工业CT硬件设备设计方案

工业CT硬件设备设计方案3.1 平台的设计3.1.1 对平台的设计要求在本论文中，我们对设备的设计要求为：X轴（水平方向）有限行程：200mmZ轴（竖直方向）有限行程：200mmY轴有效行程：200mmR轴：360度3.1.2 设计的总体构思我们考虑到设备的负载、速度与精度要求，Z轴采用升降方式，XY 轴采用丝杠传动方式，以及光栅尺对工作台进行检测反馈，实现闭环控制，进行精度补偿，从而使设备行走与定位达到精度要求。3.1.3 设计简图设计简图如下：图3.1 工业CT平台设计简图3.1.4 平台主要部件基座整体设备金属平台作为基座。滚珠丝杠滚珠丝杠作为关键的传动元件，不同等级的丝杠的选择，会影响整个机构的工作效果与精度，根据设备精度要求，我们选择0.023mm/300mm的导程精度。因此，滚珠丝杠的精度等级选择为 C5 级，由于机械安装时会产生一定的误差，完全可以满足您的精度要求根据实际应用平台速度为最高 10m/min。因此滚珠丝杠的导程为5mm。轴承根据平台的受力情况，我们选用成对角接触轴承。成对安装角接触球轴承可以承受以径向载荷为主的径向、轴向的双向联合载荷。如果串联使用只能承受一个反向的轴向载荷，其他的两种配置可以承受来自任一方向的载荷。此类型的轴承由生产厂商选配并组合成对提交用户，安装后有套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，从而提高了整组轴承作为单个支承旋转精度和刚性。 锁紧装置精密轴承在轴上轴向定位的锁紧装置必须制造的非常精确。带有锁紧垫圈的常规锁紧不完全适用于精密轴承。因为螺纹与支撑面有很大的制造公差，可能导致轴变形和旋转轴变化。为了保证平台的旋转精度，所以应该选择精度高、易于拆卸的锁紧装置。如下图：图3.2 紧锁锁母此锁紧锁母在内圈周边提供高精度的均匀支撑，在重预压负荷下可以防止轴变形，三点铜锁紧销可以将锁母精确的定位，使锁母与轴垂直，锁紧销还可以用来调整即将安装到轴上的其它部件的不精确或偏差。 联轴器 为了保证电机驱动以及丝杠的回转误差不影响平台的直线度精度，所以一方面尽可能提高导轨的刚度，同时在电机与丝杠之间的连接处选用具有高扭矩刚性的无间隙梅花弹性体联轴器。如下图：图3.3 联轴器示意图该联轴器可能保证在驱动方向上具有极高的刚度，而在其他方向的刚度很小。也就是说在保证驱动力或驱动力矩的同时，其他方向的任何干扰力或干扰力矩不会影响最终的导轨直线度，从而保证了直线导轨的最终工作直线度。 平台材质的选择由于设备要求精度高、行程小、负载轻。为了便于加工所以我们选用超硬铝作为结构材料。超硬铝产品，具有强度高、重量轻、耐腐性强、易加工、装配方便、外形美观、经久耐用的特点。铝合金的机械性能：抗拉强度524Mpa，0.2%屈服强455Mpa：伸长率11%，弹性模量71E/Gpa，硬度150HB。 最终平台的确定A XY轴 l 根据此轴要求，我们选用进口高精度级别的丝杠以及P级导轨来保证精度的需要。 l 采用5毫米导程的丝杠,速度可以达到15m/min（按3000rpm伺服电机）。 l 平台加装英国renishaw 1微米的光栅（可选），并同时通过全闭环的精度补偿，可提升重复定位精度到5微米。 l 平台采用120毫米宽台面设计，采用双支撑来承载 直线电机平台以及切屑力，同时采用盖板结构对丝杠进行保护遮盖。 l 采用松下MSMA系列伺服。 B Z轴（前后方向平台设计） l 根据此轴要求，我们选用高精度级别的丝杠以及圆导轨支撑来保证精度的需要 l 采用5毫米导程的丝杠,速度可以达到15m/min（按3000rpm伺服电机）。 l 平台加装英国renishaw 1微米的光栅（可选）， l 采用松下MSMA系列伺服。 C 转台设计 l 采用蜗轮蜗杆结构，减速比180:1 ，稳定可靠。重复定位精度可达36角秒 l 平台配装英国renishaw圆光栅0.8角秒分辨率（可选），对精度进行补偿 l 采用松下MSMA系列伺服，满足高速需求 平台设计图如下：图3.4 运动平台解剖图3.2 四轴运动平台电气控制简介我们这个控制系统是由位置环、速度环、转矩环组成的一个典型的伺服控制系统，它具有响应速度快，精度高的特点。用四轴运动控制卡、伺服驱动器及配套的伺服电机来组成一个伺服电机系统，其中伺服电机有抱闸功能的，速度反馈运用伺服电机上本身自带增量式编码器，位置环反馈则运用了分辨率 1 微米的高精度雷尼绍光栅反馈系统。最上端是一个无光栅反馈的转台，此外，还配备了几个必要的辅助器件，比如 24V 开关电源、继电器、排风扇、开关按钮、设备插口等。我们设计了电气原理图，如下： 图3.5 电气原理示意图3.3 外围电控箱的操作3.3.1.电控箱前面板电控箱的前面板有三个按钮，其中左侧一个按钮是电源和控制器的总开关，中间一个是驱动器的开关。当按下第一个按钮控制器上电启动，同时接通排风扇和垂直轴抱闸电源，按下第二个按钮驱动器，因此，上电操作顺序应该是先按下第一个按钮在按下第二个按钮。另外，前面板上还有一个红色的急停按钮，用来给驱动器断电，以防突发状况。3.3.2.电控箱后面板后面板包括网线插口、电源插口以及每轴的光栅接口、电机编码器接口和电机接口等，这些按标识接好即可。3.4 伺服电机的选取选择伺服电机时，电机的选型需满足负载对转速、扭矩、功率的要求，根据对这三个指标的参数的计算，我们选择合适的电机，如下图：图3.6 MINAS A5系列交流伺服驱动器3.5