1 引言

目前在油泵油嘴行業(yè)中，傳統(tǒng)的油嘴加工，多數(shù)依靠個人技能所決定的手工操作，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低，勞動強度大，廢品率高。

本系統(tǒng)是對一種電火花機床設(shè)計的，采用負極放電方式即采用黃銅對工件的放電達到加工目的。通過試驗得到黃銅對工件的耗損比值，用程序控制所需要的加工深度，加工出來的油嘴座面完全符合要求，提高了加工速度，保證了加工精度，完全取代了傳統(tǒng)的風磨加工。

2 電火花機床

2.1 什么是電火花機床

電火花機床又稱數(shù)控電火花機床、電火花、火花機等是一種電加工設(shè)備。前蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。

2.2 電火花機床的分類

（1）CNC電火花機床

三軸或三軸以上的數(shù)控電火花成型機；其每個軸皆能實現(xiàn)放電加工，也可實現(xiàn)多軸連動放電加工；

（2）ZNC電火花機床

只有Z軸可實現(xiàn)放電加工；X軸及Y軸手動控制，只有定位功能；

（3）特種電火花機床

用于特殊加工的電火花機床；如輪胎模具電火花機床﹑鞋模電火花機床等等；

2.3 基本物理原理

其基本物理原理是自由正離子和電子在場中積累，很快形成一個被電離的導電通道。在這個階段，兩板間形成電流。導致粒子間發(fā)生無數(shù)次碰撞，形成一個等離子區(qū)，并很快升高到8000到12000度的高溫，在兩導體表面瞬間熔化一些材料，同時，由于電極和電介液的汽化，形成一個氣泡，并且它的壓力規(guī)則上升直到非常高。然后電流中斷，溫度突然降低，引起氣泡內(nèi)向爆炸，產(chǎn)生的動力把溶化的物質(zhì)拋出彈坑，然后被腐蝕的材料在電介液中重新凝結(jié)成小的球體，并被電介液排走。然后通過NC控制的監(jiān)測和管控，伺服機構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達到加工物被加工，使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)品。

3 單片機

3.1 單片機簡介

它是一種在線式實時控制計算機，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計算機的（比如家用PC）的主要區(qū)別。

單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個不是很復雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機，結(jié)果就會有天壤之別！只因為單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！

3.2 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域

單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：

（1）在智能儀器儀表上的應(yīng)用

單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。

（2）在工業(yè)控制中的應(yīng)用

用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。

（3）在家用電器中的應(yīng)用

可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。

（4）在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。

（5）單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用

單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。

此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途

4 設(shè)計思想

根據(jù)油嘴加工工藝及加工工件的參數(shù)，由步進電機驅(qū)動電極移動，要準確地自動實時采樣，改變步進電機的工作頻率，以控制步進電機的進給量，為了符合油嘴的座面要求，在加工過程中，根據(jù)試驗得到的耗損比值，利用查表法編程方法來對電極進行實時修正，這是控制砂輪電機完成的。根據(jù)不同的粗坯工件的加工深度，采取相應(yīng)的頻率以及控制運行的步數(shù)。其工序順序控制邏輯包括：

（1）快速趨進

為了提高工作效率，在工件安裝好后，步進電機必須快速趨進被加工工件的表面。

（2）快速退回

當加工完預置的加工量后，步進電機必須退回到初始位置。

（3）粗磨

對于加工尺寸大的毛坯，為了提高工作效率，可選擇單獨進行粗加工，粗加工時，步進電機以粗磨速度進給，同時通過改變放電電壓，切換放電電容，控制放電火花，放電快，提高加工速度。

（4）精磨

當加工尺寸較小，為了保證座面的角度和光潔度，采用精磨的方式，精磨時，放電火花小，加工電壓低，這也是通過軟件控制繼電器切換加工電壓和放電電容實現(xiàn)。

（5）粗精磨

本系統(tǒng)可進行粗精磨加工一次完成。在開始加工時采用粗磨，當加工到一定范圍以內(nèi)（如3絲），系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換為加工，這樣既提高了加工速度，又保證了精度和光潔度。系統(tǒng)在兩種加工方式下能控制火花放電量。

我們選用三相拍步進電機（45BF3）作為電極的進給驅(qū)動部件。被控制的步進電機有正轉(zhuǎn)（進刀）、反轉(zhuǎn)（退刀）和停轉(zhuǎn)三種基本工作方式，正反轉(zhuǎn)又各有不同的運行頻率（即進刀或退刀速度）要求，進刀、退刀速度是根據(jù)軟件進行調(diào)整的。當步進電機三相繞組按A→AB→B→BC→C→CA→A的順序得電，就可實現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反之，若按A→AC→C→BC→B→AB→A的順序得電，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，若輸出狀態(tài)始終保持不變，電機也就停止了運行，利用8031的P1 口的P1.0、P1.1、P1.2控制電機的三相繞組，達到控制其運行方式。

在加工過程中，同時要控制加工電壓、切換放電電容，當修復加工電極時，要切換工件、電機的電壓。這些都是軟件來控制各個繼電器按一定的時序的開、閉實現(xiàn)。

5 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件由四個部分組成，即由8031單片機、2764EPROM以及74LS373組成的基本系統(tǒng)，驅(qū)動電路、采樣電路和顯示與鍵盤掃描電路。這里主要介紹基本系統(tǒng)及驅(qū)動電路。

（1）基本系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)立了5位顯示器和7個按鍵，顯示器分別顯示加工的模式狀態(tài)、設(shè)置值、加工剩余量，七個按鍵分別為：啟動、復位、暫停、十位置數(shù)位、個位置數(shù)位、置數(shù)功能鍵、加工模式選擇，當置數(shù)按鍵起作用后，可給十位和個數(shù)置數(shù)，加工模式選擇可選擇粗磨、粗精磨加工方式。在軟件中將1~99絲的加工量根據(jù)一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)存入一個表中，在加工時根據(jù)不同的加工量取相應(yīng)的表中的數(shù)據(jù)即可。用串行輸入、并行輸出移位寄存器74LSl64連接LED 顯示器與鍵盤。

（2）驅(qū)動電路

程序控制8031P1口輸出數(shù)據(jù)，通過74LS07驅(qū)動器使步進電機正、反轉(zhuǎn)，考慮到本系統(tǒng)在加工過程中高低頻輻射及現(xiàn)場電網(wǎng)波動引起的干擾，因此采用光電隔離。

當P1.0輸出為高電平，則74LS07第1腳輸出為低電平，此時光耦二極管導通，發(fā)光三極管也即導通，三極管T也導通，使繞組受到24V的激勵，反之則光隔離，繞組不受電壓激勵。二極管D1起保護作用發(fā)光二極管D2指示電機的每相的工作狀態(tài)，也為維修帶來方便，同樣可用程序控制P1口其它位輸出。74LS373也可以作為繼電器的控制或為以后擴展控制作用。

6 系統(tǒng)軟件框圖

系統(tǒng)上電復位后，從8000H單元開始執(zhí)行程序。首先進行系統(tǒng)初始化，然后進行顯示調(diào)用和鍵掃描及按鍵處理。當按置數(shù)鍵后，可對十位、個位調(diào)整設(shè)置相應(yīng)的加工步數(shù)，按啟動鍵后，系統(tǒng)啟動定時器中斷，進入加工狀態(tài)，加工完成后，顯示其狀態(tài)并退刀，電極退回到原位。

根據(jù)步進電機正反轉(zhuǎn)的控制狀態(tài)，確定出相應(yīng)的控制字，然后存入一個表中，在程序中根據(jù)加工的狀態(tài)取相應(yīng)的控制字輸出。步進電機的步進步數(shù)也是根據(jù)步進電機的步進當量和電極的耗損系統(tǒng)來確定相應(yīng)的控制參數(shù)，將1~99絲的控制數(shù)存入一表中，在加工時與表中相應(yīng)的單元進行比較。而步進電機轉(zhuǎn)速的快慢，可以通過改變定時常數(shù)來實現(xiàn)速度的調(diào)整。

在設(shè)計軟件過程還加進了干擾自動保護措施。在程序運行時，利用8031的定時器跟蹤程序，當程序正常時，定時器不斷得到復位，若由于干擾使程序出錯，定時器便能夠使程序返回到出錯點，從而使程序繼續(xù)運行。

7 小結(jié)

本系統(tǒng)已在某油嘴油泵廠投入使用，實踐表明，該系統(tǒng)性能可靠，操作也很方便，給企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟效益。