三坐标测量机的机械结构设计（有全套图纸） .pdf

本科毕业设计（论文）通过答辩 1 三坐标测量机的机械结构设计及应用三坐标测量机的机械结构设计及应用 摘要：摘要：从 60 年代初发明到现在，三坐标测量机（cmm）在制造业得到世界范 围广泛应用，成为 3d 检测工业标准设备。三坐标测量技术得到迅速发展，而配 套检测软件的发展，更是突飞猛进。最早的三坐标测量机只能显示 xyz 坐标， 而目前的各种检测软件几乎可以解决用户的绝大部分问题。 软件日益成为影响用 户使用好坏的关键所在。cmm 测量软件发展趋势，对于传统的三坐标测量机检 测来说，通常是设计部门提供二维图纸，检验部门根据图纸对工件进行尺寸及形 位公差的检测。随着三维 cad 软件的应用，越来越多的技术部门使用三维 cad 建模技术进行设计。因此，各坐标机厂家纷纷推出了基于三维 cad 技术的测量 软件，直接将客户设计好的三维 cad 模型导入测量软件进行检测。这样做的优 点非常明显，不需要额外的图纸，理论值可以直接捕获，更可以进行测量仿真， 测头干涉检查等，所以，受到用户的一致好评。基于 cad 的测量成为目前三坐 标测量软件的发展热点。 关键词关键词三坐标测量机传感器三维传动装置 指导老师签名：指导老师签名： 本科毕业设计（论文）通过答辩 2 coordinate measuring machine mechanical design and application abstract：invents from the beginning of the 60s to present, coordinate measuring machines (cmm) obtains the worldwide scale widespread application in the manufacturing industry, becomes the 3d examination industry standard equipment. three coordinates survey technology obtains the rapid development, but the necessary examination software development, is progresses by leaps and bounds. the earliest coordinate measuring machines only can demonstrate the xyz coordinates, but the present each kind of examination software may solve users major part problem nearly. the software becomes the influence user use quality the key to be at day by day. the cmm survey software trend of development, regarding the traditional coordinate measuring machines examination, usually is designs the department to provide the two-dimensional blueprint, the inspection department carries on the size and the shape position common difference examination according to the blueprint to the work piece. along with the three dimensional cad software application, the more and more many technical department uses the three dimensional cad modeling technology to carry on the design. therefore, various coordinates machine factory has promoted in abundance based on the three dimensional cad technology survey software, the three dimensional cad model which designs the customer inducts directly surveys the software to carry on the examination. does this the merit is extremely obvious, does not need the extra blueprint, the theoretical value may catch directly, may carry on the survey simulation, the gauge head interference inspection and so on, therefore, receives the user the consistent high praise. survey the software based on the cad survey into at present three coordinates the development hot spot. key wordscoordinate measuring machinessensorthree dimensional transmission device signature of supervisor: 本科毕业设计（论文）通过答辩 3 目录 1绪论.3 1.1 三坐标测量机的应用与发展. 3 1.2 三坐标测量机测量原理. 6 1.3 设计要求. 8 2三坐标测量机总体设计方案.8 2.1 设计任务和内容. 8 2.2 总体设计方案拟订. 8 2.2.1 三坐标测量机机械部分设计. 9 2.2.2三坐标测量机电路部分设计. 9 3三坐标测量进给系统的设计计算.16 3.1 进给系统电动机的容量的选择. 16 3.1.1 电动机容量的选择原则. 16 3.1.2 步进电动机的概述. 16 3.1.3 步进电动机的容量的计算. 17 3.2 轴概述. 17 3.2.1 轴的用途. 17 3.2.2 轴设计的主要内容. 17 3.2.3 轴的材料. 17 3.3 轴的结构设计. 18 3.3.1 拟定轴上零件的装配方案. 18 3.3.2 轴上零件的定位. 18 3.3.3 轴的结构设计. 19 3.3.4 初步设计轴的最小直径. 20 3.3.5 拟定轴上零件的装配方案. 21 3.3.6 根据轴向定位的要求确定轴的个段直径和长度. 21 3.3.7 轴上零件的轴向定位. 22 3.3.8 确定轴上圆角和倒角尺寸. 22 3.4 丝杠螺母副的选用计算. 22 本科毕业设计（论文）通过答辩 4 3.4.1 丝杠螺母的导程的确定. 22 3.4.2 确定丝杠的等效转速. 22 3.4.3 丝杠的等效负载上边已经阐明过了. 22 3.4.4 确定丝杠所受的最大动载荷. 22 3.4.5 临界压缩负荷 cr f .22 3.4.6 临界转速验算. 23 3.4.7 计算轴承动载荷. 23 3.4.8 丝杠拉压振动和扭转振动的固有频率验算. 24 3.5 丝杠的扭转刚度. 24 3.6 传动精度计算. 25 3.7 导轨的选型及计算. 25 3.7.1 滚动导轨的结构及配置直. 25 3.7.2 滚动导轨副的预紧. 26 3.7.3 滚动导轨副润滑防护. 26 3.8 横向伺服进给系统的设计计算（同以上方法）. 26 3.9 纵向、横向的移动工作台的装配图见（图 3-1）. 26 论文总结.27 致谢.28 参考文献.29 附录.30 1 1绪论绪论 1.11.1 三坐标测量机的应用与发展三坐标测量机的应用与发展 本科毕业设计（论文）通过答辩 5 随着现代科学技术的飞速发展和对测量方法的深入研究， 在机电行业中人们 对三维坐标测量技术的要求也越来越高。 物体的三维轮廓以及形位测量已被广泛 应用于机械制造、航海、航空航天、反求工程等领域。目前物体三维轮廓测量的 主要方法有导轨式三坐标机的高精度接触测量、 激光点扫描和激光线扫描式三坐 标轮廓测量、 激光散斑物体轮廓高精度显微全场测量。 在这些诸多的测量方法中， 激光散斑物体轮廓测量法测量精度最高，属非接触和全场测量，测量速度高， 但 其测量范围小。此外，三坐标机的测量精度高，已被广泛采用。但它只能进行接 触测量，并且测量速度很慢。目前，三坐标机主要有两种:导轨式三坐标测量机 和无导轨式三坐标仪，无导轨式三坐标测量仪在国内尚无同类产品问世。三坐标 测量机的多功能测量台是一种高精度测量台。 可同时装夹两只测量表或传感器对 工件进行多参数测量。三坐标测量机广泛的应用于机械零件加工，模具制造等个 方面。cly 系列单臂三为测量仪是一款具有较大测量范围的高精度测量设备，在 设计时充分考虑了使用者对冲压件、 仪表板件、 塑料件、 中型模具件的测量要求。 由于采用开放式测量，从而保证了在现场、在模具制造和仿型、在部件检测和设 计室里都可以方便的使用。特点： 1、 x 轴移动方向的导轨采用天然花岗岩， 并配备进口双直线导轨，三轴位移传感器采用进口金属反射光栅和读数头，结合 空间误差修正技术， 使用中处处体现高精度的 3d 测量。 2、配件万向电子测头， 并通过各种测头配件，既可以对远程和深孔进行数据采点，也能完成中、小型零 部件的测量 3、 本测量仪具有方便的现场自校定功能，用户可根据实际情况进 行精度校正，保证在不同环境温度下测量数据的真实可靠。 cly 系列单臂三为测量仪是一款具有较大测量范围的高精度测量设备， 在设 计时充分考虑了使用者对冲压件、仪表板件、塑料件、中型模具件的测量要求。 由于采用开放式测量，从而保证了在现场、在模具制造和仿型、在部件检测和设 计室里都可以方便的使用。特点： 1、x 轴移动方向的导轨采用天然花岗岩，并配备进口双直线导轨，三轴位 移传感器采用进口金属反射光栅和读数头，结合空间误差修正技术，使用中处处 体现高精度的 3d 测量。 2、配件万向电子测头，并通过各种测头配件，既可以对远程和深孔进行数 据采点，也能完成中、小型零部件的测量 3、本测量仪具有方便的现场自校定功能，用户可根据实际情况进行精度校 正，保证在不同环境温度下测量数据的真实可靠。 本科毕业设计（论文）通过答辩 6 4、采用智能数显系统将原电器箱上各项功能都让计算机来处理，摒弃了电 器箱， 只用一块小的信号处理板对各路信号进行处理以保证长线传输无误。光栅 和测头信号由信号处理板处理后， 经通讯电缆传输至计算机内安装的一块三轴正 交记数卡，通过编制软件对其进行控制，以实现原电器箱的功能。智能数显系统 的开发，利用计算机进行大量数据存储和处理，空间精度修正不仅使车间装调人 员工作量降低，也使测量仪精度有了保障。采用高性能记数卡，减少硬件设备， 降低了系统的故障发生率。该系统具有原电器箱几乎所有功能，界面直观，很多 操作在面板上即可直接完成，菜单功能简洁明了，用户极易上手。一些关键性操 作都给出了提示和警告， 可以防止用户在不太清楚的情况下误操作而导致系统工 作不正常。 其选择原则如下： 1、合理的测量精度 坐标测量机是检测工件尺寸与形位误差的仪器， 首要的是精度指标应满足用 户要求。选用时，一般可根据被测工件要求的检测精度与测量机给定的测量不确 定度相对比，看测量机精度是否符合要求。 精度比对不是一个简单的比较过程。 测量机的技术规范中一般只给出单轴测 长和空间测长的两个不确定度公式及重复精度值。 但在具体测件时需要将被测参 数的测量不确定度限制在一定范围内。一般测量时，要测量很多测点。在形位测 量时， 更有大量测点参与并带来测量误差， 精确计算是很难的。 因此从经验出发， 在一般测量中，测量不确定度应为被测工件尺寸公差带的 1/51/3。例如某一 被测箱体上二孔的孔距为 500mm，公差带为 15um，则所选用的测量机在 500mm 长度上的测量不确定度应不大于 3um5um。对于精密测量及复杂的形位测量要 求还高，一般应为被测尺寸公差带的 1/101/5。重要的是重复精度必须满足要 求，因为系统误差还可以通过一定方法补偿，而重复精度应由测量机本身保证。 总之，用户应选用精度（包括重复精度）高一些的测量机。这不仅由于测量 复杂件时，测点可能带入的误差比预想的要大（由于测头测杆变化或加长会引入 更大的误差），而且测量机的精度会随使用次数增多而有所下降。 2、合乎要求的测量范围 测量范围的选择时选择测量机时的最基本参数。 因为在测量范围内才能获得 精确的测量值，超出了范围，测量就难于进行。选择测量范围时，应考虑以下几 个方面。 本科毕业设计（论文）通过答辩 7 （1）、工件的所需测量的部分，不一定是整个工件。如要测的部分集中在 工件的某个局部，除了测量机的测量范围能覆盖被测参数之外，还要考虑整个工 件能在测量机上安置，要求工件重量对测量精度不带来显著影响。为了把工件放 入测量机中，应根据工件大小选择测量机。 （2）、z 轴与 z 向空间高度的关系。z 轴行程是 z 轴的测量范围，而 z 向空 间高度是工件能放得下的高度。 （3）、接长杆的问题。有的测头上有星形探针，这些探针在测量时往往要 求超出工件的被测部分。一般工件尺寸为 l 时，要求测量范围 l=l+2c，c 为探针 的长度。因此测量范围等于工件被测的最大尺寸再加上两倍的探针长度。 3、合适的测量机类型 测量机按自动化程度分为手动（或机动）与 cnc 自控两大类。选用时，应根 据检测对象的批量大小、 自动化程度、 操作人员技术水平及资金投入大小去权衡。 当然 cnc 测量机水平高、测速快，但测量的准备时间长、技术要求高、资金投入 大。故应从经济效益的角度进行比较判定。 一般说，对于中等尺寸的工件，多采用移动桥式；对于小型工件，多采用悬 臂式、仪器台式与移动桥式等；对于大型工件，则多采用龙门式；对于需回转测 量的工件，可选用带分度台的测量机。 4、丰富的测量软件 对复杂的测量对象进行测量，测量机应有丰富的测量软件支持，以完成测量 任务。如缺少某些软件，可根据被测对象向生产厂家索取。如果厂方提供了编程 方法（多数厂家不提供），也可自行开发。 5、符合要求的测量效率 测量机运行速度与采样速度既是测量机效率高低的重要指标， 又与自动化生 产的要求密切相关。用于生产线或柔性加工线上的测量机，检测的时间必须满足 生产节拍的要求。 6、功能齐全的测量头 测量头是测量机上重要的传感器件。它不仅直接影响测量精度，而且是决定 测量机功能和测量效率的重要因素。 7、满意的经济效益 作为检测仪器，测量机的经济效益是投资购买的一项重要指标。虽然它不像 生产机床那样便于计算，也不如机床那样可以较快地收回成本并创造效益，但作 本科毕业设计（论文）通过答辩 8 为保证生产质量的手段和环节，检测仪器有着特殊的重要性。 测量机的使用费用，主要取决于测量机的折旧费 k、检测人员的工资 g、测 量所用的时间 t 及辅助材料和设备等杂费 q，即测量总费用。 m=t（k+g）+q 测量机效益的关键在于使用时间 t。因此在考虑测量机资金的投入时，关键 在于了解它的使用效率。如果使用效率高，则经济效益亦高。如果使用效率不很 高，而又易于在当地解决测量问题，则应委托或协作检测。只付检测费，比购置 一台测量机更经济。当然有的场所，测量对象极为精密，不适宜搬动，有的系军 工保密件等，此时配置一台坐标测量机具有特殊性，也是必须的。 1.21.2 三坐标测量机测量原理三坐标测量机测量原理 将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这 些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。导轨式三坐 标测量机(coordinate measuring machine 简称 cmm)是近二十年来发展起来的一 种以精密机械为基础，综合光栅与激光干涉、计算机、应用电子等先进技术的测 量设备，在国内外得到了广泛的应用。其主要特征是具有 x, y, z 三个坐标方向 的导轨。目前，导轨式三坐标测量机己被广泛地应用于机械制造、仪器制造、 电 子、汽车、计量中心、航空和航天等多个工业和研究行业，用来测量机械零件的 几何尺寸、相对位置和形位误差，包括零件空间曲面、汽车白身、cad/cam 等多 项工作。导轨式三坐标测量机己经成为一种比较成熟的传统测量设备，它经历了 三代产品:第一代测量机由手动(或机动)测量，测量结果由人工处理，效率极低。 第二代测量机在第一代测量机的基础上，由微机处理测量结果，形成了微机化测 量机。 第三代测量机在第二代的基础上，配备上相应的程序控制和数据图形化软 件处理系统，可以实现全自动测量。其中，第三代是目前的主要产品。特别是近 二十年来，随着微机和光电技术的迅猛发展，三坐标机已成为多个高科技领域诸 多技术的融合产品，包括了微机、精仪、光电传感、数据分析和人工智能等多项 应用技术。 cly 系列单臂三维测量仪产品信息产品说明：cly 系列单臂三为测量仪是一 款具有较大测量范围的高精度测量设备，在设计时充分考虑了使用者对 冲压件、 仪表板件、 塑料件、 中型模具件的测量要求。 由于采用开放式测量， 从而保证了在现场、在模具制造和仿型、在部件检 测和设计室里都可以方便的使用。 本科毕业设计（论文）通过答辩 9 图图 1-1cly1-1cly 单臂三坐标测量机单臂三坐标测量机 在 y、z 方向，其整机测量范围在 1500mm x 2600mm 以内、x 向测量范围最小 为 2000mm、并以 500mm 为间距递增的整体式测量机，采用整体式机械结构，测 量机的工作平面通过地脚螺铨固定在地基上，其工作台表面略高于地表，或是安 装为与地表齐平，便于大型工件的装卸。 这种类型的测量机的 y 向测量范围有两种，1200mm 和 1500mm，其 z 向测量 范围最小为 1500mm，最大可以达到 2600mm，x 向测量范围最小为 2000mm，可以 按用户要求以 500mm 的长度适量增大。 大中型整体式单臂三坐标测量机比较适宜对一般大型非对称工件的测量检 测与划线操作。 测量机可以根据使用要求，选配 wincom 测量软件或 xdmis 测量软件。如果 被测工件为一般机加工件，测量要求为一般性的尺寸检测，可以选用 wincom 测 量软件。如果检测任务大部份需要与 cad 数据协同比对检测，建议选择 xdmis 测量软件。 1.2.1三坐标测量机的组成： 1， 主机机械系统（x、y、z 三轴或其它）； 2， 测头系统； 3， 电气控制硬件系统； 4， 数据处理软件系统（测量软件）； 1.2.2 三坐标测量机的结构特点： 1）采用花岗石为工作台，其工作面平面度精度高，且稳定性好，受环境温 度影响小。 2）立柱采用不锈钢材料，可防锈，抗腐蚀。 3）采用精密微分头作微调装置，使测头接触工作的微调量 0.01mm。 4）回转支杆(附件另配)可提供装夹第二只测量表（或测量传感器），从而 可扩大本产品的使用功能。 本科毕业设计（论文）通过答辩 10 5）x 轴移动方向的导轨采用天然花岗岩，并配备进口双直线导轨，三轴位 移传感器采用进口金属反射光栅和读数头，结合空间误差修正技术，使用中处处 体现高精度的 3d 测量。 6）配件万向电子测头，并通过各种测头配件，既可以对远程和深孔进行数 据采点，也能完成中、小型零部件的测量 7）本测量仪具有方便的现场自校定功能，用户可根据实际情况进行精度校 正，保证在不同环境温度下测量数据的真实可靠。 1.31.3 设计要求设计要求 在绘制产品总装图和部件装配图时要注意设计的科学性和条理性。 设计一个 部件，其过程大致如下：首先，确定末端执行件的概略形状尺寸，然后，设计末 端执行件与其相临的下一个功能部件的结合的形式与概率尺寸。 若为运动导轨结 合部，则执行件一测相当于滑台，相临部件一测相当于滑座，考虑导轨精度， 选 择并确定导轨的类型及尺寸。根据导轨结合部的设计结果和该运动的行程，直到 基础支撑件。 在设计中，处处从实际出发分析和处理问题是至关重要的。从大处讲，联系 实际是指对工艺可能性的分析，在参数拟订和方案确定中，既要了解当今的先进 生产水平和可能趋势，更应了解我国的实际生产水平，使设计的机器能发挥最佳 的效果。从小处讲，指对设计的机械零部件的制造工艺、装配和维修要进行认真 的切实际的考虑和分析。学会使用设计手册，对推荐的设计数据和各类标准要结 合实际情况取舍。通过设计实践，了解和掌握结合实际、综合思考的设计方法。 2 2三坐标测量机总体设计方案三坐标测量机总体设计方案 2.12.1 设计任务和内容设计任务和内容 设计任务定位三坐标测量机整体结构的设计， 其中机械部分的设计工作台包括纵 向、 横向和 z 轴的运动， 工作台承担运动功能。 其次是夹具体的设计， 包括手柄、 浮动滑块的设计， 夹具承担的是定位夹紧的作用。 2.22.2 总体设计方案拟订总体设计方案拟订 方案拟订为测量机整体结构的设计其中主要是测量机的传动系统： 工作台的横向 和纵向进给系统，z 轴的进给系统，工作台上面叠加一个可拆卸的夹具体，可拆 卸夹具具有两大优点： 第一， 使用时夹具可固定在工作台上， 不用时， 即可拆下。 2.2.12.2.1 三坐标测量机机械部分设计三坐标测量机机械部分设计 三坐标测量机的机械系统设计可归类于机械制造装备设计，可分为创新设计、 变 本科毕业设计（论文）通过答辩 11 形设计、和组合设计三大类型，设计的过程随设计类型而不同，其中创新设计的 过程最典型，可分为产品规划阶段、方案设计、技术设计和施工设计四个阶段。 产品规划阶段的任务是明确设计任务， 通常应在市场调查与预测的基础上识别产 品需求，进行可行性分析，制定设计技术任务书。 初步设计方案具体化，技术设计阶段是将方案设计阶段拟订的初步设计方 案具体化，确定结构原理方案；进行总体技术方案设计；进行结构设计；通过技 术经济分析，选择较优的设计方案。 1）确定结构原理放案 根据初步设计方案，再充分理解原理的基础上，确定结构原理方案。其中包 括决定尺寸的依据，如功率、流量和联系尺寸等；决定布局的依据等，决定和限 制结构设计的空间条件， 。在上述的依据约束下，对主要功能结构进行构思，初 步确定其材料和形状，进行粗略的结构设计。 （2）总体设计 总体设计阶段的任务是将结构原理方案进一步具体化。 总体设计的内容大致 包括主要结构参数、总体布局、系统原理图、其它。 （3）结构设计 结构设计阶段的主要任务是在总体设计的基础上，对结构原理方案结构化，绘制 产品总装图；提出初步的零件表及装配说明书。进行结构设计时，必须遵守有关 标准规范，充分考虑人机工程、外观造型、结构可靠和耐用性、加工和装配工艺 性等。三坐标测量机常见的是三个直线运动坐标（沿 x、y、z）和夹具体的装配 设计。 2.2.22.2.2 三坐标测量机电路部分设计三坐标测量机电路部分设计 三坐标测量系统的控制部分采用 plc 控制。 本书以 s7-200 系列 plc 为目标机型，介绍西门子 plc 的特点，为今后更好 地学习和掌握 s7-300/400 打下基础。s7-200 系列 plc 作为西门子 simatic plc 家族中的最小成员，以其超小体积，灵活的配置，强大的内置功能，在各个领域 得到广泛的应用。 1.s7-200 系列 plc 的基本硬件组成 s7-200 系列 plc 可提供 4 种不同的基本 单元和 6 种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、 存 储卡、写入器、文本显示器等。 （1）基本单元 本科毕业设计（论文）通过答辩 12 s7-200 系列 plc 中可提供 4 种不同的基本型号的 8 种 cpu 供选择使用，其 输入输出点数的分配见表 2-1： 表 2-1s7-200 系列 plc 中 cpu22x 的基本单元 型 号 输 入点 输 出点 可带扩展模块数 s7-200cpu22164 s7-200cpu22286 2 个扩展模块 78 路数字量 i/o 点或 10 路模 拟量 i/o 点 s7-200cpu2241410 7 个扩展模块 168 路数字量 i/o 点或 35 路模 拟量 i/o 点 s7-200cpu2262416 2 个扩展模块 248 路数字量 i/o 点或 35 路模 拟量 i/o 点 s7-200cpu226xm2416 2 个扩展模块 248 路数字量 i/o 点或 35 路模 拟量 i/o 点 （2.）.扩展单元 s7-200 系列 plc 主要有 6 种扩展单元，它本身没有 cpu，只能与基本单元相 连接使用，用于扩展 i/o 点数，s7-200 系列 plc 扩展单元型号及输入输出点数 的分配如表 2-2 所示。 表 2-2s7-200 系列 plc 扩展单元型号及输入输出点数 类 型型 号输入点输出点 数字量扩展模块 em2218无 em222无8 em2234/8/164/8/16 模拟量扩展模块 em2313无 em232无2 em23531 （3）.编程器 本科毕业设计（论文）通过答辩 13 plc 在正式运行时，不需要编程器。编程器主要用来进行用户程序的编制、 存储和管理等， 并将用户程序送入 plc 中， 在调试过程中， 进行监控和故障检测。 s7-200 系列 plc 可采用多种编程器，一般可分为简易型和智能型。 简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及 监测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，使用不够方便。智能型编 程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯 形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大，s7-200 系列 plc 的专 用编程软件为 step7-micro/win。 （4）程序存储卡 为了保证程序及重要参数的安全， 一般小型 plc 设有外接 eeprom 卡盒接口， 通过该接口可以将卡盒的内容写入 plc，也可将 plc 内的程序及重要参数传到外 接 eeprom 卡盒内作为备份。程序存储卡 eeprom 有 6es 7291-8gc00-0xa0 和 6es 7291-8gd00-0xa0 两种，程序容量分别为 8k 和 16k 程序步。 （5）.写入器 写入器的功能是实现 plc 和 eprom 之间的程序传送， 是将 plc 中 ram 区的程 序通过写入器固化到程序存储卡中， 或将 plc 中程序存储卡中的程序通过写入器 传送到 ram 区。 （6） 文本显示器 文本显示器 td200 不仅是一个用于显示系统信息的显示设备， 还可以作为控 制单元对某个量的数值进行修改，或直接设置输入/输出量。文本信息的显示用 选择/确认的方法，最多可显示 80 条信息，每条信息最多 4 个变量的状态。过程 参数可在显示器上显示，并可以随时修改。td200 面板上的 8 个可编程序的功能 键，每个都分配了一个存储器位，这些功能键在启动和测试系统时，可以进行参 数设置和诊断。 2. s7-200 系列 plc 的主要技术性能 下面以 s7-200 cpu224 为例说明 s7 系列 plc 的主要技术性能。 （1）一般性能 s7-200 cpu224 的一般性能如表 2-3 所示。 表 2-3s7-200 cpu224 一般性能 电源电压dc 24v，ac 100230v 电源电压波动dc 20.4-28.8v，ac 84-264v（47-63hz） 本科毕业设计（论文）通过答辩 14 环境温度、湿度水平安装 055 0c，垂直安装 0450c，595% 大气压8601080hpa 保护等级ip20 到 iec529 输出给传感器的电压dc 24v （20.4-28.8v） 输出给传感器的电流280ma，电子式短路保护（600ma） 为扩展模块提供的输出 电流 660ma 程序存储器8k 字节/典型值为 2.6k 条指令 数据存储器2.5k 字 存储器子模块1 个可插入的存储器子模块 数据后备 整个 bd1 在 eeprom 中无需维护 在 ram 中当前的 db1 标志位、定时器、计数 器等通过高能电容或电池维持，后备时间 190h （40 0c 时 120h），插入电池后备 200 天 编程语言lad，fbd，stl 程序结构一个主程序块（可以包括子程序） 程序执行自由循环。中断控制，定时控制（1255ms） 子程序级8 级 用户程序保护3 级口令保护 指令集逻辑运算、应用功能 位操作执行时间0.37s 扫描时间监控300ms（可重启动） 内部标志位256，可保持：eeprom 中 0112 计数器0256，可保持：256，6 个高速计数器 定时器 可保持：256， 4 个定时器，1ms30s 16 个定时器，10ms5min 236 个定时器，100ms54min 接口一个 rs485 通信接口 可连接的编程器/pcpg740pii，pg760pii，pc（at） 本机 i/o数字量输入： 14， 其中 4 个可用作硬件中断， 本科毕业设计（论文）通过答辩 15 14 个用于高速功能 数字量输出： 10， 其中 2 个可用作本机功能， 模拟电位器：2 个 可连接的 i/o 数字量输入/输出：最多 94/74 模拟量输入/输出：最多 28/7（或 14） as 接口输入/输出：496 最多可接扩展模块7 个 （2）输入特性 s7-200 cpu224 的输入特性如表 2-4 所示。 表 2-4s7-200 cpu224 输入特性 类型源型或汇型 输入电压 dc 24v，“1 信号”：14-35a，“0 信号”： 0-5a， 隔离光耦隔离，6 点和 8 点 输入电流“1 信号”：最大 4ma 输入延迟（额定输入电 压） 所有标准输入： 全部 0.2-12.8ms （可调节） 中断输入：（i0.0-0.3）0.2-12.8ms（可 调节） 高速计数器：（i0.0-0.5）最大 30khz （3）输出特性 s7-200 cpu224 输出特性如表 2-5 所示。 表 2-5s7-200 cpu224 的输出特性 类型晶体管输出型继电器输出型 额定负载电压dc 24v（20.4-28.8v） dc 24v（4-30v） ac24-230v（20-250v） 输出电压“1 信号” ： 最小 dc 20vl+/l- 隔离光耦隔离，5 点 继电器隔离，3 点和 4 点 最大输出电流“1 信号”：0.75a“1 信号”：2a 最小输出电流“0 信号”：10sa“0 信号”：0ma 输出开关容量阻性负载：0.75a阻性负载：2a 本科毕业设计（论文）通过答辩 16 灯负载：5w灯负载：dc30w，ac200w s7-200 系列 plc 是模块式结构，可以通过配接各种扩展模块来达到扩展功 能、扩大控制能力的目的。目前 s7-200 主要有三大类扩展模块。 （1）输入/输出扩展模块s7-200 cpu 上已经集成了一定数量的数字量 i/o 点，但如用户需要多于 cpu 单元 i/o 点时，必须对系统做必要的扩展。cpu221 无 i/o 扩展能力， cpu 222 最多可连接 2 个扩展模块（ 数字量或模拟量 ）， 而 cpu224 和 cpu226 最多可连接 7 个扩展模块。 s7-200 plc 系列目前总共提供共 5 大类扩展模块：数字量输入扩展板 em221 （8 路扩展输入）；数字量输出扩展板 em222（8 路扩展输出）；数字量输入和 输出混合扩展板 em223（8i/o，16i/o，32i/o）；模拟量输入扩展板 em231，每 个 em231 可扩展 3 路模拟量输入通道，a/d 转换时间为 25s，12 位；模拟量输 入和输出混合扩展模板 em235，每个 em235 可同时扩展 3 路模拟输入和 1 路模拟 量输出通道，其中 a/d 转换时间为 25s，d/a 转换时间100s，位数均为 12 位。 基本单元通过其右侧的扩展接口用总线连接器（插件）与扩展单元左侧的 扩展接口相连接。扩展单元正常工作需要+5vdc 工作电源，此电源由基本单元通 过总线连接器提供，扩展单元的 24vdc 输入点和输出点电源，可由基本单元的 24vdc 电源供电，但要注意基本单元所提供的最大电流能力。 （2） 热电偶/热电阻扩展模块热电偶、 热电阻模块 （em231） 是为 cpu222， cpu224，cpu226 设计的，s7-200 与多种热电偶、热电阻的连接备有隔离接口。 用户通过模块上的 dip 开关来选择热电偶或热电阻的类型，接线方式，测量单位 和开路故障的方向。 （3）通讯扩展模块除了 cpu 集成通讯口外，s7-200 还可以通过通讯扩展 模块连接成更大的网络。s7-200 系列目前有两种通讯扩展模块：profibus-dp 扩展从站模块（em277）和 as-i 接口扩展模块（cp243-2）。 s7-200 系列 plc 输入/输出扩展模块的主要技术性能如表 2-6 所示。 表 2-6s7-200 系列 plc 输入/输出扩展模块的主要技术性能 类型数字量扩展模块模拟量扩展模块 型号 e m22 em22 2 em223em231em232em235 本科毕业设计（论文）通过答辩 17 1 输入点8无4/8/163无3 输出点无84/8/16无21 隔离组点数824无无无 输入电压 d c24 v dc24v 输出电压 dc24 v 或 ac24-230 v dc24v 或 ac24-230v a/d 转换时 间 250 s 250 s 分辨率 12bit a/d 转换 电压： 12bit 电流： 11bit 12bit a/d 转换 2.32.3 主要参数的设定主要参数的设定 直线工作台面尺寸 （长宽高） ：100080040； 纵向工作行程为 150mm，横向工作行程为 150mm，垂直方向的工作行程为 150mm。光杠的最大距离根据夹具的尺寸确定。 工作进给速度为 1-1500mm/min，快速进给速度 12m/min 进给运动的总阻力 f 传动精度初步为 0.1mm-0.5mm 测量工件的尺寸大小最大体积（120mm120mm120mm） 最小高度为 20mm 3.3.三坐标测量进给系统的设计计算三坐标测量进给系统的设计计算 3.13.1 进给系统电动机的容量的选择进给系统电动机的容量的选择 3.1.13.1.1 电动机容量的选择原则电动机容量的选择原则 本科毕业设计（论文）通过答辩 18 在机电传动系统中选择一台合适的电动机是极为重要的。电动机的选择主要 是容量的选择， 如果电动机的容量选小了， 一方面不能充分发挥机械设备的能力， 使生产效率降低，另一方面电动机经常在过载下运行，会使它过早损坏，同时还 可能出现启动困难、经受不起冲击负载等故障。 选择电动机应根据以下三项基本原则进行。 （1）发热：电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高工作温度等于或略 小于电机允许的最高工作温度。 （2）过载能力：电动机再运行时，必须具有一定的过载能力。特别是在短期 工作时，由于电动机的