开放式木工加工中心数控系统研究

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1、开放式木工加工中心数控系统研究蔡红健，肖慧（南通纺织职业技术学院，江苏南通226007）摘要：为促进木材加工数控化，根据木材加工特点，采用模块化的设计方法，设计了“CNC嵌入PC”型结构的开放式木工加工中心数控系统的硬件和软件。并将数控装置与伺服系统连接，调试系统各项功能，证明其主要功能可以实现。关键词：木工；数控系统；开放式中国分类号：TS642文献标识码：AStudyonOpenCNCSystemofWoodworkingCenterCAIHong-jian,XIAOHui(NantongTextileVocationalTechnologyCol

2、lege,NantongJiangsu226007,China)Abstract:Inviewofthecharacteristicofprocessingoftimber,usingthemodularizeddesignmethod,thehardwareandsoftwareoftheopenComputerizedNumericalControl(CNC)systemofwoodworkingcenter,whichwasthe“CNC-embeddedPC”structure,wasdesignedtoboostwoodworkingNume

3、ricalControl.VariousfunctionsweredebuggedafterconnectingtheNCdeviceandtheservosystem,whichshowsthatthemostfunctionswererealized.Keywords:Woodworking;CNCSystem;Open-architecture随着先进制造技术的发展，计算机数控技术开始广泛应用于木材加工机械行业，极大地改变了传统木制品加工的生产方式。开放式数控系统具有可互换性、可伸缩性、可移植性、可互操作性、可扩展性等基本特征，克服了传统数控系统

4、兼容性差、维护性差等缺点。木制品数控加工技术建立在金属数控加工技术的基础上，木材性质决定了它与金属数控加工技术有所区别：木材各向异性，切削阻力小，动力消耗少，一次切削量较大，切削速度、进给速度较高，动态性能要求高；木材易吸水，不同含水率的木材切削性能差异大，不宜用冷却液冷却；切削中的粉尘和切屑重量小，容易弥漫到空气中。本文针对以上木制品数控加工特点，以PC机和运动控制卡为硬件基础，以Windows操作系统和VisualC++为软件平台，研究了开放式木工加工中心数控系统。1开放式木工加工中心数控系统的硬件设计开发式木工加工中心数控系统采用CNC嵌入PC型

5、的结构模式，系统硬件主要由PC机、运动控制卡、I/O接口电路、PLC装置、机床操作面板、驱动器、进给电动机、主轴伺服单元、主轴电动机、换刀伺服单元、辅助动作电动机等部分组成，图1为本系统的硬件结构框图。运动控制卡选用南京顺康数码科技有限公司开发的MC6414P运动控制卡，该卡采用日本NOVA公司设计生产的MCX系列运动控制芯片作为运动控制核心，通过PCI总线挂入PC，与PC机构成主从式双处理器结构。PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控；控制卡完成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。运动控制卡专用CPU的独立性严格

6、保证了实时响应和连续插补，正好弥补了Windows操作系统实时性的不足，从而满足了开放式木工加工中心数控系统的功能要求。PLC装置接收PC机对数控加工M、S、T功能指令译码后产生的命令，并根据这些命令对木工加工中心机床本体及辅助设备进行控制。另外，PLC也接收机床操作面板输入信息和各种开关、按钮的状态信息，实现顺序逻辑控制。电机及其驱动器采用Panasonic的产品，伺服电机型号为MSMA102P1G，与其匹配的驱动器型号为MDDDT5540。驱动器接收运动控制卡发来的脉冲信号，驱动电机按照预定的方向、速度、转角运动。电机通过联轴器驱动丝杠螺母机构，使

7、工作台和刀具产生相对运动。机床上装有刀库，可根据换刀和选刀指令实现自动换刀。主轴伺服单元控制主轴转速，而主轴的起停和正反转由PLC控制。PC机含有主CPUPCI总线键盘鼠标显示器打印机运动控制卡PLC装置驱动器控制端口电机驱动器Y电机驱动器Z主轴伺服单元X轴电机Y轴电机Z轴电机电机驱动器XI/O接口电路吸尘风冷电机主轴电机换刀伺服单元各种开关夹具动作电机强电控制电路机床操作面板图1开放式木工加工中心数控系统的硬件结构由于木材切削阻力小，切削速度高，每分钟达到上万转，主轴电机采用高速木工电主轴。切削中的粉尘和切屑重量小，容易弥漫到空气中，电主轴中的迷宫环

8、结构能很好地解决防尘问题，而电主轴中的冷却装置也能解决高速切削带来的高温问题。为了及时排除切屑