(線切割數(shù)控機(jī)床)線切割機(jī)床閉環(huán)控制設(shè)計(jì)
    目前在線切割機(jī)中當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大,驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,再經(jīng)齒輪減速裝置帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn),通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為機(jī)床的直線位移。機(jī)床各個(gè)軸的移動(dòng)速度與位移量由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定。此時(shí)機(jī)床的信息流是單向的,即進(jìn)給脈沖發(fā)出后,實(shí)際移動(dòng)值不再反饋回來。系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也不能進(jìn)行誤差校正。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動(dòng)誤差都將影響被加工零件的精度。為了提高機(jī)床的精度，采用直線電機(jī)和位置檢測(cè)元件組成閉環(huán)系統(tǒng)。它消除了旋轉(zhuǎn)電機(jī)齒輪間隙帶來的誤差，減小了系統(tǒng)的慣性，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。電機(jī)能否精確定位，取決于位置反饋是否精確，光柵尺精度高、價(jià)位低、性能優(yōu)良、故其成為首選傳感器，以實(shí)現(xiàn)位置信號(hào)的反饋。
    光柵尺信號(hào)輸出頻率很高，如直接給工控機(jī)讀取，實(shí)時(shí)性難以保證，采用高性能工控機(jī)雖能實(shí)現(xiàn)，但需編制大量程序。設(shè)計(jì)光柵尺接口模塊，能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的細(xì)分、辯向、位置的計(jì)算與顯示。模塊是獨(dú)立工作的，上位機(jī)何時(shí)需要數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線直接讀取即可。既保證控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度。采用的光柵尺分辨率為1µm。
光柵尺信號(hào)
光柵尺輸出信號(hào)是電信號(hào)，動(dòng)尺移動(dòng)一個(gè)柵距，輸出電信號(hào)便變化一個(gè)周期，它是通過對(duì)信號(hào)變化周期的測(cè)量來測(cè)出移動(dòng)的相對(duì)位移。計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)乘以光柵距即為直線電機(jī)所走的位移。
輸出信號(hào)是相位角相差90º時(shí)，方向?yàn)檎粗疄樨?fù)。Z信號(hào)作為校準(zhǔn)信號(hào)以消除累積誤差。
在A信號(hào)怕下降沿采集B信號(hào)，就可判斷出運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)A信號(hào)的上升沿及下降沿均比B信號(hào)超前1/4W，在A信號(hào)下降沿采集的B信號(hào)為“1”，此時(shí)為正向運(yùn)動(dòng)；A信號(hào)的上升沿及下降沿均比B信號(hào)滯后1/4W，在A信號(hào)下降沿采集到的B信號(hào)為“0”，此時(shí)為反向運(yùn)動(dòng)。根據(jù)采集到的運(yùn)動(dòng)信號(hào)方向和A信號(hào)變化的周期數(shù)用計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)（正向計(jì)數(shù)或逆向計(jì)數(shù)），就可測(cè)算出總位移。
計(jì)數(shù)電路
本系統(tǒng)中采用8254實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。正反向脈沖PX，NX分別作為計(jì)數(shù)器8254的時(shí)鐘CLK，輸出信號(hào)即為位移的脈沖數(shù)。地址線A0、A1與8254的片選取線一起確定8254的地址。
 接口電路
設(shè)計(jì)接口電路時(shí)，主要考慮3方面因素；
（1）總線負(fù)載。當(dāng)CPU讀插件板上的內(nèi)存或接口時(shí)，內(nèi)存芯片式接口芯片將數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)總線的數(shù)據(jù)總線上，此時(shí)數(shù)據(jù)總線上的所有負(fù)載都將成為內(nèi)存芯片式接口芯片的負(fù)載。為了保證總線的正常工作，在接口電路中要增加雙向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。
（2）總線的競(jìng)爭(zhēng)。PC機(jī)屬于獨(dú)立式I/O接口尋址方式，對(duì)一個(gè)地址，計(jì)算機(jī)可有I/O讀寫、DMA讀寫和存儲(chǔ)器讀寫，它們地址譯碼中加入AEN信號(hào)，避免DMA操作不會(huì)選通I/O地址。存儲(chǔ)器I/O接口地址易產(chǎn)生混淆，利用硬件電路進(jìn)行存取，避免了總線競(jìng)爭(zhēng)。只當(dāng)CPU讀接口卡時(shí)，才允許通向系統(tǒng)數(shù)據(jù)線的三態(tài)門導(dǎo)通，其他任何時(shí)刻這些三態(tài)門必須呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。
（3）接口保護(hù)。接口電路還應(yīng)考慮由于接口電路出現(xiàn)故障或工作時(shí)的誤動(dòng)作對(duì)計(jì)算機(jī)造成的損壞。
基于ISA總線的接口電路設(shè)計(jì)
（1）緩沖器有保護(hù)功能設(shè)計(jì)
用八同相雙向三志緩沖器/驅(qū)動(dòng)器芯片SN74HC245緩沖ISA總線擴(kuò)展槽與各器件間的8位數(shù)據(jù)信號(hào)。SN74HC245不但起緩沖、隔離作用，還有一定的保護(hù)和控制作用。工控機(jī)讀控制信號(hào)（低電平有效）邊接到SN74HC245的DIR（方向控制端），而門控信號(hào)接信號(hào)CS245。CS245W信號(hào)是I/O端口讀寫信號(hào)和接口地址譯碼信號(hào)產(chǎn)生的信號(hào)。當(dāng)讀有效為低電平時(shí)，8254的數(shù)據(jù)可通過SN74HC245輸入到計(jì)算機(jī)；讀有效為高電平時(shí)，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)輸出。CS245實(shí)現(xiàn)只有計(jì)算機(jī)與8254交換數(shù)據(jù)時(shí)，選通SN74HC245的門控信號(hào)G，使之三態(tài)門打開。
線切割數(shù)控機(jī)床