电火花深孔套料加工系统设计.doc

郑州科技学院专科毕业设计（论文） 题 目 电火花深孔套料加工系统设计学生姓名 谢国芳 专业班级 机电一体化技术<一>班 学 号 010409114331 所 在 系 电子工程系 指导教师 吕刚磊 完成时间 年 月 日 电火花深孔套料加工系统设计摘 要随着科学技术的发展，电火花加工的使用越来越广泛，从目前的情况来看，由于电火花加工技术具有电极制造简单、电极与工件间宏观作用力小、可控性好等优点，它已经成为机械制造领域的一个重要组成部分，在制造业中得到了广泛的应用借鉴现代切削加工机床的发展经验，电火花成形加工设备向数控化方向发展是一个不可逆转的趋势。一方面应以高精度、高速度、自动化为追求目标，以技术优势占领市场；另一方面应充分考虑设备的性能价格比，通过对机床功能的合理定位，进行结构改进和模块化设计，采用开放性的数控系统，提高机床设计的合理性，以最低的价格和足够的功能向用户提供可满足不同加工需要的各类电火花成形加工机床。由于电火花加工具有一定的优势，在深孔套料加工中使用起来更加方便，所以本文对电火花加工系统进行了研究，主要是对硬件和软件部分进行了初步的研究。对电火花加工机床的电气部分进行了系统研究，在此基础上实现了该机床数控程序的开发，数控程序实现了电极振动式进给的控制方法，提高了加工效率。数控程序主要包括上位机操作管理编辑模块和运动控制卡的实时控制模块。关键词：电火花加工/控制系统/喷油孔/运动控制器electronic deep hole in a set of materials processing system designABSTRACT With the development of science and technology, is difficult and complex process the material part of the surface finishing the effective use of processing. electronic and judging from the current situation, the processing technology has electronic electrodes creating a simple, are connected to the workpiece between small and the resultant electronic better advantages, it has become national machinery manufacturing an important component in manufacturing found wide application using the amount of processing the development of modern tools electronic, concreteWhen the subject of the design concept of this program are: to 74LS112 dual JK flip-flop composed of digital logic circuits control program. Because use of microcontroller design complexity and expensive, so I chose to use digital circuit designKEY WORDS process control systems of control the movement of the hole with a目 录中文摘要I英文摘要II1 绪论11.1 电火花加工技术的发展11.2 电火花加工的原理及特点11.3 电火花孔加工及应用32 电火花深孔套料加工系统的硬件设计42.1 加工机床硬件结构设计42.2加工系统基座设计52.3 加工系统的摆臂设计72.4 硬件设计小结83 电火花深孔套料加工系统的软件设计103.1 系统总体方案设计103.2电火花深孔套料加工系统的设计103.3 本章小结11致 谢15参考文献161 绪论1.1 电火花加工技术的发展 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。 作为先进制造技术的一个重要分支，特种加工技术，尤其是电火花加工技术，自20世纪40年代开创以来，历经半个多世纪的发展，已成为先进制造技术领域不可或缺的重要组成部分。尤其是进人20世纪90年代后，随着信息技术、网络技术、航空和航天技术、材料科学技术等高新技术的发展，电火花成形加工技术也朝着更深层次、更高水平的方向发展。虽然一些传统加工技术通过自身的不断更新发展以及与其它相关技术的融合，在一些难加工材料加工领域(尤其在模具加工领域)表现出了加工效率高等优势，但这些技术的应用没有也不可能完全取代电火花成形加工技术在难加工材料、复杂型面、模具等加工领域中的地位。相反，电火花成形加工技术通过借鉴其它加工技术的发展经验，正不断向微细化、高效化、精密化、自动化、智能化等方向发展。1943年，苏联学者拉扎连科夫妇研究发明电火花加工，之后随着脉冲电源和控制系统的改进，而迅速发展起来。最初使用的脉冲电源是简单的电阻-电容回路。50年代初，改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低。随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得以提高。60年代中期，出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。到70年代，出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加杂的型面。工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除近于无损耗。工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。 按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将电火花加工方式分为五类：利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。 电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。 电火花加工的主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。1.2 电火花加工的原理及特点电火花加工设备属于数控机床的范畴，电火花加工是在一定的液体介质中，利用脉冲放电对导体材料的电蚀现象来蚀除材料，从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。在机械加工中，电火花加工的应用非常广泛，尤其在模具制造业、航空航天等领域有着极为重要的地位。下图为电火加工原理图 图111 电火花加工原理图  电火花加工是在如上图所示的加工系统中进行的。加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.010.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（106107Wmm2），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。从上面的叙述中可以看出，进行电火花加工必须具备三个条件：必须采用脉冲电源；必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有一定绝缘强度（103107 ·m）的液体介质中进行。  电火花加工具有如下特点：可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工：脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。以下为电火花加工的几种形式的特点： 特点：电火花加工是靠局部热效应实现加工的，它和一般切削加工相比有如下特点: l它能“以柔克刚”，即用软的工具电极来加工任何硬度的工件材料，如淬火钢、不锈钢、耐热合金和硬质合金等导电材料。 2加工过程中没有显著的“切削力”。因而一切小孔、深孔、弯孔、窄缝和薄壁弹性件等，它们不会因工具或工件刚度太低而无法加工；各种复杂的型孔、型腔和立体曲面，都可以采用成型电极一次加工，不会因加工面积过大而引起切削变形。 3脉冲参数可以任意调节。加工中不要更换工具电极，就可以在同一台机床上通过改变电规准(指脉冲宽度、电流、电压)连续进行粗、半精和精加工。精加工的尺寸精度可达0.01mm, 表面粗糙度Ra0.8um，微精加工的尺寸精度可达0.0020.004mm，表面粗糙度Ra0.10.05um。4电火花工加工艺指标，可归纳为生产率(指蚀除速度)，表面粗糙度和尺寸精度。影响这些的工艺因素，可归纳为电极对、电参数和工作液等。当电极对及工作液已确定后，电参数成为工艺指标的重要参数。一般随着脉冲宽度和电流幅值的增加，放电间隙、生产率和表面粗糙度值均增大，由于提高生产率和降低表面粗糙度值有矛盾，因此，在加工时要根据工件的工艺要求进行综合考虑，以合理选择电参数。1.3 电火花孔的加工及应用 电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工，已成为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进步。电火花加工零件的数量在3000件以下时，比模具冲压零件在经济上更加合理。按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途不同，电火花加工可大体分为：电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。 （1）电火花成形加工   该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年来，为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，取得良好的社会经济效益。 （2）电火花线切割加工   该方法是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。我国普通采用高速走丝线切割，近年来正在发展低速走丝线切割，高速走丝时，金属丝电极是直径为0.020.3mm的高强度钼丝，往复运动速度为810ms。低速走丝时，多采用铜丝，线电极以小于0.2m/s的速度作单方向低速运动。线切割时，电极丝不断移动，其损耗很小，因而加工精度较高。其平均加工精度可达 0.0lmm，大大高于电火花成形加工。表面粗糙度Ra值可达1.6 或更小。 国内外绝大多数数控电火花线切割机床都采用了不同水平的微机数控系统，基本上实现了电火花线切割数控化。目前电火花线切割广泛用于加工各种冲裁模（冲孔和落料用）、样板以及各种形状复杂型孔、型面和窄缝等。 电火花穿孔是电蚀加工申应用最广的一种方法，常用来加工冷冲模、拉丝模和喷嘴等各种小孔。 穿孔的尺寸精度主要取决于工具电极的尺寸精度和表面粗糙度。工具电极的横截面形状和加工的型孔横截面形状相一致，其轮廓尺寸比相应的型孔尺寸周边均匀地内缩一个值，即单边放电间隙。影响放电间隙的因素主要是电规准，当采用单个脉冲容量大(指脉冲峰值电流与电压大)的粗规准时，被蚀除的金属微粒大，放电间隙大；反之当采用精规准时，放电间隙小。电火花加工时，为了提高生产率，常用粗规准蚀除大量金属，再用精规准保证加工质量。为此，可将穿孔电极制成阶梯形，其头部周边缩小0.080.12mm，缩小部分长度为型孔长度的1.22倍，先由头部电极进行粗加工，而后改变电规准，接着由后部电极进行精加工。 穿孔电极常用的材料有钢、铸铁、紫铜、黄铜、石墨及钨合金等。钢和铸铁机加工性能好，但电加工稳定性差，紫铜和黄铜的电加工性能好，但电极损耗较大;石墨电极的损耗小，电加工稳定性好，但电极磨削困难;铜钨、银钨合金电加工稳定性好，电极损耗小，但价格贵，多用于硬质合金穿孔及深孔加工等。 用电火花加工较大的孔时，应先开预孔，留适当的加工余量，一般单边余量为0.5lmm左右。若加工余量太大，生产效率低;加工余量太小，电火花加工时电极定位困难。 2 电火花深孔套料加工系统的硬件设计2.1 加工机床硬件结构设计电火花深孔套料加工机床机械部分组成如图2-1所示。 电火花加工机械组成部分2.2 加工系统基座设计底座作为机床的支承件，主要作用是支承其他机床零部件、保持它们的相互位置、承受各种作用力等。如本机床底座支承着摆臂，摆臂传动电机、向传动机构等。支承件上除了装有各种零部件外，其内部空间常作为切削液、润滑液的储存器或液压油的油箱，有时电动机和电气箱也放在它里面。此外，支承件一般附有导轨，导轨主要起导向定位作用，所以支承件还保证其所支承的部件之间有正确的相互位置关系和相对运动轨迹。（1）基座部分结构的基本要求支承件的种类很多，它们的形状、尺寸和材料是多种多样的，伹是支承件都应满足下列基本要求：1、刚度支承件刚度是指其在外载荷作用下抵抗变形的能力，由静力和变形的关系所决定的刚度称为静刚度，而由交变力和变形的关系所决定的刚度称为动刚度，动刚度是衡量抗振性的主要指标之一，一般所说的刚度往往指静刚度。支承件要有足够大的刚度，即在一定的载荷作用下，变形量要小于允许值。由于支承件的重量占整台机床的一半左右，因此还应在满足刚度基础上尽量节省材料。2、抗振性支承件的抗振性是指其抵抗受迫振动和自激振动的能力，这就要求支承件具有合乎要求的动态特性。3、热变形机床工作时，其中的传动件、轴承与导轨等相对运动件的靡擦热、切削热、液压系统和冷却系统散发的热、周围环境温度的变化等都会引起支撑件温度变化，从而产生热变形破坏了部件之间的相互位置和相对运动关系，影响机床的工作精度和几何精度， 因此支承件的热变形是影响机床加工精度的主要因素之一。支承件的热变行可分为均匀温升引起的直线伸长及由于支承件上下或左右两面温度差而引起的热变形。4、内应力支承件在焊接、铸造和粗加工的过程中，在材料内部形成内应力，导致支承件变形。在使用中，由于内应力重新分布和逐渐消失可能使变形增大，超出机床允许的误差范围。因此，设计支承件时应从结构上保证其内应力小，还须进行时效处理。5、其他支承件设计还应便于排屑、操纵，考虑切削液及润滑油流回油池，液压、电器装置合理的安装及吊运安全，加工及装配工艺性好等。基座部分的主要机械结构Z向进给部分 z向进给部分是控制电极丝的运动，其中包括宏进给和微进给。宏进给保证在加工前电极夹持器移动到接近工件的表面的位置，微进给用来在加工时控制电极丝的前进与后退，从而保证稳定的放电间隙，使电加工得以顺利的进行。（1） z向进给结构分析z向进给的宏进给和微进给均采用滚珠丝杠副来驱动。滚珠丝杠副是将螺母与丝杠分别加工成凹半圆弧形成螺纹，在螺纹之间放入滚珠形成的。滚珠沿螺旋滚道滚动，带动螺母或丝杠轴向移动，将原先传动中使用的丁形丝杠的螺纹摩擦变为滚动摩擦，因为降低了摩擦阻力，消除了局部爬行现象，从而提高了传动精度与传动机械效率。滚珠丝杠副有很多优点，主要为传动效率高，约为92%96%；可消除轴向移动产生的间隙，定位精度高，刚度好，运动平稳，无爬行现象，传动精度好。再次，旋转运动变为直线运动，丝杠与螺母都可作为主动件，磨损小，使用寿命长。但滚珠丝杠副制作工艺复杂，精度要求高，且不能自锁。 2.3 加工系统的摆臂设计 喷油孔三个方向参数表示摆臂部分用来控制喷油孔的三维空间角度，喷油嘴喷孔的方向要有三个方向的度量来确定，一个参数是喷孔到最前端的距离，用A来表示：另外一个参数是喷孔的仰角， 即喷孔的出射方向与水平面的夹角，用B来表示；还有一个参数是喷孔在圆周方向的分度角，用C来表示.对摆臂部分有如下几个方面的要求：（1）摆臂从0度移动到90度的过程中机械部分的变形要尽可能的小。由于喷油嘴的喷孔属于精密的机械结构，喷孔在直径方向的公差要求为0.01mm，在对工件中心方向的公差要求为0.05mm，所以从误差要求方面可以看出机械结构的賴度还要高于误差要求，在摆动过程中，z轴所在的轴线（即电极丝）与工件的轴线之间的位置公差要小于0.01mm(2)机械部分与工装之间的绝缘性能要髙，这是电加工的基本要求，由于采用正极性加工，绝缘性能不高会使电极正负极之间出现短路现象，加工无法正常进行。(3) 各轴定位精度的要求也较离，A值的公差为±0.03MM，B、C方向的角度公差为±1°，定位精度由电机和机械结构共同来保证，电机的刚性与机械结构刚性之间要实现一致。从上图中可以看出，要实现对喷油孔三个方向的控制，就必须要有三个轴分别控制A的控制由沿工件轴向移动的轴来实现，B的控制由摆臂的摆动来实现，绕着工件顶端的轴线的旋转达到B从0°变化到90°的控制由摆臂上的一个旋转轴来实现， 可实现一圈内的自由分度。2.4 硬件设计小结本章分析了喷油孔电火花加工机床的整体结构组成。（1）z进给部分是机床的核心部件，采用滚珠丝杠加导轨的结构，使结构简单， 控制方便。（2）摆臂部分用来控制打出喷孔的空间角度，直接影响到喷孔的质量，提出了对摆臂部分的要求，并采用三维图对三个方向的控制进行说明。3 电火花深孔套料加工系统的软件设计数控系统是机床自动加工和数字化设备的核心技术，经过几十年的发展，数控系统己由原来传统的封闭体系结构系统发展到了开放式结构数控系统。最早关于幵放式体系结构的研究源于美国，美国于1987年推出的"下一代控制器NGC计划，主要目标是为控制器厂商建立一个中立的控制标准。此后，欧盟也推出了 OSACA自动化控制系统的幵放式体系结构）和日本提出了 0520 (控制器的幵放式系统环境）等。我国也公布了幵放式数控系统国家标准，并于2003年1月1号开始实施。目前，开放式数控系统基本可以分为如下二类：NC嵌入PC型：由开放体系结构运动控制卡+PC机构成。基于PC机的开放式软件数控系统PC+控制软件+接口卡：这种数控系统的各项CNC功能，如位置控制、速度控制、闭环控制、编译、解释、插补等，由计算机软件实现，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部1/0之间的标准化通用接口。目前已有国外厂商推出了基于PC机的软件开放式数控产品，其关键技术在于操作系统的实时性、标准统一性等问题，对控制方法和软件技术有较高的要求。这种系统的最大的特点是完全意义上的开放，用户在其系统平台开发的内核，及其所需的各种功能，特别适用于实现各种复杂的非通用伺服控制，软件开放式数控系统具有较高的性能价格比和最大程度的开放性.3.1 系统总体方案设计1、操作系统的选择: 目前用于数控系统的操作系统主要分为两大类。一类是专用的实时控制平台，实时操作系统有着非常好的实时性，可以充分满足实时性能方面的要求，但同时也造成了软件的不兼容性，不利于实现与异构系统之间的通信；不能兼容市场上各类win32软件，可利用的资源不多。加之其开发工具价格昂贵，详细的技术及幵发文档也很难得到， 因而幵发基于这些操作系统的数控系统难度大，进入市场慢。从这点上讲，这类操作系统不适合作为快速开发开放式数控系统的软件平台。另一类是在通用的操作系统平台上实现的实时控制系统。这种系统具有体系结构的开放性，文档资料和编程工具丰富， 便于移植，因此更适合幵放式数控系统的需要。1)DOS操作系统 DOS是一个单任务的实时操作系统，不利于实现数控系统的多任务。用DOS可以实现前后台型的控制系统，但需要由设计人员自己来开发实时多任务管理功能。 (2)UNIX/LINUX操作系统 作为32/64位的多任务操作系统，长期以来一直是高端网络操作系统（高端服务器上大部分是64位版本）选择的主流，具备优良的性能和高可靠性。UNIX的长处在于其作为通用操作系统功能十分强大，尤其是网络功能和安全性。但是价格过于昂贵。一般64位UNIX都是和主机一起卖的，价格高达几十万美元。LINUX是最近发展起来的一种与UNIX 兼容的操作系统，它既可以应用于PC机，又可以应用于网络服务器.LINUX继承UNIX优良的性能和高可靠性，能够兼容多种硬件平台，而且作为自由软件可以免费下载和传播，并可以得到源代码。但UNIX和LINUX均为分时系统，不能够满足数控系统的实时性能要求，而UNIX和LINUX版本繁多，没有统一的标准，同时它的界面、操作方式和编程工具远不如WINDOWS那样普及。 (3) WINDOWS操作系统 与以上平台相比，在WINDOWS平台上开发CNC系统有两大优点。一是统一的友好图形界面以及丰富的软件资源和开发工具，可极大缩短开发周期；二是WINDOWS是基于抢占式的多任务操作系统，实现实时多任务功能不需要用户的干预.WINDOWS家族中，WINDOWS95/98是16位操作系统和32位操作系统之间的过渡。如果以工业应用的标准来衡量，其结构、性能和稳定性都不能满足要求. 在WINDOWS家族WINDOWS NT是一种高性能的32位操作系统，可以兼容不同的硬件平台。而WINDOWS NT实现了抢先多任务的调度方式，作为一种网络操作系统，它对外部事件的响应十分的迅速，具有高度的可靠性和稳定性。由他人测试的结果表明，在 屛蔽系统1/0载荷后，windows nt的中断延迟时间不超过10微秒，完全能够满足一般数控系统的毫秒级的实时性能要求。2、运动控制卡的选择机床控制系统的核心部分就是运动控制，因此运动控制卡（控制器）的选择就尤为重要。目前运动控制领域内厂家众多，产品更是数不胜数，其中比较著名且使用较多的有美国Delta公司的PMAC多轴运动控制卡。PMAC是美国丁Delta公司九十年代推出的开放式多轴运动控制器，它提供运动控制、离散控制、内务处理、同主机的交互等数控的基本功能。PMAC内部使用了一片数字信号处理芯片，形成支持多种总线插槽的卡式产品或独立的控制器模块。它的速度、分辨率、带宽等指标远优于一般的控制器。在伺服数据的处理能力、轴特性及输入信号带宽方面，PMAC控制器由于采用专门的模块化结构，编码输入的串行处理速度是大多数控制器的10到15倍。伺服控制包括POD+NOTCH和速度、加速度前馈控制，其伺服周期单轴可达60， 二轴联动为110产品的种类可从 二轴联动到三十二轴联动。甚至连接MACRO现场总线的高速环网，直接进行生产线的联动控制。与同类产品相比，PMAC的特性给系统集成者和最终用户提供了更大的柔性。 它允许同一控制软件在三种不同总线上运行，由此提供了多平台的支持特性。一块控制器可以同时操纵8-32个轴，并且可以并联运行。每轴可以分别配置成不同的伺服类型和多种反馈类型。 PMAC运动控制器所控制的每一个轴完全独立，每块插卡可以操纵8台不同机器的8个单轴，或者同一台机器中的8个轴，或者两者之间的任意组合。在对伺服数据的处理能力、轴特性及输入信号带宽方面,PMAC控制器由于采用专门的模块化结构，编码器输入的串行处理速度是大多数控制器的10到15倍。而且可从高分辨率编码器件接收低插补位的5位并行数据，可得到320膽&的有效输入带宽。 除了PMAC运动控制器外，还有很多运动控制产品，下面介绍一个来自英国的高性能运动控制产品。 BALDOR是一款性价比很高的6轴2轴伺服和4轴步进、数字伺服或6 轴步进、数字伺服）独立式运动控制卡，既可以独立运行，也可以通USB口或串行口与上位机交换信息。它具有高DSP芯片和FPGA芯片，用于实现高速实时处理和程序编写。它有自己的类似的语言丁，同时也可用于VC+,Vb等语言中，因此它的幵放性很强，是目前功能比较强大的控制器之一.该控制器的主要特点如下：(1)控制2轴伺服和4轴步进、数字伺服或6轴步进、数字伺服；(2)板载模拟和数字1/0(2x12比特差分模拟输入，8-12路数字输出，20路数字输入一其中4个可在内进行位置捕获），4路模拟输出，两Encode入口；(3) 高dsp处理器； (4)用于分布式控制的CAN(5)多任务MintMT编程；(6)支持VB,VC,C+ (7)有许多高级应用，如：螺旋插补、样条逼近、电子齿轮、在线叠加、电子凸轮、飞剪等；(8)1M fiash于固件和程序存储,1M SRAM.32KB非易失性RAM,用于参数存储；(9)CAN RS232 USB接口 ；(10)可以与触摸屏通讯。 在本系统中，综合考虑了性能、价格及多方面的因素，选用了英BALDOR公司NextMove控制卡，在应用中完全能满足实际需要。3.2 电火花深孔套料加工系统的设计1、电火花深孔套料加工机床硬件设计 图111加工机床硬件设计运动控制卡和PLC作为控制系统的核心控制着机床的各种动作，并联系上位机与下位机的通讯，进而完成机床的全部功能。伺服电机采用了安II型交流伺服电机， 驱动器型号SGDM电机型号为SGMAH运动控制卡控制着伺服电机的运动，带动机床完成加工任务。主轴的旋转由PLC来控制，将之前预设的速度写入PLC加工时主轴按照相应的速度带动电极丝旋转进行加工。工控机是联系数控系统和操作者的纽带，他将数控系统的各种信息发送到屏幕上供操作者来读取，并将操作者的指令信息通过工控机发送给数控系统来实现需要的功能。数控系统的操作面板也是操作者和数控系统交互的一个重要组成部分，通过一些按钮和指示灯来实现操作者的命令以及反馈数控系统的一些状态，如机床的启停，冷却的幵关，主轴的旋转，有没有故障，各轴有没有限位等。控制系统中还有一个重要的部分，那就是用于电加工的脉冲电源，脉冲电源与运动控制卡和PLC都可以进行通讯，都可以对电源进行控制，加工过程中，两极间的电压反馈给运动控制卡，通过卡里的程序来对反馈回来的信号进行判断处理，将控制结果发送给电机驱动器，驱动电机运动，进而带动电极丝的进给或回退。为了防止机械部件的移动超程，在每个轴上都要加入接近开关，当该轴移动过程中触发了接近幵关后， 就会强行停止该轴的移动，以免损坏机械或发生危险，限位的处理在控制卡内进行，采用了触发方式。以上各部分都有自己相对独立的功能，但它们是一个有机的整体，少一个系统都不能正常运行，它们共同完成机床的各种功能。2、 电火花深孔套料加工机床软件设计3、 控制卡内数控程序的开发该控制卡开发比较方便而且幵放性较强。程序开始首先要定义一些常量，在这儿定义了一些脉冲电源参数调整的常量。Define width11=OUTX0,1,2=0,1,1当程序中出现With11时，就会执行后面的输出命令，将输出0， 1， 2号分别设置为0， 0， 1。下面就是在程序中用到的各种变量，包括加工参数，轴的位置，加工深度，电压读取，轴的运动速度等。还要对输入输出状态进行配置，设置成电平触发还是边沿触发， 其中电平触发分为高电平触发、低电平触发，边沿触发分为上升沿触发还是下降沿触发。然后就是对数控代码的解释程序。控制卡的程序要和工控机进行通讯，就要通过专用的通讯通道COMMS是一个双向通讯通道。Comms(1)=2将数值2存入专用的通讯空间的1号地址，并能在工控机上产生COMMS事件触发。控制卡程序对输入的控制也是事件触发的，釆用事件触发能很好的降CPU的使用率，提高程序执行效率。最后还要有一个错误处理。Event ONERROR/错误处理模块/End Event控制卡内程序结构如图所示。 3.3 本章小结(1) 说明了开放式数控系统的发展及常用的开放式控制系统。分析了机床电气控制系统的整体结构，包括对一些核心器件的选择，包括操作系统的选择，控制卡的选择， 数控系统开发软件的选择等。(2)对数控系统软件的整个开发过程进行了研究，说明了各部分的功能，包括控制卡内的实时控制程序和工控机内的操作监视程序等，然后对各个模块进行了详细的分析，有自动加工模块，手动操作模块，程序编辑模块参数设置模块等。致 谢本文是在吕刚磊老师的悉心指导下完成的，衷心感谢他在论文的写作期间给与我的热情帮助和指导。吕老师渊博的知识，认真负责的工作作风，平易近人的态度让我获益匪浅。在此，向吕老师表示最衷心的感谢和最诚挚的敬意。还要感谢我的同学们，他们在我的论文写作过程中提出了很多建设性的意见，并给了我很多启发。感谢在自考之路上给予我帮助的所有领导、老师，你们深厚的学术功底和诲人不倦的高尚师德将让我受用一生。感谢全班同学给予我的关心、友谊和帮助，是你们给了我美好而难忘的学习生活。最后，我要衷心感谢我的父母，是你们一直默默地给与我理解与支持，赐给与我勇敢面对困难的勇气和力量，让我能够顺利地完成学业。 参考文献 1 刘正勋;宋小中;张元胜; 电火花细微孔加工方法的研究; A;第七届全国电加工学术年会论文集C;1993年2 于云霞; 微细电火花加工技术的最新进展及应用实例 J;电加工与模具;2003年04期3 赵万生，韦红雨，狄士春，马骏; 微细电火花加工的新进展 J;仪器仪表学报;1996年S1期4 李勇,严晓敏,郭,王显军,邹丽芸; 微细电火花加工工艺研究 J;电加工与模具;1998年04期5 康华光. 电子技术基础（第四版）【M】. 北京：高等教育出版社，1998.6 梁宗善. 新型集成块应用 【M】. 武汉；华中理工大出版社，20047 郭维芹. 模拟电子技术. 北京 ：科学出版社，19988 赵保经. 中国集成电路大全.集成运算放大器分册、TTL集成电路分册.北京；国防工业出版社，1985