點(diǎn)膠機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)施工設(shè)計(jì)方案及對(duì)策_(dá)第1頁
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1、-. z.點(diǎn)膠機(jī)控制器的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案在進(jìn)行點(diǎn)膠機(jī)控制器的總體設(shè)計(jì)時(shí),需要考慮到控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。點(diǎn)膠機(jī)的動(dòng)作控制絕大部分屬于邏輯控制,因此選擇單片機(jī)來完成機(jī)床的動(dòng)作控制。點(diǎn)膠機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是接收信號(hào)后利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩和力,直接或間接地驅(qū)動(dòng)膠槍和工件以進(jìn)行各種動(dòng)作完成理想運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)的控制,使其根據(jù)控制系統(tǒng)的指令做出合適的動(dòng)作。點(diǎn)膠機(jī)的傳動(dòng)方式*Y平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式有兩種可以選擇的方式,一種是基于單軸運(yùn)動(dòng)模式,另一種就是基于多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式。單軸運(yùn)動(dòng)是極坐標(biāo)的控制形式,通過控制單軸的長(zhǎng)度和角度來實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)軌跡。多軸模式是常見的*Y工作臺(tái),通過多軸的協(xié)調(diào)動(dòng)作

2、實(shí)現(xiàn)理想軌跡。出于節(jié)約時(shí)間,提高效率的考慮,工作平臺(tái)采用多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)。 描述復(fù)雜的多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)軌跡的最簡(jiǎn)單的方法是利用坐標(biāo)系。由于在坐標(biāo)系能夠方便地描述運(yùn)動(dòng)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡,所以多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)又稱為坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)。在坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)控制模式下可以實(shí)現(xiàn)單段軌跡運(yùn)動(dòng)、多段軌跡連續(xù)運(yùn)動(dòng)。 一個(gè)典型的控制進(jìn)給系統(tǒng),由運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)單元、機(jī)械傳動(dòng)裝置和執(zhí)行元件等幾部分組成。其中,機(jī)械傳動(dòng)裝置是位置控制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。機(jī)械傳動(dòng)裝置,是指將驅(qū)動(dòng)源的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)楣ぷ髋_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)的整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈。點(diǎn)膠設(shè)備的工作臺(tái),大多只需要完成平面二維運(yùn)動(dòng)。每一維的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),都由電機(jī)提供動(dòng)力,傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將電機(jī)的

3、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng),或者直接采用直線電機(jī)的方式。傳統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)大都使用滾珠絲杠傳動(dòng)和齒輪齒條傳動(dòng),傳動(dòng)方式對(duì)運(yùn)動(dòng)控制有較大影響,要綜合考慮。(1)絲桿螺母?jìng)鲃?dòng):通過絲桿螺母將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為定位平臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)方便。但是長(zhǎng)距離滾珠絲杠受自身重力作用及旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的慣性作用造成的絲杠變形負(fù)載不能太大,壽命低,成本高,對(duì)污染較為敏感。(2)齒輪齒條傳動(dòng):耗能小,可靠,噪音低,傳動(dòng)功率大,效率高。但容易發(fā)生齒面磨損,并且要求潤(rùn)滑條件好。由于齒間間隙,會(huì)出現(xiàn)一段空行程,在數(shù)控機(jī)床中并不適用。由于機(jī)械設(shè)備不斷向高精度、高速度、大功率、長(zhǎng)壽命、低噪聲、低成本和緊湊化方向發(fā)展,近年

4、來帶傳動(dòng)產(chǎn)品在保證一定強(qiáng)度條件下逐步向輕薄方向發(fā)展。同步帶傳動(dòng)在汽車制造、機(jī)床、紡織機(jī)械等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。同步帶傳動(dòng)又稱齒形帶傳動(dòng)。它集齒輪、鏈條、帶傳動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)于一體,具有傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、噪聲小、節(jié)能、維修方便等特點(diǎn),20世紀(jì)80年代起,逐步成為精密機(jī)械的主導(dǎo)傳動(dòng)產(chǎn)品。齒形帶與傳統(tǒng)傳動(dòng)帶的最大差別在于同步、靜音。因此,它是當(dāng)今最受推崇的環(huán)保型產(chǎn)品。同步帶的工作面呈齒形,與帶輪的齒槽作嚙合運(yùn)動(dòng),并由帶的抗拉層承受載荷,以保持帶的接線長(zhǎng)度不變,故帶與帶輪之間沒有相對(duì)滑動(dòng),可以實(shí)現(xiàn)帶與帶輪之間的同步傳動(dòng)。同步帶除了傳遞運(yùn)動(dòng)動(dòng)力外,還可以進(jìn)行高精度的定位運(yùn)動(dòng),精密輸送等。同步帶傳動(dòng)的主要失效

5、形式包括帶的疲勞斷裂、帶齒的剪切和壓潰以及同步帶兩側(cè)面的磨損。同步帶的特點(diǎn):(1)傳動(dòng)精確。帶和帶輪之間的間隙很小,嚴(yán)格同步傳動(dòng),不打滑、傳動(dòng)比準(zhǔn)確,角速度恒定,故常用于精確傳動(dòng)。(2)傳動(dòng)效率高。由于傳動(dòng)無滑差,初力較小,帶體輕薄,傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生熱量小,傳動(dòng)效率可達(dá)99.5%,因此傳動(dòng)效率高。(3)傳動(dòng)大,載荷圍大。其傳動(dòng)比可高達(dá)20以上,傳動(dòng)功率從幾瓦到數(shù)百千瓦。(4)傳動(dòng)速度高。能適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械要求,進(jìn)行高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),其速度可高達(dá)80m/s。(5)結(jié)構(gòu)緊湊。同步帶強(qiáng)度高,帶體輕薄,曲擾性好,能適應(yīng)較小的帶輪直徑,傳動(dòng)中心矩小,故結(jié)構(gòu)緊湊。(6)沖擊小,傳動(dòng)平穩(wěn)。同步帶傳動(dòng)時(shí),嚙合面為金屬與非金

6、屬接觸,沖擊比齒輪傳動(dòng)小的多,也沒有鏈條傳動(dòng)時(shí)節(jié)線上下跳動(dòng)的現(xiàn)象。因此,同步帶傳動(dòng)平穩(wěn),沖擊小,適用于精密傳動(dòng)。(7)無需潤(rùn)滑。同步帶的齒面具有自潤(rùn)滑性,與帶輪槽接觸時(shí),無需潤(rùn)滑,因此也無污染。(8)維護(hù)保養(yǎng)方便。同步帶在使用過程中基本不伸長(zhǎng),所以在安裝時(shí)給定的初力,在使用中不必調(diào)整,能適應(yīng)在人員不宜接觸和操作的地方使用。(9)噪聲小,它的噪聲小于齒輪傳動(dòng)和鏈條傳動(dòng)。(10)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)質(zhì)量輕。同步帶傳動(dòng)中的帶輪可以使用鋁合金或塑料,因此在傳動(dòng)相同功率時(shí),使用同步帶傳動(dòng)可以減輕傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量。利用齒形帶傳動(dòng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)絲杠傳動(dòng),相對(duì)齒輪齒條傳動(dòng)中能量損耗較小,可靠,噪音低,傳動(dòng)功率大,效率高。介于此,

7、本項(xiàng)目采用同步帶傳動(dòng),研究同步帶傳動(dòng)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。執(zhí)行元件分析執(zhí)行元件,是根據(jù)來自控制器的控制信息完成對(duì)受控對(duì)象的控制作用的元件,是控制系統(tǒng)的重要組成部分。它將電能或流體能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或其他能量形式,直接作用于受控對(duì)象,按照控制要求改變受控對(duì)象的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)其在系統(tǒng)中的作用,選擇執(zhí)行元件時(shí)一般的考慮原則是:(1)在整個(gè)工作循環(huán)中都能拖動(dòng)負(fù)載按預(yù)期的運(yùn)動(dòng)要求。(2)執(zhí)行元件的性能是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基本限制因素,所以選擇執(zhí)行元件不但要考慮滿足負(fù)載拖動(dòng)的要求,還要考慮它對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響。(3)對(duì)啟、停頻率要求低,還要低速平穩(wěn)及扭矩脈動(dòng)小,高速運(yùn)行時(shí)振動(dòng)噪音小。在機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)

8、中,執(zhí)行元件根據(jù)輸入能量的不同可分為電動(dòng)、氣動(dòng)和液壓三類。電動(dòng)執(zhí)行元件安裝靈活,使用方便,在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣。氣動(dòng)執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕,工作可靠并具有防爆特點(diǎn),在中、小功率的化工石油設(shè)備和機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)線上應(yīng)用較多。液壓執(zhí)行元件功率大,快速性好,運(yùn)行平穩(wěn),廣泛用于大功率的控制系統(tǒng)。根據(jù)本課題的實(shí)際情況,應(yīng)選用電動(dòng)執(zhí)行元件,即將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電磁元件。電動(dòng)執(zhí)行元件具有調(diào)速圍寬、靈敏度高、響應(yīng)速度快、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象等性能,并能長(zhǎng)期連續(xù)可靠地工作。常用的電動(dòng)執(zhí)行元件有直流伺服電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電磁制動(dòng)器、繼電器等。為了適應(yīng)數(shù)字化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),目前

9、控制電機(jī)大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字交流伺服電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件,在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在非超載的情況下,電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置,只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù),而不受負(fù)載變化的影響,即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào),電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在,加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn),使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制,變得簡(jiǎn)單精確。步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速,一般是改變輸入的脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)的。運(yùn)動(dòng)控制器每給一個(gè)脈沖,步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度。這樣就可以通過控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔,來改變脈沖的頻率,用延時(shí)長(zhǎng)短具

10、體控制步進(jìn)角,來改變轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。由步進(jìn)電機(jī)組成的步進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn): (a)步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行裝置,它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著在的聯(lián)系,很容易和其他數(shù)字器件進(jìn)行接口。(b)步進(jìn)電機(jī),位置誤差無積累。(c)步進(jìn)電機(jī)可以位置開環(huán)方式進(jìn)行控制,位甓開環(huán),不需要位置反饋,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不存在系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題。 (d)永磁式或混合式步進(jìn)電機(jī),除停轉(zhuǎn)期間消耗的電能較小以外,它們還具有記憶轉(zhuǎn)矩的功能??梢栽谕k姷臈l件下將轉(zhuǎn)子鎖定在特定的位置上。步進(jìn)電機(jī)主要應(yīng)用在開環(huán)、控制精度及響應(yīng)速度要求不太高的運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合。如數(shù)字控制系統(tǒng)、工具控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)等。 步進(jìn)電機(jī)最簡(jiǎn)單的

11、運(yùn)行方式是與控制脈沖組成開環(huán)系統(tǒng),如圖34表示由步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制器和控制脈沖組成的開環(huán)系統(tǒng)。 脈沖分配器主要通過一個(gè)脈沖輸入控制步進(jìn)電機(jī)的速度,一個(gè)輸入端控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向,并有與步進(jìn)電機(jī)相數(shù)相同數(shù)目的輸入端分別控制電機(jī)的各相。這種硬件脈沖分配器通常直接包含在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。在數(shù)控系統(tǒng)中,通過插補(bǔ)運(yùn)算,得到每個(gè)坐標(biāo)軸的位移信號(hào),通過輸出接口,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出高速脈沖信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào),可以控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行41。交流伺服電機(jī)交流伺服電機(jī)分為交流永磁式伺服電機(jī)和交流感應(yīng)式伺服電機(jī)。永磁式伺服電機(jī)機(jī)相當(dāng)于交流同步電動(dòng)機(jī),常用于進(jìn)給伺服系統(tǒng);感應(yīng)式交流伺服電機(jī)相當(dāng)于交流感應(yīng) 異步電機(jī),常用于主軸伺服系

12、統(tǒng)。兩種伺服電機(jī)的原理都是由定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起運(yùn)行。不同點(diǎn)是交流永磁式伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與外加交流電源的頻率存在著嚴(yán)格的同步關(guān)系,即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速;而感應(yīng)式伺服電機(jī)由于需要轉(zhuǎn)速差才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速差隨著負(fù)載的增大而增大。同步轉(zhuǎn)速的大小等于交流電源的頻率除以電機(jī)極對(duì)數(shù)。因而交流伺服電機(jī)可以通過改變供電電源頻率的方法來調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。交流伺服系統(tǒng)由交流伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器組成。它是作為無刷直流伺服系統(tǒng)的替代產(chǎn)品出現(xiàn)的。由于直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能,因此長(zhǎng)期以來,在調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合,直流電機(jī)調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)位置。但是由于它的電

13、刷和換向的磨損,有時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花,電動(dòng)機(jī)的最高速受到限制,而且直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本較高,所以在使用中受到一定的限制。麗近年來,交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了飛速的發(fā)展,它不僅克服了直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)上存在整流子、電刷維護(hù)困難、造價(jià)高、壽命短、應(yīng)用環(huán)境受到限制的缺點(diǎn),同時(shí)又發(fā)揮了交流伺服電機(jī)的堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn),在*些場(chǎng)合交流伺服電機(jī)已經(jīng)逐漸取代了直流伺服電機(jī)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類型,目前將交流伺服系統(tǒng)分為同步型交流伺服系統(tǒng)和異步型交流伺服系統(tǒng)。通常永磁同步交流伺服系統(tǒng)在定位運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),特別是在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服中應(yīng)用廣泛。同步型交流伺服系統(tǒng)按照驅(qū)動(dòng)電流的波形及工作原理,又可分為矩形

14、波電流驅(qū)動(dòng)的交流伺服系統(tǒng)和正弦波電流驅(qū)動(dòng)的交流伺服系統(tǒng)。從發(fā)展趨勢(shì)來看,正弦波驅(qū)動(dòng)將成為主流。電機(jī)的脈沖控制在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。點(diǎn)膠機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功能主要包括點(diǎn)膠軌跡控制、膠槍上下移動(dòng)定位兩部分,對(duì)于精度的要求并不是很高,在工作中對(duì)電機(jī)的要求也相對(duì)于數(shù)控機(jī)床寬松很多。考慮到運(yùn)動(dòng)控制器的選取和系統(tǒng)的實(shí)際要求,本課題選用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件,接受運(yùn)動(dòng)控制器的控制。自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)工作時(shí)步進(jìn)電機(jī)處于低速,三相電機(jī)的步距角在1.5左右,使用時(shí)工作效率高,噪音低。通過靜力矩和電流的分析,選擇斯達(dá)特57BYG350B型電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)作為一種控制精密位移及

15、大圍調(diào)速專用的電機(jī),由于控制方法簡(jiǎn)單,成本低廉,廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行需要有脈沖分配的功率型電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 這就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。它接收控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào),按照步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),順序分配脈沖,實(shí)現(xiàn)控制角位移、旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)方向、制動(dòng)加載狀態(tài)、自由狀態(tài)??刂葡到y(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào), 通過驅(qū)動(dòng)器就能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。角位移量與脈沖個(gè)數(shù)相關(guān)。1、必要脈沖數(shù)的計(jì)算必要脈沖數(shù)是指?jìng)鲃?dòng)裝置將物體從起始位置傳送到目標(biāo)位置所需要提供給步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)。必要脈沖數(shù)按下面公式計(jì)算:N:必要脈沖數(shù)S1:物體移動(dòng)的距離 S2:距離電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周移

16、動(dòng)的距離a步進(jìn)角2、驅(qū)動(dòng)脈沖速度的計(jì)算驅(qū)動(dòng)脈沖速度是指在設(shè)定的定位時(shí)間中電機(jī)旋轉(zhuǎn)過一定角度所需要的脈沖數(shù)。驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)可以根據(jù)必要脈沖數(shù)、定位時(shí)間和加/減速時(shí)間計(jì)算得出。(1)自啟動(dòng)運(yùn)行方式自啟動(dòng)運(yùn)行方式是指在驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)和停止時(shí)不經(jīng)過加速、減速階段,而直接以驅(qū)動(dòng)脈沖速度啟動(dòng)和停止的運(yùn)行方式。自啟動(dòng)運(yùn)行方式通常在轉(zhuǎn)速較低的時(shí)候使用。同時(shí),因?yàn)樵趩?dòng)/停止時(shí)存在一個(gè)突然的速度變化,所以這種方式需要較大的加/減速力矩。自啟動(dòng)運(yùn)行方式的驅(qū)動(dòng)脈沖速度計(jì)算方法如下:V驅(qū)動(dòng)脈沖速度N必要脈沖數(shù)T定位時(shí)間(2)加/減速運(yùn)行方式加/減速運(yùn)行方式是指電機(jī)首先以一個(gè)較低的速度啟動(dòng),經(jīng)過一個(gè)加速過程后達(dá)到正常的驅(qū)動(dòng)脈沖速度,運(yùn)行一段時(shí)間之后再經(jīng)過一個(gè)減速過程后電機(jī)停止的運(yùn)行方式。其定位時(shí)間包括加速時(shí)間、減速時(shí)間和以驅(qū)動(dòng)脈沖速度運(yùn)行的時(shí)間。加/減速時(shí)間需要根據(jù)傳送距離、速度和定位時(shí)間來計(jì)算。在加/減速運(yùn)行方式中,因?yàn)樗俣茸兓^小,所以需要的力矩要比自啟動(dòng)方式下的力矩小。加/減速運(yùn)行

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