1  系统结构
基于 PC机的开放式数控系统有四种结构形式, 即 PC连接 NC型、PC嵌入 NC型、NC嵌入 PC型和全软件 NC型。针对数控雕铣机运动控制系统具有高速高精度定位 、快速插补 、高速通信 、主轴高速运转等特点, 本系统以 NC嵌入 PC的开放式数控系统结构为基础, 利用 DSP的高速运算能力进行快速插补 、加减速运算和实现高精度位置控制, 并通过 USB与
PC进行高速通信, 利用 PC机友好的人机界面, 实现数控程序的输入 、译码 。系统的结构如图 1 所示, 各功能部分做成独立的标准化单元控制模板, 使数控系统具有高度开放性。
2  系统硬件[ 1,  2]
2.1    电机控制模块
雕铣机加工时, 需进行 X、Y、Z三个方向高速高精度的运动, 主轴转速为 24000r/min。系统电机控制模块如图 2, 其核心部分由 DSP和电平转换模块组成 。 DSP芯片选 用 TI公司的 16 位定 点 DSP TMS320LF2407A为核心微处理器 。系统需要的三路脉冲信号由 LF2407A的事件管理器 ( EVA和 EVB)模块的 PWM端口提供 。各轴的旋转方向信号则由LF2407A的数字 I/O端口 I/OPC5 -I/OPC7 提供 。由于 LF24O7A输出为 3.3V电平, 而驱动器一般是5V 接 口 , 需 进 行 电 平 转 换 , 为 此 选 用IDT74FCT164245T芯片, 该芯片可以完成 16通道3.3 V和 5V之间的双向电平转换, 一次转换只需要几个纳秒, 输入频率高达 10M, 能满足系统高频脉冲信号转换的要求。主轴调速则通过电压模拟量输出模块 向变频器输出主轴旋转电压模拟量。

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结    语
采用 PC+USB+DSP方案的开放式数控系统能满足高速雕铣机的功能要求, 且具有较好的移植性 、开放性和经济性, 即运动控制器硬件采用了 USB接口, 可与 PC机实行热插拔, 通过在 PC机上安装驱动程序和应用程序, 就可实现数控系统的功能 ;无须改变硬件结构, 用户通过编程, 便能实现自己的插补算法和加减速控制等底层运动控制功能;目前 DSP芯片价格仅几十元, 本系统运动控制器的硬件成本远低于市面上同样功能的运动控制卡的价格。