基于PC和DSP的高速雕铣机开放式系统研发

1 系统结构
基于 PC机的开放式数控系统有四种结构形式, 即 PC连接 NC型、PC嵌入 NC型、NC嵌入 PC型和全软件 NC型。针对数控雕铣机运动控制系统具有高速高精度定位 、快速插补 、高速通信 、主轴高速运转等特点, 本系统以 NC嵌入 PC的开放式数控系统结构为基础, 利用 DSP的高速运算能力进行快速插补 、加减速运算和实现高精度位置控制, 并通过 USB与
PC进行高速通信, 利用 PC机友好的人机界面, 实现数控程序的输入 、译码 。系统的结构如图 1 所示, 各功能部分做成独立的标准化单元控制模板, 使数控系统具有高度开放性。
2 系统硬件[ 1, 2]
2.1 电机控制模块
雕铣机加工时, 需进行 X、Y、Z三个方向高速高精度的运动, 主轴转速为 24000r/min。系统电机控制模块如图 2, 其核心部分由 DSP和电平转换模块组成 。 DSP芯片选 用 TI公司的 16 位定 点 DSP TMS320LF2407A为核心微处理器 。系统需要的三路脉冲信号由 LF2407A的事件管理器 ( EVA和 EVB)模块的 PWM端口提供 。各轴的旋转方向信号则由LF2407A的数字 I/O端口 I/OPC5 -I/OPC7 提供 。由于 LF24O7A输出为 3.3V电平, 而驱动器一般是5V 接 口 , 需 进 行 电 平 转 换 , 为 此 选 用IDT74FCT164245T芯片, 该芯片可以完成 16通道3.3 V和 5V之间的双向电平转换, 一次转换只需要几个纳秒, 输入频率高达 10M, 能满足系统高频脉冲信号转换的要求。主轴调速则通过电压模拟量输出模块 向变频器输出主轴旋转电压模拟量。