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并聯機床（ParallelMachineTool）又稱虛擬軸機床 （VirtualAxisMachineTool）或并聯運動學機器，是基于并聯機構的新型數控加工設備，實質上是機器人技術、機床結構技術、數控技術等相結合的物，它同時兼顧了機床和機器人的諸多特性，既可以看作是機器人化的機床， 又可以看作是機床化的機器人 。它能夠提供機器人的靈活與柔性，又具有機床的剛度和精度，是集多種功能于一體的新型機電設備。 并聯機床的結構 并聯機床結構示意圖見圖1，它由伺服（步進）電機1、固定平臺2、支架3、伸縮桿4、動平臺5、銑削頭6、工作臺7等組成。安裝在固定平臺和動平臺之間的伸縮桿由伺服電機（或步進電機） 驅動，帶動伸縮桿內的滾珠絲杠和螺母運動，使伸縮桿的長度發生變化。由于各伸縮桿（一般為6桿或3桿）的長度發生變化，使得動平臺的位姿發生變化，多個伸縮桿共同運動，驅動動平臺實現上升、下降、翻轉等運動，帶動銑削頭實現工作所需的各種運動。各伸縮桿采用相互獨立的伺服驅動裝置驅動 。 開放式的控制系統結構 對于并聯運動機床來說，其最大特點就是機械結構非常簡單，而控制卻異常復雜。并聯運動機床的控制系統必須采用開放式結構。目前，國內外的開放式數控系統主要有如下3種結構形式 。  1專用CNC十PC型即在傳統的非開放式的專用數控系統中嵌入機，使得整個系統可以共享一些計算機軟硬件資源 。 部分完成系統管理等非實時控制任務，實現輔助編程、分析、監控和編排工藝等功能；CNC部分負責完成插補計算、伺服控制以及I／O控制等一些實時控制任務。這種結構形式的數控系統其開放性只在機部分，其專業的數控部分仍處于封閉狀態，不能實現CNC內核的開放，此類結構形式一般為主流數控系統廠商所采用。 2 PC+運動控制卡這種基于開放式運動控制卡的系統結構是以通用微機為平臺，以標準插件形式的開放式運動控制卡為控制核心。通用PC機實現數控程序編輯 、人機界面管理、外部通信等功能，運動控制卡負責機床的運動控制和邏輯控制。它支持用戶的二次開發和自主擴展，既具有PC機的開放性，又具有專用數控模塊的開放性，可以說它具有上、下兩級的開放性。 3 純PC型即全軟件形式的PC機數控系統，該系統是指的全部功能均由PC機進行處理， 并通過裝在擴展槽中的伺服接口卡對伺服驅動等進行控制。其軟件的通用性好，編程處理靈活，但存在著操作系統的實時性、標準統一性以及系統穩定性等問題。目前這類系統正處于探索階段，還尚未形成產品，但它代表了數控系統的發展方向。 如果著眼于經濟型數控并聯機床控制系統的設計，選擇PC+運動控制卡的開放式數控系統是當前最為理想的。以PC機和運動控制卡為控制系統核心，直接將系統平臺構筑于PC機的軟硬件基礎之上，驅動元件為步進電機，系統在Windows環境下用VC++ 語言實現，軟件的設計采用面向對象的方法。 基于PCI總線的并聯機床運動控制卡設計并聯機床運動控制卡通過控制機床各個驅動桿實現主軸的運動，控制軸數較多，同時還要得到所要求的刀具運動軌跡。要實現刀具的高速、高精度軌跡控制，運動控制卡和PC機存在著大量的數據交互，傳統的方式是采用ISA總線進行，由于ISA總線帶寬限制，數據傳輸速度慢，使PC機在數據傳輸方面花費的時間較多，從而在其它方面的處理時間相對縮小。本系統實現運動控制卡與PC機通信，能夠達到很高的數據傳輸速率，使PC機的處理能力大大增強，從而保證了數控系統的實時性，并且使開發相應的基于平臺的數控軟件更容易，和配套的其它軟件的接口更方便。 控制系統硬件組成圖見圖2。該系統采用的是公司的32位定點DSP芯片TMS320VC33 。DSP芯片負責接受PCI局部總線的命令和參數，然后通過運動控制算法完成對步進電機的精確運動控制，同時芯片還負責將反饋信息傳輸給PCI局部總線，并且控制系統外圍I／O模塊。DSP與PC機的通信通過橋接芯片CY7C09449PV實現。 1 CY7C09449PV與PC機的連接總線是目前應用最廣泛、最流行的一種高速同步總線，具有64位總線寬度，工作頻率33MHz，最大傳輸速率可以達到132Mb／s。它可將外設直接掛到主機CPU局部總線上并以CPU速度運行，可以大大提高外設的運行速度。DSP與PC機的通信通過連。CY7C09449PV是Cypress 公司提供的符合PCI2—2總線規范的功能完善、價格低廉的雙端口RAM 接口芯片。其中，一個端 口是PCI接口，適合與PC機通信；另一端口為本地接口。 它提供主／目標接口， 可以同任何通用微處理器連接，片內有128雙端口存儲器用于局部處理器與PCI總線數據共享。CY7C09449PV與PCI總線的連接見圖3 。 2 PCI 總線開發方案的實現專用芯片CY7C09449PV采用3.3V單 電源供電，兼容3V和5V的PCI信號環境。電源可由PCI 槽引出，PCI 槽可以提供3.3 V、5V電壓，在PCI 槽需特別注意兩個引腳 P RS NT1 和，這兩個引腳接地和懸空的4種組合直接決定 PCI卡的功率。CY7C09449PV在使用時，某些引腳要加阻值為l kfI ～10kfl的下拉或上拉電阻。根據具體情況， 在該設計中， SCI 、S DA、AIE、／BE[ 2 ] 、RDY —引腳加上拉電阻， TEST—MODE引腳加下拉電阻。 是TI公司新推出的系列新一代浮點DSP，它是在原來浮點DSP的基礎上開發的一個價格更低的版本，該產品以高速、低功耗、低成本、易于開發為顯著的特點。由于它采用了內部1 . 8 V、外部. 3 V供電 ，因而功耗比原有型號降低了大約一個數量級，而且能支持高達150 ×10次／s的運行速度，是需浮點運算的便攜式產品中的一種理想的DSP器件 。 作為控制系統的核心， TMS320VC33主要完成實時中斷的伺服控制程序，包括對各種底層硬件的操作。它采用32 位局部總線接 口方式， 時鐘信號可以是單獨提供的時鐘源，也可以是 CY7C09449PV提供的 PCI 時鐘信號 PCI KOUT[20] 中任意的一個。 結束語并聯機床需要控制的軸數比較多，而且牽涉到并聯機構的正逆解運算，運算量比較大，采用基于總線的運動控制卡，整個數控系統的任務就由PC機和運動控制卡來共同承擔，在開放式數控系統中能夠發揮出理想的運動控制性能。隨著數控系統的普及和產品檔次的提高，這種運動控制卡將會有廣泛的應用前景 。 |
