发布时间 : 星期六 文章第7章典型（机器人）机电一体化系统实例分析 - 图文更新完毕开始阅读d6c762601ed9ad51f01df2fd
4．以微机系统为核心的设计策略。
一项设计通常有几种不同的设计方案，每一种方案都有其优点和缺点，因此，在设计阶段应对不同的方案进行整体评价，择优选择综合指标最优的设计方案。
7.1.6 制作与调试
制作与调试是系统设计方案实施的一项重要内容。根据循环设计及系统设计的原理，制作与调试分为两个步骤：第一步是功能模块的制作与调试；第二步是系统整体安装与调试。 功能模块的制作与调试是由专业技术人员根据分工，完成各功能模块的硬件组配、软件编程、电路装配、机械加工等细部物理效应的实现工作，对各功能模块的输入输出参数仿真（模拟）、调试和再线调试，使他们满足系统设计所规定的电气、机械规范。
系统总体调试是在功能模块调试的基础上进行的，整体调试以系统设计规定的总目标为依据，调试功能模块的工作参数及接口参数。此外，由于物质流、能量流、信息流均融汇在系统中，系统中的各薄弱环节以及影响系统主功能正常发挥的“瓶颈”会充分暴露出来，系统还受到内外部各种干扰的影响，因此，系统整体的调试还要进一步解决系统可靠性、抗干扰等问题。
7.2 数控机床
数字控制技术是从金属切削机床数控的基础上发展起来的。自1952年由美国帕森斯公司与麻省理工学院机构实验室研制成功世界上第一台三坐标数控铣床以来，数控机床经历了硬件数控（NC）、计算机数控（CNC）、多机台计算机直接群控（DNC）和微机数控（MNC）五个发展阶段，形成了门类齐全、品种繁多的数控机床，如数控车床、铣床、钻床、磨床和加工中心等。
7.2.1 数控机床的组成
图7-2所示为数控机床的组成框图。被加工零件的图纸是数控机床加工的原始数据，在加工前需要根据零件图制定加工工序及工艺规程，并将其按照标准的数控编程语言编制成加工程序。
图7.2 数控机床组成框图
程序载体是用于记录数控程序的物理介质，通过输入接口可将载体中的数控程序输入数控微机系统。早期的程序载体是纸带，将加工程序制作在穿孔纸带上，由光电读带机将纸带上的二进制数控信息输入微机系统中。目前程序载体有盒式磁带、磁盘或EPROM，简易数控机床则直接将加工程序通过键盘输至微机中。
微机数控系统用来接受并处理由程序载体输入的加工程序，依次将其转换成使伺服驱动系统动作的脉冲信号。
伺服驱动系统是整个数控系统的执行部分，由伺服控制电路、功率放大电路、伺服电动
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机等组成，为机床的进给运动提供动力。
反馈系统用于检测机床工作的各个运动、位置参数，环境参数（如温度、振动、电源电压、导轨坐标、切削力等）并将其变换成微机系统能接受的数字信号，以构成闭环或半闭环控制。经济型的数控机床一般采取开环控制。
7.2.2 数控车床的机械结构
图7-3表示一种普通车床改造后的方案。图中不改变车床主轴箱，即主轴变速仍靠人工控制，走刀丝杠改成滚珠丝杠11，去掉光杠，在走刀段右端增加一个丝杠支承。丝杠11的右端用纵向步进电动机4直接驱动（或经传动齿轮减速驱动）。纵向走刀丝杠采用滚珠丝杠的目的是为了提高纵向走刀的移动精度，对于半精加工的车床可直接使用原来的丝杠。同样，横向走刀丝杠由步进电动机3直接驱动，完成横向走刀的进给和变速。另外，刀架部分采用了电动刀架实现自动换刀。为了使车床能实现自动车制螺纹，还要在主轴尾部加接一光电编码器（图中未示出），作为主轴位置检测，使车刀运动与主轴位置相配合。
图7.3 改造后的车床传动系统
1—电动机 2—联轴器 3—横向步进电机 4—纵向步进电机 5—联轴器
6—纵向微调机构 7—横向微调机构 8—横向螺母 9—纵向螺母
10—横向微调机构 11—纵向滚珠丝杠
1、步进电动机与丝杠联接
步进电动机与丝杠的联接要可靠，传动无间隙。为了便于编程和保证加工精度，一般要求纵向运动的步进当量为0.01mm，横向运动的步进当量为0.005mm，步进电动机与丝杠的联接方式有直连式（同轴连接）和齿轮联接两种形式。
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图7.4 直连式示意图
1—车床支架 2—销钉 3—联轴套 4—步进电动机
直连式如图7-4所示，步进电动机与丝杠轴采用联轴套直接同轴相联，这种联接方式结构紧凑，改装方便。
图7.5 齿轮连接示意图
齿轮联接方式如图7-5所示。在步进电动机步距角α、步进当量ι及丝杠螺距t确定后，步进电动机和丝杠的联接传动比不一定正好是1：1的关系，这时采用一对齿轮，齿轮传动比的计算可根据下面计算：
i?Z2Z1???t360?l （7-1）
例7-1 将改造一台C620车床，其纵向丝杠的螺距t=12mm，采用110BF003型步进电动机，步距α=0.75°，系统规定的纵向步进当量ι=0.01mm，计算步进电动机与纵向丝杠之间的联接传动比。
解：根据式（7-1） i?Z2Z1???t360?l?12?0.75360?0.01?41
可选
Z1?20,Z2?80，模数m?1.5的齿轮传动副。当i为小数时，则可采用挂轮。
2、步进电动机与床身的联接
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步进电动机与床身的联接，不但要求安装方便、可靠，同时又能确保精度。常用的有固定板联接和变速箱联接两种，如图7-6和图7-7所示。
图7.6 固定板联接示意图
1—床身 2—齿轮箱 3—变速齿轮 4—丝杠支架
图7.7 变速箱联接示意图 1—床身 2—圆柱套筒 3—联接板
4—步近电动机 5—齿轮 6—丝杠托架 7—丝杠
3、自动回转刀架
加工复杂工件时，需要几把车刀轮换使用，这就要求刀架能自动换位如图7-8所示。
图7.8 自动刀架原理示意图
当微机系统发出换刀信号后，如果要求的刀号与实际在位的刀号不符，电动机正转，通过螺杆推动螺母使刀台上升到精密端齿盘脱开时的位置，当刀台随螺杆体转动至与刀号要求相符的位置时，微机发出反转信号，使电动机反转，于是刀台被定位卡死而不能转动，便缓慢下降至精密端齿盘的啮合位置，实现精密定位并锁紧。当夹紧力增大到推动弹簧而窜动压缩触点时，电动机立即停转，并向微机发出换刀完成的应答信号，程序继续执行。
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