組織工程載體x-y掃描工作臺(tái)設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)屬于人體組織工程載體框架制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，其方法包括以下步驟：首先制備室溫下含組織工程載體框架材料的液體和含生長因子的液體；根據(jù)用戶的預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑，將上述兩種液體在低于0℃的低溫環(huán)境中分別通過不同的噴頭擠出或噴射出來，逐層堆積成形為冷凍的多孔組織工程載體框架，然后在凍干機(jī)中冷凍干燥，去除溶劑后得到組織工程載體框架。&l

2、t;/p><p>　　落實(shí)到本畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是X-Y掃描工作臺(tái)，Z軸升降臺(tái)以及整機(jī)布局的設(shè)計(jì)，電控部分的初步設(shè)計(jì)。X-Y向工作臺(tái)采用光杠導(dǎo)向，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)，Z向工作臺(tái)通過光杠導(dǎo)向，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，絲杠螺母傳動(dòng)。電控部分主要包括8031單片機(jī)、I/ O 接口卡、D/A轉(zhuǎn)換電路、功率放大電路、伺服電機(jī)、光電隔離電路、步進(jìn)電機(jī)、測速發(fā)電機(jī), 以及鍵盤、顯示器等。</p><p>　　

3、關(guān)鍵詞：人體組織工程 快速成型技術(shù) 掃描工作臺(tái) 單片機(jī)控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design belongs to the field of the framework carrier manufacturing technology of human tissue engineering which

4、includes several steps as followed. Firstly, prepare the liquid contained the material of the framework carrier of tissue engineering. Secondly, according to the user’s prescribed path，the two liquids were sprayed from

5、two different nozzle below zero Centigrade, then the frozen porous tissue engineering carrier is deposited by layers. Finally, the framework can be obtained after </p><p>　　The main contents of this paper is

6、 to design the X_Y scanning workbench、Z lifting workstation as well as their control units. Both of the X-Y workbench and the Z lifting workstation are guided by the lead bars. The X-Y workbench is transmitted with the

7、ball screws and driven by servo motors. The Z lifting workstation is transmitted with the lead screws and driven by stepper motor. The control unit contains SCM, I/O interface card, photoelectric isolation circuit, D / A

8、 converter circuit, servo </p><p>　　Keywords: human tissue engineering, RP technology, scanning workbench, SCM</p><p>　　第一章 綜 述1</p><p>　　1.1組織工程載體框架制備綜述1</p><p>　

9、　1.2無加熱沉積制造的設(shè)備與工藝3</p><p>　　第二章 具體設(shè)計(jì)任務(wù)及時(shí)間安排4</p><p>　　2.1工作臺(tái)機(jī)械部分設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2工作臺(tái)電路部分設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.3設(shè)備附件部分設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.4設(shè)計(jì)日程安排5</p><p

10、>　　2.5設(shè)計(jì)要求參數(shù)5</p><p>　　第三章 機(jī)械裝置部分設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1 X_Y方向工作臺(tái)設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1.1 X向?qū)驒C(jī)構(gòu)6</p><p>　　3.1.2 光杠與直線軸承6</p><p>　　3.1.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6</p>&

11、lt;p>　　3.1.4 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算7</p><p>　　3.2 Z方向工作臺(tái)設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算11</p><p>　　3.2.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)選擇11</p><p>　　3.2.2 電機(jī)選擇11</p><p>　　3.2.3傳動(dòng)副選擇12</p><p>　　3.2.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)12&

12、lt;/p><p>　　3.2.5 Z向步進(jìn)電機(jī)選擇13</p><p>　　3.2.6 聯(lián)軸器選用14</p><p>　　第四章 電氣原理部分設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1總體部分設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.2 電氣部分基本組成15</p><p>　　4.3 電氣系統(tǒng)參

13、數(shù)選擇15</p><p>　　4.4 單片機(jī)系統(tǒng)元件布置框圖18</p><p>　　4.5 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理19</p><p>　　4.6 接口電路及其原理19</p><p>　　4.7 速度反饋輸入接口19</p><p>　　4.8 光電編碼器及其接口20</p><p&g

14、t;　　4.9 光電耦合器與步進(jìn)電機(jī)21</p><p>　　4.10 光電耦合器21</p><p>　　4.11 步進(jìn)電機(jī)及其軟件環(huán)形分配器22</p><p>　　總結(jié)與心得錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b&

15、gt;</p><p>　　附錄：加減計(jì)數(shù)器程序和軟環(huán)分初始化程序25</p><p>　　第一章 綜 述</p><p>　　1.1組織工程載體框架制備綜述</p><p>　　目前國際上組織工程的載體框架的成形方法一般使用發(fā)泡法，溶鹽法，浸漿法和熱相分離法等。這些工藝都遵循相似的原理。那就是通過間接的手段造孔，如加入發(fā)泡劑，糖，無

16、機(jī)鹽，多空海綿和有機(jī)溶劑等作為造孔劑，空隙的形態(tài)參數(shù)與造孔劑的選擇有著直接的關(guān)系。</p><p>　　例如浸漿法的典型工藝，——聚氨酯海綿浸漿法就是將聚氨酯海綿浸如陶瓷漿料中，然后在125C干燥一小時(shí)，以0.5C/Min的速度加熱到500c，再以1Cmin的速度加熱至高溫?zé)?。其工藝方法的原理如圖1，這中工藝方法只能成形燒結(jié)的陶瓷載體框架，而許多生物材料不能承受高溫的加工過程，因此可用的材料受限制。</p

17、><p>　　圖1.1 浸漿法工藝簡圖</p><p>　　這些傳統(tǒng)的組織工程載體框架制造工藝通常存在以下問題；</p><p>　　1、難以形成200微米到500微米尺寸范圍，且相互貫通的可控孔隙結(jié)構(gòu)，由于這些工藝都是簡介造孔（通過發(fā)泡劑，無機(jī)鹽等）很難實(shí)現(xiàn)對與載體框架孔隙結(jié)構(gòu)的直接有效控制。成形的孔隙結(jié)構(gòu)在一定程度上存在隨意性。很難滿足組織工程載體框架的形態(tài)參數(shù)要求

18、——200微米到500微米的尺寸范圍，且相互貫通的可控孔隙結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2、難以實(shí)現(xiàn)孔隙梯度結(jié)構(gòu)和材料梯度結(jié)構(gòu)的成形。這種均勻孔隙結(jié)構(gòu)與材料組成的載體框架，很難協(xié)調(diào)載體框架的降解性能與機(jī)械強(qiáng)度之間的矛盾。很難滿足組織工程載體框架的復(fù)雜性能要求。</p><p>　　3、難以實(shí)現(xiàn)用戶化的載體框架制造。由于不同病例的組織缺損情況千差萬別，需要針對具體的病例設(shè)計(jì)和制造載體框架，傳統(tǒng)

19、的工藝方法難以實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　如果采用低溫?cái)D壓噴射堆積成型的工藝方法，就可以克服傳統(tǒng)的組織工程載體框架成型工藝的不足之處，提供一種組織工程載體框架制造的低溫?cái)D壓，噴射堆積成形工藝，是其便于道道組織工程載體框架的形態(tài)參數(shù)要求及復(fù)雜的性能要求，實(shí)現(xiàn)孔隙梯度結(jié)構(gòu)和材料梯度結(jié)構(gòu)的成形，實(shí)現(xiàn)用戶化的載體框架制造。該工藝可以按照以下步驟進(jìn)行：</p><p>　　將所需的組織工程載體框架材

20、料和溶劑混合，制備成室溫下的含組織工程載體框架材料的液體，并制備室溫下含所需生長因子的液體。</p><p>　　根據(jù)用戶組織的具體結(jié)構(gòu)以及預(yù)先設(shè)計(jì)的路徑，將上述含組織工程載體框架材料的液體和含生長因子的液體在低于0度的低溫環(huán)境中分別通過不同的噴頭擠出或者噴射出來，逐層堆積成行為冷凍的多孔組織工程載體框架。</p><p>　　將上述冷凍的組織工程載體框架送入凍干機(jī)中干燥，去除溶劑后即可得

21、到組織工程載體框架。</p><p>　　上述步驟中，1步驟中所述的制備含組織工程載體框架材料的液體為含組織工程載體框架材料的溶液，懸濁液，乳濁液或者材料部分溶解的漿料，所述的室溫下含所需生長因子的液體為包括生長因子的溶液，懸濁液，乳濁液或者生長因子部分溶解的漿料。</p><p>　　該工藝方法的原理和特點(diǎn)：</p><p>　　低溫?cái)D壓噴射堆積成型工藝方法的原理

22、是基于快速成型制造的離散/堆積基本原理，成形過程及框架的空隙結(jié)構(gòu)可以根據(jù)預(yù)先的設(shè)計(jì)進(jìn)行逐層堆積成型。因此孔隙尺寸有相互貫通性可以得到很好的控制。</p><p>　　在該工藝中，材料的制備是在室溫下采用溶劑溶解或液體懸浮的方式得到液態(tài)的成型材料而不采用任何加熱的熔融的液態(tài)材料制備方式，因此，很好的保持了生物材料的生物活性，使本工藝具有廣泛的材料適應(yīng)性。</p><p>　　該工藝采用冷凍干

23、燥方法，將冷凍狀態(tài)的組織工程載體框架中的溶劑去除，此工藝中溶劑的升華，留下了大量五十微米以下尺寸的相互貫通的微孔結(jié)構(gòu)，提高了載體框架的空隙率。有利于載體框架的體內(nèi)降解和再生組織的營養(yǎng)與代謝。</p><p>　　由于本工藝采用快速成形工藝，在制造復(fù)雜形狀方面的巨大柔性，可以實(shí)現(xiàn)用戶化的載體框架制造。</p><p>　　具體的工藝實(shí)施方式：</p><p>　　組織

24、工程載體框架的低溫?cái)D壓噴射堆積成型工藝方法的原理圖如下圖所示：</p><p>　　圖1.2低溫?cái)D壓噴射堆積成型工藝簡圖</p><p>　　首先將組織工程載體框架材料和溶劑混合制備成室溫下含組織工程載體框架材料的液體，制備室溫下含生長因子的液體，不同的組織需要采用不同的組織工程載體框架材料。如：骨組織工程常采用可降解高分子材料，鈣磷鹽或他們的復(fù)合材料，血管組織工程常采用聚氨酯材料等等。不

25、同的材料需要溶于不同的溶劑，有的材料不溶于溶劑，不容的部分制備成10um以下的粉料。制備室溫下含組織工程載體框架材料的液體包括組織工程載體框架材料的溶液，懸濁液，乳濁液或該材料部分溶解的漿料，同樣，不同組織需要不同的生長因子，不同的生長因子需要溶于不同的溶劑，有的生長因子不溶于溶劑，不容的部分制備成10um以下的粉料，制備室溫下含生長因子的液體的溶液，懸濁液，乳濁液，生長因子部分熔接的漿料或生長因子均勻混合在前述含組織工程載體框架材料的

26、液體內(nèi)的混合物，然后按照預(yù)先的設(shè)計(jì)規(guī)定的路徑，分別通過不同的噴頭將含的組織工程載體框架材料液體和含生長因子的液體在低于0C的低溫環(huán)境中擠出或噴射出來，逐層堆積并冷凍成多空的組織工程載體支架，采用此工藝方法的制備原理如圖1.3所示。按照預(yù)先的設(shè)計(jì)規(guī)定的路徑，噴頭組3將貯藏在儲(chǔ)料罐組2中的液態(tài)原料，分別通過擠出或</p><p>　　圖1.3無加熱沉積制造的設(shè)備簡圖</p><p>　　1.2

27、無加熱沉積制造的設(shè)備與工藝</p><p>　　在各種快速成形工藝中，基于擠出/噴射成形的快速成形工藝是最適合于組織工程支架成形的工藝。因?yàn)檫@類工藝對于成型材料有著更為廣泛的適應(yīng)性，如圖所示，在這類快速成型的工藝中，噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下將材料的液態(tài)或半固態(tài)細(xì)絲微粒擠出、噴射出來在工作臺(tái)面上逐層沉積成為三維的實(shí)體（圖1.4）。</p><p>　　在整個(gè)的成型的過程中，由于對于不同的組織，材

28、料不是單一的，而是復(fù)合的，因此，就要求，這種噴頭的數(shù)目不是一個(gè)，而是根據(jù)實(shí)際的需要設(shè)置多個(gè)噴頭，如圖1.3所示。</p><p>　　圖1.4擠出/噴射成形的快速成形工藝示意圖</p><p>　　圖1.3是一個(gè)四噴頭的沉積制造專用設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。為了實(shí)現(xiàn)支架材料的擠出/噴射成型，須按照以下步驟：</p><p>　　1：首先通過非加熱的方法制備液態(tài)或者是半固態(tài)的材

29、料。</p><p>　　2：將不同的液態(tài)材料裝入不同的送料罐中，在每個(gè)罐的底部有一跟輸料軟管分別與噴頭相連。這當(dāng)中，由于各種材料的流體力學(xué)性能不一致，因此噴頭的結(jié)構(gòu)也不盡相同。</p><p>　　3：在計(jì)算機(jī)中的電子模型的直接驅(qū)動(dòng)之下，逐層通過噴頭的擠出/噴過程，堆積制造復(fù)雜的三維載體支架。噴頭在計(jì)算機(jī)的獨(dú)立控制之下，按照預(yù)先的設(shè)計(jì)路徑和順序在XY平面內(nèi)獨(dú)立做擠出/噴射和掃描運(yùn)動(dòng)。整個(gè)

30、成型過程在低溫冰箱提供的環(huán)境中完成。XY掃描工作臺(tái)在指令的控制下運(yùn)動(dòng)，每完成一個(gè)斷面的掃描，由步進(jìn)電機(jī)控制工作臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)一個(gè)層高。</p><p>　　4：制造出支架以后，經(jīng)過冷凍和干燥處理。去除支架中的溶劑和水分，得到常溫下為固態(tài)的組織工程載體支架。</p><p>　　第二章 具體設(shè)計(jì)任務(wù)及時(shí)間安排</p><p>　　2.1工作臺(tái)機(jī)械部分設(shè)計(jì)</p>

31、;<p><b>　　1：</b></p><p>　　工作臺(tái)在XY向上由于重復(fù)定位精度比較的高，考慮采用閉環(huán)控制，工作臺(tái)在XY向上由直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)，通過滾珠絲杠來帶動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，用光電編碼器作為測量反饋元件。XY向必須安裝限位開關(guān)。</p><p><b>　　2：</b></p><p&g

32、t;　　工作臺(tái)在Z軸上運(yùn)動(dòng)時(shí)，只需要按照層高不斷下降，因此，完全可以使用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，通過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)。出于對安全的考慮，必須要安裝限位開關(guān)（可用一個(gè)簡單的行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)），在工作臺(tái)碰到開關(guān)之后，立即停止運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2.2工作臺(tái)電路部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1：</b></p><p>　　電控

33、系統(tǒng)考慮用MCS-51系列單片機(jī)控制，其典型代表為8031，8031，8751.經(jīng)過比較，采用具有價(jià)格低，功能強(qiáng)，使用靈活等有點(diǎn)的8031有擴(kuò)展系統(tǒng)的單片機(jī)。</p><p><b>　　2：</b></p><p>　　使用8031外接2764（EPROM），6264(RAM)，以及8155（擴(kuò)展I/O接口）等芯片擴(kuò)展成一個(gè)簡單的微機(jī)控制系統(tǒng)，編制的用戶程序由鍵盤輸

34、入，修改程序也可以由鍵盤來完成。程序存入外部RAM。系統(tǒng)中有始終電路模塊，復(fù)位和復(fù)位電路，數(shù)碼顯示接口電路，光電耦合器等等。</p><p>　　2.3設(shè)備附件部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1：</b></p><p>　　噴頭部分設(shè)計(jì)，計(jì)劃采用擠壓式雙噴頭，送料箱初擬置于機(jī)床上部，采</p><p>　　使用空

35、氣壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣來擠出生長因子和支架材料。</p><p><b>　　2：</b></p><p>　　觀察窗，冷凍室上蓋，以及機(jī)床底座設(shè)計(jì)。冷凍室上蓋計(jì)劃采用在X_Y工作臺(tái)下方放置塑料膜，隨工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)起到隔熱的作用。機(jī)床底座采用四只滾輪和升降地角。</p><p><b>　　2.4設(shè)計(jì)日程安排</b><

36、;/p><p><b>　　2.5設(shè)計(jì)要求參數(shù)</b></p><p><b>　　最大成型空間：mm</b></p><p>　　掃描運(yùn)動(dòng)最大成型速度：200mm/s</p><p>　　XY重復(fù)定位精度：mm</p><p><b>　　Z向重復(fù)定位精度：</

37、b></p><p>　　移動(dòng)件最大重量：6Kg</p><p>　　第三章 機(jī)械裝置部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 X_Y方向工作臺(tái)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 X向?qū)驒C(jī)構(gòu)</p><p>　　導(dǎo)向機(jī)構(gòu)一般有使用導(dǎo)軌，或者是光杠，但是鑒于該工作臺(tái)質(zhì)量較小，且無切削力，所以考慮使用摩擦系數(shù)較小

38、，安裝簡便，占用空間小的光杠。</p><p>　　3.1.2 光杠與直線軸承</p><p><b>　　直線軸承：</b></p><p>　　SAMICK LM型直線軸承與LM型軸配合使用在不限行程的直線運(yùn)動(dòng)系列中。由于滾珠和直線軸間為點(diǎn)接觸，因此摩擦力小，運(yùn)動(dòng)精度高</p><p><b>　　構(gòu)造和特

39、點(diǎn)</b></p><p>　　SAMICK直線軸承通過保持架和球溝道來調(diào)整軸承與LM軸的線性關(guān)系。外套筒采用高碳鉻軸承鋼材料，熱處理后內(nèi)外圓經(jīng)磨削加工?；Q性：三益直線軸承的尺寸是標(biāo)準(zhǔn)化的，完全可以互換。為了保證裝配精度，直線軸外圓采用磨削加工。剛性外套經(jīng)硬化處理和精密磨削的軸承鋼外套，可以直接嵌入滾針軸承裝配。高精度保持架整體式的保持架有4到6個(gè)滾珠回路，為滾珠的滾動(dòng)和軸承的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)提供精確的導(dǎo)向

40、。LM箱式單元SC型LM箱式單元,由輕鋁箱體和LM型直線軸承組成，珠軸承箱式單元，安裝于帶有密封的滾珠軸承上。易于通過螺栓安裝于工作平臺(tái)上，而且可通過設(shè)計(jì)緊湊的鋁箱來移動(dòng)。可通過螺栓聯(lián)接方便地完成裝配。 可通過調(diào)整滾珠回路與載荷方向的相對位置來延長使用壽命。</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p>　　3.1.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p>

41、<p>　　由于工作臺(tái)由電機(jī)帶動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)，因此考慮螺旋傳動(dòng)，螺旋傳動(dòng)的主要目的就是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞。根據(jù)螺紋副螺旋傳動(dòng)有兩種形式，比較如下：</p><p>　　該機(jī)床受成形零件的形狀影響必然要求工作臺(tái)要有頻繁的啟動(dòng)，停止，前行，倒車，而且要求很高的傳動(dòng)效率和精度，所以綜合考慮各種因素，應(yīng)該使用滾珠絲杠副來傳動(dòng)。</p><p>　　3.1.

42、4 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　已知條件：機(jī)床工作臺(tái)如圖3.2。</p><p>　　最大行程：考慮X_Y向最大成形空間為200*200mm，考慮噴頭體積，最大行程初定于300mm</p><p>　　全行程上定位精度：δg0.005mm</p><p>　　失動(dòng)量：δs=0.01mm</p><p>　

43、　工作臺(tái)最高速度Vmax==20mm/s（成型運(yùn)動(dòng)無切削力）</p><p>　　壽命10000小時(shí) （兩班工作制5年）</p><p>　　電機(jī)直聯(lián)絲杠，最高轉(zhuǎn)速nj=3000r/min</p><p>　　初步考慮用光杠導(dǎo)向，，摩擦系數(shù)μ=0.2</p><p>　　絲杠用 固定--固定的安裝方式</p><p>

44、<b>　　計(jì)算步驟1.</b></p><p><b>　　2.</b></p><p><b>　　1：按照公式</b></p><p>　　I：傳動(dòng)比，電機(jī)直連絲杠，所以I=1；</p><p>　　=12000mm/min</p><p>　　=

45、3000r/min</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　2：絲杠轉(zhuǎn)速</b></p><p><b>　　按照公式有：</b></p><p>　　=12000/4=3000r/min</p><p><b>

46、　　3：根據(jù)公式</b></p><p>　　滾珠絲杠副在轉(zhuǎn)速條件下的工作時(shí)間分別為</p><p><b>　　所受載荷為</b></p><p>　　于是有=11.76N =3000r/min</p><p>　　4：滾珠絲杠副在當(dāng)量載荷以及當(dāng)量轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)達(dá)到預(yù)計(jì)壽命時(shí)承受的最大軸向載荷，設(shè)計(jì)時(shí)要

47、保證</p><p><b>　　有</b></p><p>　　于是有=171.66</p><p><b>　　5：安裝方式選擇</b></p><p>　　由于有振動(dòng)的工況，所以考慮使用固定-固定的方式安裝，此時(shí)</p><p><b>　　=128+300&

48、lt;/b></p><p><b>　　=428</b></p><p>　　圓整，取=450mm</p><p>　　圖3.3滾珠絲杠安裝參數(shù)</p><p>　　圖3.4滾珠絲杠安裝示意圖</p><p>　　6：估算允許的滾珠絲杠最大彈性變量按照定位精度的1/4-1/6選定。<

49、/p><p><b>　　于是 =</b></p><p>　　由于采用的是固定-固定的安裝方式，</p><p><b>　　=2.39mm</b></p><p>　　如此即為按安裝方式確定的底徑</p><p>　　7：選擇內(nèi)循環(huán)反相器雙螺母墊片預(yù)緊</p>

50、<p>　　根據(jù)樣本值，選擇GD2004-3-P3型絲杠，</p><p>　　=4，=17.1（絲杠底徑）</p><p>　　=5243N 滿足以上計(jì)算要求。</p><p>　　8：按公式Dn=d0*nmax=20*3000=60000≤70000 (滿足要求)按照精度確定，1-5級(jí)精度Dn 70000</p><p>&

51、lt;b>　　9：扭矩計(jì)算：</b></p><p>　　9.1：理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩</p><p>　?。狠S向載荷；：傳動(dòng)效率；</p><p>　　可取為/3=11.76/3=3.92 ； 取為0.9</p><p><b>　　于是有：</b></p><p><b&g

52、t;　　=0.012N*M</b></p><p>　　9.2：最大動(dòng)態(tài)摩擦力矩</p><p><b>　　3級(jí)精度，于是有</b></p><p>　　=1.4*0.012=0.0168</p><p>　　9.3：驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需最大轉(zhuǎn)動(dòng)力矩</p><p><b>　　于

53、是，根據(jù)有：</b></p><p><b>　　；</b></p><p>　　所以，l=0.2/314.2</p><p><b>　　9.4啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算</b></p><p>　　啟動(dòng)時(shí)間取為10ms=0.01s v=0.2m/s</p><p><

54、b>　?。铀俣龋?lt;/b></p><p>　　因此選定x_y向工作臺(tái)的電機(jī)型號(hào)為55SZ53</p><p>　　9.5因啟動(dòng)，停步而引起的絲杠誤差計(jì)算，</p><p>　　根據(jù)材料力學(xué)直桿軸向拉伸壓縮公式有：</p><p>　　EA：桿件的抗拉（抗壓）剛度。</p><p><b>

55、　　查樣本有K=347</b></p><p>　　于是有=0.0012mm</p><p>　　所以+=0.00125+0.0012=0.00245mm0.005mm</p><p><b>　　符合定位精度要求。</b></p><p>　　圖3.5滾珠絲杠螺母</p><p>　

56、　3.2 Z方向工作臺(tái)設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.2.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)選擇</p><p>　　Z向?qū)驒C(jī)構(gòu)類似與X-Y向，均采用光杠和直線軸承的配合方式，因?yàn)椴季值目紤]，決定把Z向光杠布置在總體框架后方，方便與前方開取工件的窗口和便于裝配。</p><p>　　3.2.2 電機(jī)選擇</p><p>　　根據(jù)快速成型機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性。X

57、-Y工作臺(tái)完成一個(gè)斷面的掃描以后，Z軸工作臺(tái)下降一個(gè)層高。直到下降到最低的時(shí)候，按壓行程開關(guān)，然后停止，待取出工件以后，X-Y工作臺(tái)和Z工作臺(tái)復(fù)位，等待下一次掃描成型。</p><p>　　按照這樣的計(jì)劃，Z軸使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，使得工作臺(tái)上升下降，控制器每發(fā)出一個(gè)階躍脈沖，工作臺(tái)便下降一個(gè)斷層高度。</p><p>　　3.2.3傳動(dòng)副選擇</p>&l

58、t;p>　　由此可見，Z軸工作臺(tái)做低速不連續(xù)的運(yùn)動(dòng)，要求要有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有自鎖性能。于是，優(yōu)先考慮使用螺桿。</p><p>　　3.2.4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　滑動(dòng)螺旋副設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：</p><p><b>　　1:</b></p><p>　　滑動(dòng)螺旋副的失效主要是螺紋磨損，因此螺桿的直徑和螺母的高度通常

59、是根據(jù)耐磨性計(jì)算確定的。傳力螺旋應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)界面的強(qiáng)度。青銅和鑄鐵螺母以及能承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核螺紋牙的剪切和彎曲強(qiáng)度，要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性能，精密的傳動(dòng)螺旋應(yīng)校核螺桿的剛度。有時(shí)就是根據(jù)剛度確定其直徑。當(dāng)螺桿受壓力，其長徑又比較大時(shí)容易產(chǎn)生側(cè)向彎曲，應(yīng)校核其穩(wěn)定性。其直徑也可以按穩(wěn)定性要求確定。轉(zhuǎn)速高的長螺桿，可能產(chǎn)生橫向振動(dòng)，還應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　2: &l

60、t;/b></p><p>　　調(diào)整螺旋和部份傳力螺旋要求自鎖時(shí)，應(yīng)采用單線螺紋，為了提高傳動(dòng)效率，以及要求較高的直線運(yùn)動(dòng)速度，可以采用多線螺紋。以得到較大的螺紋升角和導(dǎo)程。</p><p>　　根據(jù)以上所屬原則，結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)際情況?？梢?，Z向的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)該為單線，自鎖的螺桿。</p><p>　　3：傳動(dòng)滑動(dòng)螺旋副的計(jì)算：</p><p&g

61、t;<b>　　1：耐磨性計(jì)算：</b></p><p>　　螺桿中徑 ，因?yàn)椴捎锰菪温菁y，=0.8，F(xiàn)=6*9.8=58.8N</p><p>　　低速，潤滑良好，螺桿的材料選擇鋼，螺母為鑄鐵，（整體式）=2.0</p><p>　　[p]暫定為10Mpa，于是</p><p><b>　　=1.37mm&l

62、t;/b></p><p>　　考慮到動(dòng)載及壓桿穩(wěn)定的因素。暫定為12mm</p><p><b>　　2：螺母高度：</b></p><p>　　H=*=2.0*12mm=24mm</p><p>　　3：旋合圈數(shù) Z=H/P10-12</p><p>　　查表知P=3（導(dǎo)程）</p

63、><p>　　所以Z=24/3=8圈</p><p>　　4：螺紋工作高度 h=0.5P=1.5mm</p><p><b>　　5：工作壓強(qiáng) </b></p><p><b>　　滿足要求</b></p><p><b>　　6：自鎖性：</b><

64、;/p><p><b>　　螺紋升角</b></p><p>　　單線螺紋，所以L=P=3</p><p><b>　　查表知f=0.14</b></p><p><b>　　=30</b></p><p><b>　　所以=8.25</b&

65、gt;</p><p>　　所以，該螺紋為自鎖螺紋。</p><p>　　7：因?yàn)槁輻U較長，所以有必要進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性校核。</p><p><b>　　L取為250mm </b></p><p><b>　　所以為小柔度桿，</b></p><p><b>　　采用

66、</b></p><p><b>　　因?yàn)镕=58.8N</b></p><p>　　于是，滿足壓桿穩(wěn)定條件。</p><p>　　3.2.5 Z向步進(jìn)電機(jī)選擇</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)參數(shù)選擇：</b></p><p><b>　　1.1

67、傳動(dòng)比選擇：</b></p><p>　　由于采用螺桿傳動(dòng)，考慮到成型機(jī)的體積尺寸不能過大，且步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角可以根據(jù)脈沖寬度自動(dòng)調(diào)整，所以初擬不使用額外的減速機(jī)構(gòu)，采用電動(dòng)機(jī)直連絲杠。</p><p><b>　　i=1；</b></p><p>　　1.2步距角選擇：根據(jù)公式 </p><p>　　i為傳動(dòng)

68、比，為負(fù)載軸要求的最小位移增量（或稱脈沖當(dāng)量，即每一個(gè)脈沖所對應(yīng)的負(fù)載軸的位移增量）</p><p>　　由于要求Z向工作臺(tái)要求重復(fù)定位精度</p><p>　　通過對螺桿的計(jì)算可知，P=3.則，=0.021=</p><p>　　于是0.021rad=1.20度。</p><p>　　于是可以選擇0.75</p><p&

69、gt;　　1.3最大靜轉(zhuǎn)矩計(jì)算</p><p>　　工作臺(tái)質(zhì)量是6Kg，200*200*200的成型空間里放置的工件質(zhì)量最大約為10Kg，因?yàn)槁輻U的摩擦系數(shù)查表約為0.15，所以步進(jìn)電機(jī)最大力矩應(yīng)該為</p><p>　　T=m*g*f*L=16*9.8*0.15*0.006=0.14N/M</p><p>　　考慮到轉(zhuǎn)矩很小，只是對轉(zhuǎn)動(dòng)的精度要求比較高，于是選擇小

70、步距角步進(jìn)電機(jī)。選擇70BFP-4.5</p><p>　　3.2.6 聯(lián)軸器選用</p><p>　　波紋管聯(lián)軸器是一種一體成型的金屬彈性聯(lián)軸器，零回轉(zhuǎn)間隙，彈性作用補(bǔ)償徑向、角向和軸向偏差，高扭矩剛性和靈敏度，順時(shí)針和逆時(shí)針回轉(zhuǎn)特性完全相同，免維護(hù)，抗油和耐腐蝕性，鋁合金和不銹鋼材料，這種優(yōu)良的性質(zhì)十分適合與頻繁啟動(dòng)的伺服電機(jī)連用，于是選用波紋管聯(lián)軸器。 <

71、/p><p>　　圖3.6波紋管聯(lián)軸器</p><p>　　第四章 電氣原理部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1總體部分設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)總體方案框圖見下，其控制原理利用了微機(jī)的實(shí)時(shí)采集與處理特性,由接口輸出步進(jìn)脈沖,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)， 帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng), 從而實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的Z向的升降運(yùn)動(dòng)；另一方面

72、由I/O口控制伺服電機(jī)直接帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)X向，Y向的掃描運(yùn)動(dòng)。和Z向的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)做下降上升運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　4.2 電氣部分基本組成</p><p>　　控制系統(tǒng)由單片及部分、鍵盤、顯示器、I/ O 接口、光電隔離電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、功率放大電路等組成。系統(tǒng)的加工程序和控制命令通過鍵盤操作實(shí)現(xiàn),顯示器采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)&

73、lt;/p><p>　　圖4.1 電控單元基本組成框圖</p><p>　　4.3 電氣系統(tǒng)參數(shù)選擇</p><p><b>　　1：單片機(jī)選擇：</b></p><p>　　在選擇單片機(jī)適應(yīng)考慮的因素是：</p><p>　?。?）時(shí)鐘頻率和字長（即控制數(shù)據(jù)處理的速度）；</p>&l

74、t;p>　?。?）可擴(kuò)展存儲(chǔ)器（指ROM、RAM）的容量；</p><p>　?。?）指令系統(tǒng)的功能是否強(qiáng)（即編程的靈活性）；</p><p>　?。?）口擴(kuò)展的能力（即對外設(shè)控制的能力）；</p><p>　?。?）開發(fā)手段（支持開發(fā)的軟件和硬件電路）。</p><p>　　此外，還應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用場合、控制對象及各種參數(shù)要求選擇單片機(jī)

75、。</p><p>　　MCS_51系列單片機(jī)以片內(nèi)無程序存儲(chǔ)器和片內(nèi)有程序存儲(chǔ)器形式,分為三種基本產(chǎn)品:8031、8751 和8031。</p><p>　　8031 單片機(jī)以片內(nèi)含有掩膜ROM型程序存儲(chǔ)器,因?yàn)檫@種只讀存儲(chǔ)器中的程序要由單片機(jī)生產(chǎn)廠制作芯片時(shí)為用戶固化于片內(nèi),所以只適用于批量極大,程序要永久性保留且不會(huì)修改的場合。</p><p>　　8751

76、片內(nèi)含有EPROM型程序存儲(chǔ)器,用戶可以把程序固化在EPROM中,需要修改時(shí),可用紫外線光照擦除,然后又寫入新的用戶程序,但該芯片價(jià)格較高。</p><p>　　8031 片內(nèi)沒有程序存儲(chǔ)器,外部擴(kuò)展一片或多片含有用戶程序的EPROM后,就相當(dāng)于一片8751。因而使用方便靈活,且價(jià)格低廉,目前是應(yīng)用最廣泛的機(jī)型。</p><p>　　綜上所述, 考慮到MCS - 51 的性能, 選用該系列

77、的8031CPU作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機(jī)。</p><p>　　8031單片機(jī)屬8位單片機(jī)，它是集CPU、I/O端口及部分RAM等為一體的控制器，具有價(jià)格低、功能全、體積小、編程靈活性大、開發(fā)手段齊全、硬件資源豐富等特點(diǎn)。</p><p>　　8031芯片內(nèi)部具有128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，內(nèi)部地址為00H7FH，CPU對片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有很豐富的操作指令，通過直接尋址或間接尋址方式進(jìn)行

78、訪問。這128個(gè)字節(jié)單元可作為數(shù)據(jù)緩沖器、堆棧和工作寄存器。。CPU 采用了8031 芯片,由于8031 無片內(nèi)程序存儲(chǔ)器,需要擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器,同時(shí),8031內(nèi)部只有128 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,也不能滿足控制系統(tǒng)的要求,故擴(kuò)展了兩片2764 的程序存儲(chǔ)器和一片6264 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8031 芯片的P0 和P2用來傳送外部存儲(chǔ)器的地址和數(shù)據(jù),P2 口傳送高八位地址,P0 口需傳送低八位地址和數(shù)據(jù),所以要采用74L S373 地址鎖存器,

79、鎖存低八位地址,AL E作為選通信號(hào)。8031 芯片的P2 和74L S373 送出的P0 口低八位地址共同組成16 位地址,2764 和6264 芯片都是8KB ,需要13 根地址線,A0～A7 低八位接74L S373 的輸出,A8～A12接8031 芯片的P2. 0～P2. 4 ,系統(tǒng)采用全地址譯碼,兩片2764 芯片片選信號(hào)CE分別接74L S138 譯碼器的Y0 和Y1 ,系統(tǒng)復(fù)位后程序從0000H</p>&l

80、t;p><b>　　2：存儲(chǔ)器選擇</b></p><p>　　在選擇存儲(chǔ)器時(shí)，要考慮到CPU與存儲(chǔ)器的時(shí)序匹配，若不匹配，進(jìn)行讀寫操作的數(shù)據(jù)就不可靠。為解決時(shí)間匹配問題，應(yīng)盡量選用高速存儲(chǔ)器芯片。另外，還要考慮最大的讀取速，工作溫度及存儲(chǔ)容量。</p><p>　　2764芯片是一種高速、容量為的EPROM存儲(chǔ)器電路，讀出時(shí)間為，而8031選用晶振頻率為，則讀

81、取時(shí)間為，都滿足要求。2764為28腳器件，其中為13位地址線，為8位數(shù)據(jù)線，CE為片選信號(hào)，低電平有效。</p><p>　　6264芯片是的RAM存儲(chǔ)器電路，集成度很高，該芯片讀寫時(shí)間為，也為28腳器件，其中為13位地址線，為8位數(shù)據(jù)線。</p><p>　　由于2764和6264芯片都是，需要13根地址線。低8位接74LS373芯片的輸出，接8031的，74LS373地址鎖存器在選通

82、信號(hào)ALE為高電平時(shí)直接傳送8031口低8位地址，當(dāng)ALE在高電平變低電平的下降沿時(shí)，低8位地址被鎖存，此時(shí)，口可用來向片外傳送讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　8031單片機(jī)對存儲(chǔ)器的片選控制是采用全地址譯碼法，使用74LS138譯碼器來實(shí)現(xiàn)的，8031的、、口分別與74LS138譯碼器的A、B、C端相聯(lián)，74LS138譯碼器的輸出端與2764（1）的端相聯(lián)，與2764（2）的端相聯(lián)，與6264的端相聯(lián)。2764

83、（1）的地址編碼是，2764（2）的地址編碼是，6264的地址編碼是。</p><p><b>　　3：接口芯片</b></p><p>　　由于8031 只有P1 和P3 口部分能提供用戶作為I/ O 口使用,不能滿足輸入輸出口的需求,因而系統(tǒng)擴(kuò)展了兩片8155 可編程輸入輸出接口電路。8155 的片選信號(hào)CE分別接74L S138 的Y3 和Y4 ,74L S13

84、8 譯碼器的三個(gè)輸入端A 、B 、C 分別接到8031 的P2. 5、P2. 6、P2. 7。</p><p>　　I/ O 接口與外設(shè)的聯(lián)接是這樣安排的: 8155(1) 芯片的PA0～PA8 為X向和Y向伺服電機(jī)的輸入信號(hào)和發(fā)電機(jī)的反饋信號(hào); PB0～PB4 的輸出是X 、Y 向的限位控制。8155 (2) 芯片的PA0～ PA2為Z向步進(jìn)電機(jī)三向的輸出脈沖,PB0～ PB3 是鍵盤掃描輸入, PC0～PC5

85、 是顯示器的位選信號(hào),顯示器的段選信號(hào)由8031 的P1.0～ P1.7控制。PA3～PA5和PB4～PB7是光電編碼器的輸入接口。</p><p>　　所有芯片地址編碼分配圖見表4.1。</p><p><b>　　4：行程控制</b></p><p>　　為防止掃描機(jī)構(gòu)越界，設(shè)置了四個(gè)行程開關(guān)，8155（1）口的分別為+X、-X、+Y、-Y

86、4個(gè)方向的行程控制信號(hào)。計(jì)算機(jī)隨時(shí)巡回檢測的電平，當(dāng)某一線為低電平時(shí)，應(yīng)立即停止伺服電機(jī)的運(yùn)行，并傳輸信號(hào)給報(bào)警電路</p><p>　　表4.1 芯片地址編碼分配表</p><p>　　4.4 單片機(jī)系統(tǒng)元件布置框圖</p><p>　　圖4.2 單片機(jī)系統(tǒng)元件布置框圖</p><p>　　4.5 伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理</p>

87、<p>　　單片機(jī)8031控制的伺服系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如所附A1圖.它由單片機(jī)8031、伺服電機(jī)及其接口電路、測速發(fā)電機(jī)及其接口電路和光電編碼器及接口組成。</p><p>　　光電編碼器是一個(gè)9位的編碼器，位置檢測精度為0.7。速度檢測元件采用測速發(fā)電機(jī)，在伺服電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，它的輸出電壓為30V。測速發(fā)電機(jī)測出的轉(zhuǎn)速變換行驅(qū)動(dòng)。單片機(jī)輸出的數(shù)字控制信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換器0832之后轉(zhuǎn)換成5V模擬信號(hào)，

88、再通過運(yùn)算放大器U4變換之后變成-2.5V—+2.5V模擬信號(hào)去控制PWM功率放大器。PWM功率放大器由三角發(fā)生器、比較器及橋式開頭功率放大電路組成。伺服電機(jī)是一個(gè)直流伺服電機(jī)，它除了帶動(dòng)測速發(fā)電機(jī)和光電編碼器之外，最很重要的是帶動(dòng)負(fù)載。</p><p>　　4.6 接口電路及其原理</p><p>　　在圖中，可以看出系統(tǒng)有三個(gè)接口電路，即控制PWM功率放大器的接口電路，測速發(fā)電機(jī)的接口

89、電路，光電編碼器接口電路這三個(gè)接口。</p><p><b>　　1、控制量輸出接口</b></p><p>　　控制量輸出接口也就是單片機(jī)和PWM功率放大器接口。這個(gè)接口由0832，運(yùn)算器U3和U4組成。D/A轉(zhuǎn)換器0832作為單片機(jī)8031的一個(gè)存儲(chǔ)單元，對高字節(jié)地譯碼之后可選中0832，利用寫操作可把控制數(shù)據(jù)從單片機(jī)送入0832中，不過在寫0832時(shí)要執(zhí)行兩次寫

90、操作，因?yàn)樗鼉?nèi)部的兩個(gè)寄存器是不能同時(shí)接收外部數(shù)據(jù)，而必須先由輸入寄存器接收，再由輸入寄存器傳送給DAC寄存器。在圖所示的系統(tǒng)中，0832接成電流開頭方式工作狀態(tài)，故轉(zhuǎn)換的結(jié)果是電流量。電流I1輸出由U3運(yùn)算放大器處理之后輸出的電壓為-VREFD/256，其中D是輸0832中的數(shù)據(jù)。由于VREF=-5V，所以U3輸出的電壓是0—5V。運(yùn)算放大器U4的作用是進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，把0—5V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成-2.5V—+2.5V的電壓。U4的放大系

91、數(shù)為1，同時(shí)在它的負(fù)輸入端加上了2.5V參考電壓；所以，當(dāng)U3輸出為0V時(shí)，U4輸入-2.5V；U3輸出為5V時(shí)，U4輸出為+2.5V。實(shí)際上，U4的輸出電壓VU4為：</p><p>　　其中，VU3是運(yùn)算放大器U3的輸出電壓。</p><p>　　U4的輸出電壓去控制PWM功率放大器，就可以使伺服電機(jī)以不同的速度實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)成反轉(zhuǎn)。</p><p>　　4.7 速度

92、反饋輸入接口</p><p>　　這個(gè)接口本質(zhì)上是測速發(fā)電機(jī)的輸入接口。測速發(fā)動(dòng)機(jī)檢測轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的電壓通過運(yùn)算放大器U5和A/D轉(zhuǎn)換器0809之后，送入到單片機(jī)8031中。</p><p>　　當(dāng)伺服電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，測速發(fā)電機(jī)的電壓為30V。在速度反饋接口中，運(yùn)算放大器U5是個(gè)有源濾波器，它的作用有兩個(gè)：</p><p>　　抑制伺服電機(jī)微振時(shí)使測速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生

93、高頻噪聲。</p><p>　　把測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓降低到A/D轉(zhuǎn)換器0809所允許的量程范圍，即5V之內(nèi)</p><p>　　很明顯，為了抑制高頻噪聲，U5應(yīng)該是一個(gè)低通濾波器；為了降低測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓，則U5應(yīng)該是一個(gè)放大系統(tǒng)小于1的放大器。</p><p>　　U5構(gòu)成一個(gè)最簡單的低通濾波器；，它的截止頻率fC 為：</p><p&g

94、t;　　其中，k是放大系數(shù)，k=R5/R6。</p><p>　　所以，U5組成了一個(gè)截止頻率為102Hz的低通濾波器。它可以濾去伺服電機(jī)微振時(shí)在測速發(fā)動(dòng)機(jī)上產(chǎn)生的高頻振動(dòng)信號(hào)。</p><p>　　測速發(fā)電機(jī)輸出的最高電壓是30V，由電阻R9、R8分壓之后在R9上形成15V電壓，再送到U5去進(jìn)行濾波。用R8、R9進(jìn)行分壓，是因?yàn)檫\(yùn)算放大器的輸入電壓范圍一般在15V左右。U5濾波之后產(chǎn)生的

95、輸出電壓最高為5V，這個(gè)輸出電壓送到A/D轉(zhuǎn)換器0809去進(jìn)行轉(zhuǎn)換。用D表示0809轉(zhuǎn)換之后所得的數(shù)據(jù)，則D為：</p><p>　　其中，VIN是0809的輸入模擬電壓，</p><p>　　VREF（+）是0809的正參考電壓，</p><p>　　VREF（-）是0809的負(fù)參考電壓。</p><p>　　因此，0809的轉(zhuǎn)換情況當(dāng)VI

96、N為+5V時(shí)，結(jié)果9數(shù)據(jù)為FFH；VIN為0V時(shí)，結(jié)果數(shù)據(jù)為80H；VIN為-5V時(shí)，結(jié)果數(shù)據(jù)為00H。</p><p>　　伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，0809轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為81H—FFH；伺服電機(jī)停止時(shí)，0809轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為80H；伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，0809轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為00H—7FH。</p><p>　　0809轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總路線送給單片機(jī)。單片機(jī)在取0809數(shù)據(jù)時(shí)是以讀外存方式工作&l

97、t;/p><p><b>　　。</b></p><p>　　4.8 光電編碼器及其接口</p><p>　　高精度位置控制系統(tǒng)常用光電編碼器作為直線位移檢測傳感器。由于監(jiān)測的位移通常是正反兩個(gè)方向變化的，因此，要用光電編碼器輸出脈沖反映并記錄這種雙向的位移變化，就要實(shí)現(xiàn)對脈沖進(jìn)行可逆計(jì)數(shù)，既要能加計(jì)數(shù)，又要能減計(jì)數(shù)。</p><

98、;p>　　光電編碼器輸出脈沖的可逆計(jì)數(shù)方法既是由80C32 單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器2 來實(shí)現(xiàn)的，其原理框圖所示。從圖中可看出所采用的器件很簡單，從光電編碼器到單片機(jī), 光電編碼器輸出脈沖的可逆計(jì)數(shù)方法的原理圖間僅有驅(qū)動(dòng)整形芯片CD4050 和一個(gè)雙D 觸發(fā)器CD4013。由光電編碼器輸出的相位相差90o的A、B 兩組脈沖信號(hào)中，A 相脈沖經(jīng)過CD4050 驅(qū)動(dòng)整形后輸入到雙D 觸發(fā)器CD4013 的CLK 端作為時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)，B 相脈沖

99、經(jīng)CD4050 驅(qū)動(dòng)整形后，一路作為CD4013 的D 觸發(fā)信號(hào)，另一路則直接與80C32 的P1. 0端相連作為T2 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)方向由T2EX（P1. 1）端來控制。當(dāng)A 相脈沖超前B 相脈沖時(shí)，此序列信號(hào)經(jīng)CD4013變換后使T2EX = 1，從而控制T2 計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)；當(dāng)A 相脈沖滯后B 相脈沖時(shí)，此序列信號(hào)經(jīng)CD4013 變換后，將使T2EX= 0，從而控制T2 計(jì)數(shù)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)。</p><

100、p>　　本方法采用T2 中斷的方式計(jì)數(shù)，所以硬件電路很簡單，軟件編程也不復(fù)雜。首先，應(yīng)對定時(shí)器2 進(jìn)行初始化設(shè)置，將其下圖 脈沖加減計(jì)數(shù)程序流程圖設(shè)置成可自動(dòng)重裝模式的計(jì)數(shù)器。然后，通過軟件實(shí)現(xiàn)脈沖的辨相與計(jì)數(shù)程序流程圖</p><p>　　光電編碼器可以產(chǎn)生9位數(shù)據(jù)，它的分辨率是0.7。當(dāng)光電編碼器隨伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)處于不同位置時(shí)，它送出的數(shù)據(jù)不同；每一個(gè)數(shù)據(jù)和一個(gè)角度對應(yīng)。光電編碼器輸出的數(shù)據(jù)的最高位從8

101、031到P3.0端輸入，而低八位則從P1端口輸入。要取光電編碼器數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)只需要讀取I/O口P3和P1的內(nèi)容。</p><p>　　4.9 光電耦合器與步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　光電耦合器與步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如右所示，現(xiàn)分述如下：</p><p>　　圖4.4 步進(jìn)電機(jī)控制原理圖</p><p>　　4.10 光電耦合器</p

102、><p>　　在電路與電路相互連接的時(shí)候，往往存在一個(gè)電路對另一個(gè)電路的干擾，采用如圖1所示的光電耦合器是非常方便的。光電藕合器是實(shí)現(xiàn)光電耦合的基本器件，它是由發(fā)光元件(發(fā)光二極管)和光敏元件（光電三極管）相互絕緣的組合在一起，光電耦合器以光信號(hào)為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合與傳遞，之間沒有電的聯(lián)系，只有光的聯(lián)系。發(fā)光元件為輸人回路，它將電能轉(zhuǎn)換為光能;光敏元件為輸出回路，它將光能再轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)了兩部分電路的電氣隔離，

103、從而可有效地實(shí)現(xiàn)抗干擾性能的特性。由于輸人信號(hào)與輸出信號(hào)的電平?jīng)]有比例關(guān)系，所以不適宜直接傳輸模擬信號(hào)。但因直流電平也能傳輸，所以若利用光脈寬調(diào)制就能傳輸含直流分量的模擬信號(hào)，這種方法最適宜傳輸數(shù)字信號(hào)</p><p>　　在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和實(shí)際的電子電路應(yīng)中，信號(hào)在傳輸時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減、通道干擾等。同時(shí)，隨著系統(tǒng)性能的要求越來越高，以及控制的實(shí)時(shí)性要求，為了保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕ǔ２扇〉闹饕胧?/p>

104、有光電輛合隔離、雙絞線隔離、阻抗匹配等。事實(shí)證明，采用光電耦合器是行之有效的方法之一。因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、抗干擾性能好，所以可以用到步進(jìn)電機(jī)的控制當(dāng)中。</p><p>　　圖4.5 光電耦合器</p><p>　　針對光電編碼器的硬件設(shè)計(jì)，在匯編語言環(huán)境下編寫的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　加減計(jì)數(shù)功能的程序見附錄：</p><p>　　4.

105、11 步進(jìn)電機(jī)及其軟件環(huán)形分配器</p><p>　　P1 口的三個(gè)引腳經(jīng)過光電隔離/功率放大后,分別與電機(jī)的A、B、C 三相連接。電機(jī)以三相六拍方式,電機(jī)正轉(zhuǎn)的順序?yàn)锳 AB B BCC CA A ,反轉(zhuǎn)為AAC C CB B BA</p><p>　　它們的分配如表1 所示,設(shè)P1 的某口的電平為高電平,相應(yīng)的相位繞組通電。把</p><p>　　表中的數(shù)值按順

106、序存入內(nèi)存的EPROM 中,并分別設(shè)定表頭地址為TAB0 ,表尾的地址為TAB5 。計(jì)算機(jī)的P1 口按從表頭開始逐步加1 的順序變化,電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn),如果按從TAB5 ,逐步減1 的順序變化,電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　環(huán)形分配的程序?qū)崿F(xiàn)：</p><p><b>　　程序框圖如下：</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)&

107、lt;/b></p><p>　　顏永年，熊卓著.組織工程載體框架的低溫?cái)D壓/噴射堆積成形工藝方法.發(fā)明專利申請說明書</p><p>　　黃樹槐.快速成形數(shù)據(jù)處理及若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.華中科技大學(xué)2001年</p><p><b>　　博士論文</b></p><p>　　黃樹槐，馬黎快速原型制造(RPM)技術(shù)的

108、進(jìn)展.中國機(jī)械工程，1997,</p><p>　　尹希猛，王運(yùn)贛，黃樹槐.快速成形技術(shù)一90年代新的造型工具.中國機(jī)械工</p><p><b>　　程，1993 </b></p><p>　　賓鴻贊，楊明.生長型制造技術(shù)— 制造技術(shù)的新突破.中國機(jī)械工程，1993</p><p>　　秦偉剛.光電耦合隔離技術(shù)及應(yīng)用.

109、儀器科學(xué)學(xué)報(bào).2006.6</p><p>　　王隆太主編.先進(jìn)制造技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　張毅剛主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用.高等教育出版社。</p><p>　　劉躍南主編.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社。</p><p>　　毛謙德，李振清主編.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.第二版</p><p>　

110、　徐灝，蔡春源主編.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊.機(jī)械工業(yè)出版社。</p><p>　　鄧星鐘主編.機(jī)電傳動(dòng)控制.華中科技大學(xué)出版社.第三版</p><p>　　高春甫主編.機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).吉林大學(xué)出版社.</p><p>　　馮博琴主編.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).清華大學(xué)出版社</p><p>　　徐惠民，安德寧主編.單片微型計(jì)算機(jī)原理接口及應(yīng)用.北京

111、郵電大學(xué)出版社.第二版</p><p>　　王桂琴主編，電工技術(shù)Ⅰ.機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　常文秀主編，電工技術(shù)Ⅱ.機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　秦榮榮，崔可維主編，機(jī)械原理.吉林科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　于駿一，鄒青主編，機(jī)械制造基礎(chǔ)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　甘永立，陳曉華

112、主編.機(jī)械精度設(shè)計(jì)基礎(chǔ).吉林人民出版社</p><p>　　譚慶昌，趙洪志主編.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社</p><p>　　寇尊權(quán)主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).吉林科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　侯洪生主編.機(jī)械工程圖學(xué).科學(xué)出版社</p><p>　　聶毓琴，孟廣偉主編.材料力學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　

113、遲劍鋒，吳山力主編.材料成型技術(shù)基礎(chǔ).吉林大學(xué)出版社</p><p>　　附錄：加減計(jì)數(shù)器程序和軟環(huán)分初始化程序</p><p>　　1、加減計(jì)數(shù)器程序：</p><p>　　INT2：CLR TF2</p><p>　　PUSH ACC ；現(xiàn)場保護(hù)</p><p><b>　　PUSH PSW</b&

114、gt;</p><p><b>　　SETB RS0</b></p><p><b>　　CLR RS1</b></p><p>　　MOV C，P1. 1 ；加減計(jì)數(shù)標(biāo)志給標(biāo)志位C</p><p>　　MOV R0，#DATA-PLUS ；寄存器指針指向數(shù)據(jù)存放地址</p><

115、p>　　MOV A，TL2 ；讀取計(jì)數(shù)器初值低8 位</p><p>　　MOV @ R0，A ；低8 位初值存入R0</p><p>　　INC R0 ；寄存器指針轉(zhuǎn)移</p><p>　　MOV A，TH2 ；讀取計(jì)數(shù)器初值高8 位</p><p>　　MOV @ R0，A ；高8 位初值存入R0</p><p&

116、gt;<b>　　INC R0</b></p><p>　　JNC SUB ；是進(jìn)行加計(jì)數(shù)嗎？不是則轉(zhuǎn)SUB</p><p>　　ADD：MOV A，@ R0 ；進(jìn)行加1 計(jì)數(shù)</p><p>　　ADD A，#01H</p><p>　　MOV @ R0，A</p><p><b>　

117、　INC R0</b></p><p>　　MOV A，@ R0</p><p>　　ADDC A，#00H</p><p>　　MOV @ R0，A</p><p><b>　　LJMP OVER</b></p><p>　　SUB：MOV A，@ R0 ；進(jìn)行減1 計(jì)數(shù)</p

118、><p><b>　　CLR C</b></p><p>　　SUBB A，#01H</p><p>　　MOV @ R0，A</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV A，@ R0</p><p>　　SUBB A，#