基于运动控制卡电火花成形机床数控系统研究

目前,以PC 机为核心的控制系统已广泛被工业控制领域所接受。采用PC 机在Windows 操作系统下通用的数控系统,已成为数控系统发展的潮流[2 ] 。基于PC 机的数控系统一般可以分为4 种结构形式: PC 连接NC 型、NC 嵌入PC 型、PC 嵌入NC 型和全软件NC 型[4 ] 。其中运动控制卡嵌入PC机的技术较成熟,应用较普遍,是开放式数控系统发展的主流。基于PC 机的数控系统采用的是标准PC 硬件和操作系统,因此容易进行模块化和开放式的设计,并可根据不同用户的不同要求,迅速、高效、低成本地构建面向用户的数控系统,这种系统便于用户的操作、维护和更新换代。本文所论述的数控系统采用运动控制卡插入PC 机的方式,由PC 机处理非实时控制部分,运动控制卡处理实时控制部分[5 ] 。

　　1 　数控系统硬件构成

　　1. 1 　数控系统硬件构成

　　系统的硬件构成如图1 所示,伺服驱动系统采用数字交流伺服电机驱动丝杠螺母机构运动。运动控制卡是整个硬件的核心部分,与PC 机构成主从式控制结构,运动控制卡通过PCI 插槽与PC 机连接。以PC 机作为信息处理平台,负责人机交互界面的信息管理以及数控系统实时监控方面的工作,例如输入输出信息的管理、控制指令的发送、系统状态的显示、运动轨迹规划、电源脉冲的监控等;运动控制卡完成运动控制的所有细节,其中包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测以及根据指令的要求和传感器件的信号进行相应的逻辑和数字运算,为驱动装置提供正确的控制信号,从而实现准确的运动控制和逻辑控制;A/ D 转换器是将间隙电压的模拟信号转换成计算机可识别的数字信号,使计算机可根据A/ D 的读值判断间隙放电状态,进而决策下一步的执行动作;脉冲电源的作用是把交流电转换成一定频率的单向脉冲电流,以供给放电所需的能量来蚀除工件。

1. 2 　间隙放电状态监测

    电火花加工过程可分为空载、火花放电、不稳定过渡电弧、稳定电弧和短路5 种基本放电状态[7 ] 。其中火花放电间隙状态的好坏直接影响到脉冲电能的转换效果,同时也是评判加工能否顺利进行的主要标准,所以间隙放电状态监测就显得相当重要。通常有3 种信号能反映电源的放电状态,分别为放电电压、放电电流及加工过程中的声频信号,但因工作现场环境影响,声频信号提取和分析都很困难,本文采用提取电压和电流信号进行分析的方法来实现放电状态检测。系统信号采集结构功能见图2 。系统将放电电流、电压信号通过数据采集卡采入PC 机,经过实时处理得出放电状态,作为主轴进给和旋转控制的依据。传感器是将电压和电流信号转换成符合采集卡输入范围的电压信号。数据采集卡负责把信号传入计算机。