加工中心刀具自动进给控制系统的设计

编号 XXX大学 毕业设计（论文） 题目： 加工中心刀具自动进给 控制系统的设计 机电 系 电 子 信 息 工 程 专业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称： ） （职称： ） 2011 年 5 月 22 日 I Xxx大学 机 电 系 电子信息工 程 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 、 题目 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 、专题 二、课题来源及选题依据 本课题来源于自选题目。 加工中心刀具自动进给控制系统是数控机床等现代加工设 备的 重 要组成部分。随着数控技术的不断成熟和发展，人们对数控方面的选择也有 了更广阔的范围，对数控技术的掌握要求也越来越高 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1 要求以中规模数字集成计数器为核心，以步进电机为执行元件， 设计一个数字化自动进给控制系统。 2 熟练掌握电子工作平台 Multisim 软件的使用方法 。 3用 Multisim 软件对 进行自动进给控制系 统的研究与设计。 4用 Multisim 软件创建仿真电路。 四、接受任务学生： Xxx 班 姓名 五、开始及完成日期： 自 2010 年 10 月 25 日 至 2011 年 5 月 22 日 II 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2010 年 10 月 25 日 III 摘 要 自动进给控制系统是数控机床等现代加工设备的重要组成部分。本设计主要介绍以中规模数 字集成计数器 IC74163 及 IC74191 为核心的两种方案，以步进电机为执行元件的数字化自动进给控制系统。文章详细介绍了自动进给系统的状态译码可编程计数器的设计过程，其中还涉及到的自动进给控制系统的译码可编程计数器所使用的元器件，及元器件的主要使用到的功能，元器件的管脚图等等，并且单独给出了设计图。文章简单的介绍了执行元件三相步进电机的工作原理，驱动系统，环形分配器的内部结构，工作原理等。在设计中用电子设计自动化 (EDA)软件进行了系统的研究和设计，给出了系统仿真和实验结果。仿真软件使用的是 EWB 的升级版本 Multisim。在文章中也对它的工作界面使用方法做了简单的介绍。 关键词 :IC74163； IC74191；电子设计自动化；自动进给；数字电路仿真 IV Abstract The auto-advancing driving system is the important part of numerical controlled processing equipment such as numeri cal controlled machine tool. This design mainly introduces two programs one is the numerical auto-advancing driving system whose kernel is middle scale number integration counter IC74163 and the other is numerical auto-advancing driving system whose kernel is middle scale number integration counter IC74191.and both of their operation components are stepping motor.The paper introduces the Design process of the State decoding programmable counter which belongs to the auto-advancing driving system In detail.It also involved the components that used in the Decoding programmable counter,the main use of the components ,the pin maps of the components ,etc. and gives the design alone. Article describes the working principle of the three-phase stepper motor actuator,drive system, the internal structure of the ring distributor ,working principle and so on, simply.Among the Design,I used Electronic design automation (EDA) software to do the Research and design,gives the simulation and experimental results.The simulation software used in the design is the Multisim which is the Upgrade edition of the EWB.The article also introduced the Working interface,and the Methods of the use. Key words: IC74163；IC74191；Electronic design automation； auto-advancing driving；Digital circuit simulation V 目 录 1 绪论 . 1 1.1 加工中心的概念 . 1 1.2 加工中心的发展史 . 1 1.3 课题研究的意义 . 2 2 仿真软件 MULTISIM . 3 2.1 EDA 技术 . 3 2.1.1 什么是 EDA . 3 2.1.2 EDA 技术的概念 . 3 2.1.3 EDA 工具软件 . 3 2.2 MULTISIM 电子仿真软件的介绍及简单的使用说明 . 4 2.2.1 基本概念 . 4 2.2.2 仿真的内容 . 4 2.2.3 电 路的构建及仿真 . 4 2.2.4 MULTISIM 对元器件的管理 . 5 2.2.5 输入并编辑电路 . 5 2.2.6 将元器件连接成电 路 . 6 2.2.7 MULTISIM11.0 特点 . 6 3 加工中心刀具进给控制系统的设计 . 9 3.1 自动进给控制系统的组成 . 9 3.2 执行元件三相步进电机 . 9 3.2.1 步进电机的简单定义 . 9 3.2.2 三相步进电机的结构 . 9 3.2.3 三相步进电机的旋转 . 10 3.3 步进电机环形分配器 . 10 3.3.1 工作原理 . 10 3.3.2 程序设计 . 11 3.4 自动进给控制系统的设计原理 . 12 VI 3.5 基于 IC74163 自动进给系统的设计 . 12 3.5.1 基于 IC74163 自动进给系统的设计介绍 . 12 3.5.2 IC74163 介绍 . 14 3.5.3 10-4 线编码器 74147 介绍 . 15 3.5.4 6 反相器 7404 介绍 . 16 3.5.5 用 555 定时器接成多谐振荡器的介绍 . 16 3.5.6 仿真与实验结果 . 17 3.5.7 自动进给系统的改进 . 17 3.5.8 4-16 线译码器 74159 介绍 . 19 3.5.9 16 选 1 数据选择器 74150 介绍 . 20 3.5.10 电平触发的 RS 触发器的介绍 . 22 3.6 基于 IC74191 的自动进给控制系统的设计 . 25 3.6.1 基于 IC74191 自动进给系统 的设计介绍 . 25 3.6.2 IC74191 介绍 . 28 3.6.3 4D 触发器 74175 介绍 . 29 3.6.4 仿真和实验结果 . 30 4 结论与展望 . 31 4.1 结论 . 31 4.2 展望 . 31 致 谢 . 32 参考文献 . 33 附录 A . 34 附录 B . 35 附录 C . 36 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 1 1 绪论 1.1 加工中心的概念 能自动更换工具，对一次装夹的工件进行多工序加工的数控机床。加工中心 ,简称 cnc，是由机械设备与 数控系统 组成的使用于加工复杂形状工件的高效率 自动化 机床。加工中心又叫 电脑锣 。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的 数控机床 。加工中心是高度 机电一体化 的产品，工件装夹后，数控系统能控制 机床 按不同工序自动选择、更换 刀具 、自动对刀、自动改变 主轴转速 、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了 工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂， 精度 要求较高，品种更换频繁的 零件 具有良好的经济效果。 1.2 加工中心的发展史 加工中心（英文 CNC machining center）：是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。在中国香港，台湾及广东一代也有很多人叫 它电脑锣。 工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。 加工中心按其加工工序分为镗铣和车削两大类，按控制轴数可分为三轴、四轴和五轴加工中心。 加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的 80左右 (普通机床仅为 15 20 )；同时也减少了工序之间的工件 周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。 第一台加工中心是 1958 年由美国卡尼 -特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。二十世纪 70 年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。这种多工序集中加工的形式也扩展到了其他类型数 控机床，例如车削中心，它是在数控车床上配置多个自动换刀装置，能控制三个以上的坐标，除车削外，主轴可以停转或分度，而由刀具旋转进行铣削、钻削、铰孔和攻丝等工序，适于加工复杂的旋转体零件。 加工中心按主轴的布置方式分为立式和卧式两类。卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。立式加工中心一般不带转台，仅作顶面加工。此外，还有带立、卧两个主轴的复合式加工中心，和主轴能调整成卧轴或立轴的立卧可调式加工中心，它们能对工件进行五个面的加工。 加工中心 的自动换刀装置由存放刀具的刀库和换刀机构组成。刀库种类很多，常见的有盘式和链式两类。链式刀库存放刀具的容量较大。 换刀机构在机床主轴与刀库之间交换刀具，常见的为机械手；也有不带机械手而由主轴直接与刀库交换刀具的，称无臂式换刀装置。 为了进一步缩短非切削时间，有的加工中心配有两个自动交换工件的托板。一个装着工件在工作台上加工，另一个则在工作台外装卸工件。机床完成加工循环后自动交换托板，使装卸工件与切削加工的时间相重合。加工中心通常以主轴与工作台相对位置分类，分为卧式、立式和万能加工中心。 江南大学学士学位论文 2 卧式加工中心：是 指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。 立式加工中心：是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。 万能加工中心 (又称多轴联动型加工中心 )：是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度可控制联动变化，完成复杂空间曲面加工的加工中心。适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。 1.3 课题研究的意义 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地 位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。 数控机床等现代加工设备是采用自动控制，数字装置或电子计算机，全部或部分地取代一般通用机床在加工零件时对机床各种动作的人工控制。各种控制功能，均是以数字和文字实现的。自动进给数控系统是现代加工设备的核心部分，它由数字逻辑电路组合而成，广泛的应用于数控机床、刨床、磨床等的自动进给控制系统中。 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 3 2 仿真软件 Multisim 2.1 EDA技术 2.1.1 什么是 EDA EDA 就是“ Electronic Design Automation”的缩写。这种技术已经在电子设计领域得到广泛应用。 20 世纪 90 年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如 CPLD、 FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为 数字系统 的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的 数字系统设计 方法、设计过程和设计观念，促进了 EDA 技术的迅速发展。 EDA 技术就是以计 算机为工具，设计者在 EDA 软件平台上，用硬件描述语言 VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。 EDA 技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。 利用 EDA 工具，电子 设计师 可以从概念、算法、协议等开始设计 电子系统 ，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。 现在对 EDA 的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有 EDA 的应用。目前 EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到 EDA 技术。 2.1.2 EDA技术的概念 EDA 技术是指以计算 机为工作平台，融合了 应用电子技术 、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。 利用 EDA 工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。 现在对 EDA 的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域， 都有 EDA 的应用。目前 EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到 EDA 技术。本文所指的 EDA 技术，主要针对电子电路设计、 PCB 设计和 IC 设计。 EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。 2.1.3 EDA工具软件 EDA 工具 软件 可大致可分为芯片设计辅助软件、可编程芯片 辅助设计软件 、系统设计辅助软件等三类。 江南大学学士学位论文 4 目前进入我国并具有广泛影响的 EDA 软件是系统设计软件辅助类和可编程芯片辅助设计软件： Protel、 Altium Designer、 PSPICE、 multiSIM10(原 EWB 的最新版本 )、 OrCAD、PCAD、 LSIIogic、 MicroSim、 ISE、 modelsim、 Matlab 等等。这些工具都有较强的功能，一般可用于几个方面，例如很多软件都可以进行 电路设计与仿真 ，同进还可以进行 PCB 自动布局布线，可输出多种网表文件与 第三方软件 接口。 下面按主要功能或主要应用场合，分为电路设计与仿真工具、 PCB 设计软件、 IC 设计软件、 PLD 设计工具及其它 EDA 软件，进行简单介绍。 电子电路设计与仿真工具包括 SPICE/PSPICE； multiSIM； Matlab； SystemView；MMICAD LiveWire、 Edison、 Tina Pro Bright Spark 等。在本设计中主要用到的是 multiSIM仿真软件。 2.2 MultiSIM电子仿真软件的介绍及简单的使用说明 2.2.1 基本概念 1 工程师们可以使用 Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。 Multisim提炼了 SPICE 仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的 SPICE 技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过 Multisim 和虚拟仪器技术，PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到 原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程 。 NI Multisim 软件是一个专门用于电子电路仿真与设计的 EDA 工具软件。作为 Windows 下运行的个人桌面电子设计工具， NI Multisim 是一个完整的集成化设计环境。NI Multisim 计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。学员可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。 NI Multisim 软件绝对是电子学教学的首选软件工具 。 2.2.2 仿真的内容 1.器件建模及仿真 ； 2.电路的构建及仿真 ； 3.系统的组成及仿真 ； 4.仪表仪器原理及制造仿真 。 器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件 :模拟器件（二极管，三极管，功率管等） ；数字器件（ 74 系列， COMS 系列， PLD， CPLD 等） ；FPGA 器件。 2.2.3 电路的构建及仿真 单元电路、功能电路、单片机硬件电路的构建及相应软件调试的仿真 。 系统的组成及仿真： Commsim 是一个理想的通信系统的教学软件。它很适用于如 信号与系统 、 通信 、 网络 等课程，难度适合从一般介绍到高 级。使学生学的更快并且掌握的更多。 Commsim 含有 200 多个通用通信和数学模块，包含工业中的大部分编码器，调制器，滤波器，信号源，信道等， Commsim 中的模块和通常通信技术中的很一致，这可以确保你的学生学会当今所有最重要的通信技术 。 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 5 要观察仿真的结果，你可以有多种选择：时域，频域， XY 图，对数坐标，比特误码率，眼图和功率谱。 仪表仪器的原理及制造仿真：可以任意制造出属于自己的虚拟仪器、仪表，并在计算机仿真环境和实际环境中进行使用。 PCB 的设计及制作：产品级版图的设计及制作。 2.2.4 Multisim对元器件的管理 EDA 软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该 EDA 软件的质量和易用性。 Multisim 为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。 Multisim 以库的形式管理元器件，通过菜单 Tools/ Database Management 打开 Database Management（数据库管理）窗口（如下图所示），对元器件库进行管理。 在 Database Management 窗口中的 Daltabase 列表中有两个数据库： Multisim Master 和User。其中 Multisim Master 库中存放的是软件为用户提供的元器件， User 是为用户自建元器件准备的数据库。用户对 Multisim Master 数据库中的元器件和表示方式没有编辑权。当选中 Multisim Master 时，窗口中对库的编辑按钮全部失效而变成灰色。但用户可以通过这个对话窗口中的 Button in Toolbar 显示框，查找库中不同类别器件在工具栏中的表示方法。据此用户可以通过选择 User 数据库，进而对自建元器件进行编辑管理。 在 Multisim Master 中有实际元器件和虚拟元器件，它们之间根本差别在于：一种是与实际元器件的型号、参数值以及封装都相对应的元器件，在设计中选用此类器件，不仅可以使设计仿真与实际情况有良好的对应性，还可以直接将设计导出到 Ultiboard 中进行 PCB的设计。另一种器件的参数值是该类器件的典型值，不与实际器件对应，用户可以根据需要改变器件模型的参数值，只能用于仿真，这类器件称为虚拟器件。它们在工具栏和对话窗口中的表示方法也不同。在元器件工具栏中，虽然代表虚拟器件的按钮的图标与该类实际器件的图标形状相同，但虚拟器件的按钮有底色，而实际 器件没有 。 相同类型的实际元器件和虚拟元器件的按钮并排排列，并非所有的是元器件都设有虚拟类的器件。在元器件类型列标中，虚拟元器件类的后缀标有 Virtual。 2.2.5 输入并编辑电路 输入电路图是分析和设计工作的第一步，用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电路图中并连接起来 ,为分析和仿真做准备。 为了适应不同的需求和用户习惯，用户可以用菜单 Option/Preferences 打开 Preferences对话窗口。 通过该窗口的 6 个标签选项，用户可以就编辑界面颜色、电路尺寸、缩放比例、自动存储时间等内容作相 应的设置。 取用元器件的方法有两种：从工具栏取用或从菜单取用。下面将以 74LS00 为例说明两种方法。 具栏取用： Design 工具栏 ；Multisim Master 工具栏 ；TTL 工具栏 ；74LS 按钮 。 从 TTL 工具栏中选择 74LS 按钮打开这类器件的 Component Browser 窗口，如下图所示。其中包含的字段有 Database name（元器件数据库）， Component Family（元器件类型列表）， Component Name List（元器件名细表）， Manufacture Names（生产厂家）， Model Level-ID（模型层次）江南大学学士学位论文 6 等内容 。 从菜单取用：通过 Place/ Place Component 命令打开 Component Browser 窗口。选中相应的元器件 在 Component Family Name 中选择 74LS系列，在 Component Name List 中选择 74LS00。单击 OK 按钮就可以选中 74LS00。 7400 是四 /二输入与非门，在窗口种的 Section A/B/C/D分别代表其中的一个与非门，用鼠标选中其中的一个放置在电路图编辑窗口中。器件在电路图中显示的图形符号，用户可以 在上面的 Component Browser 中的 Symbol 选项框中预览到。当器件放置到电路编辑窗口中后，用户就可以进行移动、复制、粘贴等编辑工作了，在此不再详述。 2.2.6 将元器件连接成电路 在将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后，用鼠标就可以方便地将器件连接起来。方法是：用鼠标单击连线的起点并拖动鼠标至连线的终点。在 Multisim 中连线的起点和终点不能悬空。 2.2.7 Multisim11.0特点 直观的图形界面 ： 整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可 直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的 。 丰富的元器件 ： 提供了世界主流元件提供商的超过 17000 多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以及代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。 强大的仿真能力 ： 以 SPICE3F5 和 Xspice 的内核作为仿真的引擎，通过 Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括 SPICE 仿真、 RF 仿真 、 MCU 仿真、 VHDL 仿真、电路向导等功能。 丰富的测试仪器 ： 提供了 22 种虚拟仪器进行电路动作的测量： Multimeter(万用表 ) Function Generatoer(函数信号发生器 ) Wattmeter(瓦特表 ) Oscilloscope(示波器 ) Bode Plotter(波特仪 ) Word Generator(字符发生器 ) Logic Analyzer(逻辑分析仪 ) Logic Converter(逻辑转换仪 ) Distortion Analyer(失真度仪 ) Spectrum Analyzer(频谱仪 ) Network Analyzer(网络分析仪 ) Measurement Pribe(测量探针 ) 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 7 Four Channel Oscilloscope(四踪示波器 ) Frequency Counter(频率计数器 ) IV Analyzer(伏安特性分析仪 ) Agilent Simulated Instruments(安捷伦仿真仪器 ) Agilent Oscilloscope(安捷伦示波器 ) Tektronix Simulated Oscilloscope(泰克仿真示波器 ) Voltmeter(伏 特表 ) Ammeter(安培表 ) Current Probe(电流探针 ) Lab VIEW Instrument(Lab VIEW 仪器 ) 这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。除了 Multisim 提供的默认的仪器外，还可以创建 LabVIEW 的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量及控制应用程序的仪器。 完备的分析手段 ： Multisimt 提供了许多分析功能： DC Operating Point Analysis（直流工作点分析 ） AC Analysis（交流分析） Transient Analysis（瞬态分析） Fourier Analysis（傅里叶分析） Noise Analysis（噪声分析） Distortion Analysis（失真度分析） DC Sweep Analysis（直流扫描分析） DC and AC Sensitvity Analysis（直流和交流灵敏度分析） Parameter Sweep Analysis（参数扫描分析） Temperature Sweep Analysis（温度扫描分析） Transfer Function Analysis（传输 函数分析） Worst Case Analysis（最差情况分析 ） Pole Zero Analysis（零级分析） Monte Carlo Analysis（蒙特卡罗分析） Trace Width Analysis（线宽分析） Nested Sweep Analysis（嵌套扫描分析） Batched Analysis（批处理分析） User Defined Analysis（用户自定义分析） 它们利用仿真产生的数据执行分析，分析范围很广，从基本的 到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。集成 LabVIEW 和Signalexpress 快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能； 独特的射频 (RF)模块 ： 提供基本射频电路的设计、分析和仿真。射频模块由 RF-specific（射频特殊元件，包括自定义的 RF SPICE 模型）、用于创建用户自定义的 RF 模型的模型生成器、两个江南大学学士学位论文 8 RF-specific 仪器（ Spectrum Analyzer 频谱分析仪和 Network Analyzer 网络分析仪）、一些RF-specific 分析（电路特性、匹配网络单元、噪声系数）等组成； 强大的 MCU 模块 ： 支持 4 种类型的单片机芯片 ,支持对外部 RAM、外部 ROM、键盘和 LCD 等外围设备的仿真，分别对 4 种类型芯片提供汇编和编译支持；所建项目支持 C 代码、汇编代码以及16 进制代码 ,并兼容第三方工具源代码； 包含设置断点、单步运行、查看和编辑内部 RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。 完善的后处理 ： 对分析结果进行的数学运算操作类型包括算术运算、三角运算、指数运行、对数运算、复合运算、向量运算和逻辑运算等； 详细的报告 ： 能够呈现材 料清单、元件详细报告、网络报表、原理图统计报告、多余门电路报告、模型数据报告、交叉报表 7 种报告； 兼容性好的信息转换 ： 提供了转换原理图和仿真数据到其他程序的方法，可以输出原理图到 PCB 布线（如Ultiboard、 OrCAD、 PADS Layout2005、 P-CAD 和 Protel）；输出仿真结果到 MathCAD、Excel 或 LabVIEW；输出网络表文件；向前和返回注；提供 Internet Design Sharing（互联网共享文件） 。 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 9 3 加工中心刀具进 给控制系统的设计 3.1 自动进给控制系统的组成 自动进给控制系统是由位置检测电路、控制脉冲生成电路、控制门、脉冲源、可编程计数器、环形分配器、驱动装置和执行元件等组成。 图 3.1 是自动进给控制系统的逻辑框图。 图 3.1 自动进给系统的逻辑框图 3.2 执行元件三相步进电机 3.2.1 步进电机的简单定义 步进电机是一种将电脉冲转化为不连续的机械运动的机电装置。当施加适当的电脉冲指令时，电机转子的出轴或外转子将会以不连续的步进增量旋转。 电机 的旋转与施加的脉冲之间有几个方面的直接关系：首先所加脉冲的顺序直接决定着电机转轴旋转的方向。其次电机转轴旋转的速度由于速度正比于脉冲频率，有比较宽的转速范围。而旋转的角度或者圈数和所加的脉冲数成正比。仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。 3.2.2 三相步进电机的结构 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。 0、 1/3 、 2/3 ,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示），即 A 与齿 1 相对齐， B 与齿 2 向右错开 1/3 ， C 与齿 3 向右错开 2/3 ， A与齿 5 相对齐，（ A就是 A，齿 5 就是齿 1）下面是定转子的展开 如图 3.2： 脉 冲 源 位 置 检 测 控 制 门 控 制 脉 冲 生 成 环 形 分 配 器 可 编 程 计 数 器 驱 动 装 置 执 行 元件 江南大学学士学位论文 10 图 3.2 三相步进电机转子展开图 3.2.3 三相步进电机的旋转 如 A 相通电， B， C 相不通电时，由于磁场作用，齿 1 与 A 对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如 B 相通电， A， C 相不通电时，齿 2 应与 B 对齐，此时转子向右移过 1/3 ，此时齿 3 与 C 偏移为 1/3 ，齿 4 与 A 偏移（ -1/3 ） =2/3 。 如 C 相通电， A， B 相不通电，齿 3 应与 C 对齐，此时转子又向右移过 1/3 ，此时齿 4 与 A 偏移为 1/3 对齐。 如 A 相通电， B， C 相不 通电，齿 4 与 A 对齐，转子又向右移过 1/3 这样经过 A、 B、 C、 A 分别通电状态，齿 4（即齿 1 前一齿）移到 A 相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按 A， B， C， A 通电，电机就每步（每脉冲） 1/3 ,向右旋转。如按 A， C， B， A 通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 3.3 步进电机环形分配器 3.3.1 工作原理 步进电机控制主要有三个重要参数即转速、转过的角度和转向。由于步进电机的转动是由输入脉冲信号控制，所以转速是由输入脉冲 信号的频率决定，而转过的角度由输入脉冲信号的脉冲个数决定。转向由环形分配器的输出通过步进电机 A、 B、 C 相绕组来控制，环形分配器通过控制各相绕组通电的相序来控制步电机转向。如图 3.3 给出了一个双向三相六拍环形分配器的逻辑电路。电路的输出除决定于复位信号 RESET 外，还决定于输出端 QA、 QB、 QC 的历史状态及控制信号 EN 使能信号、 CON 正反转控制信号和输入脉冲信号。其真值表如表 3-1 所示。 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 11 图 3.3 双向三相六拍环形分配器的逻辑电路 表 3-1 真值表 3.3.2 程序设计 程序设计采用组合逻辑设计法，由真值表可知： 当 CON 0 时，输出 QA、 QB、 QC 的逻辑关系为： 当 CON 1 时，输出 QA、 QB、 QC 的逻辑关系为： 当 CON 0，正转时 步进机 A、 B、 C 相线圈的通电相序为： 当 CON 1，反转时各相线圈通电相序为： CON 1 0 Z EN CLK A B C A B C 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 江南大学学士学位论文 12 QA、 QB、 QC 的状态转换条件为输入脉冲信号上升沿到来，状态由前一状态转为后一状态。 3.4 自动进给控制系统的设计原理 自动进给控制系统中的可编程计数器是控制机床进给量的装置，进给量的大小有经给脉冲的多少决定，脉冲数目由计数器提供。因此计数器应具有可变进制计数的功能，接通电源时计数器应自动置数或置零；当刀具运动到预定位置时，位置检测电路通过控制脉冲生成电路和控制门发出的进给启动信号，启动计数器按设定的值计数，达到预定进 给量后输出一个进给停止脉冲信号，使计数器和执行元件停止工作，完成一个自动进给周期。 3.5 基于 IC74163自动进给系统的设计 3.5.1 基于 IC74163自动进给系统的设计介绍 图 3.4 是状态译码置数可编程计数器 ABCDEFGHI是状态译码可编程计数器的置数开关，通过 10-4 线编码器 74147 和六反相器 7404 将预制数代码送至 IC74163的置数输入端 D、 C、 B、 A； IC74163 的输出端 QD、 QA 经与非门 G 接至预制数端 LOAD，当计数器输出状态 QD QC QB QA=1001 时， LOAD =0，此时无论使能端 ENP、 ENT为何值，计数器执行并送数，当 CLK 麻涌上升沿到来时，预置数置入各相应触发器，即QD QC QB QA=D C B A 。根据输入预置数据不同， IC74163 形成不同进制计数器，即循环模数 M 由置数开关的取值而定，成为 M 可编程计数器。表 3-2 是计数器的编程状态表。 图 3.4 状态译码置数可编程计数器 表 3-2 自动进给计数器的变成状态表 编程状态开关 预置数值 循环模数 A B C D E F G H I D C B A M 0 1001 1 0 1 1000 2 0 1 1 0111 3 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 13 续表 3-2 0 1 1 1 0110 4 0 1 1 1 1 0101 5 0 1 1 1 1 1 0100 6 0 1 1 1 1 1 1 0011 7 0 1 1 1 1 1 1 1 0010 8 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0001 9 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0000 10 图 3.5 是基于 IC74163 的自动进给控制系统仿真电路，由状态译码置数可编程计数器和自动进给控制电路组成。自动进给控制电路，由 3-3 输入端与非门 7410 构成 SR 触发器，与非门 G2 是自动进给控制门， Us 是时钟脉冲信号源，由 555 定时器构成自激多谐振荡器，振荡频率设计为 25Hz，适于刀具进给速度为 25 次 /S。 S1、 S2 为常开延时打开定时开关，转换开关 X代替位置检测装置，发出位置检测负脉冲信号。 图 3.5 基于 IC74163 的自动进给控制系统仿真电路 图 3.6 是置数开关 ABCDEFGHI全为 1.即进给当量 CLK=9 时的工作时序。接通电源时常开延时打开定时开关 S1，设定为 on time=0.1s 然后打开，其作用是保证在无触发信号或开机时触发器输出稳定的低电平。 S1 的功能可由积分电路实现。 S2 设定为 on time=0.5s 然后打开，对可编程计数器通电清零。当刀具运动到预定位置时，位置检测电路便会发出进给启动负脉冲信号 Ust，该信号通过 7410 的引脚 8 输出高电平 Uo，将控制门G2 打开，使时钟脉冲 CLK 通过 G 们达到 IC74163 的时钟输入端，开 始进行自动进给计数。江南大学学士学位论文 14 同时该时钟脉冲经过环形分配器、功率放大电路，驱动自动进给执行元件（步进电机）；当刀具达到预置进给量时，利用 IC74163 的 LOAD端出现的下跳信号 Ustop，作用在 RS触发器上面，冰在 7410 的引脚 8 输出低电平，关闭控制门 G2，时钟脉冲被禁止，完成一个自动进给工作周期。 图 3.6 CLK=9 时的自动进给时序图 3.5.2 IC74163介绍 具有同步清零 ,可预置数的同步 16 进制加法计数器。 IC74163 逻辑符号如图 3.7： 图 3.7 IC74163 逻辑符号 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 15 IC74163 功能表如表 3-3： 表 3-3 IC74163 功能表 3.5.3 10-4线编码器 74147介绍 2 在数字系统里，常常需要将某一信息（输入）变换为某一特定的代码（输出）。把二进制码按一定的规律编制，如 8421 码、格雷码等，使每组代码具有一特定的含义（代表某个数 或控制信号）称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。 10 线 4 线编码器是输入十进制数（十个输入分别代表 0 9 十个数）输出相应 BCD 码。 10-4 线编码器 3.8（ a）逻辑图； 3.8（ b）方框图 图 3.8 10-4 线编码器（ a）逻辑图 （ b）方框图 编码器 74147 真值表如表 3-4 表 3-4 编码器 74147 真值表 输 入 输 出 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 I 9 D C B A CLK CLR LOAD ET EP 功能 0 异步清零 1 0 同步置数 1 1 0 1 保持 1 1 1 0 保持， ROC=0 1 1 1 1 模 16 加法计数 江南大学学士学位论文 16 续表 3-4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 X X X X X X X X 0 X X X X X X X 0 1 X X X X X X 0 1 1 X X X X X 0 1 1 1 X X X X 0 1 1 1 1 X X X 0 1 1 1 1 1 X X 0 1 1 1 1 1 1 X 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 3.5.4 6反相器 7404介绍 6 反相器是一种包含 6 个反相器的集成电路。图 3.9 是 7404 内部结构框图 图 3.9 7404 内部结构框图 3.5.5 用 555定时器接成多谐振荡器的介绍 3 整个系统的脉冲信号源均是运用 555 定时器构成的多谐振荡器来实现。为了得到等于50%的占空比，采用了如图 3.10 所示的电路，由于接入了二极管 D1 和 D2,电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经 R1，放电电流只流经 R2,因此电容 C 的充电时间为 1T =R1 Cln2 (3.5.5.1) 放电时间为 2T =R2 Cln2 (3.5.5.2) 故输出脉冲的占空比为 211RRRq (3.5.5.3) 若取 R1 =R2 ，则 q=50%。振荡周期为 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 17 T= 1T + 2T =(R1 +R2 )Cln2 (3.5.5.4) 振荡频率为 2ln)( 11 21 CRRTf (3.5.5.5) 图 3.10 用 555定时器接成的 多谐振荡器 3.5.6 仿真与实验结果 用 multisim 软件对图 3.5 所示的自动进给控制系统进行仿真和实验，接通电源后，通过编程开关设定进给量，调整好定时时间，然后设定虚拟（或实际）数字逻辑分析仪和示波器内时钟频率，可观测到各点的波形，进给脉冲的数目可由 LED 七段译码显示器显示，显示的是一位十六进制数码，仿真与实验结果符合要求。 3.5.7 自动进给系统的改进 将集成计数器 74163,4-16 线译码器 74159,16 选 1 数据选择器 74150，编 程开关DCBA,译码显示器组成状态译码置零可编程计数器，如图 3.11 所示。 自动进给控制电路仍有 3-3 输入端与非门 7410 构成 RS 触发器来完成，组成的自动进给控制系统如图 3.12 所示。 江南大学学士学位论文 18 图 3.11 状态译码置零可编程计数器 图 3.12 自动进给控制系统 图 3.13 是置数开关 DCBA=0110 时，即当进给量 CKL=6 时的工作时序图。 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 19 图 3.13 CKL=6 时的工作时序图 3.5.8 4-16线译码器 74159介绍 4 有两个使能端 G1、 G2 控制输入端，其功能一致 ，两个使能输入端为低电平时，实现将四位二进制码译成输出端编号为 015 这 16 个相对应的低电平输出，当两个使能端输出不全为低电平时， 16 个输出端全为高电平。 图 3.14 是 74159 的结构框图，表 3-5 是 74159 的真值表： 图 3.14 74159 的结构框图 江南大学学士学位论文 20 表 3-5 74159 的真值表 输 入 输 出 G1 G2 D C B A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3.5.9 16选 1数据选择器 74150介绍 5 当使能端 G为高电平时，输出为高电平，当使能端 G为低电平时执行选择功能。 图 3.15 是数据选择器 74150 的结构框图。 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 21 图 3.15 数据选择器 74150 结构框图 表 3-6 是数据选择器 74150 功能表： 表 3-6 数据选择器 74150 功能表 输 入 输出端 W G D C B A 1 1 0 0 0 0 0 E0 0 0 0 1 0 E1 0 0 1 0 0 E2 0 0 1 1 0 E3 0 1 0 0 0 E4 0 1 0 1 0 E5 0 1 1 0 0 E6 0 1 1 1 0 E7 1 0 0 0 0 E8 1 0 0 1 0 E9 1 0 1 0 0 E10 1 0 1 1 0 E11 1 1 0 0 0 E12 1 1 0 1 0 E13 1 1 1 0 0 E14 1 1 1 1 0 E15 江南大学学士学位论文 22 3.5.10 电平触发的 RS触发器的介绍 6 RS 锁存器是各种触发电路的基本构成部分。虽然它也有两个能够自行保持的稳定状态，并且可以根据输入信号的置成 1 或 0 状态，但是由于它的置 0 或者置 1 操作是由输入的置 1 或置 0 信号直接完成的，不需要出发信号的的触发。 在电平触发的触发器电路中，除了置 1 置 0 输入端以外，又增加了一个触发信号输入端，只有触发信号变为有效电平后，触发器才能按照输入的的置 1 置 0 信号置成相应的状态。通常将这个信号称为时钟信号（ clock），记作 CLK。当系统中有多个触发器需要同时动作时，就可以用一个 CLK 作为同 步控制信号。 图 3.16 是电平触发器的基本电路结构形式。习惯上也将这个电路称为同步 SR 触发器。这个电路由两个部分组成：由与非门 G1、 G2 组成的 SR 锁存器和与非门 G3、 G4 组成的输入控制电路。 由图可知当 CLK=0 时，门 G3、 G4 的输出始终停留在 1 状态， S、 R 端信号无法通过G3、 G4 而影响输出状态，故输出保持原来的状态不变。只有当触发信号 CLK 变成高电平以后 S、 R 信号才通过门 G3、 G4 加到由门 G1、 G2 组成的锁存器上，触发电路发生变化，使 Q 和 Q根据 SR 信号而改变状态。因此将 CLK 这种控制方式称为电平触发方式 。 图 3.16 电平触发 SR 触发器电路结构 在图 3.17 所示的图形符号中，用框内的 C1 表示 CLK 是编号为 1 的一个控制信号。 1S和 1R 表示 C1 控制的两个输入信号，只有在 C1 为有效电平（ C1=1）， 1S 和 1R 信号才能起作用。框图外部的输入端处没有小圆圈表示 CLK 为高电平有效。（如果在 CLK 输入端画有小圆圈则表示 CLK 是以低电平为有效信号。） 图 3.17 电平触发 SR 触发器图形符号 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 23 图 3.18 电路的特性表如表 3-7 所示，从表中可见，只有当 CLK=1 时，触发器输出端的状态才受输入信号的控制，而且在 CLK=1 时这个特性表与 SR 锁存器的特性表是一样的。同时，电平触发 SR 触发器的输入信号同样应当遵守 SR=0 的约束条件。否则当 S、 R 同时由 1 变为 0 的时候，或者 S=R=1 时 CLK 回到 0，触发器的次状态将无法确知。 表 3-7 电平触发 SR 触发器的特性表 CLK S R Q Q* 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 在某些场合， 有事需要在 CLK 的有效电平到达之前预先将触发器置成指定状态，为此，在实用的电路上往往还设置有异步置 1 输入端 SD 和异步置 0 输入端 RD 如图 3.18 所示 图 3.18 带异步置位、复位端的电平触发 SR 触发器电路结构 只要在 SD 或 RD 加入低电平，既可立即将触发器置 1 或置 0，而不受输入信号和时钟信号的控制。因此，将 SD 称为异步置位（置 1）端，将 RD 称为异步复位（置 0）端。江南大学学士学位论文 24 触发器在时钟信号控制下正常工作时应使 SD 和 RD 处于高电平。 此外，在图 3.18 所示电路的具体情况下，用 SD 或 RD 将触发器置 位或复位应当在CLK=0 的状态下进行，否则在 SD 或 RD 返回高电平以后与之后预置的状态不一定能保存下来。 7 电平触发方式的动作特点有两点： （ 1）只有当 CLK 变为有效电平的时候，触发器才能够接受输入信号，并按照输入信号将触发器的输出置成相应的状态。 在 CLK=1 的全部时间里面 S 和 R 状态的变化都可能引起输出状态的改变。在 CLK 回到 0 以后，触发器保存的是 CLK 回到 0 以前瞬间状态。 根据上诉的动作特点可以想象到，如果在 CLK=1 期间 S、 R 的状态多次发生变化，那么触发器输出的状态也将发生多次翻转，这就降低了触 发器的抗干扰能力。 为了能适应单端输入信号的需要，在一些集成电路产品中把图 3.15 所示的电路改接成图 3.19 的形式，得到电平触发的 D 触发器 图 3.19 电平 D 触发器（ D 锁存器） 由图可见若 D=1，则 CLK 变为高电平以后触发器被置成 Q=1， CLK 回到低电平以后触发器保持 1 状态不变。若 D=0,则 CLK 变成高电平以后触发器被置成 Q=0， CLK 回到低电平以后触发器保持 0 状态不变。因为它仍然工作在电平触发方式下，所以同样具有电平触发的动作特点 8。它的特性表如表 3-8 所示。 表 3-8 D 锁存器的特性表 CLK D Q Q* 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 25 3.6 基于 IC74191的自动进给控制系统的设计 3.6.1 基于 IC74191自动进给系统的设计介绍 基于 IC74191 的自动进给控制系统的设计要求与技术指标，与基于 IC74163 的自动进给控制系统基本一致，只是使用的核心元件不同。图 3.20 是基于 IC74191 的自动进给驱动系统的电路图 9 图 3.20 基于 IC74191 自动进给驱动系统 集成计数器 74191,4-16 线译码器 74159,16 选 1 数据选择器 74150，编程开关DCBA,译码显示器组成状态译码置零可编程计数器，如图 3.21 所示。 图 3.21 状态译码置零可编程计数器 江南大学学士学位论文 26 状态译码置零可编程计数器要求 74191 的预置数端 D,C,B,A 置零，即DCBA=0000.74191 的输出端 QD,QC,QB,QA 接 74159 的数码输入端，并在输出端翻译出相应的 16 个状态（数字），再由 74150 通过编程开关 DCBA选中其中的一个数字，在741550 的 W 端输出，经过一个非门电路送至 74191 成为编程可变进制计数器。表 3-9 是该计数器的编程状态表 10。 表 3-9 计数器编程状态表 编程开关 74191 最大值状态 循环模数 D C B A QD QC QB QA M 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 1 0 3 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 0 0 0 1 0 0 5 0 1 0 1 0 1 0 1 6 0 1 1 0 0 1 1 0 7 0 1 1 1 0 1 1 1 8 1 0 0 0 1 0 0 0 9 1 0 0 1 1 0 0 1 10 1 0 1 0 1 0 1 0 11 当刀具的进给量设计为 5 个 CLK 脉冲时，如图 3.20 所示，编程开关取值DCBA=0101，计数器的状态依次为 0000、 0001、 0011、 0100、 0101，译码显示器显示出相 应的十进制数为 0、 1、 2、 3、 4、 5，然后停止工作，等待下次进给启动信号的到来。自动经给控制电路由 3-3 输入端与非门 7410（构成 RS 触发器）、与非门 G（自动进给控制门），时钟脉冲信号源 Us 等组成， Us 是由定时器构成自激多谐振荡器，振荡频率设定为25Hz，适于刀具进给速度为 25 次 /s。 S1、 S2 为常开延时打开定时开关，转换开关 X代替位置检测装置，发出位置检测负脉冲信号。可编程计数器的编程状态如表 3-6-1-2 所示。 图 3.20 中的 4D 触发器 74175 中的 3D 触发器构成进给脉冲分配器，即环形分配器，进 给脉冲分配器是将进给脉冲按照一定的顺序轮流分配给步进电机各相绕组的电路，其电1 0 1 1 1 0 1 1 12 1 1 0 0 1 1 0 0 13 1 1 0 1 1 1 0 1 14 1 1 1 0 1 1 1 0 15 1 1 1 1 1 1 1 1 16 加工中心刀具自动进给控制系统的设计 27 路的形式和步进电机的结构、型号及控制方式有关。该系统的步进电机采用三相六拍励磁方式，三相绕组的导电次序为 U UV V VW W WU U。进给脉冲 CLK 到来之前，进给脉冲分配器先修复，再通过定时开关 S2 将其置成 QUQVQW=100，即 Du=1 Dv=1 Dw=0，第一个 CLK 脉冲过后，环形分配器输出 QUQVQW=110，由此可列出进给脉冲分配器各输出端和驱动端状态如表 3-10 所示，各触发器驱动装端的驱动方式分别为 11 DU=DV、 DV=DW、 DW=DU 表 3-10 环形分配器各个输出端和驱动端状态 CLK 序号 导电绕组 输出端状态 驱动端状态 QU QV QW DU DV DW 0 U 1 0 0 1 1 0 1 UV 1 1 0 0 1 0 2 V 0 1 0 0 1 1 3 VW 0 1 1 0 0 1 4 W 0 0 1 1 0 1 5 WU 1 0 1 1 0 0 6 U 1 0 0 1 1 0 图 3.22 是进给当量 CLK=5 时的工作时序图。接通电源时，常开延时打开定时开关 S1， on time=0.5ms 然后打开，其输出接计数器清零端 RD，实现通电清零。同时定时开关 S2将进给脉冲分配器置成 QUQVQW=110，当刀具运动到预定位置时，位置检测电路便会发出进给启动负脉冲信号 Ust 该信号通过 7410 构成的 RS 触发器在 7410 的 8 脚输出