三維測(cè)頭數(shù)據(jù)采集模板的設(shè)計(jì)

1、西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目： 三維測(cè)頭數(shù)據(jù)采集模板的設(shè)計(jì) 院 系： 機(jī)電工程學(xué)院 學(xué)科專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 生： 延春雨 學(xué) 號(hào)： 050209120 指導(dǎo)教師： 李 平 2009年 06月ii三維測(cè)頭數(shù)據(jù)采集模板的設(shè)計(jì)摘 要cnc齒輪測(cè)量中心是我校與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的精密測(cè)量儀器，利用坐標(biāo)測(cè)量原理，可對(duì)多種類型的零件進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和精度評(píng)定。由于技術(shù)發(fā)展，三維測(cè)頭和交流伺服電機(jī)應(yīng)用于齒輪測(cè)量中心已成為主流。為了保持在此項(xiàng)目上的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)開展了在cnc齒輪測(cè)量中心上使用三維模擬測(cè)頭的工作，本課題的內(nèi)容就是為三維測(cè)頭設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模板。本文是基于isa總線的數(shù)據(jù)采集

2、通道的設(shè)計(jì)。通過使用合適的譯碼電路來執(zhí)行總線命令，將測(cè)頭的模擬信號(hào)，經(jīng)過所選的a/d轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以讀取的數(shù)字信號(hào)，從而完成相應(yīng)的測(cè)量任務(wù)。本文根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換器的時(shí)序，完成了應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)，并利用protel99se軟件繪制了整個(gè)數(shù)據(jù)采集通道的電路原理圖和pcb圖。本文結(jié)合cnc齒輪測(cè)量中心r軸、z軸、t軸自上而下分布的結(jié)構(gòu)，通過對(duì)所選的滾珠絲杠的剛度計(jì)算、所選電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的核算以及傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算，完成了對(duì)cnc齒輪測(cè)量中心z軸的設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的電路完成了三維模擬測(cè)頭信號(hào)的采集。機(jī)械部分的布局及其剛度滿足傳動(dòng)的要求。關(guān)鍵詞：cnc齒輪測(cè)量中心；a/d轉(zhuǎn)換器；isa總線；傳動(dòng)

3、系統(tǒng)design of data acquisition board for 3d probeabstractcnc gear measuring center is precision measurement instruments which invented by my university and business development, the use of coordinate measuring principle, can be a variety of types of parts for automatic measurement and accuracy assessm

4、ent. as a result of technological development, three-dimensional measurement and ac servo motor used in the first gear measuring center has become the mainstream. in order to maintain the advantages of this project, now carried out the work of the use of three-dimensional simulation in cnc gear meas

5、urement center measuring, the contents of this issue is designing three-dimensional probe template corresponding data acquisition.data acquisition channels based on the isa bus was designed. the isa bus order was carried out by decoding circuit. under the control of isa bus order, analog signals fro

6、m analogue gauge head will be converted into digital signal by a/d converter, and then the task of measuring was completed. a operating circuit of data acquisition board and a pcb was designed according to the conversion timing sequence of a/d converter by the protel 99se software.the z axis was des

7、igned by analyzing the structure of cnc gear survey center , choosig reasonable ballscrew pairs and electric motor and calculating the rigidity of system.the collect of signal of 3d analogue probe was operated exactly by the designed circuit. the layout of machine part and the rigidity of system sat

8、isfied to the requirement of z axis of cnc gear survey center.key word: cnc gear measuring center; a/d converter ;isa bus；drive system目 錄中文摘要i英文摘要ii主要符號(hào)表11 緒論11.1前言11.2 cnc齒輪測(cè)量測(cè)量中心國內(nèi)外相關(guān)研究情況11.3課題的目的及意義21.4課題研究的內(nèi)容32 硬件電路設(shè)計(jì)42.1方案設(shè)計(jì)42.2電路設(shè)計(jì)42.2.1 ad轉(zhuǎn)換器選擇42.2.2數(shù)據(jù)緩沖器和寄存器的選擇72.2.3參考電源的選擇82.2.4晶振的選擇92.2.5運(yùn)

9、放的選擇92.2.6接口電路的設(shè)計(jì)92.2.7電路原理圖112.3 pcb版圖設(shè)計(jì)112.3.1電器規(guī)則檢查（erc）112.3.2 生成網(wǎng)絡(luò)表122.3.3 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表133 cnc齒輪測(cè)量中心z軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)163.2 cnc齒輪測(cè)量中心z軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案的確定163.2.1配重的計(jì)算173.2.2傳動(dòng)系統(tǒng)的選定及計(jì)算183.2.3電機(jī)的選定及計(jì)算223.2.4導(dǎo)軌的選定243.3 z軸機(jī)械結(jié)構(gòu)圖25結(jié) 論27致 謝29參考文獻(xiàn)30附錄1 硬件電路原理圖附錄2pcb版圖附錄3 機(jī)械機(jī)構(gòu)圖3主 要 符 號(hào) 表 脈沖當(dāng)量msb 最高有效位lsb 最低有效位l z軸長h z軸寬d z軸高 導(dǎo)程

10、 機(jī)床工作臺(tái)最快進(jìn)給速度 驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 公稱直徑 拉壓 剛度q 軸向最大載荷 固有頻率1 緒論1 緒論1.1前言無論是過程控制或是自動(dòng)檢測(cè)，都是將來自各種傳感器的模擬信號(hào)（電流或電壓）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)處理后發(fā)出信息，進(jìn)行數(shù)字顯示或控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。顯然，設(shè)計(jì)一種高精度、低增益誤差的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，使采集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，是保證控制或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作的首要條件1。數(shù)模轉(zhuǎn)換器是工業(yè)檢測(cè)和控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的重要部件，它是測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)的模擬信號(hào)源與數(shù)字計(jì)算機(jī)之間的接口，其任務(wù)是把現(xiàn)場(chǎng)中連續(xù)變化的被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)，再由工控計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。這就要求系統(tǒng)將所采集的模擬數(shù)據(jù)信號(hào)

11、盡可能真實(shí)的、不失真的顯示給控制人員2。目前，工業(yè)系統(tǒng)具有代表性的有isa總線、pxi總線和pci總線其中isa總線因其生產(chǎn)最早、應(yīng)用接口簡單仍在許多對(duì)傳輸速度要求不是很高的場(chǎng)合被使用在工控計(jì)算機(jī)應(yīng)用中3。為此，本設(shè)計(jì)主要是基于isa總線的a/d轉(zhuǎn)換模板。該模板以a/d轉(zhuǎn)換為核心 ，在isa總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用較少的外圍元件來實(shí)現(xiàn)多通道、高精度的a/d轉(zhuǎn)換4。1.2 cnc齒輪測(cè)量測(cè)量中心國內(nèi)外相關(guān)研究情況1995年9月在北京舉行的第四界中國國際機(jī)床展覽會(huì)上，我國開發(fā)研制的cnc齒輪測(cè)量中心首次展出，標(biāo)志著我國的齒輪測(cè)量技術(shù)正在逐步接近國際先進(jìn)水平。不過在儀器精度、穩(wěn)定性,尤其在測(cè)量軟件(如

12、弧錐齒輪的測(cè)量軟件) 、儀器故障診斷功能等方面,和國外還有一定差距。近年來國產(chǎn) cnc 齒輪測(cè)量中心有了長足的發(fā)展,其質(zhì)量和性能不斷提高,已經(jīng)具有和國外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的能力。哈量的3903a齒輪測(cè)量中心,經(jīng)過幾年努力,儀器精度和測(cè)量速度據(jù)稱已達(dá)到或接近 klingelnberg公司產(chǎn)品的先進(jìn)水平。哈爾濱精達(dá)公司作為后起之秀,發(fā)展引人矚目:其jd、jds系列齒輪測(cè)量中心,目前在國內(nèi)產(chǎn)品中銷量最多。進(jìn)入21世紀(jì)，世界工業(yè)的發(fā)展為齒輪制造業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇，但同時(shí)對(duì)齒輪制造業(yè)提出了更高的要求，為此，強(qiáng)化并提高齒輪制造全過程的測(cè)量與監(jiān)控技術(shù)水平獲得了空前的重視,同時(shí)也為齒輪測(cè)量技術(shù)的發(fā)展提供了契機(jī)

13、?，F(xiàn)今主要有以下幾股技術(shù)潮流：1) 齒輪整體誤差測(cè)量與齒輪坐標(biāo)測(cè)量合二為一。我國推出了既有標(biāo)準(zhǔn)蝸桿西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)又有測(cè)頭的齒輪測(cè)量機(jī)czn450;而國外的cnc齒輪測(cè)量中心也能給出“虛擬整體誤差”。2) 齒輪測(cè)量中心與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)合二為一。美國tsk公司的 radiance和 process equipment company的 nd430 就是按這種理念研制的。3) 功能測(cè)試與分析測(cè)試合二為一。簡化齒輪測(cè)量是發(fā)展趨勢(shì),齒輪整體誤差測(cè)量儀因高效率地給出齒輪全信息而會(huì)為世界接受。4) 齒輪加工與測(cè)量合二為一(一體化)。自從1988年maag公司在cnc齒輪磨床se202e上耦合cn

14、c齒輪測(cè)量技術(shù)以來,齒輪在機(jī)測(cè)量技術(shù)在齒輪磨床上得到普通采用。cnc齒輪測(cè)量中心經(jīng)過二十多年的不斷改進(jìn)與完善，在實(shí)際測(cè)試中已顯示出其優(yōu)越性?，F(xiàn)在，它已經(jīng)成為工業(yè)化國家檢測(cè)齒輪的主要工具5。cnc齒輪測(cè)量中心自70年代誕生以來得到了迅速發(fā)展，目前在美國、日本、瑞士等國十多個(gè)廠家開發(fā)生產(chǎn)齒輪測(cè)量中心。其中一些廠家從90年代開始停止了傳統(tǒng)齒輪量儀的生產(chǎn)，全部轉(zhuǎn)向生產(chǎn)齒輪測(cè)量中心。我國從“七五”后期”到“八五”期間投入較多資金和技術(shù)力量開發(fā)研制齒輪測(cè)量中心6。cnc齒輪測(cè)量中心是八十年代國際上迅速發(fā)展起來的機(jī)電結(jié)合的高技術(shù)齒輪量儀，八十年代后期國外產(chǎn)品開始進(jìn)入我國。與傳統(tǒng)的機(jī)械式齒輪量儀相比，cnc齒

15、輪測(cè)量中心不僅能測(cè)量齒輪，還可以測(cè)量復(fù)雜刀具、蝸輪、蝸桿、凸輪、曲軸等復(fù)雜工件，測(cè)量精度高、速度快、功能強(qiáng)，一次裝夾可以自動(dòng)完成工件的多項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量，同時(shí)解決了許多用傳統(tǒng)方法無法檢測(cè)的技術(shù)難題。無論是制造中的技術(shù)含量，還是使用時(shí)的性能指標(biāo)，cnc齒輪測(cè)量中心都代表了當(dāng)今國際上最先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)水平7。1995年9月在北京舉行的第四屆中國國際機(jī)床展覽會(huì)上，我國開發(fā)研制的cnc齒輪測(cè)量中心首次展出，標(biāo)志著我國的齒輪測(cè)量技術(shù)正逐步接近國際先進(jìn)水平。cnc齒輪測(cè)量中心經(jīng)過二十多年的不斷改進(jìn)與完善，利用先進(jìn)的cnc技術(shù)、caa技術(shù)、精密檢測(cè)技術(shù)等，并吸收三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的一些最新技術(shù)成就，逐步發(fā)展成為齒輪量儀

16、的換代產(chǎn)品。在一些技術(shù)發(fā)達(dá)國家，cnc齒輪測(cè)量中心正逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械展成式量儀，成為齒輪檢測(cè)的主要手段9。德國heindenhain的p系列齒輪測(cè)量中心，其特點(diǎn)是采用了專利的三維數(shù)字式高精度光柵測(cè)量頭(使用了heindenhain的超高精度光柵)，性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)鑄鐵床身，高性能直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，高精度滾珠軸系和密珠滾動(dòng)導(dǎo)軌。儀器精度達(dá)到德國標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)；日木的齒輪測(cè)量儀器制造商，在我國市場(chǎng)經(jīng)過近十年的沉寂后近年來亮相頻繁9。大阪精機(jī)在gc-hp系列齒輪測(cè)量儀器的基礎(chǔ)上，開發(fā)出cnc電子創(chuàng)成式的clp系列齒輪測(cè)量儀器10。1.3課題的目的及意義cnc齒輪測(cè)量中心是我校與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)的精密測(cè)量儀器

17、，利用坐標(biāo)測(cè)量原理，可對(duì)多種類型的零件進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量和精度評(píng)定。由于技術(shù)發(fā)展，三維測(cè)頭和交流伺服電機(jī)應(yīng)用于齒輪測(cè)量中心已成為主流。為了保持在此項(xiàng)目上的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)開展了在cnc齒輪測(cè)量中心上使用三維模擬測(cè)頭的工作，本課題的內(nèi)容就是為三維測(cè)頭設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集模板。1.4課題研究的內(nèi)容本課題主要是從電路的設(shè)計(jì)以及機(jī)械部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來滿足在cnc齒輪測(cè)量中心上使用三維模擬測(cè)頭的要求。本課題主要研究內(nèi)容： （1）設(shè)計(jì)適用于cnc齒輪測(cè)量中心的三維測(cè)頭數(shù)據(jù)采集卡，要求基于isa總線，三路16位ad轉(zhuǎn)換，能同時(shí)啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換的電路模塊。 （2）電路模塊實(shí)現(xiàn)于pcb版圖。 （3）設(shè)計(jì)cnc齒輪測(cè)量中心的z軸。 2

18、 硬件電路設(shè)計(jì)2 硬件電路設(shè)計(jì)2.1方案設(shè)計(jì)基于本課題制定了如下的兩個(gè)方案:(1)此方案是不對(duì)每一個(gè)模擬信號(hào)都是用ad轉(zhuǎn)換器，是將模擬信號(hào)經(jīng)多路開關(guān)和采樣保持器再送至ad轉(zhuǎn)換器，可以減少使用ad轉(zhuǎn)換器。此方案優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)需要對(duì)多個(gè)模擬量進(jìn)行模數(shù)變換時(shí)，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器（a/d轉(zhuǎn)換器）的價(jià)格較貴，通常不是每個(gè)模擬量輸入通道設(shè)置一個(gè)a/d，而是多路輸入模擬量共用一個(gè)a/d，中間經(jīng)過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，即模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)；a/d轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間,在轉(zhuǎn)換過程中,如果送給ad轉(zhuǎn)換器的模擬量發(fā)生變化,則不能保證精度，為此在ad轉(zhuǎn)換器前加入采樣保持電路,起采樣和保持作用。（2）此方案是直接將齒輪測(cè)量中心的r、z、

19、t軸的模擬信號(hào)通過是三個(gè)ad轉(zhuǎn)換器，將其同時(shí)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了同步轉(zhuǎn)換。由于要求3路16位a/d轉(zhuǎn)換，并且能同時(shí)啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換，因此選擇方案2。方案2具體流程是三維測(cè)頭的模擬信號(hào)經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)緩沖器將數(shù)據(jù)寄存其中。isa總線與a/d轉(zhuǎn)換器之間的接口電路開始作用，cpu通過控制線啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換，地址線通過譯碼器尋址以及總線的ior(讀信號(hào))將目的命令送到數(shù)據(jù)緩沖器，同時(shí)總線向發(fā)出ior（讀信號(hào)）至數(shù)據(jù)緩沖器，數(shù)據(jù)緩沖器接到命令后通過數(shù)據(jù)線將所寄存的數(shù)據(jù)送到總線緩沖器（實(shí)現(xiàn)速度配合和滿足驅(qū)動(dòng)的需要），再至isa總線，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。三維模擬測(cè)頭數(shù)據(jù)輸入通道的方

20、案如圖2.1所示。15西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)圖2.1方案圖2.2電路設(shè)計(jì)2.2.1 ad轉(zhuǎn)換器選擇本系統(tǒng)用于位移測(cè)量，位移的正負(fù)是根據(jù)電壓的正負(fù)來判別的，故每路選用一個(gè)雙極性a/d轉(zhuǎn)換器。對(duì)于a/d轉(zhuǎn)換器的選擇來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間和分辨率是兩個(gè)重要參數(shù)。由任務(wù)書的技術(shù)指標(biāo)（測(cè)頭量程1，分辨率0.1um，輸出電壓5v），計(jì)算得，可知為16位ad轉(zhuǎn)換器。ad轉(zhuǎn)換器按轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)和工作原理分類有并行比較性、分機(jī)型、逐次逼近型、跟蹤計(jì)數(shù)型、積分型、壓頻轉(zhuǎn)換型、型，根據(jù)各類型的特點(diǎn)結(jié)合任務(wù)書要求，選擇逐次比進(jìn)型；由于輸出電壓為5v，所以選擇雙極性轉(zhuǎn)換器，綜合上述要求，選定16位ad676為本次設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換

21、器。a. ad676的主要特點(diǎn) ad676是逐次逼近型通用16位adc，它與傳統(tǒng)的逐次逼近型adc有所不同，采用開關(guān)/電容重分布(switched-capactior/charge redistribution)技術(shù)代替了傳統(tǒng)的倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種技術(shù)消除了倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中電阻值的溫度漂移和不匹配造成的誤差，并且在沒有單獨(dú)的采樣/保持電路情況下具備采樣/保持其的功能。ad676片內(nèi)的自動(dòng)校準(zhǔn)消除了內(nèi)部的非線性誤差，使器件達(dá)到最佳的性能。b. ad676的引腳說明 ad676采用28引腳雙列直插的陶瓷(ceramic dip)封裝，圖2.2是ad676的引腳排列圖，下面對(duì)ad7676各引

22、腳功能進(jìn)行說明。1) 數(shù)據(jù)輸出引腳 bit1bit16是ad676轉(zhuǎn)換結(jié)果的16為數(shù)據(jù)輸出引腳。其中，bit1是數(shù)據(jù)的最高有效位(msb),bit16是數(shù)據(jù)的最低有效位(lsb)。2) 模擬輸入和參考電壓有關(guān)的引腳 是ad676的參考電壓輸入引腳。這個(gè)引腳的輸入電壓確定ad676模擬電壓的輸入范圍。因?yàn)槟M測(cè)頭的輸入電壓為5v ，故ad676的參考電壓為5v 。是ad676的模擬輸入電壓引腳，輸入電壓范圍為,即5v。agnd sense是模擬信號(hào)地引腳。這個(gè)引腳應(yīng)與信號(hào)電源的地端相連，用以消除信號(hào)源地與系統(tǒng)地之間電位差對(duì)模擬信號(hào)的影響。3) 轉(zhuǎn)換和校準(zhǔn)控制以及狀態(tài)有關(guān)的引腳 cal是ad676

23、的校準(zhǔn)控制輸入引腳。它是異步控制輸入。cal輸入高電平，ad676內(nèi)部電路復(fù)位，并且終止當(dāng)前的校準(zhǔn)或轉(zhuǎn)換過程。cal的下降沿啟動(dòng)校準(zhǔn)過程。sample是ad676的轉(zhuǎn)換啟動(dòng)引腳。sample輸入為高電平，ad676對(duì)模擬輸入進(jìn)行采樣，采樣時(shí)間至少為2us；sample輸入的下降沿啟動(dòng)ad676的模數(shù)轉(zhuǎn)換過程。busy是ad676的狀態(tài)輸出引腳。busy輸出高電平，表示ad676正在轉(zhuǎn)換或校準(zhǔn)過程當(dāng)中。clk是主時(shí)鐘輸入引腳。ad676完成一次轉(zhuǎn)換需要17個(gè)時(shí)鐘周期。4)電源有關(guān)的引腳 是數(shù)字電源引腳，電源電壓為+5v。dgnd是數(shù)字地引腳。是模擬正電源引腳，電源電壓為+12v。是模擬負(fù)電源引腳

24、，電源電壓為-12v。agnd是模擬地引腳11。 圖2.2 ad676的引腳排列圖c. ad676的自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)序 ad676的自動(dòng)校準(zhǔn)功能在用戶不做任何調(diào)整的情況下，能消除芯片內(nèi)部的零位誤差和由于電容不匹配造成的誤差。ad676的自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)序如圖2.3所示。當(dāng)校準(zhǔn)控制輸入cal變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，內(nèi)部電路復(fù)位，延遲時(shí)間后，busy輸出高電平。cal是異步的硬件復(fù)位，它終止任何當(dāng)前進(jìn)行的校準(zhǔn)或轉(zhuǎn)換過程。cal的下降沿啟動(dòng)d676的自動(dòng)校準(zhǔn)過程，ad676的自動(dòng)校準(zhǔn)需要85530個(gè)時(shí)鐘周期。在自動(dòng)校準(zhǔn)結(jié)束時(shí)，busy變?yōu)榈碗娖?。在自?dòng)校準(zhǔn)期間，sample應(yīng)保持低電平。在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，ad676只需上

25、電時(shí)進(jìn)行一次自動(dòng)校準(zhǔn)。進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，必須保證電源和參考電壓已經(jīng)穩(wěn)定。另外，需特別注意的是：ad676在使用時(shí)，必須進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，否則ad676的精度可能只有10位，更嚴(yán)重的是，ad676可能進(jìn)入不確定狀態(tài)。圖2.3 ad676的自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)序圖d. ad676的轉(zhuǎn)換控制時(shí)序 ad676的sample即是采樣控制信號(hào)，又是轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。在sample為高電平時(shí)，ad676對(duì)模擬輸入進(jìn)行采樣。在sample的下降沿， ad676開始對(duì)sample下降沿后一個(gè)孔徑時(shí)間的模擬輸入電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在sample下降沿后，狀態(tài)信號(hào)busy輸出高電平，指示ad676正處于轉(zhuǎn)換過程當(dāng)中，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，busy輸出

26、低電平。在轉(zhuǎn)換過程結(jié)束之前，ad676忽略sample輸入的狀態(tài)，因此，ad676必須在前一次轉(zhuǎn)換過程中完成后，才能再次啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程。ad676的轉(zhuǎn)換時(shí)序如圖2.4所示。如前所述，當(dāng)sample 為高電平的時(shí)間至少為=2us，sample的下降沿后，busy輸出為高電平。ad676要求sample為低電平的時(shí)間至少為=100us,在此以后，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束之前，ad676忽略sample輸入的狀態(tài)。在sample下降沿后主時(shí)鐘clk的作用下，ad676進(jìn)行逐次逼近過程，在第17個(gè)clk的上升沿后，轉(zhuǎn)換結(jié)果在bit1bit16數(shù)據(jù)輸出引腳上有效，同時(shí)，在數(shù)據(jù)有效=50 us后，busy輸出低電平，指

27、示轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。在新的轉(zhuǎn)換結(jié)束之前，bit1bit16引腳的輸出數(shù)據(jù)始終保持不變。在busy輸出低電平后，ad676將忽略clk的時(shí)鐘信號(hào)。圖2.4 ad676的普通轉(zhuǎn)換時(shí)序圖2.2.2數(shù)據(jù)緩沖器和寄存器的選擇 模擬信號(hào)經(jīng)ad676的轉(zhuǎn)換，輸出為16位數(shù)字信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)緩沖器鎖存后，便于總線的讀取。故所選的數(shù)據(jù)寄存器要能滿足16位數(shù)據(jù)的寄存，可以用兩個(gè)8位的數(shù)據(jù)寄存器來實(shí)現(xiàn)。為了能在一條傳輸線上傳送不同部件的信號(hào)，須選擇具有三態(tài)門的寄存器，即器件沒有選通的話它就處于高阻態(tài)，相當(dāng)于沒有接在總線上，不影響其它器件的工作。因?yàn)樵谝粋€(gè)總線上同時(shí)只能有一個(gè)端口作輸出, 這時(shí)其他端口必須在高阻態(tài), 同時(shí)可以

28、輸入這個(gè)輸出端口的數(shù)據(jù)。根據(jù)以上技術(shù)要求，選定74ls541作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)緩沖器，其引腳圖如圖2.5所示。同時(shí)為了滿足總線驅(qū)動(dòng)能力，選擇具有三態(tài)門的74ls245作為總線寄存器，起驅(qū)動(dòng)作用，其引腳圖如圖2.6所示。圖2.5 74ls541引腳圖 圖2.6 74ls245引腳圖2.2.3參考電源的選擇 ad676要求采用低輸出阻抗、低噪聲的參考源，以便在負(fù)載電流變化時(shí)，參考源的輸出電壓保持穩(wěn)定。ad586是低成本、低噪聲和低漂移的+5v電壓參考源。 在沒有使用外部元件的情況下，初始精確度和溫度系數(shù)產(chǎn)生的誤差很小。在0到+70之間，ad586m的最大偏差為5.000v到2.54mv。在-55到+

29、125之間，ad576t的最大誤差值為7.5mv。ad586產(chǎn)生很低的噪聲輸出，典型值是4uv p-p。ad586提供了一個(gè)噪聲削減引腳，通過使用一個(gè)外部電容來增加對(duì)噪聲的濾波。為了適應(yīng)更高的精度要求，ad586提供了一個(gè)可選的trim端。如圖2.7為ad586的引腳圖。其中測(cè)試點(diǎn)，不接入電路。trim為一個(gè)可選端，只是為了能夠適應(yīng)更高的精度要求。在8腳和地端接一個(gè)鉭電容可降低ad586輸出的寬帶噪聲。ad586的參考源電路如圖2.8所示。圖2.7 ad586引腳圖 圖2.8 ad586參考電源2.2.4晶振的選擇 在本系統(tǒng)中，ad676的時(shí)鐘由外部時(shí)鐘提供。晶振的作用就是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘

30、信號(hào)，為數(shù)字電路的工作提供一個(gè)時(shí)序控制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻。 它用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十。根據(jù)ad676的時(shí)序參數(shù)指標(biāo)，可知ad676的最小時(shí)鐘(clk)周期為480ns, 因此所選的晶振的頻率必須為35.7mhz才能滿足系統(tǒng)的要求。據(jù)此，本系統(tǒng)選擇hc14dy36.860mhz。2.2.5運(yùn)放的選擇 由于ad676要求的vin（模擬電壓輸入引腳）的輸入電壓范圍為vref，vref為12v,而任務(wù)書要求的輸出電壓為5v，所以需要用放大器來放大電壓，放大倍數(shù)為12/5=2.4 ,選擇ad84

31、5為運(yùn)算放大器。在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，ad676的模擬輸入需要采用外部運(yùn)算放大器來驅(qū)動(dòng)。但是由于在一般的負(fù)載條件下（不考慮電流階躍問題），就ad676的性能而言，大多數(shù)運(yùn)算放大器并不能滿足對(duì)低失真的要求，因此在選擇運(yùn)算放大器時(shí)應(yīng)特別謹(jǐn)慎。2.2.6接口電路的設(shè)計(jì) 基于isa總線的數(shù)據(jù)采集一般有很多地址線用來尋址以及譯碼電路，所以以尋址和譯碼為主來說明接口電路。a.尋址：集成電路的不斷發(fā)展 要尋址某個(gè)端口，除了找到該芯片外，還要能區(qū)分出不同端口。內(nèi)部端口的區(qū)分是有接口電路內(nèi)部的譯碼邏輯完成的，本設(shè)計(jì)中為使接口部件的口地址能適應(yīng)不同的地址分配場(chǎng)合，或?yàn)橄到y(tǒng)以后的擴(kuò)充留有余地，用開關(guān)式可選口地址譯碼方法

32、，這種方法可根據(jù)要求撥動(dòng)開關(guān)來改變端口地址而無須改動(dòng)硬件電路，其邏輯電路如圖2.9所示圖2.9開關(guān)可選地址譯碼邏輯電路 b.譯碼：基于課題要求使用三個(gè)16位ad轉(zhuǎn)換器，其引腳的各個(gè)特性要求如sample（轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入引腳）、cal（校準(zhǔn)控制輸入引腳）等需要譯碼器的輸出端接非門來實(shí)現(xiàn);另外使用了6個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器，需要使用譯碼器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，所以選擇2個(gè)3-8譯碼器級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)，如圖2.10所示。圖2.10譯碼器級(jí)聯(lián)電路2.2.7電路原理圖 三路模擬信號(hào)通過db9針的插座進(jìn)入ad676轉(zhuǎn)換器，由放大電路放大后在參考電源ad586和晶振hc14dy36.860mhz的作用下，由isa總線發(fā)出的命令來控

33、制ad676對(duì)模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。電路圖如圖2.11所示。圖2.11 a/d轉(zhuǎn)換電路電路圖2.3 pcb版圖設(shè)計(jì)2.3.1電器規(guī)則檢查（erc）在對(duì)a/d轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)緩沖器，晶體振蕩器等引腳圖在protel99se中放置后，進(jìn)行連線，完成了原理圖的繪制，要設(shè)計(jì)pcb版圖必須對(duì)原理圖進(jìn)行erc即電氣規(guī)則檢查，檢查無誤后會(huì)生成一個(gè)報(bào)表，如圖2.12所示。圖2.12erc報(bào)表2.3.2 生成網(wǎng)絡(luò)表pcb版圖設(shè)計(jì)需要導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，所以要將原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表，其中最重要的是對(duì)元器件的封裝的編輯，為之后的導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表奠定基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)表生成后將在protel99se形成一個(gè)后綴.net的文件，如圖2.13所示圖2.13

34、 網(wǎng)絡(luò)表2.3.3 導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表新建一個(gè)pcb文檔，在其中導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表，找到原理圖所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表，無誤后會(huì)出現(xiàn)如圖2.14所示的菜單來說明其正確性。圖2.14 裝載/前向注釋網(wǎng)絡(luò)表2.3.4 pcb版圖繪制a.pcb布局 在設(shè)計(jì)中，布局是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果，因此可以這樣認(rèn)為，合理的布局是pcb設(shè)計(jì)成功的第一步。 a.相同功能的元件要集中布局，擺放一致，符合常規(guī)。b. 在一個(gè)pcb板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉。c. 考慮整體美觀。b.pcb布線 在pcb設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的， 在整個(gè)pc

35、b中，以布線的設(shè)計(jì)過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。pcb布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。本pcb采用雙面布線，兩相鄰層的布線互相垂直，因?yàn)槠叫腥菀桩a(chǎn)生寄生耦合。除此之外，為了提高pcb的抗干擾性能，需要對(duì)pcb做一些處理：1）在電源、地線之間加上去耦電容。2）盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號(hào)線，通常信號(hào)線寬為：0.20.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.050.07mm,電源線為1.22.5 mm 。對(duì)數(shù)字電路的pcb可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路, 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用) 為了避免高頻信號(hào)通過印制導(dǎo)線時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射，在印制電

36、路板布線時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）盡量減少印制導(dǎo)線的不連續(xù)性，例如導(dǎo)線寬度不要突變，導(dǎo)線的拐角應(yīng)大于90度禁止環(huán)狀走線等。2）時(shí)鐘信號(hào)引線最容易產(chǎn)生電磁輻射干擾，走線時(shí)應(yīng)與地線回路相靠近，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨著連接器。3）總線驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊挨其欲驅(qū)動(dòng)的總線。對(duì)于那些離開印制電路板的引線，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊緊挨著連接器。4）數(shù)據(jù)總線的布線應(yīng)每兩根信號(hào)線之間夾一根信號(hào)地線。最好是緊緊挨著最不重要的地址引線放置地回路，因?yàn)楹笳叱］d有高頻電流。根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，完成了pcb圖。見附錄23 cnc齒輪測(cè)量中心z軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3 cnc齒輪測(cè)量中心z軸傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ccz40a型齒輪測(cè)量中心機(jī)械本體由底座、大理石平臺(tái)、直線導(dǎo)

37、軌、滑架、主軸測(cè)微儀及上頂尖柱等部分組成。它的工作臺(tái)采用大理石工作臺(tái)，大理石平臺(tái)安裝在底座上, t軸、z軸、r軸分布于工作臺(tái)之上。切向t、軸向z和徑向r導(dǎo)軌自下而上布局，將對(duì)測(cè)量精度影響最大的切向?qū)к壏旁谧畹讓?，有利于保證機(jī)械精度。通過計(jì)算機(jī)控制,三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸(r向、t向、z向 )和一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸()在各自的伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。根據(jù)被測(cè)工件的參數(shù),使三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸上的測(cè)微儀相對(duì)隨旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的工件產(chǎn)生所需要的測(cè)量運(yùn)動(dòng)。在整個(gè)測(cè)量過程中,計(jì)算機(jī)采集存貯測(cè)微儀的偏移量和同一時(shí)刻各運(yùn)動(dòng)軸實(shí)際坐標(biāo)值,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,與被測(cè)項(xiàng)目的理論值比較,得出測(cè)量結(jié)果。整個(gè)測(cè)量過程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。導(dǎo)軌采用了封

38、閉式密珠結(jié)構(gòu)，消除了換向時(shí)滑臺(tái)的扭擺。徑向傳動(dòng)采用了密珠導(dǎo)軌加測(cè)桿移動(dòng)鎖緊結(jié)構(gòu)，既滿足了基圓長度變化的要求，又不需要傳統(tǒng)導(dǎo)軌的力度，提高了定位和測(cè)量精度。傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，相對(duì)于采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠的進(jìn)給方案，交流伺服電機(jī)有著其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)：1）閉環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)位置，能有效保證系統(tǒng)的安全，不存在象步進(jìn)電機(jī)的丟步問題；2）無震動(dòng)。震動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)的固有缺陷，無法克服；而伺服電機(jī)不存在震動(dòng)的問題；3）發(fā)熱量小，效率高。步進(jìn)電機(jī)無論有無負(fù)載，均按照設(shè)定電流運(yùn)行，而伺服電機(jī)根據(jù)負(fù)載大小，實(shí)時(shí)調(diào)整電流大小。所以，步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱量大，而伺服電機(jī)發(fā)熱量

39、比較小；4）轉(zhuǎn)速范圍大。步進(jìn)電機(jī)一般工作在1000rpm以下，而伺服電機(jī)可以達(dá)到10000rpm；3.2 cnc齒輪測(cè)量中心z軸機(jī)械結(jié)構(gòu)總體方案的確定 z軸是測(cè)量中心t軸之上的一個(gè)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，它的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)其上r軸運(yùn)動(dòng)。26西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)總體方案如圖3.1所示。圖3.1 z軸布局圖1.配重 2.支柱 3.z軸導(dǎo)軌 4.r軸底板3.2.1配重的計(jì)算為了保證z軸在測(cè)量的過程中平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，須給z軸加配重，配重和z軸部分的相對(duì)位置如圖3.7所示。根據(jù)力的平衡公式,（式中為配重的重力，為z軸部分的重力），可知，即。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。z軸的重量為絲杠副中螺母的重量、z軸基板的重量和基板上r軸的重量。相

40、對(duì)于r軸和z軸基板的重量，絲杠副中螺母的重量可忽略。有45剛制作的z軸底板的尺寸為：l=420，h40，d370，7.85.，知=48.7956。估算用45鋼制作的r軸重量也為48.7956，故配重的質(zhì)量約為97.5922。圖3.7 z軸與配重布局3.2.2傳動(dòng)系統(tǒng)的選定及計(jì)算在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)中,經(jīng)常采用滾珠絲杠作為傳動(dòng)元件,其作用是將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)執(zhí)行件(刀架或工作臺(tái))的直線運(yùn)動(dòng),以較小的轉(zhuǎn)矩可以獲得較大的推力。螺旋傳動(dòng)中最常見的是滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，但是，由于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的接觸面間存在著較大的摩擦阻力，故其傳動(dòng)效率低，磨損快，精度不高，使用壽命短，故不能適用于高速度，高效率

41、尤其是高精度的cnc齒輪測(cè)量中心。由于滾珠絲杠副具有摩擦阻力小,傳動(dòng)效率高(92%98%)的優(yōu)點(diǎn),因此在機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用,尤其是在將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)的各種機(jī)構(gòu)中。所以在本設(shè)計(jì)中選用滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)。 a.滾珠絲杠的安裝方法 滾珠絲杠副的支承方式根據(jù)滾珠絲杠副的工作情況及軸向固定方式,絲杠支承常以止推軸承和向心球軸承組合,其支承方式有以下幾種：（1）雙推自由式如圖3.2()所示,在一端裝止推軸承,另一端懸空。因其一端是自由狀態(tài),故承載能力小,軸向剛度低,因此這種安裝方式只適用于短絲杠,多用于輕載、低速垂直安裝傳動(dòng)系統(tǒng),如數(shù)控機(jī)床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺(tái)式數(shù)控銑床的垂直進(jìn)給方向。圖3.2（a

42、）滾珠絲杠的支撐方式（2）雙推簡支式如圖4.2()所示,一端裝止推軸承,另一端裝向心球軸承,軸向剛度不太高。使用時(shí)注意減少絲杠熱變形的影響,安裝時(shí)應(yīng)注意使熱源和絲杠工作時(shí)的常用段遠(yuǎn)離裝止推軸承的一端,以避免推力軸承因絲杠熱伸長而產(chǎn)生間隙。雙推端可預(yù)拉伸安裝,預(yù)緊力小,軸承壽命較高,適用于中速、精度較高的長絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。圖3.2 (b)（3）單推單推式如圖3.2()所示,止推軸承分別裝在滾珠絲杠的兩端并施加預(yù)緊?？梢蕴岣邼L珠絲杠的軸向剛度;預(yù)拉伸安裝時(shí),預(yù)緊力較大,因此絲杠工作時(shí)只承受拉力。但這種安裝方式對(duì)絲杠的熱變形較為敏感,同時(shí)軸承壽命比雙推雙推式低。圖3.2 (c)（4）雙推雙推式如圖3.

43、2()所示,兩端裝止推軸承及向心球軸承的組合,為使絲杠具有最大的剛度,它的兩端可用雙重支承,即止推軸承和向心球軸承,并施加預(yù)緊力。該方式適合于高剛度、高速度、高精度的精密絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。但這種結(jié)構(gòu)方式可使絲杠的熱變形轉(zhuǎn)化為止推軸承的預(yù)緊力,因此設(shè)計(jì)時(shí)要求提高止推軸承的承載能力和支架剛度。圖3.2 (d)根據(jù)以上各種支撐方式的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用第二種，雙推簡支式。此方法必須注意止推軸承要遠(yuǎn)離熱源及絲杠常用端，其目的是為了減少絲杠熱變形的影響。 b滾珠絲杠的主要參數(shù) （1）導(dǎo)程 根據(jù)機(jī)床傳動(dòng)要求,負(fù)載大小和傳動(dòng)效率等因素綜合考慮確定。一般選擇時(shí),先按機(jī)床傳動(dòng)要求確定,其公式為:/(10)式中: 機(jī)床工

44、作臺(tái)最快進(jìn)給速度,/;驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速,/。在滿足控制系統(tǒng)分辨率要求的前提下,應(yīng)取較大的數(shù)值，因?yàn)樗酱蟪休d能力也大。本設(shè)計(jì)中滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（螺距）按承載能力選擇3 mm。（2）滾珠絲杠的公稱直徑 公稱直徑即是滾珠絲杠的名義直徑，它越大承載能力和剛度越大，而螺紋長度在允許的情況下要盡量短，一般取為好。在此選擇r軸滾珠絲杠的傳動(dòng)距離是300，取螺紋長度是350，那么公稱直徑選10 mm。本設(shè)計(jì)中選取的滾珠絲杠副的主要參數(shù)如表3.1所示。表3.1 滾珠絲杠副的主要參數(shù)滾珠絲杠系列代號(hào)滾珠絲杠直徑/公稱導(dǎo)程/mm滾珠絲杠外徑/螺旋角循環(huán)圈數(shù)額定載荷/n 接觸剛度列數(shù)圈數(shù)動(dòng)載靜載ndgc-wcm1

45、002.5-2.51039.812.5120021001093（3）滾珠絲杠的精度等級(jí) 精度等級(jí)影響定位精度，承載能力和接觸剛度，因此它是滾珠絲杠副的重要質(zhì)量指標(biāo)，1級(jí)精度最高，其余依次降低，因?yàn)閏nc齒輪測(cè)量中心對(duì)精度的要求較高，在此選擇2級(jí)。（4）螺母選擇 由于數(shù)控機(jī)床對(duì)滾珠絲杠副的剛度有較高要求,故選擇螺母時(shí)要注重其剛度的保證。推薦按高剛度要求選擇預(yù)載的螺母型式。其中插管式外循環(huán)的端法蘭雙螺母應(yīng)用最為廣泛。它適用重載荷傳動(dòng)、高速驅(qū)動(dòng)及精密定位系統(tǒng)。并在大導(dǎo)程、小導(dǎo)程和多頭螺紋中具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),且較為經(jīng)濟(jì)。（5）預(yù)緊方式的選擇 由于制造和裝配的誤差，滾珠絲杠總是存在間隙的，同時(shí)，滾珠絲杠在軸

46、向載荷作用下，滾珠和螺紋滾道接觸部位會(huì)產(chǎn)生彈性變形。所以，當(dāng)滾珠絲杠反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生空程誤差，從而降低了滾珠絲杠副的軸向剛度，影響滾珠絲杠的傳動(dòng)精度。通常采用施加預(yù)緊力的方法提高滾珠絲杠的軸向剛度和傳動(dòng)精度。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作性能不同，常用的預(yù)緊方式可分為雙螺母螺紋式、雙螺母墊片式、雙螺母齒差式和單螺母變位自預(yù)緊式四種。1） 雙螺母螺紋式結(jié)構(gòu)可精密微調(diào)、預(yù)緊可靠。但預(yù)緊須用戶自調(diào)且螺母軸向尺寸長。2） 雙螺母墊片式結(jié)構(gòu)簡單，剛性好，預(yù)緊可靠，調(diào)整方便且不易松弛。是使用最普遍的一種方式。3） 雙螺母齒差式結(jié)構(gòu)緊湊，可精密調(diào)整。但是制造復(fù)雜，成本高，與主機(jī)裝配后調(diào)整不方便。4） 單螺母變位自預(yù)緊

47、式結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊避免了雙螺母形位誤差對(duì)預(yù)緊力矩的影響。這種結(jié)構(gòu)適用于對(duì)預(yù)緊力要求布告的中等載荷，有勿需經(jīng)常調(diào)整的最佳選擇。但是其制造困難，使用時(shí)不易調(diào)整。由以上選出雙螺母墊片式結(jié)構(gòu)圖如圖3.4所示。圖3.4 墊片調(diào)整式示意圖1.螺母 2. 墊片 3. 螺母 調(diào)整方法是改變墊片的厚度尺寸，使雙螺母重新獲得所需的預(yù)緊力。（6）滾珠絲杠的剛度計(jì)算 滾珠絲杠副和支撐絲杠的軸承在內(nèi)的傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度稱為滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度。主要有絲杠的拉壓剛度，還有絲杠與螺母之間的接觸剛度。由于絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度一般為這兩部分之和的0.05以下，所以通常情況下忽略不計(jì)。1）拉壓剛度計(jì)算 圖3.5是一端固定，一端簡

48、支絲杠安裝方式的力學(xué)模型，圖3.5絲杠螺母副的力學(xué)模型其絲杠拉壓剛度為當(dāng)工作臺(tái)移到行程行最遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)，剛度最低為（n/m）當(dāng)工作臺(tái)位于兩端推力支撐的正中間時(shí)剛度最低為（n/m）2）載能力計(jì)算 計(jì)算作用于絲杠軸向最大載荷q。 （n）式中 l滾珠絲杠壽命系數(shù)（單位是1106轉(zhuǎn)）l=60nt/106=675 f w載荷系數(shù)為1.2； f h 硬度系數(shù)為1.0 q=3.51105（n）3）穩(wěn)定性核算：式中 p k實(shí)際承受載荷的能力為3000；f k壓桿穩(wěn)定的支撐系數(shù)，一端固定，一端簡支式的為2； e鋼的彈性模量； i 絲杠螺紋底徑的截面慣性距（i=dl 4/32=1.0310-4）； k壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，

49、取3。經(jīng)計(jì)算得p k=4753.23000。因?yàn)閜 k 時(shí)，會(huì)使絲杠失去穩(wěn)定性易發(fā)生翹曲。所以這個(gè)絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。3.2.3電機(jī)的選定及計(jì)算與步進(jìn)電機(jī)相比，交流伺服電機(jī)有著其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)：1）閉環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)位置，能有效保證系統(tǒng)的安全，不存在象步進(jìn)電機(jī)的丟步問題；2）無震動(dòng)。震動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)的固有缺陷，無法克服；而伺服電機(jī)不存在震動(dòng)的問題；3）發(fā)熱量小，效率高。步進(jìn)電機(jī)無論有無負(fù)載，均按照設(shè)定電流運(yùn)行，而伺服電機(jī)根據(jù)負(fù)載大小，實(shí)時(shí)調(diào)整電流大小。所以，步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱量大，而伺服電機(jī)發(fā)熱量比較??；4）轉(zhuǎn)速范圍大。步進(jìn)電機(jī)一般工作在1000rpm以下，而伺服電機(jī)可以達(dá)到10000rpm；

50、故選擇交流伺服電機(jī)作為軸的驅(qū)動(dòng)。選擇伺服電機(jī)時(shí)，主要考慮轉(zhuǎn)矩和慣量兩個(gè)方面的問題。一是其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足要求，二是折合到電機(jī)軸上的負(fù)載總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最好小于或等于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。a.選擇伺服電機(jī)類型根據(jù)本課題任務(wù)要求，工作臺(tái)最高運(yùn)行速度為20mm/s，脈沖當(dāng)量0.0008mm/p，根據(jù)工作臺(tái)所需要的最高運(yùn)行速度，可以選定電機(jī)的最高運(yùn)行頻率式中最高運(yùn)行頻率（脈沖/秒）；工作臺(tái)所需的最高速度（m/min）；脈沖當(dāng)量（毫米/脈沖）。 據(jù)系統(tǒng)的精度要求，選定電機(jī)型號(hào)是edc系列的ems-04ah-z013型交流伺服電機(jī)，其技術(shù)數(shù)據(jù)為：額定功率，額定轉(zhuǎn)矩，額定轉(zhuǎn)速，額定電流2.497a，慣量 。b.

51、 選擇導(dǎo)軌類型、確定阻尼比 伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中摩擦阻力的大小主要決定于導(dǎo)軌類型。本系統(tǒng)采用bg系列直線導(dǎo)軌，它以其高精度、低摩擦、低噪音、低磨損與模塊化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)等顯著特點(diǎn)應(yīng)用于各種精密儀器。其等價(jià)阻尼比為0.020.05。c. 確定系統(tǒng)增益和要求機(jī)械傳動(dòng)鏈的固有頻率 根據(jù)控制精度及系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求一般取計(jì)算機(jī)械傳動(dòng)裝置及負(fù)載折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jgm滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=850/s。由系統(tǒng)增益和導(dǎo)軌的阻尼比，初步確定滿足系統(tǒng)穩(wěn)定要求，所需的機(jī)械傳動(dòng)鏈固有頻率，應(yīng)有d.設(shè)計(jì)伺服電機(jī)傳動(dòng)方案，并校驗(yàn)。（1）選擇機(jī)械傳動(dòng)方案 電機(jī)軸與絲杠直接連接，帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。（2）初選絲杠直徑 所

52、選滾珠絲杠副為dgc-wcm1002.5-2.5，其絲杠直徑為10mm。（3）計(jì)算總傳動(dòng)比 閉環(huán)伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，總傳動(dòng)比i按下試計(jì)算（傳動(dòng)鏈末端為螺旋傳動(dòng)副）式中 伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，單位r/min；工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，單位mm/min；螺距，單位mm:=3000r/min;=1200mm/min;=3mm。所以總傳動(dòng)比（4）計(jì)算折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,并要求滿足慣量匹配關(guān)系;絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量絲杠折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ()=0.005/7.52=絲杠傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總傳動(dòng)慣量是=+ =1.39 (kg.m2)（5）計(jì)算傳動(dòng)系統(tǒng)的綜合拉壓剛度，計(jì)算固有頻率，并校驗(yàn)其是否滿足系統(tǒng)對(duì)

53、固有頻率的要求。1）系統(tǒng)的綜合拉壓剛度為：推力軸承未預(yù)緊時(shí)的軸向剛度；軸承支座剛度；螺母支座剛度；滾珠絲杠副的軸向接觸剛度；絲杠最低拉壓剛度；忽略該系統(tǒng)支承剛度、，=2159.5()=1.02* n/m。式中 r螺紋滾道半徑，單位mm; 、滾珠直徑、半徑，單位mm;滾珠螺母上的有效工作圈數(shù);f軸向載荷，單位n 。=4.17*=1.96* n/m。式中f軸向載荷，單位n；z滾動(dòng)體數(shù)；=2.2* n/m。 =4.03* n/m。故=2.41* n/m2）系統(tǒng)固有頻率= = =2450 rad/s= =1250 rad/s故所選的ems-04ah-z013型交流伺服電機(jī)可以滿足傳動(dòng)系統(tǒng)的需要。3.2

54、.4導(dǎo)軌的選定導(dǎo)軌是精密機(jī)械運(yùn)動(dòng)中用來保證各運(yùn)動(dòng)部件相對(duì)精度的一個(gè)重要部件。它有滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌，還有滑動(dòng)導(dǎo)軌。對(duì)于cnc齒輪測(cè)量中心來說，它的精度要求很高，而導(dǎo)軌誤差是系統(tǒng)總誤差的主要部分。因此，提高系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)精度，一般提高導(dǎo)軌的制造精度。滾動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比：它的潤滑方便；定位精度高；運(yùn)動(dòng)靈敏度高；牽引力小，移動(dòng)靈活；磨損小，精度保持性好。由上述，本設(shè)計(jì)選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌里摩擦系數(shù)很小精度高的直線導(dǎo)軌。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、反向器、保持架、密封端蓋、及擋板等組成。如圖3.6所示。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動(dòng)，在滑塊端部鋼球又通