機(jī)電一體化技術(shù)模塊五典型機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)用教案

1、模 塊 導(dǎo) 學(xué) 本 模 塊 內(nèi) 容 為 三 個(gè) 單 獨(dú) 的 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 例 子 ， 學(xué) 生 主 要 從 機(jī) 電 如 何 ( r h ) 結(jié) 合 方 面 來(lái) 分 析 三 個(gè) 典 型 系 統(tǒng) ， 從 而 找 出 機(jī) 電 結(jié) 合 的 方 法 ， 關(guān) 鍵 在 于 機(jī) 電 接 口 。 項(xiàng) 目 一 為 認(rèn) 識(shí) 3 D 打 印 機(jī) ， 項(xiàng) 目 二 為 三 坐 標(biāo) 測(cè) 量 機(jī) ， 項(xiàng) 目 三 為 小 型 繪 圖 機(jī) 。模模 塊塊 5第1頁(yè)/共47頁(yè)第一頁(yè)，共48頁(yè)。 項(xiàng)目(xingm)5-1 認(rèn)識(shí)3D打印機(jī) 模模 塊塊 5項(xiàng)目思考3D打印有什么影響？認(rèn)識(shí)3D打印機(jī)3D打印可能應(yīng)用領(lǐng)域？3D打印

2、對(duì)材料特殊要求？3D打印定義3D打印機(jī)原理3D打印機(jī)起源3D打印機(jī)工作步驟3D打印機(jī)技術(shù)特性項(xiàng)目知識(shí)項(xiàng)目實(shí)踐知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò)3D 打印添加劑制造技術(shù)3D 打印機(jī)打印過(guò)程知識(shí)拓展3D打印機(jī)工作過(guò)程及特點(diǎn)性第2頁(yè)/共47頁(yè)第二頁(yè)，共48頁(yè)。5.1.1 5.1.1 項(xiàng)目(xingm)(xingm)思考（思）模模 塊塊 5 3D打印機(jī)是近年來(lái)得到應(yīng)用領(lǐng)域的青睞，本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)3D打印機(jī)的了解、認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步清楚地了解3D打印機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思維的變化、如何打印工作、可能的應(yīng)用領(lǐng)域、新材料的革新與應(yīng)用、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)等。問(wèn)題思考： 從三個(gè)方面去思考： 1、3D打印機(jī)逐層打印的方式改變(gibin)了傳統(tǒng)制造方法，既不

3、同于傳統(tǒng)的切削加工，又不同于傳統(tǒng)的粉末冶金加工，是一種全新的制造理念，這種制造方法，對(duì)我們的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念和方法會(huì)有什么影響？ 2、3D打印機(jī)可能的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？ 3、3D打印機(jī)對(duì)材料的特殊要求，它對(duì)產(chǎn)品綜合要求的局限性？第3頁(yè)/共47頁(yè)第三頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 55.1.2 5.1.2 項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)(xingm)知識(shí)（學(xué)）知識(shí)（學(xué)）知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)1 13D打印定義： 3D打?。?D printing），即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料(cilio)，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2 23D打印機(jī)原理： 3D打印

4、機(jī)的原理是：把數(shù)據(jù)和原料放進(jìn)3D打印機(jī)中，機(jī)器會(huì)按照程序把產(chǎn)品一層層造出來(lái)。打印出的產(chǎn)品，可以即時(shí)使用。說(shuō)的簡(jiǎn)單一點(diǎn)，打印時(shí)實(shí)質(zhì)上是斷層掃描的逆過(guò)程，斷層掃描是把某個(gè)東西“切”成無(wú)數(shù)疊加的片，3D打印機(jī)工作時(shí)就是一片一片的打印，然后疊加到一起(yq)，成為一個(gè)立體物體。第4頁(yè)/共47頁(yè)第四頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)3 3 3D打印機(jī)起源： 上世紀(jì)80年代已有雛形，其學(xué)名為“快速成型”。 在20世紀(jì)80年代中期，選擇性激光燒結(jié)（Selecting Laser Sintering，SLS）在美國(guó)得克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校的卡爾德卡德博士開(kāi)發(fā)(kif)出來(lái)并獲得專利。 1995年，麻省理

5、工創(chuàng)造了“三維打印”一詞，當(dāng)時(shí)的畢業(yè)生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨打印機(jī)方案，變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床的解決方案，而不是把墨水?dāng)D壓在紙張上的方案。圖5-1 最早的3D打印機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域：該技術(shù)可用于模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、航空航天、汽車、牙科和醫(yī)療、珠寶、鞋類、建筑、工程和施、教育、地理信息系統(tǒng)和許多(xdu)其它領(lǐng)域。第5頁(yè)/共47頁(yè)第五頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 55.1.3 5.1.3 項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)(xingm)實(shí)踐（做）實(shí)踐（做）項(xiàng)項(xiàng) 目目 要要 求求1、認(rèn)識(shí)3D打印機(jī)，掌握其工作步驟；2、熟悉3D打印機(jī)技術(shù)特性、工作過(guò)程；3、熟悉3D打印機(jī)材料使用類型(lix

6、ng)，特點(diǎn)。項(xiàng)項(xiàng) 目目 實(shí)實(shí) 施施 1.3D1.3D打印機(jī)工作步驟打印機(jī)工作步驟 先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，如果有現(xiàn)成的模型先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，如果有現(xiàn)成的模型(mxng)(mxng)也可以，然后通過(guò)也可以，然后通過(guò)SDSD卡或者卡或者U U盤(pán)把它拷貝到盤(pán)把它拷貝到3D3D打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把它們打印出來(lái)。打印機(jī)中，進(jìn)行打印設(shè)置后，打印機(jī)就可以把它們打印出來(lái)。 2. 3D2. 3D打印機(jī)三維設(shè)計(jì)打印機(jī)三維設(shè)計(jì) 先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。第6頁(yè)/共47頁(yè)第六頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5 3. 3D

7、 3. 3D打印機(jī)打印過(guò)程打印機(jī)打印過(guò)程 3D 3D打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來(lái)，再將各層截面以各種方式截面逐層地打印出來(lái)，再將各層截面以各種方式(fngsh)(fngsh)粘合起來(lái)從而制造出一粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。個(gè)實(shí)體。 4. 3D4. 3D打印機(jī)分辨率打印機(jī)分辨率 打印機(jī)打出的截面的厚度（即打印機(jī)打出的截面的厚度（即Z Z方向）以及平面方向即方向）以及平面方向即X-YX-Y方向的分辨率是以方向的分辨率是以dpidpi（像素每英寸）（像素每英寸）或者或者(huzh

8、)(huzh)微米來(lái)計(jì)算的。微米來(lái)計(jì)算的。5. 3D5. 3D與與2D2D打印機(jī)區(qū)別打印機(jī)區(qū)別 3D 3D打印機(jī)和打印機(jī)和2D2D打印機(jī)的區(qū)別在于多了一個(gè)維度。日常見(jiàn)到的普通打印機(jī)通過(guò)打印機(jī)的區(qū)別在于多了一個(gè)維度。日常見(jiàn)到的普通打印機(jī)通過(guò)XYXY（X X軸是噴頭移動(dòng)方向，軸是噴頭移動(dòng)方向，Y Y軸是介質(zhì)前后移動(dòng)方向）兩個(gè)座標(biāo)軸點(diǎn)確保打印圖像的成軸是介質(zhì)前后移動(dòng)方向）兩個(gè)座標(biāo)軸點(diǎn)確保打印圖像的成像位置和電腦中設(shè)計(jì)的圖紙位置保持一致，像位置和電腦中設(shè)計(jì)的圖紙位置保持一致，Z Z軸實(shí)際上是噴頭與介質(zhì)之間的間距上下軸實(shí)際上是噴頭與介質(zhì)之間的間距上下移動(dòng)方向。圍繞移動(dòng)方向。圍繞(wiro)XYZ(wir

9、o)XYZ三點(diǎn)完成機(jī)械、電路、驅(qū)動(dòng)程序的相關(guān)設(shè)計(jì)即可。三點(diǎn)完成機(jī)械、電路、驅(qū)動(dòng)程序的相關(guān)設(shè)計(jì)即可。第7頁(yè)/共47頁(yè)第七頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 56. 3D6. 3D打印機(jī)制作方法打印機(jī)制作方法(fngf)(fngf) 三維打印機(jī)要獲得更高分辨率的物品可以通過(guò)如下方法三維打印機(jī)要獲得更高分辨率的物品可以通過(guò)如下方法(fngf)(fngf)：先用當(dāng)前的三維打印機(jī)：先用當(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)的物體，再稍微經(jīng)過(guò)表面打磨即可得到表面光滑的打出稍大一點(diǎn)的物體，再稍微經(jīng)過(guò)表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率高分辨率”物品。物品。 7. 3D7. 3D打印機(jī)產(chǎn)品打印機(jī)產(chǎn)品 目前，世上最小的目前，世上最

10、小的3D3D打印機(jī)來(lái)自維也納技術(shù)大學(xué)，由其化學(xué)研究員和機(jī)械工程師研制。打印機(jī)來(lái)自維也納技術(shù)大學(xué)，由其化學(xué)研究員和機(jī)械工程師研制。 華中科技大學(xué)史玉升科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十多年努力，實(shí)現(xiàn)重大突破，研發(fā)的華中科技大學(xué)史玉升科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十多年努力，實(shí)現(xiàn)重大突破，研發(fā)的3D3D打印機(jī)可加工打印機(jī)可加工零件長(zhǎng)寬最大尺寸均達(dá)到零件長(zhǎng)寬最大尺寸均達(dá)到1.21.2米。如今米。如今(rjn)(rjn)，該設(shè)備被國(guó)內(nèi)外，該設(shè)備被國(guó)內(nèi)外200200多家用戶購(gòu)買使用，每多家用戶購(gòu)買使用，每臺(tái)價(jià)格從幾十萬(wàn)元到臺(tái)價(jià)格從幾十萬(wàn)元到200200多萬(wàn)元不等。多萬(wàn)元不等。 由大連理工大學(xué)參與研發(fā)的最大加工尺寸達(dá)由大連理工大學(xué)參與研發(fā)的最

11、大加工尺寸達(dá)1.81.8米的激光米的激光3D3D打印機(jī)進(jìn)入調(diào)試階段，其采打印機(jī)進(jìn)入調(diào)試階段，其采用用“輪廓線掃描輪廓線掃描”的獨(dú)特技術(shù)路線，可以制作大型工業(yè)樣件及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄造模具。的獨(dú)特技術(shù)路線，可以制作大型工業(yè)樣件及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄造模具。第8頁(yè)/共47頁(yè)第八頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 58. 3D8. 3D打印機(jī)技術(shù)特性打印機(jī)技術(shù)特性 3D 3D打印機(jī)的不同打印機(jī)的不同(b tn)(b tn)之處在于以不同之處在于以不同(b tn)(b tn)層構(gòu)建創(chuàng)建部件，并且以可用的材層構(gòu)建創(chuàng)建部件，并且以可用的材料的方式。料的方式。 一般來(lái)說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，3D3D打印機(jī)主要的考慮因素是打印的速度和成本，三

12、維打印機(jī)的價(jià)格，物體原打印機(jī)主要的考慮因素是打印的速度和成本，三維打印機(jī)的價(jià)格，物體原型的成本，還有材料以及色彩的選擇和成本。型的成本，還有材料以及色彩的選擇和成本。9. 3D9. 3D打印機(jī)工作過(guò)程及特點(diǎn)打印機(jī)工作過(guò)程及特點(diǎn)1 1）熔融沉積快速成型（）熔融沉積快速成型（Fused Deposition ModelingFused Deposition Modeling，F(xiàn)DMFDM） 熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀熱熔性材料加熱融化，通過(guò)帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀熱熔性材料加熱融化，通過(guò)帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來(lái)。熱熔材料融化后從噴嘴噴出，沉積在制作面

13、板或者前一層已固化的材料上，溫度低于固化溫度后來(lái)。熱熔材料融化后從噴嘴噴出，沉積在制作面板或者前一層已固化的材料上，溫度低于固化溫度后開(kāi)始固化，通過(guò)材料的層層堆積形成最終成品。開(kāi)始固化，通過(guò)材料的層層堆積形成最終成品。2 2）光固化成型（）光固化成型（Stereo Lithigraphy ApparatusStereo Lithigraphy Apparatus，SLASLA） 光固化技術(shù)是最早發(fā)展起來(lái)的快速成型技術(shù)，也是研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的快速光固化技術(shù)是最早發(fā)展起來(lái)的快速成型技術(shù)，也是研究最深入、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的快速成型技術(shù)之一。光固化技術(shù)，主要成型技術(shù)之一。光固化

14、技術(shù)，主要(zhyo)(zhyo)使用光敏樹(shù)脂為材料，通過(guò)紫外光或者其他光源照射凝固使用光敏樹(shù)脂為材料，通過(guò)紫外光或者其他光源照射凝固成型，逐層固化，最終得到完整的產(chǎn)品。成型，逐層固化，最終得到完整的產(chǎn)品。 第9頁(yè)/共47頁(yè)第九頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 53）三維粉末粘接（Three Dimensional Printing and Gluing，3DP） 3DP技術(shù)由美國(guó)麻省理工大學(xué)開(kāi)發(fā)成功，原料(yunlio)使用粉末材料，3DP技術(shù)工作原理是，先鋪一層粉末，然后使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區(qū)域，讓材料粉末粘接，形成零件截面，然后不斷重復(fù)鋪粉、噴涂、粘接的過(guò)程，層層疊加，獲得最終打印出來(lái)

15、的零件。4）選擇性激光燒結(jié)（Selecting Laser Sintering，SLS） SLS利用粉末材料在激光照射下燒結(jié)的原理，由計(jì)算機(jī)控制層層堆結(jié)成型。SLS技術(shù)同樣是使用層疊堆積成型，所不同的是，它首先鋪一層粉末材料，將材料預(yù)熱到接近熔化點(diǎn)，再使用激光在該層截面上掃描，使粉末溫度升至熔化點(diǎn)，然后燒結(jié)形成粘接，接著不斷重復(fù)鋪粉、燒結(jié)的過(guò)程，直至完成整個(gè)模型成型。第10頁(yè)/共47頁(yè)第十頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5項(xiàng)項(xiàng) 目目 總總 結(jié)結(jié) 3D打印領(lǐng)域發(fā)展迅猛，從巨型的房屋打印機(jī)到微型的納米級(jí)細(xì)胞打印機(jī)，各種新技術(shù)層出不窮，但是主要還是集中在專業(yè)領(lǐng)域，民用市場(chǎng)還是以簡(jiǎn)單架構(gòu)的FDM為主，無(wú)論效

16、果還是精度都差強(qiáng)人意，我們期待著隨著技術(shù)發(fā)展和成本降低，桌面(zhumin)級(jí)3D打印機(jī)也能夠真正實(shí)現(xiàn)所見(jiàn)即所得的打印效果，那時(shí)候3D打印改變世界將不再是一個(gè)夢(mèng)想。 1. 1. 創(chuàng)新突破的體現(xiàn)創(chuàng)新突破的體現(xiàn)（1 1）3D3D打印應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展延伸打印應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展延伸（2 2）3D3D打印速度、尺寸及技術(shù)日新月異打印速度、尺寸及技術(shù)日新月異（3 3）設(shè)計(jì)平臺(tái)革新）設(shè)計(jì)平臺(tái)革新（4 4）色彩絢爛形態(tài)逼真）色彩絢爛形態(tài)逼真2. 2. 未來(lái)趨勢(shì)未來(lái)趨勢(shì)(qsh)(qsh)3. 3D3. 3D打印機(jī)發(fā)展制約因素打印機(jī)發(fā)展制約因素（1 1）價(jià)格因素）價(jià)格因素（2 2）原材料限制）原材料限制（3 3）成像精細(xì)

17、度也就是分辨率太低）成像精細(xì)度也就是分辨率太低（4 4）社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)成本）社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)成本（5 5）整個(gè)行業(yè)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，難以形成產(chǎn)業(yè)鏈。）整個(gè)行業(yè)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，難以形成產(chǎn)業(yè)鏈。（6 6）意料之外的工序：）意料之外的工序：3D3D打印前所需的準(zhǔn)備工序，打印后的處理工序打印前所需的準(zhǔn)備工序，打印后的處理工序（7 7）缺乏殺手锏產(chǎn)品及設(shè)計(jì)）缺乏殺手锏產(chǎn)品及設(shè)計(jì)第11頁(yè)/共47頁(yè)第十一頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5項(xiàng)項(xiàng) 目目 評(píng)評(píng) 價(jià)價(jià)表表5-1 5-1 項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)(xingm)評(píng)價(jià)表評(píng)價(jià)表項(xiàng)目目標(biāo)分值評(píng)分得分?jǐn)⑹?D打印機(jī)原理能正確全面說(shuō)明20不完整，每處扣2分說(shuō)明3D打印機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域在各領(lǐng)域需舉一例說(shuō)明

18、20不完整，每處扣2分分析3D打印機(jī)中機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用分析全面、正確、詳盡40不完整，每處扣4分描繪3D打印機(jī)未來(lái)發(fā)展能發(fā)揮想像能力，不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)20不完整，每處扣2分總分100第12頁(yè)/共47頁(yè)第十二頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 55.1.4 5.1.4 知識(shí)知識(shí)(zh shi)(zh shi)拓展（拓）拓展（拓） 3D 打印是添加劑制造技術(shù)的一種形式，在添加劑制造技術(shù)中三維對(duì)象是通過(guò)連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來(lái)的。3D打印機(jī)相對(duì)于其他(qt)的添加劑制造技術(shù)而言，具有速度快，價(jià)格便宜，高易用性等優(yōu)點(diǎn)。 3D打印技術(shù)在珠寶首飾、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、汽車、航天、牙科及醫(yī)療方面都能得到廣泛的應(yīng)用，每一層的打

19、印過(guò)程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散。 打印耗材由傳統(tǒng)的墨水、紙張轉(zhuǎn)變?yōu)槟z水、粉末，當(dāng)然膠水和粉末都是經(jīng)過(guò)處理的特殊材料，不僅對(duì)固化反應(yīng)速度有要求，對(duì)于模型強(qiáng)度以及“打印”分辨率都有直接影響。目前的3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)600dpi分辨率，每層厚度只有0.01毫米，即使模型表面有文字或圖片也能夠清晰打印。第13頁(yè)/共47頁(yè)第十三頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5 項(xiàng)目(xingm)5-2 (xingm)5-2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 項(xiàng)目思考對(duì)制造業(yè)發(fā)展的影響？三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)高精度如何保證？測(cè)量機(jī)與反求工程關(guān)系？三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)原理三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要特征熟悉三坐

20、標(biāo)測(cè)量機(jī)參數(shù)熟悉三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用3D打印機(jī)技術(shù)特性項(xiàng)目知識(shí)項(xiàng)目實(shí)踐知識(shí)分布網(wǎng)絡(luò)三坐標(biāo)測(cè)量注意事項(xiàng)三坐標(biāo)測(cè)量日常保養(yǎng)知識(shí)拓展熟悉三坐標(biāo)測(cè)量使用方法3D打印機(jī)工作過(guò)程及特點(diǎn)性第14頁(yè)/共47頁(yè)第十四頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 55.2.1 5.2.1 項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)(xingm)思考（思）思考（思） 三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x簡(jiǎn)稱CMM，自六十年代中期第一臺(tái)三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x問(wèn)世以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步以及電子控制系統(tǒng)、檢測(cè)(jin c)技術(shù)的發(fā)展，為測(cè)量機(jī)向高精度、高速度方向發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。本項(xiàng)目主要在于要求掌握三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的原理、應(yīng)用，了解其主要參數(shù)及特征。 問(wèn)題思考： 1、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)制造

21、業(yè)發(fā)展的影響？ 2、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的高精度如何保證和體現(xiàn)？ 3、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在反求工程中的地位，以及對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造流程的影響？第15頁(yè)/共47頁(yè)第十五頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 55.2.2 5.2.2 項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)(xingm)知識(shí)（學(xué)）知識(shí)（學(xué)）知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)1 1三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)： 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(Coordinate Measuring Machine, CMM) 是指在一個(gè)六面體的空間范圍(fnwi)內(nèi)，能夠表現(xiàn)幾何形狀、長(zhǎng)度及圓周分度等測(cè)量能力的儀器，通常配有計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制操作，又稱為三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x或三次元。圖5-2 三坐標(biāo)(zubio)測(cè)量機(jī)第16頁(yè)/共47頁(yè)第十六頁(yè)，共

22、48頁(yè)。模模 塊塊 5知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2 2三坐標(biāo)測(cè)量(cling)機(jī)原理： 將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)測(cè)量(cling)空間，可獲得被測(cè)物體上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算求出被測(cè)物體的幾何尺寸，形狀和位置。圖5-3 三坐標(biāo)(zubio)測(cè)量軟件界面第17頁(yè)/共47頁(yè)第十七頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)3 3三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要特征： （1）三軸大多采用天然高精密花崗巖導(dǎo)軌，保證了整體具有相同的熱力學(xué)性能，避免由于三軸材質(zhì)不同熱膨脹系數(shù)不同所造成的機(jī)器精度誤差(wch)。 （2）三軸導(dǎo)軌（上海歐潼）采用全天然花崗巖四面全環(huán)抱式矩形結(jié)構(gòu)，配上高精度自潔式預(yù)應(yīng)力氣浮軸承，是確保機(jī)器

23、精度長(zhǎng)期穩(wěn)定的基礎(chǔ)，同時(shí)軸承受力沿軸向方向，受力穩(wěn)定均衡，有利于保證機(jī)器硬件壽命。 （3）大多廠家采用小孔出氣技術(shù)，耗氣量為30L/Min左右，在軸承間隙形成冷凝區(qū)域，抵消軸承運(yùn)動(dòng)摩擦帶來(lái)的熱量，增加設(shè)備整體熱穩(wěn)定性。 （4）三軸均采用鍍金光柵尺，分辨率為0.1um；同時(shí)采用一端固定，一端自由伸縮的方式安裝，減少了光柵尺的變形。 （5）傳動(dòng)系統(tǒng)采用國(guó)際先進(jìn)的設(shè)計(jì)，無(wú)任何導(dǎo)軌受力變形，最大程度保證機(jī)器精度和穩(wěn)定性。第18頁(yè)/共47頁(yè)第十八頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)4 4三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)發(fā)展史： 第一代：世界上第一臺(tái)測(cè)量機(jī)是英國(guó)的FERRANTI公司于1959年研制成功，當(dāng)時(shí)的測(cè)量方式是

24、測(cè)頭接觸工件后，靠腳踏板來(lái)記錄當(dāng)前坐標(biāo)值，然后使用計(jì)算器來(lái)計(jì)算元素(yun s)間的位置關(guān)系。 第二代：隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，測(cè)量機(jī)技術(shù)進(jìn)入了CNC控制機(jī)時(shí)代，完成了復(fù)雜機(jī)械零件的測(cè)量和空間自由曲線曲面的測(cè)量，測(cè)量模式增加和完善了自學(xué)習(xí)功能，改善了人機(jī)界面，使用專門(mén)測(cè)量語(yǔ)言，提高了測(cè)量程序的開(kāi)發(fā)效率。 第三代：從90年代開(kāi)始，隨著工業(yè)制造行業(yè)向集成化、柔性化和信息化發(fā)展，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)趨向一體化，這就對(duì)作為檢測(cè)設(shè)備的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)提出了更高的要求，從而提出了第三代測(cè)量機(jī)的概念。第19頁(yè)/共47頁(yè)第十九頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 55.2.3 5.2.3 項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)(xingm)

25、實(shí)踐（做）實(shí)踐（做）項(xiàng)項(xiàng) 目目 要要 求求1、熟悉(shx)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要參數(shù)；2、熟悉(shx)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要應(yīng)用；3、熟悉(shx)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要使用方法。項(xiàng)項(xiàng) 目目 實(shí)實(shí) 施施 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要參數(shù)：機(jī)型案例(n l)EUROTONEX152510測(cè)量行程：X軸 2500 mmY軸 1500 mmZ軸 1000 mm結(jié)構(gòu)型式：三軸花崗巖、四面全環(huán)抱的德式活動(dòng)橋式結(jié)構(gòu)傳動(dòng)方式：直流伺服系統(tǒng) + 預(yù)載荷高精度空氣軸承長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)：RENISHAW開(kāi)放式光柵尺，分辨率為0.1m測(cè)頭系統(tǒng)：雷尼紹控制器、雷尼紹測(cè)頭、雷尼紹測(cè)針機(jī) 臺(tái)：高精度（00級(jí)）花崗巖平臺(tái)使用環(huán)境：溫度（202），濕度4

26、0%-70% ，溫度梯度1/m，溫度變化 1/h空氣壓力：0.4 MPa - 0.6 Mpa空氣流量：30 L/min 50 L/min整機(jī)尺寸（LWH）：3.7m2.7m3.3m機(jī)臺(tái)承重：3500 kg ，整機(jī)重量：9000 Kg長(zhǎng)度精度MPEe：2.1+L/350（m)探測(cè)球精度MPEp：2.1m第20頁(yè)/共47頁(yè)第二十頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 51. 1. 應(yīng)用案例應(yīng)用案例 主要用于機(jī)械、汽車、航空、軍工、家具、工具原型、機(jī)器等中小型配件、模具等主要用于機(jī)械、汽車、航空、軍工、家具、工具原型、機(jī)器等中小型配件、模具等行業(yè)行業(yè)(hngy)(hngy)中的箱體、機(jī)架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、

27、葉片、曲線、曲面等的測(cè)量，中的箱體、機(jī)架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測(cè)量，還可用于電子、五金、塑膠等行業(yè)還可用于電子、五金、塑膠等行業(yè)(hngy)(hngy)中中。1)1)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在模具行業(yè)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在模具行業(yè)(hngy)(hngy)中的應(yīng)用中的應(yīng)用2)2)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在汽車行業(yè)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在汽車行業(yè)(hngy)(hngy)的應(yīng)用的應(yīng)用3)3)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用 第21頁(yè)/共47頁(yè)第二十一頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 52. 2. 使用方法使用方法 CMM CMM按測(cè)量方式可分為接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量以及接觸和非接觸并用式測(cè)量，接

28、觸測(cè)量常于測(cè)量按測(cè)量方式可分為接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量以及接觸和非接觸并用式測(cè)量，接觸測(cè)量常于測(cè)量機(jī)械加工產(chǎn)品以及壓制成型品、金屬膜等。本章以接觸式測(cè)量機(jī)為例來(lái)說(shuō)明幾種掃描物體表面機(jī)械加工產(chǎn)品以及壓制成型品、金屬膜等。本章以接觸式測(cè)量機(jī)為例來(lái)說(shuō)明幾種掃描物體表面(biomin)(biomin)，以獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)的幾種方法，數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)果可用于加工數(shù)據(jù)分析，也可為逆向工程技術(shù)提，以獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)的幾種方法，數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)果可用于加工數(shù)據(jù)分析，也可為逆向工程技術(shù)提供原始信息。供原始信息。3. 3. 數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理1)1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的任務(wù)和要求：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的任務(wù)和要求： （1 1）將測(cè)量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為）將測(cè)

29、量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為CADCAD軟件可識(shí)別的軟件可識(shí)別的IGESIGES格式，合并后以產(chǎn)品名稱或用戶指定的名稱格式，合并后以產(chǎn)品名稱或用戶指定的名稱分類保存。分類保存。 （2 2）不同產(chǎn)品、不同屬性、不同定位、易于混淆的數(shù)據(jù)應(yīng)存放在不同的文件中，并在）不同產(chǎn)品、不同屬性、不同定位、易于混淆的數(shù)據(jù)應(yīng)存放在不同的文件中，并在IGESIGES文件文件中分層分色。中分層分色。2)2)重定位整合重定位整合 (1) (1)應(yīng)用背景應(yīng)用背景 (2) (2)重定位整合原理重定位整合原理第22頁(yè)/共47頁(yè)第二十二頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5項(xiàng)項(xiàng) 目目 總總 結(jié)結(jié) 目前社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，很多精密機(jī)械行業(yè)都在逐步使用三

30、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，主要以測(cè)量工件的三維數(shù)據(jù)為主，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的各個(gè)領(lǐng)域。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)不僅僅在單獨(dú)的工作(gngzu)，還要有夾具的配合。三坐標(biāo)夾具使用在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上，利用其模塊化的支持和參考裝置，完成對(duì)所測(cè)工件的柔性固定。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量精度的好壞，關(guān)鍵還是在于測(cè)針，有什么精度需要，就選擇什么材質(zhì)的測(cè)針，根據(jù)自己所需去選擇。項(xiàng)項(xiàng) 目目 評(píng)評(píng) 價(jià)價(jià)表表5-2 5-2 項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)(xingm)評(píng)價(jià)表評(píng)價(jià)表項(xiàng)目目標(biāo)分值評(píng)分得分?jǐn)⑹鋈鴺?biāo)機(jī)工作原理能正確全面說(shuō)明20不完整，每處扣2分說(shuō)明三坐標(biāo)機(jī)在反求求工程中應(yīng)用需舉二例說(shuō)明20每例10分；不完整，每處扣2分列出三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量方法，有條

31、件的實(shí)地操作列出全面、正確、詳盡40不完整，每處扣4分描繪三坐標(biāo)測(cè)量應(yīng)用前景能發(fā)揮想像能力，不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)20不完整，每處扣2分總分100第23頁(yè)/共47頁(yè)第二十三頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 55.2.4 5.2.4 知識(shí)知識(shí)(zh shi)(zh shi)拓展（拓）拓展（拓）1. 1. 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 正確使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)其使用壽命、精度起到關(guān)鍵作用，應(yīng)注意以下幾個(gè)正確使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)其使用壽命、精度起到關(guān)鍵作用，應(yīng)注意以下幾個(gè)(j )(j )問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 1) 1)工件吊裝前，要將探針退回坐標(biāo)原點(diǎn)，為吊裝位置預(yù)留較大的空間；工件吊裝要平穩(wěn)，不工件吊裝前，要將探針退回坐標(biāo)原點(diǎn)，為吊裝位置預(yù)留較

32、大的空間；工件吊裝要平穩(wěn)，不可撞擊三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的任何構(gòu)件?？勺矒羧鴺?biāo)測(cè)量?jī)x的任何構(gòu)件。 2) 2)正確安裝零件，安裝前確保符合零件與測(cè)量機(jī)的等溫要求。正確安裝零件，安裝前確保符合零件與測(cè)量機(jī)的等溫要求。 3) 3)建立正確的坐標(biāo)系，保證所建的坐標(biāo)系符合圖紙的要求，才能確保所測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。建立正確的坐標(biāo)系，保證所建的坐標(biāo)系符合圖紙的要求，才能確保所測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。 4) 4)當(dāng)編好程序自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，要防止探針與工件的干涉，故需注意要增加拐點(diǎn)。當(dāng)編好程序自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，要防止探針與工件的干涉，故需注意要增加拐點(diǎn)。 5) 5)對(duì)于一些大型較重的模具、檢具，測(cè)量結(jié)束后應(yīng)及時(shí)吊下工作臺(tái)，以避免工作臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間處對(duì)于一

33、些大型較重的模具、檢具，測(cè)量結(jié)束后應(yīng)及時(shí)吊下工作臺(tái)，以避免工作臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間處于承載狀態(tài)。于承載狀態(tài)。2. 2. 日常保養(yǎng)日常保養(yǎng) 一般在環(huán)境一般在環(huán)境(hunjng)(hunjng)比較好的精測(cè)間中的測(cè)量機(jī)，我們推薦每三個(gè)月進(jìn)行一次常規(guī)保養(yǎng)，而如比較好的精測(cè)間中的測(cè)量機(jī)，我們推薦每三個(gè)月進(jìn)行一次常規(guī)保養(yǎng)，而如果用戶的使用環(huán)境果用戶的使用環(huán)境(hunjng)(hunjng)中灰塵比較多，測(cè)量間的溫度濕度不能完全滿足測(cè)量機(jī)使用環(huán)境中灰塵比較多，測(cè)量間的溫度濕度不能完全滿足測(cè)量機(jī)使用環(huán)境(hunjng)(hunjng)要求，那應(yīng)該每月進(jìn)行一次常規(guī)保養(yǎng)。要求，那應(yīng)該每月進(jìn)行一次常規(guī)保養(yǎng)。 1)測(cè)量機(jī)導(dǎo)軌的

34、保護(hù) 2)測(cè)量機(jī)氣路的保養(yǎng) 3)測(cè)量機(jī)調(diào)整與保護(hù) 4)測(cè)量機(jī)溫度控制第24頁(yè)/共47頁(yè)第二十四頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5 項(xiàng)目5-3 5-3 小型(xioxng)(xioxng)智能繪圖機(jī)5.3.1 5.3.1 項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)(xingm)思考（思）思考（思） 小型智能繪圖機(jī)是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)產(chǎn)品，其包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電子控制設(shè)計(jì)兩部分。 以小型筆式繪圖機(jī)為例，模塊化的小幅面平板式畫(huà)筆驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作平臺(tái)、滾珠絲杠副，以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件組成。其外觀形式如圖5-4所示。其中，伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠的螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)仔導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完

35、成工作臺(tái)在X方向的直線移動(dòng)，調(diào)動(dòng)畫(huà)筆的高度從而實(shí)現(xiàn)直線的生成。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均已標(biāo)準(zhǔn)化，由專門(mén)廠家(chn ji)生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專門(mén)的微機(jī)控制系統(tǒng)。 學(xué)生需思考的是：采用什么控制方法來(lái)保證繪圖機(jī)的繪圖精度，以及控制裝置的選擇。此項(xiàng)為實(shí)踐項(xiàng)目，列出詳盡的設(shè)計(jì)過(guò)程，有條件的學(xué)?？梢再?gòu)買相應(yīng)的制作配件進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。問(wèn)題思考： 從三個(gè)方面去思考： 1、小型智能繪圖機(jī)作為一個(gè)系統(tǒng)，總體設(shè)計(jì)方案制定的比較與分析，為什么選擇此方案？你的初步樹(shù)立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思路是什么？ 2、機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)與

36、傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)有何不同？小型智能繪圖機(jī)使用何種傳動(dòng)部件才能保證傳動(dòng)精度？ 3、在控制方式上，如何選擇電機(jī)才能保證控制精度滿足要求，步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的區(qū)別，單片機(jī)控制的原理和方式是什么？第25頁(yè)/共47頁(yè)第二十五頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 55.3.2 5.3.2 項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)(xingm)知識(shí)（學(xué)）知識(shí)（學(xué)）知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)1 1繪圖機(jī)： 繪圖機(jī)是一種(y zhn)自動(dòng)化繪圖的設(shè)備。繪圖儀一般是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、插補(bǔ)器、控制電路、繪圖臺(tái)、筆架、機(jī)械傳動(dòng)等部分組成。繪圖儀除了必要的硬設(shè)備之外，還必須配備豐富的繪圖軟件。知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2 2繪圖機(jī)種類： 繪圖儀的種類很多，按結(jié)構(gòu)和工作原理(yunl

37、)可以分為滾筒式和平臺(tái)式兩大類：1、滾筒式繪圖儀。2、平臺(tái)式繪圖儀。 第26頁(yè)/共47頁(yè)第二十六頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)3 3繪圖機(jī)發(fā)展史： 在六十年代初，出現(xiàn)了世界上第一臺(tái)最大的繪圖機(jī)，它的繪圖臺(tái)的尺寸為長(zhǎng)7英尺、寬6英尺。而后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和軟件研究的迅速發(fā)展，繪圖機(jī)的發(fā)展也進(jìn)入了新的階段。具有高速處理大量數(shù)據(jù)能力的計(jì)算機(jī)配上高精度的繪圖機(jī)械，組成了一種新型計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)。現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和軍事工程的需要，又使繪圖機(jī)的品種愈來(lái)愈多，而且也相應(yīng)地發(fā)展了更豐富的軟件。在國(guó)外，繪圖機(jī)的研制，以美國(guó)較為先進(jìn)。日本在自動(dòng)繪圖機(jī)的研制和生產(chǎn)方面也比較先進(jìn)，日本的繪圖機(jī)制造業(yè)是

38、以引進(jìn)美國(guó)技術(shù)為基礎(chǔ)而發(fā)展起來(lái)(q li)的，它共有十多家工廠生產(chǎn)繪圖機(jī)。目前，世界上知名品牌的繪圖儀有惠普、愛(ài)普生、施樂(lè)等。第27頁(yè)/共47頁(yè)第二十七頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 55.3.3 5.3.3 項(xiàng)目項(xiàng)目(xingm)(xingm)實(shí)踐（做）實(shí)踐（做）項(xiàng)項(xiàng) 目目 要要 求求題目：小型繪圖儀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：工作臺(tái)面尺寸為600mm600mm，可繪圖范圍210mm297mm（A4圖紙）。X、Y方向的定位精度均為0.2mm。1、 學(xué)習(xí)機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案擬定、分析與比較的方法。2、 通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)掌握幾種典型傳動(dòng)元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算方法與選用原則。3、

39、 通過(guò)對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理、計(jì)算選擇方法與控制驅(qū)動(dòng)方式，學(xué)會(huì)選用典型的位移速度傳感器。4、 通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握一些典型硬件電路的設(shè)計(jì)方法和控制軟件的設(shè)計(jì)思路(sl)。5、 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹(shù)立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思路(sl)。6、 鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料以及撰寫(xiě)科技論文的能力。圖5-4 小型(xioxng)繪圖儀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第28頁(yè)/共47頁(yè)第二十八頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5項(xiàng)項(xiàng) 目目 實(shí)實(shí) 施施 方案制定方案制定（1 1）導(dǎo)軌副選用）導(dǎo)軌副選用 要設(shè)計(jì)的要設(shè)計(jì)的X-YX-Y工作臺(tái)是用來(lái)配套輕型的畫(huà)筆的，需要承受的

40、載荷非常小，但脈沖當(dāng)量小、工作臺(tái)是用來(lái)配套輕型的畫(huà)筆的，需要承受的載荷非常小，但脈沖當(dāng)量小、定位精度高，因此，決定選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。定位精度高，因此，決定選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。（2 2）絲杠螺母副選用）絲杠螺母副選用 伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿足伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿足0.2mm0.2mm的定位精度，的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無(wú)能為力，只有選擇滾珠絲杠副才能達(dá)到?；瑒?dòng)絲杠副無(wú)能為力，只有選擇滾珠絲杠副才能達(dá)到。（3 3）伺服電動(dòng)機(jī)選用）伺服電動(dòng)機(jī)選用 項(xiàng)目規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到項(xiàng)目規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm0.001mm

41、，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，最快移動(dòng)速度也不高。，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，最快移動(dòng)速度也不高。因此，本設(shè)計(jì)可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。因此，本設(shè)計(jì)可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。（4 4）聯(lián)軸器的選用）聯(lián)軸器的選用 由于系統(tǒng)的對(duì)中性要求較高，因此決定選用剛性聯(lián)軸器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低等優(yōu)由于系統(tǒng)的對(duì)中性要求較高，因此決定選用剛性聯(lián)軸器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)考慮到工作載荷不大，擬選用套筒聯(lián)軸器，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、徑向尺寸小的優(yōu)點(diǎn)考慮到工作載荷不大，擬選用套筒聯(lián)軸器，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、徑向尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。點(diǎn)。（5 5）檢測(cè)裝置的選用）檢測(cè)裝置的選用 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作

42、為伺服電動(dòng)機(jī)后，任務(wù)書(shū)所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)不是很高，決選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，任務(wù)書(shū)所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)不是很高，決定采用定采用(ciyng)(ciyng)開(kāi)環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制第29頁(yè)/共47頁(yè)第二十九頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5（6）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只有單坐標(biāo)定位，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該(ynggi)設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。 2)對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制，選用MCS-51系列的AT89C51。 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)(j xi chun dn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)1 1滾珠絲桿副的選型與計(jì)算滾珠絲桿副的選型與計(jì)算2 2電機(jī)電機(jī)(dinj)(dinj)的選型與計(jì)算的選型與計(jì)算3 3滾動(dòng)

43、直線導(dǎo)軌選擇，計(jì)算和驗(yàn)算滾動(dòng)直線導(dǎo)軌選擇，計(jì)算和驗(yàn)算第30頁(yè)/共47頁(yè)第三十頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 5控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)1 1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 采用采用MCS-51MCS-51系列單片機(jī)來(lái)完成該控制系統(tǒng)系列單片機(jī)來(lái)完成該控制系統(tǒng)(kn zh x tn)(kn zh x tn)及系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)。及系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)。 2 2方案分析方案分析 本系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)是一種本系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)是一種(y zhn)(y zhn)將電脈沖信號(hào)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專用轉(zhuǎn)換成直線或角

44、位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專用設(shè)備步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，典型步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖設(shè)備步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，典型步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖5-75-7所示。所示。AT89C51環(huán)形分配器功率放大器輔助電路步進(jìn)電機(jī)顯示模塊按鍵模塊圖5-7 系統(tǒng)框圖第31頁(yè)/共47頁(yè)第三十一頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 53 3單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口 采用單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行串行控制，系統(tǒng)從采用單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行串行控制，系統(tǒng)從CPCP脈沖控制端按電動(dòng)機(jī)旋脈沖控制端按電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的要求發(fā)出相應(yīng)周期間隔的脈沖，即可使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速度的要求發(fā)出相應(yīng)周期間隔的

45、脈沖，即可使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。 圖圖5-8 5-8 簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單(jindn)(jindn)畫(huà)出串行控制方法的接線圖。圖中是采用畫(huà)出串行控制方法的接線圖。圖中是采用AT89C51AT89C51單片機(jī)單片機(jī)的的P1.0P1.0作為方向電平信號(hào)，作為方向電平信號(hào)，P1.1P1.1作為作為CPCP脈沖信號(hào)。設(shè)正常的脈沖信號(hào)。設(shè)正常的P1.1P1.1為高電平，為高電平，CP CP 脈脈沖輸出低電平有效，產(chǎn)生沖輸出低電平有效，產(chǎn)生CPCP脈沖的子程序如下：脈沖的子程序如下：圖5-8 串行控制(kngzh)示意圖第32頁(yè)/共47頁(yè)第三十二頁(yè)，共48頁(yè)。4.1特點(diǎn)）電源電壓不大于+40VDC）斬波頻率大于35KHZ）

46、輸入信號(hào)與TTL兼容）可驅(qū)動(dòng)兩相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)）雙極性恒流斬波方式(fngsh)）光電隔離信號(hào)輸入）細(xì)分?jǐn)?shù)可選SM-202A型：2、4、8、16、32、64或根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)）驅(qū)動(dòng)電流可由開(kāi)關(guān)設(shè)定10）外型尺寸：85591911）重量：0.11kg模模 塊塊 54 4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源(dinyun)(dinyun)選用選用 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)(shj)中選用的90BYG2602型電動(dòng)機(jī)選擇SM-202A細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，如圖5-9所示。圖5-9 SM-202A驅(qū)動(dòng)器第33頁(yè)/共47頁(yè)第三十三頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 54.2引腳說(shuō)明 ）GND端為外接直流電源 ）A+、A-端為電機(jī)A

47、相 ）B+、B-端為電機(jī)B相 ）+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)(xnho)，下降沿有效 ）DIR端為方向控制信號(hào)(xnho)，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)動(dòng)器無(wú)電流輸出，電機(jī)處于自由狀態(tài)4.3 電氣特性 （Tj=25） ）信號(hào)邏輯輸入電流(dinli)10mA-25mA ）下降沿脈沖時(shí)間大于5us ）絕緣電阻大于500M4.4 使用環(huán)境(hunjng)及參數(shù) ）冷卻方式：自然冷卻或強(qiáng)制風(fēng)冷 ）使用環(huán)境(hunjng)：盡量避免粉塵及腐蝕性氣體 ）溫度；0

48、C+50C ）濕度；40- 89%RH第34頁(yè)/共47頁(yè)第三十四頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 54.5機(jī)械(jxi)安裝如圖5-10：圖5-10 機(jī)械(jxi)安裝尺寸圖4.6 電源供給 本驅(qū)動(dòng)器可采用非穩(wěn)壓型直流電源供電，也可以(ky)采用變壓器降壓+橋式整流+電容濾波。第35頁(yè)/共47頁(yè)第三十五頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 54.7 輸入(shr)接口電路如圖5-11。圖5-11 輸入接口(ji ku)電路第36頁(yè)/共47頁(yè)第三十六頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 54.8 電機(jī)(dinj)接線 SM-202A驅(qū)動(dòng)器能驅(qū)動(dòng)四線、六線或八線的兩相/四相電機(jī)(dinj)。圖5-12詳細(xì)列出了4線、6線、8線步進(jìn)電機(jī)(dinj)的接法：圖5-12 電線(dinxin)接線第37頁(yè)/共47頁(yè)第三十七頁(yè)，共48頁(yè)。模模 塊塊 54.9驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)的匹配4.9.1 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(d s)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)較大。4.9.2 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)