基于专用运动控制芯片的开放式数控系统研究

摘要

数控技术在现代制造业中得到了广泛的应用，当前制造技术正在向高速度、高精度、柔性化和智能化方向发展，传统的数控系统难以满足用户的需要，而开放式数控系统解决了传统封闭式数控系统兼容性差、功能不易扩展，人机界面不灵活等问题，是现代数控系统的发展方向。 本文介绍了开放式数控系统的特征和体系结构，分析了基于PC的开放式数控系统的四种组成形式，结合实际，开发出基于“PC+运动控制器”结构的开放式数控系统。该系统采用工控PC/104主板SBC-456/E和CF卡等相关外设作为控制计算机，并以日本NOVA公司的MCX314芯片为核心，设计出实现四轴三联动并具有直线、圆弧位元三种插补模式的运动控制器和相应的功能扩展板卡。系统软件采用分层、模块化和面向对象的设计思想，用户界面友好，操作方便，具有自动、手动加工方式、坐标位置实时显示、较强的编程能力、仿真加工和系统动态参数化配置等功能，并且利用TCP/IP协议实现了初步的网络功能。文中还对数控程序译码解释和刀具半径补偿的方法进行了研究分析。最后将本文开发的系统应用于活塞环锥面加工改造课题中，取代原数控车床CZK6136上的基于单片机的数控系统CNC27T，并在原型车床的基础上增加辅助运动轴，提高了锥面加工的精度和效率，同时也对进给系统做了相应的改造。在接下来的实验切削加工中，数控系统功能稳定，实现了预定的功能。同时文中也分析了本数控系统的不足提出了进一步工作的改进方向。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1数控技术发展及其分类

1.2开放式数控系统综述

1.2.1开放式数控系统及其特征

1.2.2开放式数控系统的发展及现状

1.3课题意义与论文内容

第二章基于PC的数控系统

2.1开放式数控系统的体系结构

2.2基于PC的开放式数控系统

2.2.1基于PC的开放式数控系统的特点

2.2.2基于PC的开放式数控系统分类

2.3开放式数控系统的实时性分析

2.4本系统选用结构

2.5本章小节

第三章硬件结构实现

3.1 PC机的平台的建立

3.1.1主机板的选用

3.1.2存储设备的选型

3.1.3操作系统的建立

3.2 MCX314芯片的介绍

3.2.1 MCX314芯片主要功能和特征

3.2.2 MCX314的工作方式

3.3运动控制卡与扩展板的设计

3.3.1总线接口

3.3.2与外部的输入和输出

3.4本章小结

第四章软件结构实现

4.1 CNC软件功能分析

4.1.1数控系统软件的工作过程

4.1.2数控系统软件的模块构成

4.2 MCX314运动控制卡软件设计

4.2.1 MCX314的指令系统

4.2.2运动控制板卡软件

4.3系统的主控模块及其它

4.3.1显示线程及显示位置功能

4.3.2数控程序的编辑与检查

4.3.3图形仿真功能

4.3.4手动功能与参数设置

4.3.5自动加工功能的实现

4.4译码过程的实现

4.4.1数控指令的标准

4.4.2译码解释程序的类型

4.4.3本系统采用的方法

4.4.4译码解释程序的实现

4.5刀具半径补偿

4.5.1系统的刀具补偿

4.5.2 C机能刀具半径补偿

4.5.3系统刀具半径补偿的实现

4.6本章小结

第五章系统应用实例

5.1系统功能需求

5.1.1锥面活塞环的加工

5.1.2原型数控车床

5.2对车床进行的改造

5.3 SEMENC-103S的应用

5.3.1系统功能介绍

5.3.2数控车床CZK6136

5.3.3切削加工试验

5.4本章小结

第六章总结

6.1全文总结

6.2不足与展望

参考文献

致谢