PRS-XY混联加工平台开放式数控系统

2 数控系统硬件的构成和特点

　　控制系统采用“PC+运动控制器”的开放模式，如图2所示。

　　PC机选用研华AWS-2848VTP-体化工作站，运动控制器为美国Delta Tau公司的Turbo PMAC多轴运动控制卡。控制系统包含5套伺服驱动系统，分别用于并联机构的3组直线电机驱动和串联机构的2组交流伺服电机驱动。采用光栅尺进行位置检测。通过Turbo hMAC的5个伺服控制通道，实现5组伺服系统的闭环控制。利用Turbo PMAC的第6个伺服通道控制主轴电机变频器，实现主轴调速，以支持数控代码中的主轴速度指令。I/O板连接到Turbo PMAC上，通过内置的PLC功能控制机器的辅助功能设备，主轴启停，检测机床限位，驱动指示装置和报警装置，检测控制面板输人指令信号等。DPRAM为双端口存储器，用于实现PC机与Turbo PMAC之间的无需握手的高速数据通信，使数据传输更加流畅，保证机床的实时控制性能。

　　控制系统的特点是以PC总线工业控制计算机为控制核心，以PMAC多轴控制卡为运动控制模块，形成以PC机为上位机、Turbo PMAC多轴控制卡为下位机的分布式控制。

3 数控系统工作原理

　　图3为数控系统的工作流程，顺序由APT,PC,Turbo PMAC和伺服驱动系统4部分完成整个数控过程。

　　APT为自动编程工具，完成零件的曲面造型、轨迹规划和NC代码生成。可利用目前通用的CAD/cam/" title="CAM软件">CAM软件作为APT自动编程工具，典型的有UG和Pro/Engineer软件。对于APT生成的NC代码，需进行代码的后置处理，完成NC.代码的格式转换和语法规则检查，以适应五轴混联机床的NC代码控制。后置处理是专用模块，是面向该棍联机床专门开发的处理软件程序。

　　 如前所述，并联机床的刀具在操作空间的运动是关节空间伺服运动的非线性映射，刀尖轨迹规划和编程在虚轴上进行，一般基于笛卡儿坐标，而实际驱动轴在并联杆系的节点上，是基于关节坐标的，它们之间的运动是非线性关系。因此，必须通过机构的逆运动学进行变换，将虚轴的规划量转换为实轴的控制量，该过程又称为虚实映射川。由于虚实变换很强的非线性性，为保证精度，在施行运动学变换前，还必须首先对规划轨迹(包括直线段)进行数据点密化，即在笛卡儿坐标空间中进行粗插补。通过粗插补处理，可以有效地减少由于非线性映射造成的原理性误差。采用极小的采样周期进行粗插补，所产生的此类误差甚至可忽略不计，但插补所产生的大量的数据需要传送到运动控制器中，由于通信速率的限制而导致在线实时控制功能难以实现。

　　 本系统充分利用了Turbo PMAC提供的运动学计算功能，将逆运动学计算程序下载到Turbo PMAC中，并且由Turbo PMAC来完成粗插补处理，极大地降低了PC与Turbo PMAC之间的数据传输量，提高了数控系统的实时性能。粗插补采用时间分割算法，通过Turbo PMAC提供的段细分功能实现，并通过特定的I变量设定粗插补周期。精插补利用Turbo PMAC内置的样条插补功能，以此来提供伺服控制所需的位置指令数据。

　　控制系统的这种设计方法不仅能有效地解决PC与Turbo PMAC之间的数据传输瓶颈，而且可充分利用Turbo PMAC提供的G代码控制功能和刀具半径补偿功能，降低系统的开发周期，提高整个数控系统的实时在线控制功能。