【正文】 Y7G2AG2BG1A0.....A126264A0 A18255 8155AD0.....AD7＋5 VCE CS CE10/MCE CS XFER8253 0832A0A1 18 為了防止強(qiáng)電干擾以及其他干擾信號(hào)通過(guò) I/O 口控制電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號(hào)的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)電部件不共地，阻斷干擾信號(hào)的傳導(dǎo)。 晶閘管輸出型光電耦合電路圖 這種電路的輸出部分為光控晶閘管，光控晶閘管由單向和雙向兩種形式，這種光電耦合器常用在大功率的隔離驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，本系統(tǒng)功率較大，故采用此種光電耦合電路。 （ 2）信息轉(zhuǎn)換電路： 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的微 機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)一般要經(jīng)過(guò)功率放大后，才能驅(qū)動(dòng)各類執(zhí)行元件。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是晶體管調(diào)制（ PWM）驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)半閉環(huán)控制系統(tǒng)。微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) I/O 控制回路中，還常用到 D/A、 A/D 轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)所采用的直流伺服電機(jī)控制回路中，就增加了 D/A 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。輸出控制時(shí)，微機(jī)每次都將運(yùn)算后得到的以數(shù)字形式的控制參數(shù)輸入到數(shù) /模轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬電壓信號(hào)仍為弱電信號(hào)，還需要經(jīng)過(guò)功率放大電路放大，然后控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 。機(jī)械系統(tǒng)中的位置反饋信號(hào)可以是數(shù)字量信號(hào)，也可以是模擬量信號(hào)，視被測(cè)傳感元件不同而異。若位置 反饋量是模擬量，則在位置反饋回路中應(yīng)設(shè)置模 /數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。在位置信號(hào)進(jìn)入微機(jī)前，完成模 /數(shù)轉(zhuǎn)換工作。 直流伺服電機(jī)的控制回路 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 日本法拉克（ FANUC）公司生產(chǎn)的直流伺服電機(jī)，其中 H 系列屬于大慣量系列，是大慣量控制用電動(dòng)機(jī)，它有較大的功率輸出，本系統(tǒng)中采用的是型號(hào)為 60H 的直流伺服電機(jī) 19 采用 晶閘管 脈寬 調(diào)制 驅(qū)動(dòng) （ PWM） 。 晶閘管 脈寬調(diào)制（ PWM）直流調(diào)速 驅(qū)動(dòng) 原理：利用大功率晶體管的開(kāi)關(guān)作用，將直流電源電壓 U （ cU ）轉(zhuǎn)換成一定頻率的方波電壓 aU ，施加于直流電動(dòng)機(jī)電樞，通過(guò)對(duì)方波脈沖寬度的控制（ isUU? ），改變電樞平均電壓，從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。 PWM 直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)原理 圖 PWM 系統(tǒng)的 主回 路電氣原理 圖 繪制控制系統(tǒng)原理框圖 20 控制系統(tǒng)原理框圖 五、傳感器的選擇與設(shè)計(jì)說(shuō)明 通常 選擇 傳感器的步驟： （ 1）借助于傳感器分類表按照被測(cè) 量的性質(zhì)從經(jīng)典應(yīng)用中可以初步確定幾種可供選擇的傳感器類別； （ 2） 借助于幾種常用傳感器比較表，按被測(cè)量的檢測(cè)范圍，精度要求，環(huán)境要求等確定傳感器的結(jié)構(gòu)形式和傳感器最后的類別； （ 3） 借助于傳感器的產(chǎn)品目錄選擇樣本最后查出傳感器的規(guī)格型號(hào)。 選擇傳感器 本 數(shù)控銑床工作臺(tái)三維運(yùn)動(dòng)伺服進(jìn)給系統(tǒng) 采用的是直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)控制系統(tǒng)，需連接傳感器，半閉環(huán)系統(tǒng)中通過(guò)傳感器檢測(cè)位于目標(biāo)之前的中間環(huán)節(jié)部位的運(yùn)動(dòng)并進(jìn)行反饋，我們這里需要檢測(cè)的是速度和位置，故需要選擇速度傳感器和位置檢測(cè)傳感器。 檢測(cè)的是模擬信號(hào)，在傳 給微機(jī)控制系統(tǒng)之前還需要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換， 計(jì)算機(jī) 只能識(shí)別數(shù)字量的信號(hào)，所以還需要設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路。 速度傳感器 分類 表 類型 精度 線性度 分辨力或靈敏度 特點(diǎn) 磁電感應(yīng)式 5%～ 10% %～ % 靈敏度高，性能穩(wěn)定，使用方便，但是頻率下限受限制，體積較大，重量較重 電容式 177。 1 個(gè)脈沖 非接觸測(cè)量，結(jié) 21 構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，靈敏度、分辨力高 ，可測(cè)量轉(zhuǎn)速。需要采取屏蔽措施 測(cè)速發(fā)電機(jī) %～ 1% ～ 5() 線性度好，靈敏度高，輸出信號(hào)大， 性能穩(wěn)定 轉(zhuǎn)子陀螺 ＜177。 2%(176。 )/s %（滿度值） （ ～ 2） (176。 )/s 它是一種慣性傳感器，安裝簡(jiǎn)單，使用方便，但較重，成本高，壽命短 從這幾個(gè)類別中，我們選擇速度傳感器類別為測(cè)速發(fā)電機(jī)。 它是一種能把機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的傳感器。它與一般的發(fā)電機(jī)相比有如下兩個(gè)特點(diǎn)： (1) 輸出電壓與轉(zhuǎn)速嚴(yán)格地成線性關(guān)系； (2) 輸出電勢(shì)與轉(zhuǎn)速比的斜率大。 查取相關(guān)資料我們選擇型號(hào)為： ROTEX—BS70 電機(jī) 。 位置檢測(cè)傳感器 分類 表 類型 測(cè)量范圍 /mm 線性度 /% 分辨力 /μ m 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 電阻應(yīng)變式 0～ 50 ～ 1 精度較高 動(dòng)態(tài)范圍窄 電渦流式 1～ 5 1～ 3 ～ 5 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并能防水和油污 靈敏度隨檢測(cè)對(duì)象的材料而變 感應(yīng)同步式 200～ 4 104 精度 在機(jī)床加工和自動(dòng)控制中應(yīng)用較廣、動(dòng)態(tài)范圍寬、精度高 安裝不便 光柵式 30～ 3000 精度可達(dá)～ 3μm/m ～ 10 從這幾個(gè)類別中，我們選擇位置傳感器類別為 光柵 式。 光柵測(cè)量裝置 是數(shù)控 機(jī)床和數(shù)顯系統(tǒng)常用的檢測(cè)元件。它具有精度高，響應(yīng)速度較快等優(yōu)點(diǎn) ， 光柵測(cè)量是一種非接觸式測(cè)量。 查取相關(guān) 資料我們選擇型號(hào)為： CSY2022B 型傳感器 。傳感器包括：（基本型 2022 型含 24 種傳感器，序號(hào) 。增強(qiáng)型 CSY2022B 型含 28 種傳感器，序號(hào) ） 。 22 光柵 位置 傳感器 傳感器與 微機(jī) 的 接口 電路 傳感器與微機(jī)接口連接 （見(jiàn)上頁(yè)圖） 六 、 課程設(shè)計(jì)總結(jié)與心得體會(huì) 設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須嚴(yán)肅認(rèn)真，刻苦 專研 ，一絲不茍，精益求精，才能在設(shè)計(jì)思想，方法和技能各方面獲得較好的鍛煉與提高。 機(jī)電一體化 課程設(shè)計(jì)是在老師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的。 我們 必須發(fā)揮設(shè)計(jì)的主動(dòng)性，主動(dòng)思考問(wèn)題分析問(wèn)題和 解決問(wèn)題。 設(shè)計(jì)中要正確處理參考已有資料和創(chuàng)新的關(guān)系。熟悉和利用已有的資料，既可避免許多重復(fù)的工作，加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，同時(shí)也是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要保證。善于掌握和使用各種資料，如參考和分析已有的結(jié)構(gòu)方案，合理選用已有的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，也是設(shè)計(jì)工作能力的重要方面。 在 老 師的指導(dǎo)下訂好 設(shè)計(jì)進(jìn)程計(jì)劃，注意掌握進(jìn)度，按預(yù)定計(jì)劃保證質(zhì)量完成設(shè)計(jì) 23 任務(wù)。 課程 設(shè)計(jì)應(yīng)邊計(jì)算，邊繪圖，邊修改，設(shè)計(jì)計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)繪圖交替進(jìn)行，這與按計(jì)劃完成設(shè)計(jì)任務(wù)并不矛盾，應(yīng)從第一次設(shè)計(jì)開(kāi)始就注意逐步掌握正確的設(shè)計(jì)方法。 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中要注 意隨時(shí)整理計(jì)算結(jié)果，并在設(shè)計(jì)草稿本上記下重要的論據(jù)，結(jié)果，參考資料的來(lái)源以及需要進(jìn)一步探討的問(wèn)題，使設(shè)計(jì)的各方面都做到有理有據(jù)。這對(duì)設(shè)計(jì)正常進(jìn)行，階段自我檢查和編寫(xiě)計(jì)算說(shuō)明書(shū)都是必要的。 作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，課程設(shè)計(jì)雖然安排 理論課后 進(jìn)行，但并不具有絕對(duì)獨(dú)立的意義。它的一個(gè)重要功能，在于運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性地應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)工作，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距 離，并通過(guò)綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。 對(duì)我們 機(jī)械 設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)的本科生來(lái)說(shuō)，實(shí)際能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而這種實(shí)際能力的培養(yǎng)單靠課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從課堂走向?qū)嵺`。這也是一次預(yù)演和準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，讓我們找出自身狀況與實(shí)際需要的差距，并在以后的學(xué)習(xí)期間及時(shí)補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)，為求職與正式工作做好充分的知識(shí)、能力準(zhǔn)備，從而縮短從校園走向社會(huì)的心理轉(zhuǎn)型期。課程設(shè)計(jì)促進(jìn)了 人才 培養(yǎng)計(jì)劃的完善和課程設(shè)置的調(diào)整。課程設(shè)計(jì)達(dá)到了專業(yè)學(xué)習(xí)的預(yù)期目 的。在課程設(shè)計(jì)之后，我們普遍感到不僅實(shí)際動(dòng)手能力有所提高，更重要的是通過(guò)對(duì) 機(jī)電一體化 設(shè)計(jì)流程的了解，進(jìn)一步激發(fā)了我們對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣，并能夠結(jié)合實(shí)際存在的問(wèn)題在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)。 由于時(shí)間緊迫，所以這次的 課程 設(shè)計(jì)存在許多缺點(diǎn)，比如結(jié)構(gòu) 復(fù)雜 ，重量也很大 ，負(fù)載分析也較大 。齒輪的計(jì)算不夠精確等等缺陷，我相信，通過(guò)這次 機(jī)電一體化的課程設(shè)計(jì) ，能使我在以后的設(shè)計(jì)中避免很多不必要的工作，有能力設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更緊湊，傳動(dòng)更穩(wěn)定精確的機(jī)器。 七 、 參考資料 [1] 張建民等 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) .3[M].北 京：高等教育出版社， 2022. [2] 濮良貴 ,紀(jì)明剛等 .機(jī)械設(shè)計(jì) .8 版 [M].北京：高等教育出版社， 2022. [3] 吳宗澤 ,羅圣國(guó) .機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) .3 版 [M].北京：高等教育出版社， 2022. [4] 王茁 ,李穎卓 ,張波 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京 ：化學(xué)工業(yè)出版社， 2022. [5] 尚濤等 .機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2022. [6] 袁中凡等 .機(jī)電一體化技術(shù) .北京：電子工業(yè)出版社， 2022. [7] 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編 .機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2022。 [8] 尹志強(qiáng)等 .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2022。