普通機床如何改造成數(shù)控機床畢業(yè)論文

1、<p>　　題目 ：普通機床數(shù)控化改裝</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　針對大多數(shù)企業(yè)，具有數(shù)量眾多和較長使用壽命的普通機床，其加工精度較低、不能批量生產(chǎn)，自動化程度不高，自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性，又不能馬上被淘汰，購買新的數(shù)控機床是提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的重要途徑，但是成本高，許多企業(yè)在短時間內(nèi)無法實現(xiàn)，這嚴(yán)重阻礙

2、企業(yè)設(shè)備更新的步伐。企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、求得發(fā)展，就必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本，制造出合乎市場需要的、性能合適的產(chǎn)品。為此改造現(xiàn)有舊機床、配備與之相適應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，把普通機床改裝成數(shù)控機床，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的捷徑，是當(dāng)前許多企業(yè)對現(xiàn)有設(shè)備更新?lián)Q代的首選辦法，也是提高機床數(shù)控化率的一條有效途徑。</p><p>　　改造后的車床屬于開環(huán)控制。由于開環(huán)系統(tǒng)自身固有

3、的缺陷不容易保證加工精度。因此，合理選擇伺服系統(tǒng)是課題的一個中心環(huán)節(jié)。步進電機工作原理特性和實際應(yīng)用正好符合我們的這一需求，所以，改造系統(tǒng)選擇步進電機作為雙向進給驅(qū)動電動機。步進電機是一種通過電脈沖信號控制相繞組電流實現(xiàn)定角轉(zhuǎn)動的機電元件，與其他類型電機相比具有易于開環(huán)精確控制、無積累誤差等優(yōu)點，在眾多領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。為了得到性能優(yōu)良的控制結(jié)果，出現(xiàn)了很多步進電機控制系統(tǒng)，其中采用單片機作為控制核心的控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。很

4、多這種控制系統(tǒng)在步進電機的驅(qū)動上已經(jīng)做的非常好，本文采用的控制電路主要由8031單片機、晶振電路、地址鎖存器、譯碼器、EEPROM存儲器及可編程鍵盤／顯示控制器Intel一8279等組成，單片機是控制系統(tǒng)的核心。文中對整個系統(tǒng)的架構(gòu)及硬件電路和驅(qū)動軟件的實現(xiàn)都做了詳細的設(shè)計 。</p><p>　　本設(shè)計在對原有機床機械機構(gòu)、性能、功能等進行充分研究基礎(chǔ)上，主要針對中小型普通車床控制系統(tǒng)進行改造，用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)

5、弱電控制強電機，改造了系統(tǒng)的切削工藝，提高了切削精度和效率，對舊車床的數(shù)控改造有一定的指導(dǎo)作用，是一種新的嘗試，也必將有更加廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)控化、自動控制、步進電機、自動刀架。</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Most enterprises still have lar

6、ge amounts general—purpose machine tools which have longevity of service，low precision, can’t adapt to mass production，low automatization and adaptability, but call not be washed out because of its low cost and continuit

7、y of enterprise’S production. Purchase of new CNC machine tools is to improve product quality and efficiency of an important way, but the costs are high, many companies can not be achieved in a short time, which seriousl

8、y hindered the pace of busine</p><p>　　After transformation, the lathe is open-loop control. Because the inherent open-loop system is not easy to ensure accuracy flaws. Therefore, a reasonable choice servo s

9、ystem is a central part of the subject. Characteristics of stepper motor principle and practical application of this just to meet our needs, so the reform the system chosen as the bi-directional stepper motor feed drive

10、motor. Stepper motor is controlled by electrical pulse signal phase rotation angle of winding current to achieve</p><p>　　The design of the original machine tools sector, performance and function based on th

11、e full study, the main control system for small lathes to transform, to allow manual control into the grounds of the implementation of the automatic control of the stepper motor. This paper describes the transformation o

12、f CNC machine tools, machine parts design and drive circuit design, hardware design and software design work. Because this system uses mechanical and electrical integration method, the SCM system</p><p>　　Ke

13、y words: CNC (Computerized Numerical Control）, automatic control, stepping motor, harmonic reducer</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　數(shù)控機床改造在國外已發(fā)展成一個新興的工業(yè)部門。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，使得自動化技術(shù)已遍及人們?nèi)粘Ｉ詈蛧窠?jīng)濟的

14、各個領(lǐng)域，特別是在機械加工領(lǐng)域中越來越占主導(dǎo)地位。我國是有300多萬臺機床的國家，而這些機床又是多年累積生產(chǎn)的通用機床，自動化程度不高，要想在近幾年內(nèi)大量用自動、半自動和精密設(shè)備更新現(xiàn)有機床，不論資金和我國機床制造廠的能力都是辦不到的。因此，盡快將我國現(xiàn)有一部分普通機床實現(xiàn)自動化和精密化改裝，是我國現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求解決的課題。在人們的要求日益提高的今天有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　那么，把原有

15、的手動機床改造成自動機床就成為當(dāng)前所面臨的普遍而有迫切的任務(wù)。它可以使許多以往被廢棄并不用的機床得到重新利用，不僅為國家節(jié)約了大量的財力和物力，而且達到了變廢為寶的目的。</p><p>　　作為數(shù)控技術(shù)改造的車床，它還可以作為全功能數(shù)控機床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為今后使用全功能數(shù)控機床，培養(yǎng)人才，積累維護、使用經(jīng)驗，而且也是實現(xiàn)我國傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)朝機電一體化技術(shù)方向過渡的主要內(nèi)容之一。</p>&l

16、t;p>　　本課題針對中小型普通車床的加工過程進行了研究，并翻閱了許多文獻資料，把手動的部分改造成了由步進電機控制的簡易自動機床，并隨之進行了必要的設(shè)計和研究。本課題是普通車床改造成自動車床的一個嘗試，對其控制系統(tǒng)的設(shè)計進行研究。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要---------------------------------

17、---------------------------------------------------------------------------I</p><p>　　ABSTRACT--------------------------------------------------------------------------------------------------II</p>&

18、lt;p>　　前言-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Ⅴ</p><p>　　一、概述---------------------------------------------------------------------1<

19、;/p><p>　　1.1普通車床數(shù)控改造--------------------------------------------------1</p><p>　　1.2 普通機床數(shù)控化改造經(jīng)濟性評價--------------------------------------------------------2</p><p>　　1.3數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的選擇---

20、---------------------------------------------------------------6</p><p>　　二、車床改造方案的確定------------------------------------------------------7</p><p>　　2.1 普通車床的構(gòu)成--------------------------------

21、--------------------------------------------8</p><p>　　2.2 步進電機的控制選擇、安裝、與控制-----------------------------------------------9</p><p>　　2.3 普通車床傳動系統(tǒng)的改造---------------------------------------------

22、------------------------10</p><p>　　2.4 車床改造機械部分具體零件的設(shè)計 11</p><p>　　2.5 驅(qū)動電路的確定----------------------------------------------------------------------------3</

23、p><p>　　2.6 I/O接口的確定-----------------------------------------------------------------------------13</p><p>　　三、改造車床主軸及控制系統(tǒng)--------------------------------------------------15</p><p>　　

24、3.1改造主軸電機-------------------------------------------------------------------------------15</p><p>　　3.2改進刀架--------------------------------------------------------------------------------------15</p>

25、<p>　　四 步進電機驅(qū)動電路的設(shè)計----------------------------------------------------------------------------17</p><p>　　4.1 功率放大器的設(shè)計-------------------------------------------------------------------------18</p&g

26、t;<p>　　4.2 環(huán)形分配器的設(shè)計-------------------------------------------------------------------------21</p><p>　　五 步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計-----------------------------------------------------------------------------25<

27、;/p><p>　　5.1 步進電機的控制方案--------------------------------------------------------------------25</p><p>　　5.2 步進電機的恒速控制--------------------------------------------------------------------------26<

28、;/p><p>　　5.3 步進電機的變速控制-------------------------------------------------------------------28</p><p>　　七 結(jié)束語----------------------------------------------------------------------------------------

29、-----------32</p><p>　　八 致謝------------------------------------------------------------------------------------------------------33</p><p>　　參考文獻------------------------------------------------

30、------------------------------------------------------34</p><p><b>　　一、概述</b></p><p>　　1.1 普通車床數(shù)控改造</p><p>　　數(shù)控車床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中不可缺少的加工設(shè)備，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，能解決機械制造中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、批量小、

31、零件多變的加工問題，且產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。</p><p>　　企業(yè)要在激烈的市場競爭中獲得生存、求得發(fā)展，就必須在最短的時間內(nèi)以優(yōu)異的質(zhì)量、低廉的成本，制造出合乎市場需要的、性能合適的產(chǎn)品，而產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，制造周期的快慢，生產(chǎn)成本的高低，又往往受工廠現(xiàn)有加工設(shè)備的直接影響。目前，采用先進的數(shù)控機床，已成為我國制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢。</p><p>　　購買新的數(shù)控機床是提高

32、數(shù)控化率的主要途徑，但是成本太高，很多工廠在短時間內(nèi)都無法有那么多的資金，這嚴(yán)重阻礙企業(yè)的設(shè)備更新和設(shè)備改造的步伐；同時目前大多數(shù)企業(yè)還有數(shù)量眾多，而且還具有較長使用壽命的普通機床，由于普通機床加工精度相對較低、不能批量生產(chǎn)，生產(chǎn)的自動化程度不高，生產(chǎn)自適應(yīng)性差，但考慮投資成本，產(chǎn)業(yè)的連續(xù)性和轉(zhuǎn)型周期，又不能馬上淘汰。而改造現(xiàn)有舊機床、配備與之相適應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，把普通機床改裝成數(shù)控機床，是當(dāng)前許多企業(yè)對現(xiàn)有設(shè)備改造換代的首選辦法，也是提

33、高機床數(shù)控化率的一條有效途徑，不失為一條投資少、提升產(chǎn)品加工精度及質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率的捷徑，使企業(yè)提升競爭力，在我國成為世界制造業(yè)中心及制造強國的進程中，占有一席之地。對于本課題，既可以達到完成畢業(yè)設(shè)計的目的，又可以達到研制新成果，開闊科研門路的目的。</p><p>　　普通車床自動控制系統(tǒng)研制，是利用傳統(tǒng)普通車床，結(jié)合計算機、電子科技知識，變動手為自動，由粗加工變精加工，實現(xiàn)“變廢為寶”的最終目的，成品的主要

34、用處為：既可以作為成品機型加工小批量精度高的零配件，又可以作為直觀、實效的機電演示設(shè)備，結(jié)合理論教學(xué)最直接的實現(xiàn)由單一機械產(chǎn)品，經(jīng)電子化改造變?yōu)橐詸C電為動力最終實現(xiàn)精密機械加工的數(shù)控機床。</p><p>　　1.2 普通機床數(shù)控化改造經(jīng)濟性評價</p><p>　　目前新經(jīng)濟型數(shù)控車床約8．5萬/臺，以普通新車床CA6140為例，售價3．8萬／臺，使用壽命8-10年，而已使用了6-8年的

35、舊車床CA6140，估價0.5萬／臺， 通過改造還可使用4-6年。普通車床CA6140每臺數(shù)控化改造所需價格大約3萬，數(shù)控加工的生產(chǎn)率可提高20．30％。因此需要對普通車床的數(shù)控化改造進行經(jīng)濟性評價。</p><p>　　設(shè)備現(xiàn)代化改造是指應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)成就和先進經(jīng)驗，適應(yīng)生產(chǎn)的需要，改變現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)(包括更換新部件、新裝置、新附件等)，改善現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)性能，使之全部或局部達到新設(shè)備的性能。</p>

36、<p>　　設(shè)備現(xiàn)代化改造是廣義設(shè)備更新的一種方式，因此，研究現(xiàn)代化改造的經(jīng)濟性與設(shè)備更新的其他方式相比較。一般情況下，與現(xiàn)代化改造并存的可行方案有：繼續(xù)使用舊設(shè)備、舊設(shè)備大修理、原型設(shè)備更換和更換新設(shè)備。決策的任務(wù)就是要在各種可行方案中選擇設(shè)備使用總成本最小的方案。針對各種方案的設(shè)備使用總成本，進行經(jīng)濟分析[1]，選用下列公式計算：</p><p><b>　　= </b>&

37、lt;/p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——舊設(shè)備到j(luò)年的使用總成本；</p

38、><p>　　——原型新設(shè)備到j(luò)年的使用總成本：</p><p>　　——高效率新設(shè)備到j(luò)年的使用總成本：</p><p>　　——現(xiàn)代化改裝后設(shè)備到j(luò)年的使用總成本；</p><p>　　——大修理后設(shè)備到j(luò)年的使用總成本：</p><p>　　——舊設(shè)備繼續(xù)使用時的勞動生產(chǎn)率系數(shù)；</p><p&g

39、t;　　——原型新設(shè)備的勞動生產(chǎn)率系數(shù)；</p><p>　　——高效率新設(shè)備的勞動生產(chǎn)率系數(shù)；</p><p>　　——現(xiàn)代化改裝后的勞動生產(chǎn)率系數(shù)；</p><p>　　——大修理后的勞動生產(chǎn)率系數(shù)；</p><p>　　——原型新設(shè)備的價值;</p><p>　　——高效率新設(shè)備的價值；</p>&

40、lt;p>　　——舊設(shè)備現(xiàn)代化改裝的價值：</p><p>　　——設(shè)備大修理費用：</p><p>　　——舊設(shè)備在j年的使用費用；</p><p>　　——原型新設(shè)備在j年的使用費用；</p><p>　　——高效率新設(shè)備在j年的使用費用；</p><p>　　——現(xiàn)代化改裝后在j年的使用費用；</p&

41、gt;<p>　　一——大修理后在j年的使用費用：</p><p>　　——原型新設(shè)備使用j年后的殘值；</p><p>　　——高效率設(shè)備使用J年后的殘值；</p><p>　　——第j年的現(xiàn)值系數(shù)，i為貼現(xiàn)利率；j為設(shè)備使用年限，(j=l，2，3，．．n)。</p><p>　　比較各種方案的設(shè)備使用總成本，取總成本最小的方

42、案。各種方案投資成本</p><p>　　及生產(chǎn)率以及各年使用成本列于表1．1所示：</p><p>　　表1．1 各種更新方案的投資和各年使用費用 ( 萬元)</p><p>　　新設(shè)備殘值 = =O．5萬元，舊設(shè)備殘值 = =0，利率i=8％</p><p>　　將上表所列數(shù)據(jù)代入各計算公式得出各種方案逐年

43、使用成本見表1-2：</p><p>　　表1-2 各種方案逐年設(shè)備使用總成本匯總表 （萬元）</p><p>　　由以上計算結(jié)果，比較各項更新方案中使用總成本最小者為優(yōu)。如果設(shè)備只使用3年，以繼續(xù)使用原設(shè)備方案為最佳；如果使用4-6年，則對原設(shè)備進行大修理的方案為佳；如果設(shè)備使用6年以上到8年，則最佳方案是將原舊機床改裝為數(shù)控化機床；如果使用9年以上，則可更將普通機

44、床更換為全新數(shù)控機床為最佳方案。</p><p>　　因此通過以上經(jīng)濟性評價，對使用6到8年的普通車床，將其改造為數(shù)控化車床，</p><p>　　是比較經(jīng)濟和可行的。</p><p>　　1.3數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的選擇 </p><p>　　數(shù)控機床按伺服控制主要有三種類型，改造時，應(yīng)根據(jù)具體情況進行選擇。 </p><p

45、>　　1.3.1開環(huán)控制系統(tǒng) </p><p>　　系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進電機、功率步進電機、電液脈沖馬達等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和功率放大后，使步進電機轉(zhuǎn)動，通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動執(zhí)行部件。只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率以及通電順序，便可控制執(zhí)行部件運動的位移量、速度和運動方向。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實際位置和速度反饋到輸入端，故稱該之為開環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的位移精度主要決

46、定于步進電機的角位移精度，齒輪絲杠等傳動元件的節(jié)距精度，所以系統(tǒng)的位移精度較低。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試維修方便，工作可靠，成本低，易改裝成功。該機床數(shù)控化改造縱向和橫向進給伺服驅(qū)動選擇開環(huán)步進電機控制</p><p>　　1.3.2閉環(huán)控制系統(tǒng) </p><p>　　該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是：由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實際位置反饋信號，隨時與給定值進行比較，將兩者的差值放大

47、和變換，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，以給定的速度向著消除偏差的方向運動，直到給定位置與反饋的實際位置的差值等于零為止。閉環(huán)進給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進給系統(tǒng)復(fù)雜，成本也高，對環(huán)境室溫要求嚴(yán)。設(shè)計和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進給系統(tǒng)更高的精度，更快的速度，驅(qū)動功率更大的特性指標(biāo)?？筛鶕?jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，決定是否采用這種系統(tǒng)。由于閉環(huán)控制代價高，適用于精密和高精密數(shù)控機床，對于經(jīng)濟型數(shù)控機床選擇此系統(tǒng)，無疑提高了它的成本和調(diào)試難度。 1.3.3半閉環(huán)

48、控制系統(tǒng) </p><p>　　半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動件上，間接測量執(zhí)行部件的位置。它只能補償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差，因此，它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低，但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機作成一個整體時則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。由于它的性價比高，大部分普通機床數(shù)控化改造都采用此系統(tǒng)。</p><p>　　二、車床改造方案

49、的確定 </p><p>　　數(shù)控技術(shù)改造機床是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在數(shù)控改造中引入單片機的應(yīng)用，不但技術(shù)上具有先進性，同時，在應(yīng)用上比其它傳統(tǒng)的自動化改裝方案有通用性與協(xié)調(diào)性。我們在實現(xiàn)對機床的改造的過程中堅持這樣一條原則：在盡量不改變車床原有功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)自動控制的目的，完成改造</p><p>　　2.1 普通車床的構(gòu)成</p><

50、p>　　對普通車床的自動改造包括三大部分：機械部分、硬件（含電部分）、軟件部分。車床改造前，主要有以下幾部分構(gòu)成。</p><p>　　車床部分名稱和用途如下：</p><p>　　2.1.1 車頭部分</p><p>　　1.車頭箱 用來帶動車床主軸及卡盤轉(zhuǎn)動，變換箱外的手柄位置，可以使主軸得到各種不同的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　2

51、.卡盤 用來夾住工件，并帶動工件一起轉(zhuǎn)動。</p><p>　　2.1.2 掛輪箱部分</p><p>　　用來把主軸的轉(zhuǎn)動傳給走刀箱。調(diào)換箱體內(nèi)的齒輪，并與走刀箱配合，可以車削各種不同螺距的螺紋。</p><p>　　2.1.3 走刀部分</p><p>　　1.走刀箱利用它內(nèi)部的齒輪機構(gòu)，可以把主軸的旋轉(zhuǎn)運動傳給絲杠，變換箱體外面的手柄位

52、置，可以使主軸得到各種不同的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　2.用來車削螺紋。它能使拖板和車刀按要求的速比作很精確的直線移動。</p><p>　　2.1.4 托板部分</p><p>　　1.拖板箱 把絲杠的轉(zhuǎn)動傳給拖板部分，變換箱外的手柄位置，經(jīng)拖板部分使車刀作縱向或橫向走刀。</p><p>　　2.托板 分大、中和小托板三種：大的是橫向

53、車削工件時使用；中的是縱向和控制吃道時使用；小的是橫向較短或者加工角度工件時用的。</p><p>　　3.刀架 用來裝夾刀具。</p><p><b>　　2.1.5 尾座</b></p><p>　　用來安裝頂針，支頂較長工件。它還可以安裝各種切削刀具。</p><p><b>　　2.1.6 床身<

54、/b></p><p>　　用來支持和安裝車床的各個部件，床身上面有兩條精確的導(dǎo)軌。托板和尾座可沿著導(dǎo)軌移動。</p><p><b>　　2.1.7 附件</b></p><p>　　1.中心架 車削較長工件時用來支持工件。</p><p>　　2.冷卻嘴 用來注入切削液。</p><p>

55、;　　2.2 步進電機的控制選擇、安裝、與控制。</p><p>　　2.2.1步進電機的選擇</p><p>　　改造后的車床屬于開環(huán)控制。改造系統(tǒng)選擇步進電機作為雙向進給驅(qū)動電動機。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移或直線位移的一種增量運動電磁執(zhí)行元件。由于它的位移量和輸入脈沖同步，因而只要控制輸入脈沖數(shù)量、頻率及電機各組的接通次序，便可精確地獲得所要求的轉(zhuǎn)角、速度和轉(zhuǎn)動方向，但同時

56、應(yīng)注意電機的丟步，多步現(xiàn)象。</p><p>　　步進電機定子上有A、B、C三相，當(dāng)定子三相按順序輪流通電時，A、B、C三對磁極依次產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子一步一步運轉(zhuǎn)。為了改善步進電機工作性能，采用雙相輪流通電控制，由于兩相通電與單相輪流通電相比較轉(zhuǎn)子受力矩大一些，所以，工作穩(wěn)定不易丟步。但步矩角和單相的方式一樣。步進電機的選擇主要考慮以下幾個方面：</p><p>　　步矩角 2）最大靜轉(zhuǎn)矩

57、 3)對于安裝條件而言的外形尺寸</p><p>　　首先，必須保證步進電機的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，因此應(yīng)先計算機械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，使電機矩頻特性能有一定的量，以保證運行可靠，即在實際工作中，各種頻率下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須在矩頻特性曲線。一般來說，最大靜轉(zhuǎn)矩Mmax大的電機，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也大，通常取M/ =0.2-0.5。選擇步進電機時，應(yīng)使步矩角和機械系統(tǒng)匹配，可以達到機床使用要求的脈沖當(dāng)量&（mm/脈沖

58、）。步進電機在有載啟動時，其啟動頻率和矩頻特性用下式近似計算：</p><p>　　Fq=Fq′=(1-Mf/M)(1+JF/J)</p><p>　　式中:M是啟動頻率下的由矩頻特性決定的步進電機轉(zhuǎn)矩（N/m）</p><p>　　Jf是負(fù)載慣量（N·m·s·s）</p><p>　　Fq是步進電機空載啟動頻率

59、</p><p>　　如負(fù)載參數(shù)無法確定，則可估算，當(dāng)然還應(yīng)該結(jié)合電機溫升，供貸等具體條件而定。</p><p>　　根據(jù)以上闡述，我們選擇了55BF003型步進電機，其基本參數(shù)如下表2-1：</p><p>　　表2-1 步進電機基本參數(shù)</p><p>　　2.2.2 步進電機的安裝</p><p>　　普通車床刀

60、架滑移由兩個驅(qū)動裝置的滑移組成，與導(dǎo)軌平行方向和導(dǎo)軌垂直的水平方向，由于在這兩個方向可任意滑移，所以，刀架（包括刀具）可停留在加工有效區(qū)的任意位置。</p><p>　　1.沿導(dǎo)軌方向：在這個方向上是由絲杠驅(qū)動，當(dāng)溜板箱上手柄扳到自動走刀位置時，由驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪轉(zhuǎn)動，最后經(jīng)絲杠驅(qū)動實現(xiàn)導(dǎo)軌方向走刀過程。在動力來源上，由一個步進電機控制經(jīng)步進電機轉(zhuǎn)軸傳遞給一級齒輪，再經(jīng)齒輪嚙合傳遞給二級齒輪，二級齒輪軸向連

61、接絲杠，最后，絲杠將動力傳給溜板箱，實現(xiàn)導(dǎo)軌方向進給。</p><p>　　2.與導(dǎo)軌垂直水平方向：將原有手柄手工進給改造，保留手柄部分，加裝第二個步進電機，將電機軸與原有絲杠連接起來。</p><p>　　2.2.3 步進電機的控制</p><p>　　如前所述，我們選擇了兩個方向,與導(dǎo)軌平行方向和與導(dǎo)軌垂直的水平方向作為雙坐標(biāo)聯(lián)動，這樣刀具可在工作范圍內(nèi)任意一點

62、工作，同時選擇了兩個步進電機對這兩個方向進行控制。</p><p>　　對步進電機的控制，其方案有多種：硬件集成電路聯(lián)接、單片機、工業(yè)PC機、微機等。經(jīng)過綜合比較分析，我們選取了單片機，其主要原因如下：控制類微型計算機的典型機種是單片機，即將運算器、控制器、輸入輸出接口、部分存儲器以及其他一些邏輯部件集成在一片芯片上。這樣的單片計算機具有體積小、重量輕、耗電少、功能強和價格低等特點；又由于數(shù)據(jù)大都是在芯片內(nèi)傳遞處

63、理，所以運行速度快，抗干擾能力強，用于控制領(lǐng)域中是非常理想的，在國外一般稱為微控制器。單片機雖然從七十年代問世到現(xiàn)在只不過三十多年左右時間，但發(fā)展異常迅速，現(xiàn)在的單片機因其品種繁多，功能各異的優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。</p><p>　　2.3 普通車床傳動系統(tǒng)的改造</p><p>　　現(xiàn)有的普通車床有橫向和縱向兩個方向的進給，這兩個方向的傳動系統(tǒng)的改造示意圖如圖2-1所示： a)圖為縱向

64、示意圖 b）圖為橫向示意圖</p><p>　　圖 2-1（a）車床橫向傳動改造示意圖</p><p>　　1.步進電機 2.諧波減速器 3.縱向進給絲杠 4.刀架</p><p>　　圖 2-1（b）車床縱向傳動改造示意圖</p><p>　　1.縱向進給的驅(qū)動絲杠 2.溜板箱 3.橫向進給的驅(qū)動絲杠 4.齒輪2 5.齒輪1

65、</p><p>　　6.諧波減速器 7.電機</p><p>　　2.4 車床改造機械部分具體零件的設(shè)計</p><p>　　下面將詳細介紹（包括繪圖）機械部分所需的零件設(shè)計、零件結(jié)構(gòu)、尺寸等主要從下面幾個方面進行設(shè)計。</p><p>　　傳動穩(wěn)定 不影響精度或者精度必須滿足在要求的范圍內(nèi)。</p><p>　　

66、結(jié)構(gòu)盡量簡單、傳動合理。</p><p><b>　　經(jīng)濟性好。</b></p><p>　　圖(2-2)為橫向進給時所需的具體零件及零件裝配示意圖。</p><p>　　圖2-2橫向進給零件裝配示意圖。</p><p>　　1.電機 2.螺釘 3.聯(lián)軸器 4.諧波減速器 5.薄片斜齒輪 6.支承軸 7.斜齒

67、輪 8.橫向絲杠 9.下箱體 10.螺釘 11.上箱體</p><p>　　圖2-3為縱向進給時所需的具體零件及零件裝配示意圖</p><p>　　圖2-3 縱向進給零件裝配示意圖</p><p>　　1.電機 2.螺釘 3.聯(lián)軸器 4.諧波減速器 5.縱向絲杠 6.聯(lián)軸器 7.下箱體 8.螺釘 9.上箱體</p><p&

68、gt;　　2.5 驅(qū)動電路的確定</p><p>　　從微機接口中輸出的電流為毫安能，它雖然不能驅(qū)動電機，這就必須針對計算機輸出電流進行放大，因此，必須有一套完整的功率放大電路，用它去驅(qū)動步進電機。</p><p>　　2.6 I/O接口的確定</p><p>　　具體方法將在以后的章節(jié)中討論。</p><p>　　綜上所述：我們確定了實施自

69、動控制所需要的幾個環(huán)節(jié)，下圖是步進電機單片機開環(huán)控制示意圖。</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p><b>　　圖2-5</b></p><p>　　至此，普通車床自動控制改造的方案已經(jīng)全部確定。</p><p>　　三 改造車床主軸及控制系統(tǒng)</p><

70、p><b>　　3.1改進主軸電機</b></p><p>　　3.1.1主軸脈沖編碼器的概述</p><p>　　脈沖編碼器又稱脈沖發(fā)生器，它是一種直接用數(shù)字代碼表示角位移及線位移的檢測器。能把機械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變成電脈沖，是數(shù)控機床上使用廣泛的位置控制裝置。脈沖編碼器控制方式的特點： （1）控制方式是非接觸式的，無摩擦和磨損，驅(qū)動力矩小。 （2）由于光電交換器

71、性能的提高，可得到較快的響應(yīng)速度。 （3）由于照像腐蝕技術(shù)的提高，可以制造高分辨率、高精度的光電盤，母盤制作后，復(fù)制很方便，且成本底。 （4）抗污染能力差，容易損壞。</p><p>　　3.2 改進刀架</p><p>　　3.2.1改造刀架的目的</p><p>　　普通車床的上帶有手動刀架。根據(jù)加工要求和生產(chǎn)情況，對刀架進行改造，提高生產(chǎn)率、降低工人

72、勞動強度、為實現(xiàn)自動化加工提供前提條件。</p><p>　　3.2.2刀架的選擇</p><p>　　經(jīng)過比較，選用常州宏達機床設(shè)備廠生產(chǎn)的LD4—C0625型四工位電動刀架。作為車床的電動刀架?？梢酝瓿纱志?，車螺紋和切槽（斷）等加工的換刀工作，結(jié)構(gòu)簡單且實用。刀架的轉(zhuǎn)速驅(qū)動由三相微型異步電動機來驅(qū)動完成</p><p>　　3.2.3刀架的工作原理</p

73、><p>　　在加工過程中，選刀時在程序中輸入被選刀具的的TXX（刀具號）和DXX（刀沿號）。PCU單元通過PLC的輸出端口通過X111的Q0.4接通電動刀架的正轉(zhuǎn)繼電器使刀架正轉(zhuǎn)，當(dāng)所選刀具到達加工位置時，刀架上的集成霍爾單元則發(fā)出信號，通過PLC輸入端口將X111的I0.0～I0.3信息傳遞給PUC單元結(jié)束選刀。</p><p>　　3.3 X、Z軸的限位輸入端設(shè)置為負(fù)邏</p&g

74、t;<p>　　經(jīng)過分析現(xiàn)有數(shù)控機床的限位控制電路的缺陷，想出一種新的限位控制方式，既負(fù)邏輯控制。其基本思路是：使用限位行程開關(guān)的常閉觸點，當(dāng)限位開關(guān)沒有壓下I/O點與24V斷開，機床限位。這種接法消除因線路開路而產(chǎn)生限位失靈現(xiàn)象，提高了限位電路的可靠性。限位輸入端采用負(fù)邏輯需對系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進行修改。 采用負(fù)邏輯的輸入方法，這樣有利害、于提高數(shù)控機床的可靠性和安全性。如果機床的電路采用傳統(tǒng)的繼點器，接觸器等元件實現(xiàn)邏輯功

75、能則不宜采用負(fù)邏輯，因為他會導(dǎo)致部分繼電器，接觸器處于始終接觸狀態(tài)。這會造成損耗大，元件升溫，壽命縮短等問題，并且元件間機械接觸，還會因為震動等因素造成誤動作?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)其控制邏輯由邏輯電子線路實現(xiàn)，，不會出現(xiàn)以上問題，本次數(shù)控改造使用的數(shù)控西門子802D數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)負(fù)邏輯輸入要軟件，硬件兩方面配合才能實現(xiàn)。 硬件連接 數(shù)控機床中PLC的輸入點有以下兩中連接方法，其原理是：當(dāng)機床運動超程時壓下行程開關(guān)SQ1，SQ1閉合PLC內(nèi)的光

76、點歐合器件得點，PLC認(rèn)為該點的邏輯值為“1”，信號有效，PLC執(zhí)行相關(guān)操作。這種方法的缺點在于當(dāng)+叢4V端子到PLC輸入點之間的線路接觸不良或開路則</p><p>　　四 步進電機驅(qū)動電路的設(shè)計</p><p>　　步進電動機上個世紀(jì)就出現(xiàn)了，它的組成、工作原理和今天的反應(yīng)式步進電動機沒有什么本質(zhì)區(qū)別，也是依靠氣隙間的磁導(dǎo)變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。上世紀(jì)80年代以后，由于廉價的微型計算機以多

77、功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進電動機的控制方式變得更加靈活多樣。步進電機驅(qū)動技術(shù)指的是用步進電機驅(qū)動器的驅(qū)動級來實現(xiàn)對步進電機各相繞組的通電和斷電，同時也是對繞組承受的電壓和電流進行控制的技術(shù)。到目前為止，步進電機驅(qū)動技術(shù)通常分為單電壓驅(qū)動、單電壓串電阻驅(qū)動、高低壓驅(qū)動、斬波恒流驅(qū)動、升頻升壓驅(qū)動和細分驅(qū)動等。</p><p>　　單電壓驅(qū)動是通過改變電路的時間常數(shù)以提高電機的高頻特性。該驅(qū)動方式早在六十年代初期國外就已大

78、量使用，它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低；缺點是串接電阻器的做法將產(chǎn)生大量的能量損耗，尤其是在高頻工作時更加嚴(yán)重，因而它只適用于小功率或?qū)π阅苤笜?biāo)要求不高的步進電機驅(qū)動。</p><p>　　單電壓串電阻驅(qū)動是在單電壓驅(qū)動技術(shù)的基礎(chǔ)上為電樞繞組回路串入電阻，用以改善電路的時間常數(shù)以提高電機的高頻特性。它提高了步進電機的高頻響應(yīng)、減少了電動機的共振，也帶來了損耗大、效率低的缺點。這種驅(qū)動方式目前主要用于小功率或啟動、運行

79、</p><p>　　頻率要求不高的場合。</p><p>　　高低壓驅(qū)動是指不論電動機的工作頻率是多少，在導(dǎo)通相的前沿用高電壓供電來提高電流的上升沿斜率，而在前沿過后采用低電壓來維持繞組的電流，即采用加大繞組電流的注入量以提高輸出轉(zhuǎn)矩，而不是通過改善電路的時間常數(shù)來使矩頻性能得以提高。但是使用這種驅(qū)動方式的電機，其繞組的電流波形在高壓工作結(jié)束和低壓工作開始的銜接處呈凹形，致使電機的輸出力

80、矩有所下降。這種驅(qū)動方式目前在實際應(yīng)用中還比較常見。</p><p>　　為了彌補高低壓電路中電流波形的下凹，提高輸出轉(zhuǎn)矩，七十年代中期研制出斬波電路，該電路由于采用斬波技術(shù)，使繞組電流在額定值上下成鋸齒形波動，流過繞組的有效電流相應(yīng)增加，故電機的輸出轉(zhuǎn)矩增大，而且不需外接電阻，整個系統(tǒng)的功耗下降，效率較高，因而恒流斬波電路得到了廣泛應(yīng)用，本文正是應(yīng)用恒流斬波技術(shù)實現(xiàn)了驅(qū)動控制。</p><p

81、>　　為改善恒流驅(qū)動方式的低頻特性，設(shè)計一個低速時低電壓驅(qū)動，高速時高電壓驅(qū)動的電路，使其成為一個由脈沖頻率控制的可變輸出電壓的開關(guān)穩(wěn)壓驅(qū)動電源。在低速運行時，電子控制器調(diào)節(jié)功率開關(guān)管的導(dǎo)通角，使線路輸出的平均電壓較低，電動機不會像在恒流斬波驅(qū)動下那樣在低速容易出現(xiàn)過沖或共振現(xiàn)象，從而避免產(chǎn)生明顯的振蕩。當(dāng)運行速度逐漸變快時，平均電壓漸漸提高以提供給繞組足夠的電流。調(diào)頻調(diào)壓線路性能優(yōu)于恒電壓和恒電流線路，但實際運行中需要針對不同參

82、數(shù)的電機，相應(yīng)調(diào)整其輸出電壓與輸入頻率的特性。</p><p>　　細分驅(qū)動是指在每次脈沖切換時，不是將繞組的全部電流通入或切除，而是只改變相應(yīng)繞組中電流的一部分，電動機的合成磁勢也只旋轉(zhuǎn)步距角的一部分。細分驅(qū)動時，繞組電流不是一個方波而是階梯波，額定電流是臺階式的投入或切除。比如：電流分成n個臺階，轉(zhuǎn)子則需要n次才轉(zhuǎn)過一個步距角，即n細分驅(qū)動最主要的優(yōu)點是步距角變小，分辨率提高，且提高了電機的定位精度、啟動性能

83、和高頻輸出轉(zhuǎn)矩：其次，減弱或消除了步進電機的低頻振動，降低了步進電機在共振區(qū)工作的幾率?？梢哉f細分驅(qū)動技術(shù)是步進電動機驅(qū)動與控制技術(shù)的一個飛躍。</p><p>　　4.1 功率放大器的設(shè)計</p><p>　　功率放大器由前置放大和大功率驅(qū)動兩部分組成，前者用于推動大功率器件而設(shè)置，一般由反相器、射極跟隨器等構(gòu)成；后者都為大功率器件，按電路主要劃分為單電壓電路、雙電壓電路、恒流斬波電路、

84、調(diào)頻調(diào)壓電路、細分電路等，是步進電機驅(qū)動電路中最重要的部分。在這里采用恒流斬波電路。</p><p>　　恒流斬波驅(qū)動控制技術(shù)是目前步進電機控制的主流技術(shù)之一，斬波電路的出現(xiàn)是為了彌補高低壓驅(qū)動電路波形呈凹形的缺陷，使電機的輸出轉(zhuǎn)矩的平均值基本恒定。同時電機的高頻響應(yīng)得以提高，共振現(xiàn)象減弱。斬波驅(qū)動中，雖然電路較復(fù)雜，但是由于驅(qū)動電壓較高，電機繞組回路又沒有串入電阻，整個系統(tǒng)功耗下降很多，所以電流上升快。當(dāng)達到所

85、需要的電流時，由于取樣電阻的反饋作用，使繞組電流基本恒定，從而保證在很大的頻率范圍內(nèi)電動機的輸出轉(zhuǎn)矩基本恒定。而輸出轉(zhuǎn)矩是步進電機的一個重要性能指標(biāo)，當(dāng)我們使電機的繞組電流恒定在一個較高的數(shù)值時，就可提升電機的輸出轉(zhuǎn)矩。因此，為克服步進電機在高頻時牽出轉(zhuǎn)矩下降的問題，很多文獻提出了一些新的恒流斬波驅(qū)動設(shè)計蚓㈨?。但是恒流斬波技術(shù)不能解決步進電機本身所固有的低頻振動問題，無法克服步進電機因受步距角限制而不能實現(xiàn)多種步距角控制的缺陷。只有與

86、單拍和雙拍運行時相對應(yīng)的兩種步距角。</p><p>　　下面主要針對自行設(shè)計的功率驅(qū)動電路進行說明（詳見大圖）。此功率放大電路，線路比較簡單、工作穩(wěn)定、實用性強，它具有以下特點：</p><p>　　回路采用兩種電源供電27V/5V。</p><p>　　驅(qū)動電路采用了LM339運放器，使電路合理，穩(wěn)定性好。</p><p>　　工作時，輸

87、出穩(wěn)定，有利于對步進電機的控制。</p><p>　　圖示電路是一相電流的驅(qū)動電路，其它兩相電流驅(qū)動相同，本電路前采用滯銷光電耦合TLP421—4，以達到強弱電流的分離作用及抗干擾作用，保護元件。電路部分由脈沖功率放大電路與電流檢測電路組成，對于功率放大電路來說，電機如果精確運行，要求通電周期內(nèi)提供足夠大的矩形電流。但由于電機繞阻為感性負(fù)載，其電流按指數(shù)規(guī)律上升，這就要求脈沖的上升沿與下降沿盡可能陡峭。這樣本系統(tǒng)

88、選用高低供電恒流路。這樣可以是脈沖陡峭提高電源性能。</p><p><b>　　電路工作流程如下：</b></p><p>　　8255PA口輸出控制字，通過光電耦合導(dǎo)通，TIP142導(dǎo)通電源驅(qū)動電機，電流檢測電路接上的采樣信號經(jīng)過放大、比較最后將信息送到TIP147基極驅(qū)動電路控制TIP147的飽和與截至從而控制27V電源電路的通斷。若繞阻電流不夠3A，則27V電

89、源工作，使電流增加，電流達到電機允許的限度時反饋信號經(jīng)檢測電路控制TIP147截至，27V電源停止工作，電流由5V電源供給。如此往復(fù)達到電流恒定，且波形沿陡峭的目的，當(dāng)繞阻斷電時電流不同能立即消失，這樣加一放電回路，避免晶體管兩極間感應(yīng)電動勢過高，從而對電路起了保護作用。</p><p><b>　　電路補充說明：</b></p><p>　　光電耦合TLP421-4

90、用于將電路中+5V電壓與+27V電壓隔開，以防+27V高壓破壞器件</p><p>　　功放管選取了達林頓三極管：TIP147和TIP142，其耗功率為100瓦，并且其反映速度快，本系統(tǒng)要用其開關(guān)性。</p><p>　　電壓放大器，采用LM339接成史密特接觸發(fā)生器電路，其輸出電壓與R1檢測電流關(guān)系如下圖4-1所示</p><p>　　圖 4-1輸出電壓與檢測電流

91、關(guān)系圖</p><p>　　設(shè)計過程中采取如下措施：增加主回路電阻和放電回路電阻改善電波形，使上升沿與下降沿陡峭。驅(qū)動電路電源部分，由于驅(qū)動電路需要直恒流27V、15V、6V、5V穩(wěn)定電源，根據(jù)驅(qū)動電路中步進電機滿足電流在3A以上，特設(shè)計驅(qū)動電路穩(wěn)壓電源如下圖4-2所示</p><p><b>　　圖 4-2穩(wěn)壓電路</b></p><p>　

92、　工作原理：由變壓器輸出+27V電壓，由于為交流電壓，所以最大值為V大于27V電壓、經(jīng)過7824將電壓降為+24V，又因為7824工作電流很小，用TIP147進行擴流，后經(jīng)過電阻提壓為+27V。同樣經(jīng)過7815后電壓為+15V，經(jīng)電阻分壓降為+6V，由穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓后，再經(jīng)過7805把電壓穩(wěn)定在+5V。</p><p>　　4.2 環(huán)形分配器的設(shè)計</p><p>　　步進電機的轉(zhuǎn)動是靠不

93、停地改變各相繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)的，若想讓某相繞組通電，就要給某相繞組提供一組序列脈沖，因此步進電機有幾相，就要為其提供幾個脈沖序列。</p><p>　　步進電機需要的脈沖序列來自插補器，但對于某個單軸坐標(biāo)，插補器只能按照一定線型，提供一個單序列脈沖。因此，在插補器到步進電機之間必須有一個能將插補器的單序列脈沖轉(zhuǎn)換為步進電機需要的多序列脈沖的裝置，這就是環(huán)行分配器。</p><p>　　盡

94、管有了環(huán)行分配器就可以將插補器的單序列脈沖轉(zhuǎn)換為步進電機需要的多序列脈沖，但這些序列脈沖的信號都還不足以驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，所以驅(qū)動控制系統(tǒng)中還應(yīng)包括功率放大裝置。步進電機的最基本的控制系統(tǒng)就由環(huán)行分配器和功率放大器組成。功率放大器在上面已經(jīng)介紹，下面就重點介紹一下環(huán)形分配器。</p><p>　　4.2.1 硬軟件環(huán)形分配器的分析</p><p>　　硬件環(huán)行分配器的基本構(gòu)成是觸發(fā)器。因為步進

95、電機有幾相就需要幾個序列脈沖，所以步進電機有幾相，就要設(shè)置幾個觸發(fā)器。每個觸發(fā)器發(fā)出的脈沖就是一個序列脈沖，用來控制步進電機某相定子繞組的通、斷電。</p><p>　　所謂軟件環(huán)形分配器，是指實現(xiàn)步進電機通電方式和通電順序改變的功能不是用專門的硬件電路來完成，而是用編程的方式，即以指令驅(qū)動的方式來完成的。在本設(shè)計中我們采用軟件環(huán)形分配器。</p><p>　　4.2.2 軟件環(huán)形分配器在

96、控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　?。?）軟件環(huán)形分配器的硬件接口電路圖如4-3所示</p><p>　　圖 4-3軟件環(huán)形分配器的硬件接口電路圖</p><p>　　這是一個用8031單片機構(gòu)成的微機數(shù)控系統(tǒng)的一部分結(jié)構(gòu)。其中采用通用接口芯片8255的PA口作為步進電機的控制口。一臺三相步進電機需要三個口位。每個口位連接步進電機的一相定子繞組，這些口位代替了硬件

97、環(huán)形分配器的觸發(fā)器。按照圖示結(jié)構(gòu)，PA0、PA1、PA2三個口位通過隔離放大電路后分別接到X向步進電機的A、B、C三相繞組，這樣，只要能夠通過軟件設(shè)置使PA0、PA1、PA2 三個口位按步進電機的通電方式和方向的要求分別置1和清0，就相當(dāng)于給A、B、C三相繞組通電或斷電。</p><p>　　在這個微機控制系統(tǒng)中，不需要用專門電路把單序列脈沖轉(zhuǎn)換為多序列脈沖，也不需要把相當(dāng)于硬件環(huán)型分配器的觸發(fā)器輸出端QA、QB

98、、QC的PA0、PA1、PA2再送到什么數(shù)據(jù)總線D，因此這個系統(tǒng)中沒有硬件環(huán)形分配器。但如果步進電機也需要按照單三拍方式輪流通電，那么PA0、PA1、PA2也需要輪流置1并在需要斷電時及時清0，這個使步進電機改變通電方式和方向的工作是用軟件實現(xiàn)的，所以稱之為軟件環(huán)形分配器。</p><p>　?。?）軟件環(huán)形分配器的控制表</p><p>　　實現(xiàn)軟件環(huán)形分配器的關(guān)鍵是要設(shè)計一個控制表。在

99、這個控制表里要存放步進電機定子繞組通電狀態(tài)字和狀態(tài)字的存放單元。狀態(tài)字的存放單元被稱做地址指針。狀態(tài)字是一個用二進制表示的數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)是按照接口電路中各個口位所對應(yīng)的每個節(jié)拍中的各相繞組的通電狀態(tài)，1代表通電，0代表斷電得來的。如表4-1所示</p><p>　　表 4-1三相六拍步進電機正向通電各口位與通電狀態(tài)對照表</p><p>　　這是按照X向電機取三相六拍方式正向通電順序節(jié)拍情

100、況下接口各口位與繞組各相通電狀態(tài)對照表。按照下述方法來理解這張表:</p><p>　　橫向看第1節(jié)拍：A相通電，XA = 1 PA0 = 1</p><p>　　此時在整個PA口得到一個數(shù)據(jù)：PA = 00000001B = 01H</p><p>　　橫向看第2節(jié)拍：A相通電，XA = 1 PA0 = 1 </p><p>　　B相

101、通電，XB = 1 PA1 = 1</p><p>　　此時在整個PA口得到的數(shù)據(jù)：PA = 00000011B = 03H </p><p>　　按照上述方法對應(yīng)每個節(jié)拍在PA口上，都能得到一個數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)就是步進電機通電狀態(tài)控制字。</p><p>　　本表中對應(yīng)各節(jié)拍的控制字是：</p><p>

102、;　　1節(jié)拍：PA = 01H 2節(jié)拍：PA = 03H 3節(jié)拍：PA = 02H</p><p>　　4節(jié)拍：PA = 06H 5節(jié)拍：PA = 04H 6節(jié)拍：PA = 05H</p><p>　　得到控制字后就要把它送到存儲單元中保存。這些控制字在微機數(shù)控系統(tǒng)中是重要的數(shù)據(jù)，必須考慮即使掉電數(shù)據(jù)也不能丟失，所以，這個控制字要存放在EPROM中。而對于用8031主芯片構(gòu)

103、成的51單片機的數(shù)控系統(tǒng)中，必須先擴展出EPROM才行。</p><p>　　下面假設(shè)系統(tǒng)已經(jīng)擴展了EPROM，我們選擇從4000H單元開始存放這些控制字，這就是控制表如表4-2所示。</p><p>　　表 4-2軟件環(huán)形分配器的控制表</p><p>　　將控制字與控制口對應(yīng)后，只要按照節(jié)拍步驟，輪流向控制口輸送各個控制字，就能使對應(yīng)的步進電機各相繞組按照節(jié)拍順

104、序通斷電了。將控制字與內(nèi)存單元地址對應(yīng)之后，就能按照節(jié)拍步驟，輪流向內(nèi)存單元取控制字，然后輸送到控制口，實現(xiàn)對應(yīng)的步進電機各相繞組的通斷電。從內(nèi)存單元取控制字，并將控制字送到控制口的任務(wù)是用控制軟件來實現(xiàn)的。即由控制軟件實現(xiàn)：</p><p>　　指針指向第1個存儲單元4000H 取控制字 01H 送PA口，實現(xiàn)A通電</p><p>　　指針指向第2個存儲單元4001H 取控制字 03H

105、 送PA口，實現(xiàn)AB通電</p><p>　　… … …</p><p>　　指針指向第6個存儲單元4005H 取控制字 05H 送PA口，實現(xiàn)CA通電</p><p>　　一個輪回以后，步進電機只走了6步，只要總步數(shù)超過6步，步進電機就還要繼續(xù)運行，就要重新從從第1個存儲單元4000H 取控制字 01H 送PA口，再次實現(xiàn)A通電，這就是體現(xiàn)軟件環(huán)形分

106、配器思想的重要步驟。要將順序執(zhí)行到表底4005H的指針重新指向表頭4000H。</p><p>　　除此之外還有一個軟件設(shè)計的重要問題需要強調(diào)：那就是指針的保存問題。保存指針，實際就是保存剛剛實現(xiàn)的通電狀態(tài)，因為指針?biāo)傅拇鎯卧锎娣胖竭M電機的通電狀態(tài)。</p><p>　?。?）正反轉(zhuǎn)程序設(shè)計</p><p>　　本控制程序采用的是“查表法”按一定的節(jié)拍順序由

107、并行輸出口送出01H、03H、02H、06H、04H、05H則電機將以A-AB-B-BC-C-A的六拍方式工作即正轉(zhuǎn)，反之則逆轉(zhuǎn)。在輸出脈沖前要對8255初始化。</p><p>　　五 步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　5.1 步進電機的控制方案</p><p>　　5.1.1．基于電子電路控制</p><p>　　步進電機受電