活塞外圆数控车削系统

芯信芯

y(s)
* J; I. B2 c. D=
k
u(s)
+ W2 i7 P8 q" gT2s2+2Tzs+1
式中：u为加在控制端的输入电压，y为直线轴的位移，k为静刚度，T为时间常数，Z为阻尼比。对直线轴的机械结构进行精细设计，合理选择伺服部件的静刚度和运动部分的质量，可以得到满足使用要求的时间常数T和静刚度k。由于阻尼系数的动态性能有决定性影响，所以如果z过小，则其阶跃响应振荡次数多，超调量大，影响工件的轮廓度和表面粗糙度。机械部件调整阻尼比难于实现，我们通过在直线轴的运动件上安装速度传感器，由电子线路为系统提供适当的阻尼比。这样不仅容易实现，而且调整范围宽，阻尼比稳定，调整方法简单。
5 o' a4 b+ S( _! w$ ~解决光电隔离的时间延迟与高控制频率间的矛盾 由于数控系统要工作在工业生产线上，我们对所有输入输出信号都进行了光电隔离。但由于系统控制频率高，简单地采用普通光电隔离器件不能满足使用要求。我们采用了脉冲展宽(通过74LS221)、高速光耦(6N137)、时间片复用、可重入中断处理程序等一系列技术措施，保证了对控制的实时性要求。
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/ [5 F9 |! p# f图1 系统硬件结构
2 系统的硬件结构
( y" Y4 Q2 y9 Q2 g$ f' c系统的硬件结构如图1所示。采用486以上工业控制机，通过带8路中断的32路数字量输入和32路数字量输出接口板，完成对机床操作面板和机床工作状态的监测与控制：通过4路D/A板和数字量接口板完成对直线轴、主轴变频器和伺服轴的控制：通过3路定时器板完成系统的各种定时。图中主轴的转速控制可为变频调速、双速电动机、普通电动机加手柄变速等：X伺服轴可有可无，无X轴时由手柄调整：Z轴可为交流或直流伺服、步进电动机、普通交流电动机等。硬件系统的配置情况，包括脉冲当量、加减速时间、插补允差、控制方式、机床操作面板的信号分配情况和信号的有效极性等，可通过系统的配置文件进行调整，系统根据配置文件决定对各个轴的控制方式并完成控制过程。系统配置时应使各部件在失电、断开、失效时提供给控制机的输入信号为无效状态。

图2 系统硬件结构
3 系统的软件结构
系统的软件结构如图2所示。控制软件运行于保护模式，用PASCAL、汇编和C语言混合编制，多窗口交互式工作方式。在平时进行加工时，既可用键盘操作，也可用机床操作面板操作。用户界面为汉字界面，而目前的大多数汉字系统都采用了直接写屏技术，直接写屏的刷新由中断级别最高的1NT8完成。屏幕刷新时间需要数百微秒，这对控制的实时性要求为数十微秒的系统是不能允许的。因此，在实际加工过程中，应对1NT8进行屏蔽或替换，取消汉字系统的动态刷新，才能保证系统的正常运行。
图2中，通用数控模块当具有X轴时使用X、Z轴插补，当不具备X轴时使用Z轴运行监测：直线轴控制是建立在通用数控和主轴转角监测之上的：加工控制中具备机床操作面板和系统工作状况监测：开机后30s如不进行键盘操作则直接进入加工控制：初始化后左边的一系列模块间的关系为平行并列关系，可并行或串行运行：右边一系列模块和加工控制模块间的关系为互斥关系，不能同时运行，它们之间通过键盘进行转换：在不加工环槽或储油槽时，数控程序输入模块被加工参数填表输入模块所替代，以降低对用户技术水平的要求：DOS外壳便于用户运行一些实用的DOS命令：系统诊断为系统的维修和调试而设。
文章关键词： 数控车削