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ｌ 前言 ８０年代以来，随着工业和科学技术的发展，国外的木工机床发展很快，特别是按铣机的自动化程度 、加工精度和动态特性等都得到很大提高。木工机床技术正进一步向着数控机床柔性化、加工技术复合化和数控方向发展。由于可编程序控制器 （Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＣｏｎｔＩＤｌｌｅｒ一ＰＣ）抗干扰能力强，若仅由ＰＣ来构成木工铣床的数字控制（ＮｕｍｅｒｉＣａｌ ＣｏｌｌｔＩＤＩ—ＮＣ）系统，则系统的结构将变得简单，一方面可降低系统的造价；另一方面还 可以提高整个系统的稳定性，而且ＰＣ用于老设备的技术改造（如车床控制电路的改造）已有不少 成功的例子。如果基于ＰＣ的ＮＣ系统得以实现，那么对老设备的技术改造，提高生产率，无疑也会有较大影响。２常见的数控系统最早的ＮＣ系统，其数控装置采 用的均是硬件逻辑接线系统．随着计算机技术的发展，小型、微型计 算机的价格急剧下降，ＮＣ系统亦不断完善，基于硬件逻辑连接的普通数控技术已被淘汰，取而代之的是计算机数字控制（ＣｈＩＤｐｌ］ ｌｅｒＮＵｍｂｅｒｉｃａｌ ＣｈｌｌｔＩＤＩ—ＣＮＣ）系统，目前出现较多的有下面两种形式。 一种是完全基于微型计算机的ＣＮＣ系统。这种系统最初是由２８０微型计算机构成，随着微型计算 机的发展，出现了由单板机或单片机来构成的ＣＮＣ系统，目前比较流行的ＣＮＣ系统是由单片机组成的。为了加强人机对话功能和缩短编写程序的周期，又出现了 基于４８６及以上的工业控制微机的 ＣＮＣ系统，这种系统具有显示编程及刀具加工轨迹、控制和通讯功能。但在这种ＣＮＣ系统中，工 件的装夹、刀具的更换等辅助工作一般仍由常规继电器电路控·制。而常规的继电器控制电路，由 于有触点的固有缺点，有时会严重地降低整个系统运行的可靠性，因此又出现了利用ＰＣ取代常规 继电器控制电路，实现一些辅助控制，这就出现了第Ｍ种形式的ＣＮＣ系统，即微型计算机和可编程序控制器联合构成的ＮＣ系统。目前较多的数控系统是由ＣＮＣ 系统加ＰＣ构成，这种数控系统既充分发挥了ＣＮＣ系统的功能，利 用ＣＮＣ完成与数字运算和管理有关的控制，如插补运算、程序的译码、零件程序的编辑、位置伺 服控制等，又发挥了ＰＣ运行可靠性高的特点，这样就可以构成较为复杂的数控系统。３本系统的实施方案由于ＰＣ具有单板机或单片机无法比拟的抗干扰性能，而 且随着ＰＣ的发展，ＰＣ不仅具有最初只有 的逻辑运算、计时计数等功能；还具有数值运算、计算机接口、数据传递等功能，而且还能进行中 断、智能等控制，向上能与上位计算机进行数据通信，向下不仅能直接控制ＣＮＣ，还可通过下级 ＰＣ去控制执行机构。从掌握的资料来看，目前已有厂家生产用于连接可编程序控制器与步进电机 的接口，这为只用ＰＣ来构成ＮＣ系统提供了技术条件。因为本ＮＣ系统的研究是完全基于ＰＣ来 实现三维数控，考虑到木材加工业的加工精度要求不高的特点，为了简化整个ＮＣ系统，所以整个 系统将采用开环控制系统，加工精度的提高将由软件来解决。由于可编程序控制器抗干扰能力强，而且不需考虑其与ＣＮＣ系统的衔接问题，所以系统的结构将变得 简单。笔者研究的这个三维ＮＣ系统选择的是工作台完成Ｘ、Ｙ方向运动，由一个双轴位控单元Ｃ２００Ｈ—ＮＣＺｌｌ来实现控制；刀架完成Ｚ方向运动，由另一 个单轴位控单元 Ｃ２００Ｈ— ＮＣｌｌｌ来实现控制。这种方案的选择，一是考虑短期比较容易实现；二是考虑目前的手动铣床较 多采用的是工作自完成Ｘ、Ｙ运动，刀架完成Ｚ运动，所以此系统的研究结果对老设备的改造亦具有较大的现实意义。３．１系统的硬件选择充分考虑木材加工企业 和本控制系统的特点，对于主控设备ＰＣ，选择了日本ＯＭＲＯＮ公司生产的Ｃ２００Ｈ ＰＣ。 Ｃ２００Ｈ ＰＣ虽然是小型 ＰＣ，但它是紧凑型模块式结构，可以配置智能抑模块（如位控单·元），是一种具有功能强、体积 小等特点的小型高性能ＰＣ，较适合三维位控。根据控制系统的需要，所选择的ＣＰＵ单元型号为Ｃ２０（）Ｈ—ＣＰＵ４２—Ｚ，相应的电源单元为Ｃ２０（）Ｈ —ＰＡ２０４Ｓ；ＣＰＵ母板型号为Ｃ２００ＩＰＶ一ＢＣ１０１；输人单元型号为Ｃ２００Ｈ—ＩＤＺｌｌ、ＩＤＺ１２，输出单元型号为 Ｃ２００Ｈ—ＯＤＺｌｌ、 ＯＤＺ１４。 位控单元通过步进电机驱动器与步进电机连接。在整个系统中，步进电机驱动器性能的好坏将直接决 定系统性能的优劣。本控制系统所选择的步进电机驱动器为日本ＰＲＩＭＥ公司生产的ＰＤ—０２ ４４Ｍ，其为细分步二相恒流斩波型驱动器，控制方式为脉冲控制，自然步距角为１．ｓｏ，最大 细分步数为５００．步进电机相应选择日本ＲＯＲＺＥ公司生产的Ｍ２６９０３５，其为恒流斩波型二相六线制电机。为了简化和方便操作，本三维控制系统在刀具 和工作台完成原点搜索后，采用拨码盘开关输人刀具最 初的垂直进刀量，以及Ｘ、Ｙ轴方向的起点位置。另外，系统还配有显示器，以显示Ｘ、Ｙ和Ｚ轴位置等数据，显示器选用了华光电子工业有限公司生产的Ｃ— ｌｉＤ型四位数字显示器。它与 ＰＣ的输出连接后，根据用户的使用要求，编写相应的程序，即可显示ｐｏ内部的数据．３．２系统的硬件构成 根据前面所选择的各硬件单元，以及本控制系统的要求，可组成如上图所示的ＮＣ系统。从图中可以 看出，本三维ＮＣ系统具有自动控制和手动控制（高速点动、低速点动）两种功能．根据不同的加 工对象，手动功能可用于刀具的不同定位和手动加工，这样可以大大减小软件编程的工作量。４系统总控制流程系统在开机后，将首先进行初始化，将所要加工对象 的起、终点坐标和加工速度、加（减）速度等相 关数据读人内存，然后进行原点搜索，接着将根据情况选择是自动控制还是手动控制。当选择自动 加工时，首先读取拨码盘所输人的数据，设置铣刀的起点，然后将铣刀移至起点位置，并启动铣刀 。最后根据加工对象，是直线加工、斜线加工，还是圆弧加工来选择调用相应的插补程序，进行自 动加工。根据本系统的控制要求，控制程序包括：手动控制程序、ＢＣＤ十进制数拨码金外置数程序、原点搜索程序、插补程序、显示程序等等。因为篇幅所限，各 个程序的详细梯形图在此省略。５建议本系统还有不尽如意的地方，需进一步研究，应着重考虑下面一些间题．ｉｆ系统的暂停功能 由于三维控制系统的控制较为复杂，特别是在加工过程中，加工速度和加工的终点位置都可能会随时 变化，系统若能随时暂停，随时通过拨码盘输人加工速度、加（减）速度和位置等参数，则将大大 减小编程的工作量．本系统的输人点还有富裕，可以考虑设置相应的输入开关，在系统处于暂停时 ，可以按不同的开关，以决定拨码盘输人什么样的参数，例如按加工速度开关时，拨码盘拨人相应 的速度参数，系统就可将此参数读人数据通道，这时将不需要修改任何程序，即可将加工继续下去。５．２ＰＣ与上位计算机通讯 本系统的研究，虽然可完成加工的数控，但不同的加工工件，必须编制相应的加工主控程序，在主控 程序中调用不同的插补程序，然后将所编制的程序用专用编程器输人到ＰＣ机中，以完成所需要的 加工。其编制程序的工作量是相当大的，因此在以后的研究过程中，应考虑ＰＣ机与上位个人计算 机的通讯问题，这样可带来许多的好处．因为数控所需编制的程序一般是由专用编程器写人ＰＣ机 的，输人的工作量大，而且还可能会出错，无形中增大了程序的调试工作量．如果用了上位机，梯 形图可以利用ＯＭＲＯＭ自带的ＳＹＳＭＡＣ编程工具软件在上位机上编制，并在上位机上将软件 调试好，然后再写人ＰＣ机中，这将大大减小软件调试和程序输人工作量．另外，不仅能在上位机 上调试修改、传送程序，而且对程序运行还能起到好的数据显示和程序运行监视等作用．５．３系统加ＬＩ件程序包ＰＣ机与上位机联机通讯，还可带来另外一个好 处，亦即使数控系统得到ＣＡＤＩＣＡＭ的支持变为 可能。在今后的研究中，一旦系统与上位计算机联机通讯，应考虑使三维数控系统能兼容ＣＡＤ／ ＣＡＭ系统，这可以大大减小编制程序的工作量。实际实施过程中，可以将所要加工的工件预先绘制成相应的ＣＡＤ／ＣＡＭ加工图形设计程序包，当ＰＣ机与上位 计算机通讯后，由上位计算机发出命令，让三维数控系统根据相应的ＣＡＤ／ＣＡＭ程 序包中的图形来进行零件的加工，使加工变得更加容易和更加自动化。基于可编程序控制器数控铣 床的研究@梅玉春$南京林业大学木材工业学院!210037木工铣床;;数控系统;;可编程 序控制器目前，木工铣床数控系统完全由可编程序控制器来实现的还极少。笔者就此进行了一些研 究，以寻求一种既简单适用，有一定的控制精度，又适合我国木材加工企业使用的木工铣床数控系 统。文中还就今后完善基于可编程序控制器的木工铣床数控系统提出了一些改进意见<1>姚秉辉,石如庚,吴季陵.木材加工机械.中国林业出版 社, 1998,12.
<2>朱国力,冯清秀.黄胜,段正澄.基于工业PC的数控系统结构 研究 .机械工业自动化, 1995.12.
<>梅玉春.基于可编程序控制器(PC)木工铣床数控(NC)系统的研 究. 研究生硕士学位论文.2000 ,6.涤邢薰旧?Ｃ— ｌｉＤ型四位数字显示器。它与 ＰＣ的输出连接后，根据用户的使用要求，编写相应的程序，即可显示ｐｏ内部的数据．３．２系统的硬件构成 根据前面所选择的各硬件单元，以及本控制系统的要求，可组成如上图所示的ＮＣ系统。从图中可以 看出，本三维ＮＣ系统具有自动控制和手动控制（高速点动、低速点动）两种功能．根据不同的加 工对象，手动功能可用于刀具的不同定位和手动加工，这样可以大大减小软件编程的工作量。４系统总控制流程系统在开机后，将首先进行初始化，将所要加工对象 的起、终点坐标和加工速度、加（减）速度等相关数据读人内存，然后进行原点搜索，接着将根据情况选择是自动控制还是手动控制。
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