基于數(shù)字集成計數(shù)器IC74191的數(shù)字化自動進給控制系統(tǒng)的設(shè)計

自動進給控制系統(tǒng)是數(shù)控機床等現(xiàn)代加工設(shè)備的重要組成部分。本文介紹了以中規(guī)模數(shù)字集成計數(shù)器IC74191為核心,以步進電機為執(zhí)行元件的數(shù)字化自動進給控制系統(tǒng),用電子設(shè)計自動化(EDA)軟件進行了系統(tǒng)的研究和設(shè)計,給出了系統(tǒng)仿真和實驗結(jié)果。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

數(shù)控機床等現(xiàn)代加工設(shè)備是采用自動控制、數(shù)字裝置或計算機，全部或部分地取代一般通用機床加工零件時的人工控制。數(shù)控機床的各種控制功能，均是以數(shù)字和文字代碼方式為控制指令。圖1是自動進給系統(tǒng)的邏輯框圖。

2 基于IC74191的自動進給控制系統(tǒng)的設(shè)計

圖2是基于IC74191的自動進給驅(qū)動系統(tǒng)的電路圖。集成計數(shù)器(74191)、4-16線譯碼器(74159)、編程開關(guān)[D][C][B][A]、譯碼顯示器組成狀態(tài)譯碼置零可編程計數(shù)器。741191的輸出端QD，QC，QB，QA接74159的數(shù)碼輸入端，并在輸出端翻譯出相應(yīng)的16個狀態(tài)，再由74150通過編程開關(guān)[D][C][B][A]選中其中的一個數(shù)字，在74150的W端輸出，經(jīng)過一個非門電路送至74191的預(yù)置數(shù)控制端，就可以通過編程開關(guān)[D][C][B][A]使74191成為可編程可變進制計數(shù)器。表1是該計數(shù)器的編程狀態(tài)表。

當?shù)毒叩倪M給當量設(shè)計為6個CLK脈沖時，如圖2所示，編程開關(guān)取值[D][C][B][A]=0110，計數(shù)器的狀態(tài)依次為0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，譯碼顯示器顯示出相應(yīng)的十進制數(shù)為0，1，2，3，4，5，6，然后停止工作，等待下次進給啟動信號的到來。S1，S2為常開延時打開定時開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)[X]代替位置檢測裝置，發(fā)出位置檢測負脈沖信號?？删幊逃嫈?shù)器的編程狀態(tài)表如表1所示。

圖2中的4D觸發(fā)器(74175)中的3D觸發(fā)器構(gòu)成進給脈沖分配器，即環(huán)形分配器。該系統(tǒng)的步進電動機采用三相六拍勵磁方式，三相繞組的導電次序為U→UV→V→VW→W→WU→U。進給脈沖CLK到來之前，進給脈沖分配器先復(fù)位，再通過定時開關(guān)S2將其置成QUQVQW=100，即DU=1，DV=1，DW=0，第一個CLK脈沖過后，環(huán)形分配器輸出為QUQV，QW=110，由此可列出進給脈沖分配器各輸出端和驅(qū)動端狀態(tài)如表2所示。

圖3是進給當量CLK=9時的工作時序圖。接通電源時，常開延時打開定時開關(guān)S1，ontime=0．5 ms然后打開，其輸出接計數(shù)器清零端RD，實現(xiàn)通電清零。同時該時鐘脈沖經(jīng)過進給脈沖分配器、功率放大電路，驅(qū)動自動進給執(zhí)行元件步進電機；當?shù)毒哌_到預(yù)置進給位置時，利用74163的LOAD'端出現(xiàn)的下跳信號Ustop，作用在RS觸發(fā)器上，并在7410的引腳8輸出低電平，關(guān)閉控制門G，時鐘脈沖被禁止，步進電動機停止轉(zhuǎn)動，完成一個自動進給工作周期。

3 自動進給控制系統(tǒng)的仿真

對圖2所示的數(shù)控機床自動進給驅(qū)動系統(tǒng)進行計算機仿真實驗，雙擊虛擬數(shù)字邏輯分析儀圖標，打開Clock setup對話框，調(diào)節(jié)內(nèi)部時鐘設(shè)置，如圖4所示，使Internal clock rate="2" Hz，通過編程開關(guān)設(shè)定進給量，接通電源后，按轉(zhuǎn)換開關(guān)[X]鍵，發(fā)出位置檢測負脈沖信號，自動進給驅(qū)動系統(tǒng)開始工作，虛擬數(shù)字邏輯分析儀得到圖3所示各點的波形。

步進電動機自動進給驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心部件，利用EDA軟件對數(shù)控機床自動進給系統(tǒng)研究和設(shè)計，可根據(jù)工藝要求方便地改變電路及參數(shù)，觀測仿真結(jié)果，縮短設(shè)計周期，為電路的設(shè)計與實現(xiàn)提供了基本依據(jù)。