【正文】 的作用：接受控制機發(fā)出的進給脈沖信號，并把它變換成模擬角，徑功率放大后去驅動工作臺，使工作臺進行精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動，最后加工出符合精度并要求的零件。因此，伺服機構的性能變是決定數(shù)控機床的加工表面質量，生產(chǎn)率和機床的可靠性的關鍵之一。目前在數(shù)控機床改造中常用的驅動器件是步進電機、電脈沖馬達、直流伺服電機，交流伺服電機。這些驅動器件，配以適當?shù)墓Ψ叛b置組成伺服驅動系統(tǒng)。對本設計電火花成形機床的設計來說，機床的縱橫向均采用步進電機驅動。步進電機將計算機輸出的每一個脈沖信號變成一定量的機械角位移，實際上它就是利用電磁鐵的作用原理。定子的三相繞組依次通電，轉子被吸引著一步步前進，轉子便旋轉起來。步進電機的特點如下：1．步進電機的功率小，輸出力矩小，使用于中小機電一體化系統(tǒng)。2．無論從電機還是驅動電源，體積都比較小，伺服系統(tǒng)可以不需反饋元件，因而驅動裝置整體體積小。3． 進電機的控制性能好，可以精確地控制轉子的轉角和轉速，有良好的緩沖定位能力。步進電機本身是一種脈沖或數(shù)字控制的裝置，極易與計算機和微處理器聯(lián)接，構成智能化系統(tǒng)。4． 制系統(tǒng)比較簡單，特別是在微機控制的情況下，硬件電路更加簡單。步進電機既是驅動元件又是脈沖——角位移變換元件。不需反饋元件，因而控制方法比較簡單。5. 脈沖當量很小，或細分數(shù)較大時，很難獲得很高的速度由于步進電機的調速性、靈活性和準確性好，體積又小，也不需要反饋傳感器，因而是一種較好的驅動系統(tǒng)，使用于運動軌跡較復雜的、動作要求高的中小型設備。體積小、自定位、價格低是步進電機驅動的三大優(yōu)勢。由于它性能好，價格便宜，所以步進電機廣泛用于經(jīng)濟型數(shù)控的開環(huán)系統(tǒng)中。電液脈沖馬達是利用小功率的步進電機帶動一個隨動滑閥，通過隨動滑閥來控制油馬達工作。油馬達容易獲得較大的輸出扭矩，故可用于大功率數(shù)控機床，但該系統(tǒng)必須有液壓站，占地面積大，且易產(chǎn)生漏油。直流伺服電機在閉環(huán)控制系統(tǒng)中具有較好的轉矩——連速特性。國內的直流或交流伺服系統(tǒng)，價格較高，技術難度大，正努力改進。相比之下，步進電機是適合開環(huán)系統(tǒng)中的電機。[18] 步進電動機控制系統(tǒng)的選擇舊式的步進電動機控制系統(tǒng)由步進控制器、功率放大器和步進電動機組成，如圖52所示。步進控制器包括緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及正反控制門等。其作用是把輸入脈沖變?yōu)榄h(huán)形脈沖，以便實現(xiàn)對步進電動機的轉動和正反向控制。功率放大器的作用是將步進控制器輸出的環(huán)形脈沖加以放大，以驅動步進電動機轉動。在這種控制方式中，由于步進控制器線路復雜，成本高，限制它的應用。圖52 步進電動機控制系統(tǒng)的組成采用計算機控制系統(tǒng)，用軟件實現(xiàn)上述步進控制器的功能，使用權控制系統(tǒng)在為簡化。這不僅簡化了線路，降低了成本，而且控制方便，提高可靠性。圖53所示為微機控制步進電動機的系統(tǒng)結構圖。微型計算機接口驅動器步進電動機負載圖53 微機控制步進電動機的系統(tǒng)結構圖因此本設計采用計算機控制系統(tǒng)。在步進電動機的微機控制系統(tǒng)中，脈沖的產(chǎn)生以及步數(shù)、方向和速度的控制都由微機來實現(xiàn)；通過接口進行信號傳遞，并作必要的隔離；驅動器的作用是將脈沖信號進行放大。 步進電動機與8253的接口電路圖54所示為三相步進電動機與8253的接口電路。我們采用可編程計數(shù)器8253為核心構成步進電機接口電路，具有精度高、不受阻容元件參數(shù)的限制、工作穩(wěn)定、控制靈活的特點。在步進電機工作期間，不用CPU的直接干預，大大提高了CPU實時處理能力。它由三部分組成，第一部分，以8253和或門U1構成實時脈沖產(chǎn)生電路，該電路的觸發(fā)受CPU的控制，它能產(chǎn)生一定數(shù)量的、一定頻率的脈沖，其脈沖的頻率和數(shù)量由8253計數(shù)器的計數(shù)值設定，精度極高。第二部分，由移位寄存器和或門U2構成分相電路，它能產(chǎn)生符合步進電機需要的多項脈沖源。第三部分，換相和驅動電路，由模擬開關4066控制步進電機的運行方向，然后經(jīng)光電耦合、達林頓管驅動使步進電機工作。圖54 三相步進電機與8253的接口電路 步進電動機控制系統(tǒng)在步進電動機啟動和停止的過程中，往往需要改變速度。對于大多數(shù)工作任務來說，總是希望步進電動機盡快地走完規(guī)定的步數(shù)，即以盡可能高的速度運行。然而為了做主步進電動機的轉子運動能跟上步進脈沖的頻率，即不失步，對于脈沖頻率是有限制的。在步進電動機的性能指標中，有一項“最高空載啟動頻率”，就是對該電動機在空載情況下最高啟動頻率的限制。如果帶負載啟動，其允許頻率還要低些。當步進電動機進入穩(wěn)態(tài)運行時，其允許工作頻率則比最高空載啟動頻率高得多。因此，為了使步進電動機盡量加快工作過程而又不致辭發(fā)生失步現(xiàn)象，應以較低的工作頻率開始啟動，在啟動過程中逐漸加速，然后穩(wěn)定在較高的工作頻率。一般情況下，升速的過程約在（~1）s之間。反之，步進電動機從高速運行到停止也應進行減速。減速過程的加速度絕對值常比加速過程的大。現(xiàn)有以下三種變速控制的方法：1．步進電動機的工作方式 利用改變步進電動機的工作方式可以實現(xiàn)變速控制。2．均勻地改變步進脈沖的間隔 步進電動機的加速或減速控制，可以通過均勻地減少或增加脈沖間隔來實現(xiàn)。具體來說就是均勻改變延時子程序中的時間常數(shù)。這種方法的變速范圍比較寬。3．定時器的變速控制 步進脈沖的時間間隔也可以由單片機內部的定時器來提供。定時器初始化的時間常數(shù)為步進電動機啟動時所需值。每隔一定時間定時器向CPU申請中斷。CPU響應中斷后，送出一次控制脈沖，同時修改時間常數(shù)，減小定時。采用這種方法也能方便地實現(xiàn)步進電動機的均勻加速或減速。選用第二種方法，也就是如果要求電機從零升到某個頻率fZ運行N步，則可先輸出兩個脈沖，其間隔Δt1≤,并且從第三個脈沖開始，脈沖間隔越來越小，直到達到所需的速度運行。在步進數(shù)將達到N時，使之自動降速，間隔越來越大，直到Δt2≤時，步進電機停止轉動。以上都是由軟件控制其脈沖。根據(jù)以上分析，只要控制步進電機的輸入節(jié)拍就可以控制步進電機的工作方式、速度等。以P10P11P12三個輸出口輸出步進電機的工作節(jié)拍，假設通電方式是A——B——C——A，微機依次把高電平送到三個端口上，采用延時程序控制工作速度。在這個控制系統(tǒng)中，由于是由弱電控制強電，不可避免地會產(chǎn)生干擾，為防止強電干擾，采用光電隔離。光電隔離電路的作用有以下幾個方面：，各自使用一套電源供電。這樣信息通過光電轉換，單向傳遞，又由于光電耦合器輸出輸入端之間絕緣電阻非常大，寄生電容很小，干擾信號難以從輸出端反饋到輸入端，從而起到隔離作用。，P1口僅能驅動三個TTL門電路，光電隔離電路很容易使它的驅動能力提高很多。 步進電動機步數(shù)和轉速的確定 步進電動機步數(shù)的確定步進電動機常用來控制角位移或直線位移，在步進電動機帶動滾珠絲杠實現(xiàn)直線位移時，步進電動機直接帶動絲杠，絲杠每轉一周產(chǎn)生直線位移５mm，現(xiàn)要求位移1０μm，則步進電動機需要轉過的角度為：又因為步進電機工作方式為三相六拍，則步數(shù)為 轉速的確定在實際應用中，往往不僅要求精確地控制位移量，還要求在規(guī)定的時間內完成位移。這就要求步進電動機以某個適當?shù)乃俣绒D動，而轉速的數(shù)值是由脈沖的延時長短來確定的。在此設計中要求用２s時間完成10mm的位移，則每一步進脈沖的延時為：設其基本延時時間為１０181。s，則時間常數(shù)（即循環(huán)次數(shù)）可確定為208。本設計最大進給速度為5mm/min,正常進給速度為1~5mm/min。所以電機轉速的計算如下： 六、 工作臺設計要求由于采用的設計方案無須移動工作臺，因此只用考慮工作臺的承重和平穩(wěn)性能。為能更好的使檢測裝置具備實用性，工作臺采用落地結構。如圖： 一般的PDC鉆頭重量在10KG50KG,因此工作臺及支座的設計承重為500KN。材料選用硬制合金鋼。七、結束語至此，本次畢業(yè)設計結束,在這其間我學習了新的知識,溫習學過的知識，并查閱了大量的與設計題目相關的書籍，經(jīng)過整理完成了設計題目。縱觀此次畢業(yè)設計，我的收獲不小。有兩方面的：知識方面和能力方面。在知識方面，首先了解了在數(shù)控機床中的一種線切割機床的性能和加工原理；其次就是學習了單片機的有關內容；再就是溫習了許多學過的知識如《機電一體化設計》、《機械設計》等。在能力方面，我對工程設計的方法和一般步驟有了一定的認識，且在分析問題和解決問題的能力也有所提高。畢業(yè)設計時間雖然短，但它是對我們大學四年來所學知識的總檢閱，也是我們大學四年的最后一堂豐富多彩的課，它留給我們的將是美好的回憶，我們要以它為新的起點去迎接新生活的挑戰(zhàn)。參考文獻：張君安《機電一體化系統(tǒng)設計》兵器工業(yè)出版社；張建民《機電一體化系統(tǒng)設計》北京理工大學出版社；李洪《實用機床設計手冊》遼寧科學技術出版社；吳宗澤《機械設計手冊》機械工業(yè)出版社《鉆頭與鉆具設計制造新工藝新技術與質量驗收標準規(guī)范實務全書》北方工業(yè)出版社張松林《軸承手冊》機械工業(yè)出版社楊興俊《互換性與技術測量》中國計量出版社李云《機械制造工藝及設計指導手冊》機械工業(yè)出版社張遼遠《現(xiàn)代加工技術》機械工業(yè)出版社黃長藝《機械工程測試技術基礎》機械工業(yè)出版社《力平衡復合片鉆頭》外文資料中文譯文《Force Balanced PDC Drill Bit》外文資料《機電一體化原理與應用》致謝歷時十周的畢業(yè)設計結束了，在這期間我的指導老師楊雄老師給了我很多幫助和指導；周圍的同學也給了我很大的幫助，他們幫我克服了種種困難，使得畢業(yè)設計順利完成，在此我對楊老師以及我的同學表示衷心的謝意！附錄：44（共43頁）