高速高精度數控雕刻機運動控制器制造技術

本實用新型專利技術公開了一種高速高精度數控雕刻機運動控制器，所述的數控雕刻機運動控制器的內部包括DSP芯片、FPGA芯片、NANDFlash內存和USB微控制器，其中DSP芯片通過DSP外部總線與FPGA芯片連接，NANDFlash內存直接與DSP芯片電連接，USB微控制器也直接與DSP芯片電連接；DSP芯片上有USB接口。本實用新型專利技術的有益效果是：可以很好的完成大數據，快速數據計算處理，為高速切割提供了很好的平臺。采用xillinx的新型FPGA芯片XC6SLX16FT256，為速度信號轉化為電氣控制信號提供了保障。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種控制器，具體涉及一種應用于雕刻機的運動控制器。
技術介紹
雕刻機是一種數控鉆銑組合床。從形態上雕刻機可以分為機床和控制系統(包括控制器等)兩部分。機床就如人的身體，控制系統就如人的大腦和靈魂。兩部分各成體系又密不可分。雕刻機控制系統，雕刻機的核心部分，是大腦與靈魂。有了好的床身就現有了好的身體。要想讓他動起來，這就需要給它一個聰明的大腦，純凈的靈魂。目前的控制系統·一般由三部分組成，一、驅動器二、變頻器三、雕刻控制器及上位機軟件I、驅動器，它的功能是接受控制器提供的脈沖信號，來驅動步進電機運動。驅動器的最主要功能之一就是脈沖細分。步進電機每得到一個完整的方波脈沖信號，就會產生一個固定的步腳。以常見的兩相混合電機為例。電機每得到一個脈沖信號就會產生一個I. 80的步角。電機旋轉一周需要200步。但當驅動器八細分后，每轉一周就需要200*8=1600步。再由此推知，當傳導裝置每轉一圈的直線位移為IOmm時,脈沖當量為10mm/1600脈沖=0. 00625mm/脈沖。這也就是這臺機子的理論最小雕刻精度。2、變頻器，它的主要功能是接受控制器信號，輸出高速脈沖的裝置。大家都知道，我們國家現在用的市電是50HZ，變頻器的主要作用是通過調整供電頻率來調整主軸的運行速度。3、雕刻機控制器，也就是雕刻機控制系統中的核心部分。它的主要功能是執行計算機軟件命令，并控制變頻器，驅動器工作。目前在運動控制器這塊，某些廠家崇拜進口產品，例如西門子，法納克，寶元，新代等，但是隨著實踐發現，這些功能強大的數控機床控制器，并不很實用于雕刻機控制器。而目前國內做的雕刻機控制器由于硬件選用及的原因，往往是使用低主頻的定點DSP或單片機來完成，他們的缺點是無法進行快速浮點計算，這直接影響控制器的數據處理能力，因為浮點運算速度慢，所以數據處理慢，這就導致無法進行高速的運動控制，一般只能運行到8米 15米每分鐘，遠遠不能滿足高速度雕刻機使用。
技術實現思路
本技術克服了現有技術的不足，提供一種高速高精度數控雕刻機運動控制器，該控制器專門針對雕刻機的運動控制設置，采用高速DSP和FPGA芯片，解決了現有技術中存在的無法進行高速運動控制、控制精度較低的技術問題。為解決上述的技術問題，本技術采用以下技術方案一種高速高精度數控雕刻機運動控制器，上述的數控雕刻機運動控制器的內部包括DSP芯片、FPGA芯片、NAND Flash內存和USB微控制器，其中上述的DSP芯片通過DSP外部總線與FPGA芯片連接，上述的NAND Flash內存直接與DSP芯片電連接，上述的USB微控制器也直接與DSP芯片電連接；上述的DSP芯片上有USB接口。在整個控制器中，DSP是系統的核心，完成了系統的速度規劃、U盤操作、與PC和HMI的通訊、控制主軸。FPGA實現插補運算、輸出脈沖、處理機床各軸的限位信號、回零信號等。上述的數控雕刻機運動控制器還包括可編程邏輯器件和電源轉換芯片。 上述的雕刻機運動控制器還連接有人機界面模塊。人機界面模塊(HMI)是機床和操作人員的一個紐帶，主要完成操作按鍵的掃描和加工狀態及參數的顯示。上述的DSP芯片通過USB微控制器與PC連接。上述的DSP芯片為主頻為300M的浮點型DSP，其型號為TMS320C6748。本控制器主要是依靠DSP的高速數據處理能力和FPGA的邏輯電路處理能力。在控制器硬件上我們選用TI的主頻高達300M的浮點型DSP TMS320C6748,為大數據量的浮點運算提供可靠的運算速度，此控制器的浮點計算速度是目前市場上的定點DSP的10倍以上。 上述的NAND Flash內存為三星K9F1G08內存。上述的可編程邏輯器件是型號為XC95144的可編輯邏輯芯片，上述的電源轉換芯片型號為TPS73HD318。上述的USB微控制器的型號為CY7C68013A。上述的FPGA芯片的型號為XC6SLX16FT256。此FPGA芯片是賽靈思(xillinx)公司生產的芯片，為速度信號轉化為電氣控制信號提供了保障。上述的雕刻機運動控制器還包括有時鐘模塊。與現有技術相比，本技術的有益效果是I、針對大數據浮點計算速度慢的缺點，我們采用TI最新的高性能TMS320C6748浮點DSP，他的浮點計算能力是現有定點DSP的10倍，因此可以很好的完成大數據，快速數據計算處理，為高速切割提供了很好的平臺。2、采用xillinx的新型FPGA芯片XC6SLX16FT256，為速度信號轉化為電氣控制信號提供了保障。3、控制器的電路構成非常合理，除包括高性能DSP和FPGA芯片之外，還包括可編程邏輯器件和人機界面模塊能，功能擴展，應用更加靈活，控制效果也更佳。附圖說明圖I為本技術硬件結構框圖。圖2為本技術工作時軟件整體架構圖。具體實施方式以下結合附圖對本技術作進一步闡述。如圖I所示，一種高速高精度數控雕刻機運動控制器，其內部包括DSP芯片、FPGA芯片、NAND Flash內存和USB微控制器，其中上述的DSP芯片通過DSP外部總線與FPGA芯片連接，上述的NAND Flash內存直接與DSP芯片電連接，上述的USB微控制器也直接與DSP芯片電連接；上述的DSP芯片上有USB接口。在整個控制器中，DSP是系統的核心，完成了系統的速度規劃、U盤操作、與PC和HMI的通訊、控制主軸。FPGA實現插補運算、輸出脈沖、處理機床各軸的限位信號、回零信號等。數控雕刻機運動控制器還包括可編程邏輯器件和電源轉換芯片。雕刻機運動控制器還連接有人機界面模塊。人機界面模塊(HMI)是機床和操作人員的一個紐帶，主要完成操作按鍵的掃描和加工狀態及參數的顯示。DSP芯片通過USB微控制器與PC連接。DSP芯片為主頻為300M的浮點型DSP，其型號為TMS320C6748。本控制器主要是依靠DSP的高速數據處理能力和FPGA的邏輯電路處理能力。在控制器硬件上我們選用TI的主頻高達300M的浮點型DSP TMS320C6748,為大數據量的浮點運算提供可靠的運算速度，此控制器的浮點計算速度是目前市場上的定點DSP的10倍以上。在本實施例中，NAND Flash內存為三星K9F1G08內存。在本實施例中，可編程邏輯器件是型號為XC95144的可編輯邏輯芯片，上述的電源轉換芯片型號為TPS73HD318。USB微控制器的型號為CY7C68013A。FPGA芯片的型號為XC6SLX16FT256。此FPGA芯片是賽靈思(xillinx)公司生產的芯片，為速度信號轉化為電氣控制信號提供了保障。下面再來簡要敘述一下，本技術工作時內部軟件的配合。 有了硬件的基礎，就是軟件配合了，本控制器的主要工作是把標準的G代碼文件轉化為電氣信號，控制機械機的執行機構，完成工件、圖形的加工。如圖2所示，G代碼文件通過主USB模塊，從外部U盤中被拷貝到控制器中保存。用戶通過人機交互選擇自己要加工的G代碼文件開始加工，代碼解析從控制卡中一次讀取出每一條G代碼，轉化為速度前瞻的所需要的數據結構后，進行3維速度前瞻。前瞻后的數據轉化為FPGA程序能夠識別的微指令，最后發送到FPGA中，FPGA負責把微指令轉化成驅動器所需要的電氣控制信號。權利要求1.一種高速高精本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高速高精度數控雕刻機運動控制器，其特征在于：所述的數控雕刻機運動控制器的內部包括DSP芯片、FPGA芯片、NAND？Flash內存和USB微控制器，其中所述的DSP芯片通過DSP外部總線與FPGA芯片連接，所述的NAND？Flash內存直接與DSP芯片電連接，所述的USB微控制器也直接與DSP芯片電連接；所述的DSP芯片上有USB接口。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周瑩，覃琴，
申請(專利權)人：成都樂創自動化技術股份有限公司，
類型：實用新型
國別省市：