数控铣床毕业论文.doc

成都技师学院毕 业 实 践 报 告 （论文）题目： 我国数控机床发展现状及思考院 （系）： 成都市技师学院机械系 专 业 ： 模具设计与制造 学生名字 ： 张 文 琦 起讫时间 ： 2010年9月到2014年6月指导老师 ： 陈 本 锋 设计地点 : 成都市技师学院实训楼 2014年6月1摘要我国数控机床发展现状及思考我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展驯熟，19982004年国产控产业取得数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%34.9%。尽管如此，进口数控机床的发展是有依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，但进出口逆差严重，国产机床市场占有率连年下降，1999年是33.6%，2003年仅占27.7%。1999年机床几口额为8.7亿美元（7624台），2003年达27.1亿美元（23320台），相当于同年国内数控机床产值的2.7倍。国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于我产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广力及数控人才的缺乏等。1.1不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键 国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即时近几年有些国内制造商艰难的创新出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距，近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发功能的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大的差距，同样难以得到大多数用户的认可。1.2制造水平与管理手段依然落后 一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全靠收工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台帐管理方式，工艺水平和管理效率地下使得企业无法形成足够生产规模。如果外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。1.3服务水平与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的重要因素 由于数控机床产业发展迅速，一部分企业不过长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视，甚至对服务缺乏真正的理解，只注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员在对生产的数控机床缺乏足够了解，不会使用或使用不好数控机床，更不能指导用户使用好机床；有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能提供较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信心。制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手，帮助用户进行设备选型，推荐先进工艺与工辅具，设备专业的培训人员和良好的培训坏境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品，这样才能逐步得到用回的认同，提高国产数控机床的市场占有率。1.4加大数控专业人才的培养力度 从我国数控机床的发展形势来看需要三种层次的数控技术人才：第一种是熟悉数控机床的操作机加工工艺、懂得简单的机床维护、能够进行手工或自动编程的车间技术操作人员：第二种是熟悉数控机床机械结构及数控系统软件知识的中级人才，要掌握复杂模具的设计和制造知识，能够熟练应用UG、PRO/E等CAD/CAM软件，同时有扎实的专业理论知识、较高的英语水平并累计了大量的实践经验；第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计、能够进行数控机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才。我国应根据需要有目标的加大人才培养力度，为我国的数控机床产业提供强大的技术人才支撑。第一章计算机数控系统1.1计算机数控（CNC）系统的基本概念 计算机数控（computerized numerical contro，简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能。由一台计算机完成以前机床数控装置所完成的硬件功能，队机床运动进行实时控制。CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置和进给（伺眼）驱动装置组成。由于使用了CNC装置，使系统具有软件功能，有用plc取代了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更加小巧，灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维修也方便，并且具有与上位机连接及进行远程通信的功能。1.2微处理器数控（MNC）系统的组成 大多数CNC装置现在都采用微处理器构成的计算机装置，故也可称为处理器数控系统（MNC）。MNC一般有中央处理单元（CPU）和总线、存储器（ROM，RAM）、输入/输出（I/O）接口电路及相应的外部设备、PLC、主轴控制单元、速度进给控制单元等组成。图3.2.1为MNC的组成原理1.2.1中央处理单元（CPU）和总线（BUS） CPU是微型计算机的核心，由运算器、控制器和内寄存器组组成。它对系统内的部件及操作进行统一的控制，按程序中指令的要求进行各种运算，是系统成为一个有机整体。总线（BUS）是信息和电能公共通路的总称，有物理导线构成。CPU与存储器、I/O接口及外设间通过总线联系。总线按功能风味数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）。1.2.2存储器（memory）（1）概述 存储器用于存储系统软件（管理软件和控制软件）和零件加工程序等，并将运算的中间结果和处理够的结果（数据）存储起来。数控系统所用的存储器为半导体存储器。（2）半导体存储器的分类 随机存取存储器（读写存储器）RAM（random access memory）用来存储零件加工程序，或作为工作单元存放各种输出数据、输入数据、中间计算结果，与外存交换信息以及推栈用等。其存储单元的内容既可以读出又可写入或改写。只读存储器ROM（resd-only memory）专门存放系统软件（控制程序、管理程序、表格和常数）的存储器，使用时其存储单元的内容不可改变，即不可写入而只能读出，也不会因断电而丢失内容。1.2.3输入/输出（I/O）接口电路及相应的外部设备（1）I/O接口 指外设与CPU间的联接电路。微机与外设要有输入输出数据通道，一边交换信息。一般外设与存储器间不能直接通信，需靠CPU传递信息，通过CPU对I/O接口的读或写操作，完成外设与CPU间输入输出信息的操作。CPU向外设送出信息的接口成为输出接口，外设向CPU传递信息的接口称输入接口，此外还有双向接口。 微机中I/O接口包括硬件电路和软件两部分。由于选用的I/O设备或接口芯片不同，I/O接口的操作方式也不同，因而应用程序也不同，I/O接口硬件电路主要由地址译码、I/O读写译码和I/O接口芯片（如数据缓冲器和数据锁存器等）组成。在CNC系统中I/O的扩展是为了控制对象或外部设备提供输入/输出通道，实现机床的控制和管理功能，如开关量控制、逻辑状态监测、键盘、显示器接口等。I/O接口电路同与其相连的外设硬件电路特性密切相关，如驱动功率、电子匹配、干扰抑制等。（2）外部I/O设备及I/O接口MDI/CRT接口手动数据输入（MDI）是通过数控面板上的键盘（常为软触键）进行操作的。当CPU扫描到按下键的信号时，就将数据送入移位寄存器，其输出经过报警检查。若不报警，数据经选择门、移位寄存器、数据总线送入RAM中；若报警则数据不送入RAM。数据输入/输出串行接口CNC装置控制对立的单台机床时，通常需要与下列设备相连接进行数据的输入输出。（a）数据输入输出设备：如光电纸带阅读机（PTR）、自带穿孔机（PP）、打印和穿复校设备（TTY）、零件的编程机和可编程控制器的编程机等。（b）外部机床控制面板：尤其是大型机床，为操作方便常在机床上设外部的机床控制面板，可分为固定式或悬挂式两种。（c）通用的首要脉冲发生器。（d）进给驱动和主轴驱动线路:一般情况下它们与CNC装置装在同一机柜或相邻机柜内，与CNC装置通过内部连线相连，它们之间不设置通用输出输入接口。 此外，CNC装置还要与上级主计算机或DNC计算机直接通信，或通过工厂局部网络相连，从而具有网络通信功能。（3）机床的I/O控制通道 机床的I/O控制通道是指微机与机床之间的连接电路。计算机数控系统对机床的控制，通常由数控系统中的I/O控制器和I/O控制软件共同完成。I/O控制器的功能特点（a）能够可靠的传送控制机床动作的相应控制信息，并能够输入控制机床所需的有关状态信息。（b）能够进行相应的信息转换，以满足CNC系统的输入与输出要求。（c）具有较强的阻断干扰信号进入计算机的能力，以提高系统的可靠性。1.3CNC系统的硬件结构 下图所示为CNC系统软件的组成。CNC系统软件可分为管理软件与控制软件两部分。管理软件包括零件程序的输入、输出、显示、诊断和通信功能软件；控制软件包括译码、刀具补偿、速度处理、差不太运算和位置控制等功能软件。1. 输入程序 输入程序的功能有两个：一是把零件程序从阅读机或键盘经相应的缓冲器输入到零件程序存储器；二是将零件程序从零件程序存储器取出送入缓冲器。2. 译码程序 在输入的零件加工程序中，含有零件的轮廓信息（线型、起点、终点坐标值）、加工要求的加工速度及其它辅助信息（换刀、冷却液开/关等）。这些信息在计算机做插补运算与操作之前，需按一定的语法规则解释成计算机容易处理的数据根据其前面的文字地址送到相应的缓冲寄存器中。译码就是冲数控加工程序缓冲器或MDI缓冲器中逐个读入字符，先识别出其中的文字码和数字码，然后根据文字码所代表的功能，将后续数字码送到相应译码结果缓冲器单元中。3. 数据处理程序 数据处理程序有三个任务，即刀具半径补偿，速度计算（即根据合成速度算出各轴的分速度）以及辅助功能的处理等。 刀具半径补偿是把零件的轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹；速度计算确定加工数据段的运动速度，开环系统根据给定进给速度F计算出频率，而闭环、半闭环系统则根据F算出位移量（L）：辅助功能处理是只换刀，主轴启动、停止、冷却液开、停等辅助功能的处理（即M，S，T功能的传送及其先后顺序的处理）。 数据处理是为了减轻插补工作及速度控制程序的负担，提高系统的实时处理能力。故也称为预计算。下面将着重介绍刀具半径补偿、速度处理将在差不计算程序中的预计算部分介绍，辅助功能的处理将在后面的相关内容中介绍。（1） 刀具半径补偿的概念在连续进行轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径例如铣刀的半径或线切割机的钼丝（或铜丝）半径等，所以刀具中心运动轨迹并不等于加工零件的轮廓。如下图所示，在进行内轮廓加工时，要使刀具中心偏移零件的内轮廓表面一个刀具半径值，而在进行外轮廓加工时，要使刀具中心偏移零件的外轮廓表面一个刀具半径值。这种偏移即称为刀具半径补偿。 为了分析问题方便ISO标准规定，当刀具中心轨迹在编程轨迹（零件轮廓）前进方向的左边时，称为左刀补，用G41指令代码表示，图中所示零件轮廓内部的虚线轨迹。反之，当刀具处于编程轨迹前进方向的右边时，称右刀补，用G42表示，如图中所示零件轮廓外部的虚线轨迹。当不需要进行到补时，用G40表示。G41，G42，G40均属于模态代码，一旦执行便一直有效，直到同组其他代码出现后才被取代。（2） C功能刀具半径补偿C刀具半径补偿的原理及计算。硬件数控机床常用的刀具半径补偿方法，其主要特点是在程序段转换时（如折线或直接与圆弧不相切时）采用圆弧过渡。这种方法在拐角处铣刀刀刃与工件间的接触产生一定停顿时间。工艺性不好，不适合3坐标以上的刀具半径补偿。理想的过渡形式应是直接过渡形式。可见，这种刀补方法避免了刀具在尖角处的停顿现象，计算机数控的刀具半径补偿一般都采用直接过渡的方法，在系统程序中有一个刀具半径补偿子程序，需要时可调用之。4. 输出程序输出程序的功能有如下几项：（1） 进行伺服控制，如上所述。（2） 反向间隙补偿处理。反向间隙值由程序预置。若某一轴由正向变成负向于东，则在反向前输出Q个正向脉冲；反之，若有负向变成正向运动，则在反向前输出Q个负向脉冲（Q为反向间隙，因实际情况而异）。（3） 进行丝杠螺距误差补偿（方法间后面相关内容）（4） M，S，T辅助功能的输出；M，S，T代码大多是关/开量控制，有机床强电执行。5. 管理程序 当一个数据段开始插补加工时，管理程序即准备下一个数据的读入、译码、处理，调用各功能子程序，准备好下一段数据。一旦本数据段加工完毕便立即开始下一段插补。为数据输入、处理及切削加工过程服务的哥哥程序均由管理程序进行调度。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中断进行处理。6. 诊断程序 完善的诊断程序可以防止故障的发生或扩大，在故障出现后，还可以迅速查明故障的类型和部位，将少故障停机时间。 诊断分多种情况，有启动诊断、在线诊断、停机诊断、远程通信诊断等。1.4可编程序控制器的定义及作用 可编程控制器（简称PLC）是以微处理器技术为基础，综合了计算机、自动化和通信技术的一种新型工业控制装置。 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，采用可编程存储器，用于器内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算数操作等面向客户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出方式控制各种类型的机器或生产过程。 可编程控制器具有很强的逻辑运算能力，而且PLC的输入/输出接口适应了工业过程的需要，具有功率放大的功能，可直接带负载运行，这就是PLC在工业控制上由于普通微型计算机的地方。 作用：完成各种辅助功能（1） 机床主轴的启停、正反转控制及主轴转速的控制、倍率的选择（2） 机床冷却、润滑系统的接通和断开。（3） 机床刀库的启停和刀具的选择、更换。（4） 机床卡盘的加紧、松开。（5） 机床自动化门的打开、闭合。（6） 机床座和套筒的启停、前进、后退控制。（7） 机床排屑等辅助装置的控制。14.1可编程序控制器在机床数控中的应用1.PLC的应用类型 PLC的应用范围非常广泛。根据功能的不同PLC大致可分为以下5种应用类型。（1） 开关逻辑控制类型（2） 闭环过程控制类型（3） 组成多级控制系统类型（4） 控制机器人类型（5） 组合数字控制类型2.CNC系统中的PLC CNC系统内部处理的信息大致可分为两大类。一是控制坐标轴运动的连续数字信息，这种信息主要由CNC系统本身去完成。另一类是哦年改制刀具更换、主轴启停、换向变速、零件装卸、冷却液开关和控制面板I/O等的逻辑离散信息。 PLC在CNC系统中是介于CNC装置与机床之间的中间环节。它根据输入的离散信息，在内部进行逻辑运算，并完成输出功能。在CNC系统中用PLC实现控制的类型可分为内装型和独立型两种。（1）内装型PLC（built-in-type）所谓内装型PLC是指PLC内含在CNC装置内，从属与CNC装置，并于CNC装置集于一体，如图1.4-9所示。 由于PLC的硬件和软件都被作为CNC系统的基本功能而统一设计，其性能指标也由CNC系统来确定。内装型PLC与所从属的CNC装置之间的信号传送均在PLC内部进行，并且内装型PLC一般也不单独配置I/O接口，而是通过CNC装置本身的I/O电路完成输入/输出功能。这样内装型PLC的硬件电路既可以单独设计在其本身的印刷电路板内，也可安排在CNC装置的某一块电路板中（如有的数控系统将内装型PLC电路设计在CNC装置的CPU板上）。 采用内装型PLC扩大了CNC内部直接处理数据的能力，因此可以使用梯形图方式进行编辑，传送复杂的控制功能。又因为采用这种方法的造价很低，从而提高了CNC的性能价格比。（2）独立型PLC（stabd-alone-type） 独立型PLC实际上是通用型PLC，它完全独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件，能够独立完成CNC系统所要求的控制任务。独立型PLC与数控机床之间的关系如图1.4.9所示。 独立型PLC不但要进行机床侧的I/O连接，还要进行CNC装置侧的I/O连接，因此CNC和PLC均具有自己的I/O接口电路。独立型PLC一般采用模块化结构，装在插板式电笼内，I/O点数和规模可通过I/O模块插板的增减而灵活配置。对于数控车床、数控铣床和加工中心等单台数控设备，所需PLC的I/O点数大多在128点一下（少数复杂设备在128点以上），因此选用小型PLC即可。而对于大型数控机床，如FMC，FMS，FA,CIMS等，则需要选用中型或大型PLC。 独立型PLC的造价较高，所以其性能加个比不如内装型PLC。一般内装型PLC多用于单微处理器的CBC系统，而独立性PLC主要用于多微处理器的CNC系统。但它们得作用是一样的，都是配给CNC装置实现刀具轨迹控制和机床顺序控制。1.4.2 M,S,T功能的实现1.M功能的实现M功能也称辅助功能，根据M代码的编程，可以控制主轴的正反转及停止、主轴齿轮箱的变速。冷却液的开关、卡盘的夹紧和松开以及自动换刀装置的取刀和还刀等。2.S功能的实现S功能主要完成对主轴转速的控制，直接指定主轴转速。例如S1500表示主轴转速为1500r/min。3.T功能的实现 T功能即为刀具功能工代码后跟随2到5位数字表示要求的刀具号和刀具补偿号。数控机床根据T代码通过PLC可以管理刀库，自动更换刀具。即根据刀库和刀具座的编号，可以简便、可靠的进行选刀和换到控制。根据取刀/还刀位置是否固定，可将换刀功能分为随机存取换刀控制和固定存取换刀控制。在随机存取换刀控制中取刀和还刀与刀具座编号无关，还刀位置是随机变动的。在执行换刀的过程中，当取出所需要的刀具后，刀库不需转动，而是在原地立即存入换下来的刀具，由数控系统记忆每把刀具在刀库的实际位置。这时取刀、换刀、存刀一次完成，缩短了还刀时间，提高了生产效率，但刀具的控制和管理要复杂一些。在固定存取还刀控制中，被取刀具和被还刀具的位置都是固定的，也就是说换下来的刀，具必须放回预先安排好的固定位置。显然这种方法增加了还刀时间，但其控制要简单些。第二章机械部分设计 对数控机床的改造最主要的部分就是对其纵横进给机构的改造及其控制系统的设计改造，以便使其具有更加合理的结构和更全面的控制系统，便于其真正的应用与实际的生产中。2.1工作台的进给运动因为改造后的基础主要加工圆弧，凸轮一类平面曲线的轮廓，所以采用微机数控实现三坐标两轴联动控制，工作台纵向轴，横向轴及垂直方向轴的运动，分别由步进电动机经过一级齿轮减速后，由滚珠丝杠螺母副托动。由于铣削时作用在电动机轴上的负载转矩较大，所以要选择大功率的步进电动机，而大功率的步进电动机的驱动较困难。步进电动机没有过载能力，在高速运动时转矩下降很多，容易丢步，要是改造后的铣床进给伺服性能较好，在改造采用直流伺服电动机驱动。改造方案如（1）保留原机床的主轴旋转运动，工作台升降运动任采用手动操作，纵、横向进给改造后即可机动进行复杂零件的计算机数控加工，又可手动操作完成简单零件的加工或用于数控加工前的对刀工作。（2）保留原机床纵向进给的机动部分，将离合器脱开，去掉手轮。将手轮轴通过一对齿轮与步进电动机相连，用微机数控系统控制纵向进给运动。加工时，将离合器脱开，使原来的机动进给停止工作。（3）工作台横向运动方面，在原手轮安装位置，安装加速齿轮及步进电机，用微机数控系统控制横向进给运动。（4）采用直流伺服电动机做驱动元件，伺服电动机的轴端为光轴，齿轮与电动机轴，电动机轴与传动轴采用追还无键连接消除连接器的结构。这种连接的特点是不需要开键槽，而且两连接件的相对角度可任意调节，由于锥环之间的楔紧作用，内外环分别产生径向弹性变形，靠摩擦力与套连接，消除配合间隙，保证对中性。第三章数控系统硬件设计3.1数控系统硬件设计数控部分才用MCS-51系列的8031单片机实现对整个系统的主控制，用8031外接3片2764（E-PROM）,一片6264（RAM）及一片8255（扩展I/O），一片8155芯片，扩展成一个简单的微机控制系统。2764用作程序存储器，6264用来扩展8031的RAM存储器，8155用作键盘和显示接口，8255用于接收控制面板上多路转换开关的控制信号。图2为控制系统硬件结构原理图。当单片机系统控制X、Y轴某一台步进电机单动时，可实现铣床横向、纵向的直线进给，当控制X-Y轴配合合成联动时，可实现水平面内直线、斜线、圆弧及符合轨迹的加工，可以近似的复合出水平面内非圆曲线。在铣床原有加工功能的基础上，其控制进度和加工精度远高于普通机床。32铣床改造中应注意的问题。（1）应尽量保留铣床的手动功能，以便操作人员对刀及调整机床。（2）改造前先测出丝杆传动间隙，并在编程时给予补偿，改造后应测出有关参数，如最大实载切削速度、最大背刀吃刀量等，作为编程时参考依据。（3）应尽量消除齿轮副和丝杆的间隙，齿轮全部采用双片薄齿轮错齿法消除啮合间隙。也可采用软件补偿进给量的方法消除（4）铣床工作台重，而且铣削力也较大，垂直丝杆要配备较大功率的驱动电动机，要在工作台上加配重或平衡液压缸来平衡。（5）滚动丝杆没有自锁能力，垂直坐标不能锁住，工作台也会自动下降，可采用超与离合器和摩擦离合器产生制动达到自锁。普通铣床数控化改造，实质就是在普通铣床上增加微机控制装置，使其具有一定的自动化能力，以实现预定的加工工艺目标，其目的是使原机床具有一定的柔性，提高生产效率和质量，解决复杂零件的加工问题。用单片机扩展系统将普通铣床改造为经济型机床，简单易行，能保证零件的加工精度，对复杂零件尤其是对弧面和凸面的加工效果显著。第四章数控铣床的主轴设计内容再要，杭州铣床厂 李晓华 高速加工不但可以成倍地提高生产率，还可以进一步改善零件的加工精度和表面质量，解决一些常规加工中难以解决的某些特殊材料的高效加工问题，因此，高速加工在世界上引起了高度重视。4.1高速加工对机床主轴的要求 高速加工对机床主轴系统不仅要求转速高，输出的扭矩和功率要大，还要求具有较高的主轴回转精度和在高速运转中保持具有良好的刚度、抗震性及热稳定性。国内中小型加工中心、数控铣床的主轴最高转速也达4000到6000r/min。实际应用中主要有两内高速主轴；一类是具有灵传动的高速电主轴，这类主轴因采用电机和机床主轴一体化的结构，并经过精确的动平衡校正，因此具有良好的回转精度和稳定性，但对输出的扭矩和功率有所限制；另一类是以变频主轴电机与机械变速机构相结合的主轴，这类主轴输出的扭矩和功率要大得多，但相对来说回转精度和平稳性要差一点，因此对于这类主轴来说，如何正确的设计机床主轴及其组件对机床加工精度的影响是至关重要的。4.2主轴组建的结构设计 主轴单元是结构高速加工中心和数控铣床大多采用单元式主轴结构，将主轴前后轴承在恒温环境下进行配磨，配磨好后装入一个圆套筒内，然后再总装时以一个完整的单元装入机床主轴箱内，这样不仅保证了机床主轴组件的装配精度，而且又易于安装和维修调整，如图1所示第五章分进电机步细的设计5.1细分电流波形的选择及量化 步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机的励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电机步距角的细分。一般情况下，合成磁场食量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的家教大小决定了步距角的大小。因此，要想实现对步进电机的恒转矩均匀细分控制必须合理控制电机绕组中的电流。步进电机是一种将离散的电脉冲信号转化成相应的角位移或线位移的电磁机械装置，它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点。已经在当今工业上得到广泛的应用，但其步距角较大，一般为1.5o到3o，往往满足不了某些高精度定位、精密加工等方面的要求。实现细分驱动是减小步距角、提高步进分辨率、增加点击运行平稳性的一种行之有效的方法。本文在选择了合理的电流波形的基础上部合成磁场的幅值恒定，而且每个进给脉冲所引起的合成磁场的角度变化也要均匀。我们知道在空间彼此相差2p/m的m相绕组，分别同意相位上相差2p/m而幅值相同的正弦电流，合成的电流矢量便在空间作旋转运动，且幅值保持不变。这一点对于反应式步进电机来说比较困难，因为反应式步进电机的旋转磁场只与绕组电流的绝对值有关，而与电流的正反流向无关。以比较经济合理的方式对三项反应式步进电机实现步距角的任意细分，绕组电流波形宜采用如图5.1所示的形式 图中a为电机转子偏离参考点的角度，ib滞后与ia，ic超前于ia，此时，合成电流矢量在所有区间b=Ime-ja，从而保证合成磁场幅值恒定，实现电机的恒转矩运行。且步进电机在这种情况下也最为平稳。将绕组电流很据细分倍数均匀量化后，所得细分步距角也是均匀的。为了进一步得到更加均匀的细分步距角，可通过实验测取一组在通入两家电流波形时的步进电机细分步距的数据，然后对其误差进行差值补偿，求得实际的补偿电流曲线。这些工作大部分由计算机来完成。 步进电机是一种将离散的电脉冲信号转化成相应的角位移或线位移的电磁机械装置，它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点。已经在当今工业上得到广泛的应用，但其步距角较大，一般为1.5o到3o，往往满足不了某些高精度定位、精密加工等方面的要求。实现细分驱动是减小步距角、提高步进分辨率、增加点击运行平稳性的一种行之有效的方法。本文在选择了合理的电流波形的基础上，提出了基于Intel 80C196MC单片机控制的步进电机恒转矩细分驱动方案，其运行功耗小，可靠性高，通用性好，具有很强的实用性。此主题相关图片如下；5.2斩波恒流细分驱动方案及硬件实现 斩波恒流细分驱动方案的原理为；有单片机输出EEPROM中存储的细分电流控制信号，经D/A转换成模拟电压信号，再与取样信号进行比较，形成斩波控制信号，控制各功率管前级驱动电路的导通和关断，实现绕组中电流的闭环控制，从而实现步距的精确细分。5.2.1控制电路 控制电路主要有80C196MC单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、EEPROM存储器及可编程键盘/显示控制器Intel-8279等组成，受控步进电机的分倍数、运行脉冲频率、正反转、运行速度、单次运行线位移、启/停等的控制，即可由键盘输入，也可以通过串行通信接口由上位机设置，状态显示提供当前通电相位、相电流大小、电机运行时间、正反转、当前运行速度、线位移及相关计数等信息显示，并将工作状态和数据传送给上位机。传感器（霍尔传感器）用于检测计数器的当前值。单片机是控制系统的核心其主要功能是输出EEPROM中存储的细分电流控制信号进行D/A转换。根据转换精度的要求，D/A转换器即可以选择8位的，亦可选择12位的。本控制系统选用的是8位D/A转换器MAX516，MAX516把4个D/A转换器与4个比较器组合在单个的CMOSIC上，4个D/A转换器共享一个参考输入电压VREF。每个转换器的输出电压均可采用下式表示；VDAXi=VREFN/256 N=0，1，,255，对应于8为的DAC的输入码DO-D7（此处为细分电流控制信号）。通过调节VREF的变化范围，便可调节步进电机绕组中电流的幅值。5.3功率驱动电路 工作中，步进电机细分电流控制信号的D/A转换值Ui输入到MAX516内部各比较器COMPi的同向输入端，绕组电流取样信号Vi输入到COMPi的反向输入端。斩波恒流细分驱动采用固定频率的方波与比较器输出信号调制成斩波控制信号，控制绕组的通电时间，是反馈电压Vi始终跟随D/A转换输出的控制电压Ui。合理选择实现续流回路可是绕组中的电流值在一定的平均值上下波动，且波动范围不大。调制用方波信号频率为21.74KHZ，由80C196MC的P6.6/PWMO端产生，且各相是同频斩波，不会产生差拍现象，所以消除了电池噪声。为防止因比较器漂移或干扰导致功率开关管误导通，让斩波控制信号和相序控制信号与后控制功放管。当开关管截止时，并联RC、快恢复续流二极管D、绕组L及主电源构成泄放回路，与单纯电阻释能电路相比，RC释能电路使功耗和电流文博增加较小，而电流下降速度大大加快。电流取样信号有精密电流传感放大器MAX471完成。当绕组电流流过其内部35m精密取样电阻时，经内部电路变化，转换为输出电压信号；VOUT=ROUT（ILOAD500mA/A） 其中ROUT为MAX471外部调压电阻，阻值按设计要求选定。ILOAD为流过精密电阻的相绕组电流。MAX471同时具有电流检测与放大功能，从而大大方便了整个电路的设计与调试。 功率开关管（功放管）是功放电路中的关键部分，影响着整个系统的功耗和体积，由于所涉及的驱动器主要用来驱动额定电流3A、额定电压27V以下的步进电机，故选用高频VMOS功率场效应晶体管IRF540（VDS=100V,RDS（on）=0.052W,ID=27A）作为开关管。I