數字電路在數控鉆床自動定位控制中的應用

戴維

摘 要：數控鉆床是實現工件上各種類型孔的自動定位和鉆削的高精度機床，廣泛應用于工業和電子行業的零件加工，本文探討如何精確、準確地定位控制零件的位置問題。

關鍵詞：數控鉆床 自動定位 控制

一、數控鉆床機械傳動系統定位控制

圖1是數控鉆床機械傳動部分的示意圖。

圖1

在數控鉆床機械傳動系統中，因為鉆頭只能作垂直方向的升、降運動，所以加工點的定位是靠工作臺沿x、y兩個坐標方向的移動來實現的，而工作臺在x、y方向的運動是由兩個步進電動機 Mx 和My 分別驅動的。

步進電動機的工作原理和一般的交流電動機或直流電動機不同。例如，在一個五相步進電動機中，有五個在空間位置上相互錯開的繞組，如果按一定的順序向五個繞組輪流輸入電流脈沖，則每輸入一個脈沖步進電動機就轉一個角度（例如轉1.5°）。因此，只要控制加給Mx 和My 的脈沖數，就可以控制工作臺在x、y方向的移動距離。我們把每輸入一個脈沖后工作臺移動的直線距離叫做脈沖位移當量（簡稱脈沖當量），用δ表示。

假定現在刀具中心線的位置在A點，而下一個孔的加工位置在B點，這時，工作臺必須沿x方向移動△x，沿y方向移動△y。因此，系統應該給步進電動機Mx 送△x/δ個脈沖，給步進電動機 My送△y/δ個脈沖。同時，還可以通過控制脈沖的頻率實現對運動速度的控制。

二、數字脈沖定位控制系統

在圖2中給出了這個定位控制系統的方框圖，圖中MF為脈沖發生器，由它產生脈沖信號。x寄存器和y寄存器是兩個二進制數碼寄存器，用來存放x、y方向應該走的步數。x計數器和y計數器是兩個減法計數器，由它們來控制x、y向的移動距離。x譯碼器和y譯碼器都只有一個全零譯碼器輸出端或，當x或y計數器中的數是0時，或輸出低電平，否則輸出為高電平。x分配器和y分配器是兩個順序脈沖發生器，它們把單端輸入的一系列脈沖按固定次序輪流分配給各個輸出端。功率放大器負責把分配器輸出的脈沖信號放大，以獲得驅動步進電動機繞組所必需的脈沖電流。

圖2

三、數字脈沖定位控制系統的工作過程

現在，我們以x方向的運動為例，說明它的工作過程。

在啟動信號到來之前，我們先將x計數器和y計數器置為零狀態。同時，把x、y方向應當移動的距離△x、△y換算成脈沖數△x/δ、△y/δ，并分別存放于x寄存器和y寄存器中。因為x、y計數器為零狀態，所以譯碼器的輸出、皆為低電平，將門3、4、5、6封鎖。因此，計數器和分配器都沒有脈沖輸入，Mx、My不動。

在啟動信號到達時，我們利用它作為置數脈沖，通過門1（因為x寄存器不止一位，所以實際的電路中門1為一組門）把x寄存器中的數送到x計數器中。由于x計數器中的數已不再是零，因而變為了高電平，并將門3、5打開，于是 MF的輸出脈沖一邊通過門5送給分配器，使 Mx開始轉動，一邊通過門3送給x計數器作減法計數。當x計數器里的數減到零時，說明已向分配器送夠了△x/δ個脈沖，這時隨即變為低電平，將門3、5封鎖，Mx停止轉動。工作臺所移動的距離應該就是△x。

y方向的工作過程和x方向的工作過程完全相同，而且x、y方向是同時開始移動的，在x、y的移動全部到達預定位置后，控制系統就可以鉆孔了。

為了使機床能連續工作，我們可以在鉆孔的同時，把到下一個孔的定位距離換算成脈沖數存在x、y寄存器中，并且在完成打孔操作以后，自動發出啟動信號，使工作臺開始移動。為此，在實際的系統中，系統還要有一套控制電路來實現連續操作的自動控制，這里不作詳細介紹。

（作者單位：江蘇省常州技師學院）