3D打印機(jī)自動(dòng)控制元件及線路

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)自動(dòng)控制元件及線路2012年11、12月一、背景簡(jiǎn)介 4二、工藝確定 8 9 9 4.3噴頭選擇 5.1伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)對(duì)比 5.3負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 5.4打印速度的初步估計(jì) 5.5所選電機(jī)的型號(hào)和具體參數(shù) 六、驅(qū)動(dòng)器 6.1功放部分 七、傳感器 227.1溫度傳感器對(duì)比 22 系統(tǒng)的整體評(píng)價(jià)及感悟 28 28摘要關(guān)鍵詞：3D打印機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)熱敏傳感器0.005;電源：220V;操作系統(tǒng)：win7、XP、2003等。55YX2運(yùn)動(dòng)確定打印技術(shù)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)型法最早的快速成型工藝，成熟度高；成型速度快，精度高力或引起形變；SLA系統(tǒng)成本高，環(huán)境要求苛傳統(tǒng)手段難于成型的原型和模具；成型件多為樹脂類刻成型材料非常廣泛，無(wú)需復(fù)雜材料微型元件成型工作可靠，模型支撐性好，成前后處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不快速制造新產(chǎn)品樣熔積成型法對(duì)溫度要求比較苛刻塑料件，鑄造用蠟?zāi)?，樣件或模型，適合中、小型成型我們打算設(shè)計(jì)一個(gè)辦公用的3D打印機(jī)，并且考慮到激光燒結(jié)的激光系統(tǒng)過(guò)于昂貴，熔融沉積法對(duì)溫度要求苛刻，最終確定3DP打印方案。以下是3DP打印的原理圖：鋪粉鋪粉慮打印精度問(wèn)題，采用多糖混合物——玉米淀粉，由直鏈(約20%)和支鏈(約80%)組成；水硼砂淀粉三維三維CAD模型彩色數(shù)據(jù)模型二維彩色切片切片RIP數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)噴頭控制電路噴頭X-Y位置控制電路及位置傳感器供粉槽控制器成型槽控制器滑輥控制器溫度傳感器液位傳感器打印噴頭噴頭托架供料板推料板旋轉(zhuǎn)滑輥加熱器圖2彩色三維成型系統(tǒng)工作流程三、控制器選擇控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算和處理的中心，其運(yùn)算速度和處理能力一定程度上決定了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。目前常用的控制器有單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，程序編寫簡(jiǎn)單，成本低。擾能力差，精度低。受溫度對(duì)元件值的容限不敏感，、環(huán)境等外部參與影響??；容易實(shí)現(xiàn)集成；需要模數(shù)轉(zhuǎn)換；受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限；數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒有無(wú)源設(shè)備可靠。干擾能力強(qiáng)，模塊化，易組成控制網(wǎng)絡(luò)。價(jià)格高，性價(jià)比一般，不適合小規(guī)模使用。工控機(jī)的防磁、防塵、防沖擊的能力；機(jī)箱內(nèi)有專門電能力。全性低；存儲(chǔ)選擇性?。?.1傳動(dòng)方式的選擇4.2轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算滾珠絲杠根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T9893—1999選用ZJ,=Z?+1/i2[Z?+J?+J](kg·m2)而且選用絲杠的密度(類于鐵)為p=7.8g/cm3;可見，J,很小——主要由兩個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)決定，從而對(duì)電機(jī)的功率輸出要求不苛刻，在功率不高情況下，可以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速。此類電機(jī)最高轉(zhuǎn)速一般是3000r/min上下，取3000為參考研究按360dpi的分辨率來(lái)考慮，則每英寸25.4mm對(duì)應(yīng)360個(gè)色點(diǎn)，每?jī)蓚€(gè)色點(diǎn)的距離為25.4/360=0.07mm,又打印噴頭為雙排的，所以，打印噴頭周期移動(dòng)距離d=0.07×2=0.14mm,噴墨一次，噴粘劑一次，兩個(gè)噴頭噴出同步；由i=1,求得絲桿轉(zhuǎn)一圈，噴頭前進(jìn)4mm。則機(jī)械精度對(duì)應(yīng)則對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速約為3000,上位機(jī)脈沖能力至少800*3000/60=40000r/s;對(duì)應(yīng)6000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，則上位機(jī)脈沖能力80000r/s,電子齒輪比不變.控制類型閉環(huán)控制開環(huán)控制1.8°、0.9°,五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72°、0.36°帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，360/131072=0.0027466°,是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300~交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，其額定2000r/min~3000r/min,都能輸出輸出過(guò)載能力機(jī)器在正常工作期間又不需要那么型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，能交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200～4005.2直流交流伺服電機(jī)對(duì)比在20世紀(jì)60年代，最早是直流電機(jī)作為主要執(zhí)行部件，在70年代以后，交流伺服電制器的基本功能和功率放大部分。雖然采用功率步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的開環(huán)伺服系統(tǒng)曾經(jīng)在90年代的所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控領(lǐng)域獲得廣泛使用，但是迅速被交流伺服所取代。向器易磨損，需經(jīng)常維護(hù)。換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電動(dòng)機(jī)的最高速度受到限制，也使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。在同樣體積下，交流電動(dòng)機(jī)輸出功率可比直流電動(dòng)機(jī)提高10%～70%,PMSM主要由定子、轉(zhuǎn)子及測(cè)量轉(zhuǎn)子位置的傳感器構(gòu)成。定子和一般的三相感應(yīng)電機(jī)類有兩對(duì)以上的磁極。位置傳感器一般為光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。5.3負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算與ns相同(同步)。兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可看作一對(duì)旋轉(zhuǎn)根據(jù)牛頓第二定律：“進(jìn)給系統(tǒng)所需力矩T=系統(tǒng)傳動(dòng)慣量J×角加速度α5.4打印速度的初步估計(jì)每打一個(gè)，計(jì)劃在Y軸方向移動(dòng)10次，使寬度達(dá)到10×36.1=361mm對(duì)此，計(jì)算噴頭走完1個(gè)幅面的時(shí)間T,計(jì)劃彩印周期T秒，暫時(shí)忽略10次Y方向移動(dòng)時(shí)間，有：電機(jī)一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)絲桿1轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)10個(gè)導(dǎo)程共4mm,360mm需要電機(jī)轉(zhuǎn)90r,最高轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)每秒轉(zhuǎn)50r,對(duì)應(yīng)時(shí)間為1.8s。則10個(gè)來(lái)回大約18秒，x軸方向10次加減速，對(duì)應(yīng)總a=50×2π÷0.3=1047rad/s2Ma=(m+A)c式中Ma電機(jī)啟動(dòng)加速力矩；Mf——導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(N·m)n——傳遞機(jī)械效率，在此取0.15。滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的傳動(dòng)效率取0.95;滾動(dòng)球軸承傳動(dòng)效率為0.99;齒輪的傳動(dòng)效率為0.93;總導(dǎo)軌磨擦折算至電機(jī)側(cè)的轉(zhuǎn)矩：需要的輸出力矩為：出力力矩T=3.18,小于最大出力力矩=3.81,滿足要求。ABZ123456789紅黑藍(lán)綠綠黑黃UVW1234型號(hào)型號(hào)·尺寸如有更改，恕不另行通知0ABZZ123456789紅黑藍(lán)綠綠黑黃UVW1234型號(hào)WV峰值轉(zhuǎn)矩(瞬間)額定線電流(有效值)A峰值電流(有效值)A工作制絕緣等級(jí)F結(jié)構(gòu)防護(hù)等級(jí)：IP656.1功放部分脈寬調(diào)制種類工作特點(diǎn)正弦波脈寬調(diào)制，將正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍1.在每個(gè)小區(qū)間雖有多次開關(guān)切換，但每次開關(guān)切換只涉及一個(gè)器件，所以開關(guān)損耗小。2.利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計(jì)算簡(jiǎn)單。3.逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比一般的SPWM逆變頻調(diào)壓的正弦波電源，而SVPWM方法將逆變系統(tǒng)和異步電機(jī)看作一個(gè)整體來(lái)考慮，模型變器θ速度位置檢測(cè)變換n首先是將基于3軸、2維的定子靜止坐標(biāo)系的各物理量變換到2軸的定子靜止此刻，已獲得基于αβ2軸正交坐標(biāo)系的定子電流矢量。下一步是將其變換至隨轉(zhuǎn)子磁通同步旋轉(zhuǎn)的2軸系統(tǒng)中。該變換稱為Park變換從三相變換成二相系統(tǒng)Clarke變換直角坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)(αβ靜止)到(旋轉(zhuǎn)dq),稱為Park變換反之為Park反變換從數(shù)學(xué)意義上講，park變換沒有什么,只是一個(gè)坐標(biāo)變換而已，從abc坐標(biāo)變從物理意義上講，park變換就是將ia,ib,ic電流正好就是一個(gè)常數(shù)了。3/2變換。id、iq可以通過(guò)對(duì)iA、iB、iC的Clarke變換(3/2變換)和Park非接觸式測(cè)溫度不超過(guò)感溫元件能承受的上限需準(zhǔn)確知道被測(cè)對(duì)象表面發(fā)射率；被測(cè)對(duì)象的輻射能充分超射到檢測(cè)測(cè)量范圍特別適合1200℃以下、熱容大、無(wú)腐1300℃以上的溫度測(cè)量較困難精度工業(yè)用表通常為1.0、1.5、0.2及0.1級(jí)，實(shí)驗(yàn)室用表可達(dá)0.01級(jí)響應(yīng)速度慢，通常為幾十秒到幾分鐘快，通常為2~3s其他特點(diǎn)整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、常只反映被測(cè)物體表現(xiàn)溫度(需進(jìn)一步轉(zhuǎn)換);不易組成測(cè)溫、控溫一式傳感器類型特點(diǎn)熱膨脹式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用，但感溫部體積較大雙金屬壓力液1氣熱電偶用廣泛；需注意冷端溫度補(bǔ)償及動(dòng)圈式儀表電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響鉑銠-鉑熱電阻鉑好；感溫部大，需注意環(huán)境溫度的影響鎳銅差，需注意環(huán)境溫度的影響非接觸式1輻射率影響小，應(yīng)用簡(jiǎn)便，不能用熱電探測(cè)器1響應(yīng)快，測(cè)溫范圍大，適于測(cè)溫度熱敏電阻探測(cè)器由上面兩個(gè)表分析，非接觸時(shí)的對(duì)于1000攝氏度以下誤差較大，應(yīng)該采用接觸式的溫度傳感器。其中，熱敏電阻的銅的溫度測(cè)量范圍在-50~150℃,精度在0.1%~0.3%之間，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，精度及靈敏度均較好，對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)講銅初始位置傳感器簧片開關(guān)在水平兩個(gè)方向上速度越快越好，在垂直方向上精度越高越好，速度無(wú)一次)。因此打印機(jī)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)一般都是在水平方向使用控制角位移反饋編碼盤伺服電動(dòng)機(jī)齒輪螺母位移指令線位移控制線位移反饋驅(qū)動(dòng)位移檢測(cè)絲杠具體分類特點(diǎn)彈性壓力計(jì)彈性元件其彈性特性與材料、加工和熱處理有關(guān)，還與環(huán)境溫度有關(guān)。彈簧管壓力計(jì)以波紋管作為壓力-位移轉(zhuǎn)換元件，由于金屬波紋管在壓力作用下容易變形，所以測(cè)壓靈敏度高，常用與低壓或負(fù)壓測(cè)壓。彈性壓力計(jì)信號(hào)遠(yuǎn)傳方式電信號(hào)輸出，就可使就地顯示壓力之外，兼有信號(hào)遠(yuǎn)傳功能。不同的轉(zhuǎn)換方法有不同的壓力計(jì)，有電位器式、霍爾式和差動(dòng)非凝固、非結(jié)晶的黏性介質(zhì)的壓力，后者用于測(cè)量氣體微壓和電測(cè)式應(yīng)變式壓力傳力的傳感器，其精度高、體積小、重量輕、測(cè)量范圍寬，同時(shí)抗振動(dòng)、抗沖擊性能良好。有應(yīng)變筒式、平膜