[b]引言 [/b] 并聯(lián)機(jī)床（ P a r a l l e l Ma c h i n e T o o 1 ）又稱虛擬軸機(jī)床 （ Vi r t u a l Ax i s Ma c h i n e To o 1 ） 或并 聯(lián)運 動學(xué) 機(jī)器，是基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的新型數(shù)控加工設(shè)備，實質(zhì)上是機(jī)器人技術(shù)、機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等相結(jié)合的物，它同時兼顧 了機(jī)床和機(jī)器人的諸多特性 ， 既可以看作是機(jī)器人化 的機(jī)床， 又可以看作是機(jī)床化的機(jī)器人 。它能夠提供機(jī)器人 的靈活與柔性，又具有機(jī)床 的剛度和精度，是集多種功能于一體的新型機(jī)電設(shè)備。 [b]并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu) [/b] 并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖見圖 1 ，它由伺服（ 步進(jìn)） 電機(jī) 1 、固定平 臺 2 、支架 3 、伸縮桿 4 、動平臺 5 、銑削頭 6 、工作臺 7等組成。安裝在固定平臺和動平臺之間的伸縮桿由伺服電機(jī)（ 或步進(jìn)電機(jī)） 驅(qū)動，帶動伸縮桿內(nèi)的滾珠絲杠和螺母運動 ， 使伸縮桿的長度發(fā)生變化。由于各伸縮桿（ 一般為 6 桿或3桿） 的長度發(fā)生變化， 使得動平臺的位姿發(fā)生變化 ，多個伸縮桿共 同運動 ，驅(qū)動動平臺實現(xiàn)上升、下降、翻轉(zhuǎn)等運動，帶動銑削頭實現(xiàn)工作所需的各種運動 。各伸縮桿采用相互獨立的伺服驅(qū)動裝置驅(qū)動 。 [b]開放式的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) [/b] 對于并聯(lián)運動機(jī)床來說 ，其最大特點就是機(jī)械結(jié)構(gòu)非常簡單 ，而控制卻異常復(fù)雜。并聯(lián)運動機(jī)床的控制系統(tǒng)必須采用開放式結(jié)構(gòu)。目前 ，國內(nèi)外的開放式數(shù)控系統(tǒng)主要有如下 3種結(jié)構(gòu)形式 。 　　1 專 用 CNC十P C 型即在傳統(tǒng)的非開放式的專用數(shù)控 系統(tǒng)中嵌入機(jī)，使得整個系統(tǒng)可以共享一些計算機(jī)軟硬件資源 。 　　部分完成系統(tǒng)管理等非實時控制任務(wù) ，實現(xiàn)輔助編程、分析、監(jiān)控和編排工藝等功能； C NC部分負(fù)責(zé)完成插補計算 、伺服控制以及 I ／ O控制等一些實時控制任務(wù)。這種結(jié)構(gòu)形式的數(shù)控系統(tǒng)其開放性只在機(jī)部分，其專業(yè)的數(shù)控部分仍處于封閉狀態(tài)，不能實現(xiàn) NC內(nèi)核的開放 ，此類結(jié)構(gòu)形式一般為主流數(shù)控系統(tǒng)廠商所采用。 　　2 P C+運動控制卡這種基于開放式運動控制卡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是以通用微機(jī)為平臺，以標(biāo)準(zhǔn)插件形式的開放式運動控制卡為控制核心。 通用 PC機(jī)實現(xiàn)數(shù)控程序編輯 、 人機(jī)界面管理、外部通信等功能，運動控制卡負(fù)責(zé)機(jī)床的運動控制和邏輯控制。 它支持用戶的二次開發(fā)和自主擴(kuò)展， 既具有 P C機(jī)的開放性 ， 又具有專用數(shù)控模塊的開放性 ，可以說它具有上、下兩級的開放性。 　　3 純 P C型即全軟 件形式 的 P C機(jī)數(shù)控 系統(tǒng) ，該 系統(tǒng) 是指的全部功能均 由 P C機(jī)進(jìn)行處理 ， 并通過裝在擴(kuò)展槽中的伺服接口卡對伺服驅(qū)動等進(jìn)行控制。其軟件的通用性好 ，編程處理靈活 ，但存在著操作系統(tǒng)的實時性、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性以及系統(tǒng)穩(wěn)定性等問題。目前這類系統(tǒng)正處于探索階段，還尚未形成產(chǎn)品，但它代表了數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。 　　如果著眼于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控并聯(lián)機(jī)床控制系統(tǒng)的設(shè)計， 選擇P C+運動控制卡的開放式數(shù)控系統(tǒng)是當(dāng)前最為理想的。以P C機(jī)和運動控制卡為控制系統(tǒng)核心， 直接將系統(tǒng)平臺構(gòu)筑于 P C機(jī)的軟硬件基礎(chǔ)之上 ，驅(qū)動元件為步進(jìn)電機(jī) ，系統(tǒng)在 Wi n d o ws環(huán)境下用 VC + + 語言實現(xiàn) ，軟件的設(shè)計采用面向?qū)ο蟮姆椒ā? 　　基于 P CI總線的并聯(lián)機(jī)床運動控制卡設(shè)計并聯(lián)機(jī)床運動控制卡通過控制機(jī)床各個驅(qū)動桿實現(xiàn)主軸的運動，控制軸數(shù)較多，同時還要得到所要求的刀具運動軌跡。要實現(xiàn)刀具的高速、高精度軌跡控制 ， 運動控制卡和 P C機(jī)存在著大量的數(shù)據(jù)交互， 傳統(tǒng)的方式是采用 I S A總線進(jìn)行，由于 I S A總線帶寬限制 ， 數(shù)據(jù)傳輸速度慢 ， 使 P C機(jī)在數(shù)據(jù)傳輸方面花費的時間較多，從而在其它方面的處理時間相對縮小 。本系統(tǒng)實現(xiàn)運動控制卡與P C機(jī)通信，能夠達(dá)到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率 ， 使 P C機(jī)的處理能力大大增強(qiáng) ， 從而保證 了數(shù) 控 系統(tǒng) 的實 時性，并 且使 開發(fā) 相應(yīng) 的基 于平 臺的數(shù)控軟件更容易， 和配套的其它軟件的接 口更方便。 　　控制系統(tǒng)硬件組成圖見圖 2 。該系統(tǒng)采用的是公 司的 3 2位定點 DS P芯片 T MS 3 2 0 VC3 3 。 D S P芯片負(fù)責(zé)接受 P C I 局部總線的命令和參數(shù)，然后通過運動控制算法完成對步進(jìn)電機(jī)的精確運動控制，同時芯片還負(fù)責(zé)將反饋信息傳輸給 P C I 局部總線，并且控制系統(tǒng)外圍 i ／ o模塊。D S P與 P C機(jī)的通信通過橋接芯片 C Y7 C 0 9 4 4 9 P V實現(xiàn)_ 1 J 。 　　1 C Y7 C0 9 4 4 9 P V 與 P C機(jī)的連接總線是目前應(yīng)用最廣泛、最流行的一種高速同步總線 ， 具有 6 4位總線寬度 ， 工作頻率 3 3 MHz ， 最大傳輸速率可以達(dá)到 1 3 2 Mb ／ s 。它可將外設(shè)直接掛到主機(jī)C P U局部總線上并以C P U速度運行，可以大大提 高外設(shè)的運行速度。D S P與 P C機(jī) 的通信通過連接。 C Y7 C0 9 4 4 9 P V是 Cy p r e s s 公司提供的符合 P C I 2 —2總線規(guī)范的功能完善、價格低廉的雙端口RAM 接 口芯片。其中，一個端 口是 P C I 接口， 適合與P C機(jī)通信； 另一端口為本地接口。 它提供主／ 目標(biāo)接口， 可以同任何通用微處理器連接， 片　　內(nèi)有 1 2 8雙端 口存儲 器用于局部處理器與 P C I 總線數(shù)據(jù)共享。C Y7 C 0 9 4 4 9 P V與 P C I 總線的連接見圖3 。 　　2 P CI 總線開發(fā) 方案的實現(xiàn)專用芯片 C Y7 C 0 9 4 4 9 P V采用 3 . 3 V單 電源供電，兼容 3 V和 5 V的P C I 信號環(huán)境。電源可由P C I 槽引出，P C I 槽可以提供 3 . 3 V、5 V、電壓 ， 在 P C I 槽需特別注意兩個引腳 P RS NT1 和，這兩個引腳接地和懸空的 4種組合直接決定 P C I 卡的功率。 C Y7 C 0 9 4 4 9 P V在使用時， 某些引腳要加阻值為l k f I ～1 0 k f l的下拉或上拉電阻。 根據(jù)具體情況， 在該設(shè)計中， S C I 、 S DA、 AI E、／ B E[ 2 ] 、 R DY 一　　引腳加上拉電阻， TES T— MODE引腳加下拉電阻。 　　是 T I 公 司 新 推 出 的系列 新一 代浮 點 DS P ，它 是在 原來浮點 D S P的基礎(chǔ)上開發(fā)的一個價格更低的版本 ，該產(chǎn)品以高速、低功耗 、低成本、易于開發(fā) 為顯著 的特點 ] 。由于它采用 了內(nèi)部 1 . 8 V、外部. 3 V供電 ，因而功耗比原有型號降低 了大約一個數(shù)　　量級， 而且能支持高達(dá) 1 5 O ×1 0 次／ s的運行速度，是需浮點運算的便攜式產(chǎn)品中的一種理想的 DS P器件 。 　　作為控制系統(tǒng)的核心， TMS 3 2 O VC3 3主要完成實時中斷的伺服控制程序 ，包括對各種底層硬件的操作。它采用 3 2 位局部總線接 口方式， 時鐘信號可以是單獨提供的時鐘源，也可以是 C Y7 C O 9 4 4 9 P V提供的 P C I 時鐘信號 P C I KO UT[ 2 O ] 中任意的一個。 　　結(jié)束語并聯(lián)機(jī)床需要控制的軸數(shù)比較多，而且牽涉到并聯(lián)機(jī)構(gòu)的正逆解運算 ，運算量比較大，采用基于總線的運動控制卡，整個數(shù)控系統(tǒng)的任務(wù)就由 P C機(jī)和運動控制卡來共同承擔(dān) ，在開放式數(shù)控系統(tǒng)中能夠發(fā)揮出理想的運動控制性能。隨著數(shù)控系統(tǒng)的普及和產(chǎn)品檔次的提高，這種運動控制卡將會有廣泛的應(yīng)用前景 。 參考文獻(xiàn) ： 　　施群， 王小椿。 并聯(lián)機(jī)床位置控制卡局部總線接 口設(shè)計. 工業(yè)儀表 與 自動化裝置 ， 2 0 0 4 （ 3 ） ： 3 6 — 3 9 .曹廣忠 ， 邱建。 高性能浮點 DS P芯片 TMS3 2 0 VC3 3 [ - J ] .國外電子元器件， 2 0 0 1 （ 1 O ） ： 1 4 — 1 7 . 編輯:何世平