作者/张运辉，深圳市锐轩自动化设备有限公司
一种高速CNC雕铣机数控系统的设计
作者/张运辉，深圳市锐轩自动化设备有限公司
文章摘要：针对市场上对高速CNC雕铣机数控系统的需求，文章分析了高速CNC雕铣机数控系统进行设计的原则和方向。研究结果表明，将PC机应用于雕铣机数控系统将更利于满足用户对系统设备的性能需求。
关键词：高速CNC雕铣机数控系统；四轴位置控制卡；CPLD器件开发
引言
随着全球一体化进程的不断加快，各行各业的生产建设逐渐以科学技术作为立足于发展的生存手段。尤其在雕铣机数控系统设计方面，利用个人计算机技术将其转变为高速CNC雕铣机数控系统。在实现设计操作开放性的同时，还利用仿真试验来保证其技术应用可靠性。由于该系统可供发展的空间还很多，相关设计人员应将这一内容作为重要的研究课题。
1.高速CNC雕铣机数控系统概述
CNC（Computer numerical control），中文译为计算机数字控制。CNC雕铣机是一种能够在各种平面材质上进行切割、雕刻的数控系统。而高速CNC雕铣机数控系统，是将个人计算机（PC）作用于雕铣机，使得其加工操作具备高速的运算能力、标准化能力以及网络功能等。由于高速CNC雕铣机数控系统的网络功能，使其还具有丰富的软件资源。这就改善了CNC数控系统的专用性强、软件移植功能低以及组网通讯能力不好等问题。具体来说，高速CNC雕铣机能够应用于不锈钢牌、铜牌、铝牌以及钛金牌等各种金属材料的表面刻字。对于雕刻的形式，可以轻松实现花纹以及美术图形的工艺品等制作。基于该数控系统具有加工精确度高的特点，因而能够制作的加工件从微小的工牌、铭牌到大幅面的招牌。随着市场现代化进程的不断加快，市场对制造高速CNC雕铣机生产厂商的技术和产量需求日趋提高和扩大。这就需要相关设计人员开发出满足人性化、简洁化以及智能化需求的高速CNC雕铣机数控系统。
2.基于开放性和抗干扰性的数控系统设计
在设计高速CNC雕铣机数控系统的过程中，要把模块化作为其重要的设计理念。具体来说，就是将数控系统的各部分实现模块化，并根据每个部分的运行需求进行相对应的逻辑设计和硬件设计。就目前来说高速CNC雕铣机数控系统中的各个模块是通过标准接口来进行通信连接的，这就意味着系统各部门能够根据自身的需求情况来选择组合内容。此外，也可以单独选用其他的数控系统，在提高CNC雕铣机数控系统应用灵活性的同时，还保证了其系统应用的扩展性。例如，当系统应用CPLD位置控制卡时，可以以插针插槽的形式进行总线连接。这就是以直接与上位机进行通信的方式来增加PC机的兼容性，在一定程度上实现了数控系统的开放性应用需求。
数控系统是结合机械设备、电子信息化、硬件、软件以及强弱的电自动化产物。在实际运行过程中需要进行相关的电磁能量转换，这就会对周边的环境造成影响。同时数控系统本身也会受到来自周边环境存在电磁能量变化的干扰。针对这一问题，在设计高速CNC雕铣机数控系统时，要充分考虑抗干扰性系统运行问题。这一设计目标的实现，需要从电磁能量的干扰源进行分析解决。高速CNC雕铣机数控系统在实际运行的过程中，会受到电网干扰、空间电磁场干扰以及数控系统内部构件的干扰。基于此，设计人员可通过数控系统的相关软件和硬件来解决干扰问题。例如，在软件设计方面，可通过软件看门狗、软件滤波以及软件冗余来实现抗干扰性目的；在硬件设计方面，可通过设置故障的自检功能来提升其抗干扰能力。其中硬件可对印刷电路板进行合理设计，或是利用光耦隔离技术来保证数控系统的抗干扰能力。
3.数控系统的四轴位置控制卡设计
■3.1四轴位置控制卡的组成与功能
四轴位置控制卡是由CPLD部分、输出部分以及输入部分组成。CPLD部分是根据PC机的指令而产生特定数目的脉冲和频率，还能实现输出输入部分的片选译码功能。而且，该部分还能为PC机提供插补周期的定时功能。而输出部分是指，通过一部分输出的内容来控制另一个D/A输出以及各进给轴伺服系统的指令脉冲。其中的32路数字输出，是用来控制润滑系统与冷却系统的开关等。四轴位置控制卡的输入部分是由Z脉冲反馈输入、手脉输入、32路普通输入以及20路特殊的输入组成。在这一部分中，进行限位开关管理、刀具锁紧开关管理回零检测开关等管理的部分名称是52路输入。而对于抗干扰性的需求，输入部分是将信号经光电隔离送入相应的输入口和锁存器，这就提高了数控系统处理信号的安全有效性。
■3.2CPLD部分的设计与仿真设计
某企业是一家专门负责生产逻辑器件的公司，其在高密度可编程逻辑器件的研发方面具有一定的行业话语权。具体来说，该公司研发的CPLD器件具有高速度、高密度以及在线配置的功能，这就使得相关电路的构成可以集中在一个芯片上。而后，通过数控编程就可以随意改变电路的运行功能，极大地增强了电路集成设计的灵活性。对于与EFROM配合使用的过程中，设计人员可以在数控系统外围电路不发生变动的情况下，进行使用、编程以及擦除等操作。此外，该公司还为系统使用用户提供FLEX10K器件。这样一来，用户就可以对相关的硬件、软件进行译码、计数以及倍频等功能操作。而CPLD部分的仿真设计，是由数控系统生产商提供的MAX+PLUS Ⅱ工具来实现的。具体来说，MAX+PLUS Ⅱ工具是利用四轴位置控制卡的CPLD部分，来实现手脉信号的电路波形仿真的。这种仿真试验在提高数控系统设计可靠性的同时，还降低了实际开发工作的周期和工作量。因而，设计高速CNC雕铣机数控系统的技术人员，要对这一工具内容的应用效果重视起来，这是解决生产需求日趋扩大问题的有效措施。
4.结束语
综上所述，四轴位置控制卡设计与基于开放性和抗干扰性的设计内容，充分根据高速度、高效率以及高稳定性的设计原则，开发出高速CNC雕铣机数控系统。事实证明，该系统的设计应用降低了雕铣机床的开发周期以及轴承数量等。
【参考文献】
＊曹国英,解金榜.如何利用CNC雕铣机雕刻复杂图形[J].三门峡职业技术学院学报,2012,04:114—116.
＊[2]孙鹏.雕刻机与数控铣联合应用策略[J].机电产品开发与创新,2010,05:151—153.
＊[3]王友华.高速CNC机床集成监控系统的开发[J].成都工业学院学报,2015,04:37—39.
