长度自动测量装置驱动控制系统设计.doc

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1、课程设计说明书题目长度自动测量装置驱动控制系统设计目录一、任务书…………………………………………………1二、概述……………………………………………………2三、总体方案的确定………………………………………2四、详细设计部分…………………………………………51、机械部分设计………………………………………………52、硬件控制电路的设计………………………………………53、软件设计部分………………………………………………9五、设计总结………………………………………………11参考文献…………………………………

2、…………………11附录…………………………………………………………12《长度自动测量装置驱动控制系统设计》设计说明书一、概述科学技术的长足发展离不开制造业，且其在发展过程中占着举足轻重的作用，甚至其已成为衡量一国家综合国力的象征。有如此重要的作用，各国政府当然努力致力于制造业的发展。其中机床是制造业的关键。在自动化控制技术迅速发展的今天，数控机床更是得到了广泛的应用。数控机床是由数控系统与数控装置组成的，而数控装置的设计显得尤为重要。长度自动测量装置是CNC机床系统的配套设备。当机床完成零件加工后

3、，由机械手将零件送到零件尺寸测量装置上进行内尺寸和外尺寸的测量。测量装置具有独立工作能力，同时可以加入CNC系统，接受协调控制系统的控制，完成等待、测量、显示测量结果等。测量系统组成如图1所示：控制单元驱动电路步进电机测量装置图1测量系统组成图二、总体方案的确定根据结构需要，选用丝杠转动螺母作直线运动的传动形式。通过对滑动丝杠和滚动丝杠的比较，根据测量装置的精度要求，选用精密丝杠，直径12mm，螺距1mm。丝杠支承，采用两端支承形式。此装置负荷不大，为了减少丝杠轴颈支承间的摩擦，选用向心球轴承00

4、0026。在测量过程中，丝杠需正、反转，为了消除螺纹间隙对测量产生的误差，必须采用消隙螺母。测量活动刀口固定在螺母上，刀口的移动应保持水平位置，即螺母的移动应平稳，不能转动。为了防止螺母在移动时转动，采用了两个滚动轴承000025支撑，在导轨面上滚动，支架螺母固定在一起的防转机构。心轴可调整轴承与导轨面的距离，使其能防止螺母转动而又能使轴承与导轨面之间的摩擦最小。在测量过程中，当零件与测量刀口相接触而被刀口夹紧后，丝杠应停止转动，所以电机与丝杠之间应采用摩擦离合器。摩擦离合器的从动圆锥盘，在压缩弹

5、簧作用下压紧摩擦离合器的主动圆锥盘，摩擦力矩使丝杠和电机一起转动。当测量刀口夹紧零件后，摩擦离合器的摩擦面产生滑动，丝杠停止。当丝杠螺距为1mm，测量精度为0.02mm时，光码盘应大于50脉冲/圈。光码盘装在丝杠上，随丝杠一起转动。丝杠停止后，控制系统使电机停转。由以上几点可以确定出零件尺寸测量装置的结构简图，如图2所示：图2零件尺寸测量装置结构图在设计中需要用电机驱动丝杠转动，就必须有驱动电源对电机驱动。驱动电源包括脉冲发生器，环行分配器，功率放大电路，光电隔离电路等组成。本设计中采用CPU产生

6、脉冲信号，经功率放大和光电隔离电路之后，输出给电机，控制电机的运行速度和电机的正反转，从而把步进电机的旋转运动通过丝杠变为卡尺的直线运动，带动卡尺的快速移动和卡紧与松开被测量的零件。考虑到相匹配的驱动电路以及微机控制的快速性和可靠性,选用无触点控制元件的电路。其系统设计原理结构图如图3所示显示器步进电机功率放大电路丝杠及卡尺环分电路CPU图3系统设计原理结构框图三、详细设计部分1、机械部分设计1）.滑动丝杠传动的设计计算：（1）选用丝杠：选取丝杠M12×1，精度为6级，材料淬火钢，硬度HRC60~

7、62。两根丝杠的长度分别选用450㎜和350㎜。（2）基本参数如下所示：螺杆：螺杆外径ｄ=12㎜螺杆内径ｄ1=8.5㎜螺母：螺母外径D=15㎜螺母内径D1=11.2㎜螺纹滚道：公称直径ｄ0=10㎜螺距ｔ=6㎜螺纹升角：r=10.8°（3）《机电一体化系统设计书》滑动丝杠传动系统的传动效率为0.35。（4）刚度验算丝杠所承受的力主要有两部分；一是由于卡尺产生的重力，另外一个是测量中卡尺与产生的夹紧力。假设F=0.3×20=6；T=5N/㎝；⊿=3.14×（0.85/2）²=0.567⊿L=0.006

8、㎜变形很小可以忽略不记,所以刚度足够。2）摩擦离合器的设计摩擦离合器采用单圆锥安全离合器，特点是接和力小，能保证摩擦面完全分离。3）弹簧的设计弹簧受力计算，有些因素不能确定，影响性能的因素也较多，此装置的弹簧由实验来决定弹簧的具体尺寸。2、硬件控制电路的设计1）步进电机的选择根据测量装置系统所需要的计算扭矩，选用步进电机的输出力矩必须大于计算扭矩。由于长度自动测量装置只需带动卡尺移动，不需很大的功率和转矩，此装置选用55BF003电机，其参数如下表所示：型号主要技术数据外形尺寸（m