AFDX05在开放式五轴五联动数控系统的应用

　一、引言

　　当前，各种运动控制卡的二次开发的比较复杂。而五轴直线插补的高速高精度的运动控制器的应用，再开发各种专用的数控系统，工程师们只需将精力放在大型的复杂的软件开发上面，完全不需要去了解硬件。

 　　二、G代码五轴联动运动控制器的硬件系统

　　2.1 AFDX05运动控制芯片

　　云山数控研发的AFDX05运动控制芯片，支持任意2~5轴直线插补，任意2轴圆弧插补，多达6级的运动指令缓冲区，特别适合高速多线段或圆弧连续插补的运动控制，另外，还有反向间隙补偿，速度控制，加减速控制，位置控制，通用输入输出口，8/16 位数据总线，中断发生，硬件限位，软件限位，紧急停止，暂停，编码器信号输入等功能，驱动脉冲频率高达8MPPS、插补精度±5LSB。用于控制以脉冲序列方式输入的伺服电机、步进电机。

　　“中国芯”AFDX05，更加符合中国人的使用习惯。

　　CPU为 S3C44B0X。32M Flash。 脉冲方向差动输出驱动。60路光耦隔离输入42路集电极开路光耦隔离输出或36路光耦隔离输入20路集电极开路光耦隔离输出。5路步进/伺服电机脉冲光耦隔离输出，最高频率4MHz。32位逻辑位置和实际位置计数器。RS232通讯。硬件部分已模块化，无需任何硬件知识即可开发。

　　三、G代码五轴联动运动控制器的软件系统

　　3.1 支持的G代码

　　G代码    分组      功能

　　*G00      1     定位（快速移动）

　　*G01      1     直线插补（进给速度）

　　G02       1     顺时针圆弧插补

　　G03       1     逆时针圆弧插补

　　G04       0     暂停，精确停止

　　*G17      2     选择X平面

　　G18       2     选择Z平面

　　G19       2     选择Y平面

　　G27       0     返回并检查参考点

　　G28       0     返回参考点

　　G29       0     从参考点返回

　　G30       0     返回第二参考点

　　*G40      7     取消刀具半径补偿

　　G41       7     左侧刀具半径补偿

　　G42       7     右侧刀具半径补偿

　　G43       8     刀具长度补偿＋

　　G44       8     刀具长度补偿－

　　*G49      8     取消刀具长度补偿

　　G52       0     设置局部坐标系

　　G53       0     选择机床坐标系

　　*G54     14     选用1号工件坐标系

　　G55      14     选用2号工件坐标系

　　G56      14     选用3号工件坐标系

　　G57      14     选用4号工件坐标系

　　G58      14     选用5号工件坐标系

　　G59      14     选用6号工件坐标系

　　*G60      0     单一方向定位

　　G64      15     切削方式

　　G65       0     宏程序调用

　　G66      12     模态宏程序调用

　　*G67     12     模态宏程序调用取消

　　*G90      3     绝对值指令方式

　　*G91      3     增量值指令方式

　　G92       0     工件零点设定

　　*G98     10     固定循环返回初始点

　　G99      10     固定循环返回R点

3.2 支持的M代码

　　M代码 功能

　　M00 程序停止

　　M01 条件程序停止

　　M02 程序结束

　　M03 主轴正转

　　M04 主轴反转

　　M05 主轴停止

　　M06 刀具交换

　　M08 冷却开

　　M09 冷却关

　　M18 主轴定向解除

　　M19 主轴定向

　　M30 程序结束并返回程序头

　　M50 备用输出1开

　　M51 备用输出1关

　　M52 备用输出2开

　　M53 备用输出2开

　　M54 备用输出3开

　　M55 备用输出3开

　　M56 备用输出4开

　　M57 备用输出4开

　　… …

　　M98 调用子程序

　　M99 子程序结束返回／重复执行

　　3.3 宏指令编程

　　变量号 变量类型 功能

　　#0 “空” 这个变量总是空的，不能赋值。

　　#1~#33 地方变量 地方变量只能在宏中使用，以保持操作的结果，关闭电源时，地方变量被初始化成“空”。宏调用时，自变量分配给地方变量。

　　#100~#149

　　#500~#531 公共变量 公共变量可在不同的宏程序间共享。关闭电源时变量。

　　#100~#149被初始化成“空”，而变量#500~#531保持数据。公共变量#150~#199和#532~#999可以选用，但是当这些变量被使用时，纸带长度减少了8.5米。

　　#1000~ 系统变量 系统变量用于读写各种NC数据项，如当前位置、刀具补偿值。

　　#2000~#2059 IO输入 60路光耦隔离输入信号。

　　四、三轴铣床数控数控系统开发实例

　　4.1 参数初始化

　　以下参数，五个轴，每个轴的都有。

　　参数名称        参数设置          参数单位

　　脉冲当量       P01=XXX.XXXXXX      毫米

　　G00指令速度    P02=XXXX           毫米/分钟

　　G01指令速度    P03=XXXX           毫米/分钟

　　G02指令速度    P04=XXXX           毫米/分钟

　　G03指令速度    P05=XXXX           毫米/分钟

　　起始速度       P06=XXXX           毫米/分钟

　　加速时间       P07=XXXX             毫秒

　　正向软限位     P08=XXXX             毫米

　　负向软限位     P09=XXXX             毫米

　　反向间隙补偿   P10=XXXX             毫米

　　回零速度       P11=XXXX           毫米/分钟

　　手动速度       P12=XXXX           毫米/分钟

　　最大进给速度   P13=XXXX           毫米/分钟

　　系统总刀数     P14=XX

　　M代码等待时间  P15=XXXX             毫秒

　　回参考点坐标   P16=XXX.XXXXXX       毫米

　　主轴编码器线数 P17=XXXX           （/R）

　　归零方向       P18=X

　　换刀基准位     P19=XXX.XXXXXX       毫米

　　换刀安全高度   P20=XXX.XXXXXX       毫米

　　换刀间隔       P21=XXX.XXXXXX       毫米

　　换刀速度       P22=XXX.XXXXXX     毫米/分钟

　　最大行程       P23=XXX.XXXXXX       毫米

　　设置工件坐标系 P25=XXX.XXXXXX       毫米

　　4.2 发送G代码，控制机床工作。如：

　　G54

　　M03 X8

　　G0 G90 G17

　　G28

　　G00X-2.046Y59.111Z10.000

　　Z4.000

　　G01Z-1.000F300

　　G17

　　G02X1.245Y54.864I-54.422J-45.566K0.000F800

　　X2.203Y53.318I-15.407J-10.613K0.000

　　G00Z10.000

　　G91 G28 M09

　　五、小结

　　基于该开放式五轴五联动数控系统平台做开发，应用开发工程师在完全不需要了解硬件的情况下，集中精力做好特定的行业专用数控系统。降低数控系统的开发成本，促进数控机床的普及应用。