数控机床刀具进给速度的控制

电力电子与电机拖动综合课程设计

题目：数控机床刀具进给速度的控制电路设计

所在院系：机械电子工程各学院

专业： 08自动化（2）班

学号： 2

姓名：余春燕

完成日期： 2011-06-23

指导教师：万军

景德镇陶瓷学院

电力电子与电机拖动综合课程设计任务书

姓名余春燕班级08自动化（2）指导老师万军时间：2011年6月23号

教研室主任签字：年月日

目录

摘要

1引言

2数控机床工作全程

2.1 数控机床的工作原理

2.2 数控机床按伺服方式的分类

2.3 数控机床的工作过程

2.4 刀具进给速度的插补方案

3 总体方案的设计与论证

3.1 方案比较

3.2 方案论证与选择

4 单元电路的设计

4.1 UC3637芯片

4.1.1 UC3637电路特点如下

4.1.2 UC3637电路组成与基本功能

4.2 三角波电路的产生

4.3 外围电路的设计

4.4 PWM产生电路的设计

4.5 频率调节控制

4.6 步进电动机

4.7 驱动桥电路设计

5、原器件明细表

6、课程设计小结

7、参考文献

摘要

数控机床的刀具进给速度的控制主要是通过控制步进电动机的速度来进行控制的，其进给的精度由步进电动机的精度直接决定，因此在设计步进电机的控制电路是，应该保证其误差的范围应满足加工的精度要求，通常通过应用合适的集成芯片外加外围电路来实现对精度的要求，在数控机床中由于需要达到精度的控制，常采用步进电动机作为数控机床刀具进给控制的驱动源。本文主要介绍又UC3637芯片为核心构成PWM控制电路，进而实现二相混合式步进电动机的控制，本文采用电流反馈型细分控制的方法UC3637双PWM控制芯片设计变频电源控制电路的方法进行了介绍，其硬件结构既不复杂，又能得到良好的控制性能。

该芯片是UNITRODE公司生产的用于直流电动机控制的双PWM控制器[1]，具有其它PWM控制器不可多得的优点。

关键字

UC3637 集成芯片二相混合式步进电动机驱动器 PWM 刀具进给

1、引言

数控技术作为先进制造技术(如柔性制造技术、计算机集成制造系统)的基础，国家投入了大量的人力、财力进行攻关开发，其关键技术已取得了重大进展，实现了多坐标联动，攻克了交流全数字伺服和主轴驱动技术，“九五”期间实现了数控机床产业化攻关目标，国产数控机床的国内市场占有率达到50%，国产数控系统占国有数控机床配套需求的50%，产值数控化率已达到20%以上。

而相对于传统机床，数控机床有以下明显的优越性：

1、可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。

2、可以实现加工的柔性自动化，从而效率比传统机床提高3～7倍。

3、加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。

4、可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。

5、拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，可实现长时间无人看管加工。

由于PWM控制技术具有可以同时实现变频、变压、抑制谐波的特点，所以一直是变频领域中的核心技术，其应用相当广泛。最常用、最流行的SPWM技术在CVCF电源中始终占主导地位。其基本实现方法一类是采用模拟集成电路完成正弦调制波与三角波载波的比较，产生SPWM信号；另一类是采用数字方法。随着应用的深入和集成技术的发展，已商品化的专用集成电路（ASIC）和专用单片机（8X196/MC/MD/MH）以及DSP，可以使控制电路结构简化，集成度高。由于数字法一般价格比较高，需要专用开发装置，交叉汇编，软件设计复杂，调试工作量大，这对于一些对生产成本比较敏感的产品和中小容量的变频器也是一种浪费。

本设计选用UC3637双PWM控制芯片设计变频电源控制电路的方法进行了介绍，其硬件结构既不复杂，又能得到良好的控制性能。

为使机床工作台达到亚微米级的线性运动精度，现代控制技术的引入对处理器有了更高的要求。精细化的控制单位、以微小程序段连续进给以及大数据量、高精度的补差运算和控制，也要求处理器能对加工指令做出高速度的反映，高速计算出伺服电机的移动量，随后发出控制指令。用高性能的数字信号处理器(DSP)代替单片机，即可提高机床数控系统的运行速度，使之满足高速和高精度控制的要求。

2、数控机床工作全程

2.1、数控机床的工作原理

数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床组成机床本体的各机械部件组成。

下面方框图一是数控机床工作的总体方框图

方框图一

具体的数控机床刀具进给原理框图，如方框图二

方框图二

1、 控制介质

控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。目前常用的有穿孔带、磁带或磁盘等。

2、 输入、输出装置

是CNC 系统与外部设备进行交互的装置。交互的信息通常是零件加工程序。数控装置控制介质测量装置

伺服系统机 床

即将编制好的记录在控制介质上的零件加工程序输入CNC系统或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。

3、数控装置

CNC装置是数控机床实现自动加工的核心，主要由计算机系统、位置控制板、PLC接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件等组成。

作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC 等)，所有这些工作是由CNC装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。

4、伺服系统

它是数控系统与机床本体之间的电传动联系环节，主要由伺服电动机、驱动控制系统以及位置检测反馈装置组成。伺服电机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，带动机床移动部件作精确定位或按照规定的轨迹和进给速度运动，使机床加工出符合图样要求的零件。

5、检测反馈系统

测量反馈系统由检测元件和相应的电路组成，其作用是检测机床的实际位置、速度等信息，并将其反馈给数控装置与指令信息进行比较和校正，构成系统的闭环控制。

6、机床本体

机床本体指的是数控机床机械机构实体，包括床身、主轴、进给机构等机械部件。由于数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，它与传统的普通机床相比，应具有更好的刚性和抗振性，相对运动摩擦系数要小，传动部件之间的间隙要小，而且传动和变速系统要便于实现自动化控制。

2.2 数控机床按伺服方式的分类

1.半闭环控制数控机床

2.开环控制数控机床

3.闭环控制数控机床