BKX-I型变轴数控机床的开放式数控系统

0 前言

　　北京理工大学自行研制的基于Stewart 原理的BKXI型变轴数控机床如图1 所示。是通过控制6 根可伸缩杆的伸缩运动实现动平台6个自由度的变化,从而带动刀具实现6 自由度的加工。本文介绍与之相配套的基于IPC+PMAC硬件平台和Win2000、Vc6.0、Pcomm32pro 软件平台的开放式数控系统,该系统采用模块化设计,面向用户,操作方便,具有良好的易维护性和可扩展性。

图1 BKX- I 变轴数控机床

1 BKX- I 型变轴机床的数控系统

　　1.1 数控系统的硬件构成及实现

　　该数控系统采用上下位机(即工业控制机IPC+多轴控制卡PMAC) 模式的硬件数控结构,如图2 所示。

图2 数控系统硬件构成

　　IPC 充分利用Windows2000 以及其它主流操作系统的普及性,实现对系统方便的管理及维护;PMAC 则完成对机床的6 + 1轴运动的实时控制以及对开关量具体实时控制。

　　上位机与下位机之间的通讯采用总线通讯方式。下位机实时监测和保存机床的运动状态,并根据上位机的要求和外部机床开关量的信号对机床进行实时的控制。上位机则定时查询下位机的工作状态以及下位机保存的机床状态信息,如PMAC 缓冲区的大小、机床开关量信号等等,然后根据下位机的工作状态、机床的工作状态以及工作人员的要求对下位机通讯,同时给工作人员提供相应的提示。

　　BKX-I型变轴机床不同于传统机床,其6个自由度是耦合在一起的,无论进行什么样的运动都是基于6条腿的协调运动实现。主轴的运动是相对独立于这6条腿运动的,采用变频器控制,实现无级变速,考虑到PMAC 是8轴控制卡,利用容余轴的控制通道,本系统将主轴也加入到PMAC 的控制中来,具体实现如下:

　　(1) 在PMAC 卡中把6 条腿的协调运动控制设定在一个坐标系&1 内,主轴运动则设定在另一个坐标系&2 内。

　　(2) 主轴的运行模式是速度模式, IPC通过对PMAC第4轴控制通道的DAC存储单元进行直接赋值操作,使DAC发出0到10v 的模拟电压给变频器,从而实现对主轴速度的控制。6条腿采用速度-位移- 时间控制模式, IPC把轨迹点下载给PMAC,PMAC 根据已设定好参数完成对6条腿的实时控制。

　　(3) 对主轴电机的开启和正反转的控制是利用PMAC 的I/O实现的。IPC通过对相应I/O的地址直接赋值来操纵继电器的开关, 以此实现对主轴电机的开启和换向功能以及实现对冷却泵的开启功能。润滑和冷却的实现也是同样的。

　　对刀仪和工件定位器的信号也是通过PMAC的I/O口与PMAC进行通讯的,但此时需要PMAC 后台PLC的定时扫描。上位机定时扫描下位机保存的信息,然后上位机根据所得信息作出相应的反应,实现刀具对刀和工件定位功能。