PCB高速数控钻床独立运动控制器的研究与设计-论文.pdf

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1、●《工业控制计算机}2014年第27卷第7期PCB高速数控钻床独立运动控制器的研究与设计PCBHighSpeedCNCDrillingMachineIndependentMotionController王立志费凌黄雷熊超有(西华大学机械工程与自动化学院，四川成都610039)摘要分析了国内外PCB高速数控钻床运动控制系统特点和技术现状，结合PCB钻孔实际加工要求，提出一种性能先进、稳定可靠的独立运动控制器。‘关键词：印刷电路板，数控钻床，独立．运动控制器AbstractThispaperanalyzescharacteristicsandtechn

2、ologystatusofmotioncontrolsystemsforhighspeedPCBNCdrillingmachinehomeandabroad．CmbinedwiththeactualprocessingrequirementsofPCBdrilling，itproposesanadvancedper-formance，stableandreliableindependentmotion．Keywords：PCB．NCDrillingMachine，independentmotioncontrollerPCB高速数控钻床是PCB生产加

3、工过程中的关键设备，分组成：CPU、人机界面、通讯接口、存储器、驱动系统以及I／O其性能直接影响到整个PCB生产的效率和质量。目前国内系统。PCB高速数控钻床与国外先进产品在关键技术上还存在一定CPU：运动控制器的核心，运行所有控制程序，负责路径规的差距，速度和精度都难以满足现有加工需求。研究高性能专用划和伺服算法的实现；运动控制系统对提升钻床性能具有十分重要的现实意义。人机界面：用于设置控制器工作参数，实时显示系统的工作1独立运动控制器功能设计状态；1．1PCB高速数控钻床运动控制技术现状通讯接口：包括两个串口和一个网口，通过网口与上位机通目前国

4、内外主流PCB高速数控钻床运动控制系统主要采讯，串口与PLC通讯；用的是开放式的数控系统，具体的做法是运动控制卡通过PCI存储器：存储加工文件、工作参数以及系统运行时的各种中插槽与工业PC(上位机)相连，两者共同构成运动控制系统，其间数据；特点是硬件组成简单、技术成熟、开发周期短、性价比高、可以充驱动系统：按照要求产生驱动信号，控制工作台、主轴快速分利用PC机的丰富软硬件资源。但在复杂工业现场使用环境定位下钻；中，这种系统具有很多缺陷：一是上位机内置于机床，给机械设l／O系统：具备多路输入输出接口。计带来困难，在作业现场，易受震动、粉尘等因素影响，

5、造成性能2硬件设计不稳定；二是运动控制卡与上位机共用电源，易产生电源耦合，2．1CPU选型影响模拟控制输出的运动轴控制精度，系统运行时二者之间要PCB高速数控钻床运动实质是超短距大惯量快速点定位，进行大量的实时数据传输，PCI总线方式难以满足要求，且插槽特点是运动行程短、定位频繁、精度高，故对CPU的运算能力和连接易产生接触不良，造成控制系统不稳定；三是系统功能的实处理速度要求较高。现要高度依赖上位机，主要程序、算法及软件都在上位机运行，结合PCB高速数控钻床的运动特点，控制器CPU采用目上位机的负担过重，运行效率不高，易出现故障。前比较流行的DS

6、P+FPGA结构，DSP具有强大的运算处理能1_2总体设计力，FPGA具有非常好的时序控制功能，DSP+FPGA的方式可为了克服现有运动控制系统的不足，部分PCB钻床厂家考以充分满足高速实时性控制要求。DSP主要进行算法的运算，虑强化运动控制卡功能，提出一种能够完全独立控制PCB高速即速度规划及PID运算；FPGA主要进行时序的控制、协调各模数控钻床的运动控制系统。块的运行、控制驱动模块产生伺服驱动信号。结合传统运动控制器的优缺点，设计出一种专用于PCB高对于DSP，选用Tl的32位浮点DSPTM$320F28335，速钻孔的独立运动控制器，当使用

7、独立运动控制器时，钻床现场TMS320F28335具有15OMHz的高速处理能力，具备32位浮不需要上位机，只需在控制器上设计与上位机进行数据传输的点处理单元，对于FPGA选用CYCLONEIV(4代)的EP4CE30通讯接口。上位机主要负责远程监控以及加工文件的生成和传输，控制器在接收到加工文件后独立运行控制程序，完成控制算O96V法，实现对钻床的所有运动控制，由于机床现场没有上位机，控制器要配备人机界面，在工作现场能设置参数和显示系统主CPU要运行状况。根据功能要求，设计系统框图如图1所示。GND系统主要由6部图1系统框图图2高速脉冲输出差分转

8、换原理图