機電一體化系統(tǒng)設計典型實例

1、第七章機電一體化系統(tǒng)設計典型實例笫一節(jié)車床的機電一體化改造第二節(jié)&流伺服電動機控制系統(tǒng)設計笫三節(jié)用氣動執(zhí)行機構的傳送裝Jt的控刎第四節(jié)簡單自動門控制系跳第五"步進電動機的控制第六節(jié)步進電動機的傳動裝Jt的控制系蛻第一節(jié)車床的機電一體化改造(車床回轉刀架縱*粕&圖開環(huán)控制系統(tǒng)框圖一、數(shù)控機床概述1、數(shù)控機床簡介零件圖一程序載體A數(shù)控微機系統(tǒng).伺服驅動系統(tǒng)機床本體反饋系統(tǒng)二、車床的機械傳動系統(tǒng)簡化(-)改造前的結構介紹C620-1車床外形(-)結構改進與簡化掛輪架系統(tǒng)進給齒輪箱溜板齒輪箱橫向拖板5、刀架體一自動轉位刀架(并列舉四工位刀架)1電動機，2-銅仃JL； 3十字槽

2、輪.4一刀裝1-電動機，2-安全金3一解把婿桿ih4-內裝信號盤15一刀架,6一駕母；7-“怩盤圖自動轉位刀架原理示意圖6、尾架一電動尾架1軸套2原尾架體3絲杠螺母4-蝶形彈簧5頂杠6一微型限位開關7調整螺釘電動機9減速箱10主動齒輪11從動齒輪12絲杠13一頂尖推動絲杠三、車床機電一體化改造的性能及精度選擇2、進給運動（進給速度、快速進給、脈沖當量）3、刀架（自動轉位刀架、工位數(shù)、重復定位精度）4、其它性能指標的選擇（1）刀具補償（磨損影響）（2）間隙補償（間隙消除機構、微機控制）（3）顯示（LED、LCD）（4）診斷功能（防止程序有誤和機床的誤動作）四、進給系統(tǒng)的主要設計計算（-）實例說明

3、：（以數(shù)控車床縱向Z設計為例）設某車床，其縱向（z）進給絲杠改用滾珠絲杠，其基本導程/。=6；縱向溜板箱及橫向工作臺與刀架等可移動部件總質量為400kg（實際設計時應根據(jù)圖紙進行計算或拆卸稱重）；脈沖當量力取0.01mm/脈沖（該值應根據(jù)被加工零件的最高精度的尺寸公差來選定，一般取其公差的1/2）；取工件進給速度為、，溜=60mmzmin、快速進給速度取為v溜=2m/min；步進電機的步距角。預選為0.75（°）/step。（-）設計計算：1、縱向進給絲杠的負載分析（1）切削負載（2）摩擦阻力（3）等效轉動慣量（4）絲杠摩擦力矩計算（5）等效負載轉矩計算（6）啟動慣性轉矩計算（7）步

4、進電動機輸出軸上總負載轉矩的計算2、步進電機的匹配選擇Tq>T13、滾珠絲杠的校核(1)承載能力選擇FQ=K/LfHfwFmax(2)壓桿穩(wěn)定性核算Fk=fk7r2El/(Kl;)>五max(3)剛度的驗算=ES2%IE五、單片機控制系統(tǒng)設計(XY工作臺)(-)工作臺組成及控制要求1、步進電機選用四相八拍，其脈沖當量為0.01mm/step；2、能用鍵盤輸入控制命令，控制工作臺的X、Y方向上的運動及實現(xiàn)其功能，其運動范圍為0200mm；3、能實現(xiàn)顯示工作臺的當前運動位置；4、具有超程指示警報及停止功能；5、采用硬件進行環(huán)形分配，字符發(fā)生及鍵盤掃描均由軟件實現(xiàn)。（-）控制系統(tǒng)硬件組成

5、微型計算機數(shù)器車床-光柵專用控制程 序 EPROM用戶加工程 序夕卜部RAM刀架 移動刀架架動 上鍵盤顯示驅動、VA-N'm圖車床閉環(huán)控制系統(tǒng)功放光電 隔惠X或Y向 步進電機8031單片機（三）微處理器系統(tǒng)及接口AD?&4I-o*5VI IOOQXS自向各向自a P C D H P G ulI I.741.3KMPm3 田 " w f5.1WX4-o»5VPC1 rcy FC, c a 2 y U 10 3 2、乎？ K處JSISSMIUI4-六、數(shù)控軟件（一）數(shù)據(jù)輸入模塊系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)主要是零件的加工程序（指令），一般通過鍵盤、光電讀帶機或盒式磁帶等輸入，

6、也有從上一級微機直接傳入的（如CAD/CAM系統(tǒng)）。系統(tǒng)中所設計的輸入管理程序通常采用中斷方式。例如，當讀帶機讀入一個數(shù)據(jù)后，就立即向CPU發(fā)出中斷，由中斷服務程序將該數(shù)據(jù)讀入內存。每按一次鍵，鍵盤就向CPU發(fā)出一次中斷請求，CPU響應中斷后就轉入鍵盤服務程序，對應的按鍵名令進行處理。（二）數(shù)據(jù)處理模塊輸入的零件加工程序是用標準的數(shù)控語言編寫的ASCII字符串，因此需要把輸入的數(shù)控代碼轉換成系統(tǒng)能進行運算的二進制代碼，還要進行必要的單位換算和數(shù)控代碼的功能識別，以便確定下一步的操作內容。（三）插補運算模塊數(shù)控系統(tǒng)必須按照零件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如曲線的種類、起點、終點等，按插補原理進行運算，

7、并向各坐標發(fā)出相應的進給脈沖。進給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅動刀具或工作臺相應的運動，完成程序規(guī)定的加工。插補運算模塊除實現(xiàn)插補各種運算外，還有實時性要求，在數(shù)控過程中，往往是一邊插補一邊加工的，因此插補運算的時間要盡可能短。（四）速度控制模塊一條曲線的進給運動往往需要刀具或工作臺在規(guī)定的時間內走許多步來完成，因此除輸出正確的插補脈沖外，為了保證進給運動的精度和平穩(wěn)性，還應控制進給的速度，在速度變化較大時，要進行自動加減速控制，以避免速度突變造成伺服系統(tǒng)的驅動失步。（五）輸出控制模塊輸出控制包括：1、伺服控制：將插補運算出的進給脈沖轉變?yōu)橛嘘P坐標的進給運動。2、誤差補償：當進給脈沖改變方向時，根據(jù)機床

8、精度進行反向間隙補償處理。3、M、S、T等輔助功能的輸出：在加工中，需要啟動機床主軸、調整主軸速度和換刀等，因此，軟件需要根據(jù)控制代碼，從相應的硬件輸出口輸出控制脈沖或電平信號。（六）管理程序管理程序負責對數(shù)據(jù)輸入、處理、插補運算等操作，對加工過程中的個程序模塊進行調度管理。管理程序還要對面板命令、脈沖信號、故障信號等引起的中斷進行處理。（七）診斷程序系統(tǒng)應對硬件工作狀態(tài)和電源狀況進行監(jiān)視，在系統(tǒng)初始化過程中還需對硬件的各個資源，如存儲器，I/O等進行檢測，使系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能夠及時停車并指示故障類型和故障源。第二節(jié)直流伺服電動機控制系統(tǒng)設計、直流伺服電動機的控制1、連接2、動作按鈕1 int

9、kaiten(int n, int od);2 main()3 (4 unsigned int st,stp;5outp(0xd6,0x90);6do7 st=inp(0xd0)&0xl0;8while(st!=OxlO);9n=100;od=0xl;10kaiten(n9od);11n=200;od=0x3;12kaiten(n9od);13 二、控制程序14kaiten(intnjntod)1516unsignedintn9nn9nh9ls9h9od;17h=0xl;nn=018nh=n*2;19outp(0xd29od);20do(21ls=inp(0xd0)&0xl;2

10、2if(ls=h)2324nn=nn+l;25h=h;/*-：取反26h=h&0xl;27)28while(nn!=nh);29oupt(0xd2,0x0);3()第三節(jié)用氣動執(zhí)行機構的傳送裝置的控制1、執(zhí)行機構組件（1）手爪的伸縮組件（2）手爪的升降組件（3）手爪的轉動組件圖執(zhí)行機構組件（氣缸A：電磁閥A, （氣缸B：電磁閥B, （氣缸C：電磁閥C,位置傳感器SA1、SA2）位置傳感器SB1、SB2）位置傳感器SC1、SC2）（4）手爪（手爪執(zhí)行機構：電磁鐵D,位置傳感器SD1、SD2）（3）傳感器開關電路用反相功能 的斯特觸 發(fā)電路開關接點2、控制裝置（1）執(zhí)行機構控制電路A、裝置

11、起停B、執(zhí)行機構動作（2）電磁閥驅動電路二、與個人計算機的連接A口：輸入口B口：輸出口C口：輸入口電磁閥升降汽缸伸縮汽缸W1旋轉執(zhí)行機構停關急開動關禁止H開三、動作手爪下降抓住手爪上升手爪縮向并左轉動作示意（到起始位置）表各彩或移輸入輸出數(shù)據(jù)表仃力X；切條q入敷也汁人：嗜摳（*山可操作行程啟動手爪伸出r水下a爪住,竹水上升作紫念小止開關掾八自動開關,宜冷片i“m(r(5a)uuEu1"。瞋IIJOUKaUKJJ>U4ALJQEK3013手爪縮回爪右族F爪伸出手爪下降松開工件F爪上升手爪編向并左旋90度0HO四、程序（順序執(zhí)行輸入輸出數(shù)據(jù)）UQq!qlo|oirrrrIoooio

12、onhSHEi6T6I。16Tolojo市|oo叵(O)ia第四節(jié)簡單自動門控制系統(tǒng)圖自動門一、自動門的構造（-）動力源與執(zhí)行（元件）機構（二）傳感器1、檢測人的傳感器2、門的位置傳感器（三）構造二、控制假想的自動門圖假想的自動門（-）構造1、控制動作2、采用單方向開門方式3、驅動方式4、人的檢測5、停止位置與開始位置（二）控制電路與個人計算機的連接1、個人計算機端的接口2、電動機驅動電路12VTr6-Tri0:2SC1815Ci :74LSO4Tri-Tr5:2SC633圖電動機驅動電路3、制動器動作驅動電路與電動機驅動電路共用圖制動器動作驅動電路4、檢測人的傳感器檢測人的門外傳感器超聲波傳

13、感器處理電路檢測人的門內傳感器超聲波傳感器處理電路Ri外購解件計算8我接端子圖檢測人的傳感器5、開關輸入（臨近傳感器、停止傳感器、緊急開關）（三）口連接制動侑聞穌-制動器-電源通斷信號常速信號中速信號低速信號門開、閉信W通；I新；0一電動機開：I閉：0（四）基本動作1、從檢測人的傳感器起作用開始，就對處于范圍內的人進行監(jiān)視。2、當檢測到人信號時，就開門。門以低速開0.5秒后進入中速，并從臨近閉端起，開始常速運行。3、若開端的臨近檢測傳感器檢測到門，則使開門經(jīng)過0.5秒后，由中速運行進入低速運行。4、當開端的停止傳感器檢測到門，門就停止運行。5、門開一段時間，當檢測人的傳感器確認無人后，閉門。6

14、、閉門行程也從閉門開始到結束附近，改變運行速度，平滑地運行。7、在門運行過程中，用檢測傳感器監(jiān)視人，若檢測到人，則返回開門行程。8、門的停止運行是切斷電動機的電流，約0.5秒后，使制定器起作用。開門時，當制動器松開0.5秒后，使電動機運行。(-)定義1、口地址#define APORT OxdO#define BPORT 0xd2#define CPORT 0xd4#deflne CWREG 0xd62、輸入數(shù)據(jù)#define HITOKEN#define OPNTEMAE#define OPNTEISI#define CLSTEMAE#define CLSTEISI六A 口地址"B

15、 口地址口地址/*CW 口地址0x10/卓檢測人的數(shù)據(jù)0x1/*開端臨近傳感器0x2浮開端停止傳感器0x4/*閉端臨近傳感器0x6/*閉端停止傳感器3、輸出數(shù)據(jù)#define OPN#define OPL2#define OPL1#deflne OPNSTP#define CLS#define CLSL2#define CLSL1#define CLSSTP#define BREAKE0x19開門運行0x15戶開門中速0x13 /*開門低速0x1/*門全開停止0x18 /*閉門運行0x14 /*閉門中速0x12 /*閉門低速0x0/*門全閉停止0x20 /*制動（二）（三）函數(shù)程序（見word

16、）Q次判斷偏為小次判斷函數(shù)）C結束 ）（四）main程序（見word）U沖飄電路塞勵電路第五節(jié)步進電動機的控制一、信號與連接1、脈沖信號2、連接圖步進電動機控制系統(tǒng)二、控制程序1、動作2、程序1 intpulse(intnjntho);2 main()34unsignedintn.h,hojd.st;5outp(ox(l6«0x90);6 do(7 piintf(,旋轉量=")；8 scanf("q令d'&ii);9 do(10 prtntf(“方向(CW=LCCW=0)=");11 scanfCdMt&h);12 if(h=0)

17、13 14 ho=OxO;15 )16 elseif(h=1)17 18 ho=Ox2x19 20 else21 22 h=2:23 24while(h=2);25do26printfC,啟動(1)?=");27scanf("d'',&k);28while(k!=1);29pulse(n9ho);30行一次？(是=1)”)；31scanf("cF,&r);32while(r=1);3334pubc(intnjnth)35(36unsignedintht.odh.odl;37for(i=l;i<=n;i-M-)38(39odh=

18、ho+0xl;40<>dl=h<H4)xO;41outp(0xd2wodh);42for(t=l;t<=100;t-w-);43outp(0xcl2«odl):44for(t=l：t<=100：t+);4546第六節(jié)實例三：步進電動機的傳動裝置的控制系統(tǒng)(略)一、步進電動機傳送裝置(-)構造(-)驅動控制電路1、步進電動機(1)步進電動機的規(guī)格圖傳送裝置構造圖脈沖信號輸入旋轉方向信號輸入步進電動機y 黃白甑綠紅黑設定相勵磁(雙相勵磁)(2)驅動電路IC(3)脈沖信號(4)脈沖發(fā)生電路05VRc-oON-OFF輸入f脈沖輸出2、控制電路(1)計算機控制與手

19、動操作的選擇(2)手動操作¥機連接管腳“沖信號詠沖俏蜉C§SW,轉向信號髭嬴轉向信號5VG人加帙口崖罹曲I】3A出XI】埃揉一入U（3）計算機控制-。A9計笈迂接管腳脈沖信時cysw>叱一。轉向侑苫cVswT*方法2計«機連接管完（4）兩端的界限處理開關動作限粒開關為0IAND（與）電躋穴值表OR（或）電路直值表（5）開關電路圖移行兩端界限處理原理脈沖信號,入8 2 5 5 接口A U .輸入用76543210二二 n二（三）計算機的連接1、輸入返回起始點開關自動開關左端限位開關右端限位開關2、輸出*冷產(chǎn)生后動m號（0：停止1：啟動）76543210B口輸出

20、用法行力向信號（0|右1s左）起始點指示燈產(chǎn)生脈沖的白功信號移行方向信號脈沖信號片A 口地址號/卓B 口地址號 片C 口地址號 /*CW 口地址號 浮右端限位開關數(shù)據(jù) /中左端限位開關數(shù)據(jù) /*移行方向向右/*移行方向向左/*脈沖高電平信號/*脈沖低電平信號/*最大行程二、控制程序（一）定義將口地址號置換成為口名稱。# deHneAPORTOxdO# defineBPORT0xd2# defineCPORT0xd4# defineCWREG0xd6# defineRLS0x1# defineLLS0x2# defineRGT0x0# defineLFT0x2# definePLSH0x1# definePLSL0x0# defineMAXL300移動工作臺（二）控制1（往復）1、動作（1）將移動工作臺設置在左端讓移動工作臺往左運行，當確認左端限位開關動作時，就停止。（2）在屏幕上指定往返多少次。（3）讓移動工作臺往右方移行，確認右端限位開關動作就停止。（4）經(jīng)一定時間后往左移行，確認左端限位開關動作，就停止。（5）往返移行后，對左端限位開關每次增加1的動作進行計數(shù)，并與指定次數(shù)相比較，若一致就停止移行。2、程序將運行程序輸出T輸入一比較T輸出的程序，編寫為一個函數(shù)程序。函數(shù)syori()程序1 syori(unsignedint,unsign