數控加工是現代制造技術的基礎，隨著計算機技術的發展，采用數控系統的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等[1-3]。此外，還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。

    本文設計的基于AVR單片機的飼料環模機械加工鉆床的自動控制系統就是為飼料環模機械加工而設計的高科技自動化生產設備[4-6]。該產品能夠提高飼料環模機械的加工效率、降低生產成本，同時也能提高我國農業機械化的生產效率，提高農產品的科技含量，增強我國農產品的市場競爭力，提高農民的收入。
1 總體結構與工作原理
    該產品主要由主控制器系統、鍵盤/顯示控制系統、氣動開關（電磁閥）控制系統、位置傳感器系統、報警單元、時間繼電器系統和步進電機及其驅動系統六部分組成[7-9]。其中：主控制器為ATmega128單片機，控制整個系統的運行；鍵盤/顯示控制系統由3×8矩陣鍵盤和16位LED共陽數碼管組成；報警單元用來提示工作中的異常情況；步進電機由三相步進電機和五相步進電機組成，其中三相步進電機用來控制前行和后行，五相步進電機用來控制左行和右行；氣動開關（電磁閥）控制系統用來控制鉆頭的抬起和下壓；時間繼電器系統用來控制鉆孔時間；位置傳感器系統用來控制孔是否打通。
2 系統設計
2.1 電機驅動部分
    三相步進電機和五相步進電機的控制電路如圖1所示。

能夠均勻地分布在加工坯件一周，則不做修正。
2.4 驅動板
      單片機的輸出控制信號需經驅動板放大后才能驅動液壓閥工作。
2.4.1 供電電源
      使用電壓:控制器使用電壓為交流220 V，鉆床使用電壓為交流380 V。
2.4.2 電源轉換電路
      采用IN4007橋式整流電路和7805穩壓電路將電壓從12 V交流轉化成5 V直流，給單片機以及數碼管供電，如圖5所示。
      采用IN4007橋式整流電路和7824穩壓電路將電壓從24 V交流轉化成24 V直流，給時間繼電器和光耦P521供電，如圖6所示。
2.4.3 二位三通電磁閥接口電路
      二位三通電磁閥的得失電利用NPN三極管C945與光耦P521構成的開關電路來完成，如圖7所示。

3 實驗
    控制板安裝完畢后，按以下步驟進行設置：
    (1)調節動力頭高度：按照所需加工環模大小，調整動力頭支架高度，使動力頭高度適合加工要求（應考慮到阻尼器是否安裝）。
    (2)校正垂直高度：裝上銑刀后，使動力頭主軸在環模上劃下圈痕，判斷并調節左（右）動力頭支架，直到圈痕均勻后，擰緊動力頭支架固定螺絲。
    (3)吹出阻尼器壓力桿：插上阻尼器氣管，開啟電腦電源和驅動電源，按“復位”，使壓力桿自動釋放，調節阻尼器上的壓力旋鈕。
    (4)點孔調校：墊上2 mm左右鐵片，根據所加工環模要求，輸入各參數，打開驅動電源和氣動變頻器，選擇開關至“點孔”位置，按動“啟動”鍵，配合阻尼器，直到合適為止。
    (5)鉆孔調校：墊上2 mm鐵片，調整阻尼器高度，使鉆頭頂著鐵皮；選擇“步進”；啟動系統。每次鉆孔進刀量由時間繼電器、阻尼器壓力配合調節，“初鉆時間”繼電器可調整第一刀的進刀量，“次鉆時間”繼電器可調整第二刀及以后的進刀量。
    (6)阻尼器壓力桿旁邊的一個較大螺絲，起到深度限位作用（可用于鉆階梯孔或起保護作用），調節其高度使其適合加工要求。
    其中的參數選擇如下：
    (1)孔距數值=108 000/每圈孔數（建議選擇能夠整除的孔數）；
    (2)錯位=孔距/2；
    (3)排距=每排間距（mm）×400（根據絲桿螺距而定）。
    把計算好的孔數、排數、孔距、排距、鉆孔次數、鉆速等參數通過面板輸入微電腦，按啟動開始鉆孔。
    該產品利用AVR單片微控制器作為主控制單元，按時序、按步驟地控制步進電機、電磁閥、時間繼電器等設備工作；鍵盤輸入和LED顯示提供友好的人機控制界面，能夠清楚地提供電機運行的速度、方向以及電機驅動器的參數設置等數據的顯示情況；自動化程度高，大大提高了工作效率，降低了勞動強度，并可實現一人多機操作管理。
參考文獻
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