基于AFDX05的开放式五轴五联动数控系统的应用

2010-11-04 14:57:42来源: 上海市云山数控技术有限公司

一、引言

    当前,各种运动控制卡的二次开发的比较复杂。目前国内比较多的工程师都熟悉数控系统的G代码,在ARM 32位单片机和国产运动控制芯片AFD-X05的基础上,研制成的可执行G代码的五轴联动运动控制器,使得二次开发变简单了。应用这种支持五轴直线插补的高速高精度的运动控制器,再开发各种专用的数控系统, 工程师们只需将精力放在大型的复杂的软件开发上面,完全不需要去了解硬件。

二、G代码五轴联动运动控制器的硬件系统

2.1 AFDX05运动控制芯片

    云山数控研发的AFDX05运动控制芯片,支持任意2~5轴直线插补,任意2轴圆弧插补,多达6级的运动指令缓冲区,特别适合高速多线段或圆弧连续插补的运动控制,另外,还有反向间隙补偿,速度控制,加减速控制,位置控制,通用输入输出口,8/16 位数据总线,中断发生,硬件限位,软件限位,紧急停止,暂停,编码器信号输入等功能,驱动脉冲频率高达8MPPS、插补精度±5LSB。用于控制以脉冲序列方式输入的伺服电机、步进电机。

    “中国芯”AFDX05,更加符合中国人的使用习惯。可以控制最多5轴的点位运动、连续轨迹运动、同步运动等应用。

2.2 ARM 32位单片机

    CPU为 S3C44B0X。32M Flash。 脉冲方向差动输出驱动。60路光耦隔离">光耦隔离输入42路集电极开路光耦隔离输出 或 36路光耦隔离输入20路集电极开路光耦隔离输出 。 5路步进/伺服电机脉冲光耦隔离输出,最高频率4MHz。32位逻辑位置和实际位置计数器。RS232通讯。硬件部分已模块化,无需任何硬件知识即可开发。

三、G代码五轴联动运动控制器的软件系统

3.1 支持的G代码
G代码 分组 功能
*G00 1 定位(快速移动)
*G01 1 直线插补(进给速度)
G02 1 顺时针圆弧插补
G03 1 逆时针圆弧插补
G04 0 暂停,精确停止
*G17 2 选择X平面
G18 2 选择Z平面
G19 2 选择Y平面
G27 0 返回并检查参考点
G28 0 返回参考点
G29 0 从参考点返回
G30 0 返回第二参考点
*G40 7 取消刀具半径补偿
G41 7 左侧刀具半径补偿
G42 7 右侧刀具半径补偿
G43 8 刀具长度补偿+
G44 8 刀具长度补偿-
*G49 8 取消刀具长度补偿
G52 0 设置局部坐标系
G53 0 选择机床坐标系
*G54 14 选用1号工件坐标系
G55 14 选用2号工件坐标系
G56 14 选用3号工件坐标系
G57 14 选用4号工件坐标系
G58 14 选用5号工件坐标系
G59 14 选用6号工件坐标系
G60 0 单一方向定位
*G64 15 切削方式
G65 0 宏程序调用
G66 12 模态宏程序调用
*G67 12 模态宏程序调用取消
*G90 3 绝对值指令方式
*G91 3 增量值指令方式
G92 0 工件零点设定
*G98 10 固定循环返回初始点
G99 10 固定循环返回R点

3.2 支持的M代码
M代码 功能  
M00 程序停止  
M01 条件程序停止  
M02 程序结束  
M03 主轴正转  
M04 主轴反转  
M05 主轴停止  
M06 刀具交换  
M08 冷却开  
M09 冷却关  
M18 主轴定向解除  
M19 主轴定向  
M30 程序结束并返回程序头  
M50 备用输出1开  
M51 备用输出1关  
M52 备用输出2开  
M53 备用输出2开  
M54 备用输出3开  
M55 备用输出3开  
M56 备用输出4开  
M57 备用输出4开  
… …  
M98 调用子程序  
M99 子程序结束返回/重复执行  

3.3 宏指令编程

变量号                 变量类型                    功能

#0                       “空”            这个变量总是空的,不能赋值。

#1~#33            地方变量           地方变量只能在宏中使用,以保持操作的结果,关闭电源时,

                                             地方变量被初始化成“空”。宏调用时,自变量分配给地方变量。
#100~#149
#500~#531      公共变量          公共变量可在不同的宏程序间共享。关闭电源时变量

                                                #100~#149被初始化成“空”,而变量#500~#531保持数

                                               据。公共变量#150~#199和#532~#999可以选用,但是当

                                                这些变量被使用时,纸带长度减少了8.5米。
#1000~           系统变量             系统变量用于读写各种NC数据项,如当前位置、刀具补偿
#2000~#2059 IO输入             60路光耦隔离输入信号

四、三轴铣床数控数控系统开发实例

4.1 参数初始化。

    以下参数,五个轴,每个轴的都有。

参数名称             参数设置                      参数单位
脉冲当量          P01=XXX.XXXXXX             毫米
G00指令速度    P02=XXXX                    毫米/分钟
G01指令速度    P03=XXXX                    毫米/分钟
G02指令速度    P04=XXXX                    毫米/分钟
G03指令速度    P05=XXXX                    毫米/分钟
起始速度           P06=XXXX                    毫米/分钟
加速时间           P07=XXXX                       毫秒
正向软限位        P08=XXXX                       毫米
负向软限位        P09=XXXX                       毫米
反向间隙补偿     P10=XXXX                       毫米
回零速度           P11=XXXX                   毫米/分钟
手动速度           P12=XXXX                   毫米/分钟
最大进给速度     P13=XXXX                   毫米/分钟
系统总刀数         P14=XX  
M代码等待时间   P15=XXXX                    毫秒
回参考点坐标     P16=XXX.XXXXXX            毫米
主轴编码器线数  P17=XXXX (/R)
归零方向           P18=X  
换刀基准位        P19=XXX.XXXXXX          毫米
换刀安全高度     P20=XXX.XXXXXX          毫米
换刀间隔           P21=XXX.XXXXXX          毫米
换刀速度           P22=XXX.XXXXXX       毫米/分钟
最大行程 P23=XXX.XXXXXX 毫米
设置工件坐标系 P25=XXX.XXXXXX 毫米

4.2 发送G代码,控制机床工作。如:

G54
M03 X8
G0 G90 G17
G28
G00X-2.046Y59.111Z10.000
Z4.000
G01Z-1.000F300
G17
G02X1.245Y54.864I-54.422J-45.566K0.000F800
X2.203Y53.318I-15.407J-10.613K0.000
G00Z10.000
G91 G28 M09

五、小结

    基于该开放式五轴五联动数控系统平台做开发,只需要将G代码传送到这个平台,可以快速开发出一套基于国际标准G代码加工的专用数控系统。应用开发工程师在完全不需要了解硬件的情况下,集中精力做好特定的行业专用数控系统。降低数控系统的开发成本,促进数控机床的普及应用。

关键字:AFDX05  运动控制芯片  数控系统

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2010/1104/article_3540.html
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