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1、《机床与液压》20051No17·47·基于AVR单片机WEDM数控系统的设计与开发郭钟宁,蒋秋生,罗智恒(广东工业大学机电学院,广州510090)摘要:采用PC+运动控制卡的开放式体系结构,设计开发了基于AVR单片机Windows平台的WEDM数控系统。详细介绍了该系统的设计方案,软件的构架,硬件运动控制卡的开发,并分析了该卡通过CPLD与PC的ISA总线进行通信等关键技术。关键词:电火花线切割;数控系统;AVR单片机中图分类号:TG659文献标识码:A文章编号:1001-3881(2005)7-047-3DesignandDevelopmentonAVRMicrocontroller
2、ofCNCforWEDMGUOZhong2ning,JIANGQiu2sheng,LUOZhi2heng(FacultyofElectromechanicalEngineering,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510090,China)Abstract:AHS-WEDMnumericalcontrolsystembasedonWindowswiththelatestAVRMicrocontrollerwasdeveloped1Thedesignofcontrolsystem,includingthestructureofsoftwar
3、e,thehardwareofmotioncontrolcard,andthecommunicationofISA-busbetweencontrolcardandPCwereanalyzedandintroduced1Keywords:WEDM;CNC;AVRMicrocontroller数控系统是数控机床的核心部分,其控制性能不仅直接影响机床加工的质量和稳定性,而且也是扩大机床加工范围、实现复杂加工的重要手段。随着近年来PC运算速度的迅猛发展、成本不断降低及可靠性高等优势,已极大扩展了数控技术的应用领域。尤其对于我国机械电加工领域来说,快速走丝电火花线切割机床在未来一段很长时间内仍是
4、主要的发展机型。因而利用数控技术的特点来改善线切割机床参数较难控制,加工随机性大等问题则更具显著优势。目前国内使用最为广泛的线切割数控系统大多是建立在DOS平台上,速度较慢,而且由于DOS是单任务性的,不能打开多个任务,系统接口简单,存储容量小,运行于实时模式下,控制卡每次能接收的指图1CAWEP系统处理渐开曲线时的截屏图令数量不多,程序长度受限于640K内存。使得PC加工界面,负责进行对程序代码的编译、编码、线程资源得不到充分利用,难以对功能作进一步的开发和调度、控制与CNC的数据通信和系统管理等。加工升级。针对当前WEDM面临的以上缺点,我们采用过程中的运动控制卡负责加工的插补计算、
5、轨迹控基于Windows平台和最新第三代AVR单片机芯片,制、任务协调和通信控制。其结构如图2所示。开发了一套具有自主产权、低成本、适用于国内广泛使用的高速走丝线切割机床的数控系统。1系统的设计方案根据国内外走丝线切割相关的数控技术的发展现状,通过分析市场需求及机床成本调研,新一代的线切割数控系统的发展趋势是采用PC+运动控制卡的开放式结构。系统运行在Windows平台下,PC主要图2WEDM开放式CNC系统结构图完成各种非实时性任务,其中包括零件计算机辅助设2硬件结构计模块CAWEP,能够完成非常复杂和特殊的图形设211运动控制卡的开发计,可通过标准数据接口兼容其它CAD的图形文件(如
6、DXF),并生成轨迹文件及ISO、3B代码的输考虑到WEDM数控系统较简单、机床价位低等出[1]。图1为该模块处理渐开曲线的应用实例。特点,我们开发了基于AVR单片机的运动控制卡。它通过ISA总线与PC进行数据通信和集成,不需占系统的主模块提供灵活、友好和易操作的多窗口·48·《机床与液压》20051No17用PC资源,主要完成插补运算、加工状态检测、参RAM时,其中一根作为地址线A16;选用256K的数控制及电机进给控制等功能。运动控制卡的结构如RAM时,两根I/O线均作为地址线,即A17和A16。图3所示,它以AVR单片机为核心,采用总线扩展这样我们可以根据实际情况,根据客户要求订制
7、超大法对I/O口进行扩展以实现加工状态采样和检测并进容量(最大可以扩展为512K)的运动控制卡,加工行数据统计,采用软件法实现脉冲分配器功能对步进代码条数相应可增加到约5000条以上的。电机进行运动控制,通过214单片机与PC的通信外部RAM对数据存储容ISA总线具有结构简单、控制灵活、造价低等特量进行扩展,由CPLD对点,在许多对传输速度要求不高的场合,应用十分广地址译码及相关逻辑操作泛。针对国内的高速走丝线切割机床大多仍以工控机
