2479 彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計,彈體,支撐,支持,運(yùn)動,機(jī)構(gòu),目標(biāo),模擬器,控制系統(tǒng),設(shè)計 彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計開題報告班級（學(xué)號）：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)計的彈體支撐目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)是為檢測導(dǎo)彈彈頭跟蹤系統(tǒng)安裝位置是否精確的檢測裝置和彈體或者單個彈頭提供安裝平臺。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)動要求，同時也要為目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)提供安裝平臺；目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)主要有伺服或步進(jìn)電機(jī)控制的小型轉(zhuǎn)臺和延長支架組成，是目標(biāo)模擬器的安裝平臺，它要求能保證在測試過程中控制目標(biāo)模擬器延以繞彈體頭中心的弧線運(yùn)動，確保目標(biāo)模擬器一直對正彈體頭中心。二、 研究內(nèi)容：本課題為彈體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計。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)動機(jī)構(gòu)兩部分，軟件方面主要是一些 PCI 運(yùn)動控制卡的軟件及其操作界面的設(shè)計。彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測試系統(tǒng)的試驗(yàn)安裝臺架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺，同時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，并可提供手動方式控制的 俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動；目標(biāo)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)將通過伺服或者步進(jìn)電機(jī)帶動輕型轉(zhuǎn)臺及可調(diào)安裝支架來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動控制方式既可通過位置控制也可通過速度控制，安裝支架長度可調(diào)，并提供目標(biāo)模擬器的安裝平面。目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)將接受測試仿真系統(tǒng)的控制，按其設(shè)定的位置和速度運(yùn)行；同時還需要設(shè)計控制目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)所需的 PCI 運(yùn)動控制卡和對應(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)計的彈體目標(biāo)模擬器支撐目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)，總體上要求成本低，操作簡單方便，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、制造簡單、價格低廉的總體要求進(jìn)行設(shè)計。總體方案包括彈體支撐機(jī)構(gòu)的設(shè)計，目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計和 PCI 控制卡軟件及其操作界面的編制。在設(shè)計中在大量運(yùn)用機(jī)械知識的同時，穿插了許多電子電路，軟件編制的知識，使得比傳統(tǒng)的機(jī)械有了很大的操作改觀。在設(shè)計過程中分兩個部分完成;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）的手動俯仰運(yùn)動及其自身的手動滾轉(zhuǎn)運(yùn)動，且這兩個運(yùn)動是分開進(jìn)行的，滾轉(zhuǎn)運(yùn)動只有在整彈體（或彈體頭）水平位置時進(jìn)行。俯仰運(yùn)動初步?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）在兩極端位置時不能移動位置；滾轉(zhuǎn)運(yùn)動運(yùn)用杠桿原理按照指定要轉(zhuǎn)過的角度通過手動直接扳動彈體轉(zhuǎn)動，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范圍，它的弧線運(yùn)動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)動機(jī)構(gòu)在硬件的基礎(chǔ)上是不能完成全部運(yùn)動要求的，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 控制卡相對應(yīng)的接口程序以及弧線運(yùn)動速度和運(yùn)動范圍的限制條件和報警系統(tǒng)，還有人工操作界面的編制。此次設(shè)計選用的是 6030 PCI 運(yùn)動控制卡，主要儀器設(shè)備：計算機(jī)、PRO/E、PCI 控制卡及其對應(yīng)的軟件、單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)等。四、 對進(jìn)度的具體安排：第 一 周：動員、詳細(xì)安排任務(wù)，準(zhǔn)備計算機(jī)，各種軟件；第 二 周：到圖書館、情報信息中心、工廠等地調(diào)研查閱資料；第 三 周：翻譯資料，初步設(shè)計方案，學(xué)習(xí)三維設(shè)計軟件工具；第 四 周：寫調(diào)研報告、開題報告，論證方案，開題審查；第 五 周：設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)，計算設(shè)計參數(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)計第 八 周：控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計，選擇控制器；第 九 周：接口電路設(shè)計，包括測量輸入、運(yùn)動控制輸出電路；第 十 周：修改完善控制系統(tǒng)和接口設(shè)計；第十一周：設(shè)計控制系統(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)計模型；第十四周：進(jìn)行裝配仿真、運(yùn)動仿真；第十五周：撰寫詳細(xì)的論文提綱，設(shè)計說明書；第十六周：完善所有設(shè)計，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)動機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)原理及設(shè)備2、 機(jī)械設(shè)計3、 機(jī)電一體化4、 機(jī)械設(shè)計手冊5、 PCI 運(yùn)動控制卡原理與應(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)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計1第一章 概述1．1 課題的意義任何零件的質(zhì)量檢測都應(yīng)有“檢測標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范” ，其中含有判定零件如何檢測，及判定是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。按照檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行零件的檢測和合格與否的判定即可。檢測過程中會需要各類量具，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“檢測標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范” ，需要檢測校驗(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)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器的控制機(jī)構(gòu)設(shè)計，研究的主要目的就是設(shè)計出一個檢測導(dǎo)彈的彈頭的跟蹤系統(tǒng)的安裝位置是否準(zhǔn)確的的一個組合型檢測系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。設(shè)計這個機(jī)構(gòu)的意義在于在設(shè)計出機(jī)械結(jié)構(gòu)后，在檢測彈體彈頭或者就單個彈頭的跟蹤系統(tǒng)的安裝位置時，彈體或者彈頭有了一個統(tǒng)一，安全的安裝固定支撐運(yùn)動環(huán)境，同時在檢測過程中，能夠輕松，隨意移動彈體或彈頭的空間位置，有利于更全面的測定跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性，操作靈活方便。而在安裝激光檢測裝置的問題上，所設(shè)計的目標(biāo)模擬器的安裝平臺的位置的靈活性移動和安裝結(jié)構(gòu)的靈活設(shè)計，保證了能夠安裝不同體積大小，不同型號，不同種類的檢測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對于不同的彈體或者彈頭的跟蹤系統(tǒng)安裝位置的測定。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，欣欣向榮的時期，而導(dǎo)彈在一個國家的國防地位中處于中堅力量。對于導(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)計的這套機(jī)械系統(tǒng)裝置就是為了測試導(dǎo)彈彈頭或者單個彈頭上跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性為目的的。有了這套系統(tǒng)，在檢測導(dǎo)彈彈頭或者單個彈頭上跟蹤系統(tǒng)安裝位置的準(zhǔn)確性的檢測方法上，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)安裝時或者檢測時的方便性，有利于提高對于導(dǎo)彈的控制性能。同時這套系統(tǒng)在設(shè)計上保證了支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運(yùn)動機(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，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)動機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計。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。彈體支撐機(jī)構(gòu)與目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測試系統(tǒng)的試驗(yàn)安裝臺架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺，同時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，并可提供手動方式控制的 俯仰和滾轉(zhuǎn)運(yùn)動；目標(biāo)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)將通過伺服或者步進(jìn)電機(jī)帶動輕型轉(zhuǎn)臺及可調(diào)彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計2安裝支架來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動控制方式既可通過位置控制也可通過速度控制，安裝支架長度可調(diào)，并提供目標(biāo)模擬器的安裝平面。目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)將接受測試仿真系統(tǒng)的控制，按其設(shè)定的位置和速度運(yùn)行；同時還需要設(shè)計控制目標(biāo)運(yùn)動機(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。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)動機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成了測試監(jiān)測系統(tǒng)的試驗(yàn)安裝臺架，為彈體、彈體頭和目標(biāo)模擬器提供安裝平臺，同時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)計的彈體支撐運(yùn)動機(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、制造簡單、價格低廉的總體要求進(jìn)行設(shè)計。1．4．1 彈體支撐彈體支撐機(jī)構(gòu)彈體支撐機(jī)構(gòu)為測試過程中對整彈體或彈體頭的安裝支撐機(jī)構(gòu)，綜合測試和運(yùn)動仿真過程中用于固定整彈體，彈體頭單元測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)，測試過程中可通過手動控制方式控制整彈體及彈體頭的滾轉(zhuǎn)及俯仰運(yùn)動。彈體支撐機(jī)構(gòu)也將為目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)提供安裝平臺。其運(yùn)動指標(biāo)要求如下：? 手動俯仰偏轉(zhuǎn)角度范圍：－30°～＋30°? 手動滾轉(zhuǎn)角度范圍：－90°～＋90°為實(shí)現(xiàn)設(shè)計內(nèi)容的運(yùn)動要求，初步選定的彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)的機(jī)械示意簡圖如圖 1-2圖 1-2 彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)的示意簡圖圖中： 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 、6 為支撐架。彈體的俯仰運(yùn)動通過俯仰手輪帶動減速箱的轉(zhuǎn)動，再有軸帶動俯仰平臺的俯仰運(yùn)動，彈體或者彈體頭在做俯仰運(yùn)動的過程中，重力對于俯仰軸和減速箱的扭矩通過減速器的自鎖來克服。彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計3滾轉(zhuǎn)運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)方法也簡單，首先在卡具 2 上和滾轉(zhuǎn)卡具的接觸面上對應(yīng)著雕上刻度，然后通過手掰動滾轉(zhuǎn)手柄，通過使刻度與刻度之間的相互轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)彈體或者彈體頭的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動。1.4.2 目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)主要由伺服或步進(jìn)電機(jī)控制的小型轉(zhuǎn)臺和延長支架組成，是目標(biāo)模擬器的安裝平臺。在測試過程中控制目標(biāo)模擬器延以繞彈體頭中心的弧線運(yùn)動，確保目標(biāo)模擬器一直對正彈體頭中心。其運(yùn)動指標(biāo)要求和運(yùn)動示意圖如下：? 目標(biāo)弧線運(yùn)動范圍：±50°? 目標(biāo)模擬器安裝位置距目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)中心距離：100mm~300mm 可調(diào)；? 目標(biāo)運(yùn)動最大運(yùn)動速度：±25°/s? 目標(biāo)載荷：≤10kgxy1 0 0 ～ 3 0 0 m m圖 1-3 目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)示意圖在這個機(jī)構(gòu)中運(yùn)動的實(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)計的是手動實(shí)現(xiàn)的，具體設(shè)計為手東手輪帶東滑動絲桿的轉(zhuǎn)動，從而帶動目標(biāo)模擬器安裝平臺的移動，設(shè)計的機(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)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動弧線范圍和運(yùn)動速度這部分的運(yùn)動要求是通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)的，具體的設(shè)計思想為通過顯示屏輸入相對應(yīng)的運(yùn)動弧線范圍和運(yùn)動速度，然后把信息傳遞給延長支架轉(zhuǎn)臺激光檢測裝置彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計4PLC，PLC 經(jīng)過分析處理，輸出脈沖和運(yùn)動方向驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動，從而帶動小型轉(zhuǎn)臺和目標(biāo)模擬器的安裝平臺的轉(zhuǎn)動。在編制軟件的過程中要考慮到外部的激光檢測裝置的接口設(shè)計和接口程序的編制，設(shè)計的實(shí)現(xiàn)功能的簡易圖為圖 1-4 目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)弧線范圍和運(yùn)動速度的實(shí)現(xiàn)軟件示意圖彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計5第二章 彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 總體框架的設(shè)計在設(shè)計此次機(jī)構(gòu)時，通過任務(wù)書要求，現(xiàn)總體上把握設(shè)計的框架，任務(wù)中要求彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)要方面裝拆，同時又要求在空間結(jié)構(gòu)上不能互相干澀，本著這樣的要求設(shè)計圖如下：由圖知要使彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)和目標(biāo)運(yùn)動機(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)動時，到達(dá)最低點(diǎn)時，彈體頭不能跟目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)相互干涉，在此次設(shè)計中，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)動到最低點(diǎn)時，彈體頭里安裝平臺的高度為 5072sin3017.5Hm?????住體頭里機(jī)構(gòu)中心的距離為 co6.8L?而設(shè)計的目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)中安裝平臺離機(jī)架的高度為和離中心線距離分別為 ' '17,45Hm?這樣就在空間位置上保證了兩個機(jī)構(gòu)在空間上不互相干澀了。而兩個機(jī)構(gòu)的裝拆靈活性表現(xiàn)在它們的連接進(jìn)食靠兩螺釘連接的，操作性方面。2.2 彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計具體參數(shù)如下：彈體長度：1450mm；彈體直徑：180mm；彈體重量：50kg手動俯仰偏轉(zhuǎn)角范圍：-30°～+30°；手動滾轉(zhuǎn)角度范圍：-90°～+90°。彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計6在設(shè)計這部分機(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)動時彈體（或者彈體頭）不能對機(jī)架有相對的滑動或者滑動的趨勢，且要保證彈體（或者彈體頭）做俯沖運(yùn)動時彈體頭不能碰著機(jī)架和目標(biāo)模擬器。同時在水平狀態(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，而不挪動彈體（或者彈體頭）的位置。2。2。1 卡具的設(shè)計在設(shè)計卡具時，要想保證彈體（或者彈體頭）俯仰運(yùn)動時紋絲不動，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)動時重力帶來的影響，同時又要保證不能對彈體（或者彈體頭）有所損壞和磨損。本著這樣的目的設(shè)計的機(jī)構(gòu)簡圖如下：圖 2-1 卡具裝配示意圖圖中跟彈體直接接觸的是 4 個小輪，這樣可以緩沖壓力，減小卡具對彈體的損傷,同時又保證了彈體滾轉(zhuǎn)運(yùn)動和俯仰運(yùn)動的獨(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，彈體（或者彈體頭）重力作用在 2 個卡具的固定環(huán)的 6 個小輪上即 6 個螺栓上，假設(shè)彈體（或者彈體頭）是平均作用在 2 卡具上的，此時力的分布如下圖：彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計7圖 2-2 彈體或彈體頭對卡具的受力示意圖很明顯此時 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 220054.346af MFPd??????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彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計8RV 系列蝸輪減速器按 Q/MD1-2000 技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計制造。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、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，可以假設(shè)中心就是俯仰中心線所在處，則此時彈體對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擺動；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。彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計9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)計校核軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計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)計的前提，它決定這軸的基本形式。本次設(shè)計中設(shè)計了兩個短軸，俯仰主動軸和俯仰從動軸。以主動軸為例分析計算校核：減速箱，機(jī)架，軸承，俯仰平臺依次從軸的右端向左安裝，左端最后用螺釘跟俯仰平臺聯(lián)接在一起。彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計10圖 2-5 俯仰主動軸結(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度。軸承的選擇：因?yàn)樵谠O(shè)計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)精度等級的 GB/T276-1994 深溝球軸承 60000 型 18 系列兩個，其基本尺寸為 d×D×B=35mm×47mm×7mm。確定各段軸的長度時，應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)緊湊，同時還要保證零件的裝配或調(diào)整空間。州的各段長度主要是根據(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)計的主動軸的長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，長為32mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長見） ，同時為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪輪轂與軸/1095GBT?的配合為 。同樣俯仰平臺與軸的周向定位選用GB/T1096-1979普通平鍵A型:5 mm X 6Hm5 mm連接，鍵槽用鍵槽銑刀來加工，長為32mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長見 ） ，同時為/10957GBT?了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪輪轂與軸的配合為 。角接觸球6Hm軸承與軸的周向定位用過渡配合來保證的，此次設(shè)計軸用的公差配合為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，此時軸肩的高度可查詢手冊周軸承的安裝尺寸，套筒定位的好處是結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，軸上不需要開槽、鉆孔和切制螺紋，不會影響軸的疲勞強(qiáng)度。套筒定位一般用于兩個零件之間的定位，但是如果兩零件的兼具較大時，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。同時因?yàn)樘淄才c軸的配合彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計11較松，如在軸的轉(zhuǎn)速很高時，也不宜用套筒定位。俯仰平臺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》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)動到兩極限位置時，對于軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度最大。但俯仰平臺的重量未知，因此計算時假設(shè)把軸放置在旋轉(zhuǎn)中心的一邊，則此時軸受到的扭矩示意圖為：圖2-6 軸的受力示意圖此時軸受到的扭矩為 501723650362.5TFLGNmM????????則軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為 33178.1.. aT PWd??試中：T——軸所受的扭矩；單位為 ?——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；T——軸的抗扭截面系數(shù)；d——計算截面的直徑；——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，T?????查教材《機(jī)械設(shè)計》表15-3可知45鋼的 在25-45MPa之間。明顯可見 1—2 >2—10 >10—24電動機(jī) 輕微沖擊 1.00 1.30 1.50彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計15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 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)動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量 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)動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量。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，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，首先要計算機(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，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，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彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計16型號電機(jī)。電機(jī)的的基本參數(shù)如下：電機(jī)型號：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空載啟動方式：（半步方式）2.7KHz電機(jī)重量：0.48千克轉(zhuǎn)動慣量：180 2gcm?電機(jī)外形圖：56×56×45mm其中電機(jī)空載的啟動條件為：驅(qū)動電壓為48V。驗(yàn)證電機(jī)合理性計算如下:本次設(shè)計中假設(shè)目標(biāo)模擬器和安裝平臺跟電機(jī)的連接示意圖為：彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計17等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩公式 112mnjeqjkkVTFT???????0.32.460.82A mRWNs????等效轉(zhuǎn)動慣量公式為 22222 111104 460mnkieq ji jkkJJJM????????????????????????明顯這數(shù)極小，可以忽略。因此 0.8.4926meq NT??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)計任務(wù)中目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的要求，所以選擇的電機(jī)符合要求。彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計18第三章 目標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計本次課題中軟件控制系統(tǒng)是在目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計這部分，它的相關(guān)參數(shù)要求如下：轉(zhuǎn)臺繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動的角度范圍為：-50°——+50°轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的速度范圍為為：±25°/s；目標(biāo)載荷：≤ 10kg。課題剛開始要求用和利時公司的6030PCI運(yùn)動控制卡編制控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，后因?yàn)楹屠麜r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、電源的選擇對于PLC，它們的供電電壓都為DC24V，同時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)空載的啟動條件為驅(qū)動電壓為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)動范圍和運(yùn)動速度直接的任意數(shù)值間選擇，同時又能滿足能起到監(jiān)視轉(zhuǎn)臺運(yùn)動速度的作用，因此設(shè)計了具有顯示屏的電路圖。本次設(shè)計選擇的是和利時公司的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彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計19顯示器具有以下特長：1、編輯軟件DP200在計算機(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、具有報警列表功能，逐行實(shí)時顯示替代當(dāng)前報警信息；6、7個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：彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計20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：彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計213.3、電機(jī)驅(qū)動器的選擇因?yàn)榇舜握n題的控制系統(tǒng)的設(shè)計要求簡單，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)動器既能滿足要求。SH-20403驅(qū)動器的內(nèi)部開關(guān)電源設(shè)計保證了可以適應(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)動器的最大電流為3A/相，通過驅(qū)動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)動器具有自動半電流的功能，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，驅(qū)動器將自動進(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，在下個脈沖帶來時驅(qū)動器自動恢復(fù)輸出電流為額定值，本次設(shè)計中又上位機(jī)輸入的數(shù)據(jù)時間上是個未知數(shù)，采用次驅(qū)動器將能降低很大的功耗，節(jié)省了使用成本。同時當(dāng)兩項(xiàng)電機(jī)與驅(qū)動器連接時，為了放置用戶接相接錯而損壞驅(qū)動器本驅(qū)動器設(shè)計彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計22了錯相保護(hù)電路，用戶即使接錯相驅(qū)動器也不會，不過電機(jī)運(yùn)行會不正常，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)計電路的功能示意圖 彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計23第四章 控制軟件的編制4.1 OP320顯示屏的設(shè)計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，計算機(jī)顯示器中央出現(xiàn)畫面編輯器，圖上個功能鍵的用處為：彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計24然后新建工程，選擇OP320顯示屏和S7-200系列的PLC圖中幾個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：彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計251、 具有輸入弧線運(yùn)動范圍和運(yùn)動速度的文本輸入功能；2、 具有超出范圍時的報警顯示功能。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)動速度上輸入想要的運(yùn)動速度大小，單位°/s；弧線范圍輸入希望轉(zhuǎn)臺轉(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)超出范圍時報警的作用；上下左右四個鍵為數(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候，報警鍵和SET、ENT鍵要設(shè)定好響應(yīng)的虛擬線圈值，這設(shè)的是報警鍵為M10，SET鍵為M11，ENT鍵為M12.而數(shù)據(jù)輸入鍵要設(shè)定彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計26好寄存器地址和數(shù)據(jù)的范圍，以及寄存器的個數(shù)。這里設(shè)定運(yùn)動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)動速度為±25°/s之間，弧線范圍為±50°之間。同時在PLC的編程過程中要設(shè)定好定好的線圈號和各個數(shù)據(jù)的寄存器地址。編制的最后畫面為編制好主畫面后，再編制報警列表，來實(shí)現(xiàn)報警功能。通過編制報警列表，輸入的數(shù)據(jù)和類型就能得到很好的控制。當(dāng)有報警時，他就能在畫面彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計27上顯示響應(yīng)的錯誤。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、 如果仍然查不出請與供應(yīng)商聯(lián)系。4.2 S7-200軟件的編制本次設(shè)計軟件部分要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動機(jī)構(gòu)在規(guī)定的運(yùn)動弧線范圍和運(yùn)動速度內(nèi)做饒選中中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，具體的設(shè)計思想為通過顯示屏輸入相對應(yīng)的運(yùn)動弧線范圍和運(yùn)動速度，然后把信息傳遞給 PLC，PLC 經(jīng)過分析處理，輸出脈沖和運(yùn)動方向驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動，從而帶動小型轉(zhuǎn)臺和目標(biāo)模擬器的安裝平臺的轉(zhuǎn)動。在編制軟件的過程中要考慮到外部的激光檢測裝置的接口設(shè)計和接口程序的編制。 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彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計28彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計294.2.2、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 PTO/PWM 發(fā)生器，它們可以產(chǎn)生一個高速脈沖串或者一個脈寬調(diào)制波形。一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點(diǎn) Q0.0，另一個發(fā)生器是數(shù)字輸出點(diǎn) Q0.1。一個指定的特殊寄存器（SM）位置為每個發(fā)生器存儲下列數(shù)據(jù)：一個控制字節(jié)（8 位），一個計數(shù)值（32 位無符號數(shù)）和一個周期或脈寬值（16 位無符號數(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，PTO/PWM 發(fā)生器對輸出擁有控制權(quán)，同時普通輸出點(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，對輸出點(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)）。可以指定脈沖數(shù)和周期（以微秒或毫秒為增加量）。在單段管線模式，需要為下一個脈沖串更新特殊寄存器。一旦啟動了起始 PTO 段，就必須按照第二個波形的要求改變特殊寄存器，并再次執(zhí)行 PLS 指令。第二個脈沖串的屬性在管線中一直保到第一個脈沖串發(fā)送完成。在管線中一次只能存儲一段脈沖串的屬性。當(dāng)?shù)谝粋€脈沖串發(fā)送完成時，接著輸出第二個波形，此時管線可以用于下一個新的脈沖串。重復(fù)這個過程可以再次設(shè)定下一個脈沖串的特性。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，啟動的脈沖串已經(jīng)完成。當(dāng)管線已滿時，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，該位被初始化為 0。如果監(jiān)測到溢出，必須手工清除該位。在多段管線模式，CPU 自動從 V 存儲器區(qū)的包絡(luò)表中讀出每個脈沖串的特性。在該模式下，僅使用特殊存儲器區(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存儲器中的起始地址偏移量（SMW168 或 SMW178）。時間基準(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時間基準(zhǔn)，而且在包絡(luò)正在運(yùn)行時不能改變。執(zhí)行 PLS 指令來啟動多段操作。每段記錄的長度為 8 個字節(jié)，由 16 位周期值、16 位周期增量值和 32 位脈沖個數(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增減。在周期增量處輸入一個正值將增加周期；輸入一個負(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，當(dāng)前啟動的段的編號保存在 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)生致命錯誤1 初始周期（2~65535 個基準(zhǔn)時間單位）3 每個脈沖的周期增量（-32768~32767 個時間單位）51脈沖數(shù)（1~4294967295）9 初始周期（2~65535 個基準(zhǔn)時間單位）彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計3011 每個脈沖的周期增量（-32768~32767 個時間單位132脈沖數(shù)（1~4294967295）17 段數(shù)（1~255），如果為 0 將產(chǎn)生致命錯誤（繼續(xù)）3繼續(xù)PLS 指令會從特殊存儲器 SM 中讀取數(shù)據(jù)，使程序按照其存儲值控制 PTO/PWM 發(fā)生器。SMB67 控制 PTO0 或者 PWM0，SMB77 控制 PTO1 或者 PWM1。表 2 對用于控制 PTO/PWM 操作的存儲器給出了描述。表 2Q0.0 Q0.1 描述SM66.4 SM76.4 PTO 包絡(luò)由于增量計算錯誤而終止：0=無錯誤，1=有錯誤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=有溢出狀態(tài)字節(jié)SM66.7 SM76.7 PTO 空閑位：0=PTO 正在運(yùn)行。1=PTO 空閑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)時間單位：0=1μs,1=1msSM67.4 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控制字節(jié)SM67.7 SM77.7 PTO/PWM 有效位：0=無效，1=有效SMW68 SMW78 PTO/PWM 周期值（2-65535 倍時間基準(zhǔn)）SMW70 SMW80 PWM 脈沖寬度值（2-65535 倍時間基準(zhǔn)）SMD72 SMD82 PTO 脈沖計數(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)果寄存器其他PTO/PWM寄存器SMD172 SMD182 手動模式頻率寄存器可以通過修改 SM 存儲區(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，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，會產(chǎn)生一個算術(shù)溢出錯誤，這會終止 PTO 功能并在狀態(tài)字節(jié)中將增量計算錯誤位（SM66.4 或者 SM76.4）置 1，PLC 的輸出變?yōu)橛捎诚蠹拇嫫骺刂?。彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計31（2）如果要手動終止一個正在進(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，如果試圖裝載管線，狀態(tài)存儲器中的 PTO 溢出位（SM66.6 或者SM76.6）置 1。如果想用該位檢測序列的溢出，必須在檢測到溢出后手動清除該位。當(dāng) CPU切換至 RUN 模式時，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“啟動頻率”，“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號突然關(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)在起動和停止時有一個加速及減速過程，且加速度越小則沖擊越小，動作越平穩(wěn)。所以，步進(jìn)電機(jī)工作時—般要經(jīng)歷這樣—個變化過程：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)電動機(jī)的起動時必須有個加速緩沖的過程，對步進(jìn)電動機(jī)起保護(hù)作用。根據(jù)這個原則編制了一電機(jī)啟動的程序：LD SM0.1ATCH 初始化結(jié)束中斷, 3R Ｑ０.1, 1R Q 0.2, 1CALL 包絡(luò)表子程序包絡(luò)表子程序LD SM0.0MOVB 16#AC, SMB77MOVW +500, SMW178MOVB 3, VB500MOVW +50, VW501MOVW -1, VW503MOVD 45, VD505MOVW +5, VW509MOVW +0, VW511MOVD 9910, VD513MOVW +5, VW517MOVW +1, VW519MOVD 45, VD521PLS 1初始化結(jié)束中斷LD SM0.0R SM77.7, 1PLS 1彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計32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)束周期時間ICT=該段初始化周期時間Q=該段的脈沖數(shù)量段的最后一個脈沖的周期在包絡(luò)中不直接指定，但必須計算出來（除非周期增量是0）。如果在段之間需要平滑轉(zhuǎn)換，知道段的最后一個脈沖的周期是有用的。計算段的最后一個脈沖周期的公式是：段的最后一個脈沖的周期時間=ICT+（DEL*（Q--1））其中：ICT=該段的初始化周期時間DEL=該段的增量周期時間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，周期的修改在每個脈沖上進(jìn)行這兩項(xiàng)的影響使對于一個段的周期增量的計算可能需要疊代方法。對于結(jié)束周期值或給定段的脈沖個數(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)時間很有用。按照下面的公式可以計算完成一個包絡(luò)段的時間長短：包絡(luò)段的持續(xù)時間=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間DEL=該段的增量周期時間彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計33結(jié)束語通過這次設(shè)計，我得到了以下幾個結(jié)論：1、 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅要滿足機(jī)床的性能要求，同時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)計力求簡單緊湊、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；每個零件的結(jié)構(gòu)不是單純根據(jù)計算，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，則要重新進(jìn)行運(yùn)動設(shè)計等。2、 在設(shè)計編寫 PLC 程序和顯示屏畫面的編制時，注意程序整體及全局性的把握，對程序所要實(shí)現(xiàn)的功能要十分清楚，同時畫出流程圖輔助程序的編寫，最后就是在程序的調(diào)試時耐心時必不可少的，同時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，諧波齒輪的相關(guān)知識和選用方法，同時在開題前了解到了一些 PCI 運(yùn)動控制卡的相關(guān)知識。最后感謝楊慶東老師和和利時的張剛工程師的悉心指導(dǎo)和教誨。在從課題的選擇，每個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)師的及時悉心指導(dǎo)幫助，才得以設(shè)計能夠進(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。同時張老師淵博的學(xué)識和務(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。在整個設(shè)計的過程中，也得到了許多同學(xué)的幫助，在此也表示衷心的感謝。彈體支撐運(yùn)動機(jī)構(gòu)及目標(biāo)模擬器控制系統(tǒng)設(shè)計34參考文獻(xiàn)⑴、機(jī)械工程及自動化簡明設(shè)計手冊，葉偉昌主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2001、2 ⑵、郝桐生主編，理論力學(xué) 第 3 版，北京：高等教育出版社，2004、1⑶、廖常初主編 ，PLC 編程及應(yīng)用，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007、7⑷、趙松年等編，機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計，上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1996⑸、機(jī)械工程手冊、電機(jī)工程手冊編輯委員會，機(jī)械工程手冊（第二版）機(jī)械零部件設(shè)計卷，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996、9⑹、機(jī)械工程手冊、電機(jī)工程手冊編輯委員會，機(jī)械工程手冊（第二版）傳動設(shè)計卷，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996、9⑺、周士昌等編著，機(jī)械設(shè)計手冊（第二版）第4卷 機(jī)械傳動設(shè)計，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002、8⑻、周士昌等編著，機(jī)械設(shè)計手冊（第二版）第 3 卷 機(jī)械零件設(shè)計，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002、8⑼、周士昌等編著，機(jī)械設(shè)計手冊（第二版）第 1 卷 常用資料和設(shè)計基礎(chǔ)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002、8⑽、張建民等編著 ，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計，北京：高等教育出版社，2001⑾、鄭堤 唐可洪主編 ，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005⑿、黃真， 《空間機(jī)構(gòu)學(xué)》 ，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1991⒀、機(jī)械設(shè)計委員會，機(jī)械設(shè)計手冊單行本，聯(lián)軸器、離合器與制動器，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007、3⒁、韓秋實(shí)主編，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第2版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200年1月⒂、E.Finkelstein and S.Weiss，Implementation of PCI-based systems usingprogrammable logic，IEE Proc.-Circuits Devices Syst., Vol. 147, No. 3, June 2000⒃、Huang T, Wang J S, Whitehouse D J. 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