第八章 机电系统集成与控制实例.ppt

第八章 机电系统集成与控制实例 8.1 数控车床设计实例 8.2 机器人应用实例 8.3 办公及家用自动化中的机电一体化系统 8.3.1 办公设备 8.3.2 家用电器 8.1 数控机床设计实例 数控车床设计分为以下部分： 8.1.1 机床总体设计 8.1.2 机床传动系统设计 （1）主轴箱传动链设计计算 （2）进给轴传动设计 （3）传动系统刚度 8.1.3 机床结构设计 8.1.4 机床控制系统设计 （1）数控系统的选型 （2）主轴驱动系统 （3）伺服进给驱动系统 （4）数控镗铣床的PLC软件开发 8.1.1 机床总体设计 确定拟设计机床总体目标：以一个回转运动加上X向、Z向两直线联动驱动代替X向、Y向、z向三直线联动驱动，可以对较复杂的大型回转曲面、圆周分度精度要求较高的孔系及具有特殊要求的环面凸轮进行镗削、铣削、钻削加工，加工精度好，效率高，编程方便，并且结构紧凑，体积是传统直角坐标系数控机床的三分之一。 8.1.2 机床传动系统设计 机床传动系统设计包括以下3部分： （1）主轴箱传动链设计计算； （2）进给轴传动设计； （3）传动系统刚度。 一、主轴箱传动链设计计算 （1）确定传动方案： （2）计算总传动比和分配各级传动比： （3）计算传动装置的运动和动力参数： 根据传动方案，可以确定主轴传动系统的结构简图如图5—3所示，它采用一级带传动、级固定齿轮和一级滑移齿轮结构，通过改变滑移齿轮与固定齿轮的啮合状态，可以实现低速和高速挡两种转速。 （2）计算总传动比和分配各级传动比 在已知总传动比要求时，如何合理选择和分配各级传动比，要考虑以下几点： ① 各级传动结构的传动比应尽量在推荐范围内选取； ② 应使传动装置结构尺寸较小、质量较轻； ③ 应使各传动件尺寸协调，结构均匀合理，避免干涉碰撞。 （3）计算传动装置的运动和动力参数 设计计算传动件时，需要知道各轴的转速、转矩和功率。因此，应将工作机上的转速、转矩和功率推算到各轴上。 三、传动系统刚度 传动系统的刚度K计算： 总刚度与各个环节的刚度关系为： 8.1.3 机床结构设计 数控机床是一种高精度、高效率的自动化加工设备，要求数控机床的机械结构具有优良的特性才能保证。这些特性包括结构的静刚度、抗振性、热稳定性、低速运动的平稳性及运动时的摩擦特性、几何精度、传动精度等。 提高机床结构静刚度的措施包括： ①合理设计基础件的截面形状和尺寸，采用合理的筋板结构。 ②采用合理的结构布局，改善机床的受力状态，提高机床的静刚度。 ③补偿有关零、部件的静力变形。 ④提高机床各部件的接触刚度。 提高机床结构抗振性的措施包括： ①基础件内腔充填泥芯、混凝土等阻尼材料 ②表面采用阻尼涂层。 ③采用新材料制造基础件。 ④充分利用接合面间的阻尼。 减小机床热变形的措施包括： ①改进机床布局和结构设计。 ②控制温升。 ③热变形补偿。 改善运动导轨副摩擦特性的措施包括： ①采用减摩材料。 ②对导轨进行润滑。 ③对导轨进行防护。 ④尽量使用滚动导轨。 8.1.4 机床控制系统设计 8.1.4.1 数控系统的选型 一、选择数控系统的基本原则 大体上说，选择系统的基本原则和要求有： ①数控基本功能。 ②基本技术指标：联动轴数、分辨率(设定单位)、速度等。 ③附加功能，如生产管理、测量要求、刀具管理、程序编制要求、DNC接口联网要求等。 ④性能价格比要高。 ⑤购后的使用维护要方便、系统的市场寿命要长(不能选淘汰系统，否则使用几年后将找不到维修备件)等。 二、镗铣床数控系统的选择 8.1.4.2 主轴驱动系统 为满足镗铣类数控机床对主轴驱动的要求，主轴驱动系统应具备以下性能： ①主轴电动机功率要大，且在大的调整范围内速度要稳定，恒功率调速范围宽；在断续负载下电动机转速波动要小；加速、减速时间短；温升低，噪声小，振动小，可靠性高，寿命长；电动机过载能力强。 ②主轴系统应该具有较高的精度与刚度，传动平稳，且具有良好的抗振性和热稳定性。 ③极坐标数控镗铣床在精镗箱体类零件时，要求主轴能够实现定角度停止，防止刀具退出时划伤已加工表面。 8.1.4.3 伺服进给驱动系统 交流伺服驱动系统由伺服驱动单元、伺服电机及光电位置编码器三个部分组成。 8.1.4.4 数控镗铣床的PLC软件开发 PLC中的程序分为操作系统和用户程序，操作系统用来实现与特定的控制任务无关的功能，处理PLC的启动、刷新输入／输出过程映像表、调用用户程序、处理中断和错误、管理存储区和处理通信等。PLC采用循环执行用户程序的方式，这种运行方