1、数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术4-1概述一、CNC主要功能及组成主要功能：位置控制：刀具与工件的相对位置及轨迹控制（即程序编制中的G代码功能）。功能控制：主要是开关量控制信号处理（即程序编制中的M代码功能）。信号处理：系统运行状态信号的分析处理（信号检测和处理）系统组成：输入输出设备、CNC装置、伺服驱动及位置检 测装置、辅助机能驱动电路、数控系统软件。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术二、CNC系统的主要特点1.系统柔性好、通用性强 不同于NC(硬
2、线数控)，CNC软件结构变更性强，功能易于拓展。2.易于实现多功能 CNC丰富的指令系统可进行高次曲线插补、刀补、多坐标联动控制和在线编程等。3.系统可靠性高 大部分功能由软件实行，减少了硬件出错率。4.维修方便 采用模块化结构并配有自诊断软件。5.通信功能强 通常配有RS232C或DNC接口，便于实现DNC、FMS、CIMS等系统的联机通讯；6.图形编程功能 具有人机交互图形自动编程功能。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术一、检测元件的作用与分类 作用：作用：检测工作台或丝杠的直线位移（角位移）和线速度（角速度）并形成反馈控制 主要技术指标：主要技术指标：
3、可靠性、抗干扰性、分辨率、响应速度等 分辨率：分辨率：位移检测系统能够测量的最小位移量 分辨率选择：测量系统的分辨率应比加工精度高一个数量级 检测系统的选择：检测系统的选择：大型机床：大型机床：速度响应要高 中小型和高精度机床：中小型和高精度机床：以满足精度要求为主分类第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术二、旋转变压器1.旋转变压器的结构和工作原理 结构：由定子和转子组成的旋转式小型交流电机，如图第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 工作原理：根据互感原理工
4、作，平行时互感最大，副边感应电动势最大；垂直时互感为零，副边感应电动势最小，如图。副边绕组产生的感应电压为21sinsinsinmUKUKVt当转子绕组磁轴与定子绕组磁轴平行时，即90时，互感电压最大：2sinmUKVt第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.旋转变压器的工作方式 鉴相方式 鉴幅方式定子和转子空间结构hfghfdhfdfhdfhdfhdfhsinsmUVtcosmUcVt2sincosscUKUKUsinsincoscosmmcKVtKV Ut2cos()mUKVt1）鉴相方式）鉴相方式正弦绕组和余弦绕组分别加上幅值相同、频率相同、相位相差90
5、o的正弦交流电压：第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2）鉴幅方式正弦绕组和余弦绕组分别加上频率相同、相位相等、幅值分别按正弦、余弦规律变化的交变电压：sinsinsmUVt2sincos smcmUKUKU sinsin sincoscoscos mmmmKVtKVt2 cos()sin mmUKVtm：机械相位角2 4KHz激磁电压频率为cos sincmUVt第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术三、感应同步器1.感应同步器结构 相当于展开的多级旋转变压器 图4-6第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控
6、技术数控技术2.感应同步器工作原理相当于旋转变压器的原理如图sinsmUVtcosmUcVt12cossinsincossin()mmmVVVKVtKVtKVt22xx1）鉴相方式）鉴相方式正弦绕组和余弦绕组分别加上幅值相同、频率相同、相位相差90o的交流电压：分别在定尺绕组上产生感应电压：12cos sinsincosmmVKVtVKVt 第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术鉴相系统结构框图第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2）鉴幅方式正弦绕组和余弦绕组分别加上频率相同、相位相等、幅值分别按正弦、余弦规律变化的交变电压：s
7、insinsmUVtsin()sin mmVKVtm：机械相位角 m设sinsin mVKVt则 当很小时sin mVKVt则（）2=2xxtVUmCsincos第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术鉴幅系统结构框图第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术3.感应同步器的特点安装：定尺与滑尺之间的间隙应控制在0.250.05mm范围内，间隙变化控制范围0.01mm特点：精度高：测量范围大 环境适应性强 维护简单、寿命长第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术四、光栅测量装置1.光栅的工作原理组成：长光栅
8、（标尺光栅）、短光栅（指示光栅）、狭缝、光学镜和光电管 图4-10第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术WtanWW光栅：刻有刻线的光学玻璃栅距：光栅上相邻两刻线间的距离工作原理：摩尔条文的工作原理 图4-10 平均效应：特点：放大效应：第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.光栅测量装置分光读数头垂直入射读数头反射多数头3.光栅检测装置电路 四倍频细分 方向辨别第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术功能：角位移测量特点：非接触
9、式检测、驱动力小、检测速度快分类：增量式编码器和绝对式编码器两种1.增量式编码器组成：光源、光电盘、光电接收元件工作原理：信号处理：信号接收、放大、整形及反馈 方向辨别：DA、DB空间相差90o 基准脉冲：由DC产生缺点：停电或停机后，无法找到原始位置 五、脉冲编码器第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 增量式编码器第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.绝对式编码器分类：机械式、光电式、磁电式组成及原理：编码盘、信号产生元件、信号接收元件 20212223数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统
10、代码盘用格雷码编码数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统编码器在扩展轴上编码器在实体轴上绝对编码器分解器临近传感器通用编码器安装在扩展轴上第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术六、速度传感器六、速度传感器（自学）（自学）1.测速发电机 特点特点：v输出电压与转速严格的成线性关系v输出电势与转速比的斜率大2.脉冲编码器的使用v编码器+定时器七、位置传感器（自学）七、位置传感器（自学）特点：特点：v不同于位移传感器，该传感器仅用于定位测量1.接触式位置传感器2.接近式位置传感器第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控
11、技术数控技术 伺服系统的组成伺服系统的组成 驱动电路：信号的转换（D/A）和放大 伺服电机：信号和能量的转化输出（电机）传动机构：信号和能量传递 作用作用:接收数控系统的指令，驱动执行机构完成预定的进给和快速运动 特点：特点：能够实现位置和运动的准确控制 分类：分类：开环伺服系统和闭环伺服系统一、概述第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术1.开环伺服系统组成：步进电机、驱动电路、传动机构工作原理：第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术特点 1）无位移检测装置，控制精度低 2）结构简单、易于调整、成本低。主要技术指标 1）定位精度可
12、达0.02mm 2）脉冲当量可达0.01mm 3）最高进给速度低于6m/min应用:经济型数控机床及机床数控化改造第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 关于步进电机 步距角步距角：步进电机每接受一个指令脉冲，转子相应的转角 脉冲当量脉冲当量：步进电机每接受一个指令脉冲，工作台相应的位移 转速、转角和转向的决定因素转速、转角和转向的决定因素：脉冲频率、脉冲数和通电相序。主要类型主要类型：反应式步进电机、混合式步进电机第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.闭环伺服系统组成：伺服单元、伺服电机、位移检测装置、传动机构等工作原理：图
13、4-31第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术特点：1）设有位移检测装置，控制精度高2）调试维护困难、成本较高主要技术指标 1）定位精度可达 0.002mm 2）检测分辨率可达 0.001mm 3）最高进给速度可达 14m/min应用：加工中心及中、高档数控机床第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 关于闭环和半闭环系统 闭环：采用线位移检测元件对工作台位移直接进行测量反馈。特点：控制精度高、安装调试困难 半闭环：采用角位移检测元件对电机轴或滚珠丝杠的角位移进行测量反馈。特点：控制精度相对较低、安装调试方便第四章 驱动与控制系统数
14、控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 伺服驱动系统的选用1）精度要求：定位精度、重复定位精度、加工精度2）响应速度：跟踪指令信号的速度3）调速范围：最高转速与最低转速之比Rn=nmax/nmin4）低速转距特性:低速时转距输出能力 关于定位精度和重复定位精度 定位精度：移动件到达指令位置的准确度 重复定位精度：移动件在任意定位点的定位一致性第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术二、步进电机驱动系统（开环控制系统）一）步进电机的工作原理、结构及特1.工作原理工作原理第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 通电方式 三相双三
15、拍：(正转)ABBCCAAB (反转)ACCBBAAC 三相六拍：(正转)A AB B BC C CA A (反转)A AC C CB B BA A三相单三拍：(正转)ABCA (反转)ACBA第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 m相步进电机通电方式 m相单m拍：例 ABC D EA m相双m拍：例 ABBCCD DEEA AB 或 ABCBCDCDE DEAEAB ABC m相2m拍：例 A AB B BC C CD D DEE EA A 或 AB ABC BC BCD CD CDE DE DEA EA EAB AB 三种通电方式的特点：单m拍：每次一相通
16、电,切换瞬间失去自锁力矩易失步,在平衡位置易振荡 双m拍：每次同时有二相通电,切换瞬间仍有一相保持通电,运行稳定 2m拍：步距角小一半，切换瞬间仍有一相保持通电，运行稳定第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.步进电机的结构（横向视图）第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 2.步进电机的结构（纵向视图）第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术3.步进电机的主要特性1）步距角和静态步距误差 步距角：m:线圈相数 z:转子齿数 q:2m拍 q=2，其它 q=1 步距误差：实际步距角与理论步距角之差 一
17、般为102）输出扭矩：必须大于负载转距3）最高启动、停止脉冲频率：步进电机所能接受的最高启、停脉冲频率，此值必须大于负载实际启、停所需的脉冲频率。mzq360第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术4）连续运行的最高工作频率：步进电机连续运行所能接受的最高工作频率，此值必须大 于步进电机实际运行的最高工作频率。5）步进运行和低频振荡 步进运行：当脉冲间隔大于步进电机的过渡过程时，电机呈步进运行状态 低频振荡：当脉冲频率接近步进电机的固有频率时，将产生振荡（必要时可设可调阻尼器）第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术二）开环控制系统步
18、进电机的计算和选用1.传动计算tZZi36021传动比直线进给第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术式中：为步进电机的步距角 为系统的脉冲当量 i 为传动系统的传动比圆周进给wkZZZZi21传动比第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.步进电机的选用 输出转距：通常取 ML/Mjmax=0.2 0.5 步距角：步距角与系统应匹配，即应满足脉冲频率：应与系统要求的启动、连续运行频率匹配 转动惯量：应满足以下匹配条件 式中：JM 步进电机的转动惯量 JL 负载转动惯量 脉冲频率：所选步进电机脉冲频率要满足负载要求，即：所选步进电机
19、连续运行的最高脉冲频率要高于负载连续运行要求的脉冲频率，所选步进电机启动运行的最高脉冲频率要高于负载启动运行要求的脉冲频率 114MLJJ第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术三）步进电机的驱动1.环形分配器 作用：对步进电机线圈的通电相序进行分配 种类：硬件环形分配器和软件环形分配器两种 软件环分器：通电相序状态预先存入计算机并采用软件查 表方式进行控制 特点：节省了环分器硬件，但软件运行效率低，用于速度要求不高处第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 硬件环分器：通电相序状态由硬件逻辑功能完成 特点：需要专用硬件资源，运行效率
20、高。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.功率放大器（驱动电源）作用作用：将数控系统输出的弱电控制信号转换成能够驱动步进电机的强电信号。种类：种类：单电压驱动电路 高低压驱动电路 恒流斩波驱动电路第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术LCLRR 提速（限流）电阻Rc：改变时间常数，提高响应速度续流二极管D：用于功率晶体管的过电压保护特点：结构简单、效率低、能耗高，发热大、工作稳定性差。应用：小功率步进电机驱动单电压驱动电路第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术特点特点：结构复杂、响应速度快、高频
21、驱动能力强、功耗低。应用应用：大（中）型功率步进电机的驱动高低压驱动电路第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术特点：特点：结构复杂、响应速度快、驱动能力强、功耗低、噪声大。应用：应用：大（中）型功率步进电机的驱动恒流斩波驱动电路第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术四）提高步进电机伺服系统精度的措施存在的问题：无位移检测元件，定位精度主要取决于传动精度改善措施1.间隙补偿：在换向时通过附加脉冲进行补偿2.螺距误差补偿：采用机械样板或附加脉冲进行补偿3.反馈补偿：通过检测器进行系统误差检测，周期性周期性地发出补偿脉冲。第四章 驱动与
22、控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术三、直流伺服电机驱动系统一）直流伺服电机1.小惯量直流伺服电机结构特点：1）转子为光滑无槽的铁芯，线圈由粘合剂粘结。2）长径比大、惯量小。性能特点：1）转动惯量小，约为普通直流电机的1/10，快速响应性好。2）电枢反应小，换向性好，电机时间常数小（只有几毫秒）。3）由于转子无槽，结构均衡性好，低速平稳性好。4）最大扭矩为额定值的10倍，过载能力强。缺点：由于惯量小，必须配齿轮减速葙，才能拖动负载。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.宽调速（大惯量）直流伺服电机结构特点：转子惯量大，响应特性由大功率驱动
23、系统保证性能特点1)输出转矩大 不需齿轮减速箱即可直接驱动负载。2)过载能力强 转子热容量大，过载能力强（过载转矩可达510倍）3)动态响应好 电流过载能力强、瞬时加速转矩大，动态响应好。4)调速范围宽且运转平稳 低速时输出转矩大，调速调速范围宽，运转平稳。1)易于调试 由于惯量大，受负载影响小，可不加负载调试。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术二）直流伺服电机的调速 直流电机的转速 （电机电势常数）调压恒转矩调速：调节Ua，保持和Ra不变 （Cm为转矩常数）调磁恒功率调速：调节，保持Ua和Ra不变 （nT）调速方法的选择：进给系统一般选用调压恒转矩调速 a
24、aaeeUI RnCCmaTCI9550PTn第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术1.直流伺服电机的可控硅调速三相半波反并联可控硅调速第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.直流伺服电机脉宽调速（PWM）系统脉宽调制器：产生幅值恒定、宽度可变的矩形脉冲信号 图4-47晶体管脉宽信号放大器：信号放大和正反转控制 图4-48第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 PWM(Pulse Width Modulation)控制就是 脉宽调制技术脉宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所
25、需要的波形（含形状和幅值)第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术1）重要理论基础面积等效原理面积等效原理冲量冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同效果基本相同。冲量冲量窄脉冲的面积效果基本相同效果基本相同环节的输出响应波形基本相同形状不同而冲量相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f(t)(t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf(t)f(t)f(t)第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Out第四章 驱
26、动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术Ou t若要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。OutSPWM波Out如何用一系列等幅不等宽的脉冲等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Out第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术OtUd-Ud对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：OtUd-Ud根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术
27、数控技术数控技术数控技术数控技术 PWM调速系统的特点1）开关频率高2）波纹系数小3）频率较宽4）可在高峰值电流下工作第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术三）直流伺服电机闭环进给系统 半闭环进给系统 闭环进给系统半闭环进给系统第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术半闭环进给系统第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术四、交流伺服电机驱动系统 特点：结构简单、无电刷、可靠性高、维护方便。种类：永磁式同步交流伺服电机和感应式异步交流伺服电机 永磁式同步交流伺服电机特点 与直流伺服电机相比，同等功率下，电
28、机外形尺寸减小1/2，重量减轻60%，转子惯量减至1/5（减小4/5）感应式交流伺服电机特点 结构简单、价格便宜、过载能力强，与永磁式交流伺服电机相比，效率低、体积大、转子热损耗大，转子发热直接影响系统性能。应用：目前数控机床进给系统多采用永磁式交流伺服电机。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术一、数控装置的组成第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术二、CNC装置的工作内容1）输入2）译码3）刀具补偿4）进给速度处理5）插补6）位置控制7）I/O处理8）显示9）诊断第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数
29、控技术三、CNC硬件设计一）CNC系统对微机的要求及选择CNC系统对微机的要求1.较完善的中断系统2.足够的内存3.一定数量的I/O通道4.高可靠性CNC系统的选择标准总线工业控制机：模块化结构、可靠性高、用户可自由配置，应用广泛。单片机专用系统：可靠性高，价格便宜，用于经济性数控机床中。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术二）MCS-51单片机控制系统MCS-51引脚第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 功能功能 I/O口：P0、P1、P2、P3共4个8位口 控制总线（CB）：、ALE、RESET、P3第2功能 地址总线（A
30、B）：P2(高8位)+P0(低8位)=16位 数据总线（DB）：由P0提供8位数据总线 电源及时钟：VCC、VSS、XTAL1、XTAL2 双重功能口：P0口即作8位数据线，又作低8位地址线 P3口即可作输入输出口，又可作控制总线PSENEA第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.MCS-51系统中的地址译码规则1）程序存储器和数据存储器独立编制2）外围扩展芯片与数据存储器统一编址3）片外程序存储器和数据存储器寻址范围216=64K字节3.地址译码方法1)线选法概念：直接用地址线进行外围芯片片选。图4-54 地址译码 表4-3优点：电路结构简单缺点：地址空间利
31、用不够充分，芯片之间地址不够连续。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术线选法地址译码第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2）全地址译码概念：采用译码器译码，保证空间的充分利用和地址的连续性全地址译码优点：地址连续，寻址空间大缺点：硬件电路要增加译码器说明：数控系统一般采用全地址译码第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术三）数据存储器与程序存储器的扩展 关于RAM和ROM访问：由于两者独立编址，地址空间完全重复，必须建立访问机制。对RAM的访问：使用 、控制线和MOVX指令操作 对ROM的访问：使
32、用 控制线和MOVC指令操作 操作时序图 图4-56 存储器扩展电路 图4-57RDWRPSEN第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术操作时序第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术存储器扩展电路第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术四）显示器与键盘接口电路设计1.LED显示器的结构与原理分类：按通电方式分：共阴极和共阳极 按显示方式分：静态显示和动态显示结构：七段组合共阴极和共阳极显示器结构如下图第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术LED显示器结构第四章 驱动与控制
33、系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术动态显示电路第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.键盘的工作原理种类：独立式按键和行列式按键 独立式按键：如图 第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术行列式按键：如图 第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术3.显示器键盘组合电路由于LED显示器和键盘都采用循环扫描工作方式，将二者进行组合可节省I/O端口，在控制系统中应用广泛。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术五）I/O接口电路设计 数控CNC中常用I/O接口
34、芯片：可编程并行接口：Intel8255、Intel8155可编程串行接口：Intel8251键盘显示器专用接口芯片：8279可编程定时器：8253锁存器：74LS373、74LS273A/D、/DA转换器：0809、0832 在图4-57基础上增加I/O接口芯片的系统扩展电路如图4-63第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术系统扩展电路第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术v以上是I/O接口芯片应用的一般情况，以下重点讨论机床信号与微机接口信号（强电与弱电）的匹配与抗干扰问题。1.接点输入电路 接点：按钮、继电器、接近开关等 接
35、点输入电路：用于将按钮、继电器、接近开关等的接点输入信号转换为CPU所需的TTL电平信号 无源接点：设备侧无信号源 图4-65（a）有源接点：设备侧有信号源 图4-65（b）接点滤波器实例：图4-65（c）第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 无源接点 有源接点第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 接点滤波器实例第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术接点抖动的消除：滤波与整形 按键类接点 第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术 小信号接点第四章 驱动与控制系统数控
36、技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术强电（接触器）接点第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.接点输出电路 接点输出电路：用于将CPU输出的TTL电平转换为控制继电器、指示灯所需的节点输出 一般情况：功率晶体管驱动 图4-69（a）高开关频率：光耦和双向可控硅组成的固态继电器 图4-69（b）零交叉电路：零伏触发。即当交流电压变到零伏附近时，电路接通，然后由触发电路给出可控硅器件的触发信号。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术六）数控系统CNC实例第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术
37、单片机系统：8031（A）：键盘、显示、手动按钮等控制管理。8031（B）：插补、电机控制、辅助机能等的程序运行控制管理。键盘显示接口：并行接口8155，键盘显示专用接口8279 按钮控制：并行接口8255 辅助机能与电机控制：锁存器273、光耦TLP521-4、驱动器MC1413 输入控制：光耦TLP521-4、缓冲器245第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术273、TLP521-4、MC1413、245等芯片引脚 图4-71第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控系统软件组成 如图第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控
38、技术数控技术数控技术数控技术 管理软件（监控软件）：用于系统状态的监测并提供基本操作管理。控制软件：用于加工程序的执行，控制机床运行。一、管理模块程序设计 管理程序包括：系统初始化、键盘分析与显示、程序读入、指令分析、系统诊断等。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术1.系统的初始化 作用：对CPU及其有关接口设置初始工作状态。初始化程序一般过程 图4-73第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术2.键盘处理及显示程序程序设计：根据硬件结构确定 第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术3.用户程序的输入
39、处理程序 任务：接受数控G代码程序，并转换为便于机器处理的程序。将源程序区的ASCII码转换为工作区2进制码的情况入表4-7第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术用户程序输入处理流程如图第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术4.零件程序的编辑和修改 编辑修改：数据输入后，为保证其正确性，必须进行编辑修改。修改方式：由检索命令键启动，用户输入需要检索的程序号，检索到该程序后、用户可进行检查和修改。第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术二、控制软件控制软件包括：插补、刀具处理、升降速处理、位置控制等。1
40、.插补软件：用于控制数控机床伺服系统的脉冲分配计算，本部分就逐点比较法直线插补和圆弧插补进行介绍。1)直线插补 采用8031单片机、8255并行接口控制、步进电机驱动的第一象线程序框图如图4-78第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术本章结束！请各位同学请各位同学认真复习本章内容！认真复习本章内容！第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控
41、技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术信号处理装置abz码盘基片透镜光源光敏元件透光狭缝光欄板节距Z Z B B A Am+/4第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术AABCCB1234AABCCB1234AABCCB1234第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术AABCCB12341234AABCCBAABCCB1234第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术AABCCB12341234AABCCBAABCCB1234AABCCB1234AABCCB1234AABCCB1234第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术第四章 驱动与控制系统数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术数控技术
