微细电火花加工伺服控制系统设计

摘要

MEMS被公认为是21世纪的重点发展学科之一，其发展与需求对现代制造技术提出了新的挑战，微细加工技术越来越多地引起各国科研工作者的重视。微细电火花加工技术具有可控性好、加工单位小、可试施三维加工等特点，这使其在微细轴、微小孔加工及微三维结构制作方面显示出了非常大的潜力。已经发展成为微细加工技术的一个重要分支。本文首先查阅了相关文献和资料，综述和分析了当前微细电火花加工技术的研究现状。针对微细电火花加工伺服控制系统的要求，进行了微细电火花加工伺服控制系统总体设计。该伺服控制系统特点是执行机构采用步进电机+压电陶瓷的宏微组合式驱动机构，实现了大行程和小步距的有机结合，能够提高电火花加工机床的加工性能。同时，采用了基PMAC的控制系统，既有强大的控制功能，又具有高的灵活性。压电陶瓷驱动电源的性能是决定压电陶瓷驱动器性能的关键因素之一。本文分析了现有压电陶瓷常用驱动电源，设计了采用直流放大式驱动原理的驱动电源，该电源采用采用电压放大器加功率放大器的模式，具有良好的动态响应特性，能够满足微细电火花加工伺服要求。本文进行了控制系统的软硬件设计，硬件上充分利用PMAC的资源，通过PMAC丰富接口实现了与外围电路的连接，通过总线和DPRAM实现了PMAC与PC的高速、可靠的通讯。控制系统结构紧凑，可靠性好。软件上根据宏/微组合式驱动系统的特点，设计了进给和回退，进给中采取振动式，能加强间隙排屑的作用，改善间隙条件。系统的工艺试验是评价微细电火花加工控制系统性能的最佳方法。本文用该控制系统实现了Φ17μm的微细轴和Φ30μm微小孔的微细电火花加工。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 微细电火花加工技术的研究现状

1.2.1 线电极电火花磨削技术与微细加工

1.2.2 微细电火花加工装置的研究进展

1.3 微细电火花加工技术的特点

1.4 课题研究内容

第2章 伺服控制系统的总体设计

2.1 微细电火花加工对控制系统的要求

2.2 伺服控制系统总体设计

2.3 步进电机及压电陶瓷宏微伺服进给装置

2.4 基于PMAC的控制系统

2.5 本章小结

第3章 压电陶瓷驱动器电源设计

3.1 压电驱动器的工作原理和应用

3.2 压电陶瓷驱动电源设计

3.2.1 压电陶瓷驱动电源常用方法

3.2.2 压电陶瓷驱动电源电路设计

3.3 压电陶瓷驱动电源性能测试

3.3.1 压电陶瓷驱动电源的动态阶跃响应

3.3.2 压电陶瓷驱动电源的动态频响

3.4 本章小结

第4章 伺服控制系统设计

4.1 伺服控制系统的构成

4.2 伺服控制系统硬件设计

4.2.1 PMAC硬件资源

4.2.2 PMAC外围电路连接

4.2.3 间隙检测接口电路

4.2.4 PMAC与主机的通讯

4.3 伺服控制系统软件设计

4.3.1 PMAC软件系统

4.3.2 伺服策略设计

4.4 本章小结

第5章 微细加工试验

5.1 试验条件

5.2 电火花加工放电状态研究

5.3 微细轴加工试验

5.4 微细孔加工试验

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢