數(shù)字電路在數(shù)控鉆床自動(dòng)定位控制中的應(yīng)用

戴維

摘 要：數(shù)控鉆床是實(shí)現(xiàn)工件上各種類型孔的自動(dòng)定位和鉆削的高精度機(jī)床，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和電子行業(yè)的零件加工，本文探討如何精確、準(zhǔn)確地定位控制零件的位置問題。

關(guān)鍵詞：數(shù)控鉆床 自動(dòng)定位 控制

一、數(shù)控鉆床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)定位控制

圖1是數(shù)控鉆床機(jī)械傳動(dòng)部分的示意圖。

圖1

在數(shù)控鉆床機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，因?yàn)殂@頭只能作垂直方向的升、降運(yùn)動(dòng)，所以加工點(diǎn)的定位是靠工作臺(tái)沿x、y兩個(gè)坐標(biāo)方向的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，而工作臺(tái)在x、y方向的運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) Mx 和My 分別驅(qū)動(dòng)的。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理和一般的交流電動(dòng)機(jī)或直流電動(dòng)機(jī)不同。例如，在一個(gè)五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中，有五個(gè)在空間位置上相互錯(cuò)開的繞組，如果按一定的順序向五個(gè)繞組輪流輸入電流脈沖，則每輸入一個(gè)脈沖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)一個(gè)角度（例如轉(zhuǎn)1.5°）。因此，只要控制加給Mx 和My 的脈沖數(shù)，就可以控制工作臺(tái)在x、y方向的移動(dòng)距離。我們把每輸入一個(gè)脈沖后工作臺(tái)移動(dòng)的直線距離叫做脈沖位移當(dāng)量（簡稱脈沖當(dāng)量），用δ表示。

假定現(xiàn)在刀具中心線的位置在A點(diǎn)，而下一個(gè)孔的加工位置在B點(diǎn)，這時(shí)，工作臺(tái)必須沿x方向移動(dòng)△x，沿y方向移動(dòng)△y。因此，系統(tǒng)應(yīng)該給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)Mx 送△x/δ個(gè)脈沖，給步進(jìn)電動(dòng)機(jī) My送△y/δ個(gè)脈沖。同時(shí)，還可以通過控制脈沖的頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的控制。

二、數(shù)字脈沖定位控制系統(tǒng)

在圖2中給出了這個(gè)定位控制系統(tǒng)的方框圖，圖中MF為脈沖發(fā)生器，由它產(chǎn)生脈沖信號(hào)。x寄存器和y寄存器是兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼寄存器，用來存放x、y方向應(yīng)該走的步數(shù)。x計(jì)數(shù)器和y計(jì)數(shù)器是兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器，由它們來控制x、y向的移動(dòng)距離。x譯碼器和y譯碼器都只有一個(gè)全零譯碼器輸出端或，當(dāng)x或y計(jì)數(shù)器中的數(shù)是0時(shí)，或輸出低電平，否則輸出為高電平。x分配器和y分配器是兩個(gè)順序脈沖發(fā)生器，它們把單端輸入的一系列脈沖按固定次序輪流分配給各個(gè)輸出端。功率放大器負(fù)責(zé)把分配器輸出的脈沖信號(hào)放大，以獲得驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組所必需的脈沖電流。

圖2

三、數(shù)字脈沖定位控制系統(tǒng)的工作過程

現(xiàn)在，我們以x方向的運(yùn)動(dòng)為例，說明它的工作過程。

在啟動(dòng)信號(hào)到來之前，我們先將x計(jì)數(shù)器和y計(jì)數(shù)器置為零狀態(tài)。同時(shí)，把x、y方向應(yīng)當(dāng)移動(dòng)的距離△x、△y換算成脈沖數(shù)△x/δ、△y/δ，并分別存放于x寄存器和y寄存器中。因?yàn)閤、y計(jì)數(shù)器為零狀態(tài)，所以譯碼器的輸出、皆為低電平，將門3、4、5、6封鎖。因此，計(jì)數(shù)器和分配器都沒有脈沖輸入，Mx、My不動(dòng)。

在啟動(dòng)信號(hào)到達(dá)時(shí)，我們利用它作為置數(shù)脈沖，通過門1（因?yàn)閤寄存器不止一位，所以實(shí)際的電路中門1為一組門）把x寄存器中的數(shù)送到x計(jì)數(shù)器中。由于x計(jì)數(shù)器中的數(shù)已不再是零，因而變?yōu)榱烁唠娖剑㈤T3、5打開，于是 MF的輸出脈沖一邊通過門5送給分配器，使 Mx開始轉(zhuǎn)動(dòng)，一邊通過門3送給x計(jì)數(shù)器作減法計(jì)數(shù)。當(dāng)x計(jì)數(shù)器里的數(shù)減到零時(shí)，說明已向分配器送夠了△x/δ個(gè)脈沖，這時(shí)隨即變?yōu)榈碗娖?，將門3、5封鎖，Mx停止轉(zhuǎn)動(dòng)。工作臺(tái)所移動(dòng)的距離應(yīng)該就是△x。

y方向的工作過程和x方向的工作過程完全相同，而且x、y方向是同時(shí)開始移動(dòng)的，在x、y的移動(dòng)全部到達(dá)預(yù)定位置后，控制系統(tǒng)就可以鉆孔了。

為了使機(jī)床能連續(xù)工作，我們可以在鉆孔的同時(shí)，把到下一個(gè)孔的定位距離換算成脈沖數(shù)存在x、y寄存器中，并且在完成打孔操作以后，自動(dòng)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，使工作臺(tái)開始移動(dòng)。為此，在實(shí)際的系統(tǒng)中，系統(tǒng)還要有一套控制電路來實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作的自動(dòng)控制，這里不作詳細(xì)介紹。

（作者單位：江蘇省常州技師學(xué)院）