1 概述
图1 微机开环控制系统框图
2 系统设计
- 单片机工作原理
- 步进电机具有输出力矩较大、驱动简单、控制精度高、容易与数字电路接口等优点，在改造过程中，我们采用功能价格比合理的单片微处理机系统µPS，构成直接输出步进电机所需驱动信号。X向、Y向、Z向步进电机通过单片µPS程序分别从扩展的I/O接口电路中获得驱动脉冲信号(fx、fy、fz)、正反转选择信号(Sx、Sy、Sz)、置零信号(Se)以及联动信号(Sxy、Sxz、Syz)，用于驱动机械传动(滚珠丝杠)转变为直线位移，进行位置和速度控制。因为步进电机运转的步数是由驱动脉冲的个数决定的。所以根据这一工作原理只要不断改变绕组的通电状态，步进电机就会按规定方向运转。当确定单片机晶振时，脉冲信号的最高频率也就确定了。设计单片机程序将步进电机绕组的各种不同通电方式按照二进制编码列表编程(见下表)，执行不同次数的查表语句，输出脉冲的频率亦随之变化。图2是X方向脉冲分配子程序框图。
- 步进电机具有输出力矩较大、驱动简单、控制精度高、容易与数字电路接口等优点，在改造过程中，我们采用功能价格比合理的单片微处理机系统µPS，构成直接输出步进电机所需驱动信号。X向、Y向、Z向步进电机通过单片µPS程序分别从扩展的I/O接口电路中获得驱动脉冲信号(fx、fy、fz)、正反转选择信号(Sx、Sy、Sz)、置零信号(Se)以及联动信号(Sxy、Sxz、Syz)，用于驱动机械传动(滚珠丝杠)转变为直线位移，进行位置和速度控制。因为步进电机运转的步数是由驱动脉冲的个数决定的。所以根据这一工作原理只要不断改变绕组的通电状态，步进电机就会按规定方向运转。当确定单片机晶振时，脉冲信号的最高频率也就确定了。设计单片机程序将步进电机绕组的各种不同通电方式按照二进制编码列表编程(见下表)，执行不同次数的查表语句，输出脉冲的频率亦随之变化。图2是X方向脉冲分配子程序框图。
图2 X向脉冲分配子程序框图
图3 两维鞋底外廓曲线图
- 在处理意外事故如突然停电、断刀等，要注意暂停位置不是事故发生的位置，确定事故发生在哪一条指令内是很重要的。记录对刀点，换刀后重新对点，指定指令序号重新传输数据，设计软件可以自动跳过指定条件以前的指令，不必保存刀具位置的当前信息，快速释放部分存储空间，此方法对处理意外事故行之有效。
- 主要技术指标
- 旧设备技术改造后，主要技术指标为：
- 步进电机脉冲当量为0.01。
- X、Y、Z轴最大行程为5000mm×3500mm×600mm。
- 加工圆弧时允许的最大半径为2800mm。
- 刀点切向运动速度V新≈(7/9)V旧。该速度分为30级，0级为最低是9.20mm/min，29级为最高级是200.00mm/min，级差约为6.00mm/min(其中圆弧加工允许最高速度为20级，直线加工允许最高速度为29级。快速定位只能沿坐标轴方向运动，其运动速度不受级别限制，直接可达到320.00mm/min)。
- 单片µPS中memory一次最多能容纳用户程序约9000个ASC Ⅱ码。
- 实际加工曲线和理论曲线在法向上的最大误差小于0.4个脉冲当量。
- 加工斜线可以三坐标轴联动、两坐标轴联动，加工圆弧是X、Y方向两坐标轴联动。
3 抗干扰设计
- 采用高抗干扰性电源。二次变配电进入机加工车间时，已经过一些有效地抑制电网中尖端干扰的电路。选用低功能、工作电压范围宽、高抗扰性能的开关电源为计算机的电源，就能保证供电电源的质量。
- 采用“全浮空”技术。在µPS的I/O接口与功放电路之间采用光电隔离技术，使其地线独立，以抑制干扰信号的产生和传导。
- 采用“独立通道”技术。“浮空”技术虽可有效地抑制共模干扰，但对消除工业现场周围的电磁干扰能力不够，在硬件上采用屏蔽、滤波、消抖等方法和软件上采用分级管理控制的方式，可以有效地抑制这种干扰。
- 采用“模块化”设计方法。编制软件以模块化设计方法为主，辅以中断、冗余、数据滤波、防程序跑飞、数据打包等防干扰手段，从而进一步提高了改造系统的可靠性。
