新型机床数控系统的研究

　　1．系统的组成及工作原理

　　1.1系统的硬件组成

　　本系统硬件由3部分组成：主机部分，驱动部分，执行机构<步进电机>部分。

　　1.1.1主机部分

　　主机采用8096单片机，完成系统的控制和协调。

　　1.1.2驱动部分

　　驱动器选用HBQIV型步进驱动器，该驱动器采用脉宽调制技术，耗电小，锁定电流减半，无明显共振区，主控信号与外界全部实行光电隔离，有自动过流短路保护，适配各种5相10线混合式步进电机。

　　1.1.3执行机构部分

　　系统所选用的执行机构为110BYG015相混合式步进电机，混合式步进电机与反应式相比，其转子为永久磁体，增大了电磁阻尼，减小了步进电机过冲的可能性，增加了系统的可靠性，它既有反应式步进电机步距角小和工作频率高的特点，又有永磁式控制功率比较小的特点，力矩相同时电流只有反应式的一半。

　　1.1.4测量元件系统的测量

　　元件包括一个旋转编码器和8个微动开关，旋转编码器安装在主轴上，用来解决螺纹乱扣和多头螺纹加工问题。车削螺纹时和一般车削加工不同，必须解决两个问题：第一，螺纹加工要经过几次切削才能完成，为了防止乱扣，每次开始进刀的位置必须相同；第二，主轴转一转，螺纹车刀必须在Z向精确的进给一个螺距，前者可以通过主轴脉冲发生器的同步信号来解决。经济型数控机床如果车螺纹，必须安主轴脉冲发生器，用它发出脉冲以使步进电机准确地配合主轴的旋转而产生进给运动。在车螺纹时，主轴转一转，主轴脉冲发生器产生一个同步信号，所以每次车削前，就扫描同步信号，信号到来开始切削，否则等待，这样就保证每次切削的始点位置在工件圆周的同一点上。8个微动开关有4个用于限位，4个用于定位机械原点，限位开关与系统多位开关并接，开关合上，系统复位，4个机械定位开关，两个为一对，前者用于降速处理，开关信号的检测采用8255接口。旋转编码器。

　　1.1.5测量数据

　　通过以上数据可以看出，改造后的数控机床加工精度远远高于手动加工，而且自动加工的误差具有一定的规律，可以通过加工程序进行消除，此外通过比较数控加工的速度是手动加工的3~5倍，这样既提高了产品的加工精度也提高了生产效率。

　　1.2系统的工作原理

　　本数控系统只对普通机床的X轴，Z轴进给系统进行自动控制，对主轴电机运行，换刀过程及冷却部分不作自动控制，由数控控制器和强电箱组成。强电箱包括步进伺服驱动单元及控制电源，数控控制器采用8096单片计算机控制，并配有相应的数控软件，它是实现各种控制功能的核心。在输入的零件加工程序中，给定了具体的加工长度，移动方向，进给速度等功能要求，数控控制器按照所输入的加工程序经过计算机处理发出所需要的相位脉冲信号。相位脉冲信号经驱动单元功率放大后，驱动步进电机。在此系统中采用开环控制，此控制不带位置检测元件，伺服系统驱动元件一般用步进电机，系统发来的每一个进给脉冲，经驱动放大器电路放大，并驱动步进电机旋转一个固定的角度（0.36），再经减速齿轮带动丝杆旋转，最后使工作台移动，这种控制方式对执行机构实际动作情况不进行检查，没有被控对象的反馈值，指令发出后不再反馈回来。这种控制系统的精度完全取决于步进电机的步距精度及齿轮，丝杠的传动精度，因此，对传动元件的制造精度和装配质量要求较高。

　　2．系统的干扰及抗干扰措施

　　2.1干扰的来源由于工作现场的多样性和复杂性，干扰源也是多种多样的，概括起来如下：

　　1）电源干扰工业现场中，往往有多种工作机械共用一个电网，任何一台工作机械起动都会使电网波动，如果工作机械没有采用相应的消除干扰措施，会将其他干扰信号馈入电网，从而影响电网上的其他系统。电源的干扰往往会给计算机控制系统带来严重危害，因此必须设法消除电源的干扰。

　　2）空间辐射干扰辐射干扰有两种：一种是电场辐射；另一种是磁场辐射，它们可以通过静电感应，电磁感应等方式在微机系统中形成干扰。以场的形式入侵的干扰主要发生在高电压，大电流，高频电磁场等附近。电磁或电场干扰一种是来自雷电和大气中的自然源，另一种是来自于能产生磁场的用电设备，如无线电发射机，电焊机等。

　　3）信号通道干扰在微机应用系统中，各种信号线是很多的，既有输入信号线，也有输出信号线，这些信号线不仅会受到外来信号的干扰，相互之间也会通过线间耦等产生干扰，线间干扰可能是电场或磁场干扰。

　　2.2抗干扰的措施

　　在本系统中，对上述3种干扰分别采取了不同的措施。

　　对于来自电网的干扰采用隔离技术，即用隔离元器件将信号通道隔离，以防干扰的侵入，在微机数控系统中弱电部分和强电部分需隔离，以免强电压馈入计算机或低电器件，造成干扰甚至损坏，在本系统中采用光电耦合器实现隔离。对于来自空间的电场和磁场干扰主要采用屏蔽技术，用导体制成的屏蔽盒，壳板，栅导来吸收辐射信号以保护被屏蔽体免受干扰，使用较完善的屏蔽体，它不仅可以抑制外来干扰信号通过辐射进入本系统，也可以防止本系统的辐射信号辐射到外部。

　　对于来自信号通道的干扰，主要采取双绞线传输信号，由于电流流过往复两根导线时电流方向相反，产生的磁场这时也为最小，由于一根导线的电流产生的磁通和另一根导线的电流产生的磁通符号相反而相互抵消，从而抑制了干扰。

　　3．系统的软件编制

　　系统程序采用96汇编语言编制，整个设计采用模块化设计，主要包括主模块，子程序模块，主模块主要包括初始化和监控，监控主要包括键盘管理和显示管理，其均可调用原监控程序中的键盘管理和显示管理，根据实际我们在调试时用原来的监控程序，而在完成固化时运用自己的监控程序。

　　4．结论

　　本系统经过实验室及现场的定载运行，不论是升降速运行还是平稳运行，以及直线插补，圆弧插补及各种基本功能达到了预期设计的要求，对于滚珠丝扣的改造也达到了预期的要求。本系统不仅在运行上达到了稳定可靠的要求，在操作上达到了方便灵活，适用于一般工人操作，而且便于维修。

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