PAGEPAGE4MACH_CNC接口板說明MACH2/3軟件是美國ArtSoft公司開發的基于普通PC機的CNC機床控制軟件，其豐富的控制功能正得到世界各地CNC愛好者的認可。Mach3是為機床設計的柔性軟件，它可以控制銑床、車床以及其他機床，機床和運行Mach3的電腦之間大部分連接都是通過電腦的并口實現的，簡單的機床一個并口就可以滿足要求，復雜的機床需要更多的IO口。Mach3的輸入和輸出信號都是二進制數字（也就是0和1），輸入信號是通過并口加在輸入上的電壓，輸出信號是輸出腳針上的電壓，電壓大小的測量是以電腦的0伏線為基準（0伏線連接在連接器的18-25號腳針上）。并口的18-25號腳針是與電源旁邊的0伏相連的，電腦的所有輸入輸出信號都與這個有關的，如果您在上面連接了許多長導線，而電腦又是在給電機輸入較大電流的導線旁邊工作時，連接在并口上面的導線中將有電流流入并產生電壓，這個電壓將干擾電腦信號的輸入輸出并可能導致錯誤，甚至可能導致電腦無法工作。通過并口連接在Mach3上的軸和主軸驅動器一般都在30-240伏的電壓下工作，它們能夠產生幾個安培的電流，正確的連接不會對電腦產生損害，但是如果出現短路電腦主板將燒壞，甚至光盤驅動器和硬件驅動器都會被燒壞。本接口板卡針對MACH并口NC軟件設計開發，主要為提高信號傳輸的抗干擾性，保證電腦及軟件的運行，提供輸入輸出接口，豐富IO端口功能。一、主要特點提供十二路OC（集電集開路方式）輸出，輸出端口可直接驅動固態繼電器。十二路光電隔離共地信號輸入。3、全部輸入輸出信號指示。4、單電壓13-24VDC（其它電壓需定制）。5、電腦并口所有輸出信號經施密特觸發器整形，提高數字信號傳輸的抗干擾。6、使用MACH2/3并口控制軟件使用，普通PC作為工業控制應用成為可能。7、針對計算機并口IO數的不足，增加三軸6位獨立的限位開關輸入IO口。8、可與所有脈沖與方向信號的步進、伺服驅動配套使用，控制車床、銑床作數控運行。9、輸入端可外接機械開關、槽型光耦、接近開關、對刀器等。10、接口板P1-P17口信號與電腦并口信號1-17針一一對應，并口18-25針為電源地。11、通過并口P1、P16控制兩路電磁繼電器輸出，可控制機床冷卻泵，潤滑油泵。12、針對MACH中P17口的PUMP電荷泵可控制一路固態繼電器輸出，提高機床運行的安全性。13、通過P14口，提供精密的0-10V模擬電壓主軸速度控制信號，可以穩定控制變頻主軸的轉速。14、外形尺寸170mm*115mm，定位孔119mm*101mm。二、接口定義計算機的打印口是數字量輸入輸出信號，它的高電平通常為5VDC，低電平通常是0VDC。一般情況下計算機并口的IO可以直接與外設的IO相連接，但在應用于工業場合，控制設備與計算機的IO信號有時不能直接相連，兩者之間存在電位差，這種電位差有時會損壞計算機設備，動力設備供電線路的電磁干擾、鋼體摩擦產生的靜電干擾及不良接地造成的共阻干擾，其干擾方式可以歸納為電、磁及共阻抗耦合等形式。這些設備往往由于缺少相應的抗干擾措施而導致數據不準，采集的數據雜亂無章甚至影響計算機的正常工作。其主要原因有：在現場設備安裝布線時沒有相應的抗干攏措施，布線不合理，線路連接不正確等，光電隔離并口CNC接口板就是針對這種情況開發的計算機并口光電隔離保護設備。為了準確獲取現場數據，采取必要的現場防干擾措施是非常必要的，CNC接口板采用光耦器件隔離計算機并口與外設，適合直接用計算機控制外設作為工業應用，是解決現場開關量信號輸入及數字控制信號輸出的抗干擾功能的接口界面板卡。采取正確的隔離措施可以增強設備的抗干擾。盡管外部信號電纜的正確鋪設及接地可以在很大程度上減弱外部干擾的影響，但干擾不會就此得以根治，在信號進入計算機采集系統時加入一定的隔離是非常有效的，它不僅可以隔離掉外部的干擾信號，同時還可以對主機形成一定的保護，使主機不會由于外部強干擾而造成損壞，目前采用最多的則是光電隔離法，如圖所示：a、電壓式接近接收感應式傳感器電源正和電源地向傳感器提供電源，當傳感器遠離物體時，信號輸出端與電源地相連，當傳感器接近物體時，信號輸出端與電源相連，這樣當物體接近或遠離傳感器時，就在信號輸出線上與電源地之間得到變化的信號輸出。b、電流式接近傳感器電流式接近傳感器與電壓式傳感器的接線方法相似，這類傳感器分為0-16mA輸出和4-20mA輸出兩種，都可以接一個250歐姆的電阻轉為TTL電平信號。c、開關式接近傳感器這類傳感器一般是四根線，其中的兩根線是電源下與電源地，另外的兩根線是開關的線，當物體遠離傳感器時，兩線之間開路，當物體接近傳感器時，兩線閉合。電源端口沒有標出的兩位是隔離電源端，這里沒有使用。GNDVIN12V5V電源口VIN輸入13-24V直流電壓，電流2A以上，可用12V的開關電源。這時12V5V為穩壓輸出，也可不用VIN，直接在12V的端口輸入12V的電源。繼電器端口A＇COMAB＇COMBCOM為繼電器公共端，AA’BB’為繼電器的常開和常閉接點，為并口的P1（A繼電器）P16（B繼電器）控制。主軸控制端口1、GNDSPEN主軸允許信號，低電平有效并口的P14控制2、GND0-10V主軸模擬量控制并口的P14控制MACH通過P14口來控制主軸模擬量輸出端口的電壓在0-10V之間變化，外部微調電位器是輸出端的電壓進行細微補償調節。ACM接GND，AV1接0-10V。在變頻器的轉速控制要設置成外接模擬電壓控制方式。(請參考變頻器的設置說明)3、5VPump看門狗并口的P17控制電荷泵-脈沖監控器MACH是通過計算機打印口來控制機器運行的，MACH啟動前計算機打印口的IO狀態是不定的，這時機器也可能被運行，發生意外情況。所以在MACH軟件中設置了電荷泵-脈沖監控器這個功能。不管Mach3是否正常工作，Mach3在接口上能夠輸出頻率在12.5千赫茲左右的脈沖群，如果Mach3沒有正常安裝或者處于緊急停止狀態或脈沖群的產生失敗接口上將沒有信號。泵的輸出能夠表明Mach3是否正常運行，您可以把這個信號通過電器控制軸和主軸驅動器。三、接線說明四、軟件設置MACH3詳細安裝與設置請參考MACH3的文檔說明本設置說明是以MACH3REV1.84試用版為例設置。其它版可能略有不同，請參考具體的版本說明。當您開始安裝程序時最好不要連接機床，如果您已經連接了機床，看清楚機床電纜插入的電腦接口，關閉電腦、機床和驅動器并后從電腦后部拔去25針接頭，并重新啟動電腦.您運行下載文件時，Windows將為您提安裝向導，如提示您接受許可證條件以及為Mach3選擇目標文件夾。在安裝完成（SetupFinished）對話框出現時您應該選擇初始系統（InitialiseSystem），然后點擊完成（Finish），系統將提示您重新啟動電腦運行重啟動是必不可少的，如果沒有重新啟動您將遇到麻煩，這樣的麻煩只有通過Windows控制面板手動卸載驅動程序才能解決，所以請您重新啟動電腦。（中文說明3-1）安裝測試（中文說明3.1.5）安裝完成后您需要對系統進行測試，在安裝目錄下有DriverTes程序MACH_CNC板配制Mach3設置機床的運行單位點擊配置（Config）下拉菜單中的單位設置（SetupUnits）定義單位如果您把單位定義為驅動機構的單位，運算過程就會變得稍微簡單，因此如果您的螺桿是公制的，您應該把單位定義為毫米。如是英制的就應該把單位定義為英寸。2、定義接口地址如果您只需要使用一個并口并且是電腦主板的并口，接口地址是默認地址即0x378圖5.1–接口和軸選項標簽（也就是十六進制378）。3、定義驅動頻率Mach3驅動程序可以在25000Hz、35000HZ、45000Hz的頻率下工作，Mach3的運行頻率與電腦處理器的速度和處理器加載的進程有關。頻率決定于軸以最高速度轉動時需要的最大脈沖頻率，如果你的機床使用步進電機驅動，把頻率設置在25000Hz左右比較合適。標準的1.8°步進電機速度8細分最高可以達到935轉每分鐘。Mach3示范版本只能在25000Hz的頻率下運行，另外當Mach3被強行關閉后再次運行時頻率又會回到25000Hz，Mach3運行時的實際頻率可以在標準的診斷窗口中顯示。4、停止控制Estop設置每臺機床都必須有一個或幾個緊急停止按鈕（Estop），一般的緊急停止按鈕上都有一個比較大的紅色蘑菇頭，它們必須安裝在合適的位置上，以便在您操作機床的時候從任何位置都可以輕易按到。每個緊急停止按鈕（Estop）都必須能夠快速安全的停止機床的一切運動，按下緊急停止按鈕后（Estop）主軸停止轉動刀具也停止移動，這個控制過程不能有軟件延時，因此采用繼電器和電流接觸器。按下緊急停止按鈕（Estop）電路將產生一個特殊的強制信號并傳送給Mach3，通過緊急停止按鈕（Estop）來切斷交流電效果不是很好，因為儲存在直流濾波電容器能量能夠讓電機轉動較長的時間。緊急停止之后您必須按緊急復位（Reset）機器才能重新運行，但是如果緊急停止按鈕已經鎖定，您就必須先旋轉緊急停止按鈕解鎖。緊急停止之后一般都不能再對原來的工件進行加工，但是可以保證人和機床的安全。設置好這些后點擊Reset按鈕，閃動的LED會變綠。在接口板的P10口與GND之間接一個常開的開關，按動開關，在DiagnosticsALT-7屏上可以顯示紅色LED的指示。定義輸入輸出信號可在完成了基本的配置之后，您定義將使用的輸入輸出信號，以及信號的輸入輸出分別將使用哪個接口和那些腳針。也可以將已經定義好接口和腳針的XML格式文件放入MACH的安裝目錄下。5、運動軸輸出信號點擊電機輸出（MotorOutputs）標簽，將顯示如圖所示的界面。定義X、Y、Z軸驅動器的連接接口和腳針并選擇激活項激活，在這里定義了三個運動軸，X軸脈沖信號P2，X軸方向信號P3、Y軸脈沖信號P4，Y軸方向信號P5、Z軸脈沖信號P6、Z軸方向信號P7，主軸的控制輸出P14，設置完成后您必須點擊應用保存數據。6、主軸控制Mach3能夠通過三種不同的方式控制主軸，當然您也可以通過手動控制主軸。1.用繼電器或電流接觸器控制電機的啟動（順時針或逆時針）和停止。2.通過分步或直接脈沖控制電機（電機為伺服電機）。3.通過脈沖寬度調制信號控制電機在MACH_CNC板控制主軸的控制方式主要是以第2種，以頻率脈沖方式控制0-10V模擬電壓來控制主軸轉速。在這里定義了5個輸出，P8口Output#1、P9口Output#2、P16口Output#3、P1口Output#4、P17口ChargePump。例與臺達VFD-M變頻器的連接，0-10V端子接到變頻器的AVI端子上，GND與GND連接。P00參數值設置為01在MACH3軟件中主軸設置在這里將禁止主軸繼電器、禁止切銷液和潤滑霧控制前的鉤去掉，馬達控制選項主軸馬達輸出與Step/Dir選項鉤到，Output#1、Output#2作主軸的正反控制，Output#3潤滑控制、Output#4切銷冷卻液控制。在這里可以輸入M指令，在MACH_CNC板的相應端口的LED會有指示。主軸控制-M3、M4、M5M3可以控制主軸以程序指定的速度順時針轉動。M4可以控制主軸以程序指定的速度逆時針轉動。M5可以控制主軸停止轉動。冷卻和潤滑控制-M7、M8、M9M7可以控制開啟潤滑液繼電器。M8可以控制開啟冷卻繼電器。M9可以控制關閉繼電器。.在這里可以輸入S命令，改變主軸的轉速在這里可以+-手動改變主軸的轉速，按F5啟動主軸（LED指示燈變成黃色），在MACH_CNC接口板的0-10V端口位會有相應的主軸控制電壓變化。7、限位開關設置MACH_CNC接口板有三軸6個限位開關輸入接口，可以安裝機械開關、按近開關等作為機床的限位開關。可以通過設置DIP開關，將限位開關信號輸入到電腦MACH軟件中，ON時限位信號允許輸入電腦。在這里設置并口輸入端的限位信號，P11X軸、P12Y軸、P13Z軸，當開關處于ON位置時，外置的限位開關信號會同時輸入電腦中，當開關OFF時，限位信號不輸入電腦，P11、P12、P13輸入端口可以設置為其它功能。8、電機運行參數設置詳細的設置說明請參考MACH3中文說明第5章節設定各軸電機參數：(a)計算刀具或工作臺移動一個單位驅動裝置所需的脈沖數量，stepsperunit(b)設定電機的最大速度，(c)設定加速率或加速率。計算單位脈沖數量軸移動每個單位Mach3所需的脈沖數量決定于機械驅動裝置（滾珠絲杠的斜度，電機和螺桿之間的齒輪）、步進電機的性能和伺服電機的編碼器以及驅動電路中的微步或電子傳動裝置。計算機械驅動裝置現在您要計算軸移動一個單位電機的轉數，如果您的傳動裝置為螺桿螺母傳動，您需要知道螺桿的螺距（也就是螺紋頂部間隙）和頭數，如果螺桿是直接通過電機驅動，那么軸移動一個單位距離螺桿的轉速也就是電機的單位轉數（motorrevsperunit），現代步進電機的解析度一般為每轉200整步。伺服電機的解析度決定于驅動軸的編碼器，編碼器的解析度一般通過刻度每轉（cyclesperrevolution）來衡量，因為輸出信號為雙正交信號，因此實際解析度是編碼器解析度的4倍。計算電機每轉Mach3需要產生的脈沖，建議您在步進電機上使用微步驅動電路，如果您使用的是整步或半步驅動，您需要一個更大的電機并且在某些速度下會出現共振的情況嚴重影響機床的工作。如果您需要配置電機的微步數設定在8，也就是說電機轉動一圈Mach3將輸出1600個脈沖控制電機。Mach3單位脈沖假設螺桿的螺距5mm，電機是1.8度的步進電機,電機轉一周是200步，驅動器的細分數設置為8微步。現在我們可以通過以下公式計算Mach3單位脈沖：Mach3單位脈沖=200*8/5mm=320步在電機調試（MotorTuning）對話框，選擇您要配置的軸并輸入Mach3單位脈沖（Mach3stepsperunit）的計算結果然后點擊保存，這個計算結果可以不是整數，因此您可以按照您所需的精度設定，請記住點擊保存軸的設置（SaveAxisSettings）。設置電機最大速度電機最大速度設置仍在配置下來菜單中的電機調試對話框中進行，滑動對話框中的滑塊速度/時間圖將發生改變，從圖上我們可以看到電機先加速，在到達最大速度并保持一定的時間后開始減速，現在您可以設定電機的最大速度，也可以通過滑塊設定電機的加速和減速速率（加速和減速的速率是一樣的）。設定的電機最大速度可能對電機、驅動裝置或機床并不安全，Mach3可能是在疲憊運行，您需要先計算一下或通過試驗來確定這個最大速度是否安全。確定加速度電機不可能立即改變機床的速度，旋轉部件的轉動（包括電機本身）需要給一個角動量才能轉動，動量轉換為力將給部件、刀具和工件一個加速度，有些力可能用來克服摩擦或驅動刀具切割。Mach3會以指定的加速度加速或加速（也就是