机械学院毕业设计完整版.doc

基于面向对象程序设计技术的圆弧插补步进控制系统设计 序 言 制造业是国民经济和国防建设的基础性产业，先进制造技术是振兴传统制造业的技术支柱和发展趋势，是直接创造社会财富的主要手段，谁先掌握先进制造技术，谁就能够占领市场。数控技术是先进制造技术的基础技术和共性技术，它的广泛应用使整个制造业发生了根本性的变化。因此数控技术水平的高低，数控设备拥有量的多少以及数控 技术的普及程度，已经成为一个国家综合实力和工业现代化水平的重要标志。数控机床集机械制造技术、信息技术、微电子技术和自动化技术等为一体，随着科学技术的发展而不断的发展与创新。我国的数控技术及产业与发达国家相比仍然有比较大的差距，其原因是多方面的，但最重要的是数控人才的匮乏。目前，随着国内数控机床用量的剧增，急需培养一大批各种层次的数控人才，特别是应用型高级技术人才及能熟练操作数控设备的技能人才。本设计即为适应这种形势的需求而做的。 本设计总共分为两章，第一章圆弧插补器的软件设计，概述了圆弧插补的意义、前景、方法、流程，以及C语言的概述，圆弧插补的程序设计；第二章圆弧插补器的硬件设计，对硬件系统构成进行简介，如何选择功率驱动器的，AMPCI-9102插卡的使用以及连接到步进电机上，使得软硬件结合实现数控圆弧插补。 本设计的特点一是符合知识理解的逻辑性，各章内容既相互联系，又相对独立成体系；二是理论联系实际，重点突出；三是强化专业基础知识。 本设计在设计中参阅了大量相关文献，在此向有关作者一并表示谢意！ 第1章 本系统的硬件体系结构 1.1一般步进控制系统结构及工作原理 步进式伺服驱动系统是典型的开环控制系统。在此系统中，执行元件是步进电机。它受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电平信号直接变换为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。由于该系统没有反馈检测环节，它的精度较差，速度也受到步进电机性能的限制。但它的结构和控制简单、容易调整，故在速度和精度要求不太高的场合具有一定的使用价值。 1..1.1 步进式伺服驱动系统工作原理 步进式伺服驱动系统主要由步进电机驱动控制线路和步进电机两部分组成，如图1-1所示。驱动控制线路接收来自数控机床控制系统的进给脉冲信号 指令信号 ，并把此信号转换为控制步进电机各相定子绕组依此通电、断电的信号，使步进电机运转。步进电机的转子与机床丝杠连在一起，转子带动丝杠转动，丝杠再带动工作台移动。 下面从步进式伺服系统如何实现对机床工作台移动的移动量、速度和移动方向进行控制三个方面，对其工作原理进行介绍。 1 工作台位移量的控制 数控机床控制系统发出的 个进给脉冲，经驱动线路之后，变成控制步进电机定子绕组通电、断电的电平信号变化次数 ，使步进电机定子绕组的通电状态变化 次。由步进电机工作原理可知，定子绕组通电状态的变化次数 决定了步进电机的角位移 , 即步距角 。该角位移经丝杠、螺母之后转变为工作台的位移量 ， t为螺距 。即进给脉冲的数量 →定子绕组通电状态变化次数 →步进电机的转角 →工作台位移量 。 2 工作台进给速度的控制 机床控制系统发出的进给脉冲的频率 ，经驱动控制线路之后，表现为控制步进电机定子绕组通电、断电的电平信号变化频率，也就是定子绕组通电状态变化频率。而定子绕组通电状态的变化频率 决定了步进电机转子的转速ω。该转子转速ω经丝杠螺母转换之后，体现为工作台的进给速度v。即进给脉冲的频率 →定子绕组通电状态的变化频率 →步进电机的转速ω→工作台的进给速度v。 3 工作台运动方向的控制 当控制系统发出的进给脉冲是正向时，经驱动控制线路，使步进电机的定子各绕组按一定的顺序依次通电、断电；当进给脉冲是负向时，驱动控制线路则使定子各绕组按与进给脉冲是正向时相反的顺序通电、断电。由步进电机的工作原理可知，通过步进电机定子绕组通电顺序的改变，可以实现对步进电机正转或反转的控制，从而实现对工作台的进给方向的控制。 综上所述，在开环步进式伺服系统中，输入的进给脉冲的数量、频率、方向，经驱动控制线路和步进电机，转换为工作台的位移量、进给速度和进给方向，从而实现对位移的控制。 1.1.2 步进电机的驱动控制线路 根据步进式伺服系统的工作原理，步进电机驱动控制线路的功能是，将具有一定频率 、一定数量N和方向的进给脉冲转换成控制步进电机各相定子绕组通断电的电平信号。电平信号的变化频率、变化次数和通断电顺序与进给指令脉冲的频率、数量和方向对应。为了能够实现该功能，一个较完整的步进电机的驱动控制线路应包括脉冲混合电路、加减脉冲分配电路、加减速电路、环形分配器和功率放大器 见图1-2 ，并应能接收和处理各种类型的进给指令控制信号如自动进给信号、手动信号和补偿信号等。脉冲混合电路、加减脉冲分配电路、加减速电路和环