基于单片机的步进电机的数控系统Word格式.docx
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关键字:
单片机;
步进电机;
数控系统
[abstract]:
Manyindustrialcontrolequipmenttocontrolthedisplacementandangleofhigheraccuracy,itisdifficulttoachievethegeneralmotor,andsteppermotorcanbesettoachievethepreciseangleandrotation.Thisdesignistheuseof51single-chip4-phasesteppermotorcontrolsystem.Generatedbythesingle-chipdrivepulsesignaltocontrolthesteppermotorspeedtoacertaindirectiontoacertaindegreeofrotationangle.Andsteppermotorcontrolissimple,accuratepositioning.Withthedevelopmentofscienceandtechnologyinmanyfieldswillbeawiderangeofapplications.Thedesignofintegratedcircuitsconsistingofadedicatedsteppermotordrivercontrolsystem.Thissystemhasasimplestructure,highcost,smallsize,simplesoftwaredevelopment.ThisintegratedcircuitconsistingofCNCprogrammingthroughsimpleonthesteppermotorcansetthespeed,rotationangle,rotationfrequencyandcontrolmotorrunning.Onthisbasisasteppermotorcontrolcircuitofthehardwareinterface,theprogramflowchartandtheassembler
Keywords:
Single-chipmicrocontroller;
steppingmotor;
numericalcontrolsystem.
目录
1绪论1
1.1引言1
1.2数控技术的基本概念1
1.3数控系统的组成1
1.4数控技术的发展趋势2
2课题分析及整体方案的确定4
2.1课题设计内容及要求4
2.2课题分析及系统特点分析4
2.3系统总体方案的确定4
3模块电路分析与设计5
3.1电源模块电路分析与设计5
3.1.1电源模块电路的分析5
3.1.2电源模块电路的设计6
3.2控制模块电路分析与设计12
3.2.1控制模块电路分析12
3.2.2部分硬件简介12
3.3驱动模块分析及其设计32
3.3.1步进电动机的原理32
3.3.2步进电机的驱动35
4数控机床软件控制37
4.1步进电机的运动控制37
4.2步进电机插补程序设计38
总结44
致谢45
参考文献46
1绪论
1.1引言
在工业控制系统中,通常要控制机械部件的平移和转动,对位移和角度的控制要求较高,一般电机很难实现对位置和角度的精确控制,而步进电机可精确实现所设定的角度和转数,具有良好的步进特性,最适合于数字控制,因此它在数控机床等设备中得到了广泛的应用。
在工业被控设备对位移和角度控制要求较高的场所步进电机应用很多,而单片机芯片体积小、兼容性强、高速度、低价格、低工作电压、低功耗等特点,使单片机成为驱动步进电机的最佳控制单元,所以基于单片机控制的步进电机系统控制精度高、运行稳定,在控制领域有着广泛的应用。
1.2数控技术的基本概念
数控技术,简称数控(NMmericalContr01,NC)是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。
由于现代数控都采用了计算机进行控制,因此,也可以称为计算机数控(ComputerNumericalContr01,CNC)。
为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制,必须具备相应的硬件和软件。
用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统(Numer5calContr01System),数控系统的核心是数控装置(NMmericalContr011er)。
由于数控系统、数控装置的英文缩写亦采用NC(或CNC),因此,在实际使用中,在不同场合NC(或CNC)具有三种不同含义:
既可以在广义上代表一种控制技术,又可以在狭义上代表一种控制系统的实体,还可以代表一种具体的控制装置——数控装置。
采用数控技术进行控制的机床,称为数控机床(NC机床)。
它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品,是现代制造技术的基础。
1.3数控系统的组成
1.控制介质
数控设备工作时,不需要操作者直接进行手工加工,但设备必须按操作者的意图进行工作,这就必须在操作者与设备间建立某种联系,对这种联系的中间媒介物称之为控制介质。
控制介质也称为信息载体,它可以是穿孔带、穿孔卡、磁带、软磁盘等。
在控制介质上存储着加工零件所需要的全部操作信息,它是数控系统用来指挥和控制设备进行加工运动的唯一指令信息。
2.输入装置
输入装置的作用是将控制介质上的程序代码变成相应的电脉冲信号,传送并存入数控装置中。
根据不同的控制介质,输入装置可以是光电读带机、录音机或软盘驱动器。
现在有很多数控设备不用任何控制介质,而是将数控加工程序单上的内容通过数控装置上的键盘直接输入给数控装置,称为MDI方式。
有的还可格数控加工程序由编程计算机用通信方式传送给数控装置。
3.数径装置
数控装置是数控设备的核心,它接受输入装置送来的脉冲信号,经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理,然后将各种信息指令输出给伺服系统,使设备各部分进行规范而有序的动作。
这些指令主要是经插补运算决定的各坐标轴的进给速度、进给方向和位移量;
主运动部件的变速、换向和启停信号;
选择和交换刀具的指令信号;
切削液的开停信号;
工件的松夹、分度工作台的转位等辅助指令信号。
介于数控装置与被控设备之间的强电控制装置,主要作用是接收数控装置输出的主运动变速、刀具选择交换、辅助装置动作等指令信号,经过必要的编译、逻辑判断和功率放大后,直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件等,完成指令所规定的各种动作。
4.伺服系统
伺服系统包括伺服驱动电路和伺服驱动元件,它们与执行部件上的机械部件组成数控设备的进给系统。
其作用是把数控装置发来的速度和位移指令(脉冲信号)转换成执行部件的进给速度、方向和位移。
每个执行进给运动的部件,都配有一套伺服驱动系统,而相对于每一个脉冲信号,执行部件都有一个相应的位移量,又称为脉冲当量,其值越小,加工精度就越高。
数控装置可以以很高的速度和精度进行计算并发出很小的脉冲信号,关键在于伺服系统能以多高的速度与精度去响应执行,所以整个系统的精度与速度主要取决于伺服系统。
在伺服系统中,伺服驱动电路要把数控装置发出的微弱电信号(5V左右,毫安级)放大成强电的驱动电信号(几十至上百伏,安培级)去驱动执行元件——伺服电动机。
伺服系统的执行元件主要有功率步进电动机、电液脉冲马达、直流伺服电动机和交流伺服电动机等,其作用是将电控信号的变化转换成电动机输出铀的角速度和角位移的变化,从而带动执行部件作进给运动。
5.执行部件
数控系统的执行部件是加工运动的实际执行部件,主要包括主运动部件、进给运动执行部件、工作台、拖板及其部件和床身立校等支承部件,此外还有冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置,存放刀具的刀架、刀库及交换刀具的自动换刀机构等。
执行部件应有足够的刚度和抗振性,还要有足够的精度,传动系统结构要简单,便于实现自动控制。
6.测量反馈装置
测量反馈装置是将运动部件的实际位移、速度及当前的环境(如温度、振动、摩擦和切削力等因素的变化)参数加以检测,转变为电信号后反馈给数控装置,通过比较,得出实际运动与指令运动的误差,并发出误差指令,纠正所产生的误差。
测量反馈装置的引入,有效地改善了系统的动态特性,大大提高了零件的加工精度。
1.4数控技术的发展趋势
随着微电子技术、计算机技术、精密制造技术及检测技术的发展,数控机床性能日臻完善,数控系统应用领域日益扩大。
各生产部门工艺要求的不断提高又从另一方面促进了数控机床的发展,当今数控机床正不断采用最新技术成果,朝着高速度、高精度、高可靠性、多功能、智能化、复合化等方向发展。
(1)高速度、高精度速度和精度是数控系统的两个重要技术指标,它直接关系到加工效率和产品质量。
对于数控系统,高速度首先是要求计算机数控系统在读入加工指令数据后,能高速度处理并计算出伺服电动机的位移量,并要求伺服电动机高速度地作出反应。
此外,要实现生产系统的高速度,还必须实现主轴、进给、刀具交换、托板交换等各种关键部分的高速度。
现代数控机床主轴转速在12000r/min以上的已较为普及,高速加工中心的主轴转速高达100000r/min;
快速进给速度一般机床都在50m/min以上,有的机床高达120m/min。
加工的高精度比加工速度更为重要,微米级精度的数控设备正在普及,一些高精度机床的加工精度己达到o.1pm。
(2)高可靠性新型的数控系统大量采用大规模或超大规模的集成电路,采用专用芯片及混合式集成电路,使线路的集成度提高,元器件数量减少,功耗降低,提高了可靠性。
现代数控机床都装备了计算机数控系统(即CNC系统),只要改变软件控制程序,就可以适应各类机床的不同要求,实现数控系统的模块化、标准化和通用化。
数控控制软件的功能更加丰富,具有自诊断及保护功能。
为了防止超程,可以在系统内预先设定工作范围(即软极限)。
数控系统还具有自动返回功能(即断点保护功能)。
(3)多功能大多数数控机床都具有CRT图形显示功能,可以进行二维图形的加工轨迹动态模拟显示,有的还可以显示三维彩色动态图形;
具有丰富的人机对话功能,“友好”的人机界面;
借助CRT与键盘的配合,可以实现程序的输入、编辑、修改、删除等功能。
现代数控系统,除了能与编程机、绘图机、打印机等外设通信外,还应能与其他CNC系统、上级计算机系统通信,以实现FMS的连接要求。
(4)智能化数控系统应用高技术的重要目标是智能化。
如引进自适应控制技术、人机会话自动编程
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- 关 键 词:
- 基于 单片机 步进 电机 数控系统