CNC系统开发与应用

0 前言

　　随着科技进步和机床工业的发展，数控机床作为机床工业的主流产品，已成为实现装备制造业现代化的关键设备，加快发展数控机床产业是我国装备制造业发展的现实要求。近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大型企业已有较多的使用，在中、小型企业甚至个体企业中也普遍开始使用。但目前我国数控机床的数量和品种，尚不能完全满足国内市场需求。笔者提出一种基于单片机（MicroController Unit，简称MCU）控制的数控机床控制系统，系统特点是将计算机数控（Computer Numerical Control，简称CNC）系统管理、插补、主轴、进给、刀具控制等功能及PLC和存储器集成于一个模块，另一模块管理数据输入输出、操作和显示功能。整个系统由两个模块组成，结构紧凑，便于维护和维修。再加上主轴驱动单元、进给驱动单元和继电接触器控制单元等，整套系统投资成本与目前市售的各种经济型和普及型数控机床控制系统相比，价格低许多，特别适合我国中小企业及个体企业初期建厂投资需要，系统还可应用于普通机床的数控化改造。

1 CNC系统组成

　　CNC系统组成见图1。

图1 CNC 系统组成 

　　在CNC 系统中PC 机做上位机，而具体的控制动作则由下位机NC 控制电路中的单片机来完成。上位机向单片机发送控制信息和加工所需要的数据，单片机将系统的状态信息反馈给上位机，两者之间采用并行通信方式进行数据传输。NC 控制电路有多个CPU，其中主CPU 实现管理和组织整个系统工作，完成系统初始化、系统软硬件诊断、系统出错识别和处理等功能；辅助CPU 实现运算处理，完成插补前预处理和插补计算，为各坐标轴提供位置给定值；此外NC 控制电路还完成主轴控制、进给控制、刀具控制、系统上电复位、电源电压监控及看门狗定时器等功能。PLC 输入输出电路在主CPU 控制下完成加工程序中的辅助控制功能和机床状态检测反馈信号的逻辑处理，实现各功能和操作方式之间的联锁、机床电气设备的启动、停止及刀具转换等。步进电机驱动电路将NC 控制电路输出的进给指令脉冲经环形分配器产生步进电机所要求的脉冲信号，再经功率驱动器放大后驱动步进电机运转。强电线路完成主轴启动、停止、正/ 反转控制、刀架控制、切削液开关控制等。