自動(dòng)涂膠機(jī)的設(shè)計(jì)

自動(dòng)涂膠機(jī)的設(shè)計(jì),自動(dòng),涂膠,設(shè)計(jì) 第一章 緒 論 近年來(lái)，伴隨著生產(chǎn)和技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化有了很大的發(fā)展,自動(dòng)涂膠機(jī)在我國(guó)機(jī)械設(shè)備的裝配與維修中得到了廣泛的應(yīng)用，不僅提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，同時(shí)也節(jié)省了能源和材料。尤其是汽車行業(yè)，對(duì)汽車零部件的結(jié)合面有一定的密封性要求,其結(jié)合面都需要涂膠，涂膠的精度對(duì)汽車的性能至關(guān)重要，自然對(duì)自動(dòng)涂膠機(jī)提出了更高的要求。以往涂膠都是依靠工人的手工來(lái)完成，涂膠的效率極低，而且很難保證涂膠的均勻性和膠體的厚度。自動(dòng)涂膠機(jī)既能保證涂膠的均勻性又能有效的節(jié)省材料，大大提高了工作效率和工作質(zhì)量，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此針對(duì)不同的工作需要,自動(dòng)涂膠機(jī)可以采用框架式機(jī)器人或多自由度機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)合面進(jìn)行涂膠，同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也意味著每天給國(guó)家企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是為第一汽車集團(tuán)設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)涂膠的設(shè)備（軸承座與減速器間的密封圈）使它能在實(shí)現(xiàn)日常工作目的的基礎(chǔ)上，盡量使機(jī)械結(jié)構(gòu)合理的簡(jiǎn)化，降低成本，增加其實(shí)用性和性價(jià)比。此機(jī)構(gòu)采用框架式機(jī)械手操作機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置,X,Y軸聯(lián)動(dòng)可合成各種平面的各種曲線,XYZ軸聯(lián)動(dòng)并可合成空間曲線或直線(但必須考慮膠的流動(dòng))。,保證系統(tǒng)可靠性及涂膠精度的前提下降低造價(jià),提高性能/價(jià)格比。 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)涂膠機(jī)硬件控制采用的是MCS-51單片機(jī)進(jìn)行三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，通過(guò)匯編語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)涂膠機(jī)的X向、Y向、Z向運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)量，來(lái)控制涂膠的速度和均勻性。 隨著數(shù)控技術(shù)、機(jī)電行業(yè)的不斷發(fā)展及對(duì)機(jī)器性能的高要求，自動(dòng)涂膠機(jī)一定會(huì)有著更廣泛的應(yīng)用前景。 第二章 自動(dòng)涂膠機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容 設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)涂膠機(jī)，對(duì)汽車密封圈進(jìn)行自動(dòng)涂膠，利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，保證涂膠的范圍、速度和均勻性。 1、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各種標(biāo)準(zhǔn)件的選取。 2、自動(dòng)涂膠機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 3、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是用單片機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制X向、Y向、Z向電機(jī)的正常工作。 4、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是控制程序設(shè)計(jì)，利用MCS-51單片機(jī)控制，采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 二、設(shè)計(jì)要求 機(jī)械部分要考慮整體布局，工作行程要能滿足要求，傳動(dòng)裝置要平穩(wěn)且準(zhǔn)確，還要兼顧速度，另外需考慮經(jīng)濟(jì)性，該設(shè)備要求成本低，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，減少額外的工作量。設(shè)備的使用壽命不低于15年，每年工作330天，每天工作12小時(shí)，載荷持續(xù)率為90%，需要批量生產(chǎn)。 電路部分主要是芯片的選取和電路的擴(kuò)展連接，及三個(gè)電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)。由于涂膠屬于輕載荷工作。對(duì)電機(jī)功率要求不是太高，所以采用步進(jìn)電機(jī)。設(shè)計(jì)電路控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和方向 以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 執(zhí)行程序要考慮到不同拐點(diǎn)處涂膠量問(wèn)題，可通過(guò)改變X、Y向運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)也可單一Z向運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證涂膠均勻，此次設(shè)計(jì)采用后者方式，原因是一個(gè)電機(jī)工作方式比較好控制。 三、自動(dòng)涂膠機(jī)總體方案的擬定 結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說(shuō)明：由于涂膠過(guò)程中存在拐點(diǎn)涂膠量的控制，本設(shè)計(jì)采用了在X.Y 向運(yùn)動(dòng)速度不改變的前提下，調(diào)整Z向擠膠活塞速度的方式，三向運(yùn)動(dòng)的形式不盡相 同，所以共用了三個(gè)電機(jī)，通過(guò)程序控制分別做相應(yīng)運(yùn)動(dòng)，來(lái)保證涂膠的厚度和均勻 性。 Z向是用來(lái)控制出膠的量的，且要求傳動(dòng)平穩(wěn)，故選用絲杠螺母工作，絲杠螺母有自鎖能力，可保證涂膠的厚度和均勻性。 通過(guò)改變Z向絲杠螺母的轉(zhuǎn)速，以保證Z軸的升降速度，來(lái)達(dá)到涂膠的要求。 由于X，Y向運(yùn)動(dòng)要求平穩(wěn)、準(zhǔn)確，所以采用了滾珠絲杠傳動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)效率高、剛度好、傳動(dòng)精度高且使用壽命長(zhǎng)。 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)承載大，且需要平穩(wěn)，所以X 、Y向采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，滾動(dòng)導(dǎo)軌承載較大，且導(dǎo)向準(zhǔn)確。為了滿足傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的要求，采用齒輪系統(tǒng)進(jìn)行變速，齒輪的結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)且傳動(dòng)比穩(wěn)定。 四、 自動(dòng)涂膠機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 1、每一工件涂膠時(shí)間：15s---20s 2、膠型：東泰嚴(yán)氧平面密封膠51s 3、步進(jìn)電機(jī)型號(hào)： X.Y取70BF003 Z取55BF003 4、步進(jìn)電機(jī)相數(shù)： 3相 5、步進(jìn)電機(jī)拍數(shù)： 6拍 6、步進(jìn)電機(jī)步距角：αx=3o αy=3o αz=1.5o 7、步進(jìn)電機(jī)電壓： X向，Y向用DC27V Z向電機(jī) 用DC27V 8、步進(jìn)電機(jī)電流： X向.Y向 3.0A Z向 3.0A 9、步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距： X向，Y向電機(jī)0.784Nm Z向 電機(jī)0.49Nm 保持轉(zhuǎn)距： X向，Y向0.646Nm， Z向0.3Nm 10、步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率： X向，Y向1800pps Z向 3100pps 運(yùn)行頻率： X向，Y向1800Hz Z向1600Hz 11、步進(jìn)電機(jī)的重量：X向，Y向 1.2kg Z向 0.8kg 第三章 自動(dòng)涂膠機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 一、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 考慮到整個(gè)機(jī)構(gòu)的平衡性，故將承載夾持部分的彎臂方向與Y向電機(jī)在一條線上。 因?yàn)槟z棒的夾持嚴(yán)格要求對(duì)心，故選用了V行塊來(lái)設(shè)計(jì)夾具，具體結(jié)構(gòu)如下圖： 涂膠機(jī)裝置傳遞要求精度很高，為了使涂膠機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，齒輪間隙的調(diào)整采用偏心軸套進(jìn)行消隙，滾珠絲杠增加了緊定螺釘，消除了軸向間隙，同時(shí)與鍵配合下也消除了周向間隙。具體結(jié)構(gòu)框架如下圖： 二、 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) （一）、電機(jī)和連軸器的選取 1、Z向電機(jī)的選?。? 電機(jī)的選取原則是滿足精度要求即步距角，滿足輸出功率要求即轉(zhuǎn)矩問(wèn)題。 步距角： 其中： 脈沖當(dāng)量δ=0.008 I=1.0 其中 電機(jī)的型號(hào)55BF003 電機(jī)的參數(shù)如下： 相數(shù) 步距角 電壓 相電流 最大靜轉(zhuǎn)矩 最高空載啟動(dòng)頻率 3 1.5/3 27 3 0.686 1800 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 質(zhì)量 外徑Φ 長(zhǎng)度 軸徑 0.617×105kgm2 0.83 55 70 6 因?yàn)槊芊馊Φ拿芊庑砸蠛芨?，每次出膠的量不是很多，所以擠膠力不是很大，故選用步距角為1.50/步，扭矩偏小點(diǎn)的便可以滿足要求，經(jīng)過(guò)計(jì)算，擠膠的力度一般在1N～25N之間，選用保持轉(zhuǎn)距為0.686N·m的55BF003型步進(jìn)電機(jī)，便可以滿足扭矩要求，所以選擇55BF003型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)，就能滿足設(shè)計(jì)的要求。 Z向連軸器的選取： 由于z向電機(jī)的輸出軸的軸徑為Φ6為了使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且拆裝方便，故采用過(guò)盈配合套筒連軸器，采用高壓油膨脹的方式使V型套筒發(fā)生軸向竄動(dòng)使兩軸連接在一起，具體結(jié)構(gòu)如圖所示： 2、X向電機(jī)的選?。? 中拖板和上拖版加上涂膠裝置總重量<=50Kg,則滾珠絲杠上的平均工作載荷為Fm=490/3N取螺旋角偏大點(diǎn)，設(shè)λ=3.20則受力分析如下圖： λ Fm Fn x 設(shè)周向分力為xN,則： x=Fmtanλ=490/3tan3.20=9.13N (D0/2)x=30/210-39.13=0.137N·m 以上取值都是取最大可能值，實(shí)際值一定比0.137N·m小得多，為了安全起見(jiàn)，故選用70BF003型號(hào)，保持轉(zhuǎn)距為0.784N·m的步進(jìn)電機(jī)。 3、Y向電機(jī)的選取： Y向電機(jī)的選取也需要滿足扭矩的大小，以保證絲杠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于密封圈是圓形工件，可選用同一型號(hào)的電機(jī)就能滿足涂膠的精度。且更有利于電路的控制，程序的編制也更加方便。 （二）、滾珠絲杠及絲杠螺母的選取 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要滿足傳動(dòng)精度的要求，還要滿足高速、低噪聲和可靠性。所以我選擇了滾珠絲杠。因?yàn)闈L珠絲杠具有傳動(dòng)效率高、運(yùn)動(dòng)具有可逆性、系統(tǒng)剛度好、傳動(dòng)精度高、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。 1、X向滾珠絲杠的選?。? 由設(shè)計(jì)的尺寸和材質(zhì)選取可計(jì)算出Y向傳動(dòng)滾珠絲杠要帶動(dòng)重量為50×9.8=490N的重物做水平直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，則平均工作載荷Fm=1/3Mg=490/3N.絲杠工作長(zhǎng)度L=150mm.平均轉(zhuǎn)速nm=200r/min,使用壽命Lh=15000h.絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為58～62HRC傳動(dòng)精度要求：σ=±0.03 mm. （1） 則計(jì)算載荷Fc： Fc=KFKHKAKm=1.2*1.0*1.1*500=660(N) KF——載荷性質(zhì)系數(shù)，取1.2介于無(wú)沖擊，平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)和一般運(yùn)轉(zhuǎn)之間。 KH——滾道實(shí)際硬度HRC>=58HRC取1.0。 KA——精度等級(jí) 取1.1。 （2） 額定動(dòng)載荷計(jì)算值（Ca'） Ca'=Fc× ——額定壽命 ——平均轉(zhuǎn)速 （3） 根據(jù) Ca' 選擇滾珠絲杠副，假設(shè)選用FC1型號(hào)， 按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷Ca等于或大于Ca'的原則，故選以下型號(hào)規(guī)格：FC1 —2005—2.5和FC1—2004—2.5.考慮到各種因素，最后選用FC1—2005—2.5。 FC1—2005—2.5滾珠絲杠副數(shù)據(jù)為： 公稱直徑 D0=20mm 導(dǎo)程 P=5mm 螺旋角 λ=4o33ˊ 滾珠直徑 d0=3.175mm 滾道半徑 R=0.52d0=1.651mm 偏心距 e=0.707(R-d0/2)=0.004445mm 絲杠內(nèi)徑 d1=D0+2e-2R=16.7869mm （4）穩(wěn)定性驗(yàn)算 1、臨界載荷 Fcr=π2EIa/(ul) 2=1.09× 安全系數(shù)S=Fcr/Fm>[S],絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。 2、臨界轉(zhuǎn)速 ncr=9910×fc2d1/(ul) 2=r/min 所以絲杠不會(huì)共振。 3、此外絲滾珠絲杠還受D0n值的限制 D0n=20×200=4000mmr/min<70000 mmr/min 所以絲杠副工作穩(wěn)定。 （5）效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率η為： η=tgλ/tg（λ+ρ） =tg（4o33ˊ）/tg（4o33ˊ+4o40ˊ） =94.8% ρ——摩擦角 所以FC1-2005-2.5各項(xiàng)性能均符合要求，可選用。 2、Y向滾珠絲杠的選取： 由于Y向滾珠絲杠的工作載荷要比X向滾珠絲杠小些，故用同一型號(hào)滾珠絲杠能滿足傳動(dòng)要求。 3、Z向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選取 由于Z軸控制出膠的量的多少，且需要考慮突然斷電的情況，突然斷電需保證膠棒不漏膠所以Z軸需要具有自鎖功能。所以我選擇了絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)。使其保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 絲杠螺母的設(shè)計(jì)與自鎖驗(yàn)算： 絲杠螺母的螺距為2mm 公稱直徑為18mm 螺母的高度為H=ψd2=2.5ψ取2.5 整體式 旋合圈數(shù) n=H/P=45/4=11.25 螺紋的工作高度： h=0.5P=0.54=2 螺牙根部寬度 b=0.65P=0.65 工作比壓P=F/0.0024MP 自鎖的驗(yàn)算： 導(dǎo)程角 所以絲杠螺母可以自鎖。 絲杠螺母的效率計(jì)算： （三）、滾動(dòng)導(dǎo)軌的選取 1、X向?qū)к壍倪x取 （1）行程長(zhǎng)度壽命Ts Ts=2Lsn60Th/1000=2×0.3×4×60×1.5×/ =1960Km Ls——工作單行程長(zhǎng)度（m）取300mm n——往復(fù)次數(shù) 取300mm Th——工作時(shí)間壽命取15000h （2）計(jì)算動(dòng)載荷 Ca=Ffw3√(Ts/k)/mfTfcfH=N F——作用在滑座上的載荷 m —— 滑座個(gè)數(shù) K—— 壽命系數(shù)一般取K=50Km fT——溫度系數(shù)取1 fc——接觸系數(shù)取0.81 fH——硬度系數(shù)取1 fw——負(fù)載系數(shù)取1.5 根據(jù)動(dòng)載荷選取GDA-20型滾動(dòng)導(dǎo)軌 外形參數(shù)：A*h*L1=70*37*80 2、Y向?qū)к壍倪x取 由于Y向?qū)к壦惺艿妮d荷比X向?qū)к壍囊〉亩喙士蛇x用與X向相同的導(dǎo)軌，既能滿足傳動(dòng)要求。 （四）、步進(jìn)電機(jī)的選擇與校核 1、電機(jī)的選取 初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)合理選用及i，并滿足 θb×L0/i×360<=δp （1）、Z向電機(jī)選擇： 步距角的確定 θb=360×δp×i/L0=360×0.008×1/2=1.5° i=1 初選電機(jī)型號(hào) 55BF003 各參數(shù)如下： 相數(shù) 步距角 電壓 相電流 最大靜轉(zhuǎn)矩 最高空載啟動(dòng)頻率 3 1.5/3 27 3 0.686 1800 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 質(zhì)量 外徑Φ 長(zhǎng)度 軸徑 0.617×105kgm2 0.83 55 70 6 （2）、X、Y向電機(jī)選擇： 步距角：θb=360×δp×i/L0=360×0.01×4/5=3° i=4 δp=0.1 初選電機(jī)型號(hào) 70BF003 各參數(shù)如下： 相數(shù) 步距角 電壓 相電流 最大靜轉(zhuǎn)矩 最高空載啟動(dòng)頻率 3 1.5/3 27 3 0.784 1600 質(zhì)量 外徑Φ 長(zhǎng)度 軸徑 1.2 70 65 8 2、電機(jī)的校核： 1、Z相電機(jī)校核： 步進(jìn)電機(jī)最大徑轉(zhuǎn)矩Mjmax與步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mmq的關(guān)系 即：Mmq=λMjmax=0.866×0.686=0.594 N/cm 步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒(méi)有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩可按下式計(jì)算： Mkg= Mka+ Mkf+ M0 Mkg—空載啟動(dòng)力矩 Mka—空載啟動(dòng)時(shí)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度，折算到電機(jī)軸上的加速力矩（N.CM） Mkf—空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（N.CM） M0 —由于絲杠預(yù)緊，折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩 初選電機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 即：Mkg≤Mmq=λMjmax λ=Mkg/Mjmax=0.866 （三相六拍） （1） 加速力矩 Mka=J∑ε=J∑×2×л×2×60t =0.617×0.1×2×л×1440×/60×2=0.0465(N?cm) JΣ —傳動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg.cm2） —電機(jī)最大角加速度（rad/s2） nmax —運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（r/min） t —運(yùn)動(dòng)部件從靜止啟動(dòng)加速到最大快進(jìn)速度所需的時(shí)間（s） vmax—運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（mm/min） δp—脈沖當(dāng)量（mm/脈沖） θb—步進(jìn)電機(jī)的步距角 （2） 空載摩擦力矩： Mkf=Gf′L0/2лηi=30×0.1×0.2/2л×0.8×1=0.119(N?cm) G—運(yùn)動(dòng)部件的總重力（N） f′—導(dǎo)軌摩擦系數(shù) i—齒數(shù)傳動(dòng)降速比 η—傳動(dòng)系數(shù)總效率。 取η=0.7-0.85 L0—滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（cm） （3） 附加摩擦力矩 M0=FYJL0(1-η02)/2лηi=100*0.2*(1-0.952)/2л*0.8*1=0.387(N?cm) FYJ—滾珠絲杠預(yù)加載荷即預(yù)緊力 一般取Fm的1/3 Fm —為進(jìn)給牽引力（N） η為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取η0≥0.9 所以Mkg≤Mmq 符合要求 X向電機(jī)與Y向電機(jī)的校核與Z向基本相同，在這里只簡(jiǎn)單的對(duì)其進(jìn)行校核。 Mmq=λMjmax=0.866×0.788=0.6824 Mkf= Gf′L0/2лηi=200*0.1*0.3/2л*0.8*4=0.2977(N?cm) i =4 M0=FYJL0(1-η02)/2лηi=250×0.3×(1-0.952)/2л×0.8×4=0.3636(N?cm) Mmq=0.6824>Mkf+M0=0.6613 符合設(shè)計(jì)要求 （五）、涂膠彎臂的螺栓強(qiáng)度校核： 1. 先分析剪切力，由于4個(gè)螺栓是對(duì)稱分布的，故剪切力可以認(rèn)為均分。 = d=12mm 完全可以符合要求。 彎臂受到扭轉(zhuǎn)力的作用，其扭矩為： （1）、截面形心： （2）、計(jì)算截面慣性矩： （3）、在截面的上下邊緣，分別作用有最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力： 取[]=75Mpa 《[] d=12mm完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。 （六）、涂膠夾具的設(shè)計(jì) 涂膠的中心線在每次裝夾時(shí)要求高度對(duì)心，這樣才可以避免因裝卸膠棒時(shí)造成涂膠機(jī)起始位置的偏差，在本次設(shè)計(jì)中，采用了雙滑塊開(kāi)口V型槽式夾具來(lái)夾持膠棒，其特點(diǎn)是高度定心，夾持方便，拆裝容易，制造方便，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示： （七）、變速齒輪的設(shè)計(jì) 自動(dòng)涂膠機(jī)要求傳動(dòng)效率高且傳動(dòng)比穩(wěn)定，以保證涂膠的均勻性和穩(wěn)定性。 齒輪傳動(dòng)具備這些特點(diǎn)且結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)故選用齒輪傳動(dòng)進(jìn)行變速。 1、傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 自動(dòng)涂膠機(jī)采用一級(jí)傳動(dòng)齒輪變速，可增大傳動(dòng)的扭矩和平穩(wěn)性 傳動(dòng)比為i=720/200=3.6壓力角α=18o 小齒輪：Z1=18 大齒輪：Z2=65 齒數(shù)互為質(zhì)數(shù) 由于小齒輪作懸臂布置故： Φd=0.6 小齒輪的齒寬 b=Φdd1=0.6×24=14.4 mm 模數(shù)：mt=d1/Z=1.26mm 取m=1.5 齒高：h=2.25×m=3.375mm 2、幾何尺寸的計(jì)算 (1) 計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑： d1=Z1×m=18×1.5=27mm d2=Z2×m=65×1.5=97.5mm (2)計(jì)算中心距 a=（d1+d2）/2=62.25mm (3)計(jì)算齒輪寬度 b=Φdd1=0.6×27=16.2mm 圓整后取B2=16mm B1=21mm 第四章 硬件及接口電路的設(shè)計(jì) 一、概述 本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)涂膠機(jī)采用MCS-51的典型產(chǎn)品8031進(jìn)行控制，因?yàn)槠潴w積小、功能強(qiáng)和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域。由于8031是沒(méi)有ROM的單片機(jī)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也只有128K字節(jié)，因此它必須外接EPROM程序存儲(chǔ)器，才能構(gòu)成最小系統(tǒng)。8031的外部程序存儲(chǔ)器主要存放處理程序，也能存放處理程序所必需的常數(shù)?；镜臄U(kuò)展包括：擴(kuò)展片外程序存儲(chǔ)器/擴(kuò)展片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器/擴(kuò)展并行I/O接口。采用74LS373鎖存器 、74LS138譯碼器的輸出作為片選信號(hào)。本系統(tǒng)擴(kuò)展了一片8255可編程接口芯片和一片8279芯片。 二、主要芯片的說(shuō)明及接口簡(jiǎn)圖 1、8031引角說(shuō)明： 8031是無(wú)ROM型的單片機(jī)，它必須外接EPROM程序存儲(chǔ)器。8031的外部存儲(chǔ)器主要存放處理程序，也能存放處理程序所需的常數(shù)。8031最多可外擴(kuò)64K程序存儲(chǔ)器，64K程序存儲(chǔ)器中有5個(gè)單元具有特殊用途，分別對(duì)應(yīng)5種中斷源的中斷服務(wù)入口地址。8031有一個(gè)可編程的、全雙工的串行接口。串行口可以通過(guò)指令設(shè)置成四種不同的工作方式的一種，但主要 （1）、電源引腳 VCC：正常運(yùn)行和掉電工作時(shí)的電源電壓。 VSS：電源接地端。 （2）、I/O總線 P0口：P0口是一個(gè)8位雙向I/O口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS 型TTLFU載。P0角在寫(xiě)入1后浮空，這時(shí)可用作高阻輸入。 P0口也是訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存貯器的多路低位地址和數(shù)據(jù)總線。這時(shí)它在輸出1時(shí)具有強(qiáng)的內(nèi)部提升。 P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部提升的8位雙向I/O口。P1腳在寫(xiě)入1后由內(nèi)部提升置為高電平，這時(shí)它可用作輸入。作為輸入，從外部拉為低電平的P1腳將放出電流，因?yàn)樗袃?nèi)部提升電阻。 P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部提升的8位雙向I/O口。P2腳在寫(xiě)入1后由內(nèi)部提升電阻置為高電平，這時(shí)它可用作輸入。作為輸入，從外部拉為低電平的P2腳將放出電流，因?yàn)樗袃?nèi)部提升電阻。 在從外部程序存貯器取指和使用16位地址（MOVX @DPTR）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器是P2口輸出高位地址。這時(shí)在輸出1時(shí)它使用強(qiáng)的內(nèi)部提升。在使用8位地址（MOVX @Ri）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)P2口輸出特殊功能寄存器P2的內(nèi)容。 P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部提升的8位雙向I/O口。P3腳在寫(xiě)入1后由內(nèi)部提升電阻置為高電平，這時(shí)它可用作輸入。作為輸入，從外部拉為低電平的P3腳將放出電流，因?yàn)樗袃?nèi)部提升電阻。 （3）、控制總線 RST/VPD：復(fù)位輸入信號(hào)。振蕩器運(yùn)行時(shí)該腳為高兩個(gè)機(jī)器周期將復(fù)位本器件。內(nèi)部有一個(gè)擴(kuò)散電阻接VSS，允許只使用一個(gè)接到VCC的外部電容實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。 ALE：訪問(wèn)外部存貯器時(shí)用于鎖存低位字節(jié)地址的地址鎖存允許脈沖。 在一般情況下，ALE輸入為振蕩器頻率的1/6，可用作外部定時(shí)或時(shí)鐘。然而必須注意在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存貯器時(shí)少一個(gè)ALE脈沖。 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，是外部程序存貯器的讀選通。 EA/VPP：訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。EA必須接地從允許從外部程序存貯器0000到FFFFH取指。如EA接VCC，則除非程序計(jì)數(shù)器地址大于0FFFH，器件總是從內(nèi)部程序存貯器取指。 （4）、時(shí)鐘 XTAL1：內(nèi)部振蕩器外接晶體引腳1。 XTAL2：內(nèi)部振蕩器外接晶體引腳2。 MCS-51單片機(jī)為40腳雙列直線式結(jié)構(gòu)，其引腳排列如下： 2、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 在MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，對(duì)于ROM的單片機(jī)是不可缺少的工作。片外程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的操作使用不同指令和控制信號(hào)，故允許二者的地址重復(fù)，片外可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器分別為64K字節(jié)。由于片外程序存儲(chǔ)器與片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用相同的操作指令，所以片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器的選擇靠硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)EA=0時(shí)，不論片內(nèi)有無(wú)程序存儲(chǔ)器，片外存儲(chǔ)器的地址可從0000H開(kāi)始設(shè)置（最大可到FFFFH，64K字節(jié)，由外擴(kuò)芯片容量決定）；但當(dāng)EA=1時(shí)，前4K字節(jié)地址0000H-0FFFH為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器所有，片外擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器的地址只能從1000H開(kāi)始設(shè)置（最大可到FFFFH，60K字節(jié)，由外擴(kuò)芯片容量決定）。 （1） 程序存儲(chǔ)器有單獨(dú)的地址編號(hào)（0000H-FFFFH），使用單獨(dú)的控制信號(hào)（PSEN控制）和指令（MOVC查表指令）。 （2） 程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共用地址總線與數(shù)據(jù)總線。 （3） 采用線選法而不用地址片選譯碼。 3、I/O口的擴(kuò)展 “接口”是微處理器CPU與外界的連接部件（電路），是CPU與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。“接口技術(shù)”是研究CPU如何與外部世界進(jìn)行最佳耦合與匹配，以實(shí)現(xiàn)雙方高效，可靠地交換信息的一門技術(shù)，它是軟硬件結(jié)合的體現(xiàn)，是微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵。 按CPU與外界交換信息的要求，一般來(lái)講，接口部件應(yīng)具有如下功能特點(diǎn)： （1）、數(shù)據(jù)緩沖功能 接口中一般都設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器或鎖存器，以解決高速CPU和低速外設(shè)之間的矛盾，避免丟失數(shù)據(jù)。另外，這些鎖存器常常有驅(qū)動(dòng)作用。 （2）、設(shè)備選擇功能 微機(jī)系統(tǒng)中通常都有多臺(tái)外設(shè)，而CPU在同一時(shí)間里只能與一臺(tái)外設(shè)交換信息，這就要借助接口的地址譯碼器對(duì)外設(shè)進(jìn)行尋址。高位地址用于芯片選擇，低位地址用于選擇接口芯片內(nèi)部寄存器或鎖存器，以選定需要與CPU交換信息的外設(shè)。 （3）、信號(hào)轉(zhuǎn)換功能 由于外設(shè)所能提供和所需要的各種信號(hào)常常與微機(jī)總線信號(hào)不兼容，因此信號(hào)變換就不可避免，它是接口設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要方面。通常遇到的信號(hào)變換包括：信號(hào)電平轉(zhuǎn)換、模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換、串/并和并/串轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)寬度變換及信號(hào)的邏輯關(guān)系和時(shí)序上的配合所要求的變換等。 （4）、接受、解釋并執(zhí)行CPU命令的功能 CPU發(fā)往外設(shè)的各種命令都是以代碼的形式先發(fā)到接口電路，再有接口電路解釋后，形成一系列控制信號(hào)送往外設(shè)的。為了實(shí)現(xiàn)CPU與外設(shè)之間的聯(lián)絡(luò)，接口電路還必須提供寄存器的“空”或“滿”，外設(shè)的“忙”或“閑”等狀態(tài)信號(hào)。 （5）、中斷管理功能 當(dāng)外設(shè)需要及時(shí)得到CPU的服務(wù)，例如，在出現(xiàn)故障而要求CU進(jìn)行刻不容緩的處理時(shí)，就應(yīng)在接口中設(shè)置中斷控制邏輯，由它完成向CPU提出中斷請(qǐng)求，進(jìn)行中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)，接收中斷響應(yīng)信號(hào)以及向CPU提供中斷向量等有關(guān)中斷事物工作。這樣，除了能使CPU實(shí)時(shí)處理緊急情況外，還能使快速CPU與慢速外設(shè)并行工作，從而大大提高CU的效率。 （6）、可編程功能 為使接口具有較強(qiáng)的通用性、靈活性和可擴(kuò)充性，現(xiàn)在的接口芯片多數(shù)都是可編程的，這樣在不改變硬件的條件下，只改變驅(qū)動(dòng)程序就可改變接口的工作方式和功能，以適應(yīng)不同的用途。 需要說(shuō)明的是：上述功能并非每個(gè)接口芯片都同時(shí)具備，對(duì)不同配置和不同用途的微機(jī)系統(tǒng)，其接口芯片的功能及實(shí)現(xiàn)方式有所不同，接口電路的復(fù)雜程度相差甚遠(yuǎn)。 MCS/51共有四個(gè)八位并行口，即P0—P3。對(duì)于8031來(lái)說(shuō)，由于無(wú)片內(nèi)ROM，必須在外部擴(kuò)展ROM。這時(shí)，需要使用P0、P2口作為地址總線輸出口及數(shù)據(jù)總線口使用。因此，對(duì)于8031，只有P1口及P3口的一部分可提供給用戶作為I/O口使用，這對(duì)于系統(tǒng)是不夠的，需要進(jìn)行I/O口擴(kuò)展。 可編程I/O口的擴(kuò)展 可編程I/O接口芯片電路復(fù)雜，功能較多，可滿足各種應(yīng)用要求。INTEL8155/8255CPU是為8031CPU設(shè)計(jì)的通用I/O接口。 4、8255A的外部引線與內(nèi)部結(jié)構(gòu) （如圖） 8255A是一個(gè)單+5V電源供電，40個(gè)引腳的雙列直插式組件其外部引線如圖所示：作為接口電路的8055A具有面向主機(jī)系統(tǒng)總線和面向外設(shè)兩個(gè)方面的連接能力。它的引腳正是為了滿足這種連接要求而設(shè)置的。 （1）面向系統(tǒng)總線的信號(hào)線有： D0—D7：雙向數(shù)據(jù)總線。CPU通過(guò)它向8255A發(fā)送命令、數(shù)據(jù)；8255A通過(guò)它向CPU回送狀態(tài)、數(shù)據(jù)。 CS：選片信號(hào)線，該信號(hào)低電平有效，有系統(tǒng)地址總線經(jīng)I/O地址譯碼器產(chǎn)生。CPU通過(guò)發(fā)高位地址信號(hào)使它變成低電平時(shí)，才能對(duì)8255A進(jìn)行讀寫(xiě)操作。當(dāng)CS為高電平時(shí)，切斷CPU與芯片的聯(lián)系。 A1，A0：芯片內(nèi)部端口地址信號(hào)線，與系統(tǒng)地址總線低位相連。該信號(hào)用來(lái)尋址8255A內(nèi)部寄存器。兩位地址，可形成片內(nèi)四個(gè)端口地址。 RD：讀信號(hào)線，該信號(hào)低電平有效。CPU通過(guò)執(zhí)行IN指令，發(fā)讀信號(hào)將數(shù)據(jù)或狀態(tài)信號(hào)從8255A讀至CPU。 WR：寫(xiě)信號(hào)線，該信號(hào)低電平有效。CPU通過(guò)執(zhí)行OUT指令，發(fā)寫(xiě)信號(hào)，將命令代碼或數(shù)據(jù)寫(xiě)入8255A。 RESET：復(fù)位信號(hào)線，該信號(hào)高電平有效。它清除控制寄存器并將8255A的A、B、C三個(gè)端口均置為輸入方式；輸出寄存器和狀態(tài)寄存器被復(fù)位，并且屏蔽中斷請(qǐng)求；24條面向外設(shè)的信號(hào)線呈現(xiàn)高阻懸浮狀態(tài)。這種勢(shì)態(tài)，一直維持，直到用方式命令才能改變，使其進(jìn)入用戶所需的工作方式。 面向I/O設(shè)備的信號(hào)線有： PA0—PA7：端口A的I/O線，與外部連接。 PB0—PB7：端口B的I/O線 PC0—PC7：端口C的I/O線 (2)A組和B組控制電路： 根據(jù)CPU命令，控制8255工作方式的控制電路，A組控制PA口和PC4-PC7，B組控制PB口和PC0-PC3。 (3)雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器： 這是8255和CPU數(shù)據(jù)總線的接口，CPU和8255之間的命令，數(shù)據(jù)和狀態(tài)的傳送部分是通過(guò)雙向三態(tài)總線緩沖器傳送的，D0-D7接CPU的數(shù)據(jù)總線。 (4)讀/寫(xiě)和控制邏輯： A0、A1、CS為8255的口選擇信號(hào)和片選信號(hào)，RD、WR為對(duì)8255的讀/寫(xiě)控制信號(hào)，這些信號(hào)線分別和CPU的地址線和讀/寫(xiě)信號(hào)線相連接，實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)8255的口選擇和數(shù)據(jù)傳送。這些控制信號(hào)的組合可以實(shí)現(xiàn)CPU對(duì)8255的PA口、PB口、PC口和控制口的尋址。8255的端口尋址如圖所示。 5、8279芯片的接口引線 圖為該芯片的引腳圖。40個(gè)引腳除+5V電源接線和地線外，依功能分為三組：與CPU的接口連線、與鍵盤(pán)的接口線以及與顯示器的接口線。 1、與CPU的接口線 （1） D0—D7：雙向數(shù)據(jù)總線。CPU通過(guò)這組接線向芯片寫(xiě)入工作方式控制命令字和顯示輸出得數(shù)據(jù)，讀回芯片的工作狀態(tài)和鍵盤(pán)編碼。 （2） CS：片選輸入線。低電平允許對(duì)芯片的讀、寫(xiě)操作。 （3） A0：地址碼最低位輸入線。低電平選中片內(nèi)數(shù)據(jù)寄存器，高電平選中片內(nèi)命令和狀態(tài)寄存器 （4） RD、WD：讀寫(xiě)控制。分別控制數(shù)據(jù)命令和狀態(tài)的讀、寫(xiě)。 （5） RESET：復(fù)位輸入線及CLK（時(shí)鐘線，系統(tǒng)送入時(shí)鐘作芯片內(nèi)部定時(shí)）。 2、 與鍵盤(pán)的接口線 （1） SL0—SL3：掃描信號(hào)線，用作鍵盤(pán)的行掃描信號(hào)，以及數(shù)碼顯示器的位選信號(hào)?？删幊淌剐酒ぷ髟诰幋a方式或譯碼方式，前者按SL0—SL34位編碼器輸出16位編碼正脈沖，后者按SL0—SL3順序輸出負(fù)脈沖，按編程的時(shí)鐘頻率周而復(fù)始地輸出。 （2） RL0—RL3：回饋信號(hào)輸入線，與鍵盤(pán)的列線相連。當(dāng)芯片輸出行掃描信號(hào)時(shí)，芯片自動(dòng)接受這列線回饋信號(hào)。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，經(jīng)約10ms消顫處理，被按下的鍵所在的列輸出低電平信號(hào)，其他列輸出高電平。 （3） SHIFT，CNTL/STB：位移，控制/選通輸入方式信號(hào)線。加上此兩線的4種編碼，鍵定譯碼可達(dá)256個(gè)。在選通輸入方式時(shí)，CNTL/STB線用作數(shù)據(jù)送入FIFO的選通線。 3、 與數(shù)碼顯示器的接口線 SL0—SL3掃描信號(hào)線也是數(shù)碼顯示器的位選信號(hào)線。初此以外還有： （1） OA0—OA3，OB0—OB3：數(shù)據(jù)輸出線。數(shù)據(jù)顯示器的段碼從這兩組線輸出，他們與位選線SL0—SL3同步，實(shí)現(xiàn)分時(shí)數(shù)據(jù)顯示。芯片內(nèi)部有一個(gè)16字節(jié)的顯示存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)欲顯示的段碼，最大可支持16位數(shù)碼顯示。 （2） BD：消隱信號(hào)線。此輸出信號(hào)用來(lái)在顯示數(shù)據(jù)切換時(shí)進(jìn)行消隱，以免顯示跳動(dòng)，此信號(hào)也可有消隱命令產(chǎn)生。 PC0—PC7：端口C的輸入輸出線 這24根信號(hào)線均可用來(lái)連接I/O設(shè)備，通過(guò)它們可以傳送數(shù)字量信息或開(kāi)關(guān)量信息。 下圖是用8279作8031的鍵盤(pán)/顯示器接口的邏輯圖。 在圖中的數(shù)碼管U11—U18是共陽(yáng)型的LED數(shù)碼管。8279的DB0—DB7與8031的P0口連接，A0是由U3，74LS373鎖存器提供。CLK與ALE連接，如果8031的時(shí)鐘是6MHz的話，那么CLK的頻率將是1MHz。IRQ通過(guò)一個(gè)反向器與INT1連接以申請(qǐng)中斷。RD，WR相連接。這里，片選CS采用線選方式，通過(guò)一個(gè)反相器與P2.5連接，因此該8279的數(shù)據(jù)口地址是2000H，控制口地址是2001H。但在外設(shè)接口較多的應(yīng)用系統(tǒng)里，接口地址應(yīng)當(dāng)由譯碼器提供。 8279的A組輸出OUTA0—3和B組輸出OUTB0—3合并使用，通過(guò)U4，74LS244八個(gè)同相三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，作為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的段驅(qū)動(dòng)。掃描線SL2—SL0按編碼掃描鍵盤(pán)方式工作，U5，74LS138三一八譯碼器，作為它的外接譯碼器，可以擴(kuò)展出8條鍵盤(pán)矩陣的行線。在本圖中，工接有64個(gè)鍵。同時(shí)，該8條線還通過(guò)U7—U10，4個(gè)75452雙與非驅(qū)動(dòng)器，作為數(shù)碼管U11—U18的位掃描驅(qū)動(dòng)。RL0—RL7回復(fù)線作為鍵盤(pán)矩陣的列線。另外，還在SHIFT和CNTL/STB腳上設(shè)計(jì)了兩個(gè)開(kāi)關(guān)，在它們的配合下這64個(gè)鍵可以得到64×4=256個(gè)功能。 8279自動(dòng)完成鍵盤(pán)掃描和數(shù)碼管掃描顯示的工作，分擔(dān)了CPU的巨大工作量，它掃描鍵盤(pán)的原理是這樣的：由于RL0—RL7回復(fù)線內(nèi)部具有上拉電阻，因此，它作為鍵盤(pán)矩陣的列線時(shí)，如果沒(méi)有鍵按下則RL0—RL7芯片所接受到的信息都是“1”。在本圖中，鍵矩陣的行線由SL2—SL0的外譯碼器驅(qū)動(dòng)，即在74LS138的輸出線Y0—Y7中每個(gè)掃描節(jié)拍只有一根線輸出“0”。假設(shè)某掃描節(jié)拍LS2—SL0是000的話，那么Y0=0，這時(shí)只有0—7號(hào)鍵中的某個(gè)鍵被按下時(shí)才能使RL0—RL7的相應(yīng)回復(fù)線狀態(tài)為“0”。即SL2—SL0的狀態(tài)變化是該鍵的行碼，而RL0—RL7的狀態(tài)是該鍵的列碼。隨著LS2—SL0的狀態(tài)變化，74LS138的輸出線Y0—Y7也依次逐個(gè)的變低，在RL0—RL7回復(fù)線的配合下，就逐行地把所有的鍵的狀態(tài)都掃描了。為了克服機(jī)械接觸式鍵盤(pán)的接觸顫動(dòng)，芯片考慮了10.3ms的消顫時(shí)間。 利用鍵矩陣的行線，又構(gòu)成了數(shù)碼管的掃描顯示。行輸出線Y0-Y7通過(guò)與非驅(qū)動(dòng)器（75452）依次逐個(gè)地選通每位數(shù)碼管，在OUTA0-3和OUTB0-3輸出的字行碼的同步配合下，就把要顯示的數(shù)字和符號(hào)顯示出來(lái)了。在掃描鍵盤(pán)方式中，輸入到FIFO RAM 的字符格式如下： 三、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) （一）、 概論 脈沖輸入時(shí)，將脈沖分配給各組繞組，因其功率很小，電壓幅度不足5V，電流為mA級(jí)，必須經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器將信號(hào)電流放大到若干安培，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)際上電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)功率放大器。驅(qū)動(dòng)器要求失真小，有較好的前沿和足夠的幅度。本系統(tǒng)采用55BF003型和70BF003型步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，它是受脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，，微安級(jí)信號(hào)進(jìn)行控制，若想使27V，5A的步進(jìn)電機(jī)達(dá)到需要的額外狀態(tài)，只靠微機(jī)8255控制作用不可能提供步進(jìn)電機(jī)需要的輸出功率，因此必須有額外的功率驅(qū)動(dòng)電路，步進(jìn)電機(jī)與控制系統(tǒng)，功率驅(qū)動(dòng)電路組成一體構(gòu)成了步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，如圖： 驅(qū)動(dòng)電路 8255A 分配系統(tǒng) MCS-51 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)主框圖 （二）、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)及說(shuō)明 步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)和分配系統(tǒng)中采用匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以采用三級(jí)管進(jìn)行電流放大。下面是功率驅(qū)動(dòng)電動(dòng)硬件進(jìn)行說(shuō)明。 高低壓驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示： 驅(qū)動(dòng)電路圖 1、驅(qū)動(dòng)電路原理： La繞組的高低壓驅(qū)動(dòng)電路，脈沖變壓器Tp組成高壓控制電路，無(wú)脈沖輸出時(shí)，T1，T2，T3，T4，均截止，電機(jī)繞組La中無(wú)電流通過(guò)，電機(jī)不轉(zhuǎn)，有脈沖輸入時(shí)，T1, T2, T4,飽和導(dǎo)通，在T2由截止到飽和期間，其集電極電流也就是脈沖變壓器的初級(jí)電流急速增加，在變壓器次級(jí)感生一個(gè)電壓，使T3導(dǎo)通，80V高壓經(jīng)高壓管T3加到繞組La上使電流迅速上升，約經(jīng)數(shù)百微秒，當(dāng)T2進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)后，Tp初級(jí)電流暫時(shí)恒定，次級(jí)的感應(yīng)電壓降到0，T3截止，這時(shí)12V低壓電流經(jīng)D2加到繞組La上，維持La中的電流為恒定值。輸入脈沖結(jié)束后，T1，T2，T3，T4，又均截止，儲(chǔ)存在La中的能量通過(guò)18Ω的電阻和二極管泄放，18Ω的電阻的作用是減小放電回路的時(shí)間常數(shù)，改善電流波形后沿，由于采用高低壓驅(qū)動(dòng)，電流增長(zhǎng)快，電機(jī)的力矩和運(yùn)行頻率都得到改善。 高低壓驅(qū)動(dòng)電路，采用四個(gè)三極管，線路比較簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定實(shí)用性強(qiáng)，它具有以下特點(diǎn)： a 本回路采用兩種電源供電80V12V b 驅(qū)動(dòng)電路采用了三級(jí)放大，使電路合理，穩(wěn)定性好。 c 由于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，使電流波形頂部下凹，使平均電流下降，轉(zhuǎn)矩下降。 2、驅(qū)動(dòng)電路源部分 由于驅(qū)動(dòng)電路需要直恒流27V穩(wěn)定電壓，才能保證機(jī)構(gòu)的工作穩(wěn)定性，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路中步進(jìn)電機(jī)滿足電流在3A以上，故自行設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路穩(wěn)壓電源。 具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示： 27V +6V 20Ω 300Ω 7805 A B 4700m 3K +5V 0.33m 0.1M 驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)壓圖 工作原理：由變壓器輸出+30V電壓，由于為恒流電壓，所以最大值在30-32V之間，大于30V電壓，經(jīng)過(guò)7824將電壓將為24V，又因?yàn)?824工作電流很小，所以TIP147進(jìn)行擴(kuò)大后經(jīng)過(guò)電阻提壓為27V，再同樣經(jīng)過(guò)7815后電壓為15V，經(jīng)電阻分壓降為+6V，由穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定后，在經(jīng)過(guò)7805把電壓穩(wěn)定在5V。 電容器的選?。? 電容C采用極性電容器，主要是因?yàn)槲覀円呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?，第一步已將雙向變換電壓變?yōu)閱蜗虿▌?dòng)電壓，所以電容器另一端始終處于低電位，但也不排除電流橋會(huì)有漏電流的可能。通過(guò)電容這一步，便可使這一小部分漏過(guò)來(lái)的的反向電壓被截止并消除掉。因?yàn)殡娙荼旧韺?duì)電壓有滯后作用，其作用可用下圖示明： 濾波后電壓波形電容值越大，濾波的效果會(huì)越好，但電容值過(guò)大也會(huì)使電容兩端電壓值偏低，所以我們選用了電容值為4.9mF的極性電容。 四、控制面板 本次設(shè)計(jì)所采用的是由南京利德運(yùn)動(dòng)控制工程有限公司提供的LD系列機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)為L(zhǎng)D-15M型 （一）、外部接線圖如下： （二）、控制面板圖如下： 第五章、自動(dòng)涂膠機(jī)執(zhí)行程序設(shè)計(jì) （一）、涂膠軌跡的確定 密封圈涂膠軌跡如圖所示： （二）、涂膠的程序框圖如下： 框圖的說(shuō)明：涂膠過(guò)程中，需要保證膠棒內(nèi)有足夠的膠為下一工件能夠涂完為止，所以設(shè)計(jì)了膠棒內(nèi)膠量不足的報(bào)警子程序。每一工件涂完膠后提醒工人換件，這樣就可以節(jié)省不必要的時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。 詳細(xì)圖見(jiàn)圖紙 第六章 結(jié)論 1、此次設(shè)計(jì)的涂膠機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，有利于它的通用性。 2、此次設(shè)計(jì)的自動(dòng)涂膠機(jī)完全脫離了手工涂膠，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)涂膠，使工人從繁瑣的勞動(dòng)中解脫出來(lái)，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這將大大的提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。 3、在涂膠的過(guò)程中，保證了涂膠的厚度和膠的均勻性，這樣，不僅提高了機(jī)器零件的密封性，而且機(jī)器的性能將更加良好。涂膠機(jī)的研制，將為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 第七章 設(shè)計(jì)體會(huì) 經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅將我大學(xué)四年所學(xué)的知識(shí)緊密的聯(lián)系起來(lái)，而且提高了我綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)的能力和設(shè)計(jì)能力，并從中了解了從理論設(shè)計(jì)到實(shí)際設(shè)計(jì)的基本過(guò)程，學(xué)到了很多書(shū)本之外的實(shí)際運(yùn)用的知識(shí)，使自己的整體設(shè)計(jì)水平有所提高。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，明白了機(jī)電一體化不是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的簡(jiǎn)單疊加，而是二者的有機(jī)結(jié)合。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年學(xué)習(xí)內(nèi)容的最后的一個(gè)部分，也是最重要的部分，是提高自己整體設(shè)計(jì)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與以往的課程設(shè)計(jì)不同，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量大，難度也相對(duì)較高，在設(shè)計(jì)中遇到了很多困難，這就需要我去查閱更多的資料，在指導(dǎo)教師的幫助下，我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。同時(shí)也學(xué)到了更多的實(shí)用知識(shí)，使自己在將來(lái)的工作中能夠?qū)W有所用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，知道了基礎(chǔ)課程的重要性，知識(shí)的運(yùn)用性在今后的工作中還需要繼續(xù)學(xué)習(xí)。通過(guò)這次涂膠機(jī)的設(shè)計(jì)，我知道了機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要抓住關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，要綜合考慮設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)而不要孤立的考慮問(wèn)題。設(shè)計(jì)過(guò)程中還要貫穿技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析和現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段的應(yīng)用，尤其是CAD的良好應(yīng)用。在設(shè)計(jì)中也看到了我國(guó)機(jī)電業(yè)的不足，機(jī)電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，加工工藝不夠完善，影響了國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多機(jī)電產(chǎn)品需要進(jìn)口，這樣加大了國(guó)有企業(yè)的負(fù)擔(dān)，阻礙了國(guó)有企業(yè)的發(fā)展，使其很難具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。愿我能在今后的工作中為我國(guó)的機(jī)電事業(yè)盡一份力。 鑒于本人設(shè)計(jì)水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中難免有疏漏之處，涂膠機(jī)還有待于在今后的應(yīng)用過(guò)程中加以改進(jìn)，懇切希望老師們提出寶貴意見(jiàn)，加以改正。 2004年6月 致 謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，感謝各位機(jī)電老師和同學(xué)對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的支持和幫助，尤其感謝王曉東老師和于保軍老師對(duì)我的指導(dǎo)和金明煥同學(xué)對(duì)我的輔導(dǎo)，使我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，在這里衷心地感謝他們。 參考文獻(xiàn) 1、吳振彪主編. 機(jī)電綜合設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2001年6月 2、三浦宏文編著. 機(jī)電一體化實(shí)用手冊(cè). 上海：科學(xué)出版社，2001年8月 3、鄭堤 唐可洪編著. 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003年1月 4、北京航空學(xué)院機(jī)械教研室. 數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng). 國(guó)防工業(yè)出版社，1996年6月 5、叢鳳延編著. 組合機(jī)床設(shè)計(jì). 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1996年4月 6、吳延海編著. 微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù). 重慶：重慶大學(xué)出版社，1997年7月。 7、劉剛 邵敏編著. 單片計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù). 長(zhǎng)春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1995年10月 8、邱宣懷，蔡春源編著. 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè). 冶金工業(yè)出版社，1990年6月 9、大連理工大學(xué)工程圖教研室主編. 機(jī)械制圖. 北京：高等教育出版社，1999年1月 10、璞良貴，紀(jì)名剛 編著. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京： 高等教育出版社，2001年6月 11、甘永立編著. 幾何量公差與檢測(cè). 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2001年4月 12、王永章編著.機(jī)床的數(shù)字控制技術(shù). 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995年7月 13、汪凱等編著. 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