數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術的基礎，隨著計算機技術的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)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(huán)模機械加工鉆床的自動控制系統(tǒng)就是為飼料環(huán)模機械加工而設計的高科技自動化生產(chǎn)設備[4-6]。該產(chǎn)品能夠提高飼料環(huán)模機械的加工效率、降低生產(chǎn)成本，同時也能提高我國農(nóng)業(yè)機械化的生產(chǎn)效率，提高農(nóng)產(chǎn)品的科技含量，增強我國農(nóng)產(chǎn)品的市場競爭力，提高農(nóng)民的收入。
1 總體結構與工作原理
    該產(chǎn)品主要由主控制器系統(tǒng)、鍵盤/顯示控制系統(tǒng)、氣動開關（電磁閥）控制系統(tǒng)、位置傳感器系統(tǒng)、報警單元、時間繼電器系統(tǒng)和步進電機及其驅動系統(tǒng)六部分組成[7-9]。其中：主控制器為ATmega128單片機，控制整個系統(tǒng)的運行；鍵盤/顯示控制系統(tǒng)由3×8矩陣鍵盤和16位LED共陽數(shù)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(tǒng)用來控制鉆頭的抬起和下壓；時間繼電器系統(tǒng)用來控制鉆孔時間；位置傳感器系統(tǒng)用來控制孔是否打通。
2 系統(tǒng)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(jīng)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(wěn)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(shù)碼管供電，如圖5所示。
      采用IN4007橋式整流電路和7824穩(wěn)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(diào)節(jié)動力頭高度：按照所需加工環(huán)模大小，調(diào)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(huán)模上劃下圈痕，判斷并調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)阻尼器上的壓力旋鈕。
    (4)點孔調(diào)校：墊上2 mm左右鐵片，根據(jù)所加工環(huán)模要求，輸入各參數(shù)，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(diào)校：墊上2 mm鐵片，調(diào)整阻尼器高度，使鉆頭頂著鐵皮；選擇“步進”；啟動系統(tǒng)。每次鉆孔進刀量由時間繼電器、阻尼器壓力配合調(diào)節(jié)，“初鉆時間”繼電器可調(diào)整第一刀的進刀量，“次鉆時間”繼電器可調(diào)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(diào)節(jié)其高度使其適合加工要求。
    其中的參數(shù)選擇如下：
    (1)孔距數(shù)值=108 000/每圈孔數(shù)（建議選擇能夠整除的孔數(shù)）；
    (2)錯位=孔距/2；
    (3)排距=每排間距（mm）×400（根據(jù)絲桿螺距而定）。
    把計算好的孔數(shù)、排數(shù)、孔距、排距、鉆孔次數(shù)、鉆速等參數(shù)通過面板輸入微電腦，按啟動開始鉆孔。
    該產(chǎn)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(shù)設置等數(shù)據(jù)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(xiàn)一人多機操作管理。
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