1、1 引言11 雕刻機(jī)的起源雕刻技術(shù)起源于藝術(shù)品的加工，是一種很傳統(tǒng)的手工工藝，由于深厚的文化內(nèi)涵和精湛的成品效果是雕刻走入工業(yè)生產(chǎn)的初期，雕刻的主要工作是產(chǎn)品形態(tài)的精細(xì)休整和產(chǎn)品的文字圖案雕刻。在我國(guó)北宋時(shí)期發(fā)明了活字印刷，那時(shí)用的模版便屬于雕刻的范疇。隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)的雕刻藝術(shù)也日益精湛，玉雕、象牙雕、紅木雕、篆刻泥人雕等雕刻技術(shù)都堪稱一絕。上世紀(jì)90年代至今，機(jī)械雕刻獲得了前所未有的發(fā)展。從最初的刻字機(jī)、刻章機(jī)再到三位雕刻機(jī)，制作工藝也日漸成熟，應(yīng)用范圍也日漸廣泛。1938年世界第一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國(guó)“嘉寶”問(wèn)世，1950年“嘉寶”生產(chǎn)出世界第一臺(tái)真正意義的電動(dòng)、可縮放比例的手動(dòng)雕刻機(jī)

2、。隨后美國(guó)、日本等國(guó)家也開始研制。目前雕刻機(jī)主要有仿形雕刻機(jī)和計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）雕刻機(jī)兩大類，以完成有互換性要求的雕刻加工和模具雕刻加工。隨著工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)速度的加快，尤其是計(jì)算機(jī)輔組設(shè)計(jì)的廣泛的應(yīng)用，工業(yè)產(chǎn)品的形態(tài)更加豐富，變化更加迅速，對(duì)制造設(shè)備提出了新的要求。這就使以計(jì)算機(jī)輔組設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)（CNC）為核心的數(shù)控雕刻技術(shù)成了雕刻加工發(fā)展的主流。12 雕刻機(jī)的特征數(shù)控雕刻機(jī)它體現(xiàn)的是一種自動(dòng)化以及機(jī)械化的生產(chǎn)模式。從加工原理講是一種鉆銑組合加工，通過(guò)CAM軟件中設(shè)計(jì)好的任意圖案、字體、三位路徑進(jìn)行電腦式計(jì)算加工路徑。由于CNC雕刻對(duì)象的特點(diǎn)為圖案復(fù)雜、造型

3、奇特、成品精細(xì)，而CNC雕刻機(jī)以輕型結(jié)構(gòu)為主，這實(shí)際上限定了CNC雕刻的工作方式為：“小刀具的快速銑削”，事實(shí)上這也正是CNC雕刻的“專業(yè)優(yōu)勢(shì)”，原因就是CNC雕刻是在干“常規(guī)大刀具無(wú)法加工的業(yè)務(wù)”。另外它的操作也是非常簡(jiǎn)單，涉及的行業(yè)也是相當(dāng)?shù)膹V泛，有廣告業(yè)、印章業(yè)、木器加工業(yè)、建筑業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)等等?？杉庸さ牟牧弦彩欠浅V泛，包括金屬、石材、PVC板、鋁塑板等等。隨著人們對(duì)雕刻機(jī)的認(rèn)識(shí)逐步加深，應(yīng)用范圍會(huì)得到不斷擴(kuò)大，應(yīng)用水平也會(huì)逐步提高，雕刻加工必定會(huì)有更廣闊的前景。13 發(fā)展現(xiàn)狀及其研究意義1.3.1 我國(guó)雕刻機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀伴隨著人類社會(huì)的發(fā)展，雕刻行業(yè)發(fā)生著巨大的變化?，F(xiàn)如今人們對(duì)雕刻

4、機(jī)有了全新的認(rèn)識(shí)，數(shù)控木工雕刻機(jī)、模具雕刻機(jī)、激光雕刻機(jī)等電腦雕刻加工的興起與發(fā)展是時(shí)代發(fā)展的需要，電腦雕刻代替機(jī)械已是大勢(shì)所趨。以廣告業(yè)為例，許多廣告業(yè)的客戶都經(jīng)歷過(guò)從手工刻字到使用電腦刻字機(jī)，廣告雕刻機(jī)的使用實(shí)現(xiàn)了機(jī)械代替手工，電腦代替人腦的飛躍，字體規(guī)范的同時(shí)又大大提高了生產(chǎn)效率。隨著近年來(lái)我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展，數(shù)控雕刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也獲得了良好的發(fā)展機(jī)遇，有效地促進(jìn)了我國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)的生產(chǎn)、推廣和應(yīng)用。我國(guó)數(shù)控雕刻機(jī)起步于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，隨著數(shù)控技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，已成為了多個(gè)國(guó)產(chǎn)品牌的雕刻機(jī)，如上海洛克公司生產(chǎn)的啄木鳥數(shù)控雕刻機(jī)、北京精雕公司生產(chǎn)的精雕數(shù)控雕刻機(jī)和南京科能公司生產(chǎn)的威

5、克數(shù)控雕刻機(jī)等。上述各類雕刻機(jī)的機(jī)床本體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，控制器大多借鑒國(guó)外新技術(shù)，采用基于高檔的微控制器或PC的數(shù)控系統(tǒng)，伺服部分以步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)為主，可獲得中等控制精度，但價(jià)格比較便宜，因此整機(jī)的性價(jià)比不是太高，適用于精度要求不太高的普及應(yīng)用場(chǎng)合。至于高精度的雕刻加工，目前我國(guó)尚以進(jìn)口數(shù)控雕刻機(jī)為主，如意大利的佐拉、日本的全量等品牌的數(shù)控雕刻機(jī)。這類數(shù)控雕刻機(jī)機(jī)床本體設(shè)計(jì)剛度好、精度高，采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加工精度高，控制系統(tǒng)功能全、可靠性高，但價(jià)格昂貴，往往數(shù)倍于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，因此主要應(yīng)用于模具等高精度加工場(chǎng)合。1.3.2 雕刻機(jī)的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)雕刻機(jī)市場(chǎng)緊跟雕刻制作行業(yè)的走向。隨著雕刻行業(yè)的發(fā)展

6、，市場(chǎng)對(duì)雕刻機(jī)生產(chǎn)廠商提出了更高的要求。雕刻制作行業(yè)的市場(chǎng)細(xì)分已經(jīng)日益成熟，但雕刻設(shè)備只有零星的專業(yè)系列雕刻機(jī)推出，推出專業(yè)系列雕刻機(jī)是雕刻設(shè)備研制廠商的當(dāng)務(wù)之急。操作人性化、簡(jiǎn)潔化是CNC雕刻機(jī)的一大發(fā)展趨勢(shì)。為了滿足規(guī)?；a(chǎn)的需要，簡(jiǎn)潔的操作系統(tǒng)就成了目前雕刻機(jī)生產(chǎn)廠商急需研發(fā)的項(xiàng)目。簡(jiǎn)潔的操作系統(tǒng)使一人操作數(shù)臺(tái)CNC雕刻設(shè)備成為現(xiàn)實(shí)。完善的服務(wù)體系是雕刻機(jī)生產(chǎn)廠商發(fā)展、壯大的根基。建立完善的服務(wù)體系也是目前許多雕刻機(jī)生產(chǎn)廠商迫切需要解決的問(wèn)題。 不僅僅如此，隨著機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、高速電機(jī)、控制芯片、軟件平臺(tái)和程序設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的發(fā)展，雕刻機(jī)的性能將得到改進(jìn)和提高。而今后計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，也

7、將給雕刻機(jī)帶來(lái)一場(chǎng)革命。最終雕刻機(jī)將改變不了走向高速高精度化、高效率可靠性、多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)的命運(yùn)。 1.3.3 研究的目的與意義建國(guó)以來(lái)，我國(guó)的機(jī)械工業(yè)雖然已經(jīng)有了較大的發(fā)展，具備了一定的基礎(chǔ)和規(guī)模，初步滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的需要。但隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在相當(dāng)大的差距。因此，在我國(guó)以新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和開發(fā)高技術(shù)含量的新產(chǎn)品已成為當(dāng)前機(jī)械工業(yè)以至各傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)密切關(guān)注和改革的焦點(diǎn)。因此，在雕刻行業(yè)也同樣隨著市場(chǎng)的變化需求需要做出突破與創(chuàng)新。而雕刻機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控雕刻機(jī)的控制核心，其控制功能的強(qiáng)弱、控制性能的優(yōu)劣直接關(guān)系著數(shù)控雕刻機(jī)的加

8、工質(zhì)量與加工效率，對(duì)整個(gè)雕刻機(jī)的性價(jià)比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力都至關(guān)重要。但目前國(guó)產(chǎn)雕刻機(jī)使用的數(shù)控系統(tǒng)在性能和價(jià)格上不能很好的統(tǒng)一，成為影響國(guó)產(chǎn)數(shù)控雕刻機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的制約因素之一。為此，研究開發(fā)具有良好性價(jià)比的雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)很有意義。這樣的研究將能節(jié)約資源，進(jìn)一步提高雕刻機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的性價(jià)比，以優(yōu)良的控制性能和較低的價(jià)格進(jìn)一步增強(qiáng)國(guó)產(chǎn)雕刻機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，并為雕刻機(jī)最終用戶改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約生產(chǎn)成本提供有效手段。14 本文的研究?jī)?nèi)容本文研究的主要內(nèi)容是掌握步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與其相連的各部件之間的連線方式并通過(guò)計(jì)算機(jī)中的EMC2軟件輸出信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，然后利用驅(qū)動(dòng)器控制五軸雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)。在雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)的

9、基礎(chǔ)上，再通過(guò)EMC2軟件對(duì)雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠正常順暢的運(yùn)行并能夠?qū)?shí)物進(jìn)行雕刻。2 雕刻機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理雕刻機(jī)的傳統(tǒng)的工作原理：通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)部配置的專用雕刻軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和排版，并由計(jì)算機(jī)把設(shè)計(jì)與排版的信息自動(dòng)傳送至雕刻機(jī)控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化為能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的帶有功率的信號(hào)（脈沖串），控制雕刻機(jī)主機(jī)生成各軸的雕刻走刀路徑。同時(shí)，雕刻機(jī)上的高速旋轉(zhuǎn)雕刻頭通過(guò)按加工材質(zhì)配置的刀具對(duì)固定于主機(jī)工作臺(tái)上的加工材料進(jìn)行切削，這樣即可雕刻出在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)的各種平面或立體的浮雕圖形及文字，實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化作業(yè)。而本課題的原理是將預(yù)先設(shè)定好的G代碼轉(zhuǎn)化為EMC2軟件能讀懂的信號(hào)，

10、然后EMC2軟件通過(guò)計(jì)算機(jī)并口到驅(qū)動(dòng)板將信號(hào)放大給驅(qū)動(dòng)器脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)然后就是雕刻機(jī)正常運(yùn)行如下圖所示。 G代碼驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)雕刻機(jī)EMC2輸出脈沖與方向21 軟件EMC2 EMC的特點(diǎn)EMC（增強(qiáng)機(jī)器控制）是一款用來(lái)控制機(jī)床（銑床、車床等）的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，也是一款開源的自由軟件。當(dāng)前軟件只許可GPL和LGPL的版本。軟件具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：它提供了幾種不同的用戶界面可供使用，是一種G代碼翻譯器；是一種帶預(yù)處理功能的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)；可直接操作底層的機(jī)床電器如傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等；它獨(dú)有的“面包板層”可以使用戶像使用“面包板”做電路實(shí)驗(yàn)一樣很容易的創(chuàng)建適合自己機(jī)器的獨(dú)有配置

11、文件；是可用梯形圖編程操作的PLC軟件；以上所有這些都集成到一張Live-CD上面，易于安裝。但是這個(gè)軟件不提供CAD和CAM功能，不能畫圖，也不能從圖直接導(dǎo)出G代碼。它可以支持9軸聯(lián)動(dòng)并且還可以支持不同的接口。既能夠?qū)崿F(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)的運(yùn)動(dòng)控制，又能控制模擬PWM接口的伺服電機(jī)。在運(yùn)動(dòng)控制方面還具有很多優(yōu)點(diǎn)：刀具半徑和長(zhǎng)度補(bǔ)償、路徑偏差可限制在給定的誤差范圍內(nèi)、車床車螺紋、多軸聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)適應(yīng)進(jìn)給速度、手動(dòng)進(jìn)給覆蓋、恒速控制等。通過(guò)調(diào)整運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊的參數(shù)還可以支持非笛卡爾運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。下面是EMC的部分圖。 EMC2的配置向?qū)П菊n題中涉及到EMC2軟件部分的其實(shí)只有配置向?qū)Р糠侄?。配置向?qū)е皇荅MC2

12、的一個(gè)比較基本的配置功能。EMC2可以通過(guò)許多不同的硬件接口控制不同類型的機(jī)器設(shè)備。當(dāng)機(jī)器設(shè)備使用并口與PC機(jī)連接而且可以用“脈沖信號(hào)+方向信號(hào)”控制時(shí)，使用Stepconf Wizard生成配置文件是最好的選擇。Stepconf Wizard在安裝EMC2時(shí)就已經(jīng)自動(dòng)安裝了。如圖，下面是對(duì)圖中的選項(xiàng)的解釋。Create New：創(chuàng)建一個(gè)新的配置。Modify：修改一個(gè)舊的配置。選擇此項(xiàng)后，接下來(lái)的頁(yè)面就是一個(gè)文件選擇界面，在此頁(yè)面里你可以選擇要修改的配置文件。Create Desktop Shortcut：為my-mill文件夾創(chuàng)建一個(gè)桌面快捷方式。Create Desktop Launch

13、er：為啟動(dòng)包含my-mill相關(guān)配置的EMC2應(yīng)用程序創(chuàng)建一個(gè)快捷方式。 下面幾圖是一些常用到選項(xiàng)。Axis Configuration：軸配置，只能選用XYZ、XYZA或XZ中的一種。Machine Units：機(jī)床尺寸單位，英制或公制。本課題用到的只要是公制的。Driver Type：電機(jī)驅(qū)動(dòng)器型號(hào)，軟件自帶的有很多種驅(qū)動(dòng)器型號(hào)，但是本課題中涉及到的是其他兩種型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器，所以應(yīng)選其他這個(gè)選項(xiàng)。Step Time：指的是步進(jìn)脈沖信號(hào)的寬度。Step Space：指的是步進(jìn)脈沖之間的寬度。Direction Hold：電機(jī)方向切換后保持的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間過(guò)后才能發(fā)步進(jìn)脈沖。Direction

14、 Setup：這個(gè)指的是步進(jìn)脈沖發(fā)完后需保持一段時(shí)間然后才能切換方向。22 驅(qū)動(dòng)板與驅(qū)動(dòng)器 驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)板的工作原理就是將EMC2軟件給的信號(hào)進(jìn)行放大，然后將該信號(hào)以脈沖和方向兩個(gè)信號(hào)形式連接到驅(qū)動(dòng)器上。同時(shí)還可以降低電流，將高電壓和大電流與控制板隔離，起到一個(gè)保護(hù)電器的作用。 驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（稱為“步距角”）一步一步運(yùn)行的，其特點(diǎn)是沒(méi)有積累誤差，所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行是要有一個(gè)電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說(shuō)：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器就使步

15、進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖的頻率成正比。因此，只要控制步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)的頻率就可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速，而控制步進(jìn)電機(jī)脈沖的個(gè)數(shù)就可以對(duì)電機(jī)精確定位。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器還可以對(duì)電機(jī)的步距角進(jìn)行細(xì)分。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，其步距角變小了。如驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為“電機(jī)固有步距角”，這就是細(xì)分的基本概念。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動(dòng)器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無(wú)關(guān)。驅(qū)動(dòng)器細(xì)分的優(yōu)點(diǎn)主要有：完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式電機(jī)）的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑。如果步進(jìn)電機(jī)有時(shí)要在共振區(qū)工作（如走圓?。?，選擇細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是唯一的選擇。

16、不僅如此，細(xì)分還可以提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。尤其是對(duì)三相反應(yīng)式電機(jī)，其力矩比不細(xì)分時(shí)提高了約30-40%。還能提高電機(jī)的分辨率，由于減小了步距角、提高了步距的均勻度，提高電機(jī)的分辨率也是不言而喻的。23 雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)因?yàn)槲艺n題的主要任務(wù)不是做結(jié)構(gòu)而做驅(qū)動(dòng)，所以在這里就結(jié)合一下圖稍微簡(jiǎn)單點(diǎn)給大家介紹一下雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)。X軸步進(jìn)電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)左右工作Z軸步進(jìn)電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞X軸旋轉(zhuǎn)工作Y軸步進(jìn)電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)上下工作3 雕刻機(jī)的整體接線整體的接線就是縱觀所有儀器設(shè)備的接線方式與原理。本章首先主要講的是整體的各部分直接的接線方式，然后再介紹每個(gè)部件各自的接線方式。等線全部接完之后，再試著用計(jì)算機(jī)中的EMC2

17、軟件來(lái)驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)看看。 如上圖所示，計(jì)算機(jī)與驅(qū)動(dòng)板之間通過(guò)計(jì)算機(jī)并口連接，并由計(jì)算機(jī)控制板給驅(qū)動(dòng)板提供一個(gè)5V的電源。然后驅(qū)動(dòng)板通過(guò)四根信號(hào)線與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接在一起，一個(gè)24V的電源給驅(qū)動(dòng)器提供電流。最后就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與雕刻機(jī)上的各個(gè)軸的步進(jìn)電機(jī)相連以至驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)。31 步進(jìn)電機(jī)的接線方式要搞清楚步進(jìn)電機(jī)的接線方式，首先我覺得應(yīng)該先弄懂步進(jìn)電機(jī)的工作原理。按照常理來(lái)說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)接線要根據(jù)線的顏色來(lái)區(qū)分接線。但是不同公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)線的顏色是不一樣的，特別是國(guó)外的步進(jìn)電機(jī)。這樣一來(lái)，步進(jìn)電機(jī)的接線就應(yīng)該用萬(wàn)用表打表。步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造如下圖：通過(guò)上圖可知，A，A-是連通的，B，B-是

18、連通的。那么，A和A-是一組a，B和B-是一組b。因此要驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)無(wú)非是輪流給a組和b組線連續(xù)的脈沖，這樣步進(jìn)電機(jī)就能驅(qū)動(dòng)了。不管是兩相四線、四相五線還是四相六線步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是如此。至于究竟是四線、五線還是六線，就要看A和A-之間，B和B-之間有沒(méi)有公共端com端。如果a組和b組各有一個(gè)com端，則該步進(jìn)電機(jī)為六線。如果a組和b組的公共端連在一起則是五線的。所以，要弄清步進(jìn)電機(jī)如何接線，只需把a(bǔ)和b組分開就可以了。分開的方法就是用萬(wàn)用表測(cè)兩根線，如果相通便是一組。本課題用到的步進(jìn)電機(jī)便是兩相四線的，所以只要將這兩相分別如下圖所示接到驅(qū)動(dòng)器對(duì)應(yīng)的A+，A-和B+，B-上即可。32 驅(qū)動(dòng)

19、器的接線方式上一節(jié)已經(jīng)介紹了步進(jìn)電機(jī)的接線方式，而要能夠使步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)起來(lái)就必須要有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所以本節(jié)主要介紹的就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接線方式。要知道驅(qū)動(dòng)器的接線方式就必須知道驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和每個(gè)接口代表的是什么意思以及該驅(qū)動(dòng)器的一些特點(diǎn)和參數(shù)。本課題主要用到了兩種不同型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器（SM-202A和SH-20403），所以接下來(lái)著重介紹的也是這兩種驅(qū)動(dòng)器的接線方式。 驅(qū)動(dòng)器SM-202A驅(qū)動(dòng)器SM-202A如上圖所示，該驅(qū)動(dòng)器具有的特點(diǎn)：電源電壓不大于+40VDC；斬波頻率大于35KHZ；輸入信號(hào)與TTL兼容；無(wú)CP脈沖電流自動(dòng)減半；最大驅(qū)動(dòng)電流1A/相；可驅(qū)動(dòng)兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)；

20、雙極性恒流斬波方式；光電隔離信號(hào)輸入；SM202A型：2、4、8、16、32、64、128、256；驅(qū)動(dòng)電流可由開關(guān)設(shè)定；外形尺寸：85*59*19。引腳的說(shuō)明：+45V，GND端為外接直流電源，直流電壓范圍為+12V+40V。A+，A-端為電機(jī)A相，B+，B-端為電機(jī)B相。前面在介紹步進(jìn)電機(jī)的接線方式的時(shí)候就已經(jīng)介紹過(guò)了，這四個(gè)引腳是直接與電機(jī)的A相和B相接的。+COM端為光電隔離電源公共端，典型值為+5V，高于+5V時(shí)應(yīng)在CP，DIR及FREE端串接電阻。CP端為脈沖信號(hào)，下降沿有效。DIR端為方向控制信號(hào)，電平高低決定電機(jī)運(yùn)行方向。FREE端為驅(qū)動(dòng)器使能，高電平或懸空電機(jī)可運(yùn)行。低電平驅(qū)

21、動(dòng)器無(wú)電流輸出，電機(jī)出于自由狀態(tài)。電氣特性：輸入電壓在+12V-+40V之間，典型值為+30V。本課題用的是一個(gè)+24V的電源；輸出相電流0.15、0.25、0.40、0.5、0.6、0.7、0.85、1.00A；信號(hào)邏輯輸入電流10mA-25mA；下降沿脈沖時(shí)間大于5us；絕緣電阻大于500M歐。細(xì)分?jǐn)?shù)由開關(guān)K1、K2、K3選擇，具體的選擇方式如下圖。電流值由K4、K5、K6選擇，具體的選擇方式如下圖。接下來(lái)就是驅(qū)動(dòng)器具體接線的電路圖以及一些要注意的問(wèn)題。先講一下要注意的地方：電源電壓在DC12V-DC40V之間可以正常工作；最好選用非穩(wěn)壓型電源；當(dāng)多個(gè)驅(qū)動(dòng)器共用一個(gè)電源時(shí)，應(yīng)提高電源的額定

22、功率和額定輸出電流并注意散熱；注意靜態(tài)電流的設(shè)定，設(shè)定靜態(tài)電流時(shí)，當(dāng)脈沖信號(hào)延遲1秒后，電機(jī)電流自動(dòng)減半并減少發(fā)熱。典型接線圖：3.2.2 驅(qū)動(dòng)器SH-20403驅(qū)動(dòng)器SH-20403如下圖所示。簡(jiǎn)單介紹一下該驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)：10V-40V直流供電；H橋雙極恒相流驅(qū)動(dòng)；最大3A的八種輸出電流可選；最大64細(xì)分的七種細(xì)分模式可選；輸入信號(hào)光電隔離；標(biāo)準(zhǔn)共陽(yáng)單脈沖接口；脫機(jī)保持功能；半密閉式機(jī)殼可適應(yīng)更嚴(yán)苛環(huán)境；提供節(jié)能的自動(dòng)半電流鎖定功能；通過(guò)CE認(rèn)證。輸出電流選擇：該驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流為3A/相（峰值），通過(guò)驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出八種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)輸出八種電流，從0.9A

23、到3A（詳見電流選擇表）以配合不同的電機(jī)使用。細(xì)分選擇：該驅(qū)動(dòng)器可提供整步、改善半步、4、8、16、32和64細(xì)分七種運(yùn)行模式，利用驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第1、2、3三位可組合出不同的狀態(tài)（詳見細(xì)分模式選擇表）。公共端：該驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)采用共陽(yáng)極接線方式，用戶應(yīng)將輸入信號(hào)的電源正極連接到該端口上，將輸入的控制信號(hào)連接到對(duì)應(yīng)的信號(hào)端口上。控制信號(hào)低電平有效，此時(shí)對(duì)應(yīng)的內(nèi)部光耦導(dǎo)通，控制信號(hào)輸入驅(qū)動(dòng)器中。脈沖信號(hào)輸入：共陽(yáng)極時(shí)該脈沖下降沿被驅(qū)動(dòng)器解釋為一個(gè)有效脈沖，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行一步。為了確保脈沖信號(hào)的可靠響應(yīng)，共陽(yáng)極時(shí)脈沖低電平的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于10us。該驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)響應(yīng)頻率為70KHZ

24、，過(guò)高的輸入頻率將可能得不到正確的響應(yīng)。方向信號(hào)輸入：該端口信號(hào)的高電平和低電平控制電機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)向。共陽(yáng)極時(shí)該端懸空被等效認(rèn)為輸入高電平?？刂齐姍C(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)，應(yīng)確保方向信號(hào)領(lǐng)先脈沖信號(hào)至少10us建立，可避免驅(qū)動(dòng)器對(duì)脈沖的錯(cuò)誤響應(yīng)。脫機(jī)信號(hào)輸入：該端接受控制機(jī)輸出的高/低電平信號(hào)，共陽(yáng)極時(shí)低電平時(shí)電機(jī)相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）。共陽(yáng)極時(shí)高電平或懸空時(shí)，轉(zhuǎn)子處于鎖定狀態(tài)。典型接線圖： 驅(qū)動(dòng)器接線注意問(wèn)題在接線驅(qū)動(dòng)器時(shí)，應(yīng)遵循功率線（電機(jī)相線，電源線）與弱電信號(hào)線分開的原則，以避免控制信號(hào)被干擾。在無(wú)法分別布線或有強(qiáng)干擾源（變頻器，電磁閥等）存在的情況下，最好使用屏蔽電纜傳送控制信號(hào)；

25、采用較高電平的控制信號(hào)對(duì)抵抗干擾也有一定的意義。為了取得最滿意的驅(qū)動(dòng)效果，需要選取合理的供電電壓和設(shè)定電流。供電電壓的高低決定電機(jī)的高速性能，而電流設(shè)定值決定電機(jī)的輸出力矩。供電電壓的選定：一般來(lái)說(shuō)，供電電壓越高，電機(jī)高速時(shí)力矩越大，越能避免高速時(shí)掉步。但另一方面，電壓太高可能損壞驅(qū)動(dòng)器，而且在高電壓下工作時(shí)，低速運(yùn)動(dòng)振動(dòng)較大，所以要選用一個(gè)合適的電壓值。輸出電流的設(shè)定值：對(duì)于同一電機(jī)，電流設(shè)定值越大時(shí)，電機(jī)輸出力矩越大，但電流大時(shí)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱也比較嚴(yán)重。所以一般情況是把電流設(shè)成供電機(jī)長(zhǎng)期工作時(shí)出現(xiàn)溫?zé)岬贿^(guò)熱時(shí)的數(shù)值。本課題用到的是四線電機(jī)，一般情況下，四線電機(jī)的高速度模式是輸出電流設(shè)

26、成等于或略小于電機(jī)額定電流值。33 驅(qū)動(dòng)板的接線方式驅(qū)動(dòng)板是連接在計(jì)算機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的電氣件，它起的作用就是信號(hào)放大和隔離保護(hù)的作用，所以驅(qū)動(dòng)板的接線也是很重要的。驅(qū)動(dòng)板的輸出端與驅(qū)動(dòng)器的輸入端相連，如下面兩圖所示。SM-202A：SH-20403：在實(shí)際接線的時(shí)候，往往都是一個(gè)驅(qū)動(dòng)板與多個(gè)驅(qū)動(dòng)器相連。下面是本課題驅(qū)動(dòng)板的實(shí)際接線圖以及一些引腳所接的信號(hào)說(shuō)明。這兩個(gè)引腳分別是X軸的脈沖和方向信號(hào)這兩個(gè)引腳分別是Z軸的脈沖和方向信號(hào)這兩個(gè)引腳分別是Y軸的脈沖和方向信號(hào)這兩個(gè)引腳是兩個(gè)+5V的高電平驅(qū)動(dòng)板上的綠顏色的線接的是脈沖信號(hào)，與驅(qū)動(dòng)器上的脈沖端相連。棕色的線接的方向信號(hào)，與驅(qū)動(dòng)器上的方向端

27、相連。至于橙色和藍(lán)色的線是驅(qū)動(dòng)板上的兩個(gè)+5V的接線端，橙色線是與公共端相連的（公共端接線要求是TTL電平），而藍(lán)色的線在SM-202A上是與ENA端相連的，在SH-20403上是與脫機(jī)端相連的。這兩個(gè)端口的接線要求都是要懸空或者是接高電平（這里接的是高電平），否則驅(qū)動(dòng)器就處于自由狀態(tài)。4 雕刻機(jī)的驅(qū)動(dòng)與優(yōu)化據(jù)前面接線的鋪墊，本個(gè)章節(jié)主要介紹的就是雕刻機(jī)的驅(qū)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)方面的優(yōu)化。本課題雕刻機(jī)的驅(qū)動(dòng)與優(yōu)化都是依賴于EMC2軟件，而在前面就已經(jīng)介紹過(guò)了這個(gè)軟件的一些選項(xiàng)、控件的含義與用途。接下來(lái)就是主要介紹如何利用該軟件驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)以及運(yùn)動(dòng)優(yōu)化。41 雕刻機(jī)的驅(qū)動(dòng) EMC2中的引腳介紹EMC2的并口有

28、17個(gè)引腳可以用。對(duì)Stepconf Wizard來(lái)說(shuō)，是12個(gè)輸出引腳外加5個(gè)輸入引腳。下圖這個(gè)界面主要是為了給每個(gè)引腳選擇不同的功能（輸出引腳有23種功能可選，輸入引腳有40種功能可選，具體選哪個(gè)就要參考要和并口連接的硬件了）。如果電平信號(hào)是相反的就需要把引腳的“invert”選項(xiàng)勾上。在本課題中電平是相反的，所以要驅(qū)動(dòng)就必須要把該選項(xiàng)給勾上。Output pinout presets：Sherline機(jī)床和Xylotex驅(qū)動(dòng)的并口順序都是固定的，所以EMC2在這個(gè)頁(yè)面就有兩個(gè)快捷鍵，這兩個(gè)快捷鍵主要是自動(dòng)設(shè)置第2-9引腳的。Outputs：左邊這12個(gè)引腳就是EMC2的輸出引腳，引腳2-

29、9每?jī)蓚€(gè)就分別對(duì)應(yīng)著步進(jìn)電機(jī)的脈沖和運(yùn)動(dòng)方向。Inputs：這五個(gè)主要是輸入引腳，基本上是作為接收反饋信號(hào)用的。比如接個(gè)限位開關(guān)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)碰到限位開關(guān)時(shí)，限位開關(guān)就會(huì)將信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)板反饋到計(jì)算機(jī)中，然后EMC2就會(huì)自動(dòng)將雕刻機(jī)停下。圖中引腳1對(duì)應(yīng)的ESTOP Out主要接的是外部急停開關(guān)。典型的急停開關(guān)回路應(yīng)該使用常閉觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，在Outputs和Inputs中一些不用的輸入或輸出引腳全部都要設(shè)成“Unused”的狀態(tài)。 進(jìn)給軸的配置驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)就需要給它脈沖和方向兩種信號(hào)，以下就是對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給軸參數(shù)的一些設(shè)定。，所以脈沖數(shù)就是200。Driver Microstepping：驅(qū)

30、動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)，如果是2細(xì)分，此處就應(yīng)該是2。本課題中用到的驅(qū)動(dòng)器都是采用整步的，所以填1。Pulley teeth：傳動(dòng)比。主要是電機(jī)和絲杠之間的傳動(dòng)比。如果用皮帶輪連接電機(jī)和絲杠，就應(yīng)該將傳動(dòng)比給寫上。如果是電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲杠，此處就寫1：1。Leadscrew Pitch：絲杠與工作臺(tái)之間的傳動(dòng)比。在這里有兩個(gè)選項(xiàng)，一個(gè)是英寸，一個(gè)是毫米。我們用的是毫米，所以在此處就應(yīng)該填絲杠每轉(zhuǎn)一圈工作臺(tái)走的毫米數(shù)（比如填2就表示2mm/rev，單頭絲杠就是螺距，多頭絲杠就是導(dǎo)程）。在測(cè)試該軸的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)工作臺(tái)的方向走反了，可以通過(guò)在此處輸入一個(gè)負(fù)數(shù)來(lái)調(diào)整方向或者就是修改一下“invert”選項(xiàng)。Max

31、imum Velocity：電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速。Maximum Acceleration：電機(jī)的最大加速度。Home Location：原點(diǎn)的位置，就是在該軸上執(zhí)行回歸原點(diǎn)操作后在該軸所處的位置。沒(méi)有原點(diǎn)開關(guān)時(shí)，需要機(jī)床操作員手動(dòng)把工作臺(tái)移到某個(gè)位置，然后按“Home”按鈕確定原點(diǎn)。如果共同使用原點(diǎn)和限位開關(guān)功能就必須讓原點(diǎn)位置和原點(diǎn)開關(guān)位置不同，否則就會(huì)出現(xiàn)“joint limit”錯(cuò)誤。Table Travel：工作臺(tái)的行程。指的是不允許G代碼超過(guò)該行程，而且原點(diǎn)位置也必須在這個(gè)行程范圍之內(nèi)。尤其要注意的是，把原點(diǎn)位置剛好設(shè)在工作臺(tái)行程的某一端也是不允許的。Home Switch Locati

32、on：原點(diǎn)開關(guān)位置。在執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)位時(shí)，經(jīng)過(guò)這個(gè)位置時(shí)將會(huì)產(chǎn)生壓下、釋放原點(diǎn)開關(guān)的動(dòng)作。只有在并口頁(yè)面里面選擇了相應(yīng)軸的原點(diǎn)開關(guān)選項(xiàng)時(shí)該參數(shù)和下面兩個(gè)參數(shù)才會(huì)出現(xiàn)，否則都是不可用的狀態(tài)。Home Search Velocity：原點(diǎn)回復(fù)速度。在操作原點(diǎn)回復(fù)操作時(shí)，工作臺(tái)向原點(diǎn)開關(guān)運(yùn)行時(shí)的速度。如果原點(diǎn)開關(guān)距離行程終點(diǎn)很近，就應(yīng)該設(shè)定一個(gè)適當(dāng)?shù)幕貜?fù)速度，使工作臺(tái)可以減速停止，以免超出行程。即使原點(diǎn)開關(guān)距離行程終點(diǎn)有一段距離，但如果不能保證原點(diǎn)開關(guān)從被壓下時(shí)到行程終點(diǎn)一直都處于壓下的狀態(tài)，也應(yīng)該設(shè)定一個(gè)適當(dāng)?shù)幕貜?fù)速度，這樣工作臺(tái)才能減速停止。而且要確保原點(diǎn)開關(guān)不在工作臺(tái)方向上被釋放，還要確保每一次原

33、點(diǎn)回復(fù)操作都是從原點(diǎn)開關(guān)的同一側(cè)開始的。如果原點(diǎn)回復(fù)操作時(shí)，工作臺(tái)的運(yùn)行方向反了，把這個(gè)原點(diǎn)恢復(fù)速度設(shè)成一個(gè)負(fù)值就可以解決問(wèn)題了。Home Latch Direction：最終確定原點(diǎn)的方式。工作臺(tái)壓下原點(diǎn)開關(guān)以后，如果選“Same”，則工作臺(tái)會(huì)退回一點(diǎn)，重新以一個(gè)非常慢的速度再次接近原點(diǎn)開關(guān)，原點(diǎn)開關(guān)再次閉合時(shí)，工作臺(tái)停止，原點(diǎn)確定；如果選“Opposite”，則工作臺(tái)非常慢的退回，原點(diǎn)開關(guān)釋放時(shí)，工作臺(tái)停止，原點(diǎn)確定。Test this axis：測(cè)試軸。這個(gè)按鈕是專門用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)用的，也是用來(lái)調(diào)試步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)的?？梢酝ㄟ^(guò)這個(gè)按鈕調(diào)試步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度、加速度、方向等等。如下圖所示，

34、圖中Velocity就是用來(lái)調(diào)節(jié)改變速度的。Acceleration：是用來(lái)調(diào)節(jié)加速度的。Jog：指的是點(diǎn)動(dòng)，左右方向分別指的是按一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。Test Area：如果你保證電機(jī)在一個(gè)安全的范圍內(nèi)運(yùn)行就可以使用這個(gè)選項(xiàng)。它的意思你可以在自己設(shè)定的一個(gè)范圍之內(nèi)來(lái)回往返的運(yùn)動(dòng)。如果想朝一個(gè)方向移動(dòng)固定的一段距離也同樣可以使用這個(gè)選項(xiàng)，只需要把“+、-”改成單個(gè)的“+”或者是“-”，它就會(huì)朝一個(gè)固定的方向移動(dòng)一段固定的距離。42 雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)優(yōu)化對(duì)雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)優(yōu)化，無(wú)非就是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行改善，使它的誤差變得更小一點(diǎn)，運(yùn)行的時(shí)候能夠更加平穩(wěn)流暢。以及在這個(gè)基礎(chǔ)上能夠使雕刻機(jī)的工作效率提高，比如在保

35、證精度要求的前提下提高步進(jìn)電機(jī)的速度和加速度已到達(dá)縮短工件的加工時(shí)間。另外就是選用一些適合的參數(shù)以及對(duì)一些不足之處提出一些可供參考解決方案。 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制首先我們來(lái)了解一下步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式：（只適用于兩相步進(jìn)電機(jī)）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速=頻率*60/200*n。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速單位是：分/轉(zhuǎn)，頻率單位是：赫茲，n是指步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分倍數(shù)。從公式中我們可以知道，步進(jìn)電機(jī)的速度與控制器所發(fā)的頻率成正比。發(fā)出的頻率越高，步進(jìn)電機(jī)的速度越快。步進(jìn)電機(jī)的速度越快，輸出軸的力矩就越小。所以步進(jìn)電機(jī)的速度并不能設(shè)定的太高。記得以前有一個(gè)概念：600轉(zhuǎn)是正常轉(zhuǎn)速，當(dāng)然這個(gè)不是絕對(duì)的，要看電機(jī)軸具體的負(fù)載情

36、況。但是不管這個(gè)概念是否正確，都說(shuō)明了：步進(jìn)電機(jī)不可能做到很高的轉(zhuǎn)速！步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一般情況下都有兩組設(shè)置開關(guān)：電流設(shè)定：根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的額定電流設(shè)置。細(xì)分設(shè)置：兩相步進(jìn)電機(jī)是接收到200個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈（整步）。細(xì)分的作用就是改變轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)。半步就是接收到400個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈?？傊弘姍C(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要的脈沖數(shù)=驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)*200 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)步距誤差每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角。步距角大小會(huì)直接影響步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)和運(yùn)行頻率。外型尺寸相同的電機(jī)，步距角小的往往起動(dòng)和運(yùn)行的頻率高，但轉(zhuǎn)速和輸出功率不一定高。使用時(shí)，可根據(jù)需要的脈沖當(dāng)量（每一脈沖步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載所轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)角或是

37、移動(dòng)的直線位移）和可能選擇的傳動(dòng)比來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角。有了步距角才會(huì)有靜態(tài)步距角誤差。先來(lái)假設(shè)一個(gè)工況：步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈帶動(dòng)機(jī)械行步40mm，我們要求步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈機(jī)械行走誤差為0.1mm。從0.1個(gè)精度的要求考慮，在電機(jī)軸帶額定負(fù)載情況下，驅(qū)動(dòng)器設(shè)為4細(xì)分或是8細(xì)分基本可以滿足要求了。步進(jìn)電機(jī)是一種精密的執(zhí)行電機(jī)，但是再精密的東西也是有誤差存在的，步進(jìn)電機(jī)也不例外。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際步距角與理論的步距角之間的誤差稱為靜態(tài)步距角誤差。我們?cè)诓豢紤]機(jī)械誤差和丟脈沖的情況下，把驅(qū)動(dòng)器細(xì)分設(shè)為整步（200個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈），一個(gè)脈沖行走的長(zhǎng)度就是0.2mm，如果步距誤差是5%（當(dāng)然實(shí)際誤差是不可能這么大的）

38、，每走一個(gè)脈沖就產(chǎn)生誤差0.01mm。如果200個(gè)脈沖里有10個(gè)脈沖產(chǎn)生誤差，就是0.1mm的誤差。把驅(qū)動(dòng)器細(xì)分設(shè)為4細(xì)分（800個(gè)脈沖每轉(zhuǎn)），一個(gè)脈沖行走的長(zhǎng)度就是0.05mm，步距誤差還是5%，每走一個(gè)脈沖就產(chǎn)生誤差0.0025mm。如果800個(gè)脈沖里有10個(gè)脈沖產(chǎn)生誤差，0.025mm的誤差。再考慮丟（增）脈沖現(xiàn)象，細(xì)分設(shè)為整步，丟（增）一個(gè)脈沖就是0.2mm誤差，細(xì)分設(shè)為4細(xì)分，丟（增）一個(gè)脈沖是0.05mm的誤差。如上，細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越高，那么設(shè)為128細(xì)分。128*200=25600個(gè)脈沖轉(zhuǎn)一圈。算下來(lái)差不多一秒鐘轉(zhuǎn)四圈，也就是每分鐘240轉(zhuǎn)，速度很慢。所以增加太多的細(xì)分?jǐn)?shù)也不是一

39、個(gè)可以選擇的方案，而且基本細(xì)分?jǐn)?shù)超過(guò)16以后對(duì)于精度的要求而言就已經(jīng)沒(méi)有什么意義了。所以綜上，只有經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)試之后選擇一個(gè)適合自己用的細(xì)分?jǐn)?shù)。 步進(jìn)電機(jī)的失步什么是步進(jìn)電機(jī)的失步或丟步呢？通俗的講就是發(fā)的脈沖數(shù)本應(yīng)讓步進(jìn)電機(jī)走100步，但實(shí)際卻走了95步，丟失了5步即失步或丟步。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，即脈沖頻率越高步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也越高，但提高了脈沖頻率雖然達(dá)到了提速的作用，卻損失了力矩。步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生失步的兩個(gè)原因就是：控制脈沖頻率高，此時(shí)轉(zhuǎn)子的加速度小于步進(jìn)電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度。在步進(jìn)電機(jī)供電電源設(shè)計(jì)好后，定子線圈沖電時(shí)間常數(shù)基本是固定的，假設(shè)時(shí)間常數(shù)是0.02s（0.02s充電到

40、最大值的63%），如果步進(jìn)電機(jī)接受的脈沖周期大于0.04s（占空比為50%，頻率小于25Hz），定子線圈即可以獲得足夠的能量產(chǎn)生足夠帶動(dòng)轉(zhuǎn)子的力矩。如果脈沖頻率過(guò)高，比如50Hz（占空比為50%，脈沖周期大于0.02s），定子線圈獲得的充電時(shí)間才0.01s，少了一半的充電時(shí)間，產(chǎn)生的力矩就減少了很多，致使轉(zhuǎn)子跟不上定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，每一步都落后于應(yīng)該達(dá)到的平衡位置，并且距離平衡位置越來(lái)越遠(yuǎn)。積累下來(lái)的結(jié)果就造成了失步。 解決方法：降低脈沖頻率，調(diào)試步進(jìn)電機(jī)大部分是調(diào)節(jié)脈沖頻率的過(guò)程。如果不想因降低頻率而造成速度太低，那么加大步進(jìn)電機(jī)供電電流。減輕電機(jī)的負(fù)載。二、控制脈沖頻率低，此時(shí)轉(zhuǎn)子的速度

41、高于步進(jìn)電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度。還以上面的0.02s充電時(shí)間常數(shù)為例，脈沖頻率低，定子圈數(shù)充電充分，其產(chǎn)生的力矩越大。此時(shí)電機(jī)的負(fù)載如果較輕，轉(zhuǎn)子就會(huì)超過(guò)應(yīng)該達(dá)到的平衡位置，定子磁場(chǎng)又要拉轉(zhuǎn)子回到平衡位置，同樣其在回平衡位置時(shí)又會(huì)反越過(guò)平衡位置而落后于平衡位置，恰恰此時(shí)下一個(gè)脈沖到來(lái)，于是轉(zhuǎn)子只好在落后于平衡位置的地方開始新一輪的步進(jìn)。如此循環(huán)，同樣造成每一步都落后于應(yīng)該到達(dá)的平衡位置，并且距離平衡位置也越來(lái)越遠(yuǎn)。積累下來(lái)的結(jié)果就造成了失步。解決方法：提高脈沖頻率。不想太高速，那么減小電機(jī)供電電流。如果上面兩者都不能調(diào)的話，換力矩小的電機(jī)。 電機(jī)的啟動(dòng)及噪聲處理步進(jìn)電機(jī)接收到的脈沖頻率高于空載

42、啟動(dòng)頻率，則步進(jìn)電機(jī)就不能正常啟動(dòng)了?？蛰d啟動(dòng)頻率也就是步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率。如果脈沖頻率高于此值，可能會(huì)發(fā)生丟步或是堵轉(zhuǎn)。在步進(jìn)電機(jī)帶有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)比空載啟動(dòng)頻率更低才能正常啟動(dòng)。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲２竭M(jìn)電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生嘯叫聲可能是由于負(fù)載過(guò)大造成的，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)的輸出扭矩會(huì)下降，無(wú)法滿足負(fù)載要求時(shí)電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，并且嘯叫聲會(huì)隨著頻率的高低變化而變化。解決的辦法就是降低轉(zhuǎn)速或更換扭矩更大的電機(jī)。此時(shí)電機(jī)在高速運(yùn)行停止后會(huì)出現(xiàn)短促的嘯叫聲，這是由對(duì)相電流

43、進(jìn)行斬波造成的，只需將驅(qū)動(dòng)器面板上的自動(dòng)半流設(shè)置為有效即可。還有一種可能就是電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速太低產(chǎn)生的噪聲。解決的辦法就是適當(dāng)?shù)奶岣咿D(zhuǎn)速直至聲音變小或消失為止。 利用Test Area測(cè)試最大速度和加速度首先測(cè)試的是Y軸步進(jìn)電機(jī)的最大速度和最大加速度。先簡(jiǎn)單介紹一下測(cè)試的方法。測(cè)試主要用到的軟件就是EMC2中的Test Area部分，還有就是要用到秒表。先設(shè)定一個(gè)低一點(diǎn)的加速度Acceleration（例如：2in/s2或50mm2），把速度Velocity設(shè)成你想要的速度，使用“Jog”按鈕把工作臺(tái)移動(dòng)到該軸行程的中間位置。一定要注意的是，當(dāng)加速度較低時(shí)，工作臺(tái)從減速到停止走過(guò)的距離可能超出自己

44、的想象。根據(jù)量程在“Test Area”里面輸入一個(gè)較為安全的測(cè)試范圍，要考慮到電機(jī)失速以后再次啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)方向可能勢(shì)不可預(yù)料的。然后按“Run”按鈕，工作臺(tái)就開始沿著該軸往返運(yùn)動(dòng)。確保工作臺(tái)能在測(cè)試范圍里達(dá)到設(shè)定的速度并能夠行走一段距離（行走的距離越長(zhǎng)，測(cè)試結(jié)果就越正確）是非常重要的?？梢杂霉剑╠=0.5*v*v/a，a是設(shè)定的加速度，v是設(shè)定的速度）求出最小測(cè)試范圍，在此基礎(chǔ)上再盡可能加大測(cè)試范圍。如果方便而且能夠保證安全，可以在工作臺(tái)運(yùn)行時(shí)反方向推工作臺(tái)來(lái)模擬切削力，是實(shí)驗(yàn)更加接近實(shí)際情況。如果機(jī)床失速了，就把速度降一點(diǎn)，重新再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)試一段時(shí)間后，如果機(jī)床沒(méi)有明顯的失速，可以再次

45、按下“Run”按鈕結(jié)束測(cè)試。此時(shí)工作臺(tái)應(yīng)當(dāng)回到它開始實(shí)驗(yàn)的位置，如果回不到原來(lái)的位置，說(shuō)明工作臺(tái)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中失速或丟步了。應(yīng)該把速度降低一點(diǎn)，重新開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如果不論速度怎么低時(shí)還是會(huì)發(fā)生不移動(dòng)、失速、丟步等現(xiàn)象，就應(yīng)該檢查一下一下幾個(gè)方面的因素：步進(jìn)脈沖的波形和時(shí)序是否正確？引腳的接線與配置是否正確，是否應(yīng)該使用“Invert”選項(xiàng)？接線與屏蔽問(wèn)題是否合理？是否有機(jī)械方面的故障，如電機(jī)、傳動(dòng)副、絲杠等？如果以上這些都沒(méi)有問(wèn)題的話，應(yīng)該可以找到一個(gè)最大速度，在該速度下測(cè)試時(shí)沒(méi)有發(fā)生失速或丟步的現(xiàn)象，把該速度降低10%作為該軸的最大運(yùn)行速度（Maximum Velocity）即可。在實(shí)際測(cè)試的

46、過(guò)程中，將加速度設(shè)成了50mm/s2，然后在這個(gè)加速度的基礎(chǔ)上來(lái)測(cè)試最大速度?！癟est Area”設(shè)成了50mm，所以工作臺(tái)會(huì)在初始位置的左右50mm內(nèi)運(yùn)動(dòng)。具體的測(cè)試方案就是測(cè)試工作臺(tái)在這個(gè)測(cè)試范圍內(nèi)往返四個(gè)來(lái)回所需要的時(shí)間，然后將每一次往返的時(shí)間給記下來(lái)。當(dāng)時(shí)間不變的時(shí)候或者變化很小的時(shí)候，就認(rèn)為速度已經(jīng)不變了即達(dá)到了最大的速度。下面這個(gè)表格就是測(cè)試Y軸最大速度時(shí)記錄下的時(shí)間。v t第一次第二次第三次第四次30926172626353498408211587234731275082115472270307960805152622573051658161529225629837081415

47、4522573042以上的這些時(shí)間指的是：舉個(gè)例子926就是926，而速度的單位全部都是mm/s。由上面那個(gè)表格可以看出當(dāng)速度是60mm/s是往返一次所需的時(shí)間最少，而當(dāng)速度再次提高的時(shí)候時(shí)間也沒(méi)有減少，反而有增加的趨勢(shì)，可見步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)失速或丟步。所以按照上面介紹的測(cè)速方式，60mm/s就應(yīng)該是最大的速度了，但是還要減速10%所以最大速度應(yīng)該就是60*90%=54mm/s。在做這些測(cè)試的很多都粗略的測(cè)試，并不是很精確。因?yàn)槭艿絻x器設(shè)備的限制，所以測(cè)試出來(lái)的最大速度可能跟實(shí)際的最大速度存在著誤差。根據(jù)上面的測(cè)試最大速度已經(jīng)測(cè)試出來(lái)了即為54mm/s。在測(cè)試最大加速度時(shí)，就需要將速度設(shè)定為最大運(yùn)

48、行速度，然后使用以上相同的方法，輸入不同的加速度進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試中仍然要確保工作臺(tái)在測(cè)試范圍里達(dá)到設(shè)定的速度并行走一段距離。如果找到了一個(gè)最大加速度，在該加速度下測(cè)試時(shí)沒(méi)有發(fā)生失速或丟步現(xiàn)象，就把該加速度降低10%作為該軸的最大加速度即可。在測(cè)試最大加速度的時(shí)候數(shù)據(jù)跨度比較多，所以測(cè)試的次數(shù)相對(duì)而言比較多而且也顯得很粗略。并且有的時(shí)間讀取上可能也會(huì)有點(diǎn)問(wèn)題，因此免不了會(huì)存在各種各樣的誤差。唯一能做到的就是對(duì)接近最大加速度的時(shí)候，必要的進(jìn)行多次測(cè)量，然后記錄下多次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較參考，從而獲得一個(gè)稍微較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。將這個(gè)數(shù)據(jù)整理作為最大加速度。下面的這個(gè)表格就是在速度為54mm/s的情況下記

49、錄的各組時(shí)間。a t第一次第二次第三次第四次5062812131795241910050297214501943200442835127016873004018061211165240038975411831615500395785116915665003927781161156860038377811681562600381769114715747003767681145154770037776511471536800360749115215458003797731157154880037876411401527100037676611411516同第一個(gè)表格，表內(nèi)的數(shù)據(jù)加速度a的單位是mm

50、/s2，時(shí)間的格式就是628。根據(jù)表格可以看出當(dāng)加速度在500-800之間時(shí)，時(shí)間的變化趨勢(shì)不大，幾乎不變。所以可以認(rèn)為在這之間存在一個(gè)最大的加速度。因此，對(duì)500-800之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行了多次測(cè)量觀察。當(dāng)加速度為500mm/s2時(shí)，所需要的時(shí)間大概為393左右；當(dāng)加速度為600mm/s2時(shí)，所需要的時(shí)間大概為382左右；當(dāng)加速度為700mm/s2時(shí)，所需要的時(shí)間大概為376左右；當(dāng)加速度為800mm/s2時(shí)，時(shí)間大概為378左右。由上面的數(shù)據(jù)不難看出：當(dāng)加速度為600mm/s2與加速度為700mm/s2事所需要的時(shí)間要多一些，而當(dāng)加速度為800mm/s2時(shí)，所需的時(shí)間不減反增。所以我就認(rèn)為，當(dāng)加速度為700mm/s2時(shí)，加速度達(dá)到最大。為了證明這一猜想，于是我將加速度調(diào)為1000mm/s2，此時(shí)所需要的時(shí)間仍然是376左右。因此，我就粗略的認(rèn)為當(dāng)加速度為700mm/s2時(shí)，加速度最大（由于受到實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的限制，測(cè)試肯定會(huì)存在較為爭(zhēng)議的誤差，畢竟誤差是無(wú)法避免的，只能做到盡量減小）。綜上，Y軸的最大加速度便為700*90%=630mm/s2。運(yùn)用同樣的方法，測(cè)出X軸的最大速度為40*90%=36m