Программирование станков с ЧПУ

Принцип подачи управляющих сигналов на электродвигатель станка с числовым программным управлением. Создание простого контроллера, характеристика шагового двигателя на кольцевом постоянном магните. Настройка программы "Schritt" для обработки детали.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

1

Федеральное агентство по образованию

ФГОУ СПО «Донской техникум информатики и вычислительной техники»

Курсовая работа

по дисциплине: «Микропроцессоры и микропроцессорные системы»

Тема проекта: «Программирование станков с ЧПУ»

Специальность 230101,

группа 4-К-1

Руководитель Киселев П.В.

Донской 2008

Содержание

Введение

Схемы управления электродвигателем

Простой контроллер Шагового Двигателя из компьютерного барахла

Шаговый двигатель на кольцевом постоянном магните (8 полюсов, 6 фаз, угол шага 15 градусов) с системой управления

Система управления

Работа с программой «Schritt»

Программа

Заключение

Список литературы

Введение

В настоящее время актуальной является тема облегчения человеческого труда, это наглядно демонстрирует развитие компьютерных технологий. В наше время достаточно трудно представить жизнь без каких либо механизмов или устройств помогающих в нашей тяжелой жизни. По всюду нас окружают машины и различная техника, их можно встретить везде, начиная с электронных часов на руке у первоклассника и заканчивая космическими станциями и луноходами.

Для управления механизмами и манипуляторами существуют два типа двигателей это: двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока (иначе называемые «шаговыми»). Они достаточно просты в эксплуатации и точны в измерениях, достаточно указать число тактов для совершения нужного числа оборотов.

Данный курсовой проект содержит материалы по пользованию и разработке станков с ЧПУ, так же имеются иллюстрации по пользованию программой «Schritt» в переводе с немецкого языка.

Данный курсовой проект описывает работу одной из простейших программ, для управления шаговыми двигателями - «Schritt». Эта программа осуществляет управление двигателем при помощи LPT-порта. К данной программе прилагается устройство соединяющее процессор компьютера с шаговыми двигателями. Одно такое устройство может объединить до четырех двигателей.

Модули системы позволяют осуществлять поверхностную фрезерную обработку, сложную токарную обработку по нескольким осям, простую фрезерную или токарную обработку, ротационную и многопозиционную фрезерную обработку, обработку целых групп деталей и комплектующих.

Разработано множество различных станков, от простых и очень дешевых, до очень дорогих, но их объединяет то, что их можно использовать в домашних условиях.



Схемы управления электродвигателем

Преобразовать схему 2 до рабочей с переменой направления вращения (4 балла). Идея перемены направления вращения показана на схеме в рамочке.

Объединение схем 1 и 2 в единую (5 баллов).

Размещено на

1

Схема 1

Размещено на

1

Схема 2

Размещено на

1

Размещено на

1

Размещено на

1

Каждый сталкивался в своей жизни с флоппи, CD и т.д. дисководами, принтерами, сканерами, в общем, устройствами, в состав которых входит шаговый двигатель. Вот сейчас будем его включать. На рисунке ниже схема, которую я нашел в интернете. Пусть простит меня автор, я не даю ссылку на него (просто не помню, где я ее нашел), но если он увидит эту статью, то узнает свою схему.



На самом деле все честно, все работает. Можно выложить еще кучу всяких схем, но нам сейчас важно понять не принцип работы схемы, а принцип подачи управляющих сигналов на двигатель. На диаграмме ниже - это видно.

На каждую из обмоток двигателя поочередно подаются импульсы, иногда на двух обмотках сразу присутствует высокий уровень сигнала.



Вот что мы имеем в конечном итоге, ну и, конечно же, компьютер с LPT портом. Питание для двигателя придется делать самому, причем для каждого типа двигателя - свое. В соответствии с диаграммой на входы A, B, C, D мы подаем последовательно 3, 2, 6, 4, 12, 8, 9, 1 через &H378. Причем откуда начинать не критично, вопрос в сохранении последовательности и повторении ее по «кругу» или столько, сколько нужно. Если же изменить направление последовательности (задом-наперед), вращение двигателя будет в противоположную сторону. Данная последовательность дает команду двигателю делать полушаги (это зависит от конструкции двигателя), для управления полным шагом последовательность будет такой 3, 6, 12, 9.

Простой контроллер Шагового Двигателя из компьютерного барахла

При подаче логической “1” на один из выводов (на остальных “0”), например на D0, транзистор открывается и ток течет через одну из катушек двигателя, при этом двигатель отрабатывает один шаг. Далее единица подается на следующий вывод D1, а на D0 единица сбрасывается в ноль. Двигатель отрабатывает следующий шаг. Если подавать ток сразу в две соседние катушки то реализуется режим полушагов (для моих двигателей с углом поворота 1,8' получается 400 шагов на оборот).

Рис. 1. Схема драйвера для 4-х фазного униполярного двигателя

К общему выводу подсоединяются отводы от середины катушек двигателя (их два если проводов шесть). Поняв принцип, несложно написать программу управляющую двигателем через LPT порт. Зачем в этой схеме диоды, а за тем, что нагрузка у нас индуктивная, при возникновении ЭДС самоиндукции она разряжается через диод, при этом исключается пробой транзистора, а следовательно и вывод его из строя. Еще одна деталь схемы - регистр RG (я использовал 555ИР33), используется как шинный формирователь, поскольку ток отдаваемый, например LPT портом мал - можно его элементарно спалить, а следовательно, есть возможность спалить весь компьютер.

Схема примитивна, и собрать такое можно минут за 15-20, если есть все детали. Однако у такого принципа управления есть недостаток - так как формирование задержек при задании скорости вращения задается программой относительно внутренних часов компьютера то работать в многозадачной системе (Win) это все не будет! Будут просто теряться шаги (может быть в Windows и есть таймер, но я не в курсе). Второй недостаток - это нестабилизированный ток обмоток, максимальную мощность из двигателя не выжать. Однако по простоте и надежности этот способ меня устраивает, тем более что для того, что бы не рисковать своим Атлоном 2 ГГц, я собрал из барахла 486 тарантас, и кроме ДОСа там, в принципе мало, что можно поставить нормальное.

Описанная выше схема работала и в принципе неплохо, но я решил, что можно несколько переделать схему. Применить MOSFET транзисторы (полевые), выигрыш в том, что можно коммутировать огромные токи (до 75 - 100 А), при солидных для шаговых двигателей напряжениях (до 30 В), и при этом детали схемы практически не греются, ну если не считать предельных значений.

Как всегда в России возник вопрос, где взять детали. Возникла идея - извлечь транзисторы из горелых материнских плат.

Рис. 2. То же на полевых транзисторах

Отличий в этой схеме немного, в частности была применена микросхема нормального буфера 75LS245 (выпаяна из 286 материнской платы). Диоды можно поставить любые, главное, что бы их максимальное напряжение не было меньше максимального напряжения питания, а предельный ток не меньше тока питания одной фазы. Я поставил диоды КД213A, это 10 А и 200 В. Резисторы служат для ограничения тока перезарядки емкости затворов.

Ниже приводится печатная плата контроллера построенного по такой схеме.



Рис. 3. Печатная плата

Печатная плата разведена для поверхностного монтажа на одностороннем текстолите. Микросхемы в DIP корпусах паяются с подогнутыми ножками, резисторы SMD с тех же материнских плат. Файл с разводкой в Sprint-Layout 4.0 прилагается. Можно было бы запаять на плату и разъемы, но лень как говорится - двигатель прогресса, да и при отладке железа удобнее было запаять провода подлиннее.

Еще необходимо отметить, что схема снабжена тремя концевиками, на плате справа снизу шесть контактов вертикально, радом с ними посадочные места под три резистора, каждый соединяет один вывод выключателей с +5В. Схема концевиков:

Рис. 4. Схема концевиков

Вот так это выглядело в процессе наладки системы:



В результате на представленный контроллер потрачено не более 150 рублей: 100 рублей за материнские платы (при желании можно вообще бесплатно достать) + кусок текстолита, припой и банка хлорного железа в сумме тянут на ~50 рублей, причем хлорного железа останется потом еще много. Так как практически все детали сделаны в домашних условиях, с помощью дрели, напильника, ножовки, рук и такой то матери, то зазоры конечно гигантские, однако модифицировать отдельные узлы в процессе эксплуатации и опытов проще, чем изначально делать все точно.

Если бы на Орловских заводах проточить отдельные детали не стоило бы так дорого, то конечно проще было бы вычертить все детали в CAD'е, со всеми квалитетами и шероховатостями.

Шаго...