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4327机电一体化实训系统冲压单元【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,机电,电机,一体化,系统,冲压,单元,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩

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业 设 计 题 目 机电一体化实训系统冲压单元 动力驱动设计 英文题目 院 系 机械与材料工程学院 专 业 机械设 计制造及其自动化 姓 名 石建军 年 级 机材 指导教师 赖飞云 零一二年六月 科生毕业论文（设计）独创性声明 本人声明所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文中没有抄袭他人研究成果和伪造数据等行为。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 论文（设计）作者签名： 日期： 本科生毕业论文（设计）使用授权声明 九江学院有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权九江学院可以将本科毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复印手段保存、汇编毕业论文（设计）。 论文（设计）作者签名： 日期： 指 导 教 师 签 名： 日期： 要 随着社会生产水平的提高 ,生产规模的扩大 ,机电一体化冲压单元 在 生产过程中越来越重要。为了提高生产率， 各企业 都在尽可能多地应用机电一体化冲压单元 。它通过计算机系统的 智能检测及 集成控制 ,大大提高了劳动生产力 ,降低了操作人员的劳动强度 ,加快了物料 冲压 ,为企业 节省了大量的劳力和时间 , 在国民经济中发挥了巨大的作用。 典型的自动化生产线上的机电一体化系统冲压单元的 设计包括：动力与驱动设计、结构与外型设计、机械手与运动设计、接口电路设计和 制系统设计等部分。其中，冲压单元的结构与外型设计，是设计在较小的空间内设计出结构合理、工作安全的冲压单元；机械手的设计，要求结构简单，工作可靠，定位准确；动力驱动的设计，是设计机械手在整个运动过程中的动力；接口电路设计，是设计整个系统中的电气接口、各种传感器与 接口及整个系统的布线设计； 制系统的设计，是设计 过对传感器采集到的信号的运算，根据运算结果控制各个运动执行部件。 本课题主要是研究基于机电一体化实训 系统冲压单元中的动力驱动的设计。其中动力驱动装置主要是驱动机械手的运动，分别是水平方向通过步进电机驱动滚珠丝杠在横轴方向的前后运动，还有气压缸驱动的能在水平方向上前后运动的机械手运动 。通过机械手三个自由度的运动可以完成货物的自动冲压。 【 关键词 】 机电一体化；实训系统；冲压单元；动力驱动；步进电机；步进电机驱动器；空气压缩机；气缸 of of of a in In to it in It an up of in a in of a in a LC of is to a a in a of of is to of in of is to of V LC of LC is to of is of on is to of to in to of of of be 【 录 前言 1 第一章 绪论 2 题的来源 2 题研究的目的及意义 2 题研究内容 2 第二章 步进电动机的驱动设计 6 珠丝杠螺母副的计算设计 6 珠丝杠螺母副的组成及特点 6 珠丝杠副的计算与选型 7 进电动机 11 进电动机的分类 12 择步进电动机时的注意事项 12 进电动机的选型 13 2. 3 横轴步进电机的选用 13 进电动机驱动器的选型 17 2动器的特点 18 2动器的 接线示意图 及引脚功能 19 第三章 气压驱动设计 23 压驱动简介 23 压传动系统的组成 23 压传动系统的特点 24 源装置的选用 25 气压缩机的分类 25 气压缩机的选用 26 源净化装置 28 动管道设计 29 动执行元件 30 动辅助元件 40 结论 42 参考文献 43 谢辞 45 1 前 言 随着社会生产水平的提高 ,生产规模的扩大 ，机电一体化冲压单元 在 生产过程中越来越重要。为了提高生产率， 各企业 都在尽可能多地应用机电一体化冲压单元 。它通过计算机系统的 智能检测及 集成控制 ,大大提高了劳动生产力 ,降低了操作人员的劳动强度 ,加快了物料 冲压 ,为企业 节省了大量的劳力和时间 , 在国民 经济中发挥了巨大的作用。 典型的机电一体化系统冲压单元的设计包括：动力与驱动设计、结构与外型设计、机械手与运动设计、接口电路设计和 制系统设计等部分。其中，冲压单元的结构与外型设计，是设计在较小的空间内设计出结构合理、工作安全的冲压单元；机械手的设计，要求结构简单，工作可靠，定位准确；动力驱动的设计，是设计机械手及上料单元等在整个运动过程中的动力；接口电路设计，是设计整个系统中的电气接口、各种传感器与 接口及整个系统的布线设计；制系统的设计，是设计 过对传感器采集到的信号的运算，并 根据运算结果控制各个执行部件。 动力驱动装置主要是驱动机械手、上料单元和冲压单元部分的运动，机械手 的运动分别是水平方向通过步进电机驱动滚珠丝杠在横轴方向的前后 运动，还有气压驱动的能在竖直方向上做伸缩运动、在水平方向做的夹紧运动 ，此外有做伸缩运动的上料汽缸以及在竖直方向运动的小车定位汽缸 。通过机械手三个方向的运动可以完成货物的自动装配及冲压。 该系统是基于机电一体化实训系统冲压单元设计的，采用步进电机驱动器控制步进电机的运动， 由 生驱动脉冲信号 ,控制步进电机以一定的转速向某一方向产生一定的转动角度。 步 进电机可以满足 很多工业控制设备对位移和角度的控制精度较高 的 要求 , 可精确实现所设定的角度和转数。本设计主要是运用 步进电机驱动器 控制 两 相步进电机系统 ,气动技术具有一系列显著优点，在工业生产中得到越来越广泛的应用，已成为自动化不可缺少的重要手段。进入 90 年代后，气动技术更突破传统死区，经历着飞跃性进展。气动机械手的特点是以空气作为动力传递介质 ,以气缸、气马达或其它气动装置作为传动机构。 该系统将这两种动力驱动集成用计算机 制，从而实现整个系统的自动高效运作。 2 第一章 绪 论 机电一体化产品设计的基本原理和关键技术同相关技术进行有机的组织和综合，提高了独立自主开发机电一体化产品的能力，填补了企业产品的空白，并推动了本企业的技术进步和发展。 随着 现代 社会生产水平的提高 ,生产规模的扩大 ,机电一体化冲压单元 在 生产过程中越来越重要 【 1】 。 题的来源 随着 现代科技的发展和技术的不断进步，越来越多的新技术应用到生产中去，极大地推动着 社会生产水平的提高 ，生产规模的进一步扩大，机电一体化冲压单元越来越多地在很多企业建立起来。 机电一体化系统不但要求 驱动效率高、反应速度快，而且要求对环境适应性强、可靠性高，维修和回收。动力驱动系统为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力驱动系统包括电、液、气等动力源 【 2】 。 动力驱动技术包括电动 、 气动 、液压等直接执行操作技术，对产品的质量产生直接的影响 。 目前，机电一体化产品 对电动机 、 液压马达 、 气马达等动力驱动元件的精度 、 可靠性要求更高，响应速度要求更快 。 伺服驱动技术的发展，得以使机电转换件具有高精度 、 高可靠性和快的响应速度，使直流伺服电机具有较高的分辨率和灵敏性等 【 3】 。 不仅实现了更 精确的控制，而且还极大地提高了整个机电一体化实训系统冲压单元的工作效率。 题研究的目的及意义 该课题研究的主要目标是机电一体化系统冲压单元的动力驱动的选择与设计，是机电一体化冲压系统设计的重要一环 , 直接影响着货物的冲压效率和整个自动化生产线的效率。通过用 个自动化生产线采用计算机控制。在步进电机驱动器控制的步进电动机中采用滚珠丝杠传动可实现机械手起动和停止的准确无误，满足高速精确运行的要求 【 2】 。通过对冲压模型的研究，为实际生产车间的冲压系 统的设计和机电一体化系统中的冲压单元的改进设计奠定了一定的理论基础。 题研究内容 3 机电一体化冲压单元系统是柔性制造系统（ 一部分，柔性制造系统在当今自动化工厂中应用广泛，生产效率高，经济效益好，有很大的发展前途。在基于机电一体化冲压单元实训系统的研究中，有利于加深对柔性制造系统的认识，同时为实际系统的使用奠定了理论基础。 机电一体化冲压单元实训系统的设计主要有以下几部分：动力与驱动设计、结构与外型设计、机械手与运动设计、接口电路设计和 冲压单元的整体结构如图 1 图 1压单元整体结构图 其中，冲压单元的结构与外型设计，是设计在较小的空间内设计出结构合理、工作安全的冲压单元；机械手的设计，要求结构简单，工作可靠，定位准确；动力驱动的设计，是设计机械手在整个运动过程中的动力；接口电路设计，是设计 4 整个系统中的电气接口、各种传感器与 设计 据运算结果控制各个运动执行部件。 该冲压单元的工作过程如下： 本单元有一台步进电机与步进电机驱动器、一个 个电源模 块。本单元的功能是将工件由皮带线上的小车中抓取至工作台上，再由汽缸将工件送至冲压汽缸下，冲压工件，冲压后将工件送至机械手下方，机械手运行到工件检测传感器处进行检测，如检测到钢珠则将工件送至达皮带线上的小车中，进行下一工序。 具体步骤： 1 复位 2 小车检测传感器检测到小车、小车定位、汽缸定位 3 机械手左行至小车上方 4 机械手下降、抓取工件、机械手复位 机械手左行至工作台上方 5 机械手下降、放下工件、机械手复位 6 上料汽缸动作、将工件送至冲压汽缸下方 7 工件检测一 传感器 检测到工件、冲压汽缸冲压 8 冲压汽缸复位、上料汽缸复位 9 机械手下降、抓取工件、机械手复位 10 机械手左行至工件检测二传感器上方 11 机械手下降、工件检测二传感器检测工件 12 如加工不合格则报警灯报警、如加工合格报警灯不报警 13 机械手复位、机械手右行至小车上方 14 机械手下降、松开抓手、将工件放到小车上 15 机械手复位、小车定位 汽缸复位 16 小车运行至下一单元 以上是机械手动作，当完成后，流水线上的工件将移至存储单元。至此，整个机构的一个完整动作就完成了。 5 机电一体化广泛地综合了机械 、 微电子 、 自动控制 、 信息 、 传 感测试 、 电力电子 、 接口 、 信号变换和软件编程等技术，并将这些技术有机的结合成一体，它是当今世界机械工业技术和产品发展的潮流 。 随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化冲压单元动力驱动设备朝着高精度、高灵敏度、高可靠性、系统化以及轻量化、微型化方向发展。 6 第二章 步进电动机的驱动设计 机械手在空间有三个自 由度。其中，在水平 (X 和 Y)方向上的运动，主要是完成机械手的运动控制，对定位有一定的精度要求。所以选择结构简单、使用维护方便、可靠性高、制造成本低的步进电动机传动的开环控制系统可满足使用要求，与交流电机相比可使整个系统大大简化。 步进电动机在 横轴 方向的传动通过滚珠丝杠螺母副，将步进电动机的旋转运动转换为机械手在 X 方向的直线运动，步进电动机通过步进电动机驱动器控制。 珠丝杠螺母副的计算设计 滚珠丝杠螺母副是一种新型的螺旋传动机构，是在丝杠和螺母的滚道之间装有中间传动元件 滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦 ，其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。 珠丝杠螺母副的组成及特点 图 2珠丝杠螺母副构成原理 图 2滚珠丝杠螺母副机构组成示意图，从图可知，它由螺母，滚珠，反向器和丝杠等四部分组成。当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为了防止滚珠从滚道端面掉出，在螺母的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠流动的闭合通路。 滚珠丝杠螺母副与滑动丝杠副或其他直线运动副相比，具有下列特点： （ 1）传动效率高。一般滚珠丝杠螺母副 的传动效率高达 滑动丝杠副的 3 4 倍。 7 （ 2）传动精度高，刚度好。丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙产生过盈。 （ 3）定位精度和重复定位精度高。由于滚珠丝杠螺母副摩擦小，温升少，因此可达到较高的定位精度和重复定位精度。 （ 4）运动平稳。滚动摩擦系数几乎与运动速度无关，动静摩擦力之差极小，启动时无冲击，低速时无爬行，保证了运动的平稳性。 （ 5）使用寿命长。滚珠丝杠螺母副的摩擦表面硬度高（ 58 62精度高，具有较长的工作寿命和精度特性。寿命为滑动丝杠的 4 10 倍。 （ 6）可靠性高 。润滑密封装置结构简单，维修方便。 （ 7）不能自锁，有可逆性。即能将旋转运动转换为直线运动，也能将直线运动转换为旋转运动，可满足一些特殊要求的传动场合，但用于垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。 （ 8）制造工艺复杂。滚珠丝杠和螺母等零件加工精度，表面粗糙度要求高，制造成本高。 珠丝杠副的计算与选型 横轴滚珠丝杠副的计算与选型 1 求计算载荷 c= （ 2 式中， 表 2取； 表 2取； 表 2取； N）为平均工作载荷。 表 2荷系数 载荷性质 平稳无冲击 轻微冲击 较大冲击和振动 2度系数 滚道硬度 58 55 50 45 40 2度系数 精度等级 C， D E， F G H 据实训系统冲压单元工作条件，取平均工作载荷 0N，查表 2 8 表 2 定滚珠丝杠为 E 级精度，查表 2 则计算载荷 50N=66N 2 计算所要求的额定动载荷 = 067.1 n L（ 2 式中， 计算载荷， 滚珠丝杠平均转速， （ h）为滚珠丝杠预期的使用寿命。 根据实训系统冲压单元工作条件， 设机械手在承受最大载荷时的进给速度 =800mm/选丝杠导程 此时丝杠平均转速 /00r/滚珠丝杠的使用寿命 15000h，代入上式 = 067.1 n L=（ 663 500200 ） N= 3 根据 从滚珠丝杠副系列中选取所需要的规格型号 设选用 号系列，按照所选丝杠副的额定动载荷 应大于或等于 原则，查表 2出合用的滚珠丝杠型号规格为 其公称直径为20程为 4珠直径为 环滚珠为 1 列，精度等级取 E 级，额定动载荷为 5393N，大于 ，满足要求。 表 2江机床厂 滚珠丝杠 滚珠丝杠 系列代号 滚珠丝杠尺 寸 /环列数额定载荷 公称直径 导程 滚珠直径 动载荷 静载荷 D0 l0 d0 jk 0a 0 4 393 12651 630 18241 2005 0493 22850 5 4 982 16083 610 23340 25051670 28538 610 23340 2 4 668 20692 0 5 0689 29911 32052945 37364 0689 29911 1670 37658 续 表 2珠丝杠 滚珠丝杠尺寸 /环列数 额定载荷 9 系列代号 公称直径 导程 滚珠直径 动载荷 静载荷 D0 l0 d0 jk 0a 40051183 75317 6083 46779 0202 55213 0 0303 73062 40105017 146418 50060 6 1379 72277 2556 69825 0 3638 93166 50100999 186234 2 5308 114055 63083 8 9715 110034 0 6776 118174 63106785 236446 2 0113 145437 4 核验稳定性 对于一端轴向固定的长丝杠，为了避免在工作中失去稳定性，必须限制其载荷，在设计时应核验丝杠的安全系数 S，其值应大于丝杠的许用安全系数 S（见表 2 表 2定性系数 支承方式 一端固定，一端自由 一端固定，一端游动 两端固定 安全系数 S 3 4 长度系数 2 32 S （ 2 式中， 按下式计算： 22 （ 2 式中： E 丝杠材料的弹性模量，对于钢 E=105 l 丝杠工作长度， m； I 丝杠危险截面的轴惯性矩，64I ， 长度系数，见表 2 10 取弹 性模量 E=105度系数 =1，丝杠小径 滚珠丝杠轴惯性矩 64I = 44 = 10 81122m a x 安全系数 8 7 4 4mm a x S 可知丝杠是安全的，稳定性合乎要求。 5 核验刚度 滚珠丝杠在轴向工作负载和扭矩的共同作用下，将产生拉压变形和扭 转变形，从而影响到丝杠导程的变化，为此，应核验其导程的变形量是否超出对丝杠的传动精度要求。 每个导程的变形量 按下式计算： （ 2 式中： A 丝杠截面积， 21A， 丝杠的极惯性矩， 41c J， G 丝杠的剪切弹性模量，对于钢 G=05 T 丝杠扭矩， Nm； 由 计算丝杠工作长度上的导程误差 L，判断其是否满足传动精度的要求。 00（ 2 对于低速传动滚珠丝杠（ n 10r/可以只按额定静载荷计算。 计算转矩 ta m 2 式中 为摩擦角 ， 其正切函数值为摩擦系数 f， 若取摩擦系数 f=则可得 =356 。 11 a o 按最不利情况计算导程误差，每个导程的变形量为： 200 杠的导程误差 L 应小于其传动精度的 1/2，即 符合要求。 经上述计算验证，所选 丝杠各项性能均符合使用要求，可用。 进电动机简介 步进电机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度 (称为步距角 )一步一步运行的，其特点是没有积累误差，已广泛应用于各种开环控制， 12 步进电机的运行要有一电子装置进行驱动这种装置就是步进电机的驱动 器，是把控制系统发出的脉冲信号转换为步进电机的角位移，控制系统发出一个脉冲信号，通过驱动器使步进电机旋转一步距角，步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比 ,所以控制步进脉冲信号的频率就可以对电机精确的调速，控制步进脉冲的个数，以对电机精确定位。 进电动机的分类 步进电动机的种类很多，按其运动的方式可分为旋转式步进电动机和直线式步进电动机；按其输出转矩的大小可分为快速步进电动机（小转矩）和功率步进电动机（低转速）；按其励磁绕组的相数可分为两相、三相、四相、五相和六相步进电动机；按其工作原理可分为反应 式（磁阻式）、永磁式和混合式（永磁感应式）步进电动机 【 10】 。 反应式步进电动机的定子和转子不含永久磁铁，定子上绕有一定数量的绕组线圈，线圈轮流通电时，便产生一个旋转的磁场，吸引转子一步一步地转动。绕组线圈一旦断电，磁场即消失，所以反应式步进电动机掉电后不自锁。此类电动机结构简单、材料成本低、驱动容易，定子和转子加工方便，步距角可以做的较小，但动态性能差一些，容易出现低频振荡现象，电动机温升较高。 永磁式步进电动机的转子由永久磁钢制成，定子上的绕组线圈在换相通电时，不需要太大的电流，绕组断电时具有自锁能力。 这种电动机的特点是动态性能好、输出转矩大、驱动电流小、电动机不易发热，但制造成本高。由于转子受磁钢加工的限制，因而步距角较大，与之配套的驱动电源一般要求具有细分功能。 混合式（永磁感应式）步进电动机的转子上嵌有永久磁钢，可以说是永磁型，但是从定子和转子的导磁体来看，又和反应式相似，所以是永磁式和反应式相结合的一种形式，故称为混合式。该类电动机的特点是输出转矩大、动态性能好、步距角小、驱动电源电流小、功耗低，但结构稍复杂，成本相对较高。因为混合式步进电动机的性能 /价格比较高，所以目前得到了广泛的应用。 择步进电动机时的注意事项 1. 选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠 【 6】 。在实际工作过程中，各种频率 13 下的负载转矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静转矩载转矩大。 2. 选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是 可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。 3. 选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和系统要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足系统快速移动的需要 【 1】 。 进电动机的选型 由于该机械手工作时的载荷较小，且工作过程中仅仅完成工件的抓取和放下，不需要精确的定位，故而可以采用将步进电动机的输出轴直接与滚珠丝杠通过刚性联轴器联结起来。 横轴步进电机的选型 0 20长 L 800程 料密度 3310 /kg ；移动部件总重力 G=50N。算得各个零部件的转动惯量如下： 滚珠丝杠的转动惯量2 482R （ 2 式中 材料密度，单位为 3/kg 圆柱体质量，单位为 D 圆柱体直径，单位为 L 圆柱体长度， 单位为 42 32kg kg 移动部件折算到丝杠上的转动惯量wJ02 （ 2 14 式中 工作台的质量，单位为 0l 丝杠导程，单位为 wJ02 = kg 根据使用要求，初选步进电动机的型号为 距角 子的转动惯量 则加在步进电动机转轴 上的总的转动惯量为： e q m s J J kg （ 2 快速空载起动时电动机转轴所受的负载转矩11 m a x 0e q a T T （ 2 式中 快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位为 ； 移动部件移动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，单位为 ； 0T 滚 珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，单位为 。 可知，1部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加转矩0T。因 为滚珠丝杠传动效率很高，根据式 2000 12 J （ 2 式中 滚珠丝杠的预紧力，一般取滚珠丝杠工作载荷，单位为 N； 15 0 滚珠丝杠未预紧时的传动效率，一般 取0 。 可知，0以忽略不计。则有： 1 m a a T（ 2 根据式 m a e q ma e q （ 2 式中 步进电动机转轴上的总转动惯量，单位为 2kg m ； 电动机转轴的角加速度，单位为 2/s ； 电动机的转速，单位为 / 电动机加速所用时间，单位为 s，一般在 间。 考虑传动链的总效率 ，计算快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩： 2 160eq （ 2 其中 式中 空载最快移动速度，根据要求取 1500mm/ 步进电动机步距角，预选电动机为 ； 脉冲当量， 冲。 将以上各值代入 ，算得750r/ 设步进电动机由静止到加速至动链总效率 由式2 160eq 求得： 5 0101 8 8 m a x m 移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为： 16 2 0（ 2 式中 导轨的摩擦因数，滚动导轨取 传动链总效率，取 则由上式，可得： 02 2 N最后由式1 m a a T，求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩：1 m a a T 2）最大负载工作状态下的电动机转轴所承受的负载转矩2t T T （ 2 由上式可知，2部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩0T，相对于以忽略不计。则有： 2eq t T（ 2 其中，折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩计算。已知沿着丝杠轴线方向的最大进给载荷50N，则有： 0 4 5 0 移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩： 0 0 0 4 最后由式 2eq t T，求得最大工作状态下电动机转轴所承受的负载转矩为：2eq t T 17 经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩应为： 12m a x ,e q e q e T 3 步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输 入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本例中安全系数取 S 3，则步进电动机的最大静转矩应满足： 5 5 5 1 a x 上述初选的步进电动机型号为 得该型号步进电动机的最大静转矩 见满足要求。 4. 步进电动机的性能校核 1）最快工进速度时电动机输出转矩校核 该机械手最快工进速度m a x 8 0 0 / m i nf ，脉冲当量 冲，由式 m 0 求出电动机对应的运行频率 m 0 1333 在此频率下， 动机的输出转矩，大于快速空载起动时的负载转矩2，满足使用要求。 2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 给定的最快空载移动速度 1500mm/出电动机对应的运行频率0f 2500此频率下，电动机的输出转矩 ，大于快速空载起动时的负载转矩1，满足要求。 根据使用条件， 横 轴导轨采用铬轴承钢 料的燕尾槽导轨，联轴器选用 轴器1020 32121 进电动机驱动器的选型 根据机械手的运动特性和步进电动机的特点，选择与之相匹配的 18 角度恒力矩细分型驱动器，驱动电压 配 6 或 8 出线电流在 6A 以下，外径 57各种型号的二相混合式步进电机。 该产品广 泛应用于雕刻机、激光打标、激光内雕机等分辨率较高的小型数控设备上。 2动器的特点 1. 高性能、低价格 2. 采用独特的控制电路 3. 设有 12/8 档等角度恒力矩细分，最高 200 细分 4. 最高反应频率可达 200. 步进脉冲停止超过 100，线圈电流自动减半 6. 双极恒流斩波方式 7. 光电隔离信号输入输出 8. 驱动电流从 到 6A/相连续可调 9. 单电源输入，电压范围： 图 2进 电机工作设定图 19 图 2入信号波形时序图 2动器的 接线示意图 及引脚功能 步进电动机驱动器接收来自上位机或是 出的脉冲控指令，包括脉冲信号的方向和脉冲信号的接通与断开。然后经过内部电路的处理 把控制系统发出的脉冲信号转换为步进电机的角位移，控制系统发出一个脉冲信号，通过驱动器使步进电机旋转一步距角，步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比 ,所以控制步进脉冲信号的频率就可以对电机精确的调速，控制步进脉冲的个数，以对电机精确定位， 驱动步进电动机运行。 20 图 2动器接线示意图 注： 1、千万不要将电源接反，输入电压不要超过 2、输入控制信号电平为 5V，当高于 5V 时需要接限流电阻。 3、此型号驱动器由于采用特殊的控制电路，故必须使用 6 出线或 8 出线电机。 4、驱动器温度超过 70 度时，驱动器停止工作，故障 示 灯亮，直到驱动器温度降到 50 度，驱动器自动恢复工作。出现过热保护请加装散热器。 5、过流（负载短路）故障指示灯 ，请检查电机接线及其他短路故障，排除后需要重新上电恢复。 6、欠压（电压小于 故障指示灯 。 21 表 2动器 引脚功能说明 标记符号 功 能 注 释 作指示灯 号有效时，绿色指示灯亮 障指示灯 过热保护时红色发光管点亮 机线圈电流设定电位器 调整电机相电流，逆时针减小，顺时针增大 + 输入信号光电隔离正端 接 +5+524V 均可驱动，高于 +5V 需接限流电阻，请参见输入信号。 4=U 为步进脉冲信号 下降沿有效，每当脉冲由高变低时电机走一步。输入电阻220，要求：低电平 0 电平 4 5V，脉冲宽度大于 4=U 为正向步进脉冲信号 + 输入信号光电隔离正端 接 +5V 供电电源， +524V 均可驱动，高于 +5V 需接限流电阻，请参见输入信号。 4=用于改变电机转向。输入电阻 220，要求：低电平 0 电平 4 5V，脉冲宽度大于 4=R 为反向步进脉冲信号 + 输入信号光电隔离正端 接 +5+524V 均可驱动，高于 +5V 需接限流电阻，请参见输入信号。 机释放信号 有效（低电平）时关断电机线圈电流，驱动器停止工作，电机处于自由状态 + 原点输出光电隔离正端 电机线圈通电位于原点置为有效（ B,电）；光电隔离输出（高电平） 点输出信号光电光电隔离负端 +端接输出信号限流电阻， 大驱动电流50高电压 50V。 22 步进电动机驱动的设计在整个冲压单元动力驱动设计中占有很重要的地位，本章主要介绍了滚珠丝杠、步进电机及步进电机驱动器的选用。在步进电机驱动器控制的步进电机中采用滚珠丝杠来传动可实现机械手起动和毕 业 设 计 外 文 文 献 翻 译 毕业设计题目 机电一体化实训系统冲压 单元 动力驱动 机电一体化实训系统装配单元 动力驱动设计 设计 翻译题目 to on 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 石建军 班 级 机 材 号 10806020106 指导教师 赖飞云 机械与材料工程学院 二 零一 一 年十一 月 关于自我优化的机电一体化系统 1 机电一体化是与机械，电子和信息技术 组合 的系统有关的工程学科。机电一体化作为机械 工程 和电子的混合已经 在 40 年前被日本公司发明了。 今天 机电一体化是结合工程学，特别是传感器和 传 动器技术 领 域 采用了 很 多 先进的技术 和 计算机 技术 。机电一体化系统的典型 的例子是汽车应用，即先进的制动系统， 自动驾驶 或者活性悬浮液技术， 以及 放器 或者洗衣机。 机电一体化系统被描绘通过一定数量的 传 动器和传感器与一个处理器监控的基本的机械部件的组合。这导致在产品性能和灵活性 上 的巨 大 改善。机电一体化把按照惯例被设计的机械组成部分变成机械，电子和信息 的 综合。 今天，我们看在机电一体化系统的下一代的诞生的第一步。在行为的 “智能 ”方面 通过从一个唯一机器收集信息 (和起反应 )， 使用 信息将为在机器之间的信息交换 替代 。 这在汽车和路轨领域能已经 实现 ： 智能 的光线系统 可以与 其他汽车收集的那些从 他们自己的传感器获得的环境 检测的 信息 相结合 。在 帕徳博恩 铁路系统 汽车可以 自 动 地减少空气阻力并且优选能源消耗。 一般来说，今天的机电一体化系统将变成巧妙的设备 的 “人口集合化 ”，交换信息 来 优选他们的全球性行为并且 尽 可能争夺有限的资金。先进的机电一体化系统 有望 通过建立地方和全球性网络提高他们的 自动化 功能 ，这将会 比今天的系统更加 智能 。 在计算机科学 方面 的几个学科 都 受 到 这变动的影响。对于 现在的 信息可靠和安全传输 等 网络技术和密码学区域被质询。当前在软件的自 身 发展 中 已经在这个方向 迈出了一 小步。 除未来机电一体化系统给软件工 程将带来的挑战之外，也有在当前系统设计的很多未解决的问题。当机电一体化系统的确 通过 合并 不同的工程学科和计算机技术 时，实际合作在 构建 时是欠发达的 。没有联合开发过程，没有联合工具用法，没有塑造形式主义和联合分析的联接 。每个学科有它自己的方法 ; 构建 机电一体化系统 并没有 一个联合框架。 1 作者： 自： 008 英文原文： to on is of as a of 0 by a is an a of in of or or by a of a it a of to in of as a of we in of of in so by to of in be by an of be in by In as to In of s of as as to s by of to in by of of in in In to to a of in of by is is no no no no an of is 本科毕业设计文献综述 机电一体化实训系统冲压 单元 动力驱动设计 学 生：石建军 学 号： 10806020106 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机 指导教师：赖飞云 机械与材料工程学院 二 O 一一年十一 月 文献综述 前言 “ 机电一体化 ” 是微电子技术向机械工业渗透过程逐渐形成的一个较新概念，是各相关技术有机结合的一种新形式 。 机电一体化概念始于 70 年代，是根据英文械学）的前半部分和 子学）的后半部分而构成的，即 80 年代由美国机械工程协会专家组定义为：“由计算机信息网络协调控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统”。 机电一体化技术，是由微电子技术、计算机技术、伺服传动技术与机械技术相结合的综合性技术，是微电子技术、计算机技术向机械技术不断渗透的产物。 本文主要就“机电一体化实训系统冲压 单元 动力驱动设计”方面加以简 要论述。 该课题研究的主要目标是机电一 体 化实训系统冲压 单元动力驱动的设计，是机电一体化系统设计的重要一环。通过对实训系统运行情况的研究，便于我们学好机电一体化系统，并为实际生产中机电一体化系统的设计奠定一定的理论基础。 参考文献主要是关于机电一体化系统设计，尤其是与动力驱动方面有关的文献。 正文 70 年代初日本学者率先提出机电一体化（ 这一概念，至今已经历了 38 年的发展历史，其内涵随着科学技术不断丰富和进步，特别是进入科技日新月异的 21 世纪，人们对机电一体化产品的设计柔性 、 工作可靠性 、 工 作性能提出了更高的要求，而相关技术和学科，例如计算机技术 、 传感技术 、 技术 、 网络技术 、 控制技术等的发展，为机电一体化系统提供了更为广阔的应用前景，尤其是微电子 、 信息 、 材料和集成技术的飞速发展，产品结构也发生了革命性的变化，传统机械产品正向智能化 、 网络化 、 模块化 、 微型化 、 柔性化概念演变 。 机电一体化已经成为一门新兴的交叉学科技术，它涉及到机械设计与制造技术 、 传感技术 、 信息处理技术 、 伺服技术 、 接口技术 、 控制技术等关键技术 。 21 世纪，机电一体化设计成为系统（产品） 设计的主流概念，已经并将继续发挥重要的作用 。 作为机电一体化系统（产品） 的设计师，不但要掌握先进的机电一体化技术，而且更重要的是如何在设计中充分展现现代机电一体化技术的最新成果，也就是要跟上机电一体化设计技术的发展，不断更新自己的知识结构，机电一体化系统所具有的学科交叉性 、 集成性 、 融合性 、 复杂性给设计师提出了更高的要求，产品设计问题已经不再是以往 的单纯的机械设计问题 。 现代工程机械正处在一个机电一体化的发展时代。引入机电一体化技术，使机械、液压技术和电子控制技术等有机的结合，可以极大地提高了工程机械的各 种性能，如动力性、燃油经济性、可靠性、安全性、操作舒适性以及作业精度、作业效率、使用寿命等。目前以微机或微处理器为核心的电子控制装置 (系统 )在现代工程机械中的应用已相当普及，电子控制技术已深人到工程机械的许多领域。 现代工程施工要求工程机械具有以下性能：生产效率且能量损失小，节约能源；自动化程度高，施工质量好，精度高；性能稳定，工作可靠，安全，使用寿命长；具有较好的经济性，即高的技术价格比和低的制造与使用成本；操作简单、轻便，劳动强度低，驾驶员的工作条件好；具有运行状态监视，故障自诊及自动报警功能，