數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作精選(九篇)

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第1篇：數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作范文

關(guān)鍵詞：單片機(jī)80C31 數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832 三端集成穩(wěn)壓器

1 數(shù)控直流電源的應(yīng)用及特點(diǎn)

本課題研究一種以單片機(jī)為核心的智能化高精度簡易數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì)。數(shù)控直流電源是一種常見的電子儀器也是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于電路，教學(xué)試驗(yàn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域。以單片機(jī)系統(tǒng)為核心設(shè)計(jì)的新一代數(shù)控直流電源，它不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，性能優(yōu)越，而且由于單片機(jī)具有計(jì)算和控制能力，利用它對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算，從而可排除和減少模擬電路引起的誤差，輸出電壓和限定電流采用輸入鍵盤方式，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較高的使用價(jià)值，且兼?zhèn)潆p重過載保護(hù)及報(bào)警功能， 特別適用于各種有較高精度要求的場合。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)控直流電源的組成 簡易數(shù)控直流電源由穩(wěn)壓電源部分、數(shù)字顯示部分、輸出部分、數(shù)控部分、“+”“-”按鍵五部分組成。

2.2 單元電路的設(shè)計(jì)

2.2.1 輸出電路 輸出電路是由三端固定輸出穩(wěn)壓器件7805、運(yùn)算放大器A和DAC電路所組成的輸出電路。在該電路中U23=5V，Uo=U23+U3，若DAC的輸出為－5V～＋4.9V，則UO=0～9.9V。該電路的穩(wěn)壓性能7805保證，步進(jìn)電壓由DAC輸入的數(shù)字量控制。這種電路輸出電壓的精度取決于7805輸出電壓的誤差；運(yùn)放的跟隨誤差以及DAC的積分非線性。步進(jìn)值的誤差直接與DAC的位數(shù)有關(guān)。

2.2.2 數(shù)控部分 數(shù)控部分應(yīng)具備的功能有：輸出電壓可預(yù)置，且能以“步進(jìn)”或“掃描”的工作方式加（“+”）或減（“－”）。數(shù)控部分的輸出應(yīng)直接控制數(shù)碼電阻網(wǎng)絡(luò)各個(gè)開關(guān)。

微控制器（MCU）又稱單片機(jī)，數(shù)控部分為MCU電路。MCU的芯片品種繁多，芯片的選擇應(yīng)考慮價(jià)格，軟件成熟，滿足功能要求等因素，因此本設(shè)計(jì)選用80C31單片機(jī)。

兩位BCD碼撥盤開關(guān)將預(yù)置量輸入到MCU并口，兩位LED顯示電路由MCU串口送入數(shù)值（輸出電壓）。單獨(dú)設(shè)置的“+”“-”二個(gè)按鍵由并行口進(jìn)行檢測。DAC接收MCU數(shù)據(jù)總線傳送的數(shù)據(jù)，并據(jù)以確定輸出電壓。在軟件的控制下，MCU開機(jī)后先將預(yù)置值讀入，在送去顯示的同時(shí)，送入DAC，并產(chǎn)生相同的輸出電壓。然后不斷循環(huán)檢測“+”“-”兩鍵是否按下。若檢測到有鍵按下，將使顯示值和輸出電壓相應(yīng)增減0.1V。若檢測到按鍵時(shí)間超過0.5s，則認(rèn)為需連續(xù)增減，即處于“掃描”方式。

由于80C31片內(nèi)RAM僅有128B容量不夠所以要擴(kuò)展片外RAM，因此由80C31、74LS373和8KB容量的2764組成MCU最小系統(tǒng)。

2.2.3 穩(wěn)壓電源 從電路簡單、經(jīng)濟(jì)考慮，本設(shè)計(jì)采用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器。采用7805、7815、7915作為它們的輸出電壓分別為＋5V、＋15V、－15V，輸出電流為1.5A。

直流穩(wěn)壓電源采用橋式全波整流，單電容濾波，三端固定輸出集成穩(wěn)壓器件。輸出電路由7815提供+15V電壓，從而大大提高了電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率等指標(biāo)。

2.2.4 顯示電路 顯示電路由兩個(gè)數(shù)碼管和兩個(gè)74LS164組成。兩個(gè)數(shù)碼管分別組成顯示電路的十位、個(gè)位，由于兩個(gè)數(shù)碼管至少需要14根I/O線，為節(jié)約資源，采用串行輸入并行輸出的74LS164進(jìn)行驅(qū)動(dòng)輸出。單片機(jī)的兩個(gè)并行分別作為信號(hào)輸出口和時(shí)鐘控制信號(hào)。采用單片機(jī)的P3.2、P3.3作為控制加減的控制。該實(shí)現(xiàn)方式是通過80C31串行輸入，再并行輸出到74LS164，再經(jīng)過74LS164并行輸出到數(shù)碼顯示管。

顯示方式采用靜態(tài)顯示方式，80C31串以移位寄存器來驅(qū)動(dòng)兩位LED共陰極數(shù)碼顯示器，占用資源少，僅二根線。

3 軟件設(shè)計(jì)

兩位BCD碼撥盤開關(guān)K3、K4，用以設(shè)置輸出電壓。K3、K4輸入的P1口由電阻網(wǎng)絡(luò)RN上拉。設(shè)置為低電平有效。“+”“－”鍵由10K電阻上拉，低電平有效輸入至P3.2和P3.3口線。軟件采用查詢方式訪問這兩個(gè)鍵。

3.1 80C31資源分配

TXD、RXD

以串口方式0輸出接移位寄存器/顯示器。

P3.2

“+” 鍵

P3.3

“－”鍵

P0.0～P0.3

預(yù)置數(shù)BCD碼輸入（低位—十分位）

P0.4～P0.7

預(yù)置數(shù)BCD碼輸入（高位—個(gè)位）

FFFEH

DAC 地址

42H

D輸出電壓數(shù)值寄存

41H 40H

顯示緩沖寄存，BCD碼。

3.2 程序流程設(shè)計(jì) 復(fù)位后首先進(jìn)行初始化工作，然后從BCD撥盤開關(guān)取輸出電壓預(yù)置值，經(jīng)取反和十—二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換后存入寄存器42H。預(yù)置值經(jīng)串口輸出送往顯示器。由于輸出電壓數(shù)值是以0.1V做為基本單位的（即5V為50），所以送往顯示的數(shù)值自動(dòng)在高位加入小數(shù)點(diǎn)。以后輸出電壓值經(jīng)標(biāo)度變換后送DAC，由輸出電壓形成對應(yīng)的輸出電壓。

程序?qū)z測有無鍵按下，若無鍵按下，則不斷地繼續(xù)檢測，直到有鍵按下。檢測到有鍵按下后，首先延時(shí)20ms進(jìn)行去抖處理，再判別是“+”還是“－”鍵若為“+”鍵，則42H中的數(shù)據(jù)加1，再判斷是否已加至100，若是則42H復(fù)0，否則將數(shù)據(jù)送去顯示和輸出。若判別為“－”鍵，則數(shù)據(jù)減1，再判斷是否已減至FFH，若是則42H賦值為99；否則將數(shù)據(jù)送去顯示和輸出。

只要點(diǎn)動(dòng)“+”“－”鍵的時(shí)間小于0.5s，則每次步進(jìn)增減0.1V。若一直按鍵，只要時(shí)間超過0.5s，則不停的步進(jìn)，直到松開按鍵為止。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)主要對簡易數(shù)控直流電源電路進(jìn)行了簡單的設(shè)計(jì)與闡述。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件兩部分組成，以單片機(jī)為核心，控制整個(gè)電路工作。數(shù)模轉(zhuǎn)換器和集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的具有深度負(fù)反饋的數(shù)字式可控直流電源。

本設(shè)計(jì)還存在許多不足，不當(dāng)之處在所難免，望廣大讀者提出意見。

參考文獻(xiàn)

第2篇：數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作范文

關(guān)鍵詞：三維數(shù)控鉆 西門子 伺服電機(jī)

中圖分類號(hào)：TG527文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

設(shè)備是1996年德國進(jìn)口，是Peddinghaus公司生產(chǎn)TDK 1000/9G數(shù)控三維鉆床，專門用于鋼結(jié)構(gòu)、橋梁、立體停車庫、石油平臺(tái)等行業(yè)的H型鋼、箱型梁、槽鋼、鋼板的鉆孔加工。是Peddinghaus三維鉆系列中經(jīng)典的產(chǎn)品。9軸設(shè)計(jì)、微霧內(nèi)冷卻系統(tǒng)、智能軸技術(shù)、輥輪進(jìn)給圓盤測量系統(tǒng)、單件20噸的驅(qū)動(dòng)能力、西門子840C控制系統(tǒng)。

一、設(shè)備特點(diǎn)

本機(jī)的鉆削動(dòng)力頭，不僅能在垂直于工件送進(jìn)的方向上數(shù)控移動(dòng)，而且可以在工件送進(jìn)的方向上數(shù)控移動(dòng)準(zhǔn)確定位。所以，當(dāng)H型鋼翼板和腹板上的孔不處于同一橫截面時(shí)，仍可實(shí)現(xiàn)上面、左面、右面三個(gè)方向同時(shí)鉆孔。減少了沉重鋼梁移動(dòng)的次數(shù)，從而提高了生產(chǎn)效率。為保證鉆孔位置不受鋼梁畸形的影響，機(jī)器上設(shè)有幅高、腹板、翼板檢測裝置。檢測結(jié)果反映在數(shù)控軟件中，可以修正鉆孔位置。具有支承裝置：當(dāng)“H”型鋼的板很薄時(shí)，為防止鉆孔引起的變形，設(shè)有下部自動(dòng)支承裝置。鉆削主軸轉(zhuǎn)速無級(jí)調(diào)節(jié)、鉆頭進(jìn)給速度無級(jí)調(diào)節(jié)。具有快換卡頭，更換鉆頭方便。配有進(jìn)出料道，可以把鋼梁自動(dòng)送入和送出機(jī)器。

二、 設(shè)備的結(jié)構(gòu)：

具有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的鉆削動(dòng)力頭,即垂直、左、右鉆削頭，每個(gè)鉆削動(dòng)力頭均有兩個(gè)數(shù)控軸驅(qū)動(dòng)和垂直于工件方向的數(shù)字化液壓進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。鉆頭和主軸之間,由快換鉆套聯(lián)接，更換鉆頭快捷、準(zhǔn)確。各鉆頭既可單獨(dú)，又可同時(shí)完成其鉆孔作業(yè)。在一次自動(dòng)裝夾后，可完成孔組內(nèi)（H型鋼上包括腹板和兩翼板）所有孔的加工。工件（H型鋼）送進(jìn)移動(dòng) ，有液壓和機(jī)械控制的輥輪驅(qū)動(dòng)，并由檢測輪準(zhǔn)確測出實(shí)際送進(jìn)距離傳送給數(shù)控系統(tǒng)來確保兩孔群之間的距離精度，另外，該機(jī)還具備工件的頭部和尾部端面的光電定位監(jiān)測系統(tǒng)。工件在機(jī)床上移動(dòng)定位后機(jī)床具有可靠的垂直和側(cè)向夾緊系統(tǒng)。工件裝夾后，本機(jī)備有腹板和翼板變形監(jiān)測系統(tǒng)，將誤差返饋給計(jì)算機(jī)自動(dòng)修正鉆孔位置。各鉆削頭主軸轉(zhuǎn)速是由變頻器無級(jí)調(diào)節(jié) ，為提高在大規(guī)格輕型H型鋼上的鉆孔效率 ，還具有增強(qiáng)H型鋼腹板剛度的液壓多點(diǎn)支撐裝置?？刂葡到y(tǒng)由計(jì)算機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服電機(jī) 、光電編碼器、PLC等構(gòu)成。只需輸入工件尺寸、自動(dòng)生成加工程序，可按件號(hào)隨時(shí)存儲(chǔ)、調(diào)用、顯示和通訊。電氣控制，既實(shí)現(xiàn)各加工參數(shù)單獨(dú)的手動(dòng)調(diào)整控制，又可實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)控制加工

三、改造修復(fù)方案

該設(shè)備系統(tǒng)采用西門子840C控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是西門子公司在九十年代初推出的高檔系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，使用靈活，直流驅(qū)動(dòng)及電機(jī)可不更換。該機(jī)床使用年限較久，電氣元?dú)饧匣?，故障頻繁，部件淘汰難以采購，械磨損較大、精度下降、工作效率低下，給生產(chǎn)帶來很大的影響。為確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行，需要對機(jī)床進(jìn)行技術(shù)改造與修復(fù)：

電氣部分改造

控制系統(tǒng)改為西門子840D系統(tǒng)，該系統(tǒng)是西門子公司九十年代中期推出的一款純數(shù)字的高檔數(shù)控系統(tǒng)，與之匹配的驅(qū)動(dòng)及電機(jī)也都是數(shù)字的。

與840C與840D比較：

(1)840C 即可用模擬量驅(qū)動(dòng)也可用數(shù)字量驅(qū)動(dòng)，而840D主要用的是數(shù)字量

(2)840C的PLC語言是S5，而840D的PLC語言是S7

(3)840C產(chǎn)品相關(guān)配件已停產(chǎn)，電路板以舊換新，維護(hù)費(fèi)用高、維修周期長。840D是西門子機(jī)床控制系統(tǒng)主流，備品備件容易購買，且S7比S5更穩(wěn)定，抗干擾能力更強(qiáng)。

1、機(jī)床電氣部分更新改造內(nèi)容及要求

1．1新系統(tǒng)采用SINUMERIK 840D CNC數(shù)控系統(tǒng)，將增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性而且可根據(jù)工藝需要進(jìn)行靈活的參數(shù)和功能修改，從而在長期意義上大大的節(jié)約了成本。

1．2 PLC選擇西門子S7-300系列，程序基本沿用原PLC的結(jié)構(gòu)和功能，從而使改造的風(fēng)險(xiǎn)降低到最低。取代原來的S5系列PLC，，S5外接9V直流電池供電，保存程序數(shù)據(jù)，更換電池時(shí)，需要重新向PLC拷貝程序，S7-300程序不容易丟失，程序安全，模塊化程度高，維護(hù)費(fèi)用低，且程序監(jiān)控容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí)改造后的PLC模塊在國內(nèi)極為容購買。

1．3主軸伺服電機(jī)和交流伺服驅(qū)動(dòng)器原來采用的是西門子611A屬于模擬控制、電機(jī)控制器復(fù)雜，一但故障，維修維護(hù)費(fèi)用高，并且抗干擾能力差，對周圍環(huán)境要求高。改造后選擇西門子數(shù)字產(chǎn)品611D，數(shù)字系統(tǒng)抗干擾能力遠(yuǎn)高于模擬系統(tǒng)，西門子的交流伺服剛性好，技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定，而且備件便宜，容易采購，國內(nèi)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)多，技術(shù)支持強(qiáng)。

1．4新的進(jìn)給電機(jī)采用1FT6 電機(jī)，電機(jī)的輸出扭矩和速度特性完全超出原1FT5伺服電機(jī)；

1．5關(guān)于軸徑和法蘭：通過增加過度法蘭、改變皮帶輪、聯(lián)軸器或?qū)S加工等辦法實(shí)現(xiàn)。

1.6 24V傳感器控制控制電源與系統(tǒng)24V控制電源分開，提高機(jī)床安全系數(shù)。

1.7 所有電力電纜采用耐油腐蝕電纜，控制電纜采用耐油耐腐蝕屏蔽電纜。

2新舊替換明細(xì)

2．1 去掉原主軸直流電機(jī)，用額定攻率為7.5KW的1PH7電機(jī)代替，該電機(jī)安裝尺寸和原電機(jī)基本相似，功率和轉(zhuǎn)速范圍（最高5000轉(zhuǎn)）都比原來強(qiáng);

2．2保留數(shù)控的零件加工程序和相關(guān)能利用的軟件結(jié)構(gòu)，使改造風(fēng)險(xiǎn)大大降低；

2．3保留以前的驅(qū)動(dòng)器電源模塊和電抗器。

2．4原3個(gè)主軸的611A驅(qū)動(dòng)器, 用SIEMENS611D 取代;

2．5去掉原來柜內(nèi)的7個(gè)進(jìn)給軸的1FT5伺服電機(jī), 和電柜內(nèi)的611A驅(qū)動(dòng)器;用SIEMENS 611D驅(qū)動(dòng)和1FT6交流伺服電機(jī)取代;

2．6去掉原S5 PLC的CPU、輸入、輸出模塊。由先進(jìn)的西門子 PLC S7-300的輸入、輸出模塊取代;徹底根除因PLC老化產(chǎn)生的故障；

2．7更新原PLC 的控制程序，根據(jù)新的控制方式用SETP 7對其重新編寫控制程序，保證可讀性強(qiáng)。

2．8重新制作操作臺(tái)，布局合理，新操作臺(tái)根據(jù)人力工程學(xué)設(shè)計(jì)，使操作人員能更愉快，更輕松的工作。

2．9更換電控柜,更換柜內(nèi)低壓器件(含配套變壓器、電源、各類電器元件等，主要器件選用西門子、施耐德品牌)

3主要硬件描述：

西門子840D 數(shù)控系統(tǒng)一套，帶液晶顯示屏和相關(guān)菜單，機(jī)床控制鍵盤和面板；

PCU50 和OP12 系統(tǒng)1套

操作面板1塊（薄膜型）

NCU 盒和 NCU 控制單元各 1 塊 驅(qū)動(dòng)和電機(jī)控制模塊，以及電源模塊

S7-300 PLC一套

主軸1HP7主軸電機(jī)3個(gè)進(jìn)給軸1FT6電機(jī)7個(gè)

機(jī)械部分修復(fù)：

參考文獻(xiàn)：

1. 白幸福、韓軍鋒《基于PLC數(shù)控型角鋼生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 裝備制造技術(shù)2009

2．西門子公司 西門子有關(guān)PLC編程手冊

3. 三菱公司 三菱有關(guān)PLC編程手冊

4.宋伯生 機(jī)床電器及電氣控制 中國勞動(dòng)出版社 1990

第3篇：數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作范文

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);直流穩(wěn)壓電源;數(shù)控

電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器體，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)，而直流穩(wěn)壓電源更是電子領(lǐng)域重要的設(shè)備之一。從20世紀(jì)90年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，直流電源轉(zhuǎn)換器向著更高靈活性和智能化方向發(fā)展。本文設(shè)計(jì)一種輸出電壓在0.0V到9.9V之間并且可以任意設(shè)定輸出電壓的電壓精準(zhǔn)調(diào)整的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源電路，該穩(wěn)壓電源不僅能克服傳統(tǒng)電源輸出電壓難以精確調(diào)整的缺陷，而且還對系統(tǒng)的性能方面、系統(tǒng)的升級(jí)方面以及系統(tǒng)的可靠性方面進(jìn)行了改善。

1.系統(tǒng)功能

本文設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源輸出電壓在在0.0V到9.9V之間并且可以任意設(shè)定輸出電壓，主要由STC89C52RC單片機(jī)、LCD1602顯示電壓模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、穩(wěn)壓輸出電路模塊、電壓模塊和數(shù)據(jù)采集模塊等部分組成。其中在電源模塊方面采用鍵盤設(shè)定的輸入方式，可用快點(diǎn)慢點(diǎn)的方式對報(bào)警和電壓輸出的閾值進(jìn)行設(shè)置，其各種工作狀態(tài)都可由LCD1602來顯示，同時(shí)用STC89C52RC對輸出的電壓進(jìn)行采樣并與先前設(shè)置的目標(biāo)值進(jìn)行比較，一旦出現(xiàn)偏差可立即進(jìn)行調(diào)整或發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

使用STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制單元，通過DAC0832芯片的數(shù)據(jù)采樣和LM324的電壓放大調(diào)整可以改變系統(tǒng)輸出電壓的大小，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及送LCD1602顯示;使用運(yùn)算放大器對電壓的比較放大，這樣不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成產(chǎn)生波形的量化數(shù)據(jù)，便可以輸出多種波形;采用LCD1602，它具有兩行顯示，每行顯示16個(gè)字符，采用單+5V供電，系統(tǒng)模塊的整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊的整體設(shè)計(jì)圖

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 穩(wěn)定電壓輸出模塊

穩(wěn)定電壓輸出控制模塊采用的是有14引腳的 LM324芯片，其作用是將通過前面的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊后出來的電壓給轉(zhuǎn)換成用戶所需的指定的穩(wěn)定電壓。該模塊的工作原理是將所需的輸出電壓以下面圖2中的DAC0832芯片的第11引腳的輸出為參考做出一個(gè)比值，并采用串聯(lián)式反饋的電路使得輸出始終為所需的穩(wěn)定輸出電壓，其具體的電路圖如圖2所示，在圖2中U5A―LM324為比較放大器，U5B―LM324為運(yùn)算放大器，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓OUT2接到U5A―LM324的同向端（LM324的第2腳），U5A―LM324運(yùn)放的輸出端（LM324的第5腳）輸出的電壓一邊送到運(yùn)放U6A―LM324的同向端（LM324的第1腳），一邊反饋回DAC0832的RFE1基準(zhǔn)電壓。變位器R5作為U6A―LM324反饋電路中的反饋電阻。經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊后出來的電壓在這里經(jīng)過了DAC0832和LM324的比較運(yùn)算放大后再經(jīng)過LM324第1引腳的調(diào)整，使得輸出的電壓始終和LED顯示器上顯示的一致。

圖2 電壓輸出原理圖

3.2 按鍵控制模塊

按鍵控制模塊的電路圖如圖3所示。在該電路圖中，K1-K9分別對應(yīng)著0-9，且每個(gè)按鍵都是一腳接地一腳接在STC89C52RC的各個(gè)引腳上，K00是位數(shù)選擇鍵（按下為十位），K11則是為選定所需電壓無誤后需按下的確認(rèn)鍵。

圖3 鍵盤控制電路圖

3.3 D/A轉(zhuǎn)換控制部分

在該設(shè)計(jì)中，采用DAC0832來進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將經(jīng)過該模數(shù)轉(zhuǎn)換后出來的電壓作為后面穩(wěn)壓輸出反饋回路的參考電壓。8位的D/A數(shù)據(jù)口分別與單片機(jī)的P0口相連，DAC0832的片選信號(hào)和寫信號(hào)分別由單片機(jī)的P32腳和P36腳控制，8位字長的D/A轉(zhuǎn)換器具有256種狀態(tài)。

4.系統(tǒng)的軟件部分的設(shè)計(jì)

此設(shè)計(jì)中需用到核心單片機(jī)STC89C52RC的功能包括：鍵盤的擴(kuò)展，程序的中斷，I/O的控制。系統(tǒng)軟件包括一個(gè)主程序、四個(gè)中斷服務(wù)程序、電壓處理子程序、調(diào)用寫電壓子程序、DAC0832處理子程序。主程序在初始化過程中，首先對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，然后讀入數(shù)據(jù)，控制開關(guān)電路進(jìn)行顯示.初始化完成以后開中斷，如果有外部中斷請求，則首先響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，如果沒有中斷請求，則要調(diào)用鍵盤掃描程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，同時(shí)，利用對按鍵進(jìn)行消抖。主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

5.結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于STC89C52RC單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，它具備輸入方便、輸出精確度高、結(jié)構(gòu)緊湊、電路簡化等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過測試，用此單片機(jī)來控制設(shè)備的電壓時(shí)，輸出的響應(yīng)良好，LED能正確清晰地顯示，誤差小，輸出的范圍為0到9.9v。

參考文獻(xiàn)

[1]宋開軍，楊國渝.智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2003（10）：

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[2]馮澤虎，朱相磊，滕春梅.基于單片機(jī)的可編程直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009（21）：36-37.

第4篇：數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作范文

關(guān)鍵詞：PLC 數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控切割機(jī) 梯形圖 伺服系統(tǒng)

隨著整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，數(shù)控切割機(jī)在船舶、汽車、石油化工和電子行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，自動(dòng)化水平也越來越高"其中，控制系統(tǒng)無疑是切割機(jī)的核心，因此日益受到用戶和切割機(jī)廠商的重視，從目前的數(shù)控切割機(jī)用戶那兒得知，國外知名品牌仍占據(jù)大部分市場，但國內(nèi)一些優(yōu)秀的數(shù)控切割機(jī)生產(chǎn)商也開始使用自主生產(chǎn)的控制系統(tǒng)"眾所周知，核心技術(shù)掌握的越多，把握市場的能力就會(huì)越大。

一、系統(tǒng)組成

（一）工作原理

數(shù)控切割機(jī)是一種機(jī)械加工業(yè)必須的生產(chǎn)設(shè)備，在裝備和設(shè)備制造中，其主要承擔(dān)的是原材料前期的加工。工業(yè)切割一般有兩種方式，一種是使用乙炔氣割，另一種是等離子切割，本切割機(jī)設(shè)備所采用的是含有以上兩種切割方式，針對不同厚度的板材，操作者可選用氣割或等離子，以滿足不同的切割工藝要求。在工作中，可進(jìn)行手、自動(dòng)方式進(jìn)行切換。從圖形庫中選好所要求切割工件的圖形后，標(biāo)定尺寸等相關(guān)參數(shù)后，按下啟動(dòng)，設(shè)備開始按照設(shè)定好的切割線路進(jìn)行圖形切割，其中抬槍、落槍、切割、小火等控制由系統(tǒng)和PLC之間的信號(hào)傳遞來控制，自動(dòng)完成所要求切割的圖形。

（二）系統(tǒng)組成

為了完成切割工藝提出的要求，選用了臺(tái)達(dá)ES系列的可編程控制器，上海交大的SJTU-CNC數(shù)控切割系統(tǒng)，臺(tái)達(dá)AB系列的伺服系統(tǒng)，割距控制采用常州海斯的升降頭及弧壓控制器、電容高度控制器。

二、系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件包括工件管理程序、管理軟件及系統(tǒng)控制軟件兩部分，其中工件程序的管理軟件實(shí)際上是一個(gè)小的文件管理系統(tǒng)，它能實(shí)現(xiàn)包括屏幕編輯、工件程序的存貯及調(diào)度管理以及外界的信息交換等各種功能。系統(tǒng)的控制軟件是一種前后臺(tái)結(jié)構(gòu)式的軟件。前臺(tái)程序（即實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序）承擔(dān)了全部實(shí)時(shí)功能，而準(zhǔn)備工作及協(xié)調(diào)處理則在后臺(tái)程序（背景程序）中完成。背景程序是一個(gè)循環(huán)運(yùn)行的程序，在其運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)中斷，服務(wù)程序不斷插入，共同完成工件加工（即切割）功能。在正常加工狀態(tài)下，一個(gè)工件加工程序數(shù)據(jù)段經(jīng)過輸入由EPROM或手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入（MDI）譯碼及數(shù)據(jù)處理后，插補(bǔ)所需的各種參數(shù)均已準(zhǔn)備好，如數(shù)據(jù)段起點(diǎn)、終點(diǎn)，按編程速度計(jì)算出的各檔速度下的步長，以及編程的輔助功能編輯等均已送到了相應(yīng)的工件寄存區(qū)，當(dāng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果、緩沖區(qū)中的插補(bǔ)信息及輔助功能送到相應(yīng)的工作區(qū)后，實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序即開始工作，進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算及輔助功能處理，同時(shí)背景程序預(yù)譯下一段工件加工程序，并運(yùn)行新數(shù)據(jù)處理和傳送，由實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序中的插補(bǔ)程序產(chǎn)生相應(yīng)的軌跡信息送給伺服單元，分別指揮兩坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)位置控制，通過這個(gè)過程的多次迭代，從而實(shí)現(xiàn)了工件加工的自動(dòng)控制。

三、復(fù)合控制隨動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成

盡管理想模型在工程上是不能實(shí)現(xiàn)的，但畢竟能給出一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)?，F(xiàn)根據(jù)前面所討論過的理想模型，閉環(huán)控制基礎(chǔ)上，引進(jìn)一個(gè)按擾動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的前饋補(bǔ)償通道，于是就組成一個(gè)復(fù)合控制的隨動(dòng)系統(tǒng)。通常被控對象至少包含著一個(gè)積分環(huán)節(jié)，按式（1～4）知，前饋補(bǔ)償通道至少要具有一階以上的微分作用。為便于工程上的實(shí)現(xiàn)，通常是采用測速發(fā)電機(jī)之類的純微分環(huán)節(jié)來充當(dāng)，或者是在測速發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上引入適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)，以獲得二次微分的作用。

四、調(diào)試要點(diǎn)

（1）檢查電器柜的地線是否接地可靠；（2）檢查電器柜內(nèi)提供的電源是否穩(wěn)壓；（3）檢查反饋微動(dòng)開關(guān)的位置是否適當(dāng)；（4）檢查聯(lián)接器的各接線點(diǎn)間是否短路；（5）電源聯(lián)接，檢查電柜反應(yīng)是否正確。在控制模態(tài)時(shí)，如出現(xiàn)故障，CNC報(bào)出故障代碼，根據(jù)代碼判斷故障并及時(shí)排除。

五、同步調(diào)試

（一）首先把參數(shù)設(shè)置為非門架方式

調(diào)試之前，必須先將三軸的電機(jī)輸出齒輪與執(zhí)行齒條脫開，進(jìn)行模擬試驗(yàn)。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和控制板上的開關(guān)操作方向要一致，若方向不正確，可以改變參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。接通伺服模塊電源，設(shè)定各軸參數(shù)。CNC通電，對各軸的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整（此時(shí)X、Y、W各軸均為獨(dú)立軸顯示，可以分別進(jìn)行調(diào)整）。

（二）修改CNC參數(shù)為同步方式（設(shè)參數(shù)為雙邊驅(qū)動(dòng)）

可用手動(dòng)操作各軸運(yùn)行，檢查運(yùn)行方向，看其是否符合要求。檢查X、W二軸的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否符合同步軸要求。一切正常后才能將齒輪與執(zhí)行齒條嚙合。

六、控制技術(shù)研發(fā)部門必不可少

既然上面說到控制技術(shù)如此重要，那么作為一個(gè)成熟的切割企業(yè)的話，控制技術(shù)研發(fā)自然要放到十分突出的位置，不僅有利于控制技術(shù)的研究！開發(fā)，同時(shí)也可以對公司技術(shù)研發(fā)做一個(gè)相對合理的總結(jié)和管理"對此，我所在的企業(yè)就設(shè)立了數(shù)控技術(shù)研發(fā)部門，開發(fā)有用于平板數(shù)控切割的FastCAM自動(dòng)編程套料軟件和FastCNC數(shù)控切割專家系統(tǒng)，用于管子相貫線切割的FastPBC/PIPE/FRAME五軸聯(lián)動(dòng)的管子相貫線數(shù)控系統(tǒng)/管子切割軟件/管架鋼結(jié)構(gòu)制造軟件，以及用于平板坡口切割的FasCtAMBveel平板坡口編程套料軟件和FasFtNC五軸聯(lián)動(dòng)坡口切割數(shù)控系統(tǒng)。

七、結(jié)束語

該系統(tǒng)應(yīng)用了PLC控制、數(shù)控技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)和切割高度控制器，通過系統(tǒng)集成提高了設(shè)備的自動(dòng)化控制水平，達(dá)到了當(dāng)今切割設(shè)備自動(dòng)化控制的先進(jìn)水準(zhǔn)。從現(xiàn)場加工情況看，完全滿足了生產(chǎn)的控制要求，控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、控制精度高以及符合國內(nèi)操作習(xí)慣等的特點(diǎn)，使其具有廣闊的市場前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷剛. 數(shù)控切割機(jī)圖形顯示與實(shí)時(shí)跟蹤[D]. 西南交通大學(xué) 2012

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[3]施蕓. 數(shù)控切割機(jī)工藝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作[D]. 西南交通大學(xué) 2011

第5篇：數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作范文

關(guān)鍵詞： 半閉環(huán)控制 全閉環(huán)控制 光柵尺 間隙補(bǔ)償 精準(zhǔn)制造

伴隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展，制造業(yè)的精準(zhǔn)制造已經(jīng)成為行業(yè)的共識(shí)，加工高精度的產(chǎn)品一定要有高精度的設(shè)備作為支撐，數(shù)控機(jī)床是當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)的主流裝備，是市場熱門商品，原來半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床是將位置檢測裝置安裝在伺服電機(jī)的端部或是絲桿的端部，通過間接測量絲桿的角位移從而得到工作臺(tái)的實(shí)際位置，再對工作臺(tái)的實(shí)際位移量進(jìn)行補(bǔ)償，它沒有直接測量出工作臺(tái)的實(shí)際位移，然而因?yàn)樗欧M(jìn)給電機(jī)與絲桿不同軸、絲桿的熱脹冷縮、絲桿的螺距誤差、傳動(dòng)間隙、彈性變形等都影響了機(jī)床的精度，但在半閉環(huán)系統(tǒng)里測量反饋元件就沒有檢測機(jī)械部分的精度，這就影響了數(shù)控機(jī)床的總體控制精度。目前半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)已無法滿足用戶的需求，數(shù)控機(jī)床為了滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求，不斷向高速和高精度數(shù)控機(jī)床發(fā)展。 將位置檢測器裝置直接安裝在工作臺(tái)上的全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床， 它能直接檢測機(jī)床的實(shí)際位置反饋信號(hào)，隨時(shí)進(jìn)行比較，根據(jù)其差值與指令進(jìn)給位移的要求，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換后，隨時(shí)對驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正，提高了控制精度。但全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床一般價(jià)格都比較昂貴，對于很多已經(jīng)購買了半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的企業(yè)來說，重新采購的話，成本必然很高，然而根據(jù)加工零部件的需要，購買相關(guān)部件，改裝全閉環(huán)機(jī)床無疑是節(jié)約成本，提高精度的良策。

1.選擇光柵考慮的主要因素：

大部分的設(shè)備都能用的是方波輸出的光柵尺，工作電壓有5V，24V的，然后主要選擇精度等級(jí)、測量行程、分辨率、輸出的是ABZ相還是帶有反相信號(hào)的差分輸出尺。光柵尺的測量方式分增量式光柵尺和絕對式光柵尺兩種，所謂增量式光柵尺就是光柵掃描頭通過讀出到初始點(diǎn)的相對運(yùn)動(dòng)距離而獲得位置信息，為了獲得絕對位置，這個(gè)初始點(diǎn)就要刻到光柵尺的標(biāo)尺上作為參考標(biāo)記，所以機(jī)床開機(jī)時(shí)必須回參考點(diǎn)才能進(jìn)行位置控制。而絕對式光柵尺以不同寬度、不同問距的閃現(xiàn)柵線將絕對位置數(shù)據(jù)以編碼形式直接制作到光柵上，在光柵尺通電的同時(shí)后續(xù)電子設(shè)備即可獲得位置信息，不需要移動(dòng)坐標(biāo)軸找參考點(diǎn)位置，絕對位置值從光柵尺比增量式光柵尺成本高 20%左右，機(jī)床設(shè)刻線上直接獲得。

2.安裝注意事項(xiàng)：

2.1.光柵尺體的唇形密封條部分必須避開切削液濺落方向，這樣有利于尺體的有效密封。

2.2.動(dòng)態(tài)特性要求高，或切削振動(dòng)大的場合采用尺體全長固定方式。

2.3.在安裝條件允許的情況下，優(yōu)先選擇把讀書頭安裝在相對固定的部件上，這樣有利于輸出導(dǎo)線的布置。

2.4.尺體相對于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的平行度誤差不大于0.2毫米。

2.5.尺體相對安裝面的平行度誤差不大于0.2毫米。

2.6.讀書頭與尺體間隙控制在1～1.5mm以內(nèi)，誤差不大于0.2毫米。

2.7.位移傳感器限位裝置光柵線位移傳感器全部安裝完以后，一定要在機(jī)床導(dǎo)軌上安裝限位裝置，以免機(jī)床加工產(chǎn)品移動(dòng)時(shí)讀數(shù)頭沖撞到主尺兩端，從而損壞光柵尺。另外，用戶在選購光柵線位移傳感器時(shí)，應(yīng)盡量選用超出機(jī)床加工尺寸100mm左右的光柵尺，以留有余量。

3.下面以華中數(shù)控808型系統(tǒng)為例，介紹數(shù)控車床X軸的半閉環(huán)改裝全閉環(huán)流程。

3.1.光柵尺選型

改裝前要保證數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器、光柵尺相關(guān)性能要相互支持，機(jī)床在半閉環(huán)情況下是正常狀態(tài)。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器及機(jī)床X軸行程選擇中科院長春光機(jī)所的JC09型號(hào)光柵尺，有效行程295毫米，分辨率0.01微米。

3.2.光柵尺安裝

將主尺安裝在機(jī)床的工作臺(tái)（小拖板）上，隨機(jī)床走刀而動(dòng)，讀數(shù)頭固定在床身上，并找正，布好線，安裝圖如下，傳感器應(yīng)附帶加裝護(hù)罩，護(hù)罩的設(shè)計(jì)是按照傳感器的外形截面放大留一定的空間尺寸確定，護(hù)罩通常采用橡皮密封，使其具備一定的防水防油能力。

3.3.相關(guān)參數(shù)設(shè)置

改裝前先開機(jī)將數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)X軸的補(bǔ)償值清零，關(guān)機(jī)再將光柵尺的信號(hào)線插入驅(qū)動(dòng)器的XS6接口，將X軸電機(jī)動(dòng)力電源線斷開。

3.3.1.開機(jī)修改如下驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，并保存。

PA34=2003（修改驅(qū)動(dòng)器參數(shù)允許），STB12=1（驅(qū)動(dòng)器識(shí)別光柵尺協(xié)議），STB13=0，STB14=1，PA10=0，PB54=默認(rèn)值（全閉環(huán)跟蹤誤差），PB55=3（分頻比），PB53=200（驅(qū)動(dòng)器上電使能時(shí)間），PA34=1230（保存允許）。

3.3.2.修改系統(tǒng)軸參數(shù)

100004參數(shù)電子齒輪比分子為4000，100005號(hào)參數(shù)電子齒輪比分母為50000，100067號(hào)電機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為50000；設(shè)備6中的506015號(hào)反饋位置循環(huán)脈沖數(shù)設(shè)為50000。

3.3.3.保存參數(shù)并斷電，再重新上電。

3.3.4.在顯示畫面中按下“聯(lián)合”顯示，人為的轉(zhuǎn)動(dòng)X軸向正方向移動(dòng)，看機(jī)床實(shí)際坐標(biāo)值是否是增大的，否則將驅(qū)動(dòng)器參數(shù)PA10改為512，一定要確認(rèn)正確后才能關(guān)電，插入X軸電機(jī)的電源線，否則可能會(huì)發(fā)生飛車現(xiàn)象，損壞機(jī)床或光柵尺。

3.4.設(shè)置機(jī)床參考點(diǎn)

開機(jī)手動(dòng)將X軸移動(dòng)到參考點(diǎn)位置，設(shè)置X軸的機(jī)床參考點(diǎn)，計(jì)算所得的參考點(diǎn)電機(jī)位置數(shù)值輸入到100012號(hào)參數(shù)中（編碼器反饋偏置量）。

3.5.設(shè)置機(jī)床X軸的正負(fù)軟限位。

注意正確設(shè)置軸的正負(fù)軟限位，以免機(jī)床超程損壞光柵尺，最好保證光柵尺的定尺兩端和動(dòng)尺有10mm的空間。

4.結(jié)論

通過數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器和光柵尺的正確合理配型，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)和驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)，數(shù)控車床的定位精度、重復(fù)定位精度均能提高到幾個(gè)微米以內(nèi)，滿足大部分零件的加工精度要求，特別有利于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品的一致性。另安裝絕對式光柵尺的機(jī)床，在重新開機(jī)后無需執(zhí)行參考點(diǎn)回零操作，就立刻重新獲得各個(gè)軸的當(dāng)前絕對位置以及刀具的空間指向，因此可以馬上從中間處開始繼續(xù)原來的加工程序，大大提高了數(shù)控機(jī)床的有效加工時(shí)間，并對重要部件的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高機(jī)床的可靠性，另外還可以在任何時(shí)間確定機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件所處的位置。在實(shí)際的過程中，我們可以根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備，考慮合理的性價(jià)比，選擇滿足加工要求的最佳配置來完成全閉環(huán)改造，不僅可以降低生產(chǎn)成本，也讓眾多中小企業(yè)以較小的代價(jià)，跟上快速發(fā)展高精現(xiàn)代加工技術(shù)的步伐，對數(shù)控機(jī)床廠和數(shù)控制造業(yè)有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

第6篇：數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作范文

關(guān)鍵詞：數(shù)控改造 數(shù)控龍門銑 840D SL數(shù)控系統(tǒng)

一、引言

HAGEMATIC S201數(shù)控龍門銑是奧地利HAGE機(jī)床廠90年代的產(chǎn)品，采用西門子840C數(shù)控系統(tǒng)，具有一個(gè)主軸、一個(gè)C軸、一個(gè)A軸、三個(gè)控制軸，具有較強(qiáng)的型材加工能力。但由于該設(shè)備使用年限已久，電氣、機(jī)械等方面都存在一定的老化和磨損，導(dǎo)致設(shè)備的故障率、停機(jī)率升高，嚴(yán)重威脅生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

考慮到該機(jī)床的功能較齊全，主要功能部件完好。對其采用技術(shù)改造，不僅設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小，節(jié)省大量投資且更能充分地體現(xiàn)企業(yè)的使用意愿。本課題以此為研究背景，采用西門子840D SL數(shù)控系統(tǒng)對其進(jìn)行改造。

二、改造技術(shù)方案[1，2]

機(jī)床是由機(jī)、電、液三個(gè)部分組成，在設(shè)計(jì)總體方案時(shí)應(yīng)從這三方面來考慮機(jī)床的各種功能和使用情況。

1.電氣部分[3]

1.1用840D sl系統(tǒng)替代原來的840C系統(tǒng)。

1.2用10.4寸液晶顯示器和全鍵盤MCP操作面板。

1.3選擇PCU50.3B-C+60G串口硬盤。

1.4驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用S120+1FK7伺服電機(jī)+1PH7電機(jī)代替原驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

1.5更新各軸外制編碼器，增加四個(gè)SMC20模塊。

1.6將各軸由開環(huán)改為半閉環(huán)控制。

1.7制作新的操作站。

2.機(jī)械部分

對機(jī)械損壞的部分進(jìn)行修復(fù)，損壞部件更新，并制作電機(jī)連接部分。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.數(shù)控系統(tǒng)選型

根據(jù)該設(shè)備的電氣控制和機(jī)械加工特點(diǎn)，考慮性價(jià)比、技術(shù)方面、操作方面的因素。我們采用西門子840D SL數(shù)控系統(tǒng)，具體選型歸納如下：

1.1PCU模塊：PCU50.3B-C.

1.2OP單元：OP 010.

1.3MCP單元： MCP483C PN.

1.4NCU模塊：NCU720.2.

1.5電源模塊：ALM.

1.6驅(qū)動(dòng)裝置：S120.

1.7進(jìn)給軸伺服電機(jī)：1FK7.

1.8主軸伺服電機(jī)：1PH7.

2.電氣系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

2.1根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)軟硬件功能，結(jié)合HAGE數(shù)控車床的實(shí)際情況，對原電氣控制線路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

2.2機(jī)床輔助系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，包括自動(dòng)換刀裝置、等輔助電路設(shè)計(jì)。

2.3對機(jī)床液壓系統(tǒng)控制重新設(shè)計(jì)。

四、系統(tǒng)的調(diào)試軟件、機(jī)床參數(shù)[4]設(shè)置及調(diào)整、程序設(shè)計(jì)

1.調(diào)試軟件

在PCU上安裝840D SL的HMI軟件， 840D SL數(shù)控系統(tǒng)NCU中集成了S7-300PLC和CNC單元。對PLC程序設(shè)計(jì)和調(diào)試采用STEP7_V5.5_CN，該軟件安裝完成后再安裝NCU中自帶的光盤Toolbox for 840D Sl，其中集成了840D SL的硬件組態(tài)[5]信息，同時(shí)也集成了NC-VAR Selector等軟件。

接下來我們需要安裝S120的調(diào)試軟件STARTER和一些附助工具vncviewer、WinSCP等。

2.機(jī)床參數(shù)設(shè)置及調(diào)整

數(shù)控機(jī)床電氣改造的一項(xiàng)重要工作就是在機(jī)床硬件安裝完成后進(jìn)行CNC系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定。NC調(diào)試就是要完成機(jī)床的參數(shù)匹配工作。機(jī)床數(shù)據(jù)設(shè)定包括：

2.1通道MD數(shù)據(jù)設(shè)定。它用來實(shí)現(xiàn)各個(gè)伺服軸的定義和通道命名等工作。

2.2軸相關(guān)MD數(shù)據(jù)設(shè)定。它完成對針對各個(gè)軸的特征參數(shù)的設(shè)定，如主動(dòng)編碼器、限位、速度設(shè)定等。

2.3坐標(biāo)軸的試運(yùn)行及優(yōu)化。在坐標(biāo)軸的參數(shù)設(shè)定完成后，灌入基本的PLC程序，軸就可以運(yùn)行了。如果軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不理想，如抖動(dòng)、響應(yīng)速度等就需要對軸進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，有條件的最好做一次激光補(bǔ)償。

2.4在軸數(shù)據(jù)調(diào)整過程中也可以使用STARTER軟件進(jìn)行調(diào)整、監(jiān)控等。

3.系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

在840D SL系統(tǒng)中NCU與PLC、PLC與CPU50之間的通訊都是通過接口信號(hào)DB來實(shí)現(xiàn)的，因此我們在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中必須清楚的了解每個(gè)DB塊的含義。每個(gè)DB接口[6]的說明在《840D SL簡明調(diào)試手冊》和DOCONCD中都有闡述。當(dāng)PLC程序調(diào)試完成后我們需要對編制報(bào)警文本。

本設(shè)備設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是在換刀程序上，它需要NC和PLC相互配合才能完成換刀動(dòng)作，本文以此為例來說明PLC程序的編制過程。

床的刀庫是旋轉(zhuǎn)刀庫，總共有36個(gè)刀位，通過A軸進(jìn)行控制?，F(xiàn)在以2號(hào)刀為設(shè)計(jì)對象，設(shè)計(jì)出換刀程序。為了在以后的加工過程中方便用戶使用，故編寫了L22換刀子程序，其子程序設(shè)計(jì)如下所示：

3.1執(zhí)行換刀指令 T02 L22；

3.2PLC對實(shí)際刀號(hào)和目標(biāo)刀號(hào)進(jìn)行比較，如果不同執(zhí)行換刀程序，反之則完成換刀動(dòng)作；

3.3各軸運(yùn)動(dòng)到換刀位置，刀庫旋轉(zhuǎn)到實(shí)際刀號(hào)所要放置的位置；

3.4執(zhí)行換刀動(dòng)作，PLC通過各外部信號(hào)對換刀動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)控，如果不對則報(bào)警結(jié)果換刀，反之則執(zhí)行后面的動(dòng)作；

3.5換刀動(dòng)作完成，各軸回到安全位置；

3.6換刀動(dòng)作結(jié)束。

五、結(jié)束語

改造后機(jī)床幾何精度、定位精度、機(jī)床綜合性能等方面檢驗(yàn)后，得出結(jié)論：HAGE數(shù)控龍門銑符合《數(shù)控定梁龍門雕銑床》第1部分：精度檢驗(yàn)（JB/T 10818.1-2008）標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)床的定位、幾何精度總體超過改造前的水平，機(jī)械、電控系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，資料齊全，達(dá)到了改造目標(biāo)，驗(yàn)收合格，而且改造總費(fèi)用控制在同檔次進(jìn)口機(jī)床價(jià)格的25%以內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2005.

[2]孔昭永.數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的選配[J].機(jī)械工人（冷加工），2002（6）：28-30.

[3]SIEMENS.SINUMERIK&SINAMICS 機(jī)床設(shè)備 樣本NC61？2010.

[4]SIEMENS.SINUMERIK 840D solution line簡明調(diào)試手冊，2012：21-1-21-27.

第7篇：數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作范文

Abstract： DECKEL-FP4CC NC milling machine is produced in 90's，which could not operate because of the fault of Z axis servo motor， and same type motor had no production， so the Panasonic servo drive system substitute for Z axis servo system， and after the transformation， the machine runs well， providing a useful reference for the old machine tool to solve the similar fault.

關(guān)鍵詞： DECKEL-FP4CC數(shù)控銑；松下伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)替代；技術(shù)改造

Key words： DECKEL-FP4CC NC milling machine；Panasonic servo drive system substitution；technological transformation

中圖分類號(hào)：TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）10-0035-02

1 設(shè)備簡介

DECKEL-FP4CC數(shù)控銑是德國DECKEL公司90年代生產(chǎn)的設(shè)備，該數(shù)控銑數(shù)控系統(tǒng)采用DECKEL公司專用的數(shù)控系統(tǒng)，控制軟件采用DECKEL公司自己開發(fā)的DIALOG 11 CNC控制軟件，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用BOSCH SM系列伺服模塊，伺服電機(jī)采用SIEMENS 1FT系列電機(jī)，位置反饋采用HEIDENHAIN系列光柵尺，組成全閉環(huán)伺服系統(tǒng)。該設(shè)備機(jī)械性能穩(wěn)定，精度較高。CNC系統(tǒng)采用菜單操作方式，各種診斷齊全，使用方便。在我公司使用近二十年。該設(shè)備一直較穩(wěn)定，但再好的設(shè)備也有出問題的時(shí)候，去年該設(shè)備在工作中Z軸出現(xiàn)報(bào)警，經(jīng)過技術(shù)人員檢查，發(fā)現(xiàn)Z軸伺服電機(jī)損壞，經(jīng)過咨詢西門子公司，同型號(hào)的電機(jī)已不生產(chǎn)，也沒有替代產(chǎn)品，考慮到該設(shè)備機(jī)械性能穩(wěn)定，幾何精度沒有喪失，公司決定對其進(jìn)行改造。

2 改造方案的選擇

方案1：保留原機(jī)床機(jī)械結(jié)不變，保留原來的光柵反饋系統(tǒng)，拆除原CNC系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)模塊和伺服電機(jī)。采用成熟的數(shù)控系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)對該機(jī)床進(jìn)行全面的升級(jí)改造，費(fèi)用大約需25萬左右，改造周期大約兩個(gè)月。

方案2、保留原機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)和CNC系統(tǒng)不變，保留X、Y軸和主軸驅(qū)動(dòng)不變，只拆除Z軸驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)。只對Z軸驅(qū)動(dòng)模塊和Z軸電機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造。由于原CNC系統(tǒng)伺服控制采用模擬量控制，故這個(gè)方案較易試驗(yàn)，費(fèi)用大約只4萬元，改造周期二周。

方案1雖成熟，沒有風(fēng)險(xiǎn)，但費(fèi)用較多，周期較長，且該機(jī)床已使用近二十年，機(jī)械性能雖然較穩(wěn)定，但也接近壽命期，花費(fèi)是否值得。方案2費(fèi)用低，周期短，也不改變原操作界面和習(xí)慣，使用方便，但原CNC系統(tǒng)與新配的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間能否對接，由于沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。雖然方案2存在風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)綜合考慮決定采用方案2。

3 改造方案的實(shí)施

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備

3.1.1 分析原機(jī)床原理圖 原機(jī)床的CNC控制系統(tǒng)采用DECKEL DIALOG11數(shù)控系統(tǒng)，CNC與Z軸驅(qū)動(dòng)模塊信號(hào)如圖1。①速度模擬量信號(hào)±10VDC。②伺服使能信號(hào)24VDC。③伺服驅(qū)動(dòng)模塊到CNC系統(tǒng)的信號(hào)只有兩個(gè)伺服故障報(bào)警信號(hào)BT1和BT2（24VDC）。④光柵位置反饋信號(hào)直接接入CNC系統(tǒng)。⑤PLC輸出的Z軸電機(jī)的剎車信號(hào)（24VDC）。

3.1.2 伺服模塊及電機(jī)的選擇 根據(jù)原來CNC驅(qū)動(dòng)信號(hào)的要求，選擇技術(shù)成熟先進(jìn)的松下伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，型號(hào)MFDDTB3A2。根據(jù)原電機(jī)扭矩和速度的要求，選擇與只配套的伺服電機(jī)：型號(hào)MSMA502P1H功率5KW電壓3相200VAC電流28.5A轉(zhuǎn)速3000r/min，自帶反饋編碼器和24V抱閘。

3.2 線路設(shè)計(jì)及安裝

3.2.1 線路設(shè)計(jì) 由于MFDDTB32伺服模塊供電電壓為3相200V，要增加一臺(tái)3相380V變3相200V 5KVA的變壓器T3。伺服模塊報(bào)警輸出端只有一個(gè)，可以接一個(gè)24V繼電器Kin1，再利用Kin1的兩對觸點(diǎn)做BT1和BT2的輸入。PLC輸出的驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)連接一個(gè)繼電器Krun1，Krun1的觸點(diǎn)連接24V到MFDD模塊的運(yùn)行控制端。電源直接從原電源模塊前接入，增加一個(gè)14A的負(fù)荷開關(guān)QF3用于保護(hù)。電氣原理如圖2。

3.2.2 電氣安裝 原控制柜內(nèi)空間較大，在柜底適當(dāng)位置安裝變壓器T3，伺服模塊安裝在柜內(nèi)后板上，適當(dāng)位置裝負(fù)荷開關(guān)QF3和繼電器Kin1和Krun1，走線注意電磁干擾。

3.2.3 機(jī)械安裝 由于原滾珠絲杠與電機(jī)采用同步帶傳動(dòng)，不改變原主從同步輪的齒比，由于新的電機(jī)比原來的電機(jī)尺寸要小很多，必須重新制作電機(jī)安裝法蘭和電機(jī)軸安裝同步輪的襯套，具體尺寸實(shí)際測繪。

3.3 伺服模塊參數(shù)設(shè)定和調(diào)試

3.3.1 主要參數(shù)設(shè)定 在按下緊停按鈕情況下機(jī)床通電，新的伺服模塊上電，設(shè)定伺服模塊的參數(shù)：參數(shù)Pr02設(shè)為1，表示 S模式（速度控制模式）。Pr21設(shè)為6（慣量自動(dòng)學(xué)習(xí)）。參數(shù)Pr50為速度控制模擬電壓值，單位為（r/min）/v，它的大小決定著Z軸運(yùn)行速度的準(zhǔn)確度。Pr50值與Z軸的最高G0速度S、Z軸絲杠螺距T、模擬量最大電壓值V、主從同步輪的齒比P有關(guān)，如下公式：Pr50﹦S÷T÷P÷V。在此機(jī)床中S=10000mm/min，T=10mm，V=10v，P=1/2，故Pr50=200。參數(shù)Pr51設(shè)定速度模擬電壓的方向，如果實(shí)際運(yùn)行方向與理論給定方向不一致，請改變這個(gè)參數(shù)設(shè)定0或1。

3.3.2 上電調(diào)試 松開緊停按鈕，其他軸伺服上電，新的伺服模塊使能加上，檢查抱閘信號(hào)，確認(rèn)抱閘松開（通電前可以在Z軸下方墊一塊枕木，防止意外滑落），將進(jìn)給倍率調(diào)到最小，點(diǎn)動(dòng)Z軸上升，同時(shí)觀察實(shí)際位置和理論顯示是否變化，確認(rèn)Z軸實(shí)際上升，但Z軸上升到一定距離就出現(xiàn)Z軸跟隨誤差過大報(bào)警。將顯示屏幕切換到跟隨誤差監(jiān)視界面，發(fā)現(xiàn)隨Z軸移動(dòng)距離越大，Z軸跟隨誤差就越大，這說明實(shí)際速度與理論速度有誤差，伺服模塊的參數(shù)Pr50設(shè)定不正確。仔細(xì)檢查各個(gè)參數(shù)的選擇，發(fā)現(xiàn)絲杠螺距測量不正確，應(yīng)該是8mm而不是10mm。Pr50應(yīng)設(shè)為250。修改參數(shù)后Z軸運(yùn)行平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，滿足生產(chǎn)要求。

4 總結(jié)

這次改造技術(shù)可能不是最先進(jìn)的和最好的，但達(dá)到了原來預(yù)想的目的，為公司節(jié)約了改造經(jīng)費(fèi)，為老機(jī)床解決相似故障提供一種借鑒和思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋濤，張清泉，張勇，安晨輝，張飛虎.基于PMAC的直線電機(jī)進(jìn)給控制系統(tǒng)研究[J].航空精密制造技術(shù)，2009（05）.

第8篇：數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作范文

關(guān)鍵詞：測量儀光柵裝置應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：TN29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2012）03-0000-00

測量機(jī)屬于精密儀器，選擇安裝地點(diǎn)時(shí)，要考慮機(jī)器類型、外型尺寸、機(jī)器重量、結(jié)構(gòu)形式、周圍環(huán)境，如振動(dòng)情況、溫度條件、適合的吊裝，輔助設(shè)備如：合適的氣源、電源的安排等。安裝測量機(jī)最合適的地方是溫度、濕度和振動(dòng)等都可以被穩(wěn)定控制的房間，一般不適于有陽光的直射方向，最好朝向?yàn)楸毕蚧驔]有窗戶，因?yàn)殛柟鈱τ谑覂?nèi)的溫度有影響，不利于溫度的控制，本文重點(diǎn)對數(shù)控機(jī)床中的光柵測量的裝置問題進(jìn)行了探討和研究。

1、數(shù)控機(jī)床中測量裝置的技術(shù)分析

當(dāng)前最為先進(jìn)的測量技術(shù)都是采用材料累加原理，以光敏樹脂為原材料，導(dǎo)入三維圖利用Magics軟件進(jìn)行編程數(shù)據(jù)處理，能在很短的時(shí)間內(nèi)直接制造產(chǎn)品樣品，無須傳統(tǒng)的機(jī)械加工機(jī)床和模具。設(shè)計(jì)者可以把快速成型出來的實(shí)體手板樣件對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評定，對產(chǎn)品功能進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)過模擬試驗(yàn)進(jìn)行生產(chǎn)可行性評估，根據(jù)用戶對設(shè)計(jì)方案的反饋信息，對設(shè)計(jì)方案再進(jìn)行修改和再驗(yàn)證，這樣可以得到工作性能和經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)良的設(shè)計(jì)方案，既節(jié)省了設(shè)計(jì)費(fèi)用，又縮短了產(chǎn)品研制周期。它的最大的特點(diǎn)是制作過程和制作成本不受樣件本身的復(fù)雜程度影響，真正實(shí)現(xiàn)了想得到，做得到。光柵快速成型機(jī)的具有成型速度快、精度高和表面質(zhì)量好等特點(diǎn)。

目前由上海滬量測量公司研發(fā)的RS系列SLA激光快速成型機(jī)通過了高新技術(shù)成果論定，是國內(nèi)快速成型制造設(shè)備的典型代表之一。RS系列激光快速成型設(shè)備采用國際上最先進(jìn)的激光快速成型工藝Stereo Lithography(SL)。SL工藝是機(jī)械、激光、光化學(xué)、軟件、控制技術(shù)的結(jié)晶,它是基于光敏樹脂受紫外光照射凝固的原理,計(jì)算機(jī)控制激光逐層掃描固化的截面是由零件的三維CAD模型軟件分層得到，直至最后得到光敏樹脂實(shí)物原型。目前快速成型技術(shù)已經(jīng)在汽車、航空、航天、電子、家電、工業(yè)設(shè)計(jì)以及高等教育等國民經(jīng)濟(jì)的主戰(zhàn)場得到廣泛應(yīng)用。公司研發(fā)生產(chǎn)的SLA激光快速成型機(jī)已出口多個(gè)國家和地區(qū)，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益，應(yīng)用前景十分廣闊。

2、光柵測量裝置的應(yīng)用

2.1測量原理

光柵測量是利用光的衍射原理，通過疊放的光柵的相對運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生與之同步移動(dòng)的莫爾條紋信號(hào)，然后通過讀數(shù)頭與后續(xù)電路，將導(dǎo)軌、工作臺(tái)的位置等信號(hào)轉(zhuǎn)變成信號(hào)讀出來，其讀數(shù)分辨率可達(dá)5nm。當(dāng)兩塊相同的長光柵跌合，如果柵線的夾角很小時(shí)，莫爾條紋的方向與光柵條紋方向近似垂直。光柵盤上黑白刻線的相對移動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生光強(qiáng)度周期性變化，此光信號(hào)經(jīng)光電池轉(zhuǎn)換成為周期性的電信號(hào)，對電信號(hào)進(jìn)行分析處理，就可獲得光柵相對移動(dòng)的位移量。

2.2光柵尺工作原理

光柵由光源、主光柵、指示光柵及光電元件所組成。其中計(jì)量光柵主要利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象來測量位移，這種方法具有測量精度高，對測量時(shí)的相對約束小等優(yōu)點(diǎn)；在測量過程中，要將光源放置在主光柵的側(cè)面，光電元件放置在指示光柵的側(cè)面，當(dāng)主光柵與指示光柵發(fā)生相對位移時(shí)，由于光源的照射造成兩光柵尺的線紋相交，從容產(chǎn)生了明暗相間的莫爾條紋。光柵傳感器會(huì)產(chǎn)生近似正弦函數(shù)的曲線，指示光柵的光元件將這種放大信號(hào)進(jìn)行整合，輸入脈沖信號(hào)，最終形成了兩路相角相差90°的脈沖方波，從而進(jìn)行測量位移的大小和方向。

2.3光柵莫爾條紋的辨向

光柵信號(hào)的辨向是實(shí)現(xiàn)光柵動(dòng)態(tài)測量的關(guān)鍵步驟，因?yàn)槟獱枟l紋的光強(qiáng)度近似呈正弦曲線變化，所以光電元件所感應(yīng)的光電流也會(huì)成為近似正弦曲線的規(guī)律變化；對于這種信號(hào)，經(jīng)過放大、整合后會(huì)形成脈沖，最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息輸出，可以根據(jù)脈沖的個(gè)數(shù)確定位移量。在測量中，可以利用計(jì)數(shù)器的脈沖數(shù)的增加和減少來辨別莫爾條紋的移動(dòng)方向，如果輸入可逆計(jì)數(shù)器的脈沖數(shù)累加，則莫爾條紋向正向移動(dòng)，如果輸入可逆計(jì)數(shù)器的脈沖數(shù)減少，則莫爾條紋反向移動(dòng)。因此，在光柵的動(dòng)態(tài)測量時(shí)，一定要掌握光柵條紋的辨向。

3、光柵測量裝置的維護(hù)

3.1 Z軸檢測信號(hào)丟失

在數(shù)控機(jī)床工作過程中，由于設(shè)備磨損，導(dǎo)致零件間隙過大，或者零件損壞，都會(huì)產(chǎn)生機(jī)器故障，因此在數(shù)控機(jī)床工作期間要做好光柵測量裝置的維護(hù)工作，及時(shí)在設(shè)備運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)問題。當(dāng)光柵測量裝置使用時(shí)間過長，可能會(huì)出現(xiàn)零件老化等問題，出現(xiàn)信號(hào)丟失，沒有將這些數(shù)據(jù)讀入設(shè)備，最終導(dǎo)致測量出現(xiàn)錯(cuò)誤，為了保證測量過程中信號(hào)不會(huì)丟失，就要做好光柵測量裝置的維護(hù)。在機(jī)床工作的過程中，從掃描單元輸出三組信號(hào)，其中兩組增量信號(hào)由四個(gè)光電池產(chǎn)生，把兩個(gè)相差180°的光電池連接在一起，他們的推挽就會(huì)形成兩組近似正弦波，相位相差90°的信號(hào)串；另外一組基準(zhǔn)信號(hào)也由兩個(gè)相差180°的光電池接成推挽式，輸出一個(gè)尖峰信號(hào)，這個(gè)信號(hào)智慧在晉國標(biāo)志時(shí)，產(chǎn)生，用來確認(rèn)機(jī)床的基準(zhǔn)點(diǎn)。兩組正弦波增量信號(hào)經(jīng)過放大整形后成為三角波信號(hào)串，這些信號(hào)分頻后會(huì)在一個(gè)信號(hào)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，即所謂的倍頻處理。增量信號(hào)經(jīng)倍頻細(xì)分后，經(jīng)輸出板處理成為矩形信號(hào)串，送入數(shù)控系統(tǒng)測量板。而光柵尺柵距為100μm，增量信號(hào)經(jīng)過處理后，每一刻繪產(chǎn)生1μm，這就是機(jī)床的分辨率。

3.2加工時(shí)出現(xiàn)周期性波紋

當(dāng)機(jī)床加工過程中出現(xiàn)了表面出現(xiàn)周期性波紋的情況，觀察機(jī)床，會(huì)看到X軸電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)周期性擺動(dòng)，這是就需要檢查機(jī)械和液壓系統(tǒng)是否存在問題，若這些部位正常工作，則故障可能出現(xiàn)X軸測量裝置，可以用雙路示波器觀察掃描單元送出的兩路正弦信號(hào)；造成電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)，且不穩(wěn)定的原因主要是測量裝置輸出的信號(hào)不穩(wěn)定，而造成測量值失誤，計(jì)算機(jī)因而送出的指令電壓就不穩(wěn)定，當(dāng)更換一個(gè)新的掃描單元后，機(jī)床就會(huì)恢復(fù)正常工作。

4、結(jié)語

雖然光柵測量裝置能達(dá)到較高的測量精度，但對操作者的要求也較高。操作者必須了解光柵測量裝置的工作原理，熟練掌握其使用功能，才能在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮出它的優(yōu)勢地位，提高機(jī)床的加工精度，有效的進(jìn)行誤差檢測并將誤差控制到最小，以滿足用戶對加工精度的具體要求。

參考文獻(xiàn)

第9篇：數(shù)控電源的設(shè)計(jì)與制作范文

表面貼裝技術(shù)(SMT)和通孔插裝技術(shù)(THT)的PCB板設(shè)計(jì)規(guī)范大不相同。SMT工藝對PCB板的要求非常高，PCB板的設(shè)計(jì)直接影響焊接質(zhì)量。在確定表面貼裝PCB板的外形、焊盤圖形以及布線方式時(shí)應(yīng)充分考慮電路板組裝的類型、貼裝方式、貼片精度和焊接工藝等。只有這樣，才能保證焊接質(zhì)量，提高功能模塊的可靠性。

一、 表面貼裝PCB板外形及定位設(shè)計(jì)

PCB板外形必須經(jīng)過數(shù)控銑削加工。如按貼片機(jī)精度±0.02mm來計(jì)算，則PCB板四周垂直平行精度即形位公差應(yīng)達(dá)到±0.02mm。對于外形尺寸小于50mm*50mm的PCB板，宜采用拼板形式，具體拼成多大尺寸合適，需根據(jù)貼片機(jī)、絲印機(jī)規(guī)格及具體要求而定。PCB板漏印過程中需要定位，必須設(shè)置定位孔。以英國產(chǎn)DEK絲印機(jī)為例，該機(jī)器配有一對D3mm的定位銷，相應(yīng)地在PCB上相對兩邊或?qū)蔷€上應(yīng)設(shè)置至少兩個(gè)D3mm的定位孔，依靠機(jī)器的視覺系統(tǒng)(Vision)和定位孔保證PCB板的定位精度。

PCB板的四周應(yīng)設(shè)計(jì)寬度一般為(5±0.1)mm的工藝夾持邊，在工藝夾持邊內(nèi)不應(yīng)有任何焊盤圖形和器件。如若確實(shí)因板面尺寸受限制，不能滿足以上要求，或采用的是拼板組裝方式，可采取四周加邊框的制作方法，留出工藝夾持邊，待焊接完成后，手工掰開去除邊框。

二、 PCB板的布線方式

1、走線要求

布線時(shí)盡量走短線，特別是對小信號(hào)電路來講，線越短電阻越小，干擾越小，同時(shí)藕合線長度盡量減短。

同一層上的信號(hào)線改變方向時(shí)應(yīng)該避免直角拐彎，盡可能走斜線，且曲率半徑大些的好。導(dǎo)線的分布應(yīng)考慮均勻、美觀。

2. 走線寬度和中心距

PCB板線條的寬度要求盡量一致，這樣有利于阻抗匹配。從PCB板制作工藝來講，寬度可以做到0.3mm、0.2mm甚至0.1mm，中心距也可以做到0.3mm、0.2mm、0.1mm，但是，隨著線條變細(xì)，間距變小，在生產(chǎn)過程中質(zhì)量將更加難以控制，廢品率將上升，制造成本將提高。除非用戶有特殊要求，選用0.3mm線寬和0.3mm線間距的布線原則是比較適宜的，它能有效控制質(zhì)量。

3、 電源線、地線的設(shè)計(jì)

對于電源線和地線而言，走線面積越大越好，以利于減少干擾，對于高頻信號(hào)線最好是用地線屏蔽，應(yīng)首先考慮信號(hào)線，再考慮電源線。同時(shí)應(yīng)根據(jù)電路設(shè)計(jì)處理好地線和靜電屏蔽層，必要時(shí)可以考慮大面積敷銅。

4、 多層板走線方向

多層板走線要按電源層、地線層和信號(hào)層分開，減少電源、地、信號(hào)之間的干擾。多層板走線要求相鄰兩層PCB板的線條應(yīng)盡量相互垂直或走斜線、曲線，不能平行走線，以利于減少基板層間藕合和干擾。大面積的電源層和大面積的地線層要相鄰，其作用是在電源和地之間形成了一個(gè)電容，起到濾波作用。

三、 焊盤設(shè)計(jì)控制

因目前表面貼裝元器件還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同的國家，不同的廠商所生產(chǎn)的元器件外形封裝都有差異，所以在選擇焊盤尺寸時(shí)，應(yīng)與自己所選用的元器件的封裝外形、引腳等與焊接相關(guān)的尺寸進(jìn)行比較，確定焊盤長度、寬度。

1、 焊盤長度

焊盤長度在焊點(diǎn)可靠性中所起的作用比焊盤寬度更為重要，焊點(diǎn)可靠性主要取決于長度而不是寬度。

2、 焊盤寬度

對于0805以上的阻容元器件，或腳間距在1.27mm以上的SD、SOJ等IC芯片而言，焊盤寬度一般是在元器件引腳寬度的基礎(chǔ)上加一個(gè)數(shù)值，數(shù)值的范圍在0.1-0.25mm之間。而對于0.65mm包括0.65mm引腳間距以下的IC芯片，焊盤寬度應(yīng)等于引腳的寬度。對于細(xì)間距的QFP，有的時(shí)候焊盤寬度相對引腳來說還要適當(dāng)減小，如在兩焊盤之間有引線穿過時(shí)。

3、 焊盤間線條的要求

應(yīng)盡可能避免在細(xì)間距元器件焊盤之間穿越連線，確需在焊盤之間穿越連線的，應(yīng)用阻焊膜對其加以可靠的遮蔽。

4、焊盤對稱性的要求

對于同一個(gè)元器件，凡是對稱使用的焊盤，如QFP、SOIC等等，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格保證其全面的對稱，即焊盤圖形的形狀、尺寸完全一致，以保證焊料熔融時(shí)，作用于元器件上所有焊點(diǎn)的表面張力保護(hù)平衡，以利于形成理想的優(yōu)質(zhì)焊點(diǎn)，保證不產(chǎn)生位移。

四、 基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)(Mark)設(shè)計(jì)要求

在PCB板上必須設(shè)置有基準(zhǔn)標(biāo)志，作為貼片機(jī)進(jìn)行貼片操作時(shí)的參考基準(zhǔn)點(diǎn)。不同類型的貼片機(jī)對基準(zhǔn)點(diǎn)形狀、尺寸要求不一樣。一般是在PCB板對角線上設(shè)置2-3個(gè)D1.5mm的裸銅實(shí)心作為基準(zhǔn)標(biāo)志。

對于多引腳的元器件，尤其是引腳間距在0.65mm以下的細(xì)間距貼裝IC，應(yīng)在其焊盤圖形附近增設(shè)基準(zhǔn)標(biāo)志，一般在焊盤圖形對角線上設(shè)置兩個(gè)對稱基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志，作為貼片機(jī)光學(xué)定位和校準(zhǔn)用。

五、其他要求

1、 過渡孔處理

焊盤內(nèi)不允許有過渡孔，且應(yīng)避免過濾孔與焊盤相連，以避免因焊料流失所引起的焊接不良。如過渡孔確需與焊盤互連，且過渡孔與焊盤邊緣之間的距離大于1mm.

2、字符、圖形的要求