【正文】 動(dòng)器，控制器和監(jiān)控工具，是相互關(guān)聯(lián)的，由共同介質(zhì)的總線(xiàn)通信相連。目前使用的傳感器與制動(dòng)器是無(wú)源器件并且不能獨(dú)立運(yùn)行的。 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)床的建立 案例研究：網(wǎng)絡(luò)化 robotool 對(duì)一種可重構(gòu) NCS，現(xiàn)正于美國(guó)密西根大學(xué)應(yīng)用的部分工業(yè)工具 (圖 2)進(jìn)行研究，分析其參數(shù)。 對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，候選控制網(wǎng)絡(luò)一般必須滿(mǎn)足兩個(gè)重要條件：范圍內(nèi)的時(shí)間延遲并保證通信路徑，應(yīng)該在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)成功的轉(zhuǎn)發(fā)信息。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有頻繁的時(shí)間 臨界制約 29 因素。本文側(cè)重于研究網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，并提出了網(wǎng)絡(luò)化機(jī)床 對(duì) NCS 設(shè)計(jì)和分析結(jié)果，被稱(chēng)為 robotool 在以下章節(jié)中，我們將討論一些基本的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和其他 RMS 的作用，調(diào)查 robotool 機(jī)械控制器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架設(shè)計(jì)的影響，討論網(wǎng)絡(luò)化機(jī)械加工單元可執(zhí)行的因素。最近，有著共同的總線(xiàn)架構(gòu)的組合系統(tǒng)得到了廣泛關(guān)注。憑借靈活的控制架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放的信息交流獲得很好可重構(gòu)性和適應(yīng)性。在兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我的指導(dǎo)老師始終對(duì)我細(xì)心指導(dǎo)。傳感器發(fā)出信號(hào)，碼盤(pán)顯示數(shù)字，可以使醫(yī)療床精確的達(dá)到預(yù)定的位置。光的通用性保證了廣大的應(yīng)用范圍。 W7800 系列穩(wěn)壓器輸出固定的正電壓有 +5V、 +8V、 +15V、 +18V、 +24V等，本文設(shè)計(jì)的單片機(jī) 51 計(jì)數(shù)系統(tǒng)選用輸出為 +5V 的直流穩(wěn)壓電源。 (3)濾波器：減小整流電壓的脈動(dòng)程度，以適合負(fù)載的需要。由測(cè)試機(jī)開(kāi)合次數(shù)的需要，本設(shè)計(jì)選用 8 位共陰極顯示器。 PMM8714 芯片采用雙脈沖輸入法的連線(xiàn)方式，即其中 UC 、 DC 兩端分別輸入步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖， kC 和U/D 端子接地，如下圖 42 所示。 MCS51 系列產(chǎn)品中有 803 8051 和 8751。 2. 總線(xiàn)，包括數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)。 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)控制的對(duì)象有步進(jìn)電機(jī)，對(duì)移動(dòng)距離進(jìn)行測(cè)量的傳感器以及顯示用的數(shù)碼管。 K 進(jìn)給系統(tǒng)的最大拉壓剛度為： m a x m a x1 1 1 1 1 1 1 0 . 0 0 6 78 7 7 . 6 6 3 1 4 . 3 2 4 2 2 . 6 7s b cK K K K? ? ? ? ? ? ? 故 m ax 149 .55 N /umK ? 。其型號(hào)為 760204TNI,尺寸（ ??內(nèi) 徑 外 徑 寬 度）為 20 m m 47 m m 14 m m??，選用油潤(rùn)滑。 minFS —彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，一般 minFS =1~。齒面 接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式： 321 0 0 0 /H E A H PZ Z T K a????? lim lim/H P H h n HZ Z S??? 式中 EZ —材料彈性系數(shù)，查文獻(xiàn) ［３］ 表 ,得 EZ =； 9 Z?—接觸系數(shù)，根據(jù)蝸桿的類(lèi)型及蝸桿分度圓直徑與中心距的比值，查文獻(xiàn) ［３］ 圖 ，得 Z? =； a—嚙合中心距 (mm)； 2T —蝸輪轉(zhuǎn)距 (Nm? )， 2T ? ? ； AK —使用系數(shù)，見(jiàn)文獻(xiàn)［３］ 表 ,得AK =1； HP? —許用接觸應(yīng)力（ 2N/mm ）； limH? —蝸輪輪齒材料的接觸疲勞極限，見(jiàn)文獻(xiàn)［３ ］ 表 ，得limH? =520； hZ —壽命系數(shù)， 6 25000 /hhZL? ,當(dāng) hL =25000h 時(shí)， 1 ?? ； nZ —轉(zhuǎn)速系數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí)， 1821()18nZ n? ?， 2n 為蝸輪轉(zhuǎn)速（ r/min）。公稱(chēng)直徑與導(dǎo)程： 32mm， 6mm；螺紋長(zhǎng)度： 200mm；絲杠長(zhǎng) 度： 299mm；類(lèi)型與精度： P 類(lèi)， 2 級(jí)精度。公稱(chēng)直 徑與導(dǎo)程： 25mm， 6mm；螺紋長(zhǎng)度： 1000mm；絲杠長(zhǎng)度： 1095mm；類(lèi)型與精度： P 類(lèi)， 2 級(jí)精度。三個(gè)自由度的移動(dòng)范圍分別是： x 方向最大移動(dòng)距離為 1000mm， y 方向最大移動(dòng)距離為 200m， z 方向最大移動(dòng)距離為 600mm， x、 y、 z 三個(gè)方向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)定位精度小于 ，移動(dòng)的速度小于 20mm/s。 3 第 2章 醫(yī)用三自由度醫(yī)療床總體設(shè)計(jì) 三自由度醫(yī)療床機(jī)械結(jié)構(gòu)方案制定 設(shè)計(jì)要求 實(shí)現(xiàn) X、 Y、 Z 三坐標(biāo)移動(dòng)； 用步進(jìn)電機(jī)作驅(qū)動(dòng)元件； 設(shè)置工作臺(tái)的緊急事故的急停開(kāi)關(guān)，并響應(yīng)中斷。通常的手動(dòng)擺位， 浪費(fèi)時(shí)間而且定位精度無(wú)法保證。 醫(yī)用三自由度治療床國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代制造技術(shù)日新月異。 例如 在對(duì)腫瘤病人進(jìn)行放療的過(guò)程中，首先需要對(duì)病人的腫瘤位置進(jìn)行 CT 掃描或 MR 成像，然后依據(jù)病 人的腫瘤影像位置制定放射線(xiàn)治療計(jì)劃?？v向進(jìn)給系統(tǒng)和橫向進(jìn)給系統(tǒng)都采用 精度高傳動(dòng)效率高的滾珠絲杠副傳動(dòng) ；系統(tǒng)中滾珠絲杠螺母副的使用，可以使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)輕易地轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；垂直進(jìn)給系統(tǒng)采用絲桿升降機(jī)結(jié)構(gòu)，既可滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)需求又可達(dá)到縮小機(jī)體大小的目的。 In the system the ball bearing guide screw nut viceuse, may cause the rotary motion to transform easily into the translation。若采用通常的手動(dòng)擺位，不僅浪費(fèi)時(shí)間而且 更重要的是 定位精度無(wú)法保證 ，這樣既麻煩又不能提工作效率 。但在可以對(duì)腫瘤進(jìn)行精確放射治療的高端設(shè)備如：質(zhì)子刀、射波刀等的配套治療床，則多是采用多自由度的機(jī)械手臂或是機(jī)器人來(lái)對(duì)病人進(jìn)行定位。機(jī)械結(jié)構(gòu)包括 X、 Y、 Z 三個(gè)進(jìn)給系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)， X、 Y 方向進(jìn)給系統(tǒng)主要由滾珠絲桿傳遞運(yùn)動(dòng)， Z 方向進(jìn)給系統(tǒng)主要由蝸輪和蝸桿的嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)。 三個(gè)方向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)精度小于 。 因?yàn)闈L珠絲杠螺母副初步采用預(yù)拉伸措施，所以選用 60? 角接觸球軸承組面對(duì)面安裝，以組成滾珠絲杠兩端固定的支承形式。 選擇國(guó)產(chǎn) 60? 角接觸球軸承組，型號(hào)為 760205TNI，尺寸（內(nèi)徑 ? 外徑 ?寬度）為 25mm ? 52mm ? 15mm，選用脂潤(rùn)滑。初選型號(hào)為： SWL 2 A 2 205，其部分參數(shù)見(jiàn)表 31， 32。本設(shè)計(jì)中出于對(duì)機(jī)器要求的可靠度和重要性考慮取 limHS =。 2. pU 的大小計(jì)算 limm in225 1 3 2 .3 51 .7pFUU S? ? ? U的計(jì)算及校核 ???? ??? pAt Umb KFU 因此滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。BpF =1150N BpF =，并在油潤(rùn)滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為 5000r/min，遠(yuǎn)大于絲杠的最高轉(zhuǎn)速 maxn =200r/min，故滿(mǎn)足。 maxk? m a x 0 m i n m a x11( ) 2 6 0 ( 0 . 0 0 7 7 0 . 0 0 6 7 ) u m 0 . 2 6 u mk F KK? ? ? ? ? ? ? 即 m a x um 6 umk? ??，故滿(mǎn)足精度要求。但，PLC 控制的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)不如單片機(jī)控制的好，而且 8051 單片機(jī)已完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，故選用單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。 5. 外圍設(shè)備，如鍵盤(pán)、顯示器和光電輸入機(jī)等。除此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳完全相同。由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓較高，電流較大。 共陰極顯示器 圖 44 8 位動(dòng)態(tài)顯示器接口電路 單片機(jī)電源電路的設(shè)計(jì) 在我國(guó)，工業(yè)交流電 電壓為 220V,頻率為 50Hz。因?yàn)椴捎眠\(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路仍有不少外接元件，還要注意共模電壓的允許值和輸入端的保護(hù)，使用復(fù)雜。光電開(kāi)關(guān)將輸入電 流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線(xiàn)的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。 本設(shè)計(jì) 選用 8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制，采用脈沖分配器專(zhuān)用集成電路芯片PMM8714 控制勵(lì)磁 。設(shè)計(jì)過(guò)程中完成了對(duì)縱向 進(jìn)給系統(tǒng)、橫向進(jìn)給系統(tǒng)和垂直進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)主要的零部件進(jìn)行了選擇并對(duì)其進(jìn)行了一系列的校核，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿(mǎn)足要求，說(shuō)明本次設(shè)計(jì)的醫(yī)用三自由度醫(yī)療床的結(jié)構(gòu)是合理的。通過(guò)一個(gè)3 軸機(jī)床，對(duì)其系統(tǒng)性能和重構(gòu)問(wèn)題的參數(shù)進(jìn)行分析。在指定 RMS 的設(shè)備，機(jī)器和系統(tǒng)，可以在有效迅速地改組后，在硬件和軟件上滿(mǎn)足新任務(wù)的要求。基于對(duì)象的設(shè)備型號(hào)分別通用，通過(guò)制造商了解裝置型號(hào)和功能，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)級(jí)別上的重構(gòu)（ koren ， 1999年） 。此外，在診斷通信裝置和設(shè)備條件時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層次更容易執(zhí)行的。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)床，顧名思義，是 ncss 和分布式的系統(tǒng)的控制器，驅(qū)動(dòng)器和傳感器通過(guò)一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)和設(shè)計(jì)好的信息交換裝置連接。不同的網(wǎng)絡(luò)有不同的協(xié)議分配和該裝置對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用帶寬。每 10 毫秒對(duì)這兩個(gè)位置的速度信號(hào)采樣。我們正在 robotoo上設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)裝置控制系統(tǒng) DeviceNet（ DeviceNet 是一個(gè)傳感器在 NCS上普遍采用的通信協(xié)議總線(xiàn)。 NCS 性能分析 由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，設(shè)備信息必須確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)是否可用后才可以傳輸。除了具有網(wǎng)絡(luò)功能的應(yīng)用處理器，分析傳感器數(shù)據(jù)功能的網(wǎng)絡(luò)控制器，能做出決定并給予指令驅(qū)動(dòng)裝置。 Control Engineering, Vol. 8, No. 1, pp. 21–32. 35 附錄 2 IMPLEMENTATION OF NETWORKED MACHINE TOOLS IN RECONFIGURABLE MANUFACTURING SYSTEMS ABSTRACT This paper discusses the hierarchical model and implementation considerations of work architectures for RMS. Using a 3axis machine tool, system performance and reconfiguration issues are parameterized and analyzed. We utilize this machine tool to address issues associated with evaluating system performance and developing control work solutions. The implementation considerations of a worked machine tool includedevice and work delays, node numbering, messaging connections, conformance testing, etc. The issues addressed in the paper facilitate the design of several key ponents of the modularity and flexibility in worked Reconfigurable Manufacturing INTRODUCTION Reconfigurable Manufacturing Systems (RMS) can be costeffectively reconfigured to rapidly adapt the system’s manufacturing capacity and its machine functionality in a changing marketplace (Koren, 1999). Reconfigurability and adaptation are achieved through flexible control architectures and open information exchange via works. In achieving these goals, RMS devices must be designed to function modularly and intelligently Modularity provides standardized units or dimensions for flexibility and variety of device operations, and intelligence enables devices to function independently 36 and to interoperate with other devices to achieve system functionality goals. With the designated RMS devices, machines and systems can be efficiently and achieved through flexible control architectures and open information exchange via works. In achieving these goals, RMS devices must be designed to function modularly and intelligently Modularity provides standardized units or dimensions