【正文】 ............... 1 引言 .............................................................................................................................................................................1 數(shù)控技術(shù)的基本概念 ................................................................................................................................................1 數(shù)控系統(tǒng)的組成 ........................................................................................................................................................1 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢 ................................................................................................................................................2 2 課題分析及整體方案的確定 ................................................................................................... 4 課題設(shè)計內(nèi)容及要求 ...............................................................................................................................................4 課題分析及系統(tǒng)特點(diǎn)分析 .......................................................................................................................................4 系統(tǒng)總體方案的確定 ...............................................................................................................................................4 3 模 塊電路分析與設(shè)計 ............................................................................................................... 5 電源模塊電路分析與設(shè)計 .......................................................................................................................................5 電源模塊電路的分析 .......................................................................................................................................5 電源模塊電路的設(shè)計 .........................................................................................................................................6 控制模塊電路分析與設(shè)計 .................................................................................................................................... 12 控制模塊電路分析 ....................................................................................................................................... 12 部分硬件簡介 ............................................................................................................................................... 12 驅(qū)動模塊分析及其設(shè)計 ....................................................................................................................................... 32 步進(jìn)電動機(jī)的原理 .......................................................................................................................................... 32 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動 ............................................................................................................................................. 35 4 數(shù)控機(jī)床軟件控制 ................................................................................................................. 37 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動控制 ............................................................................................................................................ 37 步進(jìn)電機(jī)插補(bǔ)程序設(shè)計 ......................................................................................................................................... 38 總結(jié) ............................................................................................................................................... 44 致謝 ............................................................................................................................................... 45 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 46 煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 1 1 緒論 在工業(yè)控制系統(tǒng)中 , 通常要控制機(jī)械部件的平移和轉(zhuǎn)動 , 對位移和角度的控 制要求較高 , 一般電機(jī)很難實(shí)現(xiàn)對位置和角度的精確控制 , 而步進(jìn)電機(jī)可精確實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的角度和轉(zhuǎn)數(shù) , 具有良好的步進(jìn)特性 , 最適合于數(shù)字控制 , 因此它在數(shù)控機(jī)床等設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。由此集成電路構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)通過簡單的編程就 可以任意設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)動次數(shù)和控制電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。而步進(jìn)電機(jī)具有控制簡便、定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） I 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的數(shù)控系統(tǒng) [摘要 ]： 很多工業(yè)控制設(shè)備對位移和角度的控制精度要求較高，一般電機(jī)很難實(shí)現(xiàn)，而步進(jìn)電機(jī)可精確實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的角度和轉(zhuǎn)數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,在許多領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上提出了步進(jìn)電機(jī)程序控制的硬件接口電路、程序流程圖和匯編程序。在工業(yè)被控設(shè)備對位移和角度控制要求較高的場所步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用很多 , 而單片機(jī)芯片體積小、兼容性強(qiáng)、高速度、低價格、低工作電壓、低功耗等特點(diǎn) , 使單片機(jī)成為驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的最佳控制單元 , 所以基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)控制精度高、運(yùn)行穩(wěn)定 , 在控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。用來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息控制的硬件和軟件的整體稱為數(shù)控系統(tǒng) (Numer5calContr01System)，數(shù)控系統(tǒng)的核心是數(shù)控裝置 (NMmericalContr011er)。 1．控制介質(zhì) 數(shù)控設(shè)備工作時，不需要操作者直接進(jìn)行手工加工，但設(shè)備必須按操作者的意圖進(jìn)行工作，這就必須在操作 者與設(shè)備間建立某種聯(lián)系，對這種聯(lián)系的中間媒介物稱之為控制介質(zhì)。根據(jù)不同的控制介質(zhì)，輸入裝置可以是光電讀帶機(jī)、錄音機(jī)或軟盤驅(qū)動器。這些指令主要是經(jīng)插補(bǔ)運(yùn)算決定的各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和位移量；主運(yùn)動部件的變速、換向和啟停信號；選擇和交換刀具的指令信號；切削液的開停信號；工件的松夾、分度工作臺的轉(zhuǎn)位等輔助指令信號。每個執(zhí)行進(jìn)給運(yùn)動的部件，都配有一套伺服驅(qū)動系統(tǒng)，而相對于每一個脈沖信號，執(zhí)行部件都有一個相應(yīng)的位移量，又稱為脈沖 當(dāng)量，其值越小，加工精度就越高。 5．執(zhí)行部件 數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部件是加工運(yùn)動的實(shí)際執(zhí)行部件，主要包括主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動執(zhí)行部件、工作臺、拖板及其部件和床身立校等支承部件，此外還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置，存放刀具的刀架、刀庫及交換刀具的自動換刀機(jī)構(gòu)等。 隨著微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、精密制造技術(shù)及檢測技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床性能日臻完善，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。此外，要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的高速度，還必須實(shí)現(xiàn)主軸、進(jìn)給、刀具交換、托板交換等各種關(guān)鍵部分的高速度。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都裝備了計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) (即 CNC 系統(tǒng) )，只要改變軟件控制程序，就可以適應(yīng)各類機(jī)床的不同要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。 (3)多功能 大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都具有 CRT 圖形顯示功能，可以進(jìn)行二維圖形的加工軌跡動態(tài)模擬顯示，有的還可以顯示三維彩色動態(tài)圖形；具有豐富的人機(jī)對話功能，“友好”的人機(jī)界面；借助 CRT 與鍵盤的配合，可以實(shí)現(xiàn)程序的輸入、編輯、修改、刪除等功能。 (5)復(fù)合化 復(fù)合化是近幾年數(shù)控機(jī)床發(fā)展的模式，它將多種動力頭集中在一臺數(shù)控機(jī)床上，在一次的裝夾中完成多種工序的加工。步進(jìn)電機(jī)數(shù)控裝置的設(shè)計主要是單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計 。此外，在電子線路和自動控制裝置中，還需要用電壓非常穩(wěn)定的直流電源。因此，先利用變壓器進(jìn)行 降壓，將 220V的交流電變成合適的交流電以后再進(jìn)行交、直流轉(zhuǎn)換。 3．濾波電路 濾波電路的主要任務(wù)是濾除脈動直流電中的交流成分電壓，使輸出電壓成為比較平滑的直流電。為使輸出電壓穩(wěn)定，還需要煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 6 增加穩(wěn)壓電路部分。單 相橋式整流電路用得最為普遍。此時電流的路徑為： a→ D1→ LR→ D3→ b，如圖 3— 3（ a）所示。因此在負(fù)載電阻 LR 得到的是單向脈動電壓和電流，忽略二極管導(dǎo)通時的正向壓降，則單相橋式整流電路的波形如圖 3— 4 所示。 除了用分立元件組成橋式整流電路外，現(xiàn)在半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制造成單相整流橋和三相整流橋模 塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引腳，減少了接線、提高了電路工作的可靠性，使用起來非常方便。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，電壓脈動較小，整流二極管所承受的最高反向電壓較低，同時因整流變壓器在正負(fù)半周內(nèi)部有電流供給負(fù)載，整流變壓器得到了充分的利用，效率較高。但許多電子設(shè)備需要平穩(wěn)的直流電源。 一、電容濾波電路 最簡單的電容濾波電路是在整流電路的直流輸出側(cè)與負(fù)載電阻 LR 并聯(lián)一電容器 C，利用電容器的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。則 2u 由零開3 濾 煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 10 始上升時，二極管 Dl， D3 正偏導(dǎo)通，電源通過 D D3 向負(fù)載電阻 LR 提 供電流，同時向電容 C 充電，充電時間常數(shù)τ充 =