機(jī)器人焊縫跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)專業(yè) 班級(jí) 姓名 一、課題名稱： 機(jī)器人焊縫跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二、主要技術(shù)指標(biāo)： 用于機(jī)器人焊接過(guò)程中的焊縫跟蹤 1)二維滑臺(tái)滑動(dòng)范圍:500 ×500 2)最高移動(dòng)速度：1mm/s 3)最高移動(dòng)速度：50mm/s 4)開(kāi)環(huán)定位精度：0.02mm 三、主要工作內(nèi)容： 1）課題研究與發(fā)展趨勢(shì) 2）二維滑臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3）維滑臺(tái)的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4）KPCI882控制卡的功能說(shuō)明與圖紙 四、主要參考文獻(xiàn)：1 張建民. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. 北京：北京理工大學(xué)出版社.1996 2 林述溫. 機(jī)電裝備設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000 3 徐錦康. 機(jī)械設(shè)計(jì)M

2、.北京：高等教育出版社.2004 4 葉偉昌. 機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)C.機(jī)械工業(yè)出版社.2001 5 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)C.化學(xué)工業(yè)出版社.2002 學(xué) 生（簽名） 年 月 日 指 導(dǎo) 教師（簽名） 年 月 日 教研室主任（簽名） 年 月 日 系 主 任（簽名） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目機(jī)器人焊縫跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)一， 選題的背景和意義：計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中出現(xiàn)了一些運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)推動(dòng)著工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了一種PC技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制，為開(kāi)發(fā)和制造工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備提供了高效率的手段。這也必將促使我

3、國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)水平不斷提高，使我們的生活更美好。二， 課題研究的主要內(nèi)容： 機(jī)器人焊縫自動(dòng)化過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)控制卡通常采用專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制芯片或高速DSP作為運(yùn)動(dòng)控制核心，所以研究運(yùn)動(dòng)控制卡是主要的一方面。大多用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，所以研究運(yùn)動(dòng)控制卡是主要的一方面。一般地，運(yùn)動(dòng)控制卡與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作（例如鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等等）；控制卡完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)（包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢測(cè)等等）。運(yùn)動(dòng)控制卡都配有開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)供

4、用戶在Windows系統(tǒng)平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)、構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)，要完成自動(dòng)化過(guò)程，就要需要從以上的點(diǎn)一步一個(gè)腳印探索。三， 主要研究（設(shè)計(jì)）方法論述：四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：時(shí)間（迄止日期）工 作 內(nèi) 容 寫(xiě)好開(kāi)題報(bào)告，準(zhǔn)備論文材料 上網(wǎng)和結(jié)合自己所學(xué)的知識(shí)整理二維滑臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)用電腦軟件CAD等做好維滑臺(tái)的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所有項(xiàng)目，做好所需要的必需圖紙和說(shuō)明提交初步完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在指導(dǎo)老師的幫助下進(jìn)行修改，進(jìn)一步完善初稿 仔細(xì)閱讀畢業(yè)設(shè)計(jì)，查找基本錯(cuò)誤翔實(shí)相關(guān)論點(diǎn)、論據(jù)，積極準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)的答辯。五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日六、系部意見(jiàn)： 系主任簽名： 年 月

5、 日機(jī)器人焊縫跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中Seam tracking robot-driven system design Abstract：Computer technology and the rapid development of microelectronic technology, promoted the rapid development of traditional industries in the industrial automation of machinery there have been

6、some movement driven by new technologies to control industrial motion control technology continues to progress, there has been an advanced motion control technology, in order to development and manufacturing of industrial automation equipment to provide a highly efficient means. This will also facil

7、itate the integration of China's Electrical and constantly improve the Motion control card used to control professional sports or high-speed DSP chip as the core motion control, most of them used to control stepper motor or servo motor. In general, the motion control card with the PC body into m

8、aster-slave control structure: PC machine interface, human-computer interaction is responsible for management and control systems, such as real-time monitoring of the work (such as keyboard and mouse of the management, system status shows that trajectory planning, control commands sent, external sig

9、nal monitoring, etc.); Control Motion Control Card to complete all the details (including pulse and direction output signals, automatic take-off and landing speed of processing, such as the origin and the limit of detection of signals, etc.). Motion control card is equipped with an open library for

10、users in DOS or Windows system platform developed under the structure of the control system requirements. Key words: two-dimensional movement KPCI884 Slide stepper motor control cardNahtfurung robot-system designZusammenfassung：Computer-Technologie und der rasanten Entwicklung der Mikroelektronik-Te

11、chnologie, förderte die rasche Entwicklung der traditionellen Industrien in der industriellen Automation von Maschinen gab es einige Bewegung durch neue Technologien zur Kontrolle industrieller Motion Control-Technologie weiter voran, es wurde eine fortgeschrittene Motion-Control-Technologie, u

12、m Entwicklung und Fertigung von Industrie-Automatisierung, um ein hoch effizientes Mittel. Dadurch wird auch die Integration von China über die elektrische und die ständige Verbesserung der technischen Niveau. Motion-Control-Karte verwendet, um professionelle Sport-und High-Speed-DSP-Chip,

13、 wie die Kern-Motion Control, die meisten von ihnen zur Steuerung Schrittmotor oder Servomotor. Im Allgemeinen ist die Motion-Control-Karte mit dem PC Körper in Master-Slave-Struktur: PC-Maschine-Schnittstelle, Mensch-Computer-Interaktion ist zuständig für die Verwaltungs-und Kontroll

14、systeme, wie die Echtzeit-Überwachung der Arbeiten (z. B. Tastatur und Maus des Management-, System-Status zeigt, dass die Flugbahn Planungs-, Kontroll-Befehle gesendet werden, externes Signal, etc.); der Motion-Control-Karte, um alle Einzelheiten (einschließlich der Puls und Richtung Ausg

15、ang Signale, automatische Start-und Landegebühren Geschwindigkeit der Verarbeitung, wie die Herkunft und die Begrenzung der Erkennung von Signalen, etc.). Motion-Control-Karte ist mit einer offenen Bibliothek für die Benutzer in der DOS-oder Windows-System-Plattform im Rahmen der Struktur

16、der Steuerung Anforderungen. Schlüsselwörter: zwei-dimensionale Bewegung KPCI884 Folie Stepper Motor-Control-Karte 目 錄引言2 二維滑臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)562.2 機(jī)械傳動(dòng)部分計(jì)算與選型72.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型及計(jì)算122.4 步進(jìn)電機(jī)的驗(yàn)算133 維滑臺(tái)的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)153.1 步進(jìn)電機(jī)的控制方案比較153.2 控制系統(tǒng)電路圖設(shè)計(jì).164 KPCI882控制卡的功能說(shuō)明.224.1 KPCI882軟硬件功能簡(jiǎn)介224.2 連續(xù)脈沖驅(qū)動(dòng)234.3 恒速驅(qū)動(dòng)24

17、4.4 線性加減速驅(qū)動(dòng)及參數(shù)設(shè)定示例254.5 脈沖寬度和速度的精度264.6直線插補(bǔ)274.7 脈沖輸出類型275 CAD圖紙制作286 結(jié)束語(yǔ)29致謝30參考文獻(xiàn)31 機(jī)器人焊縫跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)引言計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中出現(xiàn)了一些運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)推動(dòng)著工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)不斷進(jìn)步，出現(xiàn)了一種先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，為開(kāi)發(fā)和制造工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備提供了高效率的手段。這也必將促使我國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)水平不斷提高。1 課題研究與發(fā)展趨勢(shì)信息時(shí)代的高新技術(shù)推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化中出現(xiàn)了一些運(yùn)動(dòng)控制新技術(shù)。本文主要分析和綜述了運(yùn)動(dòng)控制卡的

18、基本原理、特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀。運(yùn)動(dòng)控制卡通常采用專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制芯片或高速DSP作為運(yùn)動(dòng)控制核心，大多用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。一般地 ， 運(yùn)動(dòng)控制卡與PC機(jī)構(gòu)成機(jī)器人焊縫跟蹤驅(qū)動(dòng)：PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作 （ 例如鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等等）；控制卡完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)（包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢測(cè)等等）。運(yùn)動(dòng)控制卡都配有開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)供用戶在DOS或Windows系統(tǒng)平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)、構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種結(jié)構(gòu)開(kāi)放的運(yùn)動(dòng)控制

19、卡能夠廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)中設(shè)備自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)的數(shù)控裝備業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，雖然取得了很大的成就，但在些關(guān) 鍵技術(shù)上還受制于國(guó)外，尤其在高性能(高性價(jià)比、高速、高效等)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)方面。由于不能生產(chǎn)高性能的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，因此無(wú)法集成復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的整機(jī)。此外，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，英特網(wǎng)正把全世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)逐漸集成起來(lái)，這樣，如何順利解決“本地簡(jiǎn)單，異地復(fù)雜”的問(wèn)題，也成為未來(lái)數(shù)控裝備技術(shù)的關(guān)鍵。目前，使運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，即基于英特網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究,在國(guó)內(nèi)外尚處于起步階段。1.2 運(yùn)動(dòng)控制器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是推動(dòng)新的技術(shù)革命和新的產(chǎn)業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)

20、。運(yùn)動(dòng)控能夠快速發(fā)展有兩大原因:其一是得益于計(jì)算機(jī)、高速數(shù)字處理器( DSP)、自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展；其二是有龐大的市場(chǎng)需求。2 二維滑臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和橫向運(yùn)動(dòng)是兩套獨(dú)立的傳動(dòng)鏈，它們由步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、絲杠螺X向X向母副組成。2.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)機(jī)械結(jié)構(gòu)布局圖，A0圖紙一張。要求重要剖面表達(dá)完整，向視表達(dá)完整，視圖適合標(biāo)準(zhǔn)。2.1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定（1）二維滑臺(tái)滑動(dòng)范圍：； （2）工作臺(tái)重量：；（3）機(jī)器人及其他部件重量：；（4）最低移動(dòng)速度：；（5）最高移動(dòng)速度： （6）設(shè)起動(dòng)加速時(shí)間為：； （7）開(kāi)環(huán)定位精度：0.02mm。2.2 機(jī)械傳動(dòng)部分計(jì)算與選型二維工作滑臺(tái)控制系統(tǒng)機(jī)械部分

21、的計(jì)算與選型內(nèi)容包括：確定脈沖當(dāng)量，計(jì)算載荷力，滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)、計(jì)算與選型，步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與校核等。2.2.1 確定脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量，是指一個(gè)脈沖所產(chǎn)生的進(jìn)給軸移動(dòng)量，用表示。應(yīng)根據(jù)工作臺(tái)進(jìn)給系統(tǒng)所要求的定位精度來(lái)選定脈沖當(dāng)量?？紤]到機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差，脈沖當(dāng)量值必須小于定位精度值。因此，根據(jù)所給定的要求，可確定脈沖當(dāng)量為。2.2.2 滾珠絲杠副的特點(diǎn)滾珠絲杠副是由絲杠、螺母、滾珠等零件組成的機(jī)械元件，其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。它是在絲杠和螺母滾道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦，滾珠絲杠副因優(yōu)良的摩擦特性使其廣泛的運(yùn)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器。

22、與滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)或其他直線運(yùn)動(dòng)副相比，滾珠螺旋傳動(dòng)有下列特點(diǎn)：（1）傳動(dòng)效率高 在滾珠絲杠副中，自由滾動(dòng)的滾珠將力與運(yùn)動(dòng)在絲杠與螺母之間傳遞。因而以極小的滾動(dòng)摩擦代替了傳統(tǒng)絲杠的滑動(dòng)摩擦，使?jié)L珠絲杠腹地傳動(dòng)效率達(dá)到90%以上，整個(gè)傳動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力矩減少至滑動(dòng)絲杠的1/3左右，發(fā)熱率也因此大副降低。（2）定位精度高 滾珠絲杠副發(fā)熱率低，溫升小以及在加工過(guò)程中對(duì)絲杠采取預(yù)拉伸并預(yù)緊消除軸向間隙等措施，使絲杠副具有高的定位精度和重復(fù)定位精度。（3）傳動(dòng)可逆性 滾珠絲杠副沒(méi)有滑動(dòng)絲杠粘滯摩擦，消除了在傳動(dòng)過(guò)程中可能出現(xiàn)的爬行現(xiàn)象，滾珠絲杠副能夠?qū)崿F(xiàn)兩種傳動(dòng)方式。（4）同步性能好 由于滾珠絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)順滑、消除

23、軸向間隙以及制造的一致性，采用多套滾珠絲杠副方案驅(qū)動(dòng)同一裝置或多個(gè)相同部件時(shí)，可獲得很好的同步工作。2.2.3 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型(1)確定滾珠絲杠的導(dǎo)程根據(jù)本進(jìn)給系統(tǒng)定位精度的要求，采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服驅(qū)動(dòng)裝置。初步采用90BYG550C步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)五相十拍時(shí)（半步運(yùn)行），=0.36。當(dāng)時(shí)，可使步進(jìn)電機(jī)直接與絲杠聯(lián)接，有利于簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度。當(dāng)選定執(zhí)行元件（步進(jìn)電機(jī)）步距角、系統(tǒng)脈沖當(dāng)量和減速比之后，其導(dǎo)程應(yīng)滿足匹配關(guān)系為： (2-1)代入公式(2-1)可得：(2)滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算 a. 最小載荷，是指機(jī)器空載時(shí)滾珠絲杠的傳動(dòng)力。本文主要是指導(dǎo)軌摩擦力 (2-2)式中：為

24、導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌，根據(jù)公式(2-2)可得：b. 最大載荷選機(jī)器承受最大負(fù)荷時(shí)滾珠絲杠的傳動(dòng)力，本文主要是指工作臺(tái)在加速時(shí)所承受的最大軸向力。236.25c. 當(dāng)量轉(zhuǎn)速及當(dāng)量載荷當(dāng)負(fù)荷與轉(zhuǎn)速接近正比變化時(shí)，各種轉(zhuǎn)速機(jī)會(huì)均等，可采用下列公式計(jì)算：當(dāng)量載荷按最大載荷計(jì)算，即(3)確定預(yù)期額定動(dòng)載荷按預(yù)期工作時(shí)間估算： （2-3）其中，：預(yù)期額定動(dòng)載荷； ：負(fù)荷性系數(shù)，無(wú)沖擊?。?：精度系數(shù)，??； ：可靠性97%，??；已知：小時(shí)代入公式(2-3)得：(4)確定允許的最小螺紋底徑估算絲杠允許的最大軸向變形量定位精度 (2-4)：最大軸向變形量代入公式(2-4)得估算最小螺紋底徑滾珠絲杠副安裝

25、方式為一端固定，一端游動(dòng)時(shí) (2-5)導(dǎo)軌靜摩擦力(N),；工作臺(tái)導(dǎo)軌的靜摩擦力；滾珠螺母至滾珠絲杠固定端支承的最大距離(mm)已知：行程為500mm,=500N,取取L=650mm代入公式(2-5)得：(5)確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào)冊(cè)選用外循環(huán)埋入式大導(dǎo)程滾珠絲杠副DCM2010-2.5，kN>N，>(6)確定滾珠絲杠副支承所用的軸承規(guī)格型號(hào)由于絲杠主要承受軸向力，一般采用推力軸承作支承。固定端采用成對(duì)60º接觸角推力球軸承支承，其型號(hào)7001C/DB，其尺寸參數(shù)為：、D=32mm、B=10mm。技術(shù)參數(shù)為：、簡(jiǎn)支端支撐采用6002型深溝球軸承，其參數(shù)為D=32mm、B

26、=9mm、。 2.2.4 滾珠絲杠副校核滾珠絲杠副的軸向變形將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形、絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)變形較小，對(duì)縱向變形的影響更小，可忽略不計(jì)。螺母座只要設(shè)計(jì)合理，其變形量也可忽略不計(jì)，只要滾珠絲杠支承的剛度設(shè)計(jì)得好，軸承的軸向接觸變形在此也可以不予考慮。(1)絲杠的拉壓變形量(2-6)式中：為在工作載荷作用下絲杠總長(zhǎng)度上拉伸或壓縮變形量(mm)；為絲杠的工作載荷(N)；為滾珠絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度(mm)；為材料彈性模量

27、，對(duì)鋼；A為滾珠絲杠按內(nèi)徑確定的截面積(mm)；“”號(hào)用于拉伸，“”號(hào)用于壓縮。已知：， 代入公式(2-6)得： (2)滾珠與螺紋滾道間的接觸變形該變形量與滾珠列、圈有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。其計(jì)算公式如下： (2-7)式中：為滾珠直徑（mm）；為滾珠總數(shù)量；為一圈的滾珠數(shù)，已知：，代入公式(2-7)可得：(3)滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算絲杠的總變形量應(yīng)小于允許的變形量，否則，應(yīng)考慮選用較大公稱直徑的滾珠絲杠副。由上面計(jì)算可知故所選滾珠絲杠副能夠滿足剛度要求。(4)壓桿穩(wěn)定性驗(yàn)算滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細(xì)長(zhǎng)桿，若軸向工作載荷過(guò)大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向彎曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時(shí)

28、的臨界載荷為 （N） (2-8)式中：E為材料彈性模量，對(duì)鋼E，I為截面慣性矩，對(duì)絲杠圓截面（為絲杠底徑）；L為絲杠最大工作長(zhǎng)度（mm）；為絲杠支承方式系數(shù)。本設(shè)計(jì)中，支承方式選用一端軸向固定一端自由，即所以代入公式(2-8)得：= (N)臨界載荷與絲杠工作載荷之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù)，如果大于許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，則滾珠絲杠不會(huì)失穩(wěn)。因此，滾珠的絲杠的壓桿穩(wěn)定條件為： （2-9） 一般取2.54，考慮到絲杠自重對(duì)水平滾珠的絲杠的影響可取。故滾珠絲杠都不會(huì)失穩(wěn)。(5)滾珠絲杠螺母副的選擇 由上面計(jì)算結(jié)果查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本查得外循環(huán)埋入式大導(dǎo)程滾珠絲杠副DCM 2010-2.5的螺母安裝、連接尺寸

29、(mm)如表2-1所示:表2-1 DCM2010-2.5螺母安裝及連接尺寸滾珠絲桿副規(guī)格公稱直徑基本道程埋入式DhDCM 2010-2.52010507663155.5105.72.3 滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型及計(jì)算2.3.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、優(yōu)點(diǎn)滾動(dòng)導(dǎo)軌是在靜、動(dòng)導(dǎo)軌面之間放置滾動(dòng)體如滾珠、滾柱、滾針或滾動(dòng)導(dǎo)軌快構(gòu)成的。本次畢業(yè)課題選滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，它是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成（見(jiàn)圖2-2）。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上經(jīng)過(guò)淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道，在滑塊端部鋼球又通過(guò)返回裝置進(jìn)入返回孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。返向器兩端裝有

30、防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。如圖2-2與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，滾動(dòng)導(dǎo)軌有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：a.靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)和機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短，有益于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。b.動(dòng)功率大副度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一。c.應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)速度導(dǎo)軌提高約10倍。d.實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。2.3.2 初選導(dǎo)軌型號(hào)本設(shè)計(jì)選用導(dǎo)軌為直線滾動(dòng)矩形導(dǎo)軌，共用4條導(dǎo)軌，每條導(dǎo)軌用2個(gè)滑塊，根據(jù)最大動(dòng)載荷C=6996N,通過(guò)樣本查得初選4條導(dǎo)軌的型號(hào)都為GDA20ZV,其額定動(dòng)載C=11.5KN,額定靜載C=14.5KN。2.3.3 計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌

31、副的額定壽命滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算公式為： （km） (2-9)式中：為滾動(dòng)導(dǎo)軌副的距離額定壽命（km）；為額定載荷（N），查表得11500N；為硬度系數(shù)導(dǎo)軌面的硬度為581.0；為溫度系數(shù)，當(dāng)工作溫度不超過(guò)1000C時(shí)，1；為接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌條上裝二個(gè)滑塊時(shí)0.81；為精度系數(shù)，數(shù)控精密工作臺(tái)精度等級(jí)為3級(jí)，；為載荷系數(shù)，無(wú)沖擊振動(dòng)或，1.2；。代入公式（2-9）得： 大于滾動(dòng)導(dǎo)軌的期望壽命，滿足設(shè)計(jì)要求，初選的滾動(dòng)導(dǎo)軌副可采用。2.4 步進(jìn)電機(jī)的驗(yàn)算2.4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一種慣性負(fù)載,在電機(jī)選用時(shí)必須加以考慮。由于傳動(dòng)系統(tǒng)的各傳動(dòng)部件并不都與電機(jī)軸同軸

32、線，還存在各傳動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量向電機(jī)軸折算問(wèn)題。最后，要計(jì)算整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本設(shè)計(jì)需要對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子,聯(lián)軸節(jié),絲杠,工作臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。（1）電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算由四通公司提供的90BYG550C型號(hào)，查出該電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=8（2）聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算查機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)，選用TL1聯(lián)軸器，可查出它轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.0005，得出。（3）滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算 （2-10）式中：為滾珠絲杠的名義直徑；為絲杠的總長(zhǎng)度；代入公式（2-10）可得：（4）工作臺(tái)質(zhì)量的折算工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可按下式進(jìn)行計(jì)算： (2-11)

33、式中，為絲杠導(dǎo)程（cm）；為工作臺(tái)質(zhì)量（kg）。（5）傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 2.4.2 驗(yàn)算矩頻特性步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩(靜止?fàn)顟B(tài))，可從樣本中查出。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：查表可知步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒(méi)有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩可按下列計(jì)算：式中： 為空載啟動(dòng)力矩；為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度，折算到電機(jī)軸上的加速力矩；為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； 為由于絲杠預(yù)緊，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即有關(guān)的各項(xiàng)力矩值計(jì)算如下：(1)加速力

34、矩式中：為傳動(dòng)系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為電機(jī)最大角加速度；為與運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速；t為運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間，為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度；為初選步進(jìn)電機(jī)的步距角；為脈沖當(dāng)量。(2)空載摩擦力矩式中：為運(yùn)動(dòng)部件的總重量；為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；齒輪傳動(dòng)降速比；為傳動(dòng)系數(shù)總效率，取0.8；為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程。則(3)附加摩擦力矩式中：為滾珠絲杠預(yù)緊力；為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，現(xiàn)取0.92。所以，步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩：初選電機(jī)型號(hào)(表2-1)應(yīng)滿足步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即 表2-1步進(jìn)電機(jī)性能參數(shù)型號(hào)相數(shù)步距角()電流A空載啟動(dòng)頻率(

35、半步方式) HZ保持轉(zhuǎn)矩Nm定位轉(zhuǎn)矩Nm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(g.cm)90BYG550C50.363250061.08000從上式可知，初選電機(jī)滿足空載啟動(dòng)要求。2.4.3 啟動(dòng)矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)很少使用。升速啟動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始逐漸升速，在零時(shí)刻，啟動(dòng)頻率為零。在一段時(shí)間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，步進(jìn)電機(jī)達(dá)到了最高運(yùn)行速度。此時(shí)相應(yīng)的運(yùn)行頻率為。從圖(2-3)的頻矩特性表可以看出，初選步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許啟動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)力矩，所以步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)時(shí)不會(huì)丟步。3 維滑臺(tái)的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 步進(jìn)電機(jī)的控制方案比較對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī),

36、有多種控制方法,在此,僅介紹幾種較為常見(jiàn)的、普遍的控制方法。3.1.1 此系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、外圍擴(kuò)展芯片以及通過(guò)搭建外圍電路組成。在“位置控制”方式時(shí)，通過(guò)單片機(jī)的I/O口發(fā)數(shù)字脈沖信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)行走；“速度控制”方式時(shí)，需加D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出模擬量信號(hào)達(dá)到控制。此方案優(yōu)點(diǎn)在于成本較低，但由于一般單片機(jī)I/O口產(chǎn)生脈沖頻率不高，對(duì)于分辨率高的執(zhí)行機(jī)構(gòu)尤其是對(duì)于控制伺服電機(jī)來(lái)說(shuō)，存在速度達(dá)不到，控制精度受限等缺點(diǎn)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制復(fù)雜的場(chǎng)合，例如升降速的處理，多軸聯(lián)動(dòng)，直線、圓弧插補(bǔ)等功能實(shí)現(xiàn)起來(lái)都需要自己編寫(xiě)算法，這必將帶來(lái)開(kāi)發(fā)起來(lái)難度較大，研發(fā)周期較長(zhǎng)，調(diào)試過(guò)程煩瑣，系統(tǒng)一旦定型不太容易擴(kuò)充

37、功能、升級(jí)、柔性不強(qiáng)等問(wèn)題。因此這種方案一般適用于產(chǎn)品批量較大、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單、且有豐富的單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的用戶。3.1.2 設(shè)計(jì)方案的提出本次步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)就是采用“PC+運(yùn)動(dòng)控制卡”作為上位控制，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出脈沖和方向信號(hào)。用Microsoft VisualBasic編輯界面程序。調(diào)用控制卡中的運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)，動(dòng)態(tài)改變脈沖頻率，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，從而在開(kāi)環(huán)控制狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。既提高了實(shí)時(shí)性和快速性，又方便又實(shí)用。圖(3-1)就是典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。圖3-1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)方案圖3.2 控制系統(tǒng)電路圖設(shè)計(jì)根據(jù)老師要求，我們選用了北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司(原

38、四通電機(jī)公司)90BYG550C-SAKRMA-0301型步進(jìn)電機(jī)與其配套的驅(qū)動(dòng)器及北京科日新控電子技術(shù)有限公司的KPCI-884運(yùn)動(dòng)控制卡。KPCI-882卡是基于PC機(jī)PCI總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字伺服電機(jī)的上位控制單元，它與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作（例如鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等等）；KPCI-884卡完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)（包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢測(cè)等等）。3.2.1 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)及工作原理（1）步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)可以簡(jiǎn)單地定義為:是一種用電脈

39、沖信號(hào)進(jìn)行控制,將電脈沖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu).通俗一點(diǎn)講:當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào),它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度(及步距角)?？赡芡ㄟ^(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)整的目的。步進(jìn)電機(jī)有以下特點(diǎn):步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素(如電源電壓的波動(dòng)、電流的大小與波形的變化、溫度等)的影響，只要他們的大小在未引起步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生“丟步”現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定步數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一轉(zhuǎn)以后，其累積誤差變?yōu)椤傲恪?，因此不?huì)長(zhǎng)期

40、累積；控制性能好，在起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)時(shí)不易“丟步”。一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要分為三大類，永磁式(PM-Permanent Magnet)、磁阻式（VR-variable Reluctance）、混合式（HB-Hybrid）。（2）步進(jìn)電機(jī)工作原理以三相磁阻式（反應(yīng)式）步進(jìn)電機(jī)為例敘述步進(jìn)電機(jī)原理,該電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)0、1/3、2/3,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/3，C與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3，A'與齒5相對(duì)齊，( A'就是A，齒5就是齒1)下面是定轉(zhuǎn)子的展開(kāi)圖：如A相通

41、電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。如B相通電，A，C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3，此時(shí)齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移（-1/3）=2/3。如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3，此時(shí)齒4與A偏移為1/3對(duì)齊。如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按A，B，C，A通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞

42、阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，除與電動(dòng)機(jī)自身的性能有關(guān)外，也在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要構(gòu)成如圖3-2所示，一般由環(huán)形分配器、信號(hào)處理級(jí)、推動(dòng)級(jí)、驅(qū)動(dòng)級(jí)等部分組成。用于功率步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器還要有多種保護(hù)線路。圖3-2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成3.2.2 系統(tǒng)控制方案及電路接線

43、設(shè)計(jì)（1）以步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器作為的執(zhí)行部件的位置伺服系統(tǒng),它最大的優(yōu)點(diǎn)能夠在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中達(dá)到精確的控制。在該開(kāi)環(huán)步進(jìn)式位置伺服系統(tǒng)中指令信號(hào)是單向流動(dòng)的，由KPCI884運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)出的指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器SH-50806B、五相混合式步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)二維工作臺(tái)移動(dòng)。系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制方案如圖3-3所示。圖3-3 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方案圖（2）驅(qū)動(dòng)器SH-50806B說(shuō)明書(shū)SH-50806B型驅(qū)動(dòng)器主要用于驅(qū)動(dòng)90及110機(jī)座號(hào)五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。SH-50806B采用數(shù)字式升頻升壓驅(qū)動(dòng)方式，并結(jié)合了恒電流控制技術(shù)，電機(jī)采用五根線接法。適配本公司生產(chǎn)的步距角為0.36°的步進(jìn)電機(jī)時(shí)，具

44、有極高的定位精度。驅(qū)動(dòng)器在整個(gè)運(yùn)行頻域內(nèi)不存在明顯的振蕩區(qū)，特別適用于定位精度高、運(yùn)行振動(dòng)小、噪音要求低的場(chǎng)合，如：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，雕刻機(jī)等。脈沖信號(hào)輸入：?jiǎn)蚊}沖控制方式時(shí)為脈沖信號(hào)輸入端，雙脈沖控制方式時(shí)為正轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)輸入端。輸入信號(hào)脈沖為沿有效方式，對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的正確運(yùn)行來(lái)說(shuō)，有效電平信號(hào)占空比應(yīng)在50%以下，為了確保脈沖信號(hào)的可靠響應(yīng)，脈沖低電平的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于10s。方向信號(hào)輸入：?jiǎn)蚊}沖模式下該端的內(nèi)部光耦的通、斷被解釋為電機(jī)運(yùn)行的兩個(gè)方向，方向信號(hào)的改變將使電機(jī)運(yùn)行的方向發(fā)生變化，該端的懸空被等效認(rèn)為輸入高電平。要注意一點(diǎn)是，應(yīng)確保方向信號(hào)領(lǐng)先脈沖信號(hào)輸入至少10s建立，從而避免驅(qū)動(dòng)

45、器對(duì)脈沖信號(hào)的錯(cuò)誤響應(yīng)。當(dāng)不需換向時(shí)，方向信號(hào)端可懸空。雙脈沖模式下本端口接收反轉(zhuǎn)脈沖，接口邏輯要求與脈沖輸入端口一致。輸入信號(hào)脈沖為沿有效方式。輸出信號(hào)是光耦集電極開(kāi)路輸出，接點(diǎn)容量DC24V/15mA，低電平有效。在本設(shè)計(jì)中根據(jù)工作實(shí)際的需要，決定對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選取單脈沖、半步的運(yùn)行方式。（3）運(yùn)動(dòng)控制卡KPCI882接口說(shuō)明。KPCI882控制卡采用DB37接口，外接線可采用屏蔽線纜，以提高控制卡的抗干擾能力。其中開(kāi)關(guān)量信號(hào)（原點(diǎn)、點(diǎn)動(dòng)、限位以及I/O信號(hào)等）采用1224DCV 開(kāi)關(guān)電源；脈沖量信號(hào)（脈沖、方向等）采用5DCV 開(kāi)關(guān)電源。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容電機(jī)的控制可以任意選擇電腦控制或

46、外部控制（手動(dòng)控制），則KPCI882運(yùn)動(dòng)控制器由二塊板卡組成：KPCI882主板，轉(zhuǎn)接板: a KPCI882主板完成運(yùn)動(dòng)控制功能，有兩個(gè)接口：DB37和轉(zhuǎn)接板，DB37接口主要用于運(yùn)動(dòng)控制，通過(guò)轉(zhuǎn)接板與驅(qū)動(dòng)器等外部設(shè)備相連。b 轉(zhuǎn)接板是KPCI882主板與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接橋梁，提供脈沖和方向差分輸出，也是通用I/O信號(hào)與KPCI882主板的連接橋梁。(4) KPCI882信號(hào)接口定義3.2.3 控制電路接線示意圖圖3-4 控制電路接線示意4 KPCI882控制卡的功能說(shuō)明4.1 KPCI882軟硬件功能簡(jiǎn)介KPCI882卡是基于PC機(jī)PCI總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)的上位控制單元,它與

47、PC構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu):PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作(如鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等)；該卡可控制2軸步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)，并支持多卡共用，以實(shí)現(xiàn)多軸控制；每軸均可輸出脈沖和方向信號(hào)，以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)可以外接原點(diǎn)、減速、限位等開(kāi)關(guān)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)回原點(diǎn)、保護(hù)等功能，開(kāi)關(guān)信號(hào)由KPCI882卡自動(dòng)檢測(cè)并作出反應(yīng)。KPCI882卡提供了功能強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制函數(shù)庫(kù)，并可以充分利用計(jì)算機(jī)資源開(kāi)發(fā)出完美的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。KPCI884控制卡的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。如圖4-1 KPCI882控制卡的結(jié)構(gòu)示意圖4.1.1 定長(zhǎng)脈沖輸出驅(qū)動(dòng)

48、如果想實(shí)現(xiàn)將一個(gè)電機(jī)移動(dòng)N步:(即KPCI882卡向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出N個(gè)脈沖)需要設(shè)置加減速A/D，驅(qū)動(dòng)速度V，初始速度SV，輸出脈沖P。KPCI882將自動(dòng)輸出。當(dāng)輸出的脈沖數(shù)等于設(shè)置的脈沖數(shù)P時(shí)，KPCI882立即停止輸出脈沖。4.1.2 在驅(qū)動(dòng)中改變輸出脈沖在定長(zhǎng)脈沖驅(qū)動(dòng)中，輸出脈沖數(shù)是可以改變的，脈沖輸出狀況如圖4-2。圖4-2 在勻速、減速段脈沖增加脈沖數(shù)4.1.3 加/減速驅(qū)動(dòng)的緩沖設(shè)置用戶在定長(zhǎng)脈沖情況下可以改變加/減速點(diǎn)，如圖4-3所示。KPCI882將自動(dòng)地計(jì)算出加/減速點(diǎn)，并且使加速段的脈沖數(shù)等于減速段的脈沖數(shù)。當(dāng)為減速設(shè)置緩沖值(shift pulse)時(shí)，KPCI882將會(huì)

49、因?yàn)榫彌_值提前減速。減速完成后剩余的脈沖數(shù)（shift pulse）將會(huì)以初始速度輸出，如圖4-4。KPCI882初始化時(shí)，緩沖脈沖數(shù)（shift pulse）的默認(rèn)值為8。在直線加/減速定長(zhǎng)脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)并不需要改變緩沖脈沖數(shù)。如圖4-3 定長(zhǎng)脈沖驅(qū)動(dòng)模式如圖4-4 定長(zhǎng)方式的緩沖脈沖4.2 連續(xù)脈沖驅(qū)動(dòng)當(dāng)將KPCI882卡的脈沖輸出模式設(shè)置為連續(xù)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，KPCI882將一直以特定的速度驅(qū)動(dòng)脈沖輸出直至接收到停止命令或是外部停止信號(hào)，如圖4-5所示。如圖4-5 連續(xù)脈沖驅(qū)動(dòng)可用“減速至停DecStop”和“立即停止“InstStop”等函數(shù)中斷連續(xù)驅(qū)動(dòng)脈沖；也可由外部信號(hào)使制動(dòng)。4.3 恒速

50、驅(qū)動(dòng)當(dāng)KPCI882的驅(qū)動(dòng)速度設(shè)置得低于初始速度時(shí)，它并不執(zhí)行加/減驅(qū)動(dòng)，而是開(kāi)始以驅(qū)動(dòng)速度恒速驅(qū)動(dòng)。4.4 線性加減速驅(qū)動(dòng)及參數(shù)設(shè)定示例線性加/減速驅(qū)動(dòng)按線性規(guī)律將輸出脈沖速度從初始速度增加至所需的速度。同時(shí)，KPCI882還會(huì)記錄加速段的脈沖數(shù)；并與剩余的脈沖數(shù)進(jìn)行比較；當(dāng)剩余脈沖數(shù)小于加速脈沖數(shù)時(shí)，KPCI882使開(kāi)始從驅(qū)動(dòng)速度減速至初始速度。當(dāng)在加速驅(qū)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)減速指令，或當(dāng)定長(zhǎng)脈沖數(shù)小于所需要的驅(qū)動(dòng)速度的時(shí)侯。則KPCI882將在加速階段便開(kāi)始減速，如圖4-6所示。通常，加速脈沖數(shù)和減速脈沖數(shù)是相等的。但是，當(dāng)使用手動(dòng)減速（HandDec）則就不同了。如圖4-7，從實(shí)際初始速度500PPS(脈沖/秒)加速至15000PPS，時(shí)間為0.3(秒)，最高輸出頻率的倍數(shù)M=2(初始化默認(rèn)值為1)初始速度 SV=500PPS/M=250PPS驅(qū)動(dòng)速度 V=15000PPS/M=7500PPS加速度 A=(15000-500)PPS/0.3S/M=24167PPS/S圖4-6 直線加/減速圖4-7 定長(zhǎng)脈沖驅(qū)動(dòng)模式如圖4-8從實(shí)際