数字电路在数控钻床自动定位控制中的应用

戴维

摘 要：数控钻床是实现工件上各种类型孔的自动定位和钻削的高精度机床，广泛应用于工业和电子行业的零件加工，本文探讨如何精确、准确地定位控制零件的位置问题。

关键词：数控钻床 自动定位 控制

一、数控钻床机械传动系统定位控制

图1是数控钻床机械传动部分的示意图。

图1

在数控钻床机械传动系统中，因为钻头只能作垂直方向的升、降运动，所以加工点的定位是靠工作台沿x、y两个坐标方向的移动来实现的，而工作台在x、y方向的运动是由两个步进电动机 Mx 和My 分别驱动的。

步进电动机的工作原理和一般的交流电动机或直流电动机不同。例如，在一个五相步进电动机中，有五个在空间位置上相互错开的绕组，如果按一定的顺序向五个绕组轮流输入电流脉冲，则每输入一个脉冲步进电动机就转一个角度（例如转1.5°）。因此，只要控制加给Mx 和My 的脉冲数，就可以控制工作台在x、y方向的移动距离。我们把每输入一个脉冲后工作台移动的直线距离叫做脉冲位移当量（简称脉冲当量），用δ表示。

假定现在刀具中心线的位置在A点，而下一个孔的加工位置在B点，这时，工作台必须沿x方向移动△x，沿y方向移动△y。因此，系统应该给步进电动机Mx 送△x/δ个脉冲，给步进电动机 My送△y/δ个脉冲。同时，还可以通过控制脉冲的频率实现对运动速度的控制。

二、数字脉冲定位控制系统

在图2中给出了这个定位控制系统的方框图，图中MF为脉冲发生器，由它产生脉冲信号。x寄存器和y寄存器是两个二进制数码寄存器，用来存放x、y方向应该走的步数。x计数器和y计数器是两个减法计数器，由它们来控制x、y向的移动距离。x译码器和y译码器都只有一个全零译码器输出端或，当x或y计数器中的数是0时，或输出低电平，否则输出为高电平。x分配器和y分配器是两个顺序脉冲发生器，它们把单端输入的一系列脉冲按固定次序轮流分配给各个输出端。功率放大器负责把分配器输出的脉冲信号放大，以获得驱动步进电动机绕组所必需的脉冲电流。

图2

三、数字脉冲定位控制系统的工作过程

现在，我们以x方向的运动为例，说明它的工作过程。

在启动信号到来之前，我们先将x计数器和y计数器置为零状态。同时，把x、y方向应当移动的距离△x、△y换算成脉冲数△x/δ、△y/δ，并分别存放于x寄存器和y寄存器中。因为x、y计数器为零状态，所以译码器的输出、皆为低电平，将门3、4、5、6封锁。因此，计数器和分配器都没有脉冲输入，Mx、My不动。

在启动信号到达时，我们利用它作为置数脉冲，通过门1（因为x寄存器不止一位，所以实际的电路中门1为一组门）把x寄存器中的数送到x计数器中。由于x计数器中的数已不再是零，因而变为了高电平，并将门3、5打开，于是 MF的输出脉冲一边通过门5送给分配器，使 Mx开始转动，一边通过门3送给x计数器作减法计数。当x计数器里的数减到零时，说明已向分配器送够了△x/δ个脉冲，这时随即变为低电平，将门3、5封锁，Mx停止转动。工作台所移动的距离应该就是△x。

y方向的工作过程和x方向的工作过程完全相同，而且x、y方向是同时开始移动的，在x、y的移动全部到达预定位置后，控制系统就可以钻孔了。

为了使机床能连续工作，我们可以在钻孔的同时，把到下一个孔的定位距离换算成脉冲数存在x、y寄存器中，并且在完成打孔操作以后，自动发出启动信号，使工作台开始移动。为此，在实际的系统中，系统还要有一套控制电路来实现连续操作的自动控制，这里不作详细介绍。

（作者单位：江苏省常州技师学院）