【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 滾珠絲杠的慣量： dlPJ bbBB ? ； 式（ ) PB 為滾珠絲杠的密度 LB 為滾珠絲杠總長(zhǎng)， 5000mm DB 為滾珠絲杠外徑， 52mm 計(jì)算可得 JB = 所以電機(jī)的總轉(zhuǎn)矩 T=。 可知所要選的電機(jī)轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于 根據(jù)所算的電 機(jī)轉(zhuǎn)矩 T 和步距角，選取步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為：樂(lè)創(chuàng)公司兩相步進(jìn)電機(jī)DM5676A。 電機(jī)參數(shù)如表 所示。 型號(hào) 步距角 保持轉(zhuǎn)矩 適配驅(qū)動(dòng)器 DM5676A 176。 DMD402A 表 電機(jī)相關(guān)參數(shù) 絲桿的計(jì)算與效核 已知：工作臺(tái)的總重量 W1=2021N， 工作臺(tái)與導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)：動(dòng)摩擦系數(shù)u1=， 靜摩擦系數(shù) u0=， 快速進(jìn)給速度 Vmax=3m/min， 設(shè)計(jì)壽命 21600小時(shí)。相關(guān)參數(shù)如表 所示。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 管材直線度檢測(cè)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 進(jìn)給方式 進(jìn)給速度 m/min 時(shí)間百分比 % 絲杠軸向載荷N 絲杠轉(zhuǎn)速 r/min 正傳 70 100 120 反轉(zhuǎn) 3 30 100 表 相關(guān)參數(shù) （ 1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 Ph= niV ； 式（ ) Ph：滾珠絲杠的導(dǎo)程 mm Vmax:工作臺(tái)最高移動(dòng)速度 m/min nmax :電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 r/min 因電機(jī)與絲杠直聯(lián)， i=1 有上表可得 Vmax=3m/min nmax =600r/min 代入得 ， Ph=5mm （ 2）確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷 絲杠轉(zhuǎn)速 ： ni =PhVi ； 式（ ) ni ：絲杠轉(zhuǎn)速 Vi：進(jìn)給速度 V1= V2=3 代入得： n1 =120， n2 =600 （ 3）絲杠的軸向載荷 Fi=Pxi+u1W1+Pxl Fi:絲杠軸向載荷 Pxi：縱向切削力 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 管材直線度檢測(cè)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 Pxl：垂向切削力 由已知可得： Pxi=0， Pxl=0 W1=2021N 代入得： F1=100N F2=100N （ 4）當(dāng)量轉(zhuǎn)速 1002100121 tt nnn m ?? ； 式（ ) nm ： 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 r/min 由已知可得： t1=70， t2=30 代入得： nm =264r/min （ 5）當(dāng) 量載荷 3m2231m1131m 100100 n tnFn tnFF ?? ； 式（ ) 代入得： Fm =100N （ 6）預(yù)期額定動(dòng)載荷 3 610LXX FFC wmm ? ； 式（ ) Fm ： 當(dāng)量載荷 L：預(yù)期工作時(shí)間 Fw ：載荷系數(shù) 載荷系數(shù)表如表 所示。 載荷系數(shù) 無(wú)沖擊運(yùn)動(dòng) 普通運(yùn)動(dòng) 有沖擊運(yùn)動(dòng) Fw 表 載荷系數(shù)表 取 Fw 為 代入得 Cm =84N （ 7）計(jì)算最小螺紋底徑 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 管材直線度檢測(cè)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 dm =ELmF? 0 dm ：最小螺紋底徑 L 為 行程 +1014Ph F0 :靜摩擦力 已知：行程為 4000mm F0 =100N 代入得： dm =50mm （ 8）計(jì)算絲杠預(yù)拉伸力 dF mt t ?? Ft ：預(yù)拉伸力 t? ：溫差，在此取 dm ：最小螺紋底徑 代入數(shù)據(jù)得： Ft =11950N （ 9）滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì) 絲桿螺紋長(zhǎng)度 LLL eus 2?? Lu ：有效行程，取 4000mm Le ：余程，根據(jù)導(dǎo)程為 5mm 和下表可知 Le =20 余程與導(dǎo)程關(guān)系表見(jiàn)表 所示。 Ph 3 4 5 6 Le 10 12 16 20 24 表 余程與導(dǎo)程關(guān)系表 所以： Ls =4040mm 根據(jù)相關(guān)規(guī)定絲桿螺紋長(zhǎng)度不得小于 Ls 加上絲桿螺母總成的一半 215mm， 故在此取絲桿螺 母長(zhǎng)度 L1 =4250mm 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 管材直線度檢測(cè)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 行程起點(diǎn)離固定支撐距離 L0 取絲桿長(zhǎng)度 L2 為 4500。 （ 10）驗(yàn)算臨界壓縮載荷 因?yàn)榻z杠所受最大軸向載荷 Fmax遠(yuǎn)小于絲杠預(yù)拉伸力 Ft 所以不用驗(yàn)算。 （ 11）驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速 10 72 ??? Ldfnmmnkc nc 。臨界轉(zhuǎn)速 dm ：絲杠底徑 Lm ：臨界 轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度 fnk：與支撐形式有關(guān)的系數(shù)，如表 所示。 支撐方式 fnk 固定 固定 固定 支撐 支撐 支撐 固定 自由 表 支撐方式與載荷系數(shù)關(guān)系表 在此 fnk取 LLLm 01?? L1 ： 兩固定支撐距離 L0 ：行程起點(diǎn)離固定支撐距離 代入得： nc =960 960nmax =600 綜合以上驗(yàn)算，此絲杠符合各方面的要求。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 管材直線度檢測(cè)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 4 檢測(cè)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的控制形式 在幾十年前，控制系統(tǒng)一般采用接觸器控制系統(tǒng)，但是隨著科技力量的不斷進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)控制技術(shù)提出了更高的要求，這 類控制系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求，已逐漸被淘汰，取而代之的是 DCS，現(xiàn)場(chǎng)總線控制， PLC 等控制方式。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是基于 PLC 控制技術(shù)。 PLC 的特點(diǎn) PLC 是微機(jī)控制技術(shù)與繼電器 控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在順序控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用工業(yè)計(jì)算機(jī)。它采用了專門設(shè)計(jì)的硬件，而它的控制功能是通過(guò)存放在存儲(chǔ)器中的控制程序來(lái)確定的。因此 PLC 有以下優(yōu)點(diǎn)： 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，環(huán)境適應(yīng)性好。 編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)。 應(yīng)用靈活，通用性好。 完善的監(jiān)視和診斷能力。由于 PLC 具有以上的功能和特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用它。 管材直線度檢測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 根據(jù)管材直線度檢測(cè)機(jī)的方案設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了以下控制方案，如圖 所示。 P L C控 制 器視 覺(jué) 傳感 器 A視 覺(jué) 傳感 器 B步 進(jìn) 驅(qū)動(dòng) 器步 進(jìn)電 機(jī)工 作 臺(tái)繼 電 器計(jì) 算 機(jī) 圖 管材直線度度檢測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 本系統(tǒng)主要采用 PLC 控制系統(tǒng)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送相應(yīng)的脈沖和方向信號(hào)，再由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制不進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)和停止，從而達(dá)到工作臺(tái)的移動(dòng)與停止，即達(dá)到了視覺(jué)傳感器組的運(yùn)動(dòng)要求。當(dāng) PLC 對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖輸入結(jié)束并延時(shí)， PLC重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 管材直線度檢測(cè)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 輸出對(duì)視覺(jué)傳感器的控制信號(hào)，視覺(jué)傳感器對(duì)當(dāng)前點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)處理后傳輸至計(jì)算機(jī)。如此循環(huán)多次之后，計(jì)算機(jī)得到了管材多個(gè)截面的圓心數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件對(duì)數(shù)據(jù)的處理后，可得到管材的直線度誤差。 系統(tǒng)工作流程圖 根據(jù)控制系統(tǒng)原 理圖和測(cè)量方案，設(shè)計(jì)如下系統(tǒng)工作流程圖。如圖 所示。 打 開(kāi) 電 源裝 夾 管 材是 否 到 位手 動(dòng)復(fù) 位模 式 選 擇手 動(dòng)模 式自 動(dòng) 模 式Y(jié) E SN O循 環(huán) 模 式工 作 臺(tái) 正方 向 運(yùn) 轉(zhuǎn)視 覺(jué) 傳 感器 工 作輸 出 數(shù) 據(jù)是 否 結(jié) 束工 作 臺(tái) 負(fù)方 向 運(yùn) 動(dòng)工 作 臺(tái) 正方 向 運(yùn) 動(dòng)工 作 臺(tái) 負(fù)方 向 運(yùn) 動(dòng)視 覺(jué) 傳 感器 工 作輸 出 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 處 理輸 出 結(jié) 果測(cè) 量 結(jié) 束Y e sN o 圖 系統(tǒng)工作流程圖 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 管材直線度檢測(cè)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 對(duì)流程圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明： （ 1）位置確認(rèn)：開(kāi)始測(cè)量之前必須確認(rèn)管材放置是否到位，工作臺(tái)是否在起點(diǎn)位置，如果沒(méi)有，測(cè)需要手動(dòng)回位，而后開(kāi)始測(cè)量。 （ 2）模式選擇：本臺(tái)測(cè)量機(jī)有兩種測(cè)量方式，所以要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。 （ 3）數(shù)據(jù)處理 :由于本系統(tǒng)采用的是智能視覺(jué)傳感器，本身有采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)的能力，所以本系統(tǒng)不再設(shè)計(jì)專門的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。 (4)計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)視覺(jué)傳感器傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從而得到管材直線度誤差。 、控制系統(tǒng)的硬件選型 PLC 控制器的選取 本測(cè)量機(jī)的控制系統(tǒng)要求 PLC 具有如下性能：計(jì)數(shù)功能，有輸入和輸出脈沖的功能，并從可靠性，經(jīng)濟(jì)性考慮。選擇艾默生公司生產(chǎn)的 EC202021BRA 系列的 PLC 作為本檢測(cè)機(jī)電氣控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。 PLC 參數(shù)表如表 所示。 EC202021BRA 系列具有如下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 雙核處理，并行操作，運(yùn)行速度大幅提升。 （ 2） 充裕的資源，滿足復(fù)雜、高級(jí)、 多任務(wù)的程控要求。