图１

总体方案结构图

此数控系统要求具有以下功能：

１）要求数控系统的有多种工作方式。如存储

器编辑，自动运行方式，手轮／步进进给，手动连

续进给，手动数据输入，手动返回参考点等功能。

２）要求有急停功能。在发生突发事件，如各

轴向的行程越界，可立即停止程序运行；

３）对各种工作方式下应有相应的指示灯显示。

如自动运行指示灯、报警指示灯等。

程序载体是用于记录数控程序的物理介质，通

过输入接口将载体中的数控程序输入数控系统中。

数控微机系统用来接受并处理由程序载体输入的加

工程序，依次将其转换成使伺服驱动系统动作的脉

冲信号。伺服驱动系统是整个数控系统的执行部

分，由伺服放大器（包括伺服控制电路和功率放大

电路）和伺服电动机等组成。为机床的进给运动提

供动力。

反馈系统用于检测机床的各个运动参数。位置

参数，环境参数（温度，振动，电源电压，导轨坐

标，切削力等），并将其变成控制计算机系统能接

受的数字信号以构成闭环或半闭环控制。经济型数

控机床一般采用开环控制。考虑到此数控系统控制

对象为焊接机，故对其精度要求不高，在此采用半

闭环控制方法。

３

数控机械传动结构设计

根据工作要求，现采用以下传动方案：１）纵

向采用丝杠传动，结合主辅导轨使滑台在纵向沿导

轨移动；２）在纵向滑台上安装横向导轨，在步进

电动机的作用下，使滑台在横向导轨上移动；３）最

后在横向滑台上安装竖向导轨，并在横向滑台上安

装步进电机。通过螺母丝杠带动焊接头作竖直方向

的运动。均采用步进电动机作为动力源，带动丝杠

传动，而丝杠带动滑台在导轨上移动，其机械传动

系统图见图２。

４

步进电动机的选用及其驱动

选用步进电动机时，首先应根据机械结构草图

计算机械传动装置及负载折算到电动机轴上的等效、

转惯量，然后分别计算出各种工况下所需的等效力

矩，再根据步进电动机最大静转矩和起动，运行矩

频特性选择合适的步进电动机。

纵向移动电机

图２机械传动系统图

现设定数控焊接机各丝杠螺距为１２

ｍｍ，采用

步进电动机步距角卢＝０．６００。为了便于编程和保

证工作时的精度，要求各方向的步进当量为０．０１

ｍｍｏ

步进电动机和丝杠联接有２种方式：直接式和

齿轮联形式，在步进电机步距角卢，步进脉冲当量

６及丝杠螺距Ｌ确定后，步进电动机和丝杠联接传

动比不一定正好为１：１关系，这时应采用增加一对

齿轮的方式来实现电机和丝杠的连接。

步进电动机的运行特性不仅与电动机本身和负

载有关，而且与配套使用的驱动电源关系十分密

切。步进电动机的驱动电源包括环形分配器和功率

放大器两部分。在此对这两部进行自行设计，用来

满足此套数控系统中步进电动机的驱动需要。

环形脉冲分配器用于控制步进电动机各相绕组

的通电运行方式，其作用是将数控装置送来的一系

列指令脉冲按照一定的顺序和分配方式处理，控制

各相绕组的通电断电。环形分配器的功能可用硬件

或软件的方式来实现，分别称为硬件环形分配器和

软件环行分配器。目前市场上有许多专用的集成电

路环行脉冲分配器出售，集成度高，可靠性好，有

的具有可编程功能。

软件环形脉冲分配器对于不同种类，相数和分

配方式的步进电机有不同的种类。用软件环行分配

器只需编制不同的环行分配程序，将其存入数控装

置的ＥＰＲＯＭ中即可。用软件环形分配器可以使线

路简化，成本下降，并可灵活地改变。其设计方法

有多种，如查表法，比较法，移位寄存器法等。最

常用的是查表法。

现结合实际情况，采用自行设计一套硬件环行

分配器，对此数控系统中的步进电动机实施脉冲分

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《新技术新工艺》・高效焊接与切割・新产品研究与应用

２００７年

第５期

　

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