（4-17）可知步进电动机克服惯性负载的起动频率为：稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。 fq1?Jeq/JmfL??1194.24Hz

说明：要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于

1194.24Hz。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得更低，通常只有100Hz。陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。 综上所述，本次设计中工作台的进给传动系统选用90BYG2602步进电动机，完全满足设计要求。

5.增量式旋转编码器的选用

本设计所选步进电动机采用半闭环控制，可在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨力应与步进电动机的步距角??0.750，可知电动机转动一转时，需要控制系统发出360/??480个步进脉冲。考虑到增量式旋转编码器输出的A、B相信号，可以送到四倍频电路进行电子四细分，因此，编码器的分辨力可选120线。这样控制系统每发一个步进脉冲，电动机转过一个步距角，编码器对应输出一个脉冲信号。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。 此次设计选用的编码器型号为：ZLK-A-120-05VO-10-H 盘状空心型，孔径10mm，与电动机尾部出轴相匹配，电源电压+5V，每秒输出120个A/B脉冲，信号为电压输出。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。

6. 绘制进给传动系统示意图

进给传动系统示意图如图所示。

从动齿轮主动齿轮工作台伺服电动机滚珠丝杠

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进给传动系统示意图

7．工作台控制系统的设计

根据任务书的要求，设计控制系统的硬件电路时主要考虑以下功能： （1） 接收键盘数据，控制LED显示 （2） 接受操作面板的开关与按钮信息； （3） 接受车床限位开关信号；

（4） 接受电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号； （5） 控制X，Z向步进电动机的驱动器； （6） 控制主轴的正转，反转与停止； （7） 控制多速电动机，实现主轴有级变速； （8） 控制交流变频器，实现主轴无级变速； （9） 控制切削液泵启动/停止； （10）控制电动卡盘的夹紧与松开； （11）控制电动刀架的自动选刀； （12）与PC机的串行通信。

X-Y数控工作台的控制系统设计，控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。本设计CPU选用ATMEL公司的8位单片机AT89S52，由于AT89S52本身资源有限，所以扩展了一片EPROM芯片W27C512用做程序存储器，存放系统底层程序；扩展了一片SRAM芯片6264用做数据存储器，存放用户程序；由于数控工作台还需要加入铣刀运动控制和程序输入等指令，所以除设置了X﹑Y方向的控制指令键，操作开停键，急停键和复位键等外还采用8279来管理扩展多种按键。8279是一种通用的可编程键盘显示器接口芯片，它能完成键盘输入和显示控制两种功能。键盘部分提供扫描工作方式，可与64个按键的矩阵键盘进行连接，能对键盘实行不间断的自动扫描，自动消除抖动，自动识别按键并给出键值。显示部分包括一组数码显示管和七只发光二极管。与PC机的串行通信经过MAX233，可以采用PC机将编好的程序送入本系统。控制步进电动机的转动需要三个要素：方向﹑转角和转速。对于含有硬件环形分配器的驱动电源，方向取决于控制器送出的方向电频的高低，转角取决于控制送出的步进脉冲个数，而转速则取决于控制器发出的步进脉冲的频率。在步进电动的控制中，方向和转角控制简单，而转速控制则比较复杂。由于步进电动的转速正比于控制脉冲的频率，所以对步进电动机脉冲频

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率的调节，实质上就是对步进电动机的速度的调节。步进电动机的调频的软件延时和硬件定时。采用软件延时法实现速度的调节，程序简单，不占用其他硬件资源；缺点是控制电动机转动的过程中，CPU不能做其他事。硬件定时要占用一个定时器。本设计没有从硬件上布置，由于单片机功能强大，采用软件延时。当步进电动机的运行频率低于它本身的起动频率时，步进电动机可以用运行频率直接起动，并以该频率连续运行；需要停止的时候，可以从运行频率直接降到零，无需升降频控制。当步进电动机的运行频率 （为步进电动机有载起动时的起动频率）时，若直接用 起动，由于频率太高，步进电动机会失步，甚至会丢步，甚至停转；同样在 频率下突然停止，步进电动机会超程。因此，当步进电动机在运行频率 下工作时，就需要采用升降频控制，以使步进电动机从起动频率开始，逐渐加速升到运行频率 ，然后进入匀速运行，停止前的降频可以看作是升频的逆过程。虽然本设计采用了半闭环控制，加入了增量式编码器作为反馈信号，但是在编程过程中仍需设计升降频的部分，以使步进电动机运行平稳、精确。根据需要，可编写出驱动步进电动

懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。

机的程序。AT89S52指令与80C51指令完全兼容。 控制系统原理框图如图所示。

复位电路晶振电路芯片隔离放大隔离放大向步进电动机向步进电动机刀架电动机卡盘电动机主轴电动机切削电动机方刀架位信号限位开关信号 芯片6264并行接口芯片8255隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大单片机键盘与显示接口芯片8279串行口芯片233/转换芯片0832螺纹光栅信号交流变频器主轴电动机操作面板开关/按钮信号

控制系统原理框图

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8.步进电动机的驱动电源选用

设计中X、Y向步进电动机均为90BYG2602型，生产厂家为常州宝马集团公司。选择与之匹配的驱动电源为BD28Nb型，输入电压为1000VAC，相电流为4A，分配方式为二相八拍。该驱动电源与控制器的接线方式如图所示。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。

BD28Nb型驱动电源接线图

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