數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等[1-3]。此外，還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。

    本文設(shè)計(jì)的基于AVR單片機(jī)的飼料環(huán)模機(jī)械加工鉆床的自動(dòng)控制系統(tǒng)就是為飼料環(huán)模機(jī)械加工而設(shè)計(jì)的高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備[4-6]。該產(chǎn)品能夠提高飼料環(huán)模機(jī)械的加工效率、降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也能提高我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的生產(chǎn)效率，提高農(nóng)產(chǎn)品的科技含量，增強(qiáng)我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提高農(nóng)民的收入。
1 總體結(jié)構(gòu)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(dòng)開關(guān)（電磁閥）控制系統(tǒng)、位置傳感器系統(tǒng)、報(bào)警單元、時(shí)間繼電器系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)六部分組成[7-9]。其中：主控制器為ATmega128單片機(jī)，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(bào)警單元用來提示工作中的異常情況；步進(jìn)電機(jī)由三相步進(jìn)電機(jī)和五相步進(jìn)電機(jī)組成，其中三相步進(jìn)電機(jī)用來控制前行和后行，五相步進(jìn)電機(jī)用來控制左行和右行；氣動(dòng)開關(guān)（電磁閥）控制系統(tǒng)用來控制鉆頭的抬起和下壓；時(shí)間繼電器系統(tǒng)用來控制鉆孔時(shí)間；位置傳感器系統(tǒng)用來控制孔是否打通。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分
    三相步進(jìn)電機(jī)和五相步進(jìn)電機(jī)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(qū)動(dòng)板
      單片機(jī)的輸出控制信號(hào)需經(jīng)驅(qū)動(dòng)板放大后才能驅(qū)動(dòng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化成5 V直流，給單片機(jī)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(zhuǎn)化成24 V直流，給時(shí)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(gòu)成的開關(guān)電路來完成，如圖7所示。

3 實(shí)驗(yàn)
    控制板安裝完畢后，按以下步驟進(jìn)行設(shè)置：
    (1)調(diào)節(jié)動(dòng)力頭高度：按照所需加工環(huán)模大小，調(diào)整動(dòng)力頭支架高度，使動(dòng)力頭高度適合加工要求（應(yīng)考慮到阻尼器是否安裝）。
    (2)校正垂直高度：裝上銑刀后，使動(dòng)力頭主軸在環(huán)模上劃下圈痕，判斷并調(diào)節(jié)左（右）動(dòng)力頭支架，直到圈痕均勻后，擰緊動(dòng)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(qū)動(dòng)電源，按“復(fù)位”，使壓力桿自動(dòng)釋放，調(diào)節(jié)阻尼器上的壓力旋鈕。
    (4)點(diǎn)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(qū)動(dòng)電源和氣動(dòng)變頻器，選擇開關(guān)至“點(diǎn)孔”位置，按動(dòng)“啟動(dòng)”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(jìn)”；啟動(dòng)系統(tǒng)。每次鉆孔進(jìn)刀量由時(shí)間繼電器、阻尼器壓力配合調(diào)節(jié)，“初鉆時(shí)間”繼電器可調(diào)整第一刀的進(jìn)刀量，“次鉆時(shí)間”繼電器可調(diào)整第二刀及以后的進(jìn)刀量。
    (6)阻尼器壓力桿旁邊的一個(gè)較大螺絲，起到深度限位作用（可用于鉆階梯孔或起保護(hù)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(cuò)位=孔距/2；
    (3)排距=每排間距（mm）×400（根據(jù)絲桿螺距而定）。
    把計(jì)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(dòng)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(shí)序、按步驟地控制步進(jìn)電機(jī)、電磁閥、時(shí)間繼電器等設(shè)備工作；鍵盤輸入和LED顯示提供友好的人機(jī)控制界面，能夠清楚地提供電機(jī)運(yùn)行的速度、方向以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置等數(shù)據(jù)的顯示情況；自動(dòng)化程度高，大大提高了工作效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，并可實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)操作管理。
參考文獻(xiàn)
[1] 王計(jì)波，李奎，顧俏麗，等.基于AVR單片機(jī)的斷鏈?zhǔn)僦悄鼙Ｗo(hù)研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2009，35(8)：140-142.
[2] 陳進(jìn)，張淑紅，李耀明.聯(lián)合收獲機(jī)梳脫臺(tái)高度自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2003，34(6)：65-67.
[3] 朱濱峰，苗健，陳震.制粒環(huán)模的分析與研究[J].飼料工業(yè)，2009，30(11)：1-3.
[4] 孫旭清.環(huán)模制粒機(jī)的主體結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D].南京：江南大學(xué)，2009：13-47.
[5] 陳炳偉.環(huán)模制粒機(jī)高效制粒機(jī)理與性能分析[D].南京：南京理工大學(xué)，2009：8-31.
[6] 張煒，吳勁鋒.環(huán)模制粒機(jī)中環(huán)模結(jié)構(gòu)型孔的有限元分析[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2009(2)：83-85.
[7] 高煥文，李洪文，姚宗路.輕型高防堵性能免耕播種機(jī)研究[J].中國(guó)工程科學(xué)，2007，9(9)：35-39.
[8] 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè))[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007：23-24.
[9] 張煒，吳勁鋒.苜蓿草粉制粒機(jī)環(huán)模失效行為研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2009(4)：59-61.
[10] SAEYS W，WALLAYS C，ENGELEN K，et al.An automatic depth control system for shallow slurry injection，part 2：Control design and field validation[J].Biosystems Engineering，2008，99(2)：161170.