摘 要：
從一個數控系統(tǒng)的研制過程，闡述了步進電機細分驅動電路和光柵尺細分檢測方法的改進。
關鍵詞：數控系統(tǒng)；步進電機；光柵尺；細分
Abstract ：Through a process of numerical control system，describes the improvement of driver for step motor and the measure way with grating ruler．
Key words: numerical control system ；step motor；grating—ruler；meticulous control．
引 言
數字控制技術是現(xiàn)代機械制造和加工的先進技術，也是我國機械工業(yè)現(xiàn)代化的一個努力方向。我們曾與廣東省糖業(yè)機械廠協(xié)作，成功地把一臺普通車床改造為數控車床，我們負責數控系統(tǒng)的研制，對方負責機械改裝。提高了產品的合格率及生產效率。
系統(tǒng)組成
系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示，這是一個閉環(huán)自
動控制系統(tǒng)。單片微機8031作為主控CPU．32K+8K EPROM 分別存放系統(tǒng)監(jiān)控程序和用戶加工程序．8K RAM 存放臨時數據，專用芯片8279擴展一組8X8鍵盤和l6位數碼管．8255及鎖存器74LS573用于擴展單片機的各種并行I/O口，光櫥尺用于檢測刀架的位置，光電編碼器檢測工件的位置。刀架的移動由x軸（橫向）和z軸（縱向）2臺步進電機聯(lián)合完成．z軸電機用常規(guī)的三相六拍高低壓方式，而x軸電機剮分時采用三相六拍方式或步距角細分驅動方式。
系統(tǒng)的軟件結構：在主監(jiān)控程序控制下，分別進人用戶程序編輯、切削加工（插補）、對刀、命令解釋、檢錯等子模塊。
2 步進電機驅動方式的改進
步進電機在數控車床中，通過傳動絲杠驅動刀架進行運動。在數控系統(tǒng)中，因為x軸的精度要求較高，達到0．005mm，要求對應的步距角
較：若小于后者，則經與門向電機輸入一定電流值；若大于后者，則比較器輸出低電平，不向電機供電，同時觸發(fā)單穩(wěn)電路，輸出一個定時負脈沖，關閉與門，避免了當實際電流稍有下降、又立即恢復對電機供電情況的出現(xiàn)。這樣，就可以留出時間，使電機的磁場能量得以泄放，驅動用的功率管能充分截止，大大降低功耗，電機運行的穩(wěn)定性也有很大提高。該電路經實際運行能長時間可靠工作。有關測試數據見表1
在本系統(tǒng)中，為了保證定位精度不會出現(xiàn)過沖，采用了在行程末段降頻的方法，即，細分驅動只是在行程末段才進行，而在初、中段是按三相六拍驅動方式，由CPU 控制轉換，這樣既保證了定位精度，又有較高的總體速度。
光柵尺是相當精密的位置傳感器，在本系統(tǒng)中用于測量刀架的位置，信號反饋回單片機，構成系統(tǒng)的一個閉環(huán)。我們采用的光柵尺參數如下：
型號— — SGC—l
柵距— — 0．02mm
量程— — 600mm
輸出信號——4路互差90 的正弦波及1路絕對零位信號。
因為光柵尺的分辨率（0．02mm）未能達到本系統(tǒng)的設計要求，需要進行細分檢測。
細分檢測的原理：因為光柵尺在每個柵距內輸出1個正弦波，對這個正弦波進行N等分，測出各N等分點上正弦波的值，也就相當于對1個柵距內的空間位置作了N等分。一般的細分檢測方法是：將光柵尺信號經數一模轉換后由CPU 進行軟件細分和判別方向。但在白行安裝光柵尺的情況下，檢測頭往往有一定的誤差，特別是在到位停止時，往往有很多高頻振動，雖然幅度很微小，但在細分檢測時，也可能造成很大誤差。
為此，我們增加了防抖動措施，設計了硬件的方向判別電路，增加了一個l 6位的高速計數器。電路框圖如圖3所示
工作原理；光柵尺的正弦渡信號經整形為脈沖渡送人計數器和方向判別電路，將光櫥頭的微小振動記錄下來送CPU。光柵尺信號又經A/D轉換后得到關于位置的對應二進制編碼，同時送CPU，由CPU 對這些信號進行處理。軟件流程如圖4所示。
此方法能有效地消除高速、高頻振動造成的誤差。為了保證定位精度，還采取了一些冗余措施：軟件和硬件同時進行記數、定位，最后將二者作比較，當誤差超過一定數值時，系統(tǒng)顯示提示信息。這樣可保證加工產品的廢品率降到近乎零。
[1] 親永權等．單片機應用系統(tǒng)的功率接口技術．北京：北京航空航天大學出版社，1992．
[2] 王文熙．機床數字調節(jié)技術．北京：中國科學技術出版杜，1992．
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