pdc鉆頭檢測裝置機械部分設計本科畢業設計-資料下載頁

　　

【正文】 的作用：接受控制機發出的進給脈沖信號，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控機床的加工表面質量，生產率和機床的可靠性的關鍵之一。目前在數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，配以適當的功放裝置組成伺服驅動系統。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。2．無論從電機還是驅動電源，體積都比較小，伺服系統可以不需反饋元件，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字控制的裝置，極易與計算機和微處理器聯接，構成智能化系統。4． 制系統比較簡單，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，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勢。由于它性能好，價格便宜，所以步進電機廣泛用于經濟型數控的開環系統中。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，故可用于大功率數控機床，但該系統必須有液壓站，占地面積大，且易產生漏油。直流伺服電機在閉環控制系統中具有較好的轉矩——連速特性。國內的直流或交流伺服系統，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系統中的電機。[18] 步進電動機控制系統的選擇舊式的步進電動機控制系統由步進控制器、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為環形脈沖，以便實現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的組成采用計算機控制系統，用軟件實現上述步進控制器的功能，使用權控制系統在為簡化。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結構圖因此本設計采用計算機控制系統。在步進電動機的微機控制系統中，脈沖的產生以及步數、方向和速度的控制都由微機來實現；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、不受阻容元件參數的限制、工作穩定、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構成實時脈沖產生電路，該電路的觸發受CPU的控制，它能產生一定數量的、一定頻率的脈沖，其脈沖的頻率和數量由8253計數器的計數值設定，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。對于大多數工作任務來說，總是希望步進電動機盡快地走完規定的步數，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態運行時，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生失步現象，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。具體來說就是均勻改變延時子程序中的時間常數。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，減小定時。采用這種方法也能方便地實現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。根據以上分析，只要控制步進電機的輸入節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。在這個控制系統中，由于是由弱電控制強電，不可避免地會產生干擾，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。 步進電動機步數和轉速的確定 步進電動機步數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直線位移時，步進電動機直接帶動絲杠，絲杠每轉一周產生直線位移５mm，現要求位移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，還要求在規定的時間內完成位移。這就要求步進電動機以某個適當的速度轉動，而轉速的數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（即循環次數）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，經過整理完成了設計題目。縱觀此次畢業設計，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。參考文獻：張君安《機電一體化系統設計》兵器工業出版社；張建民《機電一體化系統設計》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范實務全書》北方工業出版社張松林《軸承手冊》機械工業出版社楊興俊《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》機械工業出版社張遼遠《現代加工技術》機械工業出版社黃長藝《機械工程測試技術基礎》機械工業出版社《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）