ ０ ０个单 位 、 ０ Ｊ Ｂ 针 圆 弧插 补 流 ９。 Ｉ－ Ｉ， ￣ｔ 【］ ２叶佩青 ， 张辉． 编著．ＣＬ ０ ５ Ｐ ６ ４ Ｂ运动控制与数控应用Ｉ ． Ｍ】 北京 ： 清华大