數控加工高精度控制技術研究范文

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摘要:針對激光數控加工中控制精度低的問題。提出一種控制性能與定長運動性能的激光數控加工方法，對步進電機的轉軸速度和轉動角度進行精確控制。在步進電機轉軸速度的控制中，所提方法使用L293D驅動芯片設計步進控制電路，并向控制電路中寫入步進電機的加減速控制模型，實現對激光數控加工主軸轉動的控制，控制步進電機的轉軸速度。在步進電機轉動角度的控制中，單片控制器使用細分驅動控制技術，將步進電機轉動角度細化成若干區域進行控制，其控制結果與細分驅動控制指令具有正、余弦關系。經實驗驗證可知，所提方法的控制性能與定長運動性能均較為優異，能夠達到預期效果，滿足使用需求。

關鍵詞:激光;數控加工;步進電機;細分驅動控制;研究

0引言

激光數控加工是一種使用高功率激光對生產加工工作進行數字化控制的技術，因為激光具有較強的方向特性，因此這種技術具有很高的使用價值［1－2］。近年來，隨著電子科技的不斷發展，以及人們對產品加工與制造需求的逐年增長，激光數控加工已在工、農業等領域被廣泛使用，發展態勢良好［3－4］。步進電機則是激光數控加工中必不可少的核心控制設備，對步進電機控制方法的正確選取，關系著激光數控加工工作的整體水平，人們需要一種控制性能與定長運動性能較為優異的步進控制方法為激光數控加工工作服務［5－6］。有關部門曾提出過一些激光數控加工中的步進控制方法，但由于步進電機中接線程序以及計算步驟較為復雜，這些方法的控制性能與定長運動性能往往無法達到工、農業等領域的使用需求，如文獻［7］提出的一種基于總線規范的激光數控加工中的步進控制方法，其通過總線規范對步進電機中各元件的參數以及運行流程進行限制，并在限制范圍內給予各元件較高的應用靈活性，達到降低步進電機中計算步驟復雜程度的目的。這種方法的控制性能較為優異，但步進電機中接線程序仍較為復雜，因此定長運動性能不強;文獻［8］提出基于集成電路的激光數控加工中的步進控制方法，其通過調節激光數控加工工作的輸入與輸出脈沖對步進電機進行控制，具有優異的控制性能，但定長運動性能不強;文獻［9］提出基于微控制器的激光數控加工中的步進控制方法，其應用較為靈活，能夠針對不同的生產加工工作隨時更換微控制器型號，控制性能與定長運動性能均較為優異。但這種方法的控制流程無法變更，導致后期維護工作難以進行，用戶口碑不高;文獻［10］提出一種基于功能電路插入的激光數控加工中的步進控制方法，這種方法將多種外設功能電路以隨用隨取的方式插入到步進電機中，有效減少了步進電機中接線程序以及計算步驟的復雜程度，因此定長運動性能較為優異，但控制性能較為欠缺。基于上述情況，提出一種新型激光數控加工中的步進控制方法。經實驗驗證可知，所提方法的控制性能與定長運動性能均較為優異，能夠達到預期效果，滿足工、農業等領域的使用需求。

1激光數控加工中的步進控制技術研究

1.1控制電路設計

在激光數控加工中，步進電機是一個以特殊角度進行按步轉動，進而獲取目標運動增量的設備，其運動增量的大小與自身轉動工作的參數設置息息相關。因此，若想使所提激光數控加工中的步進控制方法具有優異的控制性能與定長運動性能，需要對步進電機的轉軸速度和轉動角度進行精確控制，達到合理縮減步進電機中接線程序和計算步驟的目的［11］。嚴格來講，對激光數控加工中步進電機轉軸速度控制的實質便是對激光數控加工主軸轉動的控制，這是由于主軸是與步進電機轉軸直接的相連，并影響著轉軸運動規律。所提激光數控加工中的步進控制方法使用L293D驅動芯片對步進控制電路進行設計。L293D驅動芯片具有高電壓、高電流集成性能，可連接多種類型的邏輯電平與負載。其采用獨立供電方式，對步控電機電壓范圍沒有限制［12］。同時，L293D驅動芯片的內部擁有一個使能輸入接口，可有效簡化步進控制電路的接線程序。

1.2步進電機的加減速控制

模型所提激光數控加工中的步進控制方法使用計數法構建步進電機的加減速控制模型。計數法的原理是使用相同的自變量對激光數控加工主軸轉動頻率實施離散化變形，用f(t)表示激光數控加工主軸轉動頻率，f(s)表示步進電機轉軸頻率，θ和s分別表示步進電機的轉動角度以及步數。

1.3步進電機的細分驅動控制

以上兩節給出的是對步進電機轉軸速度的控制方法，所提激光數控加工中的步進控制方法對步進電機轉動角度的控制，需要使用細分驅動控制方法。

2實驗及數據分析

2.1實驗環境

通過實驗對本文所提的激光數控加工中的步進控制方法進行分析，驗證內容包括方法的控制性能以及其定長運動性能。

2.2控制性能分析

實驗對三種方法控制性能的分析包括控制速度和控制誤差。

2.3定長運動性能分析

激光數控加工中的步進電機控制方法的定長運動性能是指步進電機在固定時間段內能夠進行持續運動的能力。定長運動性能是評估控制方法有效與否的重要指標，也是保證激光數控加工中步進電機能夠正常接受控制指令的基礎。

3結論

在激光數控加工中，步進電機是一個以特殊角度進行按步轉動，進而獲取目標運動增量的設備，其運動增量的大小與自身轉動工作的參數設置息息相關。因此，本文提出一種新型的激光數控加工中的步進控制方法，使用L293D驅動芯片、加減速控制模型、單片控制器以及細分驅動控制技術對步進電機進行控制。通過進行實驗分析，證明本文方法具有較為優異的控制性能和定長運動性能，能夠合理滿足工、農業等領域的使用需求。

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作者：趙曉寒 單位：綏化學院