The CNC system with stepper motor drives

• Autorzy: Karwowski K. , Paprocki M.

Warianty tytułu

PL

Układ sterowania CNC z napędami skokowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper the conception of CNC system with stepper motor drives is presented. The system consists of a PC computer and a stand-alone CNC controller based on FPGA (Field Programmable Gate Array). In order to eliminate geometric discontinuities of motion trajectory in "G" and "M" codes, special conversion to NURBS (Non Uniform Rational B-Spline) curves on the PC is realized. Additionally, optimization of the motion trajectory feedrate is achieved by using the Look-Ahead algorithm. In the standalone CNC controller the software processor and CLK pulses generator are implemented. CLK pulses with high resolution and varying time period are sent to each of drives independently. An appropriate test to verify the correctness of CNC system was realized.

PL

Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy proponowanego układu sterowania CNC. Układ może być użyty do sterowania napędami skokowymi jak i serwonapędami. Złożony jest z komputera PC oraz autonomicznego sterownika CNC (rys. 2). Na komputerze PC wykonywane są obliczenia związane z realizacją funkcji interpretera kodu numerycznego, konwertera opisu trajektorii ruchu z kodów "G" i "M" na opis z wykorzystaniem krzywych NURBS (ang. Non Uniform Rational B-Spline) oraz profilowania prędkości parametrycznej z wykorzystaniem algorytmu Look-Ahead. Autonomiczny układ sterownika CNC realizuje zadania związane z generacją sygnałów sterujących CLK z dużą rozdzielczością dla poszczególnych napędów skokowych osi mechanicznych. Opis trajektorii ruchu w kodach G1, charakteryzuje się występowaniem nieciągłości geometrycznych. Proponowanym opisem trajektorii ruchu jest opis z wykorzystaniem krzywych NURBS. Opis za pomocą krzywych NURBS umożliwia minimalizację występowania nieciągłości geometrycznych. Na rysunku 3 przedstawiono przykład trajektorii ruchu, opisanej z wykorzystaniem krzywych NURBS. W celu optymalnego dostosowania prędkości realizacji trajektorii ruchu zastosowano profilowanie prędkości po krzywej "S" z jednoczesną analizą zadanej trajektorii ruchu w przód - algorytm Look-Ahead. Na rysunku 4 przedstawiono budowę autonomicznego sterownika CNC. Sterownik zbudowany jest na układzie FPGA (ang. Field Programmable Gate Array). W układzie FPGA zaimplementowano procesor MicroBlaze oraz układ generacji sygnałów sterujących CLK dla napędów skokowych. Generator impulsów z dużą rozdzielczością oblicza okresy impulsów CLK dla każdej z osi i niezależnie wysyła je do napędów skokowych. Badania układu CNC miały na celu sprawdzenie poprawności działania aplikacji uruchomionej na komputerze PC (algorytmu Look- Ahead i konwersji z kodów "G" i "M" na opis z wykorzystaniem NURBS) oraz komunikacji poprzez port USB. W autonomicznym sterowniku CNC przeprowadzono badania związane z poprawnością przetwarzania otrzymywanych danych z komputera PC poprze port USB. Przykłady trajektorii ruchu w postaci okręgu i linii łamanej opisanej w kodzie G1 przedstawiono na rysunku. 5. Na rysunku 6 przedstawiono oscylogramy impulsów CLK wysyłanych do napędów skokowych.

Słowa kluczowe

EN

stepper motor drives; CNC controller

PL

napęd skokowy; sterownik CNC

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2009
• Tom: Z. 240
• Strony: 75--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Karwowski K.

autor

Paprocki M.

• Nicolaus Copernicus University, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Grudziądzka 5/7, 87-100 Toruń,

Bibliografia

• 1. Chenga M.-Y., Tsaib M.-C., Kuo J.-C.: Real-time NURBS command generators for CNC servo controllers, International Journal of Machine Tools &Manufacture,2002,Vol. 42, nr 7, May
• 2. Erkorkmaz K., Yeung C. H., Altintas Y.: Virtual CNC system. Part II. High speed contouring application, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2006, Vol. 46, nr 10
• 3. Farouki R. T., Manjunathaiah J., Yuan G. F.: G codes for the specification of Pythagoreanhodograph tool paths and associated feedrate functions on open-architecture CNC machines, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 1999, Vol. 39, nr 1, January
• 4. Helleno A. L., Schützer K.: Investigation of tool path interpolation on the manufacturing of die and molds with HSC technology, Journal of Materials Processing Technology, 2006, Vol. 179, nr 1-3, October
• 5. Lee E.C., Nian C.Y., Tarng Y.S.: Design of a dynamic vibration absorber against vibrations in turning operations, Journal of Materials Processing Technology, 2001, Vol. 108, nr 3 17 January
• 6. Li W., Liu Y., Yamazaki K., Fujisima M., Mori M.: The design of a NURBS pre-interpolator for five-axis machining, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2008, Vol. 36, nr 9-10, April
• 7. Lin K.-Y., Ueng W.-D., Lai J.-Y.: CNC codes conversion from linear and circular patos to NURBS curves, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2007,
• 8. Lin M.-T., Tsai M.-S., Yau H.-T.: Development of a dynamics-based NURBS interpolator with real-time look-ahead algorithm, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2007, Vol. 47, nr 15
• 9. Pateloup V., Duc E., Ray P.: Corner optimization for pocket machining, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2004, Vol. 44, nr 12-13, October
• 10. Piegl L., Tiller W.: The NURBS Book, Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1997
• 11. Yau H.-T., Lin M.-T., Tsai M.-S.: Real-time NURBS interpolation using FPGA for high speed motion control, Computer-Aided Design, 2006, Vol. 38, nr 10, October
• 12. Yeh S. S., Hsu P. L.: Adaptive-feedrate interpolation for parametric curves with a confined chord error, Computer-aided design, 2002, Vol. 34, nr 3
• 13. Zhiming X., Jincheng C., Zhengjin F.: Performance Evaluation of a Real-Time Interpolation Algorithm for NURBS Curves, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2002, Vol. 20, nr 4