PC+TurboPMAC實現(xiàn)開放式數控系統(tǒng)

1 引言

　　并聯(lián)運動機床(Parallel Kinematics Machine Tool，PKM)，簡稱并聯(lián)機床(Parallel MachineT001)，也稱虛擬軸機床，它以空間并聯(lián)機構為基礎?；炻?lián)型并聯(lián)運動機床(HybridPKM)，簡稱混聯(lián)機床，屬于并聯(lián)運動機床概念范疇。

　　并聯(lián)機床與傳統(tǒng)機床在運動傳遞原理上有著本質的區(qū)別，而且結構和配置呈多樣化形式，很難有一種控制系統(tǒng)適合所有并聯(lián)機床的要求，因此需要機床開發(fā)者自行配置控制硬件和軟件，并要求并聯(lián)機床的控制系統(tǒng)必須是開放結構，以提高系統(tǒng)適用性。目前，比較現(xiàn)實的實現(xiàn)開放式數控系統(tǒng)的途徑是PC+多軸控制器。這種結構中，PC機處理非實時部分，實時控制部分由多軸控制器來承擔，形成多級分布式控制模式。這樣架構出來的數控系統(tǒng)既具有前端PC機的柔性，又具有專用CNC系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。目前在國內市場上，性能價格比較高的當屬PMAC開放式控制系統(tǒng)。由于PMAC運動控制器優(yōu)異的軌跡跟蹤能力和開放特性，在很多高性能的數控系統(tǒng)和研究項目中選用它構建開放式控制系統(tǒng)。TurboPMAC多軸運動控制器是PAMC系列的升級版本，保持了PMAC的優(yōu)良性能，其特有的多種開放特性，更適合于構建復雜的開放式數控系統(tǒng)。

　　北京理工大學在“985”項目的支持下，研制成功了3PRS-XY混聯(lián)型并聯(lián)機床樣機，作者結合該機床的研制，設計了基于“PC+TurboPMAC”模式的開放式數控系統(tǒng)。

　　2 混聯(lián)機床結構

　　新型3PRS-XY型混聯(lián)機床為五軸聯(lián)動加工機床，實物如圖1所示，由并聯(lián)機構和串聯(lián)機構兩部分構成。上半部分為一個3自由度的3-PRS型并聯(lián)機構，包括固定平臺和動平臺，固定平臺和動平臺之間通過三個定長桿件聯(lián)接，每一桿件鏈包含移動副(P)、轉動副(R)和球面副(S)。三個移動副水平120°均勻分布在固定平臺的立柱上，并由直線電機驅動。該機構的動平臺具有一個平動自由度(Z軸)和兩個旋轉自由度(A、B軸)。下半部分為X-Y工作臺，具有兩個平動自由度(X、Y軸)。

　　圖1 3PRS-XY混聯(lián)機床

　　3 數控系統(tǒng)硬件構成

　　控制系統(tǒng)采用“PC+運動控制器”的開放模式，如圖2所示。

　　圖2 數控系統(tǒng)硬件構成

　　PC機選用研華AWS-2848VTP一體化工作站，運動控制器為美國DeltaTau公司的TurboPMAC多軸運動控制卡?？刂葡到y(tǒng)包含五套伺服驅動系統(tǒng)，分別用于并聯(lián)機構的三組直線電機驅動和串聯(lián)機構的兩組交流伺服電機驅動。采用光柵尺進行位置檢測。通過TurboPMAC的五個伺服控制通道，實現(xiàn)五組伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制。利用TurboPMAC的第六個伺服通道控制主軸電機變頻器實現(xiàn)主軸調速，以支持數控代碼中的主軸速度指令。I/O板連接到Turbo PMAC上，通過內置的PLC功能控制機器的輔助功能設備、主軸啟停、檢測機床限位、驅動指示裝置和報警裝置、檢測控制面板輸入指令信號等。

　　控制系統(tǒng)的特點是，以PC總線工業(yè)控制計算機為控制核心，以PMAC多軸控制卡為運動控制模塊，形成以PC機為上位機、TurboPMAC多軸控制卡為下位機的分布式控制。