【摘 要】
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本文主要是以开发一种基于Ubuntu的高速、高精度、低成本、具有模块化、标准化、可配置、可重构的开放式软件型数控系统为目标,在课题组前期研究的基于PC+可编程I/O接口的开放式数控系统体系结构的基础上,针对可编程I/O接口数少、断电易失、控制面板占用I/O接口数较多的问题,提出可编程I/O接口卡的I/O接口扩展方法。为完善数控系统硬件层开关控制功能,研究了控制面板逻辑单元。针对课题组前期使用的可编
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本文主要是以开发一种基于Ubuntu的高速、高精度、低成本、具有模块化、标准化、可配置、可重构的开放式软件型数控系统为目标,在课题组前期研究的基于PC+可编程I/O接口的开放式数控系统体系结构的基础上,针对可编程I/O接口数少、断电易失、控制面板占用I/O接口数较多的问题,提出可编程I/O接口卡的I/O接口扩展方法。为完善数控系统硬件层开关控制功能,研究了控制面板逻辑单元。针对课题组前期使用的可编程I/O接口卡上外接I/O端子数有限,不能满足开放式数控系统对I/O接口大需求量的问题,提出基于CPLD的I/O接口扩展实现方案。通过对CPLD芯片基本功能和封装规格的深入了解,研究CPLD与FPGA之间的通信方法,选用I~2C串行总线作为可编程I/O接口卡和I/O接口扩展卡的通信总线。在课题组前期研究的数控系统通信机制和MSI中断机制的基础上,研究I/O接口扩展卡和PC机、可编程I/O接口卡之间的通信、控制、中断等方面的协调关系。针对课题组开发的数控系统的操作功能分散、不完整等不足,提出在I/O接口扩展卡上开发控制面板逻辑单元的方案。在课题组前期已研发的软硬件控制功能的基础上,分析开放式数控系统还需扩展的硬件开关控制功能,分析控制面板上功能键的控制类型、优先级、约束、组合等逻辑关系,实现控制面板的开关量编码数据的合理编码。通过I~2C通信总线,可编程I/O接口卡可接收由I/O接口扩展卡发送的开关量编码数据,并译码获得控制信息。此外,在可编程I/O接口卡上开发了速率调节子模块,解决了数控系统在操作过程中各轴进给/转动速率固定不可调的问题;在可编程I/O接口卡上开发了对刀库控制的功能模块,并集成于数控系统中,实现通过控制面板对刀库转动驱动、目标刀具号选择、刀库换刀等功能的有效控制。最后针对本文所开发的控制面板逻辑单元、速率调节子模块、刀库换刀子模块等进行仿真及实验验证,结果表明可编程I/O接口卡能接收识别控制面板上集成的操作开关的控制信息;速率调节子模块能够根据倍率调节信息实现对数控机床各轴的运动速率调节;刀库换刀子模块能够根据换刀指令实现换刀功能。
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