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数控加工高精度控制技术研究

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摘要:针对激光数控加工中控制精度低的问题。提出一种控制性能与定长运动性能的激光数控加工方法,对步进电机的转轴速度和转动角度进行精确控制。在步进电机转轴速度的控制中,所提方法使用L293D驱动芯片设计步进控制电路,并向控制电路中写入步进电机的加减速控制模型,实现对激光数控加工主轴转动的控制,控制步进电机的转轴速度。在步进电机转动角度的控制中,单片控制器使用细分驱动控制技术,将步进电机转动角度细化成若干区域进行控制,其控制结果与细分驱动控制指令具有正、余弦关系。经实验验证可知,所提方法的控制性能与定长运动性能均较为优异,能够达到预期效果,满足使用需求。

关键词:激光;数控加工;步进电机;细分驱动控制;研究

0引言

激光数控加工是一种使用高功率激光对生产加工工作进行数字化控制的技术,因为激光具有较强的方向特性,因此这种技术具有很高的使用价值[1-2]。近年来,随着电子科技的不断发展,以及人们对产品加工与制造需求的逐年增长,激光数控加工已在工、农业等领域被广泛使用,发展态势良好[3-4]。步进电机则是激光数控加工中必不可少的核心控制设备,对步进电机控制方法的正确选取,关系着激光数控加工工作的整体水平,人们需要一种控制性能与定长运动性能较为优异的步进控制方法为激光数控加工工作服务[5-6]。有关部门曾提出过一些激光数控加工中的步进控制方法,但由于步进电机中接线程序以及计算步骤较为复杂,这些方法的控制性能与定长运动性能往往无法达到工、农业等领域的使用需求,如文献[7]提出的一种基于总线规范的激光数控加工中的步进控制方法,其通过总线规范对步进电机中各元件的参数以及运行流程进行限制,并在限制范围内给予各元件较高的应用灵活性,达到降低步进电机中计算步骤复杂程度的目的。这种方法的控制性能较为优异,但步进电机中接线程序仍较为复杂,因此定长运动性能不强;文献[8]提出基于集成电路的激光数控加工中的步进控制方法,其通过调节激光数控加工工作的输入与输出脉冲对步进电机进行控制,具有优异的控制性能,但定长运动性能不强;文献[9]提出基于微控制器的激光数控加工中的步进控制方法,其应用较为灵活,能够针对不同的生产加工工作随时更换微控制器型号,控制性能与定长运动性能均较为优异。但这种方法的控制流程无法变更,导致后期维护工作难以进行,用户口碑不高;文献[10]提出一种基于功能电路插入的激光数控加工中的步进控制方法,这种方法将多种外设功能电路以随用随取的方式插入到步进电机中,有效减少了步进电机中接线程序以及计算步骤的复杂程度,因此定长运动性能较为优异,但控制性能较为欠缺。基于上述情况,提出一种新型激光数控加工中的步进控制方法。经实验验证可知,所提方法的控制性能与定长运动性能均较为优异,能够达到预期效果,满足工、农业等领域的使用需求。

1激光数控加工中的步进控制技术研究

1.1控制电路设计

在激光数控加工中,步进电机是一个以特殊角度进行按步转动,进而获取目标运动增量的设备,其运动增量的大小与自身转动工作的参数设置息息相关。因此,若想使所提激光数控加工中的步进控制方法具有优异的控制性能与定长运动性能,需要对步进电机的转轴速度和转动角度进行精确控制,达到合理缩减步进电机中接线程序和计算步骤的目的[11]。严格来讲,对激光数控加工中步进电机转轴速度控制的实质便是对激光数控加工主轴转动的控制,这是由于主轴是与步进电机转轴直接的相连,并影响着转轴运动规律。所提激光数控加工中的步进控制方法使用L293D驱动芯片对步进控制电路进行设计。L293D驱动芯片具有高电压、高电流集成性能,可连接多种类型的逻辑电平与负载。其采用独立供电方式,对步控电机电压范围没有限制[12]。同时,L293D驱动芯片的内部拥有一个使能输入接口,可有效简化步进控制电路的接线程序。

1.2步进电机的加减速控制

模型所提激光数控加工中的步进控制方法使用计数法构建步进电机的加减速控制模型。计数法的原理是使用相同的自变量对激光数控加工主轴转动频率实施离散化变形,用f(t)表示激光数控加工主轴转动频率,f(s)表示步进电机转轴频率,θ和s分别表示步进电机的转动角度以及步数。

1.3步进电机的细分驱动控制

以上两节给出的是对步进电机转轴速度的控制方法,所提激光数控加工中的步进控制方法对步进电机转动角度的控制,需要使用细分驱动控制方法。

2实验及数据分析

2.1实验环境

通过实验对本文所提的激光数控加工中的步进控制方法进行分析,验证内容包括方法的控制性能以及其定长运动性能。

2.2控制性能分析

实验对三种方法控制性能的分析包括控制速度和控制误差。

2.3定长运动性能分析

激光数控加工中的步进电机控制方法的定长运动性能是指步进电机在固定时间段内能够进行持续运动的能力。定长运动性能是评估控制方法有效与否的重要指标,也是保证激光数控加工中步进电机能够正常接受控制指令的基础。

3结论

在激光数控加工中,步进电机是一个以特殊角度进行按步转动,进而获取目标运动增量的设备,其运动增量的大小与自身转动工作的参数设置息息相关。因此,本文提出一种新型的激光数控加工中的步进控制方法,使用L293D驱动芯片、加减速控制模型、单片控制器以及细分驱动控制技术对步进电机进行控制。通过进行实验分析,证明本文方法具有较为优异的控制性能和定长运动性能,能够合理满足工、农业等领域的使用需求。

参考文献

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作者:赵晓寒 单位:绥化学院

数控加工高精度控制技术研究责任编辑:张雨    阅读:人次