引言
近年来，随着现代制造业的发展，尤其是计算机集成制造系统〔computerintegratedmanufacturingsystems,cims)的发展，产品更新速度的不断加快，中小批量生产比重的加大以及数控系统应用领域的不断扩大，使得用户对cnc系统的需求呈现多元化:在通信组网方面要求cnc系统可以与cad/cam/capp等系统实现通信;在系统的灵活性、可移植性方面则要求cnc系统具有模块化和可重新配置的特点可根据不同的用户需求，迅速、高效、低成本的构建面向用户的控制系统。
而传统的cnc系统由于专用性强，功能扩展困难，软件移植性差，组网通讯能力差等等缺点，明显已跟不上发展的要求。
为了满足对数控系统更具柔性、灵活性和通用性的要求，出现了对开放式数控系统结构的研究。目前，世界上许多国家都对此投人了大量的人力、物力和财力，并取得了不小的成果，例如欧洲的。saga(open即~architectureforcontrolwithinautomation)、美国的omac(伪,enmodulararchitecturecontroller)和日本的ose(opensystemeavironmeat)i31o个人计算机(pc)，由于其硬件的标准化、高速运算能力、开放总线、网络功能以及丰富的软件资源等，使得它在改善cnc系统的用户界面、图形显示、动态仿真、数控编程、故障诊断、网络通讯等功能方面表现出了无可比拟的优势;系统设计者也可以将各种功能模块(如轴运动控制器,lo接口卡等)接人系统，将
(1)利用单片机或dsp作为数控轴的运动控制部件，采用双端口存储技术或串/并行通信与主机(pc)交换数据，实现cnc控制;
(2)利用pc高速运算能力，将硬件功能软化，用于cnc控制的硬件只是简单的接口;
(3)利用epcd,cpld等大规模器件，作为基于pc的专用数字一脉冲伺服接口卡，控制执行电机的运动。
随着家具制造业、广告招牌业、模具业的发展，尤其是模具业对表面加工要求的提高，以及传统电火花加工的不足，最近的一两年综合铣削与高速雕刻优点的cnc雕铣机在国内有了较大的发展。为了顺应市场的需求，我们设计开发了一种基于pc的高速雕铣机的数控系统。该系统的设计，在功能实现上，采用模块化的设计思想;在结构上，采用"位置控制卡+pc"的形式，也就是以上介绍的基于pc开放式数控系统的第三种形式，并设计了基于cpld的位置控制卡来实现数字一脉冲伺服接口和其他v0接口功能。
1高速cnc雕铣机数控系统组成
1.1系统结构及各部分功能
pc104是一种专门为嵌人式控制而定义的工业控制总线，其信号定义和plat基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌人式控制系统，与普通pc,isa总线控制系统相比有如下特点
(1)尺寸结构小:标准模块的机械尺寸是3.6x3.8英寸。
(2)堆栈式连接:总线以"针"和"孔"形式层叠连接.即pc104总线模块之间，总线的连接是通过上层的针和下层的孔相互咬和相连，这种层叠封装有极好的抗震性。
(3)轻松总线驱动:减少元件数量和电源消耗，4-a总线驱动即可使模块正常工作。
正是由于pc104体积小，功耗小，联接可靠，采用pc104作为主机，可以大大减小cnc控制器的体积系统更加紧凑可靠。
因此，这里选用pcio4工控机作为上位机，搭建了"位置控制卡+pc104"的开放式形式数控系统，系统的组成框图如图1所示。
图4四倍频及鉴向电路仿真波形
上面所介绍的基于pc的高速雕铣机的开放式数控系统由于采用了"位置控制卡+代，的形式，结构简单，可靠，易扩展。
在设计中，不管是系统整体设计还是像位置控制卡的cpld部分的局部设计，都注重模块化的设计理念，将各部分功能模块化，并进行相应的硬件或逻辑设计。系统各模块间基本上都是通过标准接口来实现互连通信，因此，各部分可根据实际需要选用组合，也可单独应用到其他的数控系统，使得系统的灵活性和可扩展性大大提高。如基于cpl1)的位置控制卡，以插针插槽的形式，连人pc04总线，直接与上位机进行通信，从而可移植到与pc104兼容的不同pc机上;操作面板模块则通过标准串口与上位机通信。从一定程度来说，该系统较好的实现了开放化要求。
数控机床是机械、电子，强电、弱电，硬件和软件紧密结合的自动化产物，在其运行过程中，伴随着电磁能量的转换，一方面它对周围环境产生影响，另一方面其本身受到来自所处环境各方的电磁干扰，直接影响着数控系统的可靠运行。因此，在进行系统设计时，抗干扰问题是不容忽视的。通过分析，可知干扰源主要来自三个方面:空间电磁场干扰、电网干扰和系统内部干扰，解决干扰问题要从系统的硬件和软件两个方面考虑。软件的方法有软件滤波，软件看门狗，软件冗余，故障自检等措施。
硬件方面针对干扰源，采取了不同的措施，如:
(1)对于编码器脉冲输人信号，采用差分输人，并通过高速光藕进行隔离，再经整形电路整形;
(2)对于开关量输人，可先用光辆隔离，抑制共模干扰，并用电容来抑制常模干扰。
(3)合理设计印刷电路板。
4结束语
数控系统的开放化是顺应现代制造业发展要求，满足数控系统制造商、机床生产商及用户对数控系统灵活性，可重组可扩展性等要求的必然趋势，因此，要在综合考虑机床应用要求，控制轴数、开发周期等等各方面因素的情况下，充分考虑开放性，以模块化为指导思想，合理设计整个数控系统。