數(shù)字控制機(jī)床-河北科技大學(xué)

數(shù)字控制機(jī)床

實(shí)驗(yàn)教學(xué)CAI

實(shí)驗(yàn)二數(shù)控原理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器軟件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

1．理解步進(jìn)電機(jī)的工作原理和控制方法；2．掌握脈沖分配器的工作原理；3．掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)控制的方法；4．掌握應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)升降速控制的原理；5．掌握逐點(diǎn)比較法進(jìn)行直線、圓弧插補(bǔ)的軟件設(shè)計(jì)方法

實(shí)驗(yàn)原理：

（一）、步進(jìn)電機(jī)的控制原理：

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)變換成機(jī)械角位移的執(zhí)行裝置，由于所用電源是脈沖電源，故也稱為脈沖馬達(dá)。對(duì)步進(jìn)電機(jī)每施加一個(gè)脈沖信號(hào)，它就轉(zhuǎn)過一個(gè)確定的角度即步距角。步進(jìn)電機(jī)的步距角與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，在時(shí)間上與輸入脈沖同步。因此只需控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，需要使定子線圈各相繞組按次序輪流通電，實(shí)現(xiàn)這一功能的電路即稱為脈沖分配器。脈沖分配器的作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按一定的分配方式的順序輸入給步進(jìn)電機(jī)的各項(xiàng)勵(lì)磁繞組，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。脈沖分配器可由集成電路的邏輯門、觸發(fā)器等邏輯單元構(gòu)成，也可以根據(jù)通電方式直接選用集成塊脈沖分配器。還可以用軟件來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)采用三相六拍工作方式，由軟件脈沖分配器來實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。微機(jī)利用其輸入、輸出端口或擴(kuò)展口（I/O）來控制步進(jìn)電機(jī)。圖1-為控制原理圖。X向步進(jìn)電機(jī)Y向步進(jìn)電機(jī)ABCABC微I/O口機(jī)XaXbXcYaYbYc功率放大器

通過編程使微機(jī)向I/O口輸出不同的數(shù)據(jù)，控制步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通電和斷電，使步進(jìn)電機(jī)完成所要求的動(dòng)作。

設(shè)X向步進(jìn)電機(jī)的A、B、C三相繞組分別由I/O的D0、D1、D2位控制，Y向步進(jìn)電機(jī)的A、B、C三相繞組分別由I/O的D3、D4、D5位控制，當(dāng)任一位輸出高電平時(shí)，相應(yīng)的一相繞組通電，X向或Y向電機(jī)的三相通電狀態(tài)可以用I/O口的輸出數(shù)據(jù)控制，一種通電狀態(tài)對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸出數(shù)據(jù)。我們把三相六拍控制方式的六種通電狀態(tài)碼按順序經(jīng)I/O口輸出，就會(huì)使步進(jìn)電機(jī)按三相六拍控制方式工作。1.通電狀態(tài)碼和電機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)

三相六拍控制方式通電狀態(tài)碼如表所示。正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)D7D6D5D4D3D2D1D0十六進(jìn)制數(shù)通電狀態(tài)X向00000001000000110000001000000110000001000000010101H03H02H06H04H05HAABBBCCCAY向00001000000110000001000000110000001000000010100008H18H10H30H20H28HAABBBCCCA狀態(tài)碼存放在微機(jī)的內(nèi)存中狀態(tài)碼按反向順序輸出時(shí)，步進(jìn)電機(jī)則反轉(zhuǎn)。狀態(tài)碼按正向順序輸出時(shí)，步進(jìn)電機(jī)則正轉(zhuǎn)；若需X向電機(jī)沿正向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，I/O口中應(yīng)應(yīng)循環(huán)輸出6個(gè)狀態(tài)碼，

01H03H02H06H04H05H……。在輸出最后一個(gè)狀態(tài)碼05H之后要修改狀態(tài)地址碼指針，即地址指針重新賦值。在內(nèi)存中的代碼表為：ORG ××××H

00H01H03H02H06H04H05H00H

00H重新賦值標(biāo)志在每輸出一個(gè)狀態(tài)碼之前，先判斷地址指針中的內(nèi)容是否為00H，如果是00H，則地址指針重新賦值，將其地址中存放的狀態(tài)碼送到I/O口，然后地址指針加1；重復(fù)上述過程，如此循環(huán)下去電機(jī)便可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2-2是實(shí)現(xiàn)X相電機(jī)連續(xù)正轉(zhuǎn)的程序框圖。

2．步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制

改變輸出狀態(tài)碼之間的時(shí)間間隔，即可調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。間隔時(shí)間的定時(shí)，可用軟件延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，也可由硬件定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。 3．進(jìn)給控制字的設(shè)置

進(jìn)給控制字FCW用來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。FCW在內(nèi)存中占一個(gè)字節(jié)。各位的意義如圖所示：轉(zhuǎn)動(dòng)0-停止正轉(zhuǎn)0-反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)0-反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)0-停止4．

脈沖分配器軟件子程序框圖

脈沖分配器軟件子程序框圖如圖2.4所示。每調(diào)用一次脈沖分配器子程序，X向或Y向電機(jī)就轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。實(shí)驗(yàn)二數(shù)控原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)升降速控制原理

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在突跳頻率以上時(shí)，在啟動(dòng)或停止時(shí)具有較大的加速度．會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象，即步進(jìn)電機(jī)不能正確跟隨指令脈沖。為避免失步，要求步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)或停止時(shí)有一個(gè)逐漸升速或逐漸減速過程。1．自動(dòng)升降速原理：

步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)升降速過程可以通過硬件電路實(shí)現(xiàn)，也可以通過微機(jī)由軟件控制，本實(shí)驗(yàn)是以軟件通過孜變輸出狀態(tài)碼之間的同隔時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的，而間隔時(shí)間的定時(shí)是由軟件延時(shí)子程序完成的。即改變延時(shí)子程序中的時(shí)間常數(shù)τ就可以得到與之相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。

如果能在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行中自動(dòng)改變延時(shí)子程序中的時(shí)間常數(shù)．就可以不斷玫變進(jìn)給脈沖的周期，從而改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度．即當(dāng)不斷自動(dòng)減小時(shí)間常數(shù)，就可以達(dá)到升速目的：不斷自動(dòng)增加時(shí)間常數(shù)，就可以達(dá)到降速目的；當(dāng)時(shí)間常數(shù)維持常數(shù)時(shí)，則電機(jī)恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。升降速控制中的速度曲線如圖所示：tOV圖3.1速度曲線根據(jù)上述原理編制步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)升降速控制流程如圖3.2所示。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三

逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)原理根據(jù)加工直線或曲線確定出進(jìn)給機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)軌跡的過程叫做插補(bǔ)。在直線或圓弧輪廓加工中．需要X向和Y向驅(qū)動(dòng)電機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，合成所需要的軌跡。由于一個(gè)進(jìn)給脈沖只能沿坐標(biāo)軸(X軸或Y軸)進(jìn)給一步，這個(gè)距離(步距)稱為脈沖當(dāng)量。因此，進(jìn)給機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一段一段沿坐際軸的直線段所組成，不能與所要求的理想直線或其它曲線完全重合。進(jìn)給機(jī)構(gòu)每進(jìn)給一步，計(jì)算新的坐標(biāo)點(diǎn)和它與理想直線(或曲線)的偏差函數(shù)，根