【正文】 機IO口的使用；也可以直接用單片機模擬出時序信號，由于控制并不復雜，故選用第2種方案，使用L298N芯片驅動電機[14]。 驅動電路主要由脈沖發(fā)生器，環(huán)形分配器和功率放大器三部分組成。其主要功能是：①按一定順序接通和關斷步進電動機的控制繞組，使其按要求起動，運行和停止；②供給步進電動機足夠的功率、使其能帶動負載；③提高步進電動機的快速性和平穩(wěn)性。 其系統框架如圖311所示：脈沖發(fā)生器功率放大器步進電動機環(huán)形分配器圖311步進電動機驅動電路系統框架圖 通過L298N構成步進電機的驅動電路，電路圖如圖312所示：該電路通過單片機的IOB8—IOB13對L298N的IN1～IN4口和ENA、ENB口發(fā)送方波脈沖信號。起時序圖如圖313所示：圖312步進電機的驅動電路圖313步進電機起時序圖4振動攻絲機床控制系統的設計 根據設計任務的要求及參考相關資料設計出振動攻絲機的控制流程圖如圖41所示：圖41系統控制流程圖 對于控制方式的選擇，一般從成本和工作要求兩方面考慮。目前，主要的控制方法有單片機控制，PLC控制，和工控機控制三種常用的方法，考慮到振動攻絲機床的特點在此選用單片機控制系統。 步進電機是數字控制電機，它將脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度，因此非常適合于單片機控制。步進電機可分為反應式步進電機（簡稱VR）、永磁式步進電機（簡稱PM）和混合式步進電機（簡稱HB）。 步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。步進電機的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由單片機產生。 其基本原理作用如下：（1）控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：四相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為ABC－D,通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。 （2） 控制步進電機的轉向 如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉，如果按反序通電換相，則電機就反轉。 （3） 控制步進電機的速度 如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。調整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調速[15]。 步進電機L298N單片機 綜和以上選取的方案，總的流程如圖42所示：圖42步進電機控制的流程圖 本設計中根據XY工作臺安裝在攻絲機的床身支座上，由控制系統完成對工作臺的移動的控制。 數控攻絲機的工作臺的控制功能包括：（1）系統初始化，如對I/O接口8155，8255進行必要的初始化工作，預置接口工作方式控制字；（2）工作臺復位，開機后工作臺應自動復位，易可手動復位。工作臺復位后就確定了機械原點的位置；（3）輸入和加工數據；（4）監(jiān)視按鍵、鍵盤及開關。如監(jiān)視緊急停機鍵及行程開關、鍵盤掃描等功能；（5）工作臺越程顯示與處理。工作臺位移超過規(guī)定值時應立即停止工作臺運動，并顯示相應的指示字符；（6）鉆攻過程的自動控制；（7）絲錐、工作臺的聯動控制。 鉆孔及攻絲時，工作臺在移動過程中鉆頭及絲錐應抬起；工作臺定位到指令位置時，鉆頭及絲錐應下降完成加工。 工作臺的自動、手動控制與鉆頭、絲錐及工作臺的聯動控制是通過步進電機的轉角及速度控制實現的。 管理程序是系統的主程序，開機后就會運行管理程序。管理程序的主要功能是接受和執(zhí)行和操作的命令。在設計管理程序時，應確定接受命令的形式、系統的各種操作功能等。如果從鍵盤上接收命令則需定義鍵盤上各鍵的功能。 數控振動攻絲機的基本操作功能有：輸入加工數據、自動鉆孔工、自動攻絲加工、鉆頭及絲錐和工作臺的手動控制、緊急停機等。 根據上述分析，設計管理程序流程圖如圖43所示：圖43管理程序流程圖 步進電機的控制包括速度、角度及方向的控制。步進電機在突然動或停止時，由于負載和慣性，會使電機失步，所以步進電機運行時應有一個加減過程。 通過確定進給脈沖數和脈沖時間間隔，即可實現步進電機轉角與速度的控制。（1）時間常數的確定 在步進電機控制程序中，利用單片機的定時器中斷，延時產生進給脈沖的時間間隔。此間隔由送入定時器的時間常數決定。時間常數由下式確定： 式（） 式中：T——脈沖時間間隔（ms）； ——單片機機器周期（），在時鐘為6MHz時。（2） 步進電動機加、減速進給脈沖時間間隔的確定 假設步進電機加、減速方式為直線運動，要使步進電機不發(fā)生失步現象，應滿足： 式（）式中：——步進電機啟動力矩； ——負載力矩； ——慣性力矩。 本設計中，工作臺X，Y向移動選取的步進電動機型號都為：55BF004，由《現代機械設備設計手冊》（保持轉矩）： 取步進電機的加速啟動力矩為： 若步進電機不失步則其慣性力矩應滿足： 步進電機角加速度為： 式（） 又有： 式（）式中：——步距角； ——上升到步進電機最高頻率所需的時間。 所以有： 加速脈沖個數為： 確定加、減速脈沖個數為27個。 因為： 所以脈沖時間可由公式式依次求出。5主軸箱縱向進給快退機構的設計 綜合振動攻絲機的各結構設計，要使其在完成加工后能回到原位就必須設計縱向進給機構，所以在此設計縱向進給機構為由電機驅動的機構，機構簡圖如下圖51所示：圖51主軸箱縱向進給機構簡圖 結束語 本次畢業(yè)設計完成了對振動攻絲機的詳細設計。對于振動攻絲機主體的設計，參考一些現有的鉆床參數模式，結合本次設計的技術要求，設計了一臺振動攻絲機床。機床主動力由大功率四相步進電機提供，但在本次設計中，選用了110BYG550系列步進電機，并選用了與之相配套的驅動電路控制。通過控制器的參數設定，確定其步距角，然后由工控機通過控制器控制步進電機的起動和停止。主軸箱的設計，則是選用了組合機床的傳動結構，從而完成縱向進給過程。對于主軸箱的移動選用了步進電機的帶動滾珠絲杠轉動，通過滾珠絲杠將步進電機的轉動轉化為主軸箱的水平移動。同時還選用了導軌副來對振動臺的移動進行導向。 由于水平有限，在設計與計算中難免存在不少疏漏和缺陷，望老師批評指正。致謝 本次設計能夠順利完成，主要要感謝我的指導老師張殿立老師，在他的關心及悉心指導下，讓我從對課題的無知、無所適從到對產品的設計流程的基本掌握，以及對設計任務完成的基本方法有了初步的了解。設計中，老師淵博的知識、嚴謹的治學作風、敏銳而開拓的思維和勇于創(chuàng)新的精神將使我受益匪淺。在此再次向張殿立老師表示感謝和崇高的敬意。 同學的幫助也讓我受益匪淺，相互討論學習，不僅解決了問題，而且增進了友誼，在此對他們表示感謝。參考文獻[1]吳金妹，基于神經網絡的振動攻絲參數匹配數據庫研究[D].福建：福建農林大學，2006.[2]李海林，振動攻絲機理及其應用基礎的研究[D].江蘇大學，2003.[3]顧立志，振動切削研究狀況及發(fā)展趨勢[N].佳木斯大學學報(自然科學版)，2000.[4]葉大鵬,何聰慧，新型振動攻絲機[J].機械工程師,2002，(1)：56[5]李光軍,姜興剛,[J].航空制造技術，2006，(8)：56[6]呂英波，微機控制低頻振動攻絲機床的研制[J].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新，2006：67.[7]柯建宏，低頻振動攻螺紋機床總體方案設計中的幾個問題[N].機床與液壓，2002 .[8]聞邦椿，機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000，(2)：916.[9]孫恒，陳作模，葛文杰，機械原理[M].北京：高等教育出版社，.[10]錢乃巖，如何正確選用直線導軌[J].機械傳動，2004，（8）：1718.[11]同鵬英，瓦楞紙箱加工聯動線送料定位技術研究[D].武漢：武漢理工大學，2009.[12]陸元章，現代機械設備設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000，(2)：2225.[13]羅汝林，基于模糊控制的煙葉烤房溫濕度控制系統設計[D].大連：大連理工大學，2006.[14]袁華,基于ARM的無線遙控自動發(fā)球控制系統[D].上海：上海交通大學,2006.[15]胡凱,半自動生化分析儀的研究與設計[D].南京：南京信息工程大學,2006.34