自動進給控制系統是數控機床等現代加工設備的重要組成部分。本文介紹了以中規模數字集成計數器IC74191為核心,以步進電機為執行元件的數字化自動進給控制系統,用電子設計自動化(EDA)軟件進行了系統的研究和設計,給出了系統仿真和實驗結果。

1 系統結構框圖

數控機床等現代加工設備是采用自動控制、數字裝置或計算機，全部或部分地取代一般通用機床加工零件時的人工控制。數控機床的各種控制功能，均是以數字和文字代碼方式為控制指令。圖1是自動進給系統的邏輯框圖。

2 基于IC74191的自動進給控制系統的設計

圖2是基于IC74191的自動進給驅動系統的電路圖。集成計數器(74191)、4-16線譯碼器(74159)、編程開關[D][C][B][A]、譯碼顯示器組成狀態譯碼置零可編程計數器。741191的輸出端QD，QC，QB，QA接74159的數碼輸入端，并在輸出端翻譯出相應的16個狀態，再由74150通過編程開關[D][C][B][A]選中其中的一個數字，在74150的W端輸出，經過一個非門電路送至74191的預置數控制端，就可以通過編程開關[D][C][B][A]使74191成為可編程可變進制計數器。表1是該計數器的編程狀態表。

當刀具的進給當量設計為6個CLK脈沖時，如圖2所示，編程開關取值[D][C][B][A]=0110，計數器的狀態依次為0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，譯碼顯示器顯示出相應的十進制數為0，1，2，3，4，5，6，然后停止工作，等待下次進給啟動信號的到來。S1，S2為常開延時打開定時開關，轉換開關[X]代替位置檢測裝置，發出位置檢測負脈沖信號。可編程計數器的編程狀態表如表1所示。

圖2中的4D觸發器(74175)中的3D觸發器構成進給脈沖分配器，即環形分配器。該系統的步進電動機采用三相六拍勵磁方式，三相繞組的導電次序為U→UV→V→VW→W→WU→U。進給脈沖CLK到來之前，進給脈沖分配器先復位，再通過定時開關S2將其置成QUQVQW=100，即DU=1，DV=1，DW=0，第一個CLK脈沖過后，環形分配器輸出為QUQV，QW=110，由此可列出進給脈沖分配器各輸出端和驅動端狀態如表2所示。

圖3是進給當量CLK=9時的工作時序圖。接通電源時，常開延時打開定時開關S1，ontime=0．5 ms然后打開，其輸出接計數器清零端RD，實現通電清零。同時該時鐘脈沖經過進給脈沖分配器、功率放大電路，驅動自動進給執行元件步進電機；當刀具達到預置進給位置時，利用74163的LOAD'端出現的下跳信號Ustop，作用在RS觸發器上，并在7410的引腳8輸出低電平，關閉控制門G，時鐘脈沖被禁止，步進電動機停止轉動，完成一個自動進給工作周期。

3 自動進給控制系統的仿真

對圖2所示的數控機床自動進給驅動系統進行計算機仿真實驗，雙擊虛擬數字邏輯分析儀圖標，打開Clock setup對話框，調節內部時鐘設置，如圖4所示，使Internal clock rate="2" Hz，通過編程開關設定進給量，接通電源后，按轉換開關[X]鍵，發出位置檢測負脈沖信號，自動進給驅動系統開始工作，虛擬數字邏輯分析儀得到圖3所示各點的波形。

步進電動機自動進給驅動系統是數控機床的核心部件，利用EDA軟件對數控機床自動進給系統研究和設計，可根據工藝要求方便地改變電路及參數，觀測仿真結果，縮短設計周期，為電路的設計與實現提供了基本依據。