摘 要:
從一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的研制過程,闡述了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路和光柵尺細(xì)分檢測方法的改進(jìn)。
關(guān)鍵詞:數(shù)控系統(tǒng);步進(jìn)電機(jī);光柵尺;細(xì)分
Abstract :Through a process of numerical control system,describes the improvement of driver for step motor and the measure way with grating ruler.
Key words: numerical control system ;step motor;grating—ruler;meticulous control.
引 言
數(shù)字控制技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械制造和加工的先進(jìn)技術(shù),也是我國機(jī)械工業(yè)現(xiàn)代化的一個(gè)努力方向。我們曾與廣東省糖業(yè)機(jī)械廠協(xié)作,成功地把一臺(tái)普通車床改造為數(shù)控車床,我們負(fù)責(zé)數(shù)控系統(tǒng)的研制,對方負(fù)責(zé)機(jī)械改裝。提高了產(chǎn)品的合格率及生產(chǎn)效率。
系統(tǒng)組成
系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示,這是一個(gè)閉環(huán)自
動(dòng)控制系統(tǒng)。單片微機(jī)8031作為主控CPU.32K+8K EPROM 分別存放系統(tǒng)監(jiān)控程序和用戶加工程序.8K RAM 存放臨時(shí)數(shù)據(jù),專用芯片8279擴(kuò)展一組8X8鍵盤和l6位數(shù)碼管.8255及鎖存器74LS573用于擴(kuò)展單片機(jī)的各種并行I/O口,光櫥尺用于檢測刀架的位置,光電編碼器檢測工件的位置。刀架的移動(dòng)由x軸(橫向)和z軸(縱向)2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)聯(lián)合完成.z軸電機(jī)用常規(guī)的三相六拍高低壓方式,而x軸電機(jī)剮分時(shí)采用三相六拍方式或步距角細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式。
系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu):在主監(jiān)控程序控制下,分別進(jìn)人用戶程序編輯、切削加工(插補(bǔ))、對刀、命令解釋、檢錯(cuò)等子模塊。
2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的改進(jìn)
步進(jìn)電機(jī)在數(shù)控車床中,通過傳動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)刀架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。在數(shù)控系統(tǒng)中,因?yàn)閤軸的精度要求較高,達(dá)到0.005mm,要求對應(yīng)的步距角
較:若小于后者,則經(jīng)與門向電機(jī)輸入一定電流值;若大于后者,則比較器輸出低電平,不向電機(jī)供電,同時(shí)觸發(fā)單穩(wěn)電路,輸出一個(gè)定時(shí)負(fù)脈沖,關(guān)閉與門,避免了當(dāng)實(shí)際電流稍有下降、又立即恢復(fù)對電機(jī)供電情況的出現(xiàn)。這樣,就可以留出時(shí)間,使電機(jī)的磁場能量得以泄放,驅(qū)動(dòng)用的功率管能充分截止,大大降低功耗,電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性也有很大提高。該電路經(jīng)實(shí)際運(yùn)行能長時(shí)間可靠工作。有關(guān)測試數(shù)據(jù)見表1
在本系統(tǒng)中,為了保證定位精度不會(huì)出現(xiàn)過沖,采用了在行程末段降頻的方法,即,細(xì)分驅(qū)動(dòng)只是在行程末段才進(jìn)行,而在初、中段是按三相六拍驅(qū)動(dòng)方式,由CPU 控制轉(zhuǎn)換,這樣既保證了定位精度,又有較高的總體速度。
光柵尺是相當(dāng)精密的位置傳感器,在本系統(tǒng)中用于測量刀架的位置,信號(hào)反饋回單片機(jī),構(gòu)成系統(tǒng)的一個(gè)閉環(huán)。我們采用的光柵尺參數(shù)如下:
型號(hào)— — SGC—l
柵距— — 0.02mm
量程— — 600mm
輸出信號(hào)——4路互差90 的正弦波及1路絕對零位信號(hào)。
因?yàn)楣鈻懦叩姆直媛剩?.02mm)未能達(dá)到本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,需要進(jìn)行細(xì)分檢測。
細(xì)分檢測的原理:因?yàn)楣鈻懦咴诿總€(gè)柵距內(nèi)輸出1個(gè)正弦波,對這個(gè)正弦波進(jìn)行N等分,測出各N等分點(diǎn)上正弦波的值,也就相當(dāng)于對1個(gè)柵距內(nèi)的空間位置作了N等分。一般的細(xì)分檢測方法是:將光柵尺信號(hào)經(jīng)數(shù)一模轉(zhuǎn)換后由CPU 進(jìn)行軟件細(xì)分和判別方向。但在白行安裝光柵尺的情況下,檢測頭往往有一定的誤差,特別是在到位停止時(shí),往往有很多高頻振動(dòng),雖然幅度很微小,但在細(xì)分檢測時(shí),也可能造成很大誤差。
為此,我們增加了防抖動(dòng)措施,設(shè)計(jì)了硬件的方向判別電路,增加了一個(gè)l 6位的高速計(jì)數(shù)器。電路框圖如圖3所示
工作原理;光柵尺的正弦渡信號(hào)經(jīng)整形為脈沖渡送人計(jì)數(shù)器和方向判別電路,將光櫥頭的微小振動(dòng)記錄下來送CPU。光柵尺信號(hào)又經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到關(guān)于位置的對應(yīng)二進(jìn)制編碼,同時(shí)送CPU,由CPU 對這些信號(hào)進(jìn)行處理。軟件流程如圖4所示。
此方法能有效地消除高速、高頻振動(dòng)造成的誤差。為了保證定位精度,還采取了一些冗余措施:軟件和硬件同時(shí)進(jìn)行記數(shù)、定位,最后將二者作比較,當(dāng)誤差超過一定數(shù)值時(shí),系統(tǒng)顯示提示信息。這樣可保證加工產(chǎn)品的廢品率降到近乎零。
[1] 親永權(quán)等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1992.
[2] 王文熙.機(jī)床數(shù)字調(diào)節(jié)技術(shù).北京:中國科學(xué)技術(shù)出版杜,1992.