如何用ＩＰＣ來設計龍門鉆床數控系統

０引言
　　隨著熱能工程、化工等行業的發展，管板類零件的加工越來越多。如武漢某化工企業，因生產需要，需在煉油裝置區內安裝不同規格的換熱器。換熱器一般由管束、管板、換熱管等組成。為了使換熱管能順利地插入管板，要求管板上的每個孔均有一定的加工精度，孔間位置誤差要求控制在０．０５ｍｍ以內。傳統的加工方式是在管板上人工劃線，而后在龍門鉆床上鉆孔。這種方法工作強度大，經常由于加工精度不高，導致換熱管插不進管板，造成工件重新加工，甚至報廢。因此
設計一種高精度的數控龍門鉆控制系統實現數控加工對提高生產效率、降低勞動強度具有積極的意義。
１龍門鉆床數控系統硬件整體設計
　　結合當前開放式數控系統的特點及龍門鉆床的發展趨勢［１］，采用ＮＣ嵌入ＰＣ的技術模式，在工控機（ＩＰＣ）基礎上，以ＭＰＣ０８Ｅ運動控制卡作為數控系統的控制信號核心，構成主、從式雙微處理器結構的龍門鉆床控制系統。該系統的硬件結構框圖如圖１所示，主要包括ＭＰＣ０８運動控制卡、ＩＰＣ和驅動系統等。
　　所設計的數控鉆床系統共有Ｃ、Ｘ、Ｙ、Ｚ四個軸，其中Ｘ、Ｙ軸控制平面兩個方向的定位，Ｚ軸控制鉆頭的進給量，Ｘ、Ｙ、Ｚ可直線聯動。主軸Ｃ是利用ＭＰＣ０８的通用Ｉ／Ｏ與變頻器進行通訊，實現對主軸高轉速的控制。系統工作時，根據孔坐標在工件上的位置、加工孔的深度、孔半徑等參數，編制工件的指令集文件，系統根據指令集文件自動完成加工。
　　工控機ＩＰＣ－８１０是整個系統的用戶交互及管理核心，負責ＧＵＩ操作、發送控制指令、任務調度管理、參數輸入等。ＭＰＣ０８作為系統運動控制的內核，安裝在ＩＰＣ－８１０的ＰＣＩ插槽中。ＭＰＣ０８的指令系統可滿足龍門鉆床鉆削加工的高速度、定位準的點位運動要求。
此外，ＭＰＣ０８提供的Ｉ／Ｏ口用于反饋系統，實現ＭＰＣ０８與機床輸入和輸出通道的連接與控制；ＭＰＣ０８發送脈沖信號及方向信號到伺服、步進驅動電機單元即可實現所需要的運動［２］。
２各軸切削進給驅動系統
　　數控龍門鉆床系統設計采用了最成熟的半閉環、開環混合伺服系統方案，保證了數控系統能夠實現高速、高精度鉆削加工方式。
　　步進電機采用開環控制，使用ＤＳＳＨ－５型驅動板驅動。ＤＳＳＨ－５驅動板是由中地數控公司開發的一款步進電機驅動板卡，在數控系統的設計改造過程中得到大量應用，板卡工作穩定，性能優良，特別是使用該板卡后，電機的矩頻特性得到極大改善，低頻段可輸出較大力矩，同時可保證在５ｋＨｚ～６ｋＨｚ高頻下穩定工作。系統中應用ＤＳＳＨ－５驅動板，使電路結構更加簡單，系統的可靠性大大提高。
　　伺服驅動選用ＥＰ１００系列，ＥＰ１００采用成熟的數字控制，低速性能好，動態響應快，并擴展了多種數字量和模擬量接口，與各種板卡互聯方便。本系統選用松下永磁同步交流伺服電機，伺服電機由光電編碼器進行速度反饋，實現半閉環控制，如圖２所示。

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５總結

　　本文在研究和分析了數控技術發展過程及開放式數控系統國內外現狀的基礎上，以ＭＰＣ０８運功控制卡為核心部件，選用ＮＣ嵌入ＰＣ型結構的硬件開發平臺，構建了一個基于研祥ＩＰＣ－８１０型工控機的開放式龍門鉆床控制系統，完成了對該系統的硬件設計及軟件設計，所設計系統滿足一般的規范標準，具有通用性和開放性。

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