MPC08运动控制卡在开放式钻床数控系统中的应用

0 引言

在计算机技术飞速发展的今天，数控系统由传统的专用型封闭式系统向灵活的开放式数控系统转变已成为一种必然趋势。与传统的封闭式数控系统相比，开放式数控系统有以下优势：

可伸缩性，CNC系统的功能、规模（硬件或软件模块）可根据具体应用灵活增减；

可移植性，系统的功能软件与运行平台无关，能运行于不同供应商提供的硬件平台上；

可扩展性，开发者能有效地将自己的软件集成到NC系统中，形成自己的专用系统；

可互操作性，通过标准化接口，通信和交互机制，使不同功能模块获得相互操作能力，协调工作。

目前开放式数控系统主要形式是基于PC的NC，即在PC的总线上插上具有NC功能的运动控制器完成实时性要求较高的NC内核功能。本次课题基于步进机电有限公司的MPC08运动控制器就是一款能满足数控系统功能要求，性价比高的通用运动控制器，课题根据钻床的工艺在此基础上进行数控系统软件的研究。

1 系统总体结构

本系统数控钻床共有8个轴,分别为X,Y轴和Z1,Z2,Z3,Z4,Z5,Z6轴,其中X,Y轴控制平面两个方向的定位, Z1,Z2,Z3,Z4,Z5,Z6则控制下钻的进给量，XYZ可联动控制。加工时, 根据要加工工件上的孔坐标、孔直径、孔深等参数, 编好工件的加工文件, 系统按加工文件控制机床完成钻削加工。

为了对机床8个轴的进行控制，我们采用了MPC08运动控制器作为系统控制的内核，插在PC机的PCI插槽中。工业PC机作为主控计算机来完成与MPC08控制器的通讯以及上层系统操作、调度管理、故障诊断、参数输入等非实时性任务。

MPC08是一款开放式通用运动控制器，所有指令均为立即指令，适合于PCB钻床的高速度,定位准的点位运动,并具有足够的专用和通用的IO通道供机床控制使用，软件方面提供了丰富的运动控制函数，以供用户在Windows平台自主开发，构建所需要的数控系统。我们将MPC08插入PC的PCI插槽里，借助它完成整个系统的控制。

IO及反馈系统使用MPC08的专用和通用的输入和输出通道进行各种机床电器IO信号的连接与控制；驱动和伺服步进电机单元则是接收MPC08发出的脉冲及方向信号完成需要的运动。

变频器和主轴转动控制部分是利用PC机的串口进行和变频器的通讯，由此完成主轴转速的控制，此控制则是独立于MPC08之外。

2 软件结构设计

为了满足伸缩性，移植性，扩展性和互操作性的要求，软件采用了模块化设计的思想，利用VisualC++6.0开发工具在Windows2000操作系统上开发而成。软件总体分为两大部分，人机界面交互部分和系统控制部分。

1）人机界面 人机界面模块主要完成整个数控系统的状态显示和需求参数的输入，除此以外应该使界面友好，使用便捷。本程序设计借助了MFC库中CWnd类和CButton按钮类的强大功能，利用这两个类的成员函数以及类派生的子类构造了友好便捷的界面。界面包括有加工过程中重要参数的显示，主要功能按钮和加工图形的显示。其中参数显示有各轴的坐标，工作行程，下止点，刀具代号，直径，偏移以及加工的孔数记录，所在刀库的记录等；功能按钮有启动，回原点，回停车位，导入文件，刀具参数，刀具管理，加工参数等，其中刀具参数，刀具管理和加工参数按钮还可以打开其他界面完成系统功能；图形显示则位于界面的中间部分用于显示加工PCB孔的图形，加工过程中还可以动态显示加工到某个孔。

2）加工文件 加工文件功能模块完成对外部输入进来的加工文件（PCB行业通用的Excellon格式文件）进行译码，将加工文件的信息转化为控制系统需要的数据形式。软件具体实现办法是将文件的每一行进行解读，根据解读出来的信息将每个要加工的刀具节点数据放在一个WORK_NODE结构里面，对应在该刀具下的孔加工数据放在WORK_NODE里面的RECORD_NODE结构体内，最后统一将每一个刀具节点存放到以WORK_NODE为类型的加工链表gWorkList里。其中WORK_NODE和RECORD_NODE的数据结构如下：

typedef struct _WORK_NODE

｛

int Type; //刀具类型，

int ToolNo; //刀具号 T0,T1......

double Diameter; //mm直径

double VelocityForZUp; //提升速度

double VelocityForZDown; //下钻速度mm/min

double Offset; //下钻允许偏移量mm

int Rev; //主轴转速rpm/minute

int MaxLife, HitCount; //寿命

int ToolCurNo; //当前刀具所在刀库号jia

CRecordList ＊pList; //孔坐标链表

｝WORK_NODE,＊PWORK_NODE;

typedef struct _RECORD_NODE

｛

double x; //x坐标

double y; //y坐标

｝RECORD_NODE,＊PRECORD_NODE;