【文章內(nèi)容簡介】 寬度（ Y 軸） 長度：總的有效長度為 600mm ，運動軌跡為“ U”型軌跡。 傳動機構(gòu)：傳動依然由齒輪齒 條傳動機構(gòu)完成。 導軌的類型：滑軌與 X 軸方向采用相同的導軌，即 SBG25SL 型直線導軌。 驅(qū)動電動機的技術(shù)參數(shù)：驅(qū)動電動機也是 4 極異步減速電動機，輸出功率同樣是 200W，運行頻率依然是 50Hz，直線運動速度是 4000 minmm 。 測速裝置：采用計數(shù)編碼器。 黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 7 高度（ Z 軸） 高度：整體有效高度為 250mm 。 傳動機構(gòu)：采用異步電動機帶動的滾珠絲杠機構(gòu)來完成上下升降的動作。 導軌的類型：滑軌依然采用 SBG25SL 型直線滾動導軌作為軌道。 驅(qū)動電動機的技術(shù)參數(shù)：驅(qū)動電動機采用 4極異步減速電動機，輸出功率為 200W，運行頻率是 50Hz，直線運動速度是 500 minmm 。 測速裝置：采用計數(shù)編碼器 。 旋轉(zhuǎn)運動的工作范圍 旋轉(zhuǎn)（ A軸） 旋轉(zhuǎn)角度：能完成整周的旋轉(zhuǎn)運動，即旋轉(zhuǎn)角度為 360176。 傳動機構(gòu)：采用鏈輪傳動的形式來完成。 驅(qū)動電動機的技術(shù)參數(shù)：電動機類型及輸出功率滿足使用要求即可，可自行進行選取，運行頻率為 50Hz，轉(zhuǎn)速為 240 minr . 測速裝置：采用計數(shù)編碼器。 傾斜軸（ B 軸） 可變換角度：可調(diào)角度為 55? 176。 傳動機構(gòu)：采用蝸輪蝸桿機構(gòu)來完成。具體的講就是用電動機帶動蝸桿，驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動，有蝸輪再帶動 B軸旋轉(zhuǎn)來完成。蝸輪，蝸桿零件圖如圖 21，圖 22。 驅(qū)動電動機的技術(shù)參數(shù)：可以根據(jù)使用要求自行選取。 位置檢測裝置：采用計數(shù)編碼器。 黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 8 圖 21蝸桿零件示意圖 圖 22蝸輪零件示意圖 回轉(zhuǎn)軸（ Z 軸） 可變換角度：可調(diào)角度為 40? 176。 傳動機構(gòu)：采用蝸輪蝸桿機構(gòu)來完成。具體的講就是用電動機帶動蝸桿，驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動，有蝸輪再帶動 Z軸旋轉(zhuǎn)來完成。 驅(qū)動電動機的技術(shù)參數(shù)：可以根據(jù)使用要求自行選取。 位置檢測裝置：采用計數(shù)編碼器。 機械工作原理 本自動包帶機采用雙軸式包膠帶，膠帶軸心距離按實際需要可以調(diào)整，山帶有兩個材 料夾具的圓盤通過翻轉(zhuǎn)交林使用，此圓盤內(nèi)側(cè)有兩個減速卡口，由移位電機帶動 。粘膠帶位置可以微調(diào)，小同的產(chǎn)品只需更換需要的材料夾具和進行適當?shù)恼{(diào)整就可以使用 。材料夾具通過卷付電機帶動包膠帶，卷付電機裝有一個帶有減速計數(shù)的小圓盤 。切貼電機帶動一把切刀，切貼電機旋轉(zhuǎn)一周切刀伸縮切貼一次 。自動包膠帶機下而有一個踏板鍵，當工人裝好了材料后，腳踏踏板鍵完成一次包膠帶操作。機械動作流程 :加料一確認一移位一切貼一卷付一退料 。 電氣系統(tǒng)分析 目前市場上大部分自動包帶機的控制器是由數(shù)十個繼電器組成的控制組，山預置計數(shù)器完 成圈數(shù)及產(chǎn)量的設置與顯示，因繼電器自身特性原因?qū)е逻@些產(chǎn)品在使用過程中黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 9 會出現(xiàn)性能小夠穩(wěn)定、維護困難、成本高的缺陷。本文設計的自動包膠帶機采用 Mcs 51單片機為核心的控制器來完成所有的動作，具有自動和手動兩種工作方式，控制器配介相應的機械部分即是一臺自動化生產(chǎn)設備，其中控制器可以對每個電機控制軸進行任何角度的設定，具有操作簡單方便，維護更新周期短，工作效率高，成本低等特點，具有一定的市場競爭力 。 包膠帶機控制器設計 硬件設計 控制硬件山以 89C51 為核心，主 要山單片機控制器、數(shù)據(jù)存儲、信息顯示、操作鍵盤和隔離驅(qū)動等五部分組成，并且配置了數(shù)據(jù)存儲器掉電保護電路、地址譯碼電路和功能擴展接日。 單片機控制器主要完成系統(tǒng)各部分的信息處理、生產(chǎn)現(xiàn)場控制信號、協(xié)調(diào)操作等工作 。地址譯碼電路完成 8155 擴展與數(shù)據(jù)存儲器的地址分配功能 。功能擴展接日部分主要用于后續(xù)功能開發(fā)，比如擴展 PC 機監(jiān)控多功能的多機系統(tǒng) 。隔離驅(qū)動部分通過光電禍介與繼電器控制移位、切貼、卷付電機的啟停，有效隔離了電機與單片機之間的沖擊十擾。包帶機山“踏板”信號觸發(fā)進入生產(chǎn)子程序，完成 :移位一切貼一卷付三個過程 ，其中卷付減速計數(shù)盤的觸發(fā)信號通過施密特觸發(fā)器連接到 89C51內(nèi)置定時 /計數(shù)器 Tb進行卷付圈數(shù)計數(shù)。 顯示器與鍵盤 顯示器 LED7 }.EDO 采用動態(tài)顯示，可以節(jié)省硬件成本 ?？刂奇I盤由【踏板鍵】、【確認鍵】、【自動 /乎動鍵】、【移位鍵】、【切貼鍵】、【卷付鍵】和【 0— 9】共十六鍵構(gòu)成，其中【踏板鍵】、【確認鍵 ]復介為用戶管理進入按鍵， [移位鍵 ]、 [切貼鍵 ]復介為上、下翻頁鍵，當按下【踏板鍵】三秒鐘以上接著按【確認鍵】控制系統(tǒng)進入用戶管理系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)存儲單元 數(shù)據(jù)存儲單元使用了 16K的 62128 數(shù)據(jù)存儲器， 用于保存系統(tǒng)參數(shù)和每次生產(chǎn)的現(xiàn)場信息，該部分配置了掉電保護電路如圖三， 62128 的片選端為高電平時，即進入微功耗狀態(tài)。此時需 2V 的電源電壓， 5 }4。微安的電流就可以芯片內(nèi)的保持數(shù)據(jù)小變。在正常供電時， +5 V 電源通過 2AK 加芯片的 VCC 端，同時使品體管工作，輸出為低電“ !黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 10 凡，使低電“ !凡加在芯片的片選端。由于 2CP 兩個二極管的端電壓小于 ，兩個二極管均小工作，則備用電源小提供電壓。當 +SV 電源失去時，山于 2CP 兩個二極 管的端電壓大于 ，二極管導通，備用電源工作，提供電壓。使品體管截 I 卜，高電 平加在芯片的片選端。芯片處于數(shù)據(jù)保持狀態(tài)，芯片功耗極小 。 圖 23 單片機控制電路框圖 圖 24 掉電保護 軟件設計 程序設計主要山主程序和設置、生產(chǎn)、系統(tǒng)設置、信息查詢、 顯示、鍵盤等子程序構(gòu)成。主程序完成初始化、順序控制、系統(tǒng)監(jiān)控等任務，開機初始化完畢后，程序進入系統(tǒng)監(jiān)控和順序控制等功能的流程，為了方便管理人員對現(xiàn)場生產(chǎn)參數(shù)的設置和現(xiàn)場生產(chǎn)信息的查詢，特別設置了系統(tǒng)管理入日 。山于現(xiàn)場操作有時需要對包帶機進行調(diào)試即手動操作功能，方便處理現(xiàn)場故障 。生產(chǎn)結(jié)束時控制器還會對現(xiàn)場生產(chǎn)信 息進行保存，以便管理統(tǒng)籌。 顯示子程序在生產(chǎn)工作時動態(tài)顯示包扎圈數(shù)、當前生產(chǎn)產(chǎn)量，在設置狀態(tài)下顯示各黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 11 種設置和操作信息，管理狀態(tài)下顯示各種系統(tǒng)信息和生產(chǎn)資料 ?？刂奇I盤子程序完成設備啟動、系統(tǒng)設置、系統(tǒng)管理及手動操作等任務的掃描操作 。 第 3 章 驅(qū)動電機的選擇 驅(qū)動電動機的選擇與設計 在本次的設計中我們所用到的驅(qū)動電動機有實現(xiàn) X 軸、 Y 軸和 Z軸方向直線運動的驅(qū)動電動機；實現(xiàn) A軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電動機；實現(xiàn) B 軸、 C軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電動機：和實現(xiàn)張力的恒力距電動機。 所以我們針對以上所需要的電動機進行選型和設 計。 驅(qū)動電動機的選擇與設計 在本次的設計中我們所用到的驅(qū)動電動機有實現(xiàn) X 軸、 Y 軸和 Z軸方向直線運動的驅(qū)動電動機；實現(xiàn) A軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電動機；實現(xiàn) B 軸、 C軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電動機：和實現(xiàn)張力的恒力距電動機。 所以我們針對以上所需要的電動機進行選型和設計。 實現(xiàn)直線運動和旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動電動機的選型與設計 經(jīng)過我們的仔細分析，我們發(fā)現(xiàn)，在 X軸、 Y軸、 Z 軸、 B軸和 C軸之間， X 軸與 Y軸的驅(qū)動結(jié)構(gòu)相類似，都是齒輪齒條的傳動， Z軸方向的驅(qū)動結(jié)構(gòu)與前兩者不同。在旋轉(zhuǎn)運動中，由于都是采用的蝸輪蝸桿傳動完 成旋轉(zhuǎn)動作的。 由于所有的阻力載荷都是滾動摩擦，唯獨驅(qū)動 Z軸方向的直線運動的滾珠絲杠的滾動摩擦要比沿 X軸、 Y 軸方向的滾動導軌以及 B軸、 C軸方向滾動軸承所產(chǎn)生的摩擦要大得多。 所以 Z 軸方向的驅(qū)動機構(gòu)對電動機的要求要較 X軸、 Y軸 B軸和 C 軸方向的電動機高，所以我們這對 Z軸的電動機進行設計，其他的電動機的設計與 Z軸的設計相類似。主要表現(xiàn)在啟動力矩方面。 所以我們在這里只對 Z軸方向的驅(qū)動電動機進行選擇與設計，而 X 軸與 Y軸方向的驅(qū)動電動機直接抄襲 Z軸方向的驅(qū)動電動機的型號即可，而 B軸、 C軸的電動機的設計黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 12 我們則直接給出結(jié) 果。 主要的設計計算參數(shù)的確定 旋轉(zhuǎn)角度系數(shù) Lf 的確定： 我們選用的是 STK32054R 型號的滾珠絲杠，與之配合的螺母型號是 STK3205FKP3型，所以我們查得其基本動載荷率 KNCam ? 。 在第 2章我們進行的各部分質(zhì)量估算之中，我們可知 Z軸方向的載荷 KNFZ ? 。 由于 ??ZamFC，所以我們查《太敬》樣本，取旋轉(zhuǎn)角度系數(shù) ?Lf 。 理論傳動效率 ? 的計算： （ 1）滾珠絲杠的螺旋升角 ? 的計算： ?? 0tan dPh? 其中： ?hP 滾珠絲杠的導程，我們在之前已經(jīng)對其值進行選擇過，我們?nèi)∑渲禐?5mm 。 ?0d 滾珠絲杠的公稱直徑，我們在之前已經(jīng)對其值進行選擇過，我們查本次設計的表 取其值為 。 故我們算得： 0101 8 8 4 1 5 9 2 5t a nt a n ??????? ??????????? ?? ?? dP h （ 2）摩擦角 39。? 的計算： 0039。39。 %%5 ????? ?? （ 3）計算理論傳動效率 ? 計算： ? ? ? ? a n a nt a n t a n 00 039。39。 ????? ?? ?? 實際傳動效率 p? 的計算： 由于我們的滾珠絲杠是豎直安裝，所以我們的實際傳動效率和理論傳動效率有很大的差別， 故我們應該進行計算實際傳動效率： 5 5 ????? Lp f?? 黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 13 驅(qū)動力矩 T 的確定 phZPFT ??2020? 其中： ?ZF 滾珠絲杠沿軸向所受的載荷，即 Z 軸方向的包帶頭的總重量，我們已經(jīng)估算其值為 。 ?hP 滾珠絲杠的導程， 5mm。 ?p? 滾珠絲杠的實際傳動效率，我們所得其值為 。 故我們算得： mNPFT phZ 515202020 ??? ??? ??? 初選電動機的型號 根據(jù)我們計算的驅(qū)動力矩，我們可知，電動機的啟動轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩必須大于 mN 。 而且， Z 軸方向的負載在突然斷電是要馬上自鎖，所以要求電動機本身帶有斷電負載保護的作用。 所以我們參考廈門《精研》電動機樣本，我們選取電動機的型號為 100YB200GY38型伺服電動機。該型號的交流伺服電機是電磁制動電機，其特點是： 斷電后立即制動保持負載；內(nèi)轉(zhuǎn)失電電磁制動器，斷電后立即產(chǎn)生制動力保持負載；可實現(xiàn)復雜的瞬時的正、反轉(zhuǎn)，每分鐘可以停止 6 次；制動速度快等。 我們從《精研》的樣本上摘取該型號電動機的技術(shù)參數(shù)如下表： 表 100YB200GY38 型伺服電動機的技術(shù)參數(shù)表 輸出功率 200W 額定轉(zhuǎn)速 min/1300r 電壓 /頻率 380 HzV 50/ 啟動轉(zhuǎn)矩 mN 電流 額定轉(zhuǎn)矩 mN 黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 14 從技術(shù)參數(shù)上我們可以看出電動機的啟動轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩都大于 mN 。故我們選用的電動機滿足要求。圖 31為電動機示意圖 圖 31 電動機示意圖 減速箱的選擇 根據(jù) Z 軸方向 min/500mm 的移動速度，我們算得滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速要求是100 min/r ，而電動機的額定轉(zhuǎn)速為 1300 min/r 。我們必須選擇減速箱與電動機配合使用。 于是我們根據(jù)轉(zhuǎn)速的要求，在《精研》的樣本上選取了型號為 型的減速箱與電動機配合使用。該減速箱的減速比為 。而且在運行頻率為 50Hz 時，額定輸出轉(zhuǎn)速為 120 min/r ，額定轉(zhuǎn)矩為 mN 。 由于額定輸出轉(zhuǎn)速和額定扭矩均比絲杠要求的大，所以減速箱的選擇合理。圖 32為電機，減速箱與主軸連接示意圖 . 黑龍江東方學院本科生畢業(yè)論文（設計） 15 圖 32 連接示意圖 電動機的校核 電動機的扭矩校核： 由于有減速箱的作用，所以電動機的輸出轉(zhuǎn)矩大于 ? mN 即可。 我們查得的 100YB200GY38 型伺服電動機的技術(shù)參數(shù)表 ，我們可知該型號的電動機的啟動轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩都遠遠大于 mN 。 所以我們選擇的電動機的扭矩符合要求。 輸出功率的校核 ： 由于我們選擇的扭矩合理，輸出功率肯定滿足要求，故不必進行校核 。 其他四軸的驅(qū)動電動機的選擇和減速箱的選擇 我們選擇的電動機的方法與 Z軸方向的電動機選擇方法相同，故我們不再進行計算直接選取型號。 其他五軸的電動機型號： 100YS200GY38（ X 軸、 Y軸、 B軸）； 90YS90GY38（ C軸）。 減速箱型號