精密数控分度转台的控制系统设计
数控机床控制系统设计
数控机床控制系统设计数控机床控制系统是现代机械加工中的重要设备，不仅减轻了人工操作的负担，还能够实现高效精确加工。
本文将从数控机床控制系统的设计原理、控制器的分类以及系统设计中需要考虑的因素等各方面进行详细阐述。
一、数控机床控制系统设计原理数控机床是一种以计算机控制的工具设备。
数控机床的工作原理是通过加工程序与自动化机床相连接，由计算机系统对机床运动进行控制。
数控机床的加工程序是一种由G代码和M 代码组成的程序，G代码主要用于控制机床的直线运动和圆弧运动、刀具半径、零点位置等，M代码则是用于控制机床的主轴转速、冷却液开关等控制信号。
基本上数控机床可以实现加工各种形状的物件，而且加工精度高，生产效率高。
二、控制器的分类数控机床控制器根据其构成和结构可以大致分为以下几个类型：1、点位控制器（P控制器）：点位控制器可以控制每一个轴单独移动到预定的位置后，马上停止这一轴的运动，使其它轴继续运动。
2、直线插补控制器（L控制器）：直线插补控制器是比点位控制器更为先进的控制器，它不仅在每个轴位置上进行控制，还可以控制各轴在不同的位置上同时启动或同时停止。
3、圆弧插补控制器（C控制器）：圆弧插补控制器是对圆弧运动进行控制的控制器。
它可以自动地计算和控制机床在坐标平面或变位平面上的转折点、曲线半径以及运动方向等，圆心和半径的计算完全由控制器来完成。
4、模态控制器（M控制器）：模态控制器是负责管理机床程序重复执行的控制器。
它只需输入一次程序，就可以重复地使用该程序。
换言之，它可以使用多个程序段，从而实现切换各种不同加工方式，同时还可以根据不同的工件要求随时更改程序的具体内容。
三、系统设计中需要考虑的因素在设计数控机床控制系统时，需要考虑如下因素：1、系统稳定性：稳定性是数控机床控制系统设计的重要指标，必须保证系统在加工过程中不会出现任何一个运动轴的失控。
系统设计时需要合理选用现代控制技术，同时要对硬件和软件进行完整测试，保证系统的稳定性。
精密控制系统的设计与应用
精密控制系统的设计与应用一、引言精密控制系统是现代化技术的重要组成部分之一，具有广泛的应用。
它采用先进的控制算法和敏感的传感器设计，能够实现对复杂系统的高效控制。
本文将介绍精密控制系统的设计和应用。
二、精密控制系统的概述精密控制系统是一种高性能控制系统，其主要特点是具有较高的精度和灵敏度。
它通常由控制器、执行机构和传感器组成。
控制器采用先进的算法，对执行机构进行高效控制，实现对系统的高精度控制。
而传感器负责检测系统状态，并将状态信息传递给控制器。
三、精密控制系统的设计1. 控制算法设计控制算法是精密控制系统的核心。
常见的控制算法有PID控制算法、自适应控制算法、最优控制算法等。
其中，PID控制算法是应用最为广泛的一种控制算法。
在PID控制算法中，根据系统偏差、变化率和积分误差三个参数对控制器进行调节，以达到对系统的稳定控制。
2. 传感器设计传感器是精密控制系统中的另一个重要部分，一般有光电传感器、压力传感器、温度传感器等。
传感器负责传递系统状态信息，需要具有高精度、高灵敏度和高稳定性等特点。
传感器的选择应根据具体的应用需求，确定其检测参数和性能指标。
3. 执行机构设计执行机构是控制系统中的另一个重要部分，对于不同类型的系统，其执行机构类型不同。
一般来说，精密控制系统中的执行机构要求具有高精度、高灵敏度和高可靠性等特点。
常见的执行机构有电动机、气动元件、液压元件等。
四、精密控制系统的应用精密控制系统在工业自动化、飞行控制、仪器仪表、医疗器械等领域都有广泛的应用。
1. 工业自动化在工业生产设备中，精密控制系统能够确保生产设备的高精度控制，提高生产质量和效率。
比如，精密机床控制系统能够实现对零件的高精度加工；焊接机器人控制系统能够实现对焊接路径的精确控制。
2. 飞行控制在飞行器中，精密控制系统能够实现对飞行器飞行姿态的精确控制和纠正，以确保飞行安全。
比如，飞行器姿态控制系统能够通过控制器和传感器的联动，对飞行器进行高精度控制。
数控冲床分度工作台的设计
摘要数控机床是采用数字控制技术对机床各移动部件相对运动进行控制的机床，它是典型的机电一体化产品，是现代制造业的关键设备。
数控回转工作台是数控铣床、数控镗床、加工中心等数控机床不可缺少的重要部件，其作用时按照控制装置的信号或指令作回转分度或连续回转进给运动，以使数控机床能完成指定的加工工序。
其外形和分度工作台十分相似，但其内部结构却具有数控进给驱动机构的许多特点。
合理设计数控分度工作台系统的结构，它是按照数控系统的指令，在需要分度时将工作台连同工件回转一定的角度。
分度时也可以采用手动分度，分度工作台一般只能回转规定的角度。
这在设计时要注意角度的计算，以使数控分度工作台工作时要回到规定的角度。
数控回转工作台是各类数控铣床和加工中心的理想配套附件。
要完成工作台系统部件的结设构设计及总图和零件图；完成小型数控冲转塔式旋转模系统的设计计算。
关键词数控机床；数控回转工作台；数控分度工作台数；控冲转塔式旋转模系统目录绪论 (3)第一章：数控回转工作台的原理与应用 (4)1.1 数控回转工作的原理 (4)1.1.1 设计准则 (5)1.1.2 主要技术参数 (5)1.1.3 本章小结 (5)数控回转工作台的结构设计 (6)1.1.4 传动方案的确定 (6)1.1.5齿轮传动的设计 (8)1.1.6 电液脉冲马达的选择及运动参数的计算 (9)1.1.7 蜗轮及蜗杆的选用与校核 (10)1.1.8 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 (12)1.1.9 轴的校核与计算 (13)1.2.0 弯矩组合图 (14)1.2.1 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径 (14)1.2.2 齿轮上键的选择及校核 (14)1.2.3轴承的选用 (15)1.2.4本章小结 (16)第二章数控分度工作台 (17)2.1.1总体方案的设计 (17)2.1.2机械部分的设计 (18)2.1.3蜗杆蜗轮的配合 (20)2.1.4角接触球轴承的选择 (20)2.1.5控制面板的布局及按钮的功能设计 (21)2.1.6控制系统的设计 (22)2.1.7驱动电路的设计 (24)第三章旋转模系统的设计 (26)3.1 旋转模系统的结构 (26)3.1.1 旋转模工作过程 (27)3.1.2 电机选择 (28)3.2 转塔的设计 (29)3.2.1 转塔的材料和工艺 (29)3.2.2 链传动的零件和材料 (30)3.2.3滚子链传动的计算 (31)3.2.4 轴承的选择 (32)3.2.5转塔的定位 (33)3.3自转模的设计 (33)3.3.1蜗轮蜗杆的设计计算 (34)3.3.2 蜗轮蜗杆的材料及特性 (34)3.3.3蜗轮蜗杆的计算 (34)3.3.4 轴承的选择 (39)3.3.5 键的选择 (40)3.3.6 联轴器的选择 (40)总结 (43)致谢 (44)参考文献 (45)1 绪论毕业设计主要是培养学生综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。
高精度数控加工设备控制系统设计与应用
高精度数控加工设备控制系统设计与应用随着科技的飞速发展和应用，数控加工设备已经成为制造业中不可或缺的一部分。
而高精度数控加工设备则是以其精度更高、生产效率更高等特点，日益受到制造业的青睐。
而这些设备则需要配备相应的控制系统才能发挥其最大作用。
本文将就高精度数控加工设备控制系统的设计与应用进行探讨。
一、高精度数控加工设备的特点高精度数控加工设备主要是依靠计算机进行控制的，它们具有很高的精度、生产效率和稳定性等特点。
其中最为突出的就是它的精度更高。
高精度数控加工设备一般可以控制到微米级别。
同时，高精度数控加工设备还具有很高的稳定性和可靠性，这就使得它们在加工过程中的误差更小，加工效率更高。
二、高精度数控加工设备控制系统的设计高精度数控加工设备控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计硬件设计主要包括控制器、电机驱动器和传感器等方面。
其中控制器是整个系统的核心设备，其主要功能是接收来自计算机的指令，并将其转换成电信号，再通过电机驱动器将电信号变成机械运动。
而电机驱动器则是用来控制电机的转速和方向。
而传感器则是用来检测机床位置和运动状态等信息的。
软件设计软件设计则是整个系统的灵魂，在整个加工过程中起到了关键作用。
软件设计主要包括三个方向：机床控制系统、NC程序编译与执行以及数据传输。
机床控制系统是整个控制系统的核心部分，控制机床的运动，完成加工的任务。
NC程序编译与执行则是将CAD绘图转化为机器代码控制数控机床完成加工过程。
数据传输则是将CAD所绘制的三维模型转换为机器代码控制数控机床完成加工过程，并将加工过程的结果输送回数控机床控制器、计算机和外设中，使其能进行处理或下一步操作。
三、高精度数控加工设备控制系统的应用高精度数控加工设备控制系统的应用非常广泛，它们可以应用在各种领域，如航空航天、医疗、电子、汽车等等。
其中最为重要的应该是航空航天领域。
由于飞机的零部件需要精度高、质量好、可靠性强、节省时间和人力等特点，所以需要高精度数控加工设备进行制造。
数控车床XY轴工作台和控制系统设计
数控车床XY轴工作台和控制系统设计数控车床是一种通过编程控制刀具在工件表面上进行切削操作的机床。
其中，XY轴工作台和控制系统是数控车床的核心组成部分。
在设计这些部分时，需要考虑机床的精度、稳定性、速度和可编程性等方面。
首先，设计XY轴工作台时需要考虑其机械结构和精度。
机床的工作台需要具备足够的刚性和稳定性，以确保在切削过程中不产生振动和变形。
同时，工作台的导轨和丝杆等传动装置需要具备高精度和低摩擦系数，以保证工件加工的精度和表面质量。
其次，控制系统的设计是数控车床的关键。
控制系统包括硬件和软件两个方面。
在硬件方面，需要选择适合的数控装置、电机和传感器等，以便实现高精度的位置控制。
在软件方面，需要开发编程界面和运动控制算法，以便实现工件加工的自动化和高效率。
在设计控制系统时，需要考虑以下几个关键问题。
首先是编程界面的设计，即操作人员与机床之间的交互方式。
常见的编程界面有G代码和M代码等，操作人员可以通过这些代码来描述加工过程的具体要求。
其次是运动控制算法的设计，即根据编程要求计算出各个轴的运动轨迹和速度。
在运动控制过程中，需要考虑工件表面的曲率和加工精度的要求，以便实现高品质的加工效果。
最后是运动控制的实时性要求，即在短时间内对运动轨迹和速度进行精确控制。
这对硬件设备和软件算法的性能提出了较高的要求。
总结起来，数控车床的XY轴工作台和控制系统的设计是一项复杂而关键的任务。
在设计过程中，需要考虑机床的精度、稳定性、速度和可编程性等方面。
同时，需要选择适合的数控装置、电机和传感器等硬件设备，并开发编程界面和运动控制算法等软件。
通过合理的设计和选择，可以实现数控车床的高效加工和高品质加工。
精密数控分度转台的控制系统设计
YANG J-i sen, WAN W en- lue, ZHENG Fang-yan, ZHANG T ian-heng ( Engineerin g R esearch Center ofM echan ical T esting T echnology and E qu ipmen t, M in istry of E du cation, Chongq ing Un iversity of T echnology, Chongq in g 400050, Ch ina)
后, 每个驱动器脉冲当量 为 P D = 01009b, 分度转 台的 蜗轮 与蜗 杆传动比 Z = 180, 因此, 每个驱动脉冲当量 $P 为:
$P = PD /Z = 01 000 05b( 01 2d的分度精度要求。一次分度定位所输出
的脉冲总数为
N = S /$P
存储器主要用 来保存 控制 系统的 指令 参 数, 如电 机转 速、 控制精度和分度参数等。 考虑到 微处理 器自带 I2 C 总线接 口, 选用 I2 C 总 线接 口的 EEPROM 芯片 24AA 128, 其存 储 容量 为 128 K B, 能够较好地 满足系 统的 存储要 求。微处 理器 通过 I2 C 接收与之相连。 2. 3. 3 数据接收
采用迈威科技的rs232速度分段参数表332变速控制97分段分段一分段二分段三分段四分段五分段六分段七起始频率hzf0f1f2f3f4f5f6结束频率hzf1f2f3f4f5f6f7在定时器的中断服务程序中对所输出的脉冲进行总的累tms1t2t3t4t5t6t7fhz1f2f3f4f5f6f7加计数并和各分段判断点进行比较以此来判断当前处于哪一个速度分段从而进行相应的频率控制控制方案如图4所示
数控分度工作台设计概述
数控分度工作台设计概述数控分度工作台是一种机械设备，它主要用于旋转工件，以及固定工件的位置，保证在任何时候工件的相对位置不变，从而进行加工。
在现代机械加工领域，数控分度工作台是不可或缺的设备之一，它具有精度高、能耗低、效率高等优点，在加工各种金属材料的零部件时有着广泛的应用。
在设计数控分度工作台的过程中，需要考虑以下几个方面的因素：1.机床类型与性能数控分度工作台通常是结合机床使用的，因此需要考虑机床的类型与性能对工作台的影响。
例如，机床的转速和加速度会影响到分度工作台旋转的准确度和稳定性。
因此，在设计工作台时，需要仔细考虑机床的性能参数，并确保工作台能够适应这些参数。
2.分度角度和分度精度数控分度工作台主要的功能就是实现大角度的旋转与小角度的分度旋转。
因此，在设计时需要仔细确定分度角度，并考虑如何实现分度精度，以保证加工零件的精度。
3.驱动方式数控分度工作台的驱动方式通常是由电机驱动，控制器控制。
但是，不同的驱动方式将会对加工效果产生不同的影响，因此需要仔细选择适合的驱动方式来完成加工。
4.结构与外形设计数控分度工作台的结构与外形设计需要考虑到实际加工过程中的需求。
例如，需要考虑加工件的大小、重量以及加工方式，以确保工作台能够适应各种加工需要。
在实际设计中，可能会遇到许多问题，需要经过详细的分析和研究才能得出最终的结果。
如在设计旋转平台时，需要考虑到工作台摆动时的平衡问题，此外，还需要考虑到工作台的材料和集合的环境，以保证其在使用中的稳定性和可靠性。
另外，需要考虑到工作台的维护和使用，以确保工作台能够保持良好的工作状态。
总体来说，数控分度工作台的设计需要考虑到多方面的因素，包括机床性能、分度角度、驱动方式、结构与外形等。
在设计时需要仔细研究每个方面的因素，以确保最终的设计结果能够满足加工的需求。
尤其需要注意对各个工序的应用要求的不同，以便在工作中能够根据实际需要进行调整和优化，以达到更好的加工效果。
数控机床分度工作台设计
摘要本文以数控机床为应用平台，通过研究分度工作台的基本原理，结合液压、数控技术，液压原理，机械传动及工程力学等等知识，对机床工作台进行了设计，来实现对尺寸较大、精度要求较高零件进行圆周面分度加工和工艺处理。
本文设计出了主要应用于数控镗床和加工中心的液压数控机床分度工作台，为了提高工作台精度和刚度，稳定性，本设计中工作台采用齿盘式分度装置。
它的传动部分主要有：液压马达、齿轮齿条传动、齿轮传动、端齿盘传动及液压传动装置。
其余部分主要由工作台端面、中心轴、液压系统、微动开关、支架和底座及箱体等部分组成。
它能承受很大的外载，定位刚度好，精度保持性好，可提高加工效率，能够由数控系统控制使工作台自动完成分度并定位夹紧。
此工作台采用端齿盘夹紧装置，定位精度高具有正确对中的能力，啮合时不需要再找中心，并可进行间隙消除和蜗轮加紧，是一种很实用的加工工具。
它具有高互换性和高耐磨性，经济效益好，今后会在数控机床上得到广泛的应用。
关键词：分度工作台；液压马达；液压缸；数控ABSTRACTPneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something,aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of analysed.Keywords Mincing machine can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.Key word:pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom.目录摘要 (i)ABSTRACT (ii)目录 (iii)1 绪论 (1)1.1课题的来源与研究的目的与意义 (1)1.2分度台的方案分析 (1)1.2.1 结构分析 (2)1.2.2 机械结构总体方案与布局 (5)1.2.3 分度台工作原理 (7)1.3课题研究的内容 (9)1.3.1 Solidworks设计基础 (12)1.3.2 草图绘制 (13)1.3.3 基准特征，参考几何体的创建 (15)1.3.4 拉伸、旋转、扫描和放样特征建 (16)1.3.5 工程图的设计 (17)1.3.6 装配设计 (17)2 机械结构的设计 (18)2.1 轴承的设计 (18)2.2 传动齿轮的选型计算 (18)2.3 液压缸的选型计算 (19)2.4 传动轴的设计计算 (19)3 分度台各部分强度的校核 (20)3.1轴承强度的校核 (21)3.2传动轴强度的校核 (21)3.3 齿轮强度的校核 (21)4 分度工作台的PLC设计 (22)4.1 PLC的定义 (23)4.2 PLC的选择 (23)4.3分度工作台PLC控制系统接线图和流程图的确定 (24)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录一 (28)附录二 (37)1绪论机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。
数控Y工作台与控制系统设计方案
数控Y工作台与控制系统设计方案数控Y工作台与控制系统设计方案一、背景随着科技的不断发展和进步，数控机床迅速发展。
数控机床是通过计算机来实现工件加工的机床，利用数控技术可以实现高精度、高效率、高质量的机械加工。
Y工作台作为数控机床上的工作位置可进行多方向移动，适合进行多角度的加工。
本方案旨在设计一种数控Y工作台以及相应的控制系统，以满足不同大小、不同形状的工件加工要求。
二、设计方案2.1 数控Y工作台设计方案数控Y工作台由上下平台和左右移动部分组成。
平台上可安装工件进行加工，左右移动部分可以控制工件在水平平面上移动。
2.1.1 上下平台上下平台由硬质铝材料制成，可实现高精度的加工。
其表面设计均匀分布的固定螺钉，可使工件固定在平台上，避免在加工过程中产生移动。
上下平台支持旋转，可使工件在加工过程中进行旋转以便完成不同角度的加工。
2.1.2 左右移动部分左右移动部分由一个线性导轨与电机、减速器组成。
电机通过齿轮传动减速器驱动导轨的滑块，实现工作台的左右移动。
导轨是由高强度铝材料制成，耐磨性能好且机械强度高，可确保移动的精度和稳定性。
2.2 控制系统设计方案2.2.1 控制芯片控制芯片采用高性能的ARM架构芯片，可实现高速运算和数据处理。
它具有256KB的RAM和4MB的Flash存储器，具有充足的存储空间和计算能力，可运行复杂的加工程序。
2.2.2 驱动电机驱动电机采用步进电机，使用专用的驱动器进行驱动，以实现高精度和高速度的移动。
步进电机可以精确控制每一个步进角度，使得工作台的移动位置具有高度精确度。
2.2.3 控制软件控制软件拥有强大的功能和易用的接口，可支持多种加工操作。
其中包括自动调整加工的刀具位置、加工速度等功能，可根据工件大小和形状灵活调整。
控制软件还支持多种常见的加工文件格式，如G代码、IGES、DXF等，用户进行加工操作时可根据需要选择文件格式。
三、总结数控机床已经成为现代机械加工的主要手段之一，其中数控Y工作台是一种重要的机床组件。
精密数控分度转台的控制系统设计
仪 表 技ｎｓ ｒ ｎ ｔｕ ｎｔ ｃ ｎｉ ｅ ｎ ｅ ｏ
２０１ ０ Ｎｏ． ７
第 ７期
精 密数 控 分度 转 台的 控 制 系统 设计
杨继森， 万文略 ， 方 燕 ， 郑 张天 恒
（ 庆 理 工 大 学 机 械 检 测 技 术 与 装 备 教 育部 工 程 研 究 中 心 ， 庆 重 重 ４０ ５ ） ００ ０
ｒＡＮＧ ｉ ｅ ， Ｊ— ｎ ＷＡＮ ｅ － ｅ， ＨＥＮ Ｆ ｎ —ａ ＺＨＡＮＧ Ｔ ａ — ｅ ｇ ｓ Ｗ ｎｌ Ｚ ｕ Ｇ ａ ｇｙ ｎ， ｉｎｈ ｎ
（ ｎｉｅｒ ｇＲ ｓａｃ ｅ ｔ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ｅｔ ｇＴ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｑ ｉｍｅ ｔ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｅｅ ｒｈ Ｃ ｎｅ ｏ ｈ ｎｃ ｓ ｎ ｅｈ ｏｏｙａ ｄＥ ｕｐ ｎ ， ｎ ｒ Ｍｅ ａＴ ｉ
制 系统。该 系统采用步进 电机作为驱动装置 ， 利用转 台中嵌入 的高精度 时栅 角位移 传感 器的角位移 测量数据 作为反馈 ， 构成闭环控 制， 用分段控制 、 采 逐步逼近 的控制算 法， 达到 高速 、 高精 度分度定位的 目的 。实际应 用表 明： 该控制 系统的分
度 定 位精 度 达 到 ± ” ２。
ｓ ｓｅ ｗ ｓｄ ｓｇ ｅ ｎ ｅ ｅ ｏ ｅ ｉ ｈ ｉｈ ａ ｖ ｎ ｅ ｍｂ ｄ ｅ ｒ ｃ ｓ ｏ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｉｎ ｄ ａ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｗ ｔ ｔ ｅ ｈｇ ｄ ａ ｃ ｄ ｅ ｅ ｄ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｈ ＡＲＭ． ｈ ｔｐ ｍｏｏ ｅｄ ｖ ｎ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ａ ｄ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｒｉ ｔ ｒ ｉ ｇｅ ｕｐ ｎ ， ｎ ｅ ｓｈ ｉ
ｔｅ ｉ ａｉ ｏｋａ ｌ ｔ ｉｄ ｘａ ｃ ｒｔ ｙｂ ｒ ｉ ｅｈ ｎ ｗ ｅｌ ｆ ｏ ｒ ｂｅｉ ｓｃ ｎ ｃｌ ，ｎ ｅ ｅｓｒ ｄｕｔ ｈ ｍｅ ｔ ｇｗ ｒ ｔ ｅ ｏ ｎ ｅ ｃ ｕａ ｌ ｙ ｕｎｎ ｔ ａ ｄ ｈ ｅ ｏ ｔ ｙｔ ｌ ｎ ｅ ｏ ｄｓ ａ ａ ｄｉ ｉ ｎ ｃｓａ ｔ ａ ｊｓ ｔ ｇ ｎ ｒ ｂ ｅ ｔ ｇｈ ｒａ ａ ｅ ｔｓ ｙ Ｏ
数控机床分度工作台设计
数控机床分度工作台设计数控机床分度工作台是一种用于加工轴对称工件的重要设备。
在数控机床的工作过程中，确定工件的位置和方向对加工精度和效率有着重要影响。
因此，设计一个高精度、高效率的分度工作台对于提高数控机床的加工质量和加工效率具有重要意义。
本文将介绍数控机床分度工作台的设计原则、结构设计和控制系统设计，并对其在实际应用中的效果进行评估。
首先，数控机床分度工作台的设计原则是以提高加工精度和加工效率为目标。
在确定设计参数时，需要考虑工件的尺寸和形状、加工工艺要求、切削力和刚性等因素。
在结构设计上，采用刚性好、重量轻的材料，并合理设计支撑结构和滚动支撑等部件，以提高机床的刚性和运动精度。
此外，还需要考虑工作平台的稳定性和刚性以及工件的固定和夹持方式，以确保工件的稳定和工作台的准确性。
其次，数控机床分度工作台的结构设计需要满足工件加工的要求。
通常，分度工作台由工作平台、进给机构、定位装置和固定夹具组成。
工作平台是承载工件和切削力的部件，需要具有足够的刚性和稳定性。
进给机构是控制工作平台运动的部件，需要具有高精度和稳定性，以实现工件的准确定位和旋转。
定位装置是控制工作平台位置和方向的关键组件，需要具有高精度和可靠性。
固定夹具是夹持工件的部件，需要具有良好的刚性和稳定性，以确保工件的稳定和工作台的准确性。
最后，数控机床分度工作台的控制系统设计需要实现对工作台位置和方向的精确定位和控制。
控制系统通常由数控装置、伺服驱动器、编码器和传感器等组成。
数控装置负责进行加工程序的编写和控制指令的发送，伺服驱动器负责控制工作台的运动，编码器负责测量工作台位置和方向，传感器负责检测工作台位置和切削力等参数。
通过合理选择和配置这些组件，可以实现高精度的工作台定位和控制，并提高数控机床的加工精度和效率。
综上所述，数控机床分度工作台的设计需要考虑加工精度和效率的要求，并遵循结构和控制系统设计的原则。
在实际应用中，通过优化设计参数和调整工作台的运动方式，可以进一步提高工作台的加工精度和效率。
高精密伺服转台控制系统的设计
ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2004年第44卷第8期2004,V o l .44,N o .813 37105421056高精密伺服转台控制系统的设计黄令龙, 郭阳宽, 蒋培军, 李 晟, 李庆祥, 陈张玮(清华大学精密仪器与机械学系,北京100084)收稿日期:2003210227作者简介:黄令龙(19782),男(汉),四川,硕士研究生。
通讯联系人:李庆祥,教授,博士生导师,E 2m ail :liqx @p i m .tsinghua .edu .cn摘 要:该文设计并研制了高精密伺服转台的控制系统。
该控制系统采用圆光栅作为转台位移检测工具,采用了数字位置环和模拟电流环共同组成双闭环随动系统,其中位置控制器是带有速度前馈和加速度前馈的数字P I D 伺服滤波器。
实验结果表明,该转台运行1.148h 过程中位置伺服精度在±1″范围内,控制系统速度阶跃响应时间小于50m s ;运动稳定,速度变化范围小于±10%,满足高精密伺服转台位置伺服的精度要求。
关键词:导航系统;高精密伺服转台;前馈控制;圆光栅中图分类号:V 249.32文献标识码:A文章编号:100020054(2004)0821054203Con trol system for h igh -prec isionturn tableH UANG L ing long ,GUO Ya ngkua n ,J I A NG Pe ijun ,L I S he ng ,L IQ ingxia ng ,CHEN Zha ngw e i(D epart men t of Prec ision I n stru men ts and M echanology ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na )Abstract :H igh 2p recisi on servo turn tables are w idely used in inertial navigati on system s,w here their p recisi on m ainly depends on the contro l system.T h is paper describes a contro l system developed fo r a set of h igh 2p recisi on servo turn tables .T he system has a double clo sed 2loop contro l system w ith a digital po siti oning loop and an analog current loop.A circular grating is used fo r accuratepo siti oning .T he digital singnal p rocesso r (D SP )based po siti oncontro ller com bines a P I D servo w ith velocity feedfo r w ard and accelerati on feedfo r w ard contro l to i m p rove perfo rm ance .T estresults show ed that the po siti oning p recisi on w as w ithin ±1″during stable operati on of 1.148h .T he step response interval is less than 50m s and mo ti on fluctuati ons are less than ±10%,so the system p rovides accurate po siti oning servo contro l .Key words :navigati on system;h igh 2p recisi on servo turn table;feedfo r w ard contro l;circular grating惯性导航系统在现代化技术中,尤其是在国防技术中,占有非常重要的地位。
单轴精密测试转台的设计与运动控制
单轴精密测试转台的设计与运动控制一、单轴精密测试转台的设计在设计单轴精密测试转台时，需考虑以下几个方面：1.结构设计：转台的结构设计应合理、稳定，以保证精密度和可靠性。
一般采用典型的机械结构，如圆盘、均匀旋转杆、滑移杆等。
同时，转台的材料选择应具备高强度、优良的机械性能和稳定性能。
2.转台轴承：转台轴承是保证转台可以平稳旋转和承载测试负载的重要组成部分。
常用的轴承包括滚珠轴承和滑动轴承。
对于要求较高的实验，如精密测试和定位控制，一般选择高精度、高刚度的滚珠轴承。
轴承的选择要满足转台的刚度需求，并保持低扭矩、低摩擦和高轴向刚度。
3.驱动系统：转台的驱动系统包括电机和减速装置。
电机一般选择直流或步进电机，以满足高精度、高速和平稳运动的要求。
减速装置主要用于减小电机输出转矩，提高转台的扭矩稳定性。
在设计时需考虑减速比、精度和可靠性等因素。
4.传感器：精密测试转台的传感器用于测量转台的姿态信息，如角度、位置和速度等。
主要的传感器包括编码器、陀螺仪和加速度计。
这些传感器可通过反馈系统将测量值传递给电机驱动和控制系统，实现闭环控制。
传感器的选型应考虑精度、稳定性和可靠性。
二、单轴精密测试转台的运动控制1.控制方法：常用的控制方法包括PID控制、模糊控制和自适应控制等。
PID控制是一种经典的控制方法，通过对转台输出信号进行比例、积分和微分处理，实现控制系统的稳定性和响应速度。
模糊控制是一种模糊逻辑和推理的控制方法，可适应非线性、不确定性和模糊性系统。
自适应控制是根据系统动态特性和误差信号实时调整控制参数的控制方法，能够提高系统的鲁棒性和稳定性。
2.控制策略：转台的控制策略主要包括位置、速度和力控制。
位置控制是指通过控制转台的位置来实现目标位置的精确定位。
速度控制是指通过控制转台的速度来实现特定速度要求的运动。
力控制是指通过控制转台的输出力矩，实现特定力控制要求，如振动控制和负载控制。
在实际应用中，根据具体需要可以选择不同的控制策略，并结合上述的控制方法进行综合控制。
数控机床控制系统设计(伺服控制系统设计思路)绝对有用的经典。
伺服控制系统设计思路一、对题目的理解及明确设计要求任务书很明确，是一种装置的伺服控制系统设计。
（只做控制系统，不做机械部分）二、控制对象的确定1、首先要确定控制台的结构（两轴还是三轴、直线轴还是加旋转轴、其工作原理、尺寸大小）、用途等。
2、选择传动方式、伺服电机类型（直流伺服还是交流伺服）、驱动方式。
3、保证精度，位置检测方式（元件）的选择与设计。
4、控制系统硬件与软件设计有的是用运动控制卡实现控制的。
有的是选择的无刷直流电机的种类、工作原理与驱动；交流伺服电机的种类、工作原理与驱动；光电编码器作为反馈还是光栅尺作为反馈，种类、工作原理、检测线路。
三、系统控制方案构思1、如果系统是按基于 PC 多轴运动控制技术的基本原理设计的，可以考虑选择“PC +运动控制卡”的设计方案见图1。
运动控制卡与 PC 机构成主从式控制结构；PC 机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作。
图1 系统控制框图从图1看出：以 PC 机强大的硬件与软件资源为后盾，借助于运动控制卡提供的运动函数库运用 VB 或 VC + +语言编制直线、圆弧插补运动轨迹图形程序，通过板卡接口输出 PC 机运算结果的运动控制脉冲数和运动方向控制等信号，经过伺服驱动器，驱动直流伺服电机转动，再通过滚珠丝杠传动机械，驱动X/Y两轴加旋转的三轴精密十字工作台运动（或者驱动X/Y/Z三轴精密十字工作台运动）。
数控实验台伺服控制系统设计驱动X/Y/Z三轴精密十字工作台运动无损检测装置伺服控制系统设计驱动X/Y两轴加旋转的三轴精密十字工作台运动系统的位置控制，在工作台的X/Y/Z轴上加光栅尺作为位置反馈，光栅尺的信号反馈给控制卡，控制卡和工作平台之间构成大闭环控制系统，能实现位置的精确控制（此时电机和伺服驱动器之间也是一个闭环）见图2。
而对于旋转台，直接把伺服电机的编码器接入控制卡，也可以认为是一个闭环系统见图3。
图2 X/Y工作台控制原理图3 旋转工作台控制原理四、元件的选择1、运动控制卡+伺服驱动器+伺服电机五、技术指标1、装置的主要指标移动速度 4-1500（4000）mm/min，精度为±5um。
机械工程中的精密控制系统设计
机械工程中的精密控制系统设计1.引言精密控制系统设计是机械工程中一个关键的领域，它涵盖了各种机械设备与系统的设计与优化。
在现代工业中，精密控制系统设计有着广泛的应用，如机床、机器人、自动化生产线等。
本文旨在探讨机械工程中精密控制系统设计的重要性以及其应用案例。
2.精密控制系统设计的重要性2.1 精密控制系统对机械设备性能的影响精密控制系统设计直接影响机械设备的性能和精度。
例如，在机床上，精密控制系统的设计对加工精度、工件表面质量和工作效率等起着重要作用。
通过设计合理的控制系统，可以实现高速、高精度的加工，并提高机床的生产效率。
2.2 精密控制系统对机械设备的稳定性和可靠性的要求精密控制系统设计对机械设备的稳定性和可靠性提出了高要求。
在一些特殊场合，如航天器飞行控制系统、核电站安全控制系统等，系统的失效可能会带来严重的后果。
因此，在设计精密控制系统时，必须考虑到系统的稳定性和可靠性，以确保设备运行的安全性和长期稳定性。
2.3 精密控制系统对控制算法的要求精密控制系统设计要求系统具备较高的控制精度和调节性能。
这就要求设计者在选择控制算法时，综合考虑系统性能与计算开销，以找到最佳的控制算法。
同时，还需要结合实际应用场景，优化控制算法的参数以满足实际需求。
3.案例分析：机器人运动控制系统设计机器人运动控制系统是机械工程中一个重要的应用领域。
通过控制机器人的运动，可以实现自动化生产和精准操控。
下面以某型号工业机器人的运动控制系统设计为例，介绍精密控制系统设计的具体过程。
3.1 系统需求分析首先，需要明确机器人运动控制系统的需求。
例如，需要实现的运动自由度数量、精度要求、工作环境条件等等。
通过分析需求，可以给出精密控制系统的设计目标和指标。
3.2 控制算法选择基于需求分析，可以根据机器人的运动模型和控制性能要求，选择适合的控制算法。
常见的算法包括PID控制算法、模糊控制算法、自适应控制算法等。
根据系统的实际情况，可以调节控制算法的参数以实现最佳控制效果。
简易数控工作台及其控制系统设计
简易数控工作台及其系统设计摘要目前在多种机械设备中均需要精密定位，而其中的三维精密定位工作台作为关键部件将直接影响其整机的性能和精度。
为保证机器性能，工作台要在X方向和Y方向实现快速准确的定位，并且要求在Z方向能够实现精确调整和定位，要实现快速和准确定位，必须对工作台进行改装，使用步进电机和控制卡。
本文设计的工作台就是基于单片机控制的三维数控工作台。
建立一台在技术性、经济性、实用性等方面都比较良好的数控三维工作台，作者在完成课题期间研究了数控系统、交流伺服系统、单片机运动控制卡、55BF009交流伺服步进电机，做了很多设计、安装和调试工作。
工作台机械结构的设计与安装。
计算并选择了步进电机，丝杠螺母副、直线滑动导轨副，轴承，设计、联系制作了与工作台连接的连接板及实验台导轨、架体等。
为下一步进行全闭环控制作好了准备工作;伺服系统的选择、安装和调试工作。
计算并选择了伺服电机，进行了伺服电机及单片机运动控制卡的连接与调试;运动程序的编写。
实现了数控工作台的直线等动作。
三维数控工作台伺服系统控制分两部分，一是：x-y部分控制，二是：z方向控制，首先通过STC12C5412型单片机控制X轴和Y轴的步进电机，然后通过89C51控制Z轴的单片机。
STC12C5412型单片机有两个PWM波发出口，可同时发出两个脉冲来控制两个步进电机，发出的两个脉冲通过控制器放大信号来控制步进电机。
89C51型单片机控制一个步进电机，通过控制器来放大信号达到驱动步进电机的目的。
PC机接入单片机，它发出的脉冲不足以驱动步进电机转动，必须接入一块控制器来放大信号达到步进电机驱动电压可以使步进电机转动。
为了使步进电机带动丝杠能记住行驶任意路程，本程序还加入了光耦，它可以使步进电机记忆它的起始位置。
关键词数控系统；三维工作台；步进电机；丝杠螺母副；直线导轨；单片机The design of 3D shape and the system fordetecting and measuring of the test-bedAbstractTo study the influence of the parameters of open NC servo feed systems and spatial geometry error on the precision and find methods to realize the high precision control of numerical control (NC) system, the development of the control system of a two-axis NC worktable ,consisting of ball screws and linear roller guides, was presented in this thesis. The system is based on an open architecture PMAC (Programmable multi-Axis controller) motion control card to realize real-time control. Some experiments concerning control test and error measurement and analysis can be carried out on the designed worktable. At first, the configuration of control system of the 3D NC worktable Was proposed ,and its software was developed. Modular software development concept featured the system design, which includes the following modules: machining position and speed sampled display module; file management module; parameters setting module; error diagnosis module; precision analysis module; manual debugging module; machine simulation module; help module.As one of focuses, the error measurement and precision analysis of the worktable were emphasized in the development of the system software. Series of experiments about system control and precision were made on the worktable. The precision characteristics of the half-loop and closed-loop position feedbacks were analyzed. Through comparing the theoretical analysis with the data collected from experiments ,a conclusion has been drawn that the smallestcontour error will be got if the two axes have the same servo characteristics. The ball-bar ,which is considered to be more reliable than linearscales in measuring contour error, was used to measure the circular motion of the system. The experiment result showed that the contour error of the system was big .By analysis of the error source based on a mathematical model of the measuring system proposed in this thesis, it was found that it was the installation inclination of linear scales that caused so big error. By compensating the error with the measured result by the ball-bar ,the precision of the control system had been improvedKeywords Numerical Control System; Closed- loop Position Feed back; High Precision; Linear Scale目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................ I I第1章绪论 (1)1.1 课题研究意义 (1)1.2 课题现状 (1)1.3 课题研究主要内容 (2)1.4 本章小结 (2)第2章三维数控工作台整体设计方案 (3)2.1 三维数控工作台的工作原理 (4)2.2 工作台设计总体方案的确定 (4)2.3 本章小结 (4)第3章三维数控工作台分体方案设计 (5)3.1 电动机的选择 (5)3.1.1步距角的选择 (6)3.1.2步进电机输出转矩的选择 (6)3.1.3启动矩频特性校核 (8)3.1.4工进运行矩频特性校核 (8)3.2初选丝杠 (9)3.2.1最大工作载荷的计算 (10)3.2.2传动效率计算 (11)3.2.3刚度验算 (11)3.2.4压杆稳定性验算 (12)3.3导轨的选型和计算 (12)3.4轴承校核 (13)3.5 确定工作台尺寸 (14)3.6传动系统等效转动惯量计算 (14)3.6.1步进电机转动惯量 (15)3.6.2丝杠的转动惯量 (15)3.6.3工作台转动惯量 (15)3.6.4总转动惯量计算 (15)3.7 本章小结 (15)第4章三维数控工作台的Pro/E三维建模 (16)4.1 Pro/E简介 (16)4.2 Pro/E的界面介绍 (16)4.3导轨三维模型的建立实例介绍 (17)4.3.1建立新文件 (17)4.3.2建立拉伸特征 (18)4.3.3建立孔特征 (19)4.3.4建立阵列特征 (21)4.3.5颜色和外观 (21)4.4 本章小结 (22)第5章三维数控工作台伺服系统系统设计 (23)5.1步进电机的控制 (23)5.1.1步进电机开环伺服原理 (23)5.1.2 步进电机控制原理 (24)5.2单片机设计（硬件详细接线图见图纸） (25)5.2.1逐点比较法直线插补 (25)5.2.2程序设计 (26)5.3本章小结 (29)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)第1章绪论1.1 课题研究意义为了研究开放式数控系统，深入了解其软件与硬件的机理、调试手段，以及研究高速、高精度数控系统的特性，进行动力学误差分析，掌握误差补偿的方法，本课题将建立数控三维三轴工作台。
数控XY工作台与控制系统设计
数控XY工作台与控制系统设计
首先，数控XY工作台的设计需要考虑到工作台的结构和材质选用。
工作台的结构通常有固定工作台和可移动工作台两种形式。
固定工作台适
用于对工件固定位置要求较高的加工，而可移动工作台则可以根据需要进
行位置调整。
材质选用上可以考虑使用铝合金、高强度钢材等材料制作，
以保证工作台的刚性和稳定性。
其次，数控XY工作台的运动方式主要有直线运动和旋转运动两种方式。
直线运动可以通过滑轨、直线导轨等机械结构实现，而旋转运动则需
要使用旋转轴承等机械部件。
在设计时需要根据加工工艺的需求，确定运
动方式的选择，并结合控制系统来实现精确的运动控制。
控制系统是数控XY工作台的关键部分，它主要包括硬件和软件两个
层面。
硬件方面，需要选择合适的机床控制器、伺服电机、编码器等设备，并进行适当的布线和接线。
软件方面，需要编写相应的数控程序，实现工
作台的各种运动和加工操作。
常用的数控编程语言有G代码和M代码，根
据不同的加工需求编写相应的程序。
在数控XY工作台的设计中，还需要考虑到各种安全保护措施。
例如，加工过程中需要加装防护罩，以防止操作人员的误触和机械部件的碰撞。
同时，需要设计相应的紧急停止装置，以应对突发情况。
另外，还可以考
虑添加温度监测、过载保护等功能，提高设备的安全性和可靠性。
总之，数控XY工作台的设计需要综合考虑结构、运动方式、控制系
统和安全保护等多个因素。
只有在这些方面都得到合理的设计和配置，才
能保证工作台的高效加工和可靠运行。
数控机床分度工作台设计
数控机床分度工作台设计摘要本论文对数控机床分度工作台进行了设计，通过研究分度工作台的基本原理，结合数控、液压驱动、齿轮传动等知识，设计出一种运用于加工中心的数控机床分度工作台。
为了提高工作台的分度精度，本设计采用了多弹性齿减小累积误差的原理，设计出半弹性齿的工作台分度装置。
这种弹性齿分度精度高、制造成本低、经济效益好，今后将会在数控机床上得到广泛的应用。
关键词：分度工作台；数控；液压；齿轮；弹性齿The design of hydraulic CNC indexing workbenchAbstractThis paper design on the work bench of CNC indexing，it will design a kind of application to the hydraulic CNC dividing workbench through the research on the basic principle of the indexing of workbench, combined with the knowledge of CNC, hydraulic drive of, and gear transmission, and so on. In order to improve the precision and indexing of the workbench, this design makes use of the principle of elastic gear to reducing error and it will design a half elastic indexing equipment of workbench。
The cost of this elastic gear is low and the efficiency of the economy is good as well as the indexing and precision, which will apply widely on CNC lathe in the future.Keywords: indexing workbench, CNC, Hydraulic, Gear, Elastic gear1绪论1.1前言数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。
数控转台试验台控制系统设计
南京工业大学学士学位论文数控转台试验台控制系统设计摘要数控转台的出现为加工中心和数控铣床提供了回转坐标，通过第四轴、第五轴驱动转台或分度头完成精密角度的等分、不等分或连续的回转加工，完成复杂曲面加工，使机床的加工范围得以扩大。
数控转台是加工中心、数控铣床等数控机床的重要功能部件之一。
研究转台可以全面提升数控转台性能及产业化质量。
本课题的主要是对实验室中的转台试验台进行测试、调整，以达到转台控制系统性能良好，硬件模块工作稳定、可靠的目的。
本文从应用的角度出发，基于PLC控制系统的设计对数控转台控制系统方案设计，硬件选型，硬件电路以及软件设计作了综述和讨论。
本文介绍了该控制系统的整体结构、系统构成和工作原理。
通过PLC进行逻辑控制，由变频器进行转速调节。
本文在系统的设计部分，对硬件系统配置、选型和软件系统的流程设计、程序设计进行了详细的介绍，并指出了系统设计过程中存在的问题，给出相关解决方法。
本文对系统的设计要求进行了深入而详细的讨论，在控制系统的基础上通过对传感器的测试性能和被测量的各个量程范围与模拟量数字量的定义的分析进行硬件传感器的选型，并画出了传感器布置图，确定每个传感器的位置；同时也可以确定每个模拟量、数字量、开关量与S7-300扩展模块的对应关系，以方便画出接线图。
在硬件设计中详细的介绍了控制器、电机、变频器及各类电气元件的选型和各类传感器的比较，每种传感器都选择了三个不同厂家的产品进行比较，以得到最适合系统中被测量的传感器。
通过上述选型及比较得到了数控转台试验台的结构图、S7-300扩展模块的数据采集接线图、传感器需求表和传感器布置图。
在软件设计中，本文研究的数控转台控制系统的软件使用的是WINCC，在文中该软件主要是对转台试验台的控制与监测部分进行研究，主要功能包含转台试验台的各个被测量的数据实时显示，生成曲线趋势图，有超限报警功能，有打印报表、与下位机通讯等功能。
软件设计步骤包括控制方案设计，控制流程设摘要计，软件界面设计，程序的组态及应用，显示采集信号的波形，添加报警提示功能等。
小型精密数控加工机床的设计与控制
小型精密数控加工机床的设计与控制随着科技的不断发展和更新，数控机床已经成为了当今制造业中最重要的一环，而小型精密数控加工机床更是近年来备受重视的一个领域。
它以其高精度、高效率、低成本、绿色环保等优点，已经在汽车、航空、航天、医疗等领域广泛应用。
小型精密数控加工机床的设计和控制是实现机床高精度加工的关键所在。
一、设计原则小型精密数控加工机床的设计原则是“精、小、快、省”。
其中，“精”是高精度的意思，“小”是指机床体积和重量要小，“快”是指机床运行速度要快，“省”是指机床成本和能源消耗要少。
而实现这些原则的关键在于机床的结构设计和控制系统的优化。
二、结构设计1.机床的基础设计机床的基础设计是整个机床中最重要的一项，因为基础的质量和固定性直接影响着机床的加工精度和稳定性。
因此，在设计机床基础的时候，应该选用高质量、高精度的石材作为基础的材料，并且进行精细的加工和固定。
此外，机床基础应该经过震动实验和强度分析，以保证机床在运行过程中的稳定性。
2.机床机身设计机床机身的设计也是整个机床中非常重要的一环。
在水平加工中，为了保证加工精度，机身应该采用大床身结构，而在垂直加工中，则可以采用柱式结构。
此外，机身应该采用高强度材料和严格的加工工艺，以确保机身的稳定性和精度。
3.导轨设计导轨是机床中最重要的加工部件，对机床的加工质量和稳定性影响很大。
因此，在设计导轨时，应该采用高强度和高精度的材料，并采用精细的加工和处理工艺，以确保导轨的平整度和表面粗糙度。
此外，在导轨的选择和安装上，也应该非常注意。
三、控制系统机床控制系统是整个机床中非常重要的一环，对机床的加工质量和效率影响很大。
因此，在设计控制系统时，应该非常注重以下几点：1.硬件部分机床控制系统的硬件部分应该采用高性能、高可靠、易于维护的电路部件，并进行标准化设计和生产，以提高生产效率。
在开发控制系统的时候，应该尽量采用模块化设计，以方便软件开发、调试和维护。
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0 引言 时栅位移传感器 作为一种新型的绝对 式角位移 传感器, 采
用了 / 用时间测空间 0的时栅测量理论 [ 1] , 成本低、测量精度 高, 达到 ? 01 8d, 具有广泛市 场应用前 景。融合 时栅角 位移传 感器 为一体的时栅分度转 台, 可以实现 高精度分度 定位。时栅 分度 转台在实际应用的过 程中发现: 虽然 时栅分度转 台实现了 数字 化显示, 但是转动还 是依 靠转台 本身 的手轮 进行 转动 定位, 工 作效率不高。而且由于时栅分度转台的 定位精度 高 (分 辨率为 01 2d, 精度达到 ? 112d), 在人 工定 位过程 中很 不容易 实现 一次 性精确地定位, 经常 要反 复多次, 严 重影响 了时 栅分 度转 台的 工作性能。因此, 研制一套时栅分度转 台的自动 分度定位 控制 系统具有十分重要的 意义, 不仅可以 提高时栅分 度转台的 工作 性能, 而且可以进一步扩大其市场应用范围。 1 系统结构与控制模型
微处理器通过串行 接口 ( UART 0)与 分度 转台进 行数 据传 送, 采用 SP3232EEA 作为串行接 口电平 转换芯 片, 连 接微 处理 器的串行接 口引脚 P010和 P011。采用迈威科技的 R S- 232全 信号串口无源隔离保 护器作为隔离保护 器, 提高 系统的抗 干扰
能力。 3 电机控制
显示选用 6. 4寸 的真彩液 晶产品, 分 辨率为 640 @ 480, 显
96
Instrum ent T echn ique and Sensor
Ju l12010
图 2 驱动电路 示颜色达到 256色。微 处理 器通 过 I /O 接 口方 式与 液晶 控制 器相连, P0115~ P0122 作为 数 据 线, P01 13 作 为选 通 控 制 线, P01 11和 P01 12 分 别 作 为 写 信 号 与 读 信 号 控 制 线, P11 21 ~ P11 23作为控制寄存 器地 址线。由 于 LCD 控制 器的 工作 电压 为 + 5 V, 而微处理器的 I /O 引脚输出电平为 + 313 V, 因此用总 线驱动芯片 74LS245进行 电平 转换。显 示缓存 采用 SRAM, 将 显示缓存配置 为双层 叠加 显示 模式。将不 需要 经常 更新 的背 景内容放到底层, 而将需要实时更 新的显示内 容放到 顶层。简 化控制方式, 提高显示效率。 2. 2 电机驱动
根据设计目标要 求, 该控制系统的 主要能够 通过键盘 输入 运动方向、定位精度 和转 动角位 移等 控制指 令, 使分 度转 台按 照指令运动。分度 转台 中嵌入 的时 栅角位 移传 感器 实时 地检
基金项目: 国家自然科学基金项目 ( 50805150 ); 重庆市 科技攻关 重大项 目 ( CSTC2006AA 3010) 收稿日期: 2010 - 03- 11 收修改稿日期: 2010- 03- 31
Abstract: The high precision tim e grating rotary table was used in the m ach in ing index ing. But it is genera lly d ifficu lt to use the tim e g rating wo rktable to index accura tely by turn ing the handwheel of rota ry tab le in second scale, and it is necessary to adjust and index in the pro cess. It has g rea t in fluence on the wo rk effic iency. Fo r so lv ing the prob lem, one tim e grating N C ro tary table system was designed and deve loped w ith the high advanced em bedded pro cessor ARM. The step mo tor is the driv ing equ ipm ent, and the angu lar m easuring data from the h igh precision tim e g rating sensor embedded in the ro tary tab le w as used as the feed contro l inform ation to construct one closed- loop contro l system. T he control algor ithm of segm entation contro l and successive approx im ation w as used to index h igh precision and high speed in the c losed- loop contro l sy stem. T he applica tion con fo rm s that the index ing prec-i sion of the contro l system reaches ? 2d. K ey word s: tim e g ra ting; ARM; index tab le; em bedded; c losed- loop contro l
度定位精度达到 ? 2d。
关键词: 时栅; ARM; 分度转台; 嵌入式; 闭环控制
中图分类号: TP393
文献标识码: A
文章编号: 1002- 1841( 2010) 07- 0095- 04
D esign of Control System for H igh Precision T im e G rating NC R otary Table
测分度转台的绝 对角 位移, 并反 馈给控 制系 统, 从而构 成一 个 全闭环控制系统, 保证分度转台能够精 确定位到 指定的目 标位 置, 其控制原理与控制模型如图 1所示。
图 1 系统结构与控制模型 2 硬件电路设计
为了满足低功耗、智 能化 的设计 要求, 整 个系 统以 高性 能 32位嵌入式 ARM 处理器 LPC2138为核心 [2- 3] , 设 计了 LCD 驱 动模块、电机驱动模块、键盘驱动 模块、存 储器模块 和一个 带光 电隔离的 RS- 232串行接口模块, 如图 2所示。 2. 1 LCD
总共分为 7个速度分段, 控制模型如图 3所示。
图 3 电机速度控制模型 图 3( a) 中, f0 为电机驱动 脉冲的 起始频率 , 也 是速度 分段 一的起始频率, f1 为速度 分段 一的结 束频 率, 也是 速度 分段 二 的起始频率。微处理器的脉宽调 制器产生的 驱动脉 冲, 其 宽度 和占空比可以 分别通 过寄 存器配 置进 行任意 控制。对 于三 段
YANG J-i sen, WAN W en- lue, ZHENG Fang-yan, ZHANG T ian-heng ( Engineerin g R esearch Center ofM echan ical T esting T echnology and E qu ipmen t, M in istry of E du cation, Chongq ing Un iversity of T echnology, Chongq in g 400050, Ch ina)
由于步进电机的 转动 角位 移与控 制脉 冲数成 线性 比例 关
系, 电机的转速与脉 冲频 率也成 正比。因 此, 可以 利用 微控 制 器的脉宽调制器 ( PWM )产生变频的 驱动脉 冲进行 电机位 移和 速度的驱动控制。
3. 1 脉冲当量与 驱动脉冲数 所选步进电机的步距角为 118b, 经过 驱动器 200倍 细分之
准确分度定位。针对该问 题, 利用高性价比的 ARM 嵌入式处理器 , 设计开发了一套基于时栅分度转台的自动分度定 位控
制系统。该系统采用步进 电机作为驱动装置, 利用转台中嵌入 的高精度时 栅角位移 传感器的角 位移测 量数据作 为反馈,
构成闭环控制, 采用分段控制、逐步逼近的控制算法, 达到高速、高精度分度定位的目的。实际应用表明: 该控制系统 的分
20 10 年 第 7期
仪表技术与 传感器
Instrum ent T echn ique and Sensor
20 10 N o17
精密数分度转台的控制系统设计
杨继森, 万文略, 郑方燕, 张天恒
(重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心 , 重庆 400050)
摘要: 融合了时栅传感器测量技术的高精度时栅分度转台, 在实际应用过程中出现了因定位精度高, 人工很难一 次性
后, 每个驱动器脉冲当量 为 P D = 01009b, 分度转 台的 蜗轮 与蜗 杆传动比 Z = 180, 因此, 每个驱动脉冲当量 $P 为:
$P = PD /Z = 01 000 05b( 01 18d)
( 1)
足够满足系统 ? 2d的分度精度要求。一次分度定位所输出
的脉冲总数为
N = S /$P
存储器主要用 来保存 控制 系统的 指令 参 数, 如电 机转 速、 控制精度和分度参数等。 考虑到 微处理 器自带 I2 C 总线接 口, 选用 I2 C 总 线接 口的 EEPROM 芯片 24AA 128, 其存 储 容量 为 128 K B, 能够较好地 满足系 统的 存储要 求。微处 理器 通过 I2 C 接收与之相连。 2. 3. 3 数据接收