基于DSP的經(jīng)濟型車(chē)床的多功能化數控改造

　在我國，經(jīng)濟型車(chē)床因其價(jià)廉而得到廣泛的應用。在數控化改造過(guò)程中，常使用的是單片機系統，如MCS-51系列單片機作為控制核心，控制系統的速度和精度因CPU的性能影響都不夠高，改造后的功能也僅僅是單一數控車(chē)床而已。在實(shí)踐中采用了DSP TMS320F240微處理器作為數控系統的控制核心，提高了伺服系統控制的速度、穩定性、精度等性能，同時(shí)，實(shí)現了經(jīng)濟車(chē)床可進(jìn)行車(chē)、銑、削等加工的多功能綜合性數控改造。

　　1.經(jīng)濟型車(chē)床的多功能化改造

　　以改造經(jīng)濟型車(chē)床C616 A為例，車(chē)床結構參見(jiàn)圖1所示。

圖1 C616A車(chē)床結構示意圖

　　具體方法是：與普通數控車(chē)床改造的不同在于：將原來(lái)車(chē)床刀架(或電動(dòng)刀架)更換為動(dòng)力銑頭，用來(lái)夾持各類(lèi)柄(棒)狀銑刀，動(dòng)力銑頭的主軸軸線(xiàn)與車(chē)床中心線(xiàn)等高且垂直(也可轉動(dòng)900與車(chē)床中心線(xiàn)平行)。動(dòng)力銑頭由單獨的電動(dòng)機進(jìn)行控制。更換動(dòng)力銑頭為車(chē)床刀架(或電動(dòng)刀架)，即與普通數控車(chē)床相同。車(chē)床縱向(Z向)、車(chē)床橫向(X向)運動(dòng)由第1套二軸聯(lián)動(dòng)的數控主系統進(jìn)行控制。

　　在C616A車(chē)床主軸箱的Ⅺ軸左端部位，拆除原車(chē)床中連接Ⅺ軸、Ⅻ軸的齒輪(Z＝100)，

用FWl60型萬(wàn)能分度頭與Ⅺ軸左端連接，選用另一步進(jìn)電機(與X向步進(jìn)電機技術(shù)參數相同，t＝5mm，位移控制精度為0．005 mm)為Y向步進(jìn)電機與FWl60型萬(wàn)能分度頭輸入蝸桿連接，因此，可以實(shí)現車(chē)床主軸Ⅵ的旋轉控制(此時(shí)使車(chē)床主軸Ⅵ處于空擋位置)。FWl60型萬(wàn)能分度頭和Y向步進(jìn)電機安裝在鑄鐵支架上。移開(kāi)鑄鐵支架，裝上Z＝100的齒輪，就可恢復普通車(chē)床原主軸箱與進(jìn)給運動(dòng)的傳動(dòng)連接。主軸的旋轉運動(dòng)即由第2套二軸聯(lián)動(dòng)的數控子系統進(jìn)行控制。該數控子系統由數控主系統的發(fā)信指令控制啟動(dòng)運行。2套數控系統最好相同，以方便加工編程和數控加工的同步進(jìn)行。

　　Y向步進(jìn)電機與分度頭的輸入蝸桿直接連接，選擇分度頭的傳動(dòng)比為i＝1：40，Y向步進(jìn)電機轉動(dòng)1轉，帶動(dòng)分度頭主軸轉動(dòng)1／40轉，Y向步進(jìn)電機轉動(dòng)40轉，可帶動(dòng)分度頭主軸轉動(dòng)1轉。而由車(chē)床主軸傳動(dòng)系統(見(jiàn)圖1)可知，分度頭主軸轉動(dòng)1轉，帶動(dòng)車(chē)床主軸轉動(dòng)1轉。

　　在數控車(chē)床X向的運行控制中，X向步進(jìn)電機與橫向滾珠絲杠直接連接，當給定t＝5 mm的運行長(cháng)度時(shí)，滾珠絲杠轉動(dòng)1轉，X向步進(jìn)電機也轉動(dòng)1轉。當給定Y向運行長(cháng)度Ly＝5×40＝200mm時(shí)，可以控制Y向步進(jìn)電機轉動(dòng)40轉，即控制車(chē)床主軸轉動(dòng)1轉，以實(shí)現對工件的旋轉控制。另外，從《機修手冊》查得，C616A車(chē)床主軸傳動(dòng)鏈中，可調整離合器彈簧的松緊以得到不同的極限壓力傳遞切削動(dòng)力。

　　經(jīng)上述改造后的C616A車(chē)床，具有三坐標聯(lián)動(dòng)和任意2套二坐標聯(lián)動(dòng)的功能。

　　2 控制系統的改造

　　控制系統的核心采用美國TI公司的電機控制專(zhuān)用DSP微處理器芯片TMS320F240。它具有高性能的DSP內核和豐富的微控制器外設功能，已成為MCS-51等傳統的微控制系統和昂貴的多片設計的一種廉價(jià)的替代產(chǎn)品。與其他方案相比，它不但具有高速信號處理和數字控制功能，而且為步進(jìn)電機和其他電機控制應用提供了單片解決方案所必需的外圍設備。

　　2.1 DSP TMS320F控制系統的實(shí)現

　　DSP TMS320F240主要由CPU（20MIPS的高速運算能力）、544×16的片內RAM、16K×16FLASHEEPROM、事件管理器、片內外圍接口模塊（EMIF）等幾部分組成。具有電機控制的獨特資源有：通用定時(shí)器、12路PWM脈寬調制輸出，2路10位8通道A/D轉換器、SPI和SCI:同步串行外設接口、看門(mén)狗（WATCHDOG）與實(shí)時(shí)中斷定時(shí)器(RTI)。由于數控系統高速度和高精度的要求，選用12bits串行D/A轉換器TLV5616,該器件帶有靈活的4線(xiàn)串行接口，可以無(wú)縫連接F240串行口，采用12bits并行A/D轉換器，采集受控對象的輸出并傳送給F240,F240根據控制算法實(shí)時(shí)準確地修正控制輸入。由于TMS320F240 的內部存儲器不能滿(mǎn)足需要，必須進(jìn)行擴展，將程序存儲器擴展為64K×16的SRAM存放零件加工程序,數據存儲器擴展為64K×16的FLASH ROM存放系統程序。 　　用DSP TMS320F240實(shí)現的C616A車(chē)床控制系統結構框圖如圖2所示，整個(gè)車(chē)床的DSP硬件路結構原理圖如圖3所示