機(jī)電一體化技術(shù)模塊五 典型機(jī)電一體化系統(tǒng)

1、模塊目標(biāo)模塊目標(biāo) 1.掌握簡單機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作原理分析； 2.掌握簡單機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析； 3.熟悉簡單機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用方法； 4.了解機(jī)電一體化系統(tǒng)的前沿知識(shí)、新設(shè)備應(yīng)用; 5.了解X-Y繪圖儀的設(shè)計(jì)方法。 重點(diǎn): 1.掌握三坐標(biāo)測量機(jī)工作原理及應(yīng)用方法； 2.3D打印機(jī)工作原理及應(yīng)用場合。難點(diǎn): 1.三坐標(biāo)測量機(jī)具體操作； 2.3D打印機(jī)具體操作。模模 塊塊 5 典型機(jī)電一體化系統(tǒng)典型機(jī)電一體化系統(tǒng)模塊導(dǎo)學(xué)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)電如何結(jié)合方面來分析三個(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)3D打印機(jī)，項(xiàng)目二為

2、三坐標(biāo)測量機(jī)，項(xiàng)目三為小型繪圖機(jī)。模模 塊塊 5項(xiàng)目項(xiàng)目5-1 認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)3D打印機(jī)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打印對材料特殊要求？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)打印過程知識(shí)拓展3D打印機(jī)工作過程及特點(diǎn)性5.1.1 5.1.1 項(xiàng)目思考（思）項(xiàng)目思考（思）模模 塊塊 5 3D打印機(jī)是近年來得到應(yīng)用領(lǐng)域的青睞，本項(xiàng)目通過對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

3、的革新與應(yīng)用、未來發(fā)展趨勢等。問題思考： 從三個(gè)方面去思考： 1、3D打印機(jī)逐層打印的方式改變了傳統(tǒng)制造方法，既不同于傳統(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)對材料的特殊要求，它對產(chǎn)品綜合要求的局限性？模模 塊塊 55.1.2 5.1.2 項(xiàng)目知識(shí)（學(xué)）項(xiàng)目知識(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，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。知識(shí)點(diǎn)

4、知識(shí)點(diǎn)2 23D打印機(jī)原理： 3D打印機(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。打印出的產(chǎn)品，可以即時(shí)使用。說的簡單一點(diǎn)，打印時(shí)實(shí)質(zhì)上是斷層掃描的逆過程，斷層掃描是把某個(gè)東西“切”成無數(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，成為一個(gè)立體物體。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）在美國得克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校的卡爾德卡德博士開發(fā)出來并獲得專利。 1995年，麻省理工創(chuàng)造了“三維

5、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)和許多其它領(lǐng)域。模模 塊塊 55.1.3 5.1.3 項(xiàng)目實(shí)踐（做）項(xiàng)目實(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、工作過程；3、熟悉3D打印機(jī)材料使用類型，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 先通過計(jì)算機(jī)建模

6、軟件建模，如果有現(xiàn)成的模型也可以，然后通過SD卡或者U盤把它拷貝到3D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。 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。模模 塊塊 5 3. 3D 3. 3D打印機(jī)打印過程打印機(jī)打印過程 3D打印機(jī)通過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，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個(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Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以

7、dpi（像素每英寸）或者微米來計(jì)算的。5. 3D5. 3D與與2D2D打印機(jī)區(qū)別打印機(jī)區(qū)別 3D打印機(jī)和2D打印機(jī)的區(qū)別在于多了一個(gè)維度。日常見到的普通打印機(jī)通過XY（X軸是噴頭移動(dòng)方向，Y軸是介質(zhì)前后移動(dòng)方向）兩個(gè)座標(biāo)軸點(diǎn)確保打印圖像的成像位置和電腦中設(shè)計(jì)的圖紙位置保持一致，Z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。模模 塊塊 56. 3D6. 3D打印機(jī)制作方法打印機(jī)制作方法 三維打印機(jī)要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：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)過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。 7. 3D7

8、. 3D打印機(jī)產(chǎn)品打印機(jī)產(chǎn)品 目前，世上最小的3D打印機(jī)來自維也納技術(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)過十多年努力，實(shí)現(xiàn)重大突破，研發(fā)的3D打印機(jī)可加工零件長寬最大尺寸均達(dá)到1.2米。如今，該設(shè)備被國內(nèi)外200多家用戶購買使用，每臺(tái)價(jià)格從幾十萬元到200多萬元不等。 由大連理工大學(xué)參與研發(fā)的最大加工尺寸達(dá)1.8米的激光3D打印機(jī)進(jìn)入調(diào)試階段，其采用“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。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打印機(jī)的不同之處在于以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件，并且以可用的材料的方式。 一般來

9、說，3D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。9. 3D9. 3D打印機(jī)工作過程及特點(diǎn)打印機(jī)工作過程及特點(diǎn)1）熔融沉積快速成型（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM） 熔融沉積又叫熔絲沉積，它是將絲狀熱熔性材料加熱融化，通過帶有一個(gè)微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來。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始固化，通過材料的層層堆積形成最終成品。2）光固化成型（Stereo Lithigraphy Apparatus，SLA） 光固化技術(shù)是最早發(fā)展起來的快速成型技術(shù)，也是研

10、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)，主要使用光敏樹脂為材料，通過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。 模模 塊塊 53）三維粉末粘接（Three Dimensional Printing and Gluing，3DP） 3DP技術(shù)由美國麻省理工大學(xué)開發(fā)成功，原料使用粉末材料，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、粘接的過程，層層疊加，獲得最終打印出來的零件。4）選擇性激光燒結(jié)（Selecting Laser Sintering，SLS） SLS利用粉

11、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)的過程，直至完成整個(gè)模型成型。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，民用市場還是以簡單架構(gòu)的FDM為主，無論效果還是精度都差強(qiáng)人意，我們期待著隨著技術(shù)發(fā)展和成本降低，桌面級3D打印機(jī)也能夠真正實(shí)現(xiàn)所見即所得的打印效果，那時(shí)候3D打印改變世界將不再是

12、一個(gè)夢想。 1. 1. 創(chuàng)新突破的體現(xiàn)創(chuàng)新突破的體現(xiàn)（1）3D打印應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展延伸（2）3D打印速度、尺寸及技術(shù)日新月異（3）設(shè)計(jì)平臺(tái)革新（4）色彩絢爛形態(tài)逼真2. 2. 未來趨勢未來趨勢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）價(jià)格因素（2）原材料限制（3）成像精細(xì)度也就是分辨率太低（4）社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)成本（5）整個(gè)行業(yè)沒有標(biāo)準(zhǔn)，難以形成產(chǎn)業(yè)鏈。（6）意料之外的工序：3D打印前所需的準(zhǔn)備工序，打印后的處理工序（7）缺乏殺手锏產(chǎn)品及設(shè)計(jì)模模 塊塊 5項(xiàng)項(xiàng) 目目 評評 價(jià)價(jià)表表5-1 5-1 項(xiàng)目評價(jià)表項(xiàng)目評價(jià)表項(xiàng)目目標(biāo)分值評分得分?jǐn)⑹?D打印機(jī)原理能正確全面說明20不完整，每處扣

13、2分說明3D打印機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域在各領(lǐng)域需舉一例說明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模模 塊塊 55.1.4 5.1.4 知識(shí)拓展（拓）知識(shí)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)中三維對象是通過連續(xù)的物理層創(chuàng)建出來的。3D打印機(jī)相對于其他的添加劑制造技術(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，每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的

14、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)過處理的特殊材料，不僅對固化反應(yīng)速度有要求，對于模型強(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。模模 塊塊 5項(xiàng)目項(xiàng)目5-2 5-2 三坐標(biāo)測量機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī) 項(xiàng)目思考對制造業(yè)發(fā)展的影響？三坐標(biāo)測量機(jī)高精度如何保證？測量機(jī)與反求工程關(guān)系？三坐標(biāo)測量機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī)原理三坐標(biāo)測量機(jī)主要特征熟悉三坐標(biāo)測量機(jī)參數(shù)熟悉三坐標(biāo)測量機(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)

15、測量注意事項(xiàng)三坐標(biāo)測量日常保養(yǎng)知識(shí)拓展熟悉三坐標(biāo)測量使用方法3D打印機(jī)工作過程及特點(diǎn)性模模 塊塊 55.2.1 5.2.1 項(xiàng)目思考（思）項(xiàng)目思考（思） 三坐標(biāo)測量儀簡稱CMM，自六十年代中期第一臺(tái)三坐標(biāo)測量儀問世以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步以及電子控制系統(tǒng)、檢測技術(shù)的發(fā)展，為測量機(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)測量機(jī)的原理、應(yīng)用，了解其主要參數(shù)及特征。 問題思考： 1、三坐標(biāo)測量機(jī)對制造業(yè)發(fā)展的影響？ 2、三坐標(biāo)測量機(jī)的高精度如何保證和體現(xiàn)？ 3、三坐標(biāo)測量機(jī)在反求工程中的地位，以及對產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造流程的影響？模模 塊塊 55.2.2 5.2.2

16、項(xiàng)目知識(shí)（學(xué)）項(xiàng)目知識(shí)（學(xué)）知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)1 1三坐標(biāo)測量機(jī)： 三坐標(biāo)測量機(jī)(Coordinate Measuring Machine, CMM) 是指在一個(gè)六面體的空間范圍內(nèi)，能夠表現(xiàn)幾何形狀、長度及圓周分度等測量能力的儀器，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)測量儀或三次元。圖5-2 三坐標(biāo)測量機(jī)模模 塊塊 5知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)2 2三坐標(biāo)測量機(jī)原理： 將被測物體置于三坐標(biāo)測量空間，可獲得被測物體上各測點(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)算求出被測物體的幾何尺寸，形狀和位置。圖5-3 三坐標(biāo)測量軟件界面模模 塊塊 5知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)3 3三坐標(biāo)測量機(jī)主要特征： （1）三軸大多采用天

17、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。 （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)器精度長期穩(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)采用國際先進(jìn)的設(shè)計(jì)，無任何導(dǎo)軌受力變形

18、，最大程度保證機(jī)器精度和穩(wěn)定性。模模 塊塊 5知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)4 4三坐標(biāo)測量機(jī)發(fā)展史： 第一代：世界上第一臺(tái)測量機(jī)是英國的FERRANTI公司于1959年研制成功，當(dāng)時(shí)的測量方式是測頭接觸工件后，靠腳踏板來記錄當(dāng)前坐標(biāo)值，然后使用計(jì)算器來計(jì)算元素間的位置關(guān)系。 第二代：隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，測量機(jī)技術(shù)進(jìn)入了CNC控制機(jī)時(shí)代，完成了復(fù)雜機(jī)械零件的測量和空間自由曲線曲面的測量，測量模式增加和完善了自學(xué)習(xí)功能，改善了人機(jī)界面，使用專門測量語言，提高了測量程序的開發(fā)效率。 第三代：從90年代開始，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)、制造和檢測趨向一體化，這就對作為檢測設(shè)備的三坐標(biāo)測

19、量機(jī)提出了更高的要求，從而提出了第三代測量機(jī)的概念。模模 塊塊 55.2.3 5.2.3 項(xiàng)目實(shí)踐（做）項(xiàng)目實(shí)踐（做）項(xiàng)項(xiàng) 目目 要要 求求1、熟悉三坐標(biāo)測量機(jī)主要參數(shù)；2、熟悉三坐標(biāo)測量機(jī)主要應(yīng)用；3、熟悉三坐標(biāo)測量機(jī)主要使用方法。項(xiàng)項(xiàng) 目目 實(shí)實(shí) 施施 三坐標(biāo)測量機(jī)主要參數(shù)：機(jī)型案例EUROTONEX152510測量行程：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度測量系統(tǒng)：RENISHAW開放式光柵尺，分辨率為0.1m測頭系統(tǒng)：雷尼紹控制器、雷尼紹測頭、雷尼紹測針機(jī) 臺(tái)：

20、高精度（00級）花崗巖平臺(tái)使用環(huán)境：溫度（202），濕度40%-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長度精度MPEe：2.1+L/350（m)探測球精度MPEp：2.1m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、模具等行業(yè)中的箱體、機(jī)架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測量，還可用于電子、五金、塑膠等行業(yè)中。1)三坐標(biāo)測量機(jī)在模

21、具行業(yè)中的應(yīng)用2)三坐標(biāo)測量機(jī)在汽車行業(yè)的應(yīng)用3)三坐標(biāo)測量機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用 模模 塊塊 52. 2. 使用方法使用方法 CMM按測量方式可分為接觸測量和非接觸測量以及接觸和非接觸并用式測量，接觸測量常于測量機(jī)械加工產(chǎn)品以及壓制成型品、金屬膜等。本章以接觸式測量機(jī)為例來說明幾種掃描物體表面，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。3. 3. 數(shù)據(jù)管理數(shù)據(jù)管理1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的任務(wù)和要求： （1）將測量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為CAD軟件可識(shí)別的IGES格式，合并后以產(chǎn)品名稱或用戶指定的名稱分類保存。 （2）不同產(chǎn)品、不同屬性、不同定位、易于混淆的數(shù)據(jù)

22、應(yīng)存放在不同的文件中，并在IGES文件中分層分色。2)重定位整合 (1)應(yīng)用背景 (2)重定位整合原理模模 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)都在逐步使用三坐標(biāo)測量機(jī)，主要以測量工件的三維數(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)測量機(jī)不僅僅在單獨(dú)的工作，還要有夾具的配合。三坐標(biāo)夾具使用在三坐標(biāo)測量機(jī)上，利用其模塊化的支持和參考裝置，完成對所測工件的柔性固定。三坐標(biāo)測量機(jī)測量精度的好壞，關(guān)鍵還是在于測針，有什么精度需要，就選擇什么材質(zhì)的測針，根據(jù)自己所需去選擇。項(xiàng)項(xiàng) 目目 評評 價(jià)價(jià)表表5-2 5-2 項(xiàng)目評價(jià)表項(xiàng)目評價(jià)表項(xiàng)目目標(biāo)分值評分得分?jǐn)⑹鋈?/p>

23、標(biāo)機(jī)工作原理能正確全面說明20不完整，每處扣2分說明三坐標(biāo)機(jī)在反求求工程中應(yīng)用需舉二例說明20每例10分；不完整，每處扣2分列出三坐標(biāo)機(jī)測量方法，有條件的實(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模模 塊塊 55.2.4 5.2.4 知識(shí)拓展（拓）知識(shí)拓展（拓）1. 1. 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 正確使用三坐標(biāo)測量儀對其使用壽命、精度起到關(guān)鍵作用，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： 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)，不可撞擊三坐標(biāo)測量儀的任何構(gòu)件。 2)正確安裝零件，安裝前確保符合零

24、件與測量機(jī)的等溫要求。 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，才能確保所測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。 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)。 5)對于一些大型較重的模具、檢具，測量結(jié)束后應(yīng)及時(shí)吊下工作臺(tái)，以避免工作臺(tái)長時(shí)間處于承載狀態(tài)。2. 2. 日常保養(yǎng)日常保養(yǎng) 一般在環(huán)境比較好的精測間中的測量機(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)境中灰塵比較多，測量間的溫度濕度不能完全滿足測量機(jī)使用環(huán)境要求，那應(yīng)該每月進(jìn)行一次常規(guī)保養(yǎng)。 1)測量機(jī)導(dǎo)軌的保護(hù) 2)測量機(jī)氣路的保養(yǎng) 3)測量機(jī)調(diào)整與保護(hù) 4)測量機(jī)溫度控制模模 塊塊 5項(xiàng)目項(xiàng)目5-3 5-3

25、 小型智能繪圖機(jī)小型智能繪圖機(jī)5.3.1 5.3.1 項(xiàng)目思考（思）項(xiàng)目思考（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)，完成工作臺(tái)在X方向的直線移動(dòng)，調(diào)動(dòng)畫筆的高度從而實(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，由專門廠家生產(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)

26、的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專門的微機(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)過程，有條件的學(xué)?？梢再徺I相應(yīng)的制作配件進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。問題思考： 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？模模 塊塊 55

27、.3.2 5.3.2 項(xiàng)目知識(shí)（學(xué)）項(xiàng)目知識(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。 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

28、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)?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和軍事工程的需要，又使繪圖機(jī)的品種愈來愈多，而且也相應(yīng)地發(fā)展了更豐富的軟件。在國外，繪圖機(jī)的研制，以美國較為先進(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)是以引進(jìn)美國技術(shù)為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的，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、愛普生、施樂等。模模 塊塊 55.3.3 5.3.3 項(xiàng)目實(shí)踐（做）項(xiàng)目實(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

29、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、 通過對機(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、 通過對進(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、 通過對控制系統(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。5、 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思路。6、 鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料以及撰寫科技論文的能力。圖5-4 小型繪圖儀驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模模 塊塊 5項(xiàng)項(xiàng) 目目 實(shí)實(shí) 施施 方案制定

30、方案制定（1）導(dǎo)軌副選用 要設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)是用來配套輕型的畫筆的，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。（2）絲杠螺母副選用 伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿足0.2mm的定位精度，滑動(dòng)絲杠副無能為力，只有選擇滾珠絲杠副才能達(dá)到。（3）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0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級，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)。（4）聯(lián)軸器的選用 由于系統(tǒng)的對中性要求較高，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)

31、簡單、制造容易、徑向尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。（5）檢測裝置的選用 選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，任務(wù)書所給的精度對于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來說不是很高，決定采用開環(huán)控制模模 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)該設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。 2)對于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開環(huán)控制，選用MCS-51系列的AT89C51。 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)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)的選型與計(jì)算電機(jī)的選型與計(jì)算3 3滾動(dòng)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)算模模 塊塊 5控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 采用MCS-51系列單片機(jī)來完成該控制系

32、統(tǒng)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)是一種將電脈沖信號轉(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5-7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)對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行串行控制，系統(tǒng)從CP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)。 圖5-8 簡單畫出串行控制方法的接線圖。圖中是采用AT89C51單片機(jī)的P1.0

33、作為方向電平信號，P1.1作為CP脈沖信號。設(shè)正常的P1.1為高電平，CP 脈沖輸出低電平有效，產(chǎn)生CP脈沖的子程序如下：圖5-8 串行控制示意圖4.1特點(diǎn)）電源電壓不大于+40VDC）斬波頻率大于35KHZ）輸入信號與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）光電隔離信號輸入）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)電源選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源選用 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)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

34、所示。圖5-9 SM-202A驅(qū)動(dòng)器模模 塊塊 54.2引腳說明 ）GND端為外接直流電源 ）A+、A-端為電機(jī)A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，下降沿有效 ）DIR端為方向控制信號，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)器無電流輸出，電機(jī)處于自由狀態(tài)4.3 電氣特性 （Tj=25） ）信號邏輯輸入電流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)境及參數(shù) ）冷卻方式：自然冷卻或強(qiáng)制風(fēng)冷 ）使

35、用環(huán)境：盡量避免粉塵及腐蝕性氣體 ）溫度；0C+50C ）濕度；40- 89%RH模模 塊塊 54.5機(jī)械安裝如圖5-10：圖5-10 機(jī)械安裝尺寸圖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，也可以采用變壓器降壓+橋式整流+電容濾波。模模 塊塊 54.7 輸入接口電路如圖5-11。圖5-11 輸入接口電路模模 塊塊 54.8 電機(jī)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)。圖5-12詳細(xì)列出了4線、6線、8線步進(jìn)電機(jī)的接法：圖5-12 電線接線模模 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 一般來說，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