支撐目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)
支撐目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì),支撐,支持,目標(biāo),運(yùn)動(dòng),機(jī)構(gòu),技術(shù)設(shè)計(jì)
彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
開題報(bào)告
班級(jí)（學(xué)號(hào)）：機(jī)0405-21 姓名：吳勝裕
指導(dǎo)老師：張剛 督導(dǎo)老師：楊慶東
一、 綜述：
本課題設(shè)計(jì)的彈體支撐目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是為檢測(cè)導(dǎo)彈彈頭跟蹤系統(tǒng)安裝位置是否精確的檢測(cè)裝置和彈體或者單個(gè)彈頭提供安裝平臺(tái)。
彈體體支撐機(jī)構(gòu)為整彈體（或彈體頭）提供安裝固定條件，并要求能實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)要求，同時(shí)也要為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供安裝平臺(tái)；目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有伺服或步進(jìn)電機(jī)控制的小型轉(zhuǎn)臺(tái)和延長(zhǎng)支架組成，是目標(biāo)模擬器的安裝平臺(tái)，它要求能保證在測(cè)試過程中控制目標(biāo)模擬器延以繞彈體頭中心的弧線運(yùn)動(dòng)，確保目標(biāo)模擬器一直對(duì)正彈體頭中心。
二、 研究?jī)?nèi)容：
本課題為彈體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分，軟件方面主要是一些PCI運(yùn)動(dòng)控制卡的軟件及其操作界面的設(shè)計(jì)。
彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)安裝臺(tái)架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺(tái)，同時(shí)要求它們能夠方面分離，以便于進(jìn)行配置選擇。
彈體支撐機(jī)構(gòu)可為整個(gè)彈體或者單獨(dú)的彈體頭提供安裝和固定環(huán)境，并可提供手動(dòng)方式控制的 俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將通過伺服或者步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輕型轉(zhuǎn)臺(tái)及可調(diào)安裝支架來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)控制方式既可通過位置控制也可通過速度控制，安裝支架長(zhǎng)度可調(diào)，并提供目標(biāo)模擬器的安裝平面。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將接受測(cè)試仿真系統(tǒng)的控制，按其設(shè)定的位置和速度運(yùn)行；同時(shí)還需要設(shè)計(jì)控制目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的PCI運(yùn)動(dòng)控制卡和對(duì)應(yīng)的接口程序。
三、 實(shí)現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)：
本課題設(shè)計(jì)的彈體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)，總體上要求成本低，操作簡(jiǎn)單方便，可靠性好。在滿足功能要求的前提下，按盡可能使用、操作方便、制造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的總體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。總體方案包括彈體支撐機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和PCI控制卡軟件及其操作界面的編制。在設(shè)計(jì)中在大量運(yùn)用機(jī)械知識(shí)的同時(shí)，穿插了許多電子電路，軟件編制的知識(shí)，使得比傳統(tǒng)的機(jī)械有了很大的操作改觀。在設(shè)計(jì)過程中分兩個(gè)部分完成;硬件和軟件部分。
1、 硬件部分：
彈體支撐機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)的功能包括兩點(diǎn)：整彈體（或彈體頭）的手動(dòng)俯仰運(yùn)動(dòng)及其自身的手動(dòng)滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)是分開進(jìn)行的，滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只有在整彈體（或彈體頭）水平位置時(shí)進(jìn)行。俯仰運(yùn)動(dòng)初步?jīng)Q定用渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，主要克服的困難是使彈體（或彈體頭）在兩極端位置時(shí)不能移動(dòng)位置；滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)運(yùn)用杠桿原理按照指定要轉(zhuǎn)過的角度通過手動(dòng)直接扳動(dòng)彈體轉(zhuǎn)動(dòng)，主要考慮的是支撐體是點(diǎn)支撐還是面支撐，實(shí)現(xiàn)的難易程度。如下圖所示：
目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)模擬器的定位功能：目標(biāo)模擬器的安裝位置可以直接通過絲杠來定位，并在兩端用擋板確定它的位置移動(dòng)范圍，它的弧線運(yùn)動(dòng)范圍和速度能通過軟件來實(shí)現(xiàn)。
2、 軟件部分：
目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在硬件的基礎(chǔ)上是不能完成全部運(yùn)動(dòng)要求的，必須得通過軟件部分的補(bǔ)充才能充分實(shí)現(xiàn)其功能。在軟件的編制上，主要要求編制所選PCI控制卡相對(duì)應(yīng)的接口程序以及弧線運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)范圍的限制條件和報(bào)警系統(tǒng)，還有人工操作界面的編制。此次設(shè)計(jì)選用的是6030 PCI運(yùn)動(dòng)控制卡，
主要儀器設(shè)備：計(jì)算機(jī)、PRO/E、PCI控制卡及其對(duì)應(yīng)的軟件、單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)等。
四、 對(duì)進(jìn)度的具體安排：
第 一 周：動(dòng)員、詳細(xì)安排任務(wù)，準(zhǔn)備計(jì)算機(jī)，各種軟件；
第 二 周：到圖書館、情報(bào)信息中心、工廠等地調(diào)研查閱資料；
第 三 周：翻譯資料，初步設(shè)計(jì)方案，學(xué)習(xí)三維設(shè)計(jì)軟件工具；
第 四 周：寫調(diào)研報(bào)告、開題報(bào)告，論證方案，開題審查；
第 五 周：設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)，畫出草圖；
第 六 周：完成機(jī)械結(jié)構(gòu)圖紙的任務(wù)；
第 七 周：修改完善機(jī)械設(shè)計(jì)
第 八 周：控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)，選擇控制器；
第 九 周：接口電路設(shè)計(jì)，包括測(cè)量輸入、運(yùn)動(dòng)控制輸出電路；
第 十 周：修改完善控制系統(tǒng)和接口設(shè)計(jì)；
第十一周：設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件；
第十二周：編制控制程序；
第十三周：完成機(jī)械結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)模型；
第十四周：進(jìn)行裝配仿真、運(yùn)動(dòng)仿真；
第十五周：撰寫詳細(xì)的論文提綱，設(shè)計(jì)說明書；
第十六周：完善所有設(shè)計(jì)，打印圖紙和論文，上交論文；
第十七周：答辯。
五、 參考文獻(xiàn)：
1、 彈體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)原理及設(shè)備
2、 機(jī)械設(shè)計(jì)
3、 機(jī)電一體化
4、 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
5、 PCI運(yùn)動(dòng)控制卡原理與應(yīng)用
指導(dǎo)老師： 年 月 日
督促老師： 年 月 日
領(lǐng)導(dǎo)小組審查意見：
審查人簽字： 年 月 日
彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第一章 概述
1．1 課題的意義
任何零件的質(zhì)量檢測(cè)都應(yīng)有“檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范”，其中含有判定零件如何檢測(cè)，及判定是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。按照檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行零件的檢測(cè)和合格與否的判定即可。檢測(cè)過程中會(huì)需要各類量具，如卡尺、千分尺、角規(guī)等等。
任何的復(fù)雜的產(chǎn)品也是有相關(guān)的“檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范”，需要檢測(cè)校驗(yàn)的方面是比較多的，所使用的器件量具也是復(fù)雜的，，多樣的，有通用的，也用專用的，還有組合的。
本次研究的課題是彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器的控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究的主要目的就是設(shè)計(jì)出一個(gè)檢測(cè)導(dǎo)彈的彈頭的跟蹤系統(tǒng)的安裝位置是否準(zhǔn)確的的一個(gè)組合型檢測(cè)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。設(shè)計(jì)這個(gè)機(jī)構(gòu)的意義在于在設(shè)計(jì)出機(jī)械結(jié)構(gòu)后，在檢測(cè)彈體彈頭或者就單個(gè)彈頭的跟蹤系統(tǒng)的安裝位置時(shí)，彈體或者彈頭有了一個(gè)統(tǒng)一，安全的安裝固定支撐運(yùn)動(dòng)環(huán)境，同時(shí)在檢測(cè)過程中，能夠輕松，隨意移動(dòng)彈體或彈頭的空間位置，有利于更全面的測(cè)定跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性，操作靈活方便。而在安裝激光檢測(cè)裝置的問題上，所設(shè)計(jì)的目標(biāo)模擬器的安裝平臺(tái)的位置的靈活性移動(dòng)和安裝結(jié)構(gòu)的靈活設(shè)計(jì)，保證了能夠安裝不同體積大小，不同型號(hào)，不同種類的檢測(cè)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于不同的彈體或者彈頭的跟蹤系統(tǒng)安裝位置的測(cè)定。
1.2 課題的發(fā)展前景
目前中國的軍事正處于蓬勃發(fā)展，欣欣向榮的時(shí)期，而導(dǎo)彈在一個(gè)國家的國防地位中處于中堅(jiān)力量。對(duì)于導(dǎo)彈的控制又很多方法，通過彈頭的跟蹤系統(tǒng)來控制改變導(dǎo)彈的速度或者走向或者打擊的目標(biāo)等是一種很基本的方法，而這都是需要跟蹤系統(tǒng)系統(tǒng)的安裝位置的準(zhǔn)確性來保證的，本課題設(shè)計(jì)的這套機(jī)械系統(tǒng)裝置就是為了測(cè)試導(dǎo)彈彈頭或者單個(gè)彈頭上跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性為目的的。有了這套系統(tǒng)，在檢測(cè)導(dǎo)彈彈頭或者單個(gè)彈頭上跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性的檢測(cè)方法上，在操作性上就有了很大的提高，這樣提高了彈頭跟蹤系統(tǒng)安裝時(shí)或者檢測(cè)時(shí)的方便性，有利于提高對(duì)于導(dǎo)彈的控制性能。
同時(shí)這套系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上保證了支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝拆的方便靈活性，使得這套系統(tǒng)有很大的擴(kuò)展空間，在機(jī)構(gòu)上增加一些外部的設(shè)備后，又能起到別的作用。同時(shí)，這套系統(tǒng)也能擴(kuò)展用到其他領(lǐng)域方面，如工廠中利用這套機(jī)構(gòu)來為檢測(cè)他們產(chǎn)品提供安裝條件。
1.3 課題研究的內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容分為兩部分，本課題為彈體體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分，軟件方面主要是一些S7-200 PLC軟件及其OP320操作界面軟件的應(yīng)用設(shè)計(jì)。
彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)安裝臺(tái)架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺(tái)，同時(shí)要求它們能夠方面分離，以便于進(jìn)行配置選擇。
彈體支撐機(jī)構(gòu)可為整個(gè)彈體或者單獨(dú)的彈體頭提供安裝和固定環(huán)境，并可提供手動(dòng)方式控制的 俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將通過伺服或者步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)輕型轉(zhuǎn)臺(tái)及可調(diào)安裝支架來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)控制方式既可通過位置控制也可通過速度控制，安裝支架長(zhǎng)度可調(diào)，并提供目標(biāo)模擬器的安裝平面。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將接受測(cè)試仿真系統(tǒng)的控制，按其設(shè)定的位置和速度運(yùn)行；同時(shí)還需要設(shè)計(jì)控制目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的軟件方面的S7-200 PLC軟件及其OP320操作界面軟件的應(yīng)用設(shè)計(jì)。
1.4 課題的實(shí)現(xiàn)方法
彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測(cè)試監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的試驗(yàn)安裝臺(tái)架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺(tái)，同時(shí)要求它們能夠方面分離，以便于進(jìn)行配置選擇。本課題設(shè)計(jì)的彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)，總體上要求成本低，操作簡(jiǎn)單方便，可靠性好。在滿足功能要求的前提下，按盡可能使用、操作方便、制造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的總體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1．4．1 彈體支撐彈體支撐機(jī)構(gòu)
彈體支撐機(jī)構(gòu)為測(cè)試過程中對(duì)整彈體或彈體頭的安裝支撐機(jī)構(gòu)，綜合測(cè)試和運(yùn)動(dòng)仿真過程中用于固定整彈體，彈體頭單元測(cè)試中用于固定彈體頭。彈體支撐機(jī)構(gòu)上配有整彈體或彈體頭的俯仰及滾轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)，測(cè)試過程中可通過手動(dòng)控制方式控制整彈體及彈體頭的滾轉(zhuǎn)及俯仰運(yùn)動(dòng)。彈體支撐機(jī)構(gòu)也將為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供安裝平臺(tái)。其運(yùn)動(dòng)指標(biāo)要求如下：
? 手動(dòng)俯仰偏轉(zhuǎn)角度范圍：－30°～＋30°
? 手動(dòng)滾轉(zhuǎn)角度范圍：－90°～＋90°
為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容的運(yùn)動(dòng)要求，初步選定的彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械示意簡(jiǎn)圖如圖1-2
圖1-2 彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意簡(jiǎn)圖
圖中： 1為彈體 、2為滾轉(zhuǎn)手柄、 3為俯仰手輪、4為蝸輪蝸桿減速箱、5為俯仰平臺(tái) 、6為支撐架。
彈體的俯仰運(yùn)動(dòng)通過俯仰手輪帶動(dòng)減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)，再有軸帶動(dòng)俯仰平臺(tái)的俯仰運(yùn)動(dòng)，彈體或者彈體頭在做俯仰運(yùn)動(dòng)的過程中，重力對(duì)于俯仰軸和減速箱的扭矩通過減速器的自鎖來克服。
滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法也簡(jiǎn)單，首先在卡具2上和滾轉(zhuǎn)卡具的接觸面上對(duì)應(yīng)著雕上刻度，然后通過手掰動(dòng)滾轉(zhuǎn)手柄，通過使刻度與刻度之間的相互轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)彈體或者彈體頭的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
1.4.2 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由伺服或步進(jìn)電機(jī)控制的小型轉(zhuǎn)臺(tái)和延長(zhǎng)支架組成，是目標(biāo)模擬器的安裝平臺(tái)。在測(cè)試過程中控制目標(biāo)模擬器延以繞彈體頭中心的弧線運(yùn)動(dòng)，確保目標(biāo)模擬器一直對(duì)正彈體頭中心。其運(yùn)動(dòng)指標(biāo)要求和運(yùn)動(dòng)示意圖如下：
? 目標(biāo)弧線運(yùn)動(dòng)范圍：±50°
? 目標(biāo)模擬器安裝位置距目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中心距離：100mm~300mm可調(diào)；
? 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)最大運(yùn)動(dòng)速度：±25°/s
? 目標(biāo)載荷：≤10kg
激光檢測(cè)裝置
延長(zhǎng)支架
轉(zhuǎn)臺(tái)
圖1-3 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
在這個(gè)機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)分為互相獨(dú)立的兩部分來實(shí)現(xiàn)的。目標(biāo)模擬器的安裝位置離運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中心的距離在精度要求不是很高的情況下，設(shè)計(jì)的是手動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，具體設(shè)計(jì)為手東手輪帶東滑動(dòng)絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)目標(biāo)模擬器安裝平臺(tái)的移動(dòng)，設(shè)計(jì)的機(jī)械示意圖為
圖1-4 目標(biāo)模擬器安裝位置實(shí)現(xiàn)的示意圖
目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)弧線范圍和運(yùn)動(dòng)速度這部分的運(yùn)動(dòng)要求是通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)的，具體的設(shè)計(jì)思想為通過顯示屏輸入相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)弧線范圍和運(yùn)動(dòng)速度，然后把信息傳遞給PLC，PLC經(jīng)過分析處理，輸出脈沖和運(yùn)動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小型轉(zhuǎn)臺(tái)和目標(biāo)模擬器的安裝平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。在編制軟件的過程中要考慮到外部的激光檢測(cè)裝置的接口設(shè)計(jì)和接口程序的編制，設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)功能的簡(jiǎn)易圖為
圖1-4 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)弧線范圍和運(yùn)動(dòng)速度的實(shí)現(xiàn)軟件示意圖
第二章 彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1總體框架的設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)此次機(jī)構(gòu)時(shí)，通過任務(wù)書要求，現(xiàn)總體上把握設(shè)計(jì)的框架，任務(wù)中要求彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要方面裝拆，同時(shí)又要求在空間結(jié)構(gòu)上不能互相干澀，本著這樣的要求設(shè)計(jì)圖如下：
由圖知要使彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在空間結(jié)構(gòu)不干涉，就修要保證，當(dāng)彈體做俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)，到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，彈體頭不能跟目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相互干涉，在此次設(shè)計(jì)中，彈體中心線離機(jī)架底座的距離為500mm，假設(shè)彈體的旋轉(zhuǎn)中心在它的徑向中心線上，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)，彈體頭里安裝平臺(tái)的高度為
住體頭里機(jī)構(gòu)中心的距離為
而設(shè)計(jì)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中安裝平臺(tái)離機(jī)架的高度為和離中心線距離分別為
這樣就在空間位置上保證了兩個(gè)機(jī)構(gòu)在空間上不互相干澀了。
而兩個(gè)機(jī)構(gòu)的裝拆靈活性表現(xiàn)在它們的連接進(jìn)食靠?jī)陕葆斶B接的，操作性方面。
2.2 彈體支撐運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
具體參數(shù)如下：
彈體長(zhǎng)度：1450mm；
彈體直徑：180mm；
彈體重量：50kg
手動(dòng)俯仰偏轉(zhuǎn)角范圍：-30°～+30°；
手動(dòng)滾轉(zhuǎn)角度范圍：-90°～+90°。
在設(shè)計(jì)這部分機(jī)構(gòu)前，先分析任務(wù)要求可知道重點(diǎn)和難點(diǎn)在于當(dāng)實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)彈體（或者彈體頭）不能對(duì)機(jī)架有相對(duì)的滑動(dòng)或者滑動(dòng)的趨勢(shì)，且要保證彈體（或者彈體頭）做俯沖運(yùn)動(dòng)時(shí)彈體頭不能碰著機(jī)架和目標(biāo)模擬器。同時(shí)在水平狀態(tài)下要能輕易準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)彈體（或者彈體頭）的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而不挪動(dòng)彈體（或者彈體頭）的位置。
2。2。1卡具的設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)卡具時(shí)，要想保證彈體（或者彈體頭）俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)紋絲不動(dòng)，必須要保證能有足夠大的力來克服彈體（或者彈體頭）俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)重力帶來的影響，同時(shí)又要保證不能對(duì)彈體（或者彈體頭）有所損壞和磨損。本著這樣的目的設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
圖2-1 卡具裝配示意圖
圖中跟彈體直接接觸的是4個(gè)小輪，這樣可以緩沖壓力，減小卡具對(duì)彈體的損傷,同時(shí)又保證了彈體滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性。
螺栓強(qiáng)度的校驗(yàn)：
當(dāng)彈體（或者彈體頭）水平放置時(shí)，彈體（或者彈體頭）重力作用在2個(gè)卡具的固定環(huán)的6個(gè)小輪上即6個(gè)螺栓上，假設(shè)彈體（或者彈體頭）是平均作用在2卡具上的，此時(shí)力的分布如下圖：
圖2-2 彈體或彈體頭對(duì)卡具的受力示意圖
很明顯此時(shí)F2受的力最大，假設(shè)所有的力都作用在F2輪上，力大小為：
F2=G/2=m/2ⅹg/2=50/2ⅹ10=250N。
此時(shí)螺釘桿與卡具壁的接觸表面受擠壓；在聯(lián)接接合面處，螺釘桿受剪切，假設(shè)螺釘桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，又因這種聯(lián)接所受的預(yù)緊力很小，所以不考慮預(yù)禁力和螺紋摩擦力矩的影響。螺釘桿受力分布圖為
圖2-3 螺栓的受力分析圖
螺釘桿的剪切強(qiáng)度為
所選的螺釘為GB6191-1986六角花形圓彈頭螺釘M6x40,材料為45鋼，查GB/T 38-1976可知45鋼的疲勞極限為259-340MPa，因此所選零件符合要求。
2。2。2 RV蝸輪蝸桿減速箱的選擇
RV系列蝸輪減速器按Q/MD1-2000技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造。產(chǎn)品在符合按國家標(biāo)準(zhǔn)GB10085-88蝸桿輪參數(shù)基礎(chǔ)之上,吸取國內(nèi)外最先進(jìn)科技,獨(dú)具新穎一格的“方箱型”外結(jié)構(gòu),箱體外形美觀,以優(yōu)質(zhì)鋁合金壓鑄而成。它具有以下優(yōu)勢(shì)性能：
1、 機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、體積外形輕巧、小型高效；
2、 熱交換性好，散熱快；
3、 安裝簡(jiǎn)易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于檢修；
4、 運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小、經(jīng)久耐用；
5、 適用性強(qiáng)、安全可靠性大。
RV系列減速器目前已廣泛應(yīng)用于各類行業(yè)生產(chǎn)工藝裝備的機(jī)械減速裝置，深受用戶的好評(píng)、是目前現(xiàn)代工業(yè)裝備實(shí)現(xiàn)大扭矩。大速比低噪音。搞穩(wěn)定機(jī)械減速傳動(dòng)控制裝備的最佳選擇。它的一般結(jié)構(gòu)圖如下：
圖2-4 RV減速箱的一般結(jié)構(gòu)圖
在此次設(shè)計(jì)中選用的是RV 75 60 FB Z型的RV減速器。究原因主要有以下幾點(diǎn)：
1、 用減速箱方便美觀，操作性能優(yōu)越；
2、 外形美觀，易于安裝維修；
3、 彈體（或者彈體頭）放置在俯仰機(jī)架上時(shí)，可以假設(shè)中心就是俯仰中心線所在處，則此時(shí)彈體對(duì)于蝸輪蝸桿幾乎沒有扭矩。
4、 采用渦輪蝸桿的自鎖功能防止彈體放置不均時(shí)擺動(dòng)；
強(qiáng)度校正：
假設(shè)彈體的重量都集中在減速器輸出軸的徑向方向上，則輸出受到的扭矩為
T=500N×0.725M=36.25NM
即輸入軸上受的扭矩也為36.25NM，查資料可得輸入軸的直徑為24mm，因此輸入軸上受到的力為
F=36.25/0.24=151N
有下表可知，RV 70 60的輸出軸許用最大徑向加載力為5599N，遠(yuǎn)大于實(shí)際所受的力，應(yīng)此符合要求。
表 2-1 減速機(jī)出力軸的許可徑向加載力
選擇RV75 型的原因在于RV75減速箱的體積大小跟所設(shè)計(jì)的機(jī)架的體積大小相配合，以美觀為基礎(chǔ)來選擇的。
2。2。3 軸的設(shè)計(jì)校核
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：
1、軸在及其中的安裝位置及形式；
2、軸上安裝的零件的類型、尺寸，數(shù)量以及和軸的聯(lián)接的方法；
3、載荷的性質(zhì)、大小。放心啊個(gè)及分布情況；
4、軸的加工工藝等。
影響軸的因素很多，因此軸的結(jié)構(gòu)形式也是多樣的，但不論在什么情況下，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：
1、軸和裝在軸上的零件要又轉(zhuǎn)卻的工作位置；
2、軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；
3、軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。
（1）、軸的結(jié)構(gòu)和軸上零件的裝配方案：
首先擬定軸上零件的裝配方案，這是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，它決定這軸的基本形式。本次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了兩個(gè)短軸，俯仰主動(dòng)軸和俯仰從動(dòng)軸。以主動(dòng)軸為例分析計(jì)算校核：減速箱，機(jī)架，軸承，俯仰平臺(tái)依次從軸的右端向左安裝，左端最后用螺釘跟俯仰平臺(tái)聯(lián)接在一起。
圖2-5 俯仰主動(dòng)軸結(jié)構(gòu)示意圖
（2）、根據(jù)軸向定位要求確定各段軸的直徑和長(zhǎng)度。
軸承的選擇：因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的課題中軸承主要受徑向力的作用，故選用角接觸軸承。參照工作要求，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的GB/T276-1994深溝球軸承60000型18系列兩個(gè)，其基本尺寸為d×D×B=35mm×47mm×7mm。
確定各段軸的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要保證零件的裝配或調(diào)整空間。州的各段長(zhǎng)度主要是根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件間必要的空隙來確定的。本次設(shè)計(jì)的主動(dòng)軸的長(zhǎng)度和直徑從左到右依次是L1=10mm，D1=80mm，L2=18mm,D2=40mm,L3=18mm,D3=35mm,L4=40mm，D4=28mm。
（3）、軸上零件的軸向定位
RV75減速器、俯仰平臺(tái)與軸的周向定位用鍵連接。減速器與軸的連接用GB/T1096-1979普通平鍵A型：8 mm X 7 mm。鍵槽用鍵槽銑刀來加工，長(zhǎng)為32mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見），同時(shí)為了保證帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇帶輪輪轂與軸的配合為。同樣俯仰平臺(tái)與軸的周向定位選用GB/T1096-1979普通平鍵A型:5 mm X 5 mm連接，鍵槽用鍵槽銑刀來加工，長(zhǎng)為32mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見），同時(shí)為了保證帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇帶輪輪轂與軸的配合為。角接觸球軸承與軸的周向定位用過渡配合來保證的，此次設(shè)計(jì)軸用的公差配合為H6/js5。
軸與機(jī)架的軸向定位是通過定位軸肩來實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槔幂S肩定位是最方面的最可靠的方法，定位軸肩的高度一把趣味H=（0.07-0.1）d，d為與零件相配合出的軸的直徑，單位為mm。
軸承與軸的軸向定位是通過套筒和定位軸肩共同作用定位的，它要求定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便于拆卸軸承，此時(shí)軸肩的高度可查詢手冊(cè)周軸承的安裝尺寸，套筒定位的好處是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，軸上不需要開槽、鉆孔和切制螺紋，不會(huì)影響軸的疲勞強(qiáng)度。套筒定位一般用于兩個(gè)零件之間的定位，但是如果兩零件的兼具較大時(shí)，不宜采用套筒地位，以免增大套筒的質(zhì)量及其材料的用量。同時(shí)因?yàn)樘淄才c軸的配合較松，如在軸的轉(zhuǎn)速很高時(shí)，也不宜用套筒定位。
俯仰平臺(tái)與軸的軸向定位是通過套筒和軸端擋圈來實(shí)現(xiàn)的。軸端擋圈常用于固定軸端的零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定，在為例防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動(dòng)照成螺釘松脫的情況下，可加圓彈銷鎖定軸端擋圈，也可采用雙螺釘加止動(dòng)墊片防止等固定方法。
（5）、軸的圓角和倒角的確定。
參考教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-2，取軸端倒角為1×45°，軸肩圓角都為R1。
（6）、軸上載荷的計(jì)算。
作用在俯仰主軸上的扭矩只要是由于彈體的旋轉(zhuǎn)中心跟軸線方向的旋轉(zhuǎn)中心線的不一直而引起的，當(dāng)彈體做俯仰運(yùn)動(dòng)到兩極限位置時(shí)，對(duì)于軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度最大。但俯仰平臺(tái)的重量未知，因此計(jì)算時(shí)假設(shè)把軸放置在旋轉(zhuǎn)中心的一邊，則此時(shí)軸受到的扭矩示意圖為：
圖2-6 軸的受力示意圖
此時(shí)軸受到的扭矩為
則軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為
試中：T——軸所受的扭矩；單位為
——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；
——軸的抗扭截面系數(shù)；
d——計(jì)算截面的直徑；
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，
查教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3可知45鋼的在25-45MPa之間。明顯可見<<。但實(shí)際應(yīng)用上，當(dāng)整彈體放置在俯仰平臺(tái)上時(shí)，彈體、俯仰平臺(tái)及卡具的旋轉(zhuǎn)中線跟軸線所在的中心線差不多重疊，因此所設(shè)計(jì)的軸在扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度上符合機(jī)構(gòu)的要求。
因?yàn)樵O(shè)計(jì)的軸長(zhǎng)度小，在軸的剛度校核上可以忽視。
俯仰從動(dòng)軸是跟主動(dòng)軸對(duì)著的一根軸，其設(shè)計(jì)的依據(jù)是根據(jù)主動(dòng)軸來設(shè)計(jì)的，其材料和形狀跟主動(dòng)軸相似，且在長(zhǎng)度上比主動(dòng)軸短小，因此從動(dòng)軸在強(qiáng)度和剛度上都符合設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的要求。
2。2。4 軸承的設(shè)計(jì)校核
根據(jù)工作條件決定在主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的中間部位裝上一對(duì)角接觸球軸承，由設(shè)計(jì)的圖分析可知，軸承的軸向力可忽略，主要受彈體重力和俯仰平臺(tái)等重力形成的徑向力，因?yàn)閺楏w的重量遠(yuǎn)大于俯仰平臺(tái)等的重量，因此校核就只需要計(jì)算彈體的重力影響。
圖2-7 軸承的受力分析圖
則軸承受到的徑向力為
軸的實(shí)際徑向當(dāng)量動(dòng)載荷為
有圖分析可知道，假如F1,F2,F3,F4上受的力大小相通，則每個(gè)力大小為125N。
所選擇的軸承為GB/T276-1994深溝球軸承60000型18系列兩個(gè)，其基本尺寸為d×D×B=35mm×47mm×7mm。查機(jī)械手冊(cè)可知道所選軸承完全符合機(jī)構(gòu)要求。
角接觸球軸承在承受純徑向載荷時(shí)，將產(chǎn)生附加軸向力S，大小為
3式中e查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》4表39.3 3-3可知e=0.40
則
S=0.40×500=20N
此時(shí)軸承有被壓緊的趨勢(shì)，符合設(shè)計(jì)的要求。
軸承的壽命那個(gè)要求：
2。2。5 鍵的校核
俯仰從動(dòng)軸的選擇的鍵1為：GB/T1096-1979普通平鍵A型:5 mm X 5 mm X5 mm；
俯仰主動(dòng)軸與俯仰平臺(tái)的連接鍵2為：GB/T1096-1979普通平鍵A型:5 mm X 5 mm X5 mm；
俯仰主動(dòng)軸與RV減速器的連接鍵3為：GB/T1096-1979普通平鍵A型35mm×47mm×7mm。
由于鍵采用靜聯(lián)接，沖擊輕微，假設(shè)彈體的重量集中在旋轉(zhuǎn)中心的一邊，同時(shí)假定載荷在鍵的工作面上均勻分布。所設(shè)計(jì)的軸跟俯仰平臺(tái)的聯(lián)接上，采用了螺釘和雙螺釘工作傳遞扭矩的方案。假設(shè)所有扭矩都作用在8個(gè)螺釘上，則每個(gè)螺釘?shù)奈ｋU(xiǎn)截面所受的剪切強(qiáng)度為：
所選的螺釘為GB6191-1986六角花形圓彈頭螺釘M6x20,材料為45鋼，查GB/T 38-1976可知45鋼的疲勞極限為259-340MPa，已經(jīng)滿足了設(shè)計(jì)的要求。所以鍵1和鍵2的工作面上的的強(qiáng)度可以忽略不計(jì)。
鍵3的工作面的強(qiáng)度為
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-2可知以鋼為材料的鍵在靜載荷條件下的許用應(yīng)力為
=120——150之間，因此所選的鍵都符合要求。
2.3 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
具體參數(shù)如下：
轉(zhuǎn)臺(tái)繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)的角度范圍為：-50°——+50°；
目標(biāo)模擬器離旋轉(zhuǎn)中心的距離： 100mm——300mm；
轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度為：±25°/s；
轉(zhuǎn)臺(tái)及目標(biāo)模擬器的總重量：≤10kg。
2.3.1 轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)主要依據(jù)是根據(jù)總重量來確定的，設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)圖如下：
圖2-8 轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖
其中包括：模擬器安裝平臺(tái)，導(dǎo)軌，滑動(dòng)絲桿，航插，傳感器等。
2.3.2 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與絲桿的選型
按照任務(wù)給定的要求是目標(biāo)模擬器的離安裝平臺(tái)的距離為100mm到300mm之間，在精度上沒有要求，因此只要選擇了人為手動(dòng)這最基本的方法就能實(shí)現(xiàn)其要求，具體的距離定位是看著刻度進(jìn)行的。因此在絲杠的選擇上考慮經(jīng)濟(jì)成本低的因素選擇滑動(dòng)絲杠就能保證其精度要求，絲桿材料為45鋼，型號(hào)為M16×480mm。再考慮到重量問題上，選的導(dǎo)軌為鋁合金材料制作的型材為導(dǎo)軌，他的好處就是重量輕，美觀，精度要求能保證。
2.3.3 諧波齒輪的選型
考慮重量輕和轉(zhuǎn)速不高及體積小的因素，選擇了諧波齒輪。
1、選擇諧波齒輪應(yīng)該先確定以下幾點(diǎn)要求：
(1)傳動(dòng)比或輸出轉(zhuǎn)速（r/min)
(2)減速機(jī)輸入功率（kw)
(3)額定輸入轉(zhuǎn)速（r/min)
2、如減速機(jī)輸入轉(zhuǎn)速是可調(diào)的則在選用減速機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)分別確定：
工作條件為“恒功率”時(shí)按最低轉(zhuǎn)速選用機(jī)型；工作條件為“恒扭矩”時(shí)，按最高轉(zhuǎn)速選用機(jī)型。定貨時(shí)須說明是否電機(jī)直聯(lián)，電機(jī)型號(hào)及參數(shù)。
3、選用減速機(jī)輸入功率Pc1與輸出扭矩Tc2的計(jì)算：
Pc1=P·KA
Tc2=T·KA
P—減速機(jī)額定輸入功率（KW）
T—減速機(jī)額定輸出扭矩（N.m)
KA—工作情況系數(shù)（見表2-2）
原動(dòng)機(jī)
負(fù)荷性質(zhì)
每 日 工 作 時(shí) 間 ??（小時(shí)）
>1—2
>2—10
>10—24
電動(dòng)機(jī)
輕微沖擊
1.00
1.30
1.50
中等沖擊
1.30
1.50
1.75
較大沖擊或慣性沖擊
1.50
1.75
2.00
表2-2 XB1諧波齒輪減速機(jī)工況系數(shù)
4、減速機(jī)輸出軸裝有齒輪、鏈輪、三角皮帶輪及平皮帶輪時(shí)需要校驗(yàn)軸伸的懸臂負(fù)荷Fc1校驗(yàn)公式為：
Fc1=2T·KA/D·FR
D—齒輪、鏈輪、皮帶輪的節(jié)圓直徑（m)
FR—懸臂負(fù)荷系數(shù)
齒輪FR=1.5 鏈輪FR=1.2
三角皮帶輪FR=2 平皮帶輪FR=2.5
當(dāng)懸臂負(fù)荷Fc1≤FR (見表2-3) 即可通過。
型 號(hào)
XB1-100
XB1-120
XB1-160
XB1-200
XB1-250
許用懸臂負(fù)荷FR
4000
5000
10000
15000
17000
表2-3 XB1諧波齒輪減速機(jī)軸伸許用懸臂負(fù)荷
在這次課題中選用的是XB1-50-60型號(hào)諧波齒輪。
2.3.4、步進(jìn)電機(jī)的選擇
步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量
步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。
步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。
選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。
此次課設(shè)中選用的是步進(jìn)電機(jī)是四通公司的56系列兩相混合式步進(jìn)電機(jī)中的56BYG250B型號(hào)電機(jī)。
電機(jī)的的基本參數(shù)如下：
電機(jī)型號(hào)：56BYG250B
電機(jī)定位轉(zhuǎn)矩：0.03NM
電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩：0.65NM
電機(jī)相數(shù)：兩相
電機(jī)步進(jìn)角：0.9/0.8
電機(jī)靜態(tài)相電流：2.4A
電機(jī)相電阻：0.95
電機(jī)相電感：2.4mH
空載啟動(dòng)方式：（半步方式）2.7KHz
電機(jī)重量：0.48千克
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：180
電機(jī)外形圖：56×56×45mm
其中電機(jī)空載的啟動(dòng)條件為：驅(qū)動(dòng)電壓為48V。
驗(yàn)證電機(jī)合理性計(jì)算如下:
本次設(shè)計(jì)中假設(shè)目標(biāo)模擬器和安裝平臺(tái)跟電機(jī)的連接示意圖為：
等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式
等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量公式為
明顯這數(shù)極小，可以忽略。因此
查詢56BYG250B電機(jī)的特性曲線可知在這轉(zhuǎn)矩的作用下，電機(jī)的脈沖為2KHz
電機(jī)轉(zhuǎn)速為300rpm，這完全符合設(shè)計(jì)任務(wù)中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求，所以選擇的電機(jī)符合要求。
第三章 目標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本次課題中軟件控制系統(tǒng)是在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)這部分，它的相關(guān)參數(shù)要求如下：
轉(zhuǎn)臺(tái)繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)的角度范圍為：-50°——+50°
轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度范圍為為：±25°/s；
目標(biāo)載荷：≤ 10kg。
課題剛開始要求用和利時(shí)公司的6030PCI運(yùn)動(dòng)控制卡編制控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，后因?yàn)楹屠麜r(shí)公司無法提供PCI控制卡，改用西門子S7-200系列PLC——cpu224來實(shí)現(xiàn)其控制功能。設(shè)計(jì)的電路接線圖如下：
圖3-1 目標(biāo)控制系統(tǒng)電路接線圖
3.1、電源的選擇
對(duì)于PLC，它們的供電電壓都為DC24V，同時(shí)OP320的輸入電壓為DC12V_DC24V，因此選擇了S-35-24型電源。而所選步進(jìn)電機(jī)空載的啟動(dòng)條件為驅(qū)動(dòng)電壓為48V，因此又為電機(jī)選擇了S-100-48型電源。
3.2、顯示屏的選擇
選擇是為了滿足在任務(wù)要求的運(yùn)動(dòng)范圍和運(yùn)動(dòng)速度直接的任意數(shù)值間選擇，同時(shí)又能滿足能起到監(jiān)視轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度的作用，因此設(shè)計(jì)了具有顯示屏的電路圖。本次設(shè)計(jì)選擇的是和利時(shí)公司的OP320顯示屏。
OP320顯示屏是可編程控制器的小型的人機(jī)界面，以文字或指示燈等形式監(jiān)視、修改PLC內(nèi)部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài)。從而使操作人員能夠自如地控制機(jī)器設(shè)備。OP320顯示器具有以下特長(zhǎng)：
1、編輯軟件DP200在計(jì)算機(jī)上作畫，自由輸入漢字及設(shè)定PLC地址，使用串口通訊下載畫面；
2、通訊協(xié)議和畫面數(shù)據(jù)一同下載到顯示器，無需PLC編寫通訊程序；
3、對(duì)應(yīng)PLC機(jī)種廣泛，包括三菱FX系列、歐姆龍C系列、西門子S7-200系列、光洋SG系列等；
4、具有密碼保護(hù)功能；
5、具有報(bào)警列表功能，逐行實(shí)時(shí)顯示替代當(dāng)前報(bào)警信息；
6、7個(gè)按鍵可被定義成功能鍵，可替代部分控制柜上機(jī)械按鍵；
7、自由選擇通訊方式，RS232/RS422/RS485任選；
8、帶背景光STN液晶顯示，可顯示24字符×4行，即12漢字×4行；
9、顯示表面IP65構(gòu)造，防水。防油。
OP320顯示屏的外形及跟功能鍵的作用如下：
圖3-2 OP320顯示屏的外形及跟功能鍵的作用
圖3-3 OP320顯示屏的背部結(jié)構(gòu)外形及跟功能鍵的作用
OP320顯示屏的串行通訊口引腳定義：
OP320與S7-200的連線圖為：
3.3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇
因?yàn)榇舜握n題的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)單，電機(jī)要求的電壓，電流都低。選擇的是四通公司自產(chǎn)的SH-20403驅(qū)動(dòng)器既能滿足要求。
SH-20403驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部開關(guān)電源設(shè)計(jì)保證了可以適應(yīng)較寬的電壓范圍，用戶可根據(jù)各自的情況在10V到40VDC之間選擇。SH-20403驅(qū)動(dòng)器的最大電流為3A/相，通過驅(qū)動(dòng)器面板桑六位撥碼開關(guān)的第5、6、7三位可組合出八中狀態(tài)，對(duì)應(yīng)八種電流，從0.9S到3A，可以適應(yīng)不同的電機(jī)使用詳細(xì)的選擇參照下表：
本次設(shè)計(jì)中所選電機(jī)為56BYG250B，因此選擇的是5位OFF，6位ON，7位0FF。
SH-20403驅(qū)動(dòng)器可提供整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分七種運(yùn)行模式，利用驅(qū)動(dòng)器上六位波碼開關(guān)的第1，2，3三位可組合出不同的狀態(tài)詳細(xì)細(xì)分模式見下表：
驅(qū)動(dòng)器具有自動(dòng)半電流的功能，當(dāng)上位控制機(jī)在半秒內(nèi)沒有發(fā)出步進(jìn)脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器將自動(dòng)進(jìn)入節(jié)電的半電流運(yùn)行模式，電機(jī)繞組的相電流將減為設(shè)定值的一半，在次狀態(tài)下電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的功耗得以降低，但電機(jī)的輸出力矩也相應(yīng)下降，在下個(gè)脈沖帶來時(shí)驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)恢復(fù)輸出電流為額定值，本次設(shè)計(jì)中又上位機(jī)輸入的數(shù)據(jù)時(shí)間上是個(gè)未知數(shù)，采用次驅(qū)動(dòng)器將能降低很大的功耗，節(jié)省了使用成本。
同時(shí)當(dāng)兩項(xiàng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器連接時(shí)，為了放置用戶接相接錯(cuò)而損壞驅(qū)動(dòng)器本驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)了錯(cuò)相保護(hù)電路，用戶即使接錯(cuò)相驅(qū)動(dòng)器也不會(huì)，不過電機(jī)運(yùn)行會(huì)不正常，主要變現(xiàn)在出力極小。當(dāng)遇到情況，用戶應(yīng)該檢查電機(jī)接線是否正確。
3.4 設(shè)計(jì)電路的功能示意圖
第四章 控制軟件的編制
4.1 OP320顯示屏的設(shè)計(jì)
OP320顯示屏的應(yīng)用畫面的專用開發(fā)軟件是DP200，它運(yùn)行于WINDOWS95/98以下。作為二次開發(fā)工具，該軟件使用方便，簡(jiǎn)潔易學(xué)，能直接設(shè)置中英文字。
4.1.1 DP200的基本功能與應(yīng)用
首先打開DP200后，用戶就能夠新建或者打開畫面。每幅畫面都可以放置中英文文字、指示燈、開關(guān)、數(shù)據(jù)顯示設(shè)定窗、跳轉(zhuǎn)鍵等元素。每幅畫面之間可實(shí)現(xiàn)自由跳轉(zhuǎn)，操作者可完成設(shè)局監(jiān)視，參數(shù)設(shè)定，開關(guān)控制，報(bào)警列表等操作。
DP200的基本是由流程如下：
4.1.2 編輯用戶畫面
運(yùn)行DP200軟件后，計(jì)算機(jī)顯示器中央出現(xiàn)畫面編輯器，
圖上個(gè)功能鍵的用處為：
然后新建工程，選擇OP320顯示屏和S7-200系列的PLC
圖中幾個(gè)編輯按鍵的作用如下：
本次任務(wù)編制的操作界面的內(nèi)容應(yīng)該包括：
1、 具有輸入弧線運(yùn)動(dòng)范圍和運(yùn)動(dòng)速度的文本輸入功能；
2、 具有超出范圍時(shí)的報(bào)警顯示功能。
具體的編輯過程為：
打開DP200軟件，新建工程，選擇OP320顯示屏，S7-200PLC，進(jìn)入編制畫面
創(chuàng)建畫面如圖所示：
圖中在運(yùn)動(dòng)速度上輸入想要的運(yùn)動(dòng)速度大小，單位°/s；
弧線范圍輸入希望轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過的角度。
畫面中的的鍵從左到右一次的功能設(shè)定為指示燈，起到當(dāng)超出范圍時(shí)報(bào)警的作用；上下左右四個(gè)鍵為數(shù)據(jù)輸入的作用；SET鍵起重新輸入數(shù)據(jù)的作用，ENT鍵起確定輸入的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送到PLC的作用。在設(shè)置這些鍵位功能的時(shí)候，報(bào)警鍵和SET、ENT鍵要設(shè)定好響應(yīng)的虛擬線圈值，這設(shè)的是報(bào)警鍵為M10，SET鍵為M11，ENT鍵為M12.而數(shù)據(jù)輸入鍵要設(shè)定好寄存器地址和數(shù)據(jù)的范圍，以及寄存器的個(gè)數(shù)。這里設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度的寄存器地址為VW200，弧線范圍的寄存器地址為VW201.數(shù)據(jù)范圍為運(yùn)動(dòng)速度為±25°/s之間，弧線范圍為±50°之間。同時(shí)在PLC的編程過程中要設(shè)定好定好的線圈號(hào)和各個(gè)數(shù)據(jù)的寄存器地址。編制的最后畫面為
編制好主畫面后，再編制報(bào)警列表，來實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。
通過編制報(bào)警列表，輸入的數(shù)據(jù)和類型就能得到很好的控制。當(dāng)有報(bào)警時(shí)，他就能在畫面上顯示響應(yīng)的錯(cuò)誤。操作人員確認(rèn)后。就可以采取想也難怪的措施糾正，這時(shí)要回到主顯示畫面，按下鍵就能切回主顯示畫面。
4.1.3 OP320顯示屏與PLC的聯(lián)接
把編制好的畫面保存或者通過電纜將計(jì)算機(jī)9針RS232串口和OP320的9針串口連接起來，按下載鍵直到下載完成就行了。完成后在關(guān)掉電源的情況下用電纜吧S7-200和OP320聯(lián)起來，給它們上電，若通訊正常，便能進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視等各項(xiàng)操作。若顯示屏和PLC的通訊不正常，應(yīng)該檢查以下項(xiàng)目：
1、 工程選擇的PLC和實(shí)際連接PLC是否相等；
2、 是否連接通訊電纜；
3、 通訊電纜連接是否正確；
4、 PLC通訊參數(shù)設(shè)置是否正確；
5、 PLC和顯示屏是夠都已經(jīng)加上電源；
6、 如果仍然查不出請(qǐng)與供應(yīng)商聯(lián)系。
4.2 S7-200軟件的編制
本次設(shè)計(jì)軟件部分要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在規(guī)定的運(yùn)動(dòng)弧線范圍和運(yùn)動(dòng)速度內(nèi)做饒選中中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，具體的設(shè)計(jì)思想為通過顯示屏輸入相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)弧線范圍和運(yùn)動(dòng)速度，然后把信息傳遞給PLC，PLC經(jīng)過分析處理，輸出脈沖和運(yùn)動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小型轉(zhuǎn)臺(tái)和目標(biāo)模擬器的安裝平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。在編制軟件的過程中要考慮到外部的激光檢測(cè)裝置的接口設(shè)計(jì)和接口程序的編制。
4．2．1、控制流程圖
本次控制的任務(wù)是通過顯示屏的錄入和PLC的讀取輸出來控制電機(jī)在規(guī)定的速度上運(yùn)動(dòng)到規(guī)定的弧線范圍。根據(jù)這一目標(biāo)，編制了軟件控制流程圖如下
4.2.2、高速脈沖輸出（PTO）
脈沖輸出指令（PLS）用于在高速輸出（Q0.0和Q0.1）上控制脈沖串輸出（PTO）和脈寬調(diào)制（PWM）功能。PTO可以輸出一串脈沖（占空比50%），用戶可以控制脈沖的周期和個(gè)數(shù)。PWM可以輸出連續(xù)的、占空比可調(diào)的脈沖串，用戶可以控制脈沖的周期和脈寬
S7--200有兩個(gè)PTO/PWM發(fā)生器，它們可以產(chǎn)生一個(gè)高速脈沖串或者一個(gè)脈寬調(diào)制波形。一個(gè)發(fā)生器是數(shù)字輸出點(diǎn)Q0.0，另一個(gè)發(fā)生器是數(shù)字輸出點(diǎn)Q0.1。一個(gè)指定的特殊寄存器（SM）位置為每個(gè)發(fā)生器存儲(chǔ)下列數(shù)據(jù)：一個(gè)控制字節(jié)（8位），一個(gè)計(jì)數(shù)值（32位無符號(hào)數(shù)）和一個(gè)周期或脈寬值（16位無符號(hào)數(shù)）。
PTO/PWM發(fā)生器與過程映像寄存器共用Q0.0和Q0.1。當(dāng)在Q0.0或Q0.1上激活PTO或PWM功能時(shí)，PTO/PWM發(fā)生器對(duì)輸出擁有控制權(quán)，同時(shí)普通輸出點(diǎn)功能被禁止。輸出波形不受過程映象區(qū)狀態(tài)、輸出點(diǎn)強(qiáng)制值或者立即輸出指令執(zhí)行的影響。當(dāng)不使用PTO/PWM發(fā)生器功能時(shí)，對(duì)輸出點(diǎn)的控制權(quán)交回到過程映象寄存器。過程映象寄存器決定輸出波形的起始和結(jié)束狀態(tài)，以高低電平產(chǎn)生波形的啟動(dòng)和結(jié)束。
在使能PTO或者PWM操作之前，將Q0.0和Q0.1過程映象寄存器清0。所有控制位、周期、脈寬和脈沖計(jì)數(shù)值的缺省值均為0。PTO/PWM的輸出負(fù)載至少為10％的額定負(fù)載，才能提供陡直的上升沿和下降沿。
PTO按照給定的脈沖個(gè)數(shù)和周期輸出一串方波（占空比50％）。PTO可以產(chǎn)生單段脈沖串或者多段脈沖串（使用脈沖包絡(luò)）?？梢灾付}沖數(shù)和周期（以微秒或毫秒為增加量）。
在單段管線模式，需要為下一個(gè)脈沖串更新特殊寄存器。一旦啟動(dòng)了起始PTO段，就必須按照第二個(gè)波形的要求改變特殊寄存器，并再次執(zhí)行PLS指令。第二個(gè)脈沖串的屬性在管線中一直保到第一個(gè)脈沖串發(fā)送完成。在管線中一次只能存儲(chǔ)一段脈沖串的屬性。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖串發(fā)送完成時(shí)，接著輸出第二個(gè)波形，此時(shí)管線可以用于下一個(gè)新的脈沖串。重復(fù)這個(gè)過程可以再次設(shè)定下一個(gè)脈沖串的特性。除去以下兩種情況之外，脈沖串之間可以作到平滑轉(zhuǎn)換：時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)生了變化或者在利用PLS指令捕捉到新脈沖之前，啟動(dòng)的脈沖串已經(jīng)完成。當(dāng)管線已滿時(shí)，如果試圖裝入脈沖列參數(shù)，狀態(tài)寄存器的PTO溢出位（SM66.6或SM76.6）被置1。PLC進(jìn)入RUN模式時(shí)，該位被初始化為0。如果監(jiān)測(cè)到溢出，必須手工清除該位。
在多段管線模式，CPU自動(dòng)從V存儲(chǔ)器區(qū)的包絡(luò)表中讀出每個(gè)脈沖串的特性。在該模式下，僅使用特殊存儲(chǔ)器區(qū)的控制字節(jié)和狀態(tài)字節(jié)。選擇多段操作，必須裝入包絡(luò)表在V存儲(chǔ)器中的起始地址偏移量（SMW168或SMW178）。時(shí)間基準(zhǔn)可以選擇微秒或者毫秒，但是，在包絡(luò)表中的所有周期值必須使用同一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而且在包絡(luò)正在運(yùn)行時(shí)不能改變。執(zhí)行PLS指令來啟動(dòng)多段操作。每段記錄的長(zhǎng)度為8個(gè)字節(jié)，由16位周期值、16位周期增量值和32位脈沖個(gè)數(shù)值組成。表1中給出了包絡(luò)表的格式。您可以通過編程的方式使脈沖的周期自動(dòng)增減。在周期增量處輸入一個(gè)正值將增加周期；輸入一個(gè)負(fù)值將減少周期；輸入0將不改變周期。當(dāng)PTO包絡(luò)執(zhí)行時(shí)，當(dāng)前啟動(dòng)的段的編號(hào)保存在SMB166（或SMB176）。
表1
從包絡(luò)表開始的字節(jié)偏移
包絡(luò)段數(shù)
描述
0
段數(shù)（1~255），如果為0 將產(chǎn)生致命錯(cuò)誤
1
1
初始周期（2~65535個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間單位）
3
每個(gè)脈沖的周期增量（-32768~32767個(gè)時(shí)間單位）
5
脈沖數(shù)（1~4294967295）
9
2
初始周期（2~65535個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間單位）
11
每個(gè)脈沖的周期增量（-32768~32767個(gè)時(shí)間單位
13
脈沖數(shù)（1~4294967295）
17
3
段數(shù)（1~255），如果為0 將產(chǎn)生致命錯(cuò)誤
（繼續(xù)）
繼續(xù)
PLS指令會(huì)從特殊存儲(chǔ)器SM中讀取數(shù)據(jù)，使程序按照其存儲(chǔ)值控制PTO/PWM發(fā)生器。SMB67控制PTO0或者PWM0，SMB77控制PTO1或者PWM1。表2對(duì)用于控制PTO/PWM操作的存儲(chǔ)器給出了描述。
表2
Q0.0
Q0.1
描述
狀態(tài)字節(jié)
SM66.4
SM76.4
PTO包絡(luò)由于增量計(jì)算錯(cuò)誤而終止：0=無錯(cuò)誤，1=有錯(cuò)誤
SM66.5
SM76.5
PTO包絡(luò)因用戶命令中止：0=不是因用戶命令中止，1=因用戶命令中止
SM66.6
SM76.6
PTO管線溢出：0=無溢出，1=有溢出
SM66.7
SM76.7
PTO空閑位：0=PTO正在運(yùn)行。1=PTO空閑
控制字節(jié)
SM67.0
SM77.0
PTO/PWM更新周期值：1=寫新的周期值
SM67.1
SM77.1
PWM更新脈沖寬度值：1=寫新的脈沖寬度
SM67.2
SM77.2
PTO更新脈沖數(shù)：1=寫新的脈沖數(shù)
SM67.3
SM77.3
PTO/PWM基準(zhǔn)時(shí)間單位：0=1μs,1=1ms
SM67.4
SM77.4
PWM更新方式：0= 異步更新，1=同步更新
SM67.5
SM77.5
PTO操作：0=單段操作（脈沖和周期存在SM寄存器中）1=多段操作（包絡(luò)表存在V寄存器中）
SM67.6
SM77.6
PTO/PWM模式選擇：0= PTO，1= PWM
SM67.7
SM77.7
PTO/PWM有效位：0=無效，1=有效
其
他PTO
/PWM
寄存器
SMW68
SMW78
PTO/PWM周期值（2-65535倍時(shí)間基準(zhǔn)）
SMW70
SMW80
PWM脈沖寬度值（2-65535倍時(shí)間基準(zhǔn)）
SMD72
SMD82
PTO脈沖計(jì)數(shù)值（1-4，294，967，295）
SMB166
SMB176
運(yùn)行中的段數(shù)（僅在多段PTO操作中）
SMW168
SMW178
保絡(luò)表的起始位置，從V0開始的字節(jié)偏移量來表示（僅在多段PTO操作中）
SMB170
SMB180
線性包絡(luò)狀態(tài)字節(jié)
SMB171
SMB181
線性包絡(luò)結(jié)果寄存器
SMD172
SMD182
手動(dòng)模式頻率寄存器
可以通過修改SM存儲(chǔ)區(qū)（包括控制字節(jié)），然后執(zhí)行PLS指令來改變PTO或PWM波形的特性，也可以在任意時(shí)刻禁止PTO或者PWM波形，方法為：首先將控制字節(jié)中的使能位（SM67.7或者SM77.7）清0，然后執(zhí)行PLS指令。
PTO狀態(tài)字節(jié)中的空閑位（SM66.7或者SM76.7）標(biāo)志著脈沖串輸出完成。另外，在脈沖串輸出完成時(shí)，您可以執(zhí)行一段中斷服務(wù)程序。（參考中斷指令和通訊指令中的描述）。如果您使用多段操作，可以在整個(gè)包絡(luò)表完成之后執(zhí)行中斷服務(wù)程序。
下列條件使SM66.4（或SM76.4）或SM66.5（或SM76.5）置位：
（1）如果周期增量使PTO在許多脈沖后產(chǎn)生非法周期值，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)算術(shù)溢出錯(cuò)誤，這會(huì)終止PTO功能并在狀態(tài)字節(jié)中將增量計(jì)算錯(cuò)誤位（SM66.4或者SM76.4）置1，PLC的輸出變?yōu)橛捎诚蠹拇嫫骺刂啤?
（2）如果要手動(dòng)終止一個(gè)正在進(jìn)行中的PTO包絡(luò)，要把狀態(tài)字節(jié)中的用戶終止位（SM66.5或SM76.5）置1。
（3）當(dāng)管線滿時(shí)，如果試圖裝載管線，狀態(tài)存儲(chǔ)器中的PTO溢出位（SM66.6或者SM76.6）置1。如果想用該位檢測(cè)序列的溢出，必須在檢測(cè)到溢出后手動(dòng)清除該位。當(dāng)CPU切換至RUN模式時(shí)，該位被初始化為0。
如果要裝入新的脈沖數(shù)（SMD72或SMD82）、脈沖寬度（SMW70或SMW80）或周期（SMW68
或SMW78），應(yīng)該在執(zhí)行PLS指令前裝入這些值和控制寄存器。如果要使用多段脈沖串操作，在使用PLS指令前也需要裝入包絡(luò)表的起始偏移量（SMW168或SMW178）和包絡(luò)表的值。
4.2.3 主程序
根據(jù)實(shí)際控制系統(tǒng)與工藝要求進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的“啟動(dòng)頻率”和“停止頻率”的標(biāo)定，步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率稱為“啟動(dòng)頻率”，“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號(hào)突然關(guān)斷，步進(jìn)電機(jī)不沖過目標(biāo)位置的最高頻率。步進(jìn)電機(jī)在起動(dòng)和停止時(shí)有一個(gè)加速及減速過程，且加速度越小則沖擊越小，動(dòng)作越平穩(wěn)。所以，步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)—般要經(jīng)歷這樣—個(gè)變化過程：加速一恒速(高速)一減速一低速一停止。其中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中—般采用如下運(yùn)行曲線，主要要考慮步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)必須有個(gè)加速緩沖的過程，對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起保護(hù)作用。
根據(jù)這個(gè)原則編制了一電機(jī)啟動(dòng)的程序：
LD SM0.1
ATCH 初始化結(jié)束中斷, 3
R Ｑ０.1, 1
R Q 0.2, 1
CALL 包絡(luò)表子程序
包絡(luò)表子程序
LD SM0.0
MOVB 16#AC, SMB77
MOVW +500, SMW178
MOVB 3, VB500
MOVW +50, VW501
MOVW -1, VW503
MOVD 45, VD505
MOVW +5, VW509
MOVW +0, VW511
MOVD 9910, VD513
MOVW +5, VW517
MOVW +1, VW519
MOVD 45, VD521
PLS 1
初始化結(jié)束中斷
LD SM0.0
R SM77.7, 1
PLS 1
在主程序中先將脈沖輸出端清零(R Ｑ０.1, 1),并設(shè)置相應(yīng)的中斷（３位i0.1的下降沿），在中斷程序中禁止ＰＴＯ。接著調(diào)用相應(yīng)的子程序，在子程序中設(shè)置ＰＴＯ的控制字節(jié)（MOVB 16#AC, SMB77），十六進(jìn)制ＡＣ＝二進(jìn)制10101100,根據(jù)表２得知：ＰＴＯ允許；ＰＴＯ模式；多段操作；異步更新；基準(zhǔn)時(shí)間單位是１ms；寫新的脈沖數(shù)；不寫脈沖寬度；不寫新的周期值。接著在SMW178寄存器中設(shè)置包絡(luò)表的起始位置為vb500，根據(jù)表一設(shè)置包絡(luò)表中的周期值、周期增量和脈沖數(shù)。
計(jì)算包絡(luò)表的值：
周期增量值：De給定段的周期增量=｜ECT--ICT｜/Q
其中：ECT=該段結(jié)束周期時(shí)間
ICT=該段初始化周期時(shí)間
Q=該段的脈沖數(shù)量
段的最后一個(gè)脈沖的周期在包絡(luò)中不直接指定，但必須計(jì)算出來（除非周期增量是0）。如果在段之間需要平滑轉(zhuǎn)換，知道段的最后一個(gè)脈沖的周期是有用的。計(jì)算段的最后一個(gè)脈沖周期的公式是：
段的最后一個(gè)脈沖的周期時(shí)間=ICT+（DEL*（Q--1））
其中：ICT=該段的初始化周期時(shí)間
DEL=該段的增量周期時(shí)間
Q=該段的脈沖數(shù)量
周期增量只能以微秒數(shù)或毫秒數(shù)指定，周期的修改在每個(gè)脈沖上進(jìn)行這兩項(xiàng)的影響使對(duì)于一個(gè)段的周期增量的計(jì)算可能需要疊代方法。對(duì)于結(jié)束周期值或給定段的脈沖個(gè)
數(shù)，可能需要作調(diào)整。在確定校正包絡(luò)表值的過程中，包絡(luò)段的持續(xù)時(shí)間很有用。按照下面的公式可以計(jì)算完成一個(gè)包絡(luò)段的時(shí)間長(zhǎng)短：
包絡(luò)段的持續(xù)時(shí)間=Q*（ICT+（（DEL/2）*（Q--1）））
其中：Q=該段的脈沖數(shù)量
ICT=該段的初始化周期時(shí)間
DEL=該段的增量周期時(shí)間
結(jié)束語
通過這次設(shè)計(jì)，我得到了以下幾個(gè)結(jié)論：
1、 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅要滿足機(jī)床的性能要求，同時(shí)還要注意加工和裝配工藝性，以便加工、裝拆調(diào)整。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)單緊湊、可靠、實(shí)用。特別是在復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，各部分結(jié)構(gòu)往往需反復(fù)推敲修改，并作必要驗(yàn)算方能確定其方案；每個(gè)零件的結(jié)構(gòu)不是單純根據(jù)計(jì)算，而主要是根據(jù)工藝性和構(gòu)造方面的要求，如因結(jié)構(gòu)方面的因素，齒輪不能滿足要求時(shí)，則要重新進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)等。
2、 在設(shè)計(jì)編寫PLC程序和顯示屏畫面的編制時(shí)，注意程序整體及全局性的把握，對(duì)程序所要實(shí)現(xiàn)的功能要十分清楚，同時(shí)畫出流程圖輔助程序的編寫，最后就是在程序的調(diào)試時(shí)耐心時(shí)必不可少的，同時(shí)還有需要主要的程序使用變量的設(shè)置上注意變量的類型和實(shí)用原則以及設(shè)定的寄存器地址和設(shè)定的線圈的作用。
3、 在本次設(shè)計(jì)中，讓我了解了步進(jìn)電機(jī)的選用原則， RV減速箱的相關(guān)知識(shí)，諧波齒輪的相關(guān)知識(shí)和選用方法，同時(shí)在開題前了解到了一些PCI運(yùn)動(dòng)控制卡的相關(guān)知識(shí)。
最后感謝楊慶東老師和和利時(shí)的張剛工程師的悉心指導(dǎo)和教誨。在從課題的選擇，每個(gè)方案的合理性的論證，調(diào)試都凝聚著兩位導(dǎo)師的汗水，在碰到各種問題和困難上，正是由于兩位導(dǎo)師的及時(shí)悉心指導(dǎo)幫助，才得以設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行到最后，在此向楊老師和張老師表示深深的感謝和崇高的敬意。同時(shí)張老師淵博的學(xué)識(shí)和務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)給予了我極大的教育和啟迪,使我在今后的學(xué)習(xí)和生活中受益匪淺;嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和寬以待人的品質(zhì)將使我受益終身。
在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，也得到了許多同學(xué)的幫助，在此也表示衷心的感謝。
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