《数控机床刀具进给速度的控制.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控机床刀具进给速度的控制.doc（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电力电子与电机拖动综合课程设计 题 目：数控机床刀具进给速度的控制电路设计 所在院系： 机械电子工程各学院 专 业： 08自动化（2）班 学 号： 200810320234 姓 名： 余春燕 完成日期： 2011-06-23 指导教师： 万军 景德镇陶瓷学院电力电子与电机拖动综合课程设计任务书姓名 余春燕 班级 08自动化（2） 指导老师 万军 时间：2011年6月23号题目：数控机床刀具进给速度的控制电路设计课题的任务和要求目前，数控机床在工业生产上应用非常广泛，刀具的进给精度直接影响到产品的质量；为此，对刀具精度的研究具有重要的意义。本课题的内容涉及的区域很广，要求同学们利用现有的知识设计
2、数控机床刀具进给速度的控制电路的原理图，课程设计说明书。通过该课题的设计，可以培养学生如何查询资料，如何书写论文，如何设计控制电路等等。要求如下：(1)要求利用大规模集成电路芯片UC3637作为该控制系统的控制核心，自动控制步进电动机的操作运行；(2)要有一定的保护措施。设计步骤1、查阅相关资料；2、总体方案设计与论证；3、单元电路的设计；4、元器件选择与参数计算；5、绘制原理图（A4号图纸，计算机绘图）；6、撰写设计说明书（A4号纸打印），字数不少于3000。参考文献1、电机学与电力拖动基础2、单片微型计算机原理及应用3、模拟电子技术4、数字电子技术教研室主任签字： 年 月 日目 录摘 要1
3、引言2数控机床工作全程2.1 数控机床的工作原理2.2 数控机床按伺服方式的分类2.3 数控机床的工作过程2.4 刀具进给速度的插补方案3 总体方案的设计与论证3.1 方案比较3.2 方案论证与选择4 单元电路的设计4.1 UC3637芯片 4.1.1 UC3637电路特点如下 4.1.2 UC3637电路组成与基本功能4.2 三角波电路的产生4.3 外围电路的设计4.4 PWM产生电路的设计4.5 频率调节控制4.6 步进电动机4.7 驱动桥电路设计5、原器件明细表6、课程设计小结7、参考文献摘要 数控机床的刀具进给速度的控制主要是通过控制步进电动机的速度来进行控制的，其进给的精度由步进电动
4、机的精度直接决定，因此在设计步进电机的控制电路是，应该保证其误差的范围应满足加工的精度要求，通常通过应用合适的集成芯片外加外围电路来实现对精度的要求，在数控机床中由于需要达到精度的控制，常采用步进电动机作为数控机床刀具进给控制的驱动源。本文主要介绍又UC3637芯片为核心构成PWM控制电路，进而实现二相混合式步进电动机的控制，本文采用电流反馈型细分控制的方法UC3637双PWM控制芯片设计变频电源控制电路的方法进行了介绍，其硬件结构既不复杂，又能得到良好的控制性能。该芯片是UNITRODE公司生产的用于直流电动机控制的双PWM控制器1，具有其它PWM控制器不可多得的优点。关键字UC3637 集
5、成芯片 二相混合式步进电动机 驱动器 PWM 刀具进给1、引言数控技术作为先进制造技术(如柔性制造技术、计算机集成制造系统)的基础，国家投入了大量的人力、财力进行攻关开发，其关键技术已取得了重大进展，实现了多坐标联动，攻克了交流全数字伺服和主轴驱动技术，“九五”期间实现了数控机床产业化攻关目标，国产数控机床的国内市场占有率达到50%，国产数控系统占国有数控机床配套需求的50%，产值数控化率已达到20%以上。 而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。 2、可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高37倍。 3、加工零件的精度高
6、，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。 4、可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。 5、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实现长时间无人看管加工。 由于PWM控制技术具有可以同时实现变频、变压、抑制谐波的特点，所以一直是变频领域中的核心技术，其应用相当广泛。最常用、最流行的SPWM技术在CVCF电源中始终占主导地位。其基本实现方法一类是采用模拟集成电路完成正弦调制波与三角波载波的比较，产生SPWM信号；另一类是采用数字方法。随着应用的深入和集成技术的发展，已商品化的专用集成电路（ASIC）和专用单片机（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制电路结
7、构简化，集成度高。由于数字法一般价格比较高，需要专用开发装置，交叉汇编，软件设计复杂，调试工作量大，这对于一些对生产成本比较敏感的产品和中小容量的变频器也是一种浪费。 本设计选用UC3637双PWM控制芯片设计变频电源控制电路的方法进行了介绍，其硬件结构既不复杂，又能得到良好的控制性能。 为使机床工作台达到亚微米级的线性运动精度，现代控制技术的引入对处理器有了更高的要求。精细化的控制单位、以微小程序段连续进给以及大数据量、高精度的补差运算和控制，也要求处理器能对加工指令做出高速度的反映，高速计算出伺服电机的移动量，随后发出控制指令。用高性能的数字信号处理器(DSP)代替单片机，即可提高机床数控
8、系统的运行速度，使之满足高速和高精度控制的要求。2、数控机床工作全程2.1、数控机床的工作原理数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床组成机床本体的各机械部件组成。下面方框图一是数控机床工作的总体方框图方框图一具体的数控机床刀具进给原理框图，如方框图二方框图二1、 控制介质控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。目前常用的有穿孔带、磁带或磁盘等。2、 输入、输出装置是CNC系统与外部设备进行交互的装置。交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相
9、应的控制介质上。3、 数控装置CNC装置是数控机床实现自动加工的核心，主要由计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件等组成。作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。4、 伺服系统它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电动机、驱动控制系统以及位置检测反馈装置组成。伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电机的动力源。数控系统发出的指令信号与
10、位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，带动机床移动部件作精确定位或按照规定的轨迹和进给速度运动，使机床加工出符合图样要求的零件。5、 检测反馈系统测量反馈系统由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测机床的实际位置、速度等信息，并将其反馈给数控装置与指令信息进行比较和校正，构成系统的闭环控制。6、 机床本体机床本体指的是数控机床机械机构实体，包括床身、主轴、进给机构等机械部件。由于数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，它与传统的普通机床相比，应具有更好的刚性和抗振性，相对运动摩擦系数要小，传动部件之间的间隙要小，而且传动和变速系统要便于实现自动化控制。2.2 数控机床按伺
11、服方式的分类1. 半闭环控制数控机床2.开环控制数控机床3.闭环控制数控机床 本数控机床选择第三类即闭环控制数控机床，这类数控机床带有位置检测反馈装置，其位置检测反馈装置采用直线位移检测元件，直接安装在机床的移动部件上，将测量结果直接反馈到数控装置中，通过反馈可消除从电动机到机床移动部件整个机械传动链中的传动误差，最终实现精确定位。以下是闭环控制系统框图 闭环控制系统框图32.3、 数控机床的工作过程在数控机床上加工零件的过程通常经过以下几个步骤，见框图4数控加工工作步骤框图4 （1） 准备阶段：根据加工零件的图纸，确定有关加工数据（刀具轨迹坐标点、加工的切削用量、刀具尺寸信息等）。根据工艺方
12、案、选用的夹具、刀具的类型等选择有关其他辅助信息。（2）编程阶段：据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序（对加工工艺过程的描述），并填写程序单。（3）准备信息载体：根据已编好的程序单，将程序存放在信息载体（穿孔带、磁带、磁盘等）上，通过信息载体将全部加工信息传给数控系统。若数控加工机床与计算机联网时，可直接将信息载入数控系统。（4）加工阶段：执行程序时，机床数控系统（CNC）将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的加工。2.4 刀具进给速度的插补方案 本方案采用的是数字增量插补算法，该插补为时间标
13、量插补，分两步进行，首先计算出插补周期内个坐标轴的增量值，称为初插补。然后再根据采样得到的实际位置增量计算跟随误差，得到速度指令输出给伺服驱动系统，称为精插补。适用于半闭环不闭环系统。下面给出的软硬件结合的插补方案图5插补方案3、 总体方案的设计与论证3.1、方案比较方案一DSP高速运动控制器对直线电机伺服驱动直接控制调节 为使机床工作台达到亚微米级的线性运动精度，现代控制技术的引入对处理器有了更高的要求。精细化的控制单位、以微小程序段连续进给以及大数据量、高精度的补差运算和控制，也要求处理器能对加工指令做出高速度的反映，高速计算出伺服电机的移动量，随后发出控制指令。用高性能的数字信号处理器(
14、DSP)代替单片机，即可提高机床数控系统的运行速度，使之满足高速和高精度控制的要求。 DSP在高性能数控系统中具有十分重要的应用价值，在精密伺服控制系统、刀具检测补偿和快速伺服装置、机床保护等方面有着广泛的应用前景。 用DSP TMS320F240实现的C616A车床控制系统结构框图如图5所示。整个车床的DSP硬件路结构原理图如图6所示 图6 DSP硬件路结构原理图方案二本方案选用UC3637双PWM控制芯片设计变频电源控制电路，其硬件结构既不复杂，又能得到良好的控制性能。UC3637的基本特点为后面的叙述方便，简要介绍一下UC3637的一些基本功能，这样更有益于将其正确地应用于逆变控制电路。该芯片是UNITRODE公司生产的用于直流电动机控制的双PWM控制器1，具有其它PWM控制器不可多得的优点。图7 以UC3637为核心的控制电路的原理总框图3.2方案论证与选择综合考虑各方面的因素，与方案一比较，方案二省去了DSP TMS320F控制系统，增加了保护电路的环节。而且方案二的控制环节简单明了，易于实现其控制过程的
