2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p><b>  1 引言</b></p><p>  1.1 課題的提出和研究意義</p><p>  目前,制造業(yè)面臨市場(chǎng)的全球化和需求的多樣化,以及技術(shù)創(chuàng)新的加快,產(chǎn)品更新?lián)Q代快、周期短,生產(chǎn)多品種、中小批量的生產(chǎn)比重明顯增加。同時(shí)隨著航空業(yè)、汽車市場(chǎng)和輕工業(yè)的快速發(fā)展,復(fù)雜形狀的零件越來越多,精度要求也不斷增加。此外,激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求產(chǎn)品的周

2、期零件的更高要求越來越短,多樣化、柔性化與復(fù)雜形狀零件的高效、高質(zhì)量加工要求,使得傳統(tǒng)的加工設(shè)備和手段難以適應(yīng)。</p><p>  五軸數(shù)控機(jī)床集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工于一體,可高效、準(zhǔn)確完成復(fù)雜曲面的加工,特別是在加工葉輪、葉片、船用螺旋槳及大型柴油機(jī)曲軸等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù),是數(shù)控技術(shù)難度最大 適用范圍最廣的技術(shù),但高精度的機(jī)床配合高價(jià)出售,其不菲的價(jià)格也是大多加工企業(yè)難以承

3、受,也讓推廣五軸加工技術(shù)受到一定程度的阻礙。</p><p>  本課題基于五軸加工原理,開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性強(qiáng)的五軸雕刻機(jī),可應(yīng)用于加工材質(zhì)較軟 精度要求不高的零件,如木材 塑料及鋁合金等材質(zhì)零件。能適應(yīng)一些球類,曲線類的復(fù)雜零件加工,另外可以更換刀頭,在條件允許的情況下,可以完成鉆、銑、切割等。同時(shí)還可以通過軟件系統(tǒng)的控制和G代碼控制配合制作出一些實(shí)體零件等。</p><p>  1.

4、2 五軸雕刻機(jī)的發(fā)展歷程</p><p>  可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期,母系氏族時(shí)期的半坡氏族文化的“人面網(wǎng)紋盆”便是雕刻的雛形。在我國(guó)北宋時(shí)期便發(fā)明了活字印刷,這里刻的字應(yīng)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)日益精湛,玉雕、象牙雕、紅木雕、篆刻泥人雕等手工雕刻技術(shù)都可以堪稱一絕。</p><p>  傳統(tǒng)雕刻加工業(yè)是一門技術(shù)性要求很高的手工技藝, 雕刻品的質(zhì)量完全取決于雕刻師的技藝

5、水平, 所以生產(chǎn)的效率低、成本高, 制品的隨意性強(qiáng)、一致性差,嚴(yán)重制約了雕刻行業(yè)的發(fā)展。這使得雕刻機(jī)的產(chǎn)生成為必然。</p><p>  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)再到三維雕刻機(jī),制作工藝也日漸成熟,應(yīng)用范圍也日漸廣泛。大到樓房建筑的裝飾,小到商店門前的招牌,乃至很多產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)銘牌,可謂雕刻的使用無處不在。</p><p>  1938年世界第

6、一臺(tái)手動(dòng)雕刻機(jī)在法國(guó)“嘉寶”問世,1950“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)。隨后一些歐美國(guó)家也開始研制。20世紀(jì)90年代,隨著電子技術(shù)的突飛猛進(jìn),直接推動(dòng)微型計(jì)算機(jī)的急劇發(fā)展。微電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)帶動(dòng)整個(gè)高技術(shù)群體飛速發(fā)展,從而使雕刻機(jī)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。雕刻機(jī)完成了從2D加工逐漸擴(kuò)展到5D加工的變革,功能完善、性能穩(wěn)定、造型美觀和價(jià)格合理成為雕刻機(jī)研制的基本要求。</p><p>

7、;  雕刻機(jī)主要有仿形雕刻機(jī)和計(jì)算機(jī)數(shù)控雕刻兩大類,以完成有互換性要求的雕刻加工和模具雕刻加工。仿形雕刻的出現(xiàn)為雕刻的工業(yè)應(yīng)用起到了巨大的推動(dòng)作用,尤其是圖案和文字的雕刻加速了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為雕刻在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。但是機(jī)械仿形雕刻仍是一種手動(dòng)雕刻,它在加工效、加工能力、計(jì)算機(jī)接口等方面存在明顯的缺陷,阻礙了雕刻技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。</p><p>  隨著工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)速度的加快,尤其是

8、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的廣泛應(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)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD/CAM)技術(shù)、技術(shù)及數(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。如圖1-1為雕刻機(jī)的發(fā)展歷程。</p><p>  圖1-1為雕刻機(jī)的發(fā)展歷程</p><p>  現(xiàn)在雕刻機(jī)以其低的價(jià)格和較高的生產(chǎn)加工效率,被廣泛運(yùn)用在木工業(yè)、石材業(yè)、廣告業(yè)、飾

9、品業(yè)、家具裝潢業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域。</p><p>  我國(guó)近年來制造業(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)的數(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)過十年的發(fā)展,已形成了多個(gè)國(guó)產(chǎn)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“威克”數(shù)控雕刻機(jī)等。上述各類雕刻機(jī)的機(jī)床本體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單

10、,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),伺服部分多以步進(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,適用于精度不太高的普及應(yīng)用場(chǎng)合。至于高精度的加工,目前國(guó)內(nèi)進(jìn)口的數(shù)控雕刻機(jī)以一些國(guó)際知名品牌為主,如美國(guó)“雕霸”、法國(guó)“嘉寶”和日本“御牧”都是此行也得佼佼者,但價(jià)格十分昂貴。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

11、價(jià)格昂貴,往往數(shù)倍于國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。因此這類產(chǎn)品主要運(yùn)用于制造高精度模具等場(chǎng)合。</p><p>  1.3 雕刻機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>  隨著時(shí)代的快速發(fā)展,普通的三軸數(shù)控機(jī)床已滿足不了人們對(duì)加工在 20世紀(jì)60年代,一些發(fā)達(dá)國(guó)家開始研制五軸數(shù)控機(jī)床。五軸雕刻機(jī)相對(duì)三軸雕刻機(jī)有著一次裝夾可以完成全部或大部分加工任務(wù)的優(yōu)勢(shì)。由于能夠?qū)崿F(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸與直線運(yùn)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng),五軸雕刻機(jī)還可以在回轉(zhuǎn)

12、體毛坯上進(jìn)行雕刻加工,這是三軸雕刻機(jī)無法做到的。此外,五軸雕刻機(jī)還能夠提高空間自由曲面的加工精度、質(zhì)量和效率。但是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)、昂貴的硬件成本以及復(fù)雜的機(jī)床結(jié)構(gòu)一直是困擾五軸雕刻機(jī)迅速發(fā)展的瓶頸。而數(shù)控系統(tǒng)的迅速發(fā)展,已經(jīng)能滿足多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)的要求,必將推動(dòng)五軸雕刻機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展。</p><p>  未來五軸雕刻機(jī)方向概括如下:</p><p> ?。?)高速高精度化:現(xiàn)在國(guó)內(nèi)

13、雕刻機(jī)大多數(shù)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng),位置控制和加工精度不高。今后,雕刻機(jī)硬件控制部分將向半閉環(huán)、全閉環(huán)方向發(fā)展,使用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),通過檢測(cè)回饋信號(hào)對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償,從而提高加工精度和加工速度。</p><p>  (2)人性化界面:隨著規(guī)?;a(chǎn)的需求,更加簡(jiǎn)潔,人性化的操作界面將成為今后雕刻機(jī)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。企業(yè)能更好運(yùn)用與實(shí)際生產(chǎn)中,使員工能一人控制多臺(tái)雕刻機(jī)成為可能,便于提高企業(yè)生產(chǎn)效率。</p

14、><p> ?。?)多軸聯(lián)動(dòng)技術(shù):目前雕刻機(jī)主要以三軸雕刻機(jī)為主,未來將以五軸雕刻機(jī)為代表多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控雕刻機(jī)也是一個(gè)主要發(fā)展方向。</p><p>  1.4 五軸雕刻機(jī)的特點(diǎn)</p><p>  五軸雕刻機(jī)是采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī),多數(shù)采用開環(huán)控制的簡(jiǎn)易數(shù)控系統(tǒng)。它具有價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等特點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,PC機(jī)的性能不斷提高,硬件配置更加

15、靈活并且軟件資源的日益豐富,價(jià)格卻不斷下降。目前經(jīng)濟(jì)型數(shù)控雕刻機(jī)的系統(tǒng)正逐漸過渡到以PC機(jī)為控制核心的發(fā)展方向。由于這種系統(tǒng)性價(jià)比高,因而被廣泛地應(yīng)用于機(jī)床產(chǎn)品升級(jí)換代和普通機(jī)床的技術(shù)改造上。</p><p><b>  基本特點(diǎn)如下:</b></p><p> ?。?)適用性廣:它能適應(yīng)各種復(fù)雜加工,尤其是復(fù)雜曲面的加工,特別是在加工葉輪、葉片、船用螺旋槳及大型柴油

16、機(jī)曲軸等。因此,它被廣泛運(yùn)用在汽車工業(yè)、航天工業(yè)、制船業(yè),此外還有浮雕、根雕、家具市場(chǎng)等。</p><p>  (2)功能實(shí)用:采用五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工模具可以很快的完成模具加工,交貨快,更好的保證模具的加工質(zhì)量,使模具加工變得更加容易,并且使模具修改變得容易。在傳統(tǒng)的模具加工中,一般用立式加工中心來完成工件的銑削加工。隨著模具制造技術(shù)的不斷發(fā)展,立式加工中心本身的一些弱點(diǎn)表現(xiàn)得越來越明顯?,F(xiàn)代模具加工普遍使用球頭銑

17、刀來加工,球頭銑刀在模具加工中帶來好處非常明顯,但是如果用立式加工中心的話,其底面的線速度為零,這樣底面的光潔度就很差,但使用、五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工技術(shù)加工模具,可以克服上述不足。</p><p> ?。?)性價(jià)比高:由于是五軸聯(lián)動(dòng),讓工件的裝夾變得容易。加工時(shí)無需特殊夾具,降低了夾具的成本,避免了多次裝夾,提高模具加工精度。采用五軸技術(shù)加工模具可以減少夾具的使用數(shù)量。另外,由于五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床可在加工中省去許多特殊刀

18、具,所以降低了刀具成本。五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床在加工中能增加刀具的有效切削刃長(zhǎng)度,減小切削力,提高刀具使用壽命,降低成本。</p><p> ?。?)操作簡(jiǎn)單:由于通過數(shù)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng),使得它比手動(dòng)或一般的機(jī)床生產(chǎn)簡(jiǎn)單,在一些功能參數(shù)的設(shè)置上也變得簡(jiǎn)單易用。通過培訓(xùn)學(xué)習(xí),能適合不同層次的用戶的實(shí)用,對(duì)它的推廣與運(yùn)用提供了良好的平臺(tái)。</p><p>  1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容</p

19、><p>  本課題的主要內(nèi)容是經(jīng)濟(jì)型五軸雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)、制作以及驅(qū)動(dòng)。雕刻機(jī)由自己三維建模制作出來,然后采取合理的驅(qū)動(dòng)方案以及一些設(shè)備軟件的選取來完成雕刻機(jī)最終的運(yùn)動(dòng)、調(diào)試、優(yōu)化、雕刻等等。</p><p>  2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>  制作一個(gè)五軸的雕刻機(jī)首先要提出一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案包括一些設(shè)計(jì)要求,然后通過三維建模的方式將結(jié)構(gòu)畫出來,最后加工裝

20、配起來。接下來的設(shè)計(jì)主要是為了能夠驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī),這個(gè)又需要設(shè)計(jì)一個(gè)合理而且經(jīng)濟(jì)的方案。</p><p>  2.1 五軸雕刻機(jī)基本原理</p><p>  五軸雕刻機(jī)加工中心大多是3 + 2的結(jié)構(gòu), 即 x, y, z三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸加上分別圍繞 x, y, z軸旋轉(zhuǎn)的 a, b , c三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸中的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸組成。這樣,從大的方面分類, 就有x, y, z , a , b ; x, y,

21、z , a , c ; x, y, z , b, c三種形式;由二個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的組合形式來分,大體上有雙轉(zhuǎn)臺(tái)式、 轉(zhuǎn)臺(tái)加上擺頭式和雙擺頭式三種形式。這三種結(jié)構(gòu)形式由于物理上的原因,分別決定了機(jī)床的規(guī)格大小和加工對(duì)象的范圍。其中,雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床由于在加工工件時(shí)工件需要在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng),所以只適合加工小型零件,如小型整體渦輪、 葉輪、 小型精密模具等,由于結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單,所以相對(duì)價(jià)格較為低廉,就應(yīng)用來講,這是數(shù)量最多的一類五軸數(shù)控機(jī)床

22、。</p><p>  雕刻機(jī)一般由機(jī)架、工作臺(tái)、刀頭、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。雕刻作業(yè)時(shí)刀頭相對(duì)工作臺(tái)沿X、Y、Z 軸進(jìn)給。五軸雕刻機(jī)的工作原理圖如圖2-1所示</p><p>  圖2-1為五軸雕刻機(jī)的工作原理圖 </p><p>  電腦通過接口,直接將步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)輸出給雕刻機(jī)控制器。而目前經(jīng)濟(jì)型控制電腦可以通過軟件(如mach2)等,從并口分別送出

23、以下的信號(hào)給雕刻機(jī)控制箱:</p><p>  X軸的步進(jìn)脈沖(脈沖頻率越高,速度越快)</p><p>  X軸的方向信號(hào)(正向或反向)</p><p>  Y軸的步進(jìn)脈沖(脈沖頻率越高,速度越快)</p><p>  Y軸的方向信號(hào)(正向或反向)</p><p>  Z軸的步進(jìn)脈沖(脈沖頻率越高,速度越快)<

24、/p><p>  Z軸的方向信號(hào)(正向或反向)</p><p>  A軸的步進(jìn)脈沖(脈沖頻率越高,旋轉(zhuǎn)速度越快)</p><p>  A軸的方向信號(hào)(正向或反向)</p><p>  B軸的步進(jìn)脈沖(脈沖頻率越高,旋轉(zhuǎn)速度越快)</p><p>  B軸的方向信號(hào)(正向或反向)</p><p>  

25、進(jìn)步電機(jī)的使能信號(hào)(電機(jī)是啟用,或是停用,如果是停用,電機(jī)會(huì)完全松下來不會(huì)鎖死。連接電腦工作時(shí)會(huì)啟用電機(jī))??刂葡鋵⑦@些信號(hào)處理后,輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)直接給X,Y,Z ,A,B五只步進(jìn)電機(jī)。</p><p>  2.2 五軸雕刻機(jī)的設(shè)計(jì)要求</p><p>  本次課題提出對(duì)五軸雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),即使五軸雕刻機(jī)實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng),能又使得五軸雕刻機(jī)在驅(qū)動(dòng)軟件的驅(qū)動(dòng)條件下進(jìn)行小型零件的加工,機(jī)械結(jié)構(gòu)作

26、為雕刻機(jī)的硬件部分,對(duì)雕刻機(jī)的加工過程、刻字效果等有著重要的影響。</p><p>  因此需要滿足一下幾點(diǎn):</p><p> ?。?)五軸雕刻機(jī)能通過數(shù)控代碼,實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng),確保實(shí)現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在經(jīng)濟(jì)合理的條件下,盡量采用較短的傳動(dòng)鏈,以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu),提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率;</p><p> ?。?)機(jī)床具有一定的剛性、抗振

27、性、熱變形及噪音水平,能夠滿足加工塑料、木料等零件的要求;</p><p>  (3)機(jī)床首先必須滿足如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等各種要求;</p><p>  (4)機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì),便于觀察加工過程,能便于操作、調(diào)整、校正、維護(hù)和維修。</p><p>  2.3 五軸雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)方案分析</p><p>  通過以上五軸雕刻

28、機(jī)工作原理的分析,以及已給的設(shè)備,對(duì)五軸雕刻機(jī)進(jìn)行的一下兩種方案,如下圖(圖2-2是傳統(tǒng)五軸雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)方案,圖2-3是根據(jù)傳統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的新的方案)</p><p>  圖2-2傳統(tǒng)五軸雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)方案 圖2-3是新型五軸雕刻機(jī)方案</p><p>  兩種方案相比較來說,傳統(tǒng)方案對(duì)工作臺(tái)的要求較高,它的工作臺(tái)需要兼顧三種運(yùn)動(dòng),這樣對(duì)加工零件的約束性不較大,因此通

29、用性不太好,適用性不強(qiáng),適合固定零件的生產(chǎn)。但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性強(qiáng)。而新型方案中,對(duì)傳統(tǒng)方案的一種改進(jìn),它主要針對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行調(diào)整,使得工作臺(tái)兼顧兩種運(yùn)動(dòng),將擺動(dòng)運(yùn)用到擺臂上,這樣能減小對(duì)加工零件的約束性,擴(kuò)大了加工范圍,通用性更強(qiáng),比較符合現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)需要,但這樣結(jié)構(gòu)相對(duì)來說比較復(fù)雜,對(duì)擺臂的受力要求提高。</p><p>  本次課題中的五軸雕刻機(jī)運(yùn)用新型結(jié)構(gòu),它的主要幾何結(jié)構(gòu)由以下幾部分組:</p&

30、gt;<p><b> ?。?)底座部分</b></p><p>  作為雕刻機(jī)整機(jī)的基礎(chǔ),承擔(dān)整個(gè)機(jī)體的重量,要求穩(wěn)定堅(jiān)固,底座由底下的四只腳與地面接觸;</p><p><b> ?。?)工作臺(tái)部分</b></p><p>  工作臺(tái)部分由工作臺(tái)、Y方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。工作臺(tái)作為雕刻工作時(shí)承載雕

31、刻物體的部件,表面有T型溝槽,由絲杠驅(qū)動(dòng),導(dǎo)軌導(dǎo)向,還可以旋轉(zhuǎn);</p><p><b> ?。?)橫梁部分</b></p><p>  橫梁由X方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。橫梁承載機(jī)頭的重量,驅(qū)動(dòng)機(jī)頭動(dòng),容易彎曲變形,在結(jié)構(gòu)仿真和運(yùn)動(dòng)仿真中是重要的分析對(duì)象;</p><p><b> ?。?)機(jī)頭部分</b></

32、p><p>  機(jī)頭部分由主軸組件、Z方向的絲杠和導(dǎo)軌以及支架組成。絲杠驅(qū)動(dòng)主軸組的上下運(yùn)動(dòng),主軸組件在加工過程中直接帶動(dòng)雕刻機(jī)頭的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);</p><p><b> ?。?)擺臂部分</b></p><p>  擺臂部分由兩塊擺臂架組成。它與橫向運(yùn)動(dòng)的Y軸以及法蘭盤相連接,而法蘭盤和軸承配合與支架進(jìn)行組合運(yùn)動(dòng),同時(shí)法蘭盤與旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過剛性聯(lián)

33、軸器進(jìn)行配合連接,從而使得旋轉(zhuǎn)電機(jī)可以控制擺臂部分。</p><p><b>  2.4 建模設(shè)計(jì)</b></p><p>  本次設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用了平面機(jī)構(gòu),機(jī)構(gòu)是一個(gè)構(gòu)建系統(tǒng),為了傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力,機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間應(yīng)具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。但任意拼湊的構(gòu)件系統(tǒng)不一定能發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),即使能夠運(yùn)動(dòng),也使能夠運(yùn)動(dòng),也不一定具有確定的性對(duì)運(yùn)動(dòng)。討論機(jī)構(gòu)滿足什么條件,構(gòu)件間才具有

34、確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng),對(duì)于分析現(xiàn)有機(jī)構(gòu)或設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)都是很重要的。機(jī)構(gòu)是由許多構(gòu)件組成的,機(jī)構(gòu)中的每個(gè)構(gòu)架都以一定的方式與另一些構(gòu)件相連。這種連接不是固定連接,而是具有一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接。因此需要考慮選擇怎樣的機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p>  通過對(duì)機(jī)構(gòu)的分析和對(duì)比,我們選用絲杠,平面機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)這種機(jī)構(gòu)。建模步驟如下(以下零件詳圖見最后附圖):</p><p> ?。?)根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)備的的

35、要求,考慮到連接問題,我們選用聯(lián)軸器將法蘭盤與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連。</p><p> ?。?)根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的配合要求、實(shí)際市場(chǎng)的聯(lián)軸器型號(hào)以及軸承型號(hào),將法蘭盤尺寸進(jìn)行定位。如下圖2-4、2-5所示(圖2.4為法蘭盤CAD尺寸圖 、圖2-5為實(shí)體圖)。</p><p>  圖2-4 法拉盤CAD尺寸圖 圖2-5 法蘭盤實(shí)體圖</p><p&

36、gt;  (3)根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)中打孔的位置要求右圖,以及軸承、法蘭盤的設(shè)計(jì)要求,進(jìn)行支架的建模設(shè)定(如圖2-7),這樣可以將旋轉(zhuǎn)電機(jī)與支架進(jìn)行固定,對(duì)將設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)起到基礎(chǔ)定位作用和支撐作用。</p><p><b>  圖2-6 旋轉(zhuǎn)電機(jī)</b></p><p>  圖2-7 支架CAD尺寸圖 支架實(shí)體圖</p>

37、<p> ?。?)在根據(jù)法蘭盤,支架和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的配合要求,以及支架的剛性要求,將支架的厚度進(jìn)行確定。</p><p> ?。?)在根據(jù)支架高度和法蘭盤尺寸要求,再考慮到橫向軸在實(shí)際中的加工,以及實(shí)際加工中的加工范圍,將擺臂進(jìn)行設(shè)定。如圖2-8(a)、(b)所示。 </p><p>  擺臂CAD尺寸圖(a) 擺臂實(shí)體圖(b)</p

38、><p><b>  圖2-8 擺臂</b></p><p> ?。?)然后根據(jù)橫向軸的距離,Y軸的距離,和實(shí)際加工的工作臺(tái),再加上支架的厚度,進(jìn)行底板的設(shè)定。如圖2-9所示(a)圖為底板的尺寸圖,(b)圖為底板的實(shí)體圖。</p><p>  (a)底板CAD尺寸圖 (b) 底板實(shí)體圖</p>

39、<p><b>  圖2-9 底板</b></p><p>  (7)接著對(duì)底板的工作臺(tái)進(jìn)行設(shè)定,根據(jù)底板的尺寸使用T形槽進(jìn)行加工裝配,如圖2-10為T形槽實(shí) 體圖。 </p><p>  圖2-10 T形槽實(shí)體圖</p><p> ?。?)已有

40、的零件進(jìn)行實(shí)際測(cè)繪,并一起繪制三維實(shí)體圖。如下圖2-11分別是:(a)旋轉(zhuǎn)電機(jī),(b)橫向X軸,(c)縱向Z軸。</p><p>  (a)旋轉(zhuǎn)電機(jī)實(shí)體圖 (b) 橫向X軸實(shí)體圖</p><p> ?。╟)縱向Z軸實(shí)體圖</p><p>  圖2-11實(shí)體測(cè)繪實(shí)體圖</p><p>  (9)為了加強(qiáng)擺臂部

41、分的穩(wěn)定性,在兩個(gè)擺臂部分使用了加強(qiáng)板,如圖2-12所示分別為(a)加強(qiáng)板的尺寸圖,(b)加強(qiáng)板的實(shí)體圖。</p><p>  (a)加強(qiáng)板的CAD尺寸圖 (b) 加強(qiáng)板實(shí)體圖 </p><p><b>  圖2-12 加強(qiáng)板</b></p><p> ?。?0)模零件進(jìn)行裝配,如圖2-13。</p>

42、;<p>  圖2-13 五軸雕刻機(jī)裝配實(shí)體圖</p><p>  2.5 加工各個(gè)零件以及通用件選擇</p><p>  2.5.1 零件的材料分析</p><p>  工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的各組成部分,如建筑物的梁和柱、機(jī)床的軸等,統(tǒng)稱為構(gòu)件。當(dāng)工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械工作是,構(gòu)件將受到載荷的作用。在外力作用下,固體有抵抗破壞的能力,但這種能力優(yōu)勢(shì)有限度的。而且

43、,在外力的作用下,固體的尺寸和形狀還將發(fā)生變化,成為變形。</p><p>  為保證工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的正常工作,構(gòu)件應(yīng)有足夠的能力負(fù)擔(dān)起應(yīng)當(dāng)承受的載荷。因此,它應(yīng)當(dāng)滿足以下要求:</p><p>  (1)強(qiáng)度要求:在規(guī)定載荷作用下的構(gòu)件當(dāng)然不應(yīng)破壞。例如:沖床曲軸不可折斷,儲(chǔ)氣罐不應(yīng)爆炸。強(qiáng)度要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的抵抗破壞的能力。</p><p> ?。?)剛度

44、要求:在載荷作用下,構(gòu)件即使有足夠的強(qiáng)度,但若變形過大,仍不能正常工作。例如:若齒輪軸變形過大,將造成齒輪和軸承的不均勻磨損,引起噪聲。機(jī)床主軸變形過大,將影響加工精度。剛度要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的抵抗變形的能力。</p><p>  (3)穩(wěn)定性要求:有些受壓力作用的細(xì)長(zhǎng)桿,如千斤頂?shù)穆輻U,內(nèi)燃機(jī)的挺桿,應(yīng)始終維持原有的直線平衡形態(tài),保證不被壓彎。穩(wěn)定性要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的保持原有平衡形態(tài)的能力。</

45、p><p>  若構(gòu)件橫截面尺寸不足或形狀不合理,或材料選用不當(dāng),將不能滿足上述要求,從而不能保證工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的安全工作。相反,也不該不恰當(dāng)?shù)丶哟髾M截面尺寸或選用優(yōu)質(zhì)材料,這雖然滿足了上述要求,卻多使用了材料和增加的成本,造成浪費(fèi)。材料的分析可以在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下,為設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又安全的構(gòu)件,同時(shí)又減成本將提供理論基礎(chǔ)。</p><p>  2.5.2 材料的選擇</p&

46、gt;<p>  在材料的選擇中,考慮到材料強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求,同時(shí)又考慮到材料的難易加工程度,還有價(jià)格合適的情況下,本次加工選用PVC板材和45號(hào)鋼。</p><p>  在所加工的零件中,法蘭盤使用的是45號(hào)鋼,主要因?yàn)榉ㄌm盤與旋轉(zhuǎn)電機(jī)是通過剛性聯(lián)軸器進(jìn)行固定連接的,在強(qiáng)度和剛性滿足的條件下,比較合適。另外45號(hào)鋼也比較好加工。</p><p>  而其他支架、擺臂、

47、墊塊,底板則選用了PCV板,這次選擇了硬質(zhì)的PVC板,主要是因?yàn)橐准庸ぃ敫脑煲脖容^容易,同時(shí)這種材料的質(zhì)量比較輕,有利于減輕機(jī)床的整體重量,可以使整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更好。</p><p>  同時(shí),在性能方面還具有表面硬度高抗刮傷性優(yōu)良;表面電阻值為10的6~10的8次方歐姆,具有優(yōu)秀的防靜電功能, 抗沖擊及耐化學(xué)溶劑性能突出;外觀靚麗,非常平整光滑;透光率達(dá)73%以上等特點(diǎn)。</p><p&

48、gt;  根據(jù)用擺臂以及機(jī)床的整體重量的載荷要求,軸承則選用了常用滾動(dòng)軸承6000和6001,如下圖2-14所示</p><p>  圖2-14 軸承參數(shù)</p><p>  工作臺(tái)則用T形槽,他的材料是鋁材板,主要考慮到T槽容易安裝,對(duì)物品的裝卸帶來方便。</p><p>  2.5.3 連接件的選擇</p><p>  根據(jù)零件的配合要

49、求,選用的主要連接件有平頭螺栓,內(nèi)六角螺栓,聯(lián)軸器等,如下圖2-15、2-16所示</p><p>  圖2-15 是所使用螺栓的基本情況</p><p>  圖2-16 聯(lián)軸器的基本情況</p><p>  2.6 五軸雕刻機(jī)的裝配</p><p>  本章主要任務(wù)是對(duì)上述的零件進(jìn)行裝配,同時(shí)需求考慮在裝配過程中出現(xiàn)的問題,還需要考慮到整

50、個(gè)機(jī)床結(jié)構(gòu)的工作性能。</p><p>  2.6.1 裝配的概念</p><p>  裝配是按規(guī)定的技術(shù)要求,將零件或部件進(jìn)行配合和聯(lián)系,使之成為半成品或成品的工藝過程。整機(jī)裝配是生產(chǎn)過程中的最后一個(gè)階段,它包括裝配、調(diào)整、檢驗(yàn)和試驗(yàn)等工作,且產(chǎn)品的最終質(zhì)量由裝配保證。</p><p>  產(chǎn)品的質(zhì)量是以產(chǎn)品的工作性能,使用效果和壽命等綜合指標(biāo)來評(píng)定的。為保證產(chǎn)

51、品的質(zhì)量,對(duì)產(chǎn)品提出了若干項(xiàng)裝配要求,這些裝配要求應(yīng)當(dāng)在裝配過程中予以保證。所謂裝配精度,就是產(chǎn)品裝配后的實(shí)際幾何參數(shù)、工作性能等參數(shù)與理想幾何參數(shù)、工作性能等參數(shù)的符合程度,即主要指各個(gè)相關(guān)零件配合面之間的位置精度,包括配合面之間為間隙或過盈的相對(duì)位置,以及由于裝配中零件配合面形狀的改變而需計(jì)及的形狀精度和微觀幾何精度(如接觸面的大小和接觸點(diǎn)的分布)。</p><p>  2.6.2 裝配的基本工藝要求<

52、;/p><p>  對(duì)裝配的總要求是牢固可靠,不損傷元器件,不損傷涂覆層,不破壞元器件的絕緣性能。安裝件的位置、方向正確。具體要求如下:</p><p> ?。?)應(yīng)保證實(shí)物與裝配圖一致。</p><p> ?。?)提交裝配的所有材料和零、部件(包括外構(gòu)件)均應(yīng)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)文件要求,經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可安裝。</p><p> ?。?)一般不允

53、許對(duì)外購(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)充加工(圖紙有規(guī)定時(shí)例外)。</p><p> ?。?)裝配前應(yīng)對(duì)機(jī)械零、部件進(jìn)行清潔處理,消除附著的雜物,以防止先期磨損和造成額外偏差。</p><p> ?。?)機(jī)械零、部件在裝配過程中不允許產(chǎn)生裂紋、凹陷、壓傷和可能影響設(shè)備性能的其它損傷。</p><p> ?。?)相同的機(jī)械零、部件應(yīng)具有互換性。必要時(shí)可按工藝文件的規(guī)定進(jìn)行修配調(diào)整。<

54、/p><p> ?。?)固定連接的零、部件不允許有間隙和松動(dòng)?;顒?dòng)連接的零、部件應(yīng)能在正常間隙下,在規(guī)定方向靈活均勻地運(yùn)動(dòng)。</p><p> ?。?) 必須仔細(xì)檢查裝配好的產(chǎn)品并保持清潔,否則使用時(shí)會(huì)造成機(jī)械和電氣故障。</p><p>  2.6.3 裝配步驟</p><p><b>  裝配步驟如下:</b><

55、/p><p> ?。?)考慮到裝配的先后安裝順序和安裝的難易程度,首先將法蘭盤與6001軸承進(jìn)行裝配,首先將法蘭盤固定,然后進(jìn)行裝配,得到裝配體【1】。裝配過程如圖2-17所示。</p><p>  圖2-17 裝配體【1】</p><p> ?。?)再將剛性聯(lián)軸器與裝配體【1】進(jìn)行裝配,并將聯(lián)軸器進(jìn)行鎖緊,使之與聯(lián)軸器進(jìn)行固定,等到裝配體【2】

56、,裝配過程如圖2-18所示。</p><p>  圖2-18 裝配體【2】</p><p>  (3)為了便于安裝,將裝配體,先于螺栓相連接,為于擺臂連接打下基礎(chǔ),形成裝配體【3】,裝配過程如圖2-19所示。</p><p>  圖2-19 裝配體【3】</p><p>  (4)將旋轉(zhuǎn)電機(jī)、墊塊與支架進(jìn)行裝配,

57、首先將支架進(jìn)行固定,再將與之相連,得到裝配體【4】,裝配過程如下如圖2-20所示。</p><p>  圖2-20 裝配體【4】</p><p>  (5)將裝配體【3】與裝配體【4】進(jìn)行裝配,先將裝配體【3】進(jìn)行支撐固體,在進(jìn)行裝配,得到裝配體【5】,裝配過程如圖2-21所示。</p><p>  圖2-21 裝配體【5】</p>

58、<p>  (6)在進(jìn)行橫軸與擺臂的裝配,通過連接件將之連接,考慮到要與橫軸的螺栓的一致性和美觀的效果,選用內(nèi)六角螺栓,裝配得到【6】,裝配過程如圖2-22所示</p><p>  圖2-22 裝配體【6】</p><p> ?。?)將另一個(gè)法蘭盤與軸承6001進(jìn)行裝配,得到裝配體,同裝配體【1】圖所示。</p><p> ?。?

59、)將第7步中的裝配體與螺栓,支架進(jìn)行裝配,得到裝配體【7】,裝配過程如圖2-23所示。</p><p>  圖2-23 裝配體【7】</p><p> ?。?)因?yàn)檠b配體的支架與比擺臂配合機(jī)床的擺動(dòng),因此為了減小阻力,增加穩(wěn)定性,將與第二個(gè)支架連接的法蘭盤的另一端加上軸承6000。裝配過程如圖2-24所示</p><p>  圖2-24

60、 裝配體【8】</p><p>  (10)先將兩個(gè)支架放在同一水平面上,為了方便安裝,選用側(cè)向平放,然后在將裝配體【5】、【6】、【8】進(jìn)行順序裝配,得到裝配體【9】裝配過程如圖2-25所示</p><p>  圖2-25 裝配體【9】</p><p> ?。?1)根據(jù)尺寸要求,安裝底板,將底板先打4個(gè)M6的螺紋孔,然后在支架上對(duì)

61、應(yīng)的位置打上同樣的孔,空的深度10mm左右。同時(shí)在側(cè)壁上也打上M6的螺紋孔,留著安放加強(qiáng)板。接著將裝配體【9】與加強(qiáng)板進(jìn)行連接,得到裝配體【10】,整個(gè)裝配過程如圖2-26所示。</p><p>  圖2-26 裝配體【10】</p><p>  (12)先將底板打M5的孔,安裝上T形槽的工作臺(tái),得到的裝配體【11】如下圖2-27所示。</p><p>  圖2-2

62、7裝配體【11】</p><p>  (13)將底板裝配體【11】與裝配體【10】進(jìn)行裝配得到最后的機(jī)床的裝配體【12】,然后將旋轉(zhuǎn)電機(jī)部分的聯(lián)軸器鎖緊,結(jié)束裝配。裝配的最終成果如圖2-28所示。</p><p>  圖2-28 五軸雕刻機(jī)的裝配實(shí)體【12】</p><p> ?。?4)最后加上底板上的移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副,這樣整個(gè)裝配過程到這里結(jié)束,得到裝配實(shí)體圖,如圖

63、2-29(a)為建模裝配圖,(b)為實(shí)際裝配圖。</p><p>  圖2-29 (a) (b)</p><p>  縱觀整個(gè)裝配工藝過程,從熟悉產(chǎn)品的用途、性能、要求入手,到裝配系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì),然后根據(jù)裝配系統(tǒng)圖描述各裝配單元的組成和相互之間的關(guān)系,確定裝配方法、劃分裝配工序、規(guī)定工序計(jì)劃、設(shè)計(jì)工藝過程文件。整個(gè)過程不突出重點(diǎn),而是從小處

64、著手,消除積累誤差,這樣可以保證裝配精度,保證加工產(chǎn)品質(zhì)量,突出整體裝配工藝技術(shù)的重點(diǎn)及其重要性。</p><p>  2.6.3 本次裝配中的注意要點(diǎn)</p><p>  在本次裝配中應(yīng)該要注意一下幾點(diǎn): </p><p> ?。?)要注意剛性聯(lián)軸器的鎖緊順序,先于法蘭盤進(jìn)行鎖緊,裝配的最后一步再將剛性聯(lián)軸器的另一端與旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行鎖緊。</p>&

65、lt;p>  (2)在安裝軸承時(shí),由于是過盈配合,注意不要直接敲擊軸承,應(yīng)使用套筒固定軸承外圈后進(jìn)行輕擊安裝。</p><p> ?。?)在手鉆進(jìn)行打孔時(shí),應(yīng)首先確定孔的位置,然后手動(dòng)點(diǎn)鉆,最后在點(diǎn)鉆的位置進(jìn)行打孔,注意手鉆的鉆頭位置要與打孔平面保持垂直。攻螺紋同樣也是需要螺紋刀頭與孔的平面垂直。</p><p>  (4)在加工法蘭盤時(shí),注意要與軸承配合的部分的精度要求,在上軸承時(shí)

66、要保持接觸部分光潔。</p><p>  (5)最后要注意裝配中位置固定,最好在水平度比較好的位置進(jìn)行安裝,這樣可以提高精度,避免裝配中出現(xiàn)比較大誤差。</p><p>  2.7 對(duì)五軸雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)的調(diào)整</p><p>  通過伺服電機(jī)的實(shí)際驅(qū)動(dòng),發(fā)現(xiàn)機(jī)床有明顯的震動(dòng),左端法蘭盤沒有完全固定,因此對(duì)上述問題做出以下改進(jìn)。</p><p>

67、 ?。?)在底板下加上防震的橡膠塊,有利于減少加工中震動(dòng),同時(shí)也有利于保護(hù)整體結(jié)構(gòu)。</p><p> ?。?)有于左端沒有軸肩,使法蘭盤完全不能固定,因此在法蘭盤的左側(cè)一端加上加上螺栓和墊片,使之與軸承相互固定。</p><p>  3 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)要求</p><p>  本課題的大體的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的方向就是選取一個(gè)合理的驅(qū)動(dòng)方式來驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)。而雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)里面又

68、包括了各個(gè)部件的設(shè)計(jì),這些設(shè)計(jì)都是根據(jù)具體的雕刻機(jī)結(jié)構(gòu)來的。</p><p>  3.1 驅(qū)動(dòng)方式的選擇</p><p>  一般對(duì)于雕刻機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有兩種可供選擇:伺服-運(yùn)動(dòng)控制卡,PC并口控制。具體選擇哪一種就要具體分析后才能知道。</p><p>  運(yùn)動(dòng)控制卡通常是采用專業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制芯片或DSP來滿足一系列運(yùn)動(dòng)控制要求的控制單元,其可通過PCI、PC104

69、等總線接口安裝到PC和工業(yè)PC上,可與步進(jìn)和伺服驅(qū)動(dòng)器連接,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)和伺服電機(jī)完成各種運(yùn)動(dòng)(單軸運(yùn)動(dòng)、多軸運(yùn)動(dòng)、多軸插補(bǔ)等),接收各種輸入信號(hào)(限位原點(diǎn)信號(hào),sensor),可輸出控制繼電器、電磁閥、氣缸等元件。用戶可使用VC、VB等開發(fā)工具,調(diào)用運(yùn)動(dòng)控制卡函數(shù)庫(kù),快速開發(fā)出軟件。</p><p>  運(yùn)動(dòng)控制卡也因其功能強(qiáng)大、開發(fā)便利等優(yōu)勢(shì)已被廣泛運(yùn)用于切割機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)、電路板鉆/銑機(jī)、超聲波焊機(jī)、絲

70、印機(jī)、AOI檢測(cè)機(jī)、飛針測(cè)試機(jī)、激光焊接機(jī)、雕刻機(jī)、噴繪機(jī)、快速成型機(jī)等測(cè)量與自動(dòng)化設(shè)備領(lǐng)域。</p><p>  針對(duì)我國(guó)主要存在的中低檔機(jī)床,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)仍具有相當(dāng)大的市場(chǎng)潛力。所以在研制經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)過程中,考慮提高系統(tǒng)性能的同時(shí),如何盡可能多地減少硬件設(shè)計(jì),降低成本,提高可靠性已經(jīng)成為大多人追求的目標(biāo)。而在PC并口的驅(qū)動(dòng)方式下,系統(tǒng)中常規(guī)的位置控制模塊由主CPU依靠軟件完成,降低了硬件成本,提高了可靠性

71、。況且運(yùn)動(dòng)控制卡的成本比較昂貴,受到實(shí)驗(yàn)室的限制所以就選擇了PC并口來控制雕刻機(jī)。</p><p>  PC并口控制采用并口輸出的方法來實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的接口。標(biāo)準(zhǔn)并口具有12個(gè)輸出位(D0-D7、C0-C3),5個(gè)輸入位(S3-S7)。由于每路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器需要2個(gè)數(shù)字位(脈沖、方向)控制,五軸系統(tǒng)共占用10個(gè)數(shù)字輸出位。通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器放大并口輸出的脈沖和方向信號(hào),使之驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。并口的輸入位用來檢測(cè)回零開

72、關(guān)信號(hào)、限位開關(guān)信號(hào)以及急停輸入信號(hào)。但是由于輸入資源有限,采用將各個(gè)軸電機(jī)的正負(fù)限位和回零信號(hào)分別并聯(lián)的方法,每個(gè)并聯(lián)位各占用一個(gè)并口輸入位。具體結(jié)構(gòu)圖如圖3-1:</p><p>  圖3-1.并口結(jié)構(gòu)圖</p><p>  3.2 驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)方案</p><p>  由該結(jié)構(gòu)圖可以看出需要三個(gè)步進(jìn)電機(jī),所以先要選取步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)。根據(jù)雕刻的加工范圍、加工精

73、度和經(jīng)濟(jì)性等要求選擇了42BYGH121型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)。具體參數(shù)如下:</p><p>  額定電流:1A;額定電壓:12V-24V;導(dǎo)程:8mm;步距角:1.8°;脈沖當(dāng)量:0.04mm;行程:20cm;扭矩:3kg/cm。步進(jìn)電機(jī)的最大速度與最大加速度是通過測(cè)試得出的,測(cè)試的方式與結(jié)果見第五章的詳細(xì)介紹。</p><p>  另外旋轉(zhuǎn)電機(jī)的減速比是42:1。所以每個(gè)脈沖就會(huì)使

74、電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度為360/42=8.5714°。旋轉(zhuǎn)電機(jī)的加工范圍45°-135°。以上所有電機(jī)參數(shù)見附件A。</p><p>  步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)有了還需驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)板,三個(gè)步進(jìn)電機(jī)對(duì)應(yīng)的就是三個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的要求來選擇驅(qū)動(dòng)器。在本課題中選用了兩種不同的驅(qū)動(dòng)器共三個(gè):SH-20403兩個(gè)和SM-202A一個(gè)。具體參數(shù)和接線方式見第三章驅(qū)動(dòng)器介紹部分。驅(qū)動(dòng)板則主要是用來與PC

75、連接的(通過并口)。</p><p>  以上這些都是雕刻機(jī)的硬件部分,若要能夠使雕刻機(jī)成功運(yùn)動(dòng)起來就必須還要有一個(gè)軟件來給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖和方向信號(hào)。本課題主要是運(yùn)用EMC2軟件來發(fā)送信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。</p><p>  方案的設(shè)計(jì)與一些設(shè)備儀器的選取差不多已經(jīng)完成了,接下來的主要任務(wù)便是搞清楚驅(qū)動(dòng)的原理及相關(guān)設(shè)備之間的連線方式。</p><p>  3.3

76、雕刻機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理</p><p>  雕刻機(jī)的傳統(tǒng)的工作原理:通過計(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

77、體的浮雕圖形及文字,實(shí)現(xiàn)雕刻自動(dòng)化作業(yè)。</p><p>  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),然后EMC2軟件通過計(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)行如圖3-2所示。</p><p>  圖3-2.驅(qū)動(dòng)原理圖</p><p>  3.4 驅(qū)動(dòng)板與驅(qū)動(dòng)器</p>&l

78、t;p>  3.4.1 驅(qū)動(dòng)板</p><p>  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。</p><p>  3.4.2 驅(qū)動(dòng)器</p><p>  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“

79、步距角”)一步一步運(yùn)行的,其特點(diǎn)是沒有積累誤差,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:控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào),通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(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。</p>&l

80、t;p>  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”的十分之一,也就是說:當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí),控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖,電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)1.8°;而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí),電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)了0.18°,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)無關(guān)。&

81、lt;/p><p>  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。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。&l

82、t;/p><p>  3.5 雕刻機(jī)的整體接線</p><p>  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軟件來驅(qū)動(dòng)雕刻機(jī)運(yùn)動(dòng)。</p><p>  圖3-3.整體接線圖</p><p>  如圖3-3所示,計(jì)算

83、機(jī)與驅(qū)動(dòng)板之間通過計(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)。</p><p>  3.6 雕刻機(jī)的驅(qū)動(dòng)</p><p>  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EMC

84、2軟件,而在前面就已經(jīng)介紹過了這個(gè)軟件的一些選項(xiàng)、控件的含義與用途。接下來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。</p><p> ?。?)EMC2中的引腳介紹</p><p>  EMC2的并口有17個(gè)引腳可以用。對(duì)Stepconf Wizard來說,是12個(gè)輸出引腳外加5個(gè)輸入引腳。圖3-4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

85、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)。</p><p><b>  圖3-4</b></p><p>  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。</p><p>  Outputs:左邊這12個(gè)引腳就是EMC2的輸出引腳,引腳2-9每?jī)蓚€(gè)就分別對(duì)應(yīng)著

86、步進(jìn)電機(jī)的脈沖和運(yùn)動(dòng)方向。</p><p>  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。</p><p>  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)來實(shí)現(xiàn)。另外,在Outputs和Inp

87、uts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)。</p><p><b> ?。?)進(jìn)給軸的配置</b></p><p>  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),圖3-5就是對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給軸參數(shù)的一些設(shè)定。</p><p><b>  圖3-5</b></p><p>  

88、Motor Steps Per Revolution:這個(gè)指的是電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要的脈沖數(shù)。如果是步進(jìn)電機(jī)并且該電機(jī)的步距角也知道就能夠算出所需的脈沖數(shù),用360除以步距角就可以得到脈沖數(shù)。我們用的步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°,所以脈沖數(shù)就是200。</p><p>  Driver Microstepping:驅(qū)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。<

89、;/p><p>  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。</p><p>  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

90、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,可以通過在此處輸入一個(gè)負(fù)數(shù)來調(diào)整方向或者就是修改一下“invert”選項(xiàng)。</p><p>  Maximum Velocity:電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速。</p><p>  Maximum Acceleration:電機(jī)的最大加速度。</p><p>  Home Location:原點(diǎn)的位置,

91、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。</p><p>  Table Travel:工作臺(tái)的行程。指的是不允許G代碼超過該行程,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)

92、行程的某一端也是不允許的。</p><p>  Home Switch Location:原點(diǎn)開關(guān)位置。在執(zhí)行原點(diǎn)復(fù)位時(shí),經(jīng)過這個(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)。</p><p>  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

93、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)值就可以解決問題

94、了。</p><p>  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。</p><p>  Test this axis:測(cè)試軸。這個(gè)按鈕是

95、專門用來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)用的,也是用來調(diào)試步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)的??梢酝ㄟ^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,圖中Velocity就是用來調(diào)節(jié)改變速度的。</p><p>  Acceleration:是用來調(diào)節(jié)加速度的。</p><p>  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)。</p><p>  Test Area:如果你保證電

96、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,如圖3-6所示。</p><p><b>  圖3-6.測(cè)試圖</b></p><p>  3.7 三軸運(yùn)動(dòng)控制總體接線圖

97、及其工作過程</p><p>  如下圖3-7所示即為三軸運(yùn)動(dòng)控制器的接線圖:</p><p>  工作過程:首先EMC2已經(jīng)配置完成,將編輯好的G代碼輸入到EMC2中,然后點(diǎn)擊運(yùn)行,此時(shí)EMC2會(huì)根據(jù)G代碼經(jīng)過主軸控制端進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的信號(hào)由發(fā)送的脈沖信號(hào)和方向信號(hào)會(huì)由圖18中的驅(qū)動(dòng)器中的DIR和STPE分別輸出到PARPDRT的PIN-01與PIM-2引腳中,經(jīng)驅(qū)動(dòng)板將信號(hào)放大后

98、再由驅(qū)動(dòng)器的輸出端輸出到步進(jìn)電機(jī)中,然后雕刻器會(huì)隨著G代碼的要求進(jìn)行雕刻。</p><p>  圖3-7 三軸運(yùn)動(dòng)控制器的接線圖</p><p>  如圖3-8主軸控制會(huì)將雕刻起的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過NEG-LIM-SW-IN和POS-LIM-SW-IN把信號(hào)傳給并口,由并口將反饋傳到EMC2的窗口中。讓操作人員即使看到雕刻機(jī)的狀態(tài)以便調(diào)整。</p><p>  圖3-8控

99、制器的接線圖</p><p>  利用圖形化模塊的好處:首先可以模擬實(shí)際的運(yùn)動(dòng)控制器,圖形化后每個(gè)接口可以自由連接,</p><p>  3.8 雕刻機(jī)的驅(qū)動(dòng)與優(yōu)化</p><p>  3.8.1 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制</p><p>  對(duì)雕刻機(jī)的運(yùn)動(dòng)優(yōu)化,無非就是對(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

100、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。</p><p>  首先了解一下步進(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)。</p>

101、<p>  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)載情況。但是不管這個(gè)概念是否正確,都說明了:步進(jìn)電機(jī)不可能做到很高的轉(zhuǎn)速!</p><p>  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):

102、</p><p>  電流設(shè)定:根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的額定電流設(shè)置。</p><p>  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</p><p>  3.8.2 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)步距誤差</p><p> 

103、 每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。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)過的轉(zhuǎn)角或是移動(dòng)的直線位移)和可能選擇的傳動(dòng)比來選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角。</p><p>  有了步距角才會(huì)有靜態(tài)步距角誤差。先來假設(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

104、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。</p><p>  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0.2

105、mm,如果步距誤差是5%(當(dāng)然實(shí)際誤差是不可能這么大的),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。</p><p>  再考慮丟(增)脈沖現(xiàn)象,細(xì)分設(shè)為整步,

106、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。</p><p>  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)也不是一個(gè)可以選擇的方案,而且基本細(xì)分?jǐn)?shù)超過16以后對(duì)于精度的要求而言就已經(jīng)沒有什么意義了。所以綜上,只有經(jīng)過實(shí)際調(diào)試之后選擇一個(gè)適合自己用

107、的細(xì)分?jǐn)?shù)。</p><p>  3.8.3 步進(jìn)電機(jī)的失步</p><p>  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。</p><p>  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。</p>

108、<p>  步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生失步的兩個(gè)原因就是:</p><p>  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。</p><p>  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

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