ADT-CNC4320運(yùn)動(dòng)控制器在車床系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例

1.引言
數(shù)控車床是數(shù)字程序控制車床的簡(jiǎn)稱，它集通用性好的萬(wàn)能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型車床的特點(diǎn)于一身，是國(guó)內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機(jī)床。要學(xué)好數(shù)控車床理論和操作，就必須勤學(xué)苦練，從平面幾何，三角函數(shù)，機(jī)械制圖，普通車床的工藝和操作等方面打好基礎(chǔ)。

眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司是一家研發(fā)與應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)產(chǎn)品的公司，自主研發(fā)了國(guó)內(nèi)首款嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器及配套系統(tǒng)軟件，形成了以運(yùn)動(dòng)控制卡、運(yùn)動(dòng)控制器、步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器等為主的全系列的數(shù)控產(chǎn)品線，這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國(guó)防、科研、教學(xué)和工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。

CNC4320控制系統(tǒng)是眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司自主研發(fā)的CNC（Computer Numerical Controller）系列的一款。

整個(gè)CNC4320數(shù)控車床系統(tǒng)實(shí)物圖如圖1.1

圖1.1 CNC4320數(shù)控車床系統(tǒng)實(shí)物圖
1—車床控制面板 2—主軸 3—刀架臺(tái) 4—車床車身 5—兩臺(tái)CNC4320控制器 6—刀架電機(jī) 7—導(dǎo)軌

隨著電子信息自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，為了提高生產(chǎn)效率，出現(xiàn)了數(shù)控車床的自動(dòng)進(jìn)給[3]即自動(dòng)換料，自動(dòng)送料技術(shù)，過(guò)去依靠人工換料、送料的時(shí)代已一去不復(fù)返。現(xiàn)在，主要依靠自動(dòng)化傳送料，原料傳送的自動(dòng)化減少了人為操作的失誤，降低了危險(xiǎn)性，使得生產(chǎn)過(guò)程更加簡(jiǎn)單方便，更加符合流水線式生產(chǎn)的現(xiàn)代化要求。

圖1.2 控制器硬件平臺(tái)

整個(gè)CNC4320車床數(shù)控系統(tǒng)，從廣義的控制層次上來(lái)說(shuō)可分為四大部分，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、主軸控制系統(tǒng)、刀架控制系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng),它們都是以運(yùn)動(dòng)控制器CNC4320為核心部件組成的控制系統(tǒng)，互相聯(lián)系又獨(dú)立工作，組成了一個(gè)整體，即車床控制系統(tǒng)，兩軸運(yùn)動(dòng)控制器硬件平臺(tái)見圖1.2所示。

（1）CNC4320兩軸運(yùn)動(dòng)控制器采用嵌入式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部集成有ARM主CPU芯片。此ARM芯片的內(nèi)核是ARM7TDMI內(nèi)核，具有代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集，支持很多操作系統(tǒng)，包括Windows CE、Linux、Palm OS等特點(diǎn)。

（2）因?yàn)橄到y(tǒng)的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量的變量，堆棧。ARM芯片內(nèi)部集成有16K的SARAM，但是不能滿足如此大容量的運(yùn)行。所以在外部擴(kuò)展了8M的SDRAM，用于程序運(yùn)行，另外集成256M NANDFLASH，2MNORFLASH，用于重要的數(shù)據(jù)，程序的存儲(chǔ)，還有一些易斷電的，需要長(zhǎng)期保存的系統(tǒng)參數(shù)刀具參數(shù)，補(bǔ)償參數(shù)，機(jī)床參數(shù)以及數(shù)控加工程序。

（3）控制器內(nèi)部集成有兩軸運(yùn)動(dòng)控制芯片，內(nèi)部集成有X，Y軸的插補(bǔ)控制模塊，指令/解釋/處理模塊。當(dāng)它接到主ARM芯片傳來(lái)的控制指令后，會(huì)自動(dòng)運(yùn)行其指令，無(wú)須占用CPU。是一款能夠同時(shí)控制2個(gè)伺服馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)控制芯片。它以脈沖串形式輸出，能對(duì)伺服馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)進(jìn)行位置控制、插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)、速度控制等。在對(duì)第一個(gè)節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)行插補(bǔ)時(shí), 可對(duì)第二節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)連續(xù)寫入數(shù)據(jù)。在這個(gè)過(guò)程中插補(bǔ)動(dòng)作是連續(xù)運(yùn)行, 而不需要中間作任何停頓。CPU數(shù)據(jù)總線長(zhǎng)度可選8位/16位，補(bǔ)范圍 各個(gè)軸-8388607~+8388607，補(bǔ)速度1~4MPPS。

（4）CPLD主要用于對(duì)圖像，速度，位置等信息的采集、控制、存儲(chǔ)。
該控制器采用320*240點(diǎn)陣式液晶+按鍵屏，32位嵌入式CPU，超大規(guī)模FPGA編程，運(yùn)用實(shí)時(shí)多任務(wù)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)μm級(jí)精度運(yùn)動(dòng)控制。X、Z二軸聯(lián)動(dòng)、USB和RS232通訊方式，支持CNC與PC，系統(tǒng)軟件可通訊升級(jí)。
其技術(shù)規(guī)格如表1-a所示:
控制軸