机电一体化教研室课程设计指导书.doc

回转体数控测量装置设计指导 一、绪论 回转体数控测量装置是一种测量回转体外形轮廓的机电一体化系统，其基本工作原理利用检测光幕传感器检测位于其中的回转体。回转体一般是柱形工件，由卡盘夹紧并由电机驱动经减速器使其旋转，对于较长的工件，还要求有尾架，并在尾架上安装顶尖，支顶较长的工件。检测光幕传感器在回转轴方向（Z向）可以来回移动，能对回转体每个截面的轮廓进行测量。 二、设计举例 题目：回转体数控测量装置设计 设计过程： 1 回转体数控测量装置总体方案分析 1.1回转体数控测量装置总体方案确定 回转体数控测量装置总体方案的确定包括系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构及传动方式的确定、计算机系统的选择等。 系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制方式、点位/直线系统和连续控制系统。回转体数控测量装置要求快速定位，保证定位精度，因此选择点位控制系统。 2、伺服系统的选择 伺服系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统结构简单、成本低廉、容易掌握、调试和维修比较方便，因此在精度和速度要求不高、驱动力矩不大的场合得到广泛应用。开环伺服系统主要由步进电动机驱动。半闭环系统系统和闭环系统造价高、结构和调试较复杂，适用于精度要求较高的场合。 回转体数控测量装置由于速度不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电动机开环控制系统。 3、执行机构的结构及传动方式的确定 任务给定Z向分辨率为0.01mm/脉冲，为实现所要求的分辨率，决定采用步进电动机经齿轮减速机构再传动丝杠带动检测光幕传感器在Z向移动。为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。C向分辨率为0.1°，为实现所要求的分辨率，同样决定采用步进电动机经齿轮减速机构带动卡盘旋转，从而带动工件旋转。 为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。 4、计算机的选择 根据任务要求，决定采用8位微机。由于MCS—51系列单片机具有集成度高，可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强、性价比高等特点，决定采用MCS—51系列的8031单片机扩展系统。 控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光隔离电路、步进电动机功率放大电路等组成。系统控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 1.2总体方案框图 2 回转体数控测量装置机械系统设计方案说明 分析回转体数控测量装置的功能可知，它应该具有两个运动单元，即 旋转运动单元，即电机驱动减速器带动工件作旋转运动的单元； 旋转—直线运动单元，即电机驱动减速器再通过旋转—直线运动变换装置带动测量光幕传感器的做直线运动的单元。 每个运动单元都由不同的传动机构组成，旋转运动单元由电机和减速机构构成，旋转—直线运动单元由电机、减速机构和旋转—直线运动变换装置构成。围绕这两个运动单元，对机械系统结构方案进行初步确定，然后在进行细化计算。 2.1电动机 表2-1 电动机分类 电 动 机 直流电动机 一般直流电动机 直流伺服电动机 直流力矩电动机 交流电动机 三相异步电动机 鼠笼式 绕线式 单相异步电动机 交流伺服电动机 永磁同步电动机 步进电动机 反应式 单段式 多段式 轴向磁路式 径向磁路式 永磁式 永磁反应式 无刷电动机 下面就选择步进电机作为驱动做一些必要的说明。 电动机可分为直流电动机、交流电动机、步进电动机和无刷电动机等几大类，每一大类又可以分许多不同的小类，其具体分类见表2-1。 选用电动机作为驱动部件的突出的特点是精度高，易于在闭环系统中获得很高的连续路径驱动。不同类型的电机有不同的应用场合，一般要从控制性、功率大小、转速、精度以及性价比等方面选择。 一般，对于要求不高的开环固定转速场合应选用结构简单、廉价的交流异步电动机。 对于需要连续控制且精度要求较高的场合，目前较成熟的选用直流电动机。直流电机具有扭矩惯量比大的特点，可直接带动负载，简化传动机构，避免了传动间隙，提高传动精度等优点。 对于调速系统，交流电动机的变频调速成为了一种理想的选择。对于要求寿命长，严禁火花，同时控制精度要求高的特殊场合，通常考虑无刷电动机。 对于数字控制、精度增量控制且振动要求不高的场合，常采用步进电机。步进电机在开环数控机床、绘图机、轧钢机等控制系统中得到了广泛的应用。 本次设计的回转体数控测量装置由于速度、精度等要求都不是很高，因而采用步进电动机作为驱动装置。 2.2减速机构 齿轮系及蜗杆副是一种发展历史悠久、现在仍然广泛使用的一种机械传动机构。它工作可靠、传动比恒定、结构成熟，但制造复杂。齿轮系及蜗杆副可按表2-2分类。 表2-2 齿轮系及蜗杆副分类 传动轴平