2009-02-28 17:29:35 来源：作者：TONG Ruiyang, SHAO Guojin
摘要：本文研究了运动控制器应用于铣床数控改造的应用方法。首先介绍了数控系统的工作过程，然后重点分析了其硬件组成与软件设计，并通过试验实现了数控代码的预期功能,表明该通用嵌入式的运动控制器应用于经济型数控机床改造是可行的,具有广阔的前景。
关键字：铣床；运动控制器；嵌入式；数控
中图分类号：TP393 文献标识码：A
Study of the Digital Control Milling Machine based on the Embedded
Motion Controller
TONG Ruiyang, SHAO Guojin
(Pingdingshan Institute of Technology; Pingdingshan 467064; China)
Abstract: The method how to apply the motion controller to milling
machine reform is studied in
this paper. Firstly the work process of the digital control system
was introduced, and then the
hardware structure and software design are focused. The experiment
can achieve the expecting
purpose, which can prove that the feasibility of applying the
motion controller into the
improvement of digital control milling machine, and have a wide
foreground.
Keywords: Milling Machine; Motion Controller; Embedded; Digital
Control
1 引言
数控机床可以实现加工的自动化，比传统机床提高了生产效率，而且加工零件的精度高，尺寸分散度小。我国有广阔的机床数控化改造的市场。本文将通用嵌入式运动控制器用于一台立式铣床X8126
的数控改造试验。改造中保留了原有的主轴系统和冷却系统，用步进电机驱动系统对铣床进行X、Y、Z
三轴数控改造。此次改造后步进距离是0.001mm/脉冲。
2 数控基本原理
2.1 数控系统的工作过程
（1）
把零件加工程序、控制参数和补偿数据等输入给数控系统。
（2） 加工程序译码与数据处理。
（3）
插补。运动轨迹是多轴协调运动的结果，为了实现期望的轨迹，必须控制相关轴的运动。直接的方法是把各轴的每一步运动情况事先确定好，存入计算机的存储器，再现轨迹时，根据存储的数据来控制各轴。但是这意味着要存储大量数据，在实际应用中不现实。实际上，轮廓或运动轨迹一般由直线、圆弧组成，对于一些非圆曲线轮廓则用直线或圆弧去逼近。可以根据一些少量的基本数据（起点和终点即可唯一确定一条直线，圆弧只需要给定起点、终点、半径及方向即可确定），通过计算，将工件的轮廓或运动轨迹描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给指令。这就是插补（Interpolating）的基本思想，即插补计算就是数控系统根据给定的曲线类型（如直线、圆弧或高次曲线）、起点、终点以及速度，在起点和终点之间进行数据点的密化。当然，单轴运动就不存在插补问题。
数控系统的插补功能主要由软件来实现，主要有两类插补算法。一种是脉冲增量插补，它的特点是每次插补运算结束产生一个进给脉冲;另一种是数字增量插补，它的特点是插补运算在每个插补周期进行一次，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。MCX314A
芯片内部含有高速高精度的直线和圆弧插补功能。
（4）
伺服控制。将计算机送出的位置进给脉冲或进给速度指令，经变换和放大后转化为伺服电机（步进电机或交、直流伺服电机）的转动，从而带动工作台移动。
（5）
刀具补偿。在轮廓加工中，当采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓工件，或同一名义的刀具因磨损而因此尺寸变化时，为了保证控制精度和编程方便，数控系统通常应有刀具补偿功能。
2.2 数控加工程序
符合 ISO－840 国际标准的NC 指令代码编程是一种较通用的数控编程方法。常用的指令有准备功能G 代码、辅助功能M
代码、主轴速度S 代码、刀具T 代码等。数控程序就是由这些功能代码和数据构成。如N0666 G01X20 Y20 F 300
表示直线插补，XY 同时进给到目标点（20，20），速度300mm/min。
Pro/Engineer、北航海尔CAXA 等CAD/CAM 软件能够依据零件CAD 轮廓生成相应的加工轨迹，生成数控代码程序。
3 硬件组成
如图1所示，基于ARM 和MCX314A 的运动控制器是系统的控制核心。图2是接口板和驱动器的接口图。MCX314A
输出的脉冲/方向信号经接口板（26AMLS31
变成差动信号）与驱动器对应的脉冲/方向端子相连。各轴限位开关信号和原点信号、急停信号经接口板光电隔离后连接MCX314A
的nLMTP、nLMTM、Xin0 和EMGN 引脚。
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