點膠機控制器的驅動設計方案

在進行點膠機控制器的總體設計時，需要考慮到控制系統和驅動系統的協調。點膠機的動作控制絕大部分屬于邏輯控制，因此選擇單片機來完成機床的動作控制。點膠機驅動系統是接收信號后利用各種電動機產生的力矩和力，直接或間接地驅動膠槍和工件以進行各種動作完成理想運動的執行機構。驅動系統主要是實現對工作臺的控制，使其根據控制系統的指令做出合適的動作。

點膠機的傳動方式

XY平臺的運動方式有兩種可以選擇的方式，一種是基于單軸運動模式，另一種就是基于多軸協調運動模式。單軸運動是極坐標的控制形式，通過控制單軸的長度和角度來實現各種運動軌跡。多軸模式是常見的XY工作臺，通過多軸的協調動作實現理想軌跡。出于節約時間，提高效率的考慮，工作平臺采用多軸協調運動的方式實現直線插補和圓弧插補。

描述復雜的多軸協調運動軌跡的最簡單的方法是利用坐標系。由于在坐標系內能夠方便地描述運動對象的運動軌跡，所以多軸協調運動又稱為坐標系運動。在坐標系運動控制模式下可以實現單段軌跡運動、多段軌跡連續運動。

一個典型的控制進給系統，由運動控制器、驅動單元、機械傳動裝置和執行元件等幾部分組成。其中，機械傳動裝置是位置控制中的一個重要環節。機械傳動裝置，是指將驅動源的旋轉運動變為工作臺的直線運動的整個機械傳動鏈。

點膠設備的工作臺，大多只需要完成平面二維運動。每一維的運動機構，都由電機提供動力，傳動機構將電機的旋轉運動轉變為直線運動，或者直接采用直線電機的方式。傳統的傳動結構大都使用滾珠絲杠傳動和齒輪齒條傳動，傳動方式對運動控制有較大影響，要綜合考慮。

（1）絲桿螺母傳動：通過絲桿螺母將伺服電機的旋轉運動轉為定位平臺的直線運動，結構簡單、安裝維護方便。但是長距離滾珠絲杠受自身重力作用及旋轉時產生的慣性作用造成的絲杠變形負載不能太大，壽命低，成本高，對污染較為敏感。

（2）齒輪齒條傳動：耗能小，可靠，噪音低，傳動功率大，效率高。但容易發生齒面磨損，并且要求潤滑條件好。由于齒間間隙，會出現一段空行程，在數控機床中并不適用。

由于機械設備不斷向高精度、高速度、大功率、長壽命、低噪聲、低成本和緊湊化方向發展，近年來帶傳動產品在保證一定強度條件下逐步向輕薄方向發展。同步帶傳動在汽車制造、機床、紡織機械等行業得到廣泛應用。

同步帶傳動又稱齒形帶傳動。它集齒輪、鏈條、帶傳動等優點于一體，具有傳動效率高、傳動比準確、噪聲小、節能、維修方便等特點，20世紀80年代起，逐步成為精密機械的主導傳動產品。齒形帶與傳統傳動帶的最大差別在于同步、靜音。因此，它是當今最受推崇的環保型產品。

同步帶的工作面呈齒形，與帶輪的齒槽作嚙合運動，并由帶的抗拉層承受載荷，以保持帶的接線長度不變，故帶與帶輪之間沒有相對滑動，可以實現帶與帶輪之間的同步傳動。同步帶除了傳遞運動動力外，還可以進行高精度的定位運動，精密輸送等。同步帶傳動的主要失效形式包括帶的疲勞斷裂、帶齒的剪切和壓潰以及同步帶兩側面的磨損。

 同步帶的特點：

（1）傳動精確。帶和帶輪之間的間隙很小，嚴格同步傳動，不打滑、傳動比準確，角速度恒定，故常用于精確傳動。

（2）傳動效率高。由于傳動無滑差，初張力較小，帶體輕薄，傳動時產生熱量小，傳動效率可達99.5%，因此傳動效率高。

（3）傳動大，載荷范圍大。其傳動比可高達20以上，傳動功率從幾瓦到數百千瓦。

（4）傳動速度高。能適應現代機械要求，進行高速連續運轉，其速度可高達80m/s。

（5）結構緊湊。同步帶強度高，帶體輕薄，曲擾性好，能適應較小的帶輪直徑，傳動中心矩小，故結構緊湊。                

（6）沖擊小，傳動平穩。同步帶傳動時，嚙合面為金屬與非金屬接觸，沖擊比齒輪傳動小的多，也沒有鏈條傳動時節線上下跳動的現象。因此，同步帶傳動平穩，沖擊小，適用于精密傳動。

（7）無需潤滑。同步帶的齒面具有自潤滑性，與帶輪槽接觸時，無需潤滑，因此也無污染。

（8）維護保養方便。同步帶在使用過程中基本不伸長，所以在安裝時給定的初張力，在使用中不必調整，能適應在人員不宜接觸和操作的地方使用。

（9）噪聲小，它的噪聲小于齒輪傳動和鏈條傳動。

（10）傳動機構質量輕。同步帶傳動中的帶輪可以使用鋁合金或塑料，因此在傳動相同功率時，使用同步帶傳動可以減輕傳動機構的質量。

利用齒形帶傳動代替傳統絲杠傳動，相對齒輪齒條傳動中能量損耗較小，可靠，噪音低，傳動功率大，效率高。介于此，本項目采用同步帶傳動，研究同步帶傳動在數控機床上的應用。

執行元件分析

執行元件，是根據來自控制器的控制信息完成對受控對象的控制作用的元件，是控制系統的重要組成部分。它將電能或流體能量轉換成機械能或其他能量形式，直接作用于受控對象，按照控制要求改變受控對象的機械運動狀態。

根據其在系統中的作用，選擇執行元件時一般的考慮原則是：

(1)在整個工作循環中都能拖動負載按預期的運動要求。

(2)執行元件的性能是運動控制系統動態響應的基本限制因素，所以選擇執行元件不但要考慮滿足負載拖動的要求，還要考慮它對系統控制性能的影響。

(3)對啟、停頻率要求低，還要低速平穩及扭矩脈動小，高速運行時振動噪音小。

在機械自動化系統中，執行元件根據輸入能量的不同可分為電動、氣動和液壓三類。電動執行元件安裝靈活，使用方便，在自動控制系統中應用最廣。氣動執行元件結構簡單，重量輕，工作可靠并具有防爆特點，在中、小功率的化工石油設備和機械工業生產自動線上應用較多。液壓執行元件功率大，快速性好，運行平穩，廣泛用于大功率的控制系統。

  根據本課題的實際情況，應選用電動執行元件，即將電能轉換成機械能以實現往復運動或回轉運動的電磁元件。電動執行元件具有調速范圍寬、靈敏度高、響應速度快、無自轉現象等性能，并能長期連續可靠地工作。常用的電動執行元件有直流伺服電動機、交流伺服電動機、步進電動機、電磁制動器、繼電器等。為了適應數字化技術發展趨勢，目前控制電機大多采用步進電機或全數字交流伺服電機。

步進電機

步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件，在數控系統中得到廣泛應用。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置，只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制，變得簡單精確。步進電機的調速，一般是改變輸入的脈沖頻率來實現的。運動控制器每給一個脈沖，步進電機就轉動一個固定的角度。這樣就可以通過控制步進電機的一個脈沖到下一個脈沖的時間間隔，來改變脈沖的頻率，用延時長短具體控制步進角，來改變轉速，從而實現對步進電機的調速。

由步進電機組成的步進傳動系統具有如下優點：

(a)步進電機是一種離散運動的執行裝置，它和現代數字控制技術有著內在的聯系，很容易和其他數字器件進行接口。

(b)步進電機，位置誤差無積累。

(c)步進電機可以位置開環方式進行控制，位甓開環，不需要位置反饋，系統結構簡單，不存在系統穩定性的問題。

 (d)永磁式或混合式步進電機，除停轉期間消耗的電能較小以外，它們還具有記憶轉矩的功能。可以在停電的條件下將轉子鎖定在特定的位置上。

步進電機主要應用在開環、控制精度及響應速度要求不太高的運動控制場合。如數字控制系統、工具控制系統、程序控制系統等。 步進電機最簡單的運行方式是與控制脈沖組成開環系統，如圖3．4表示由步進電機、驅動控制器和控制脈沖組成的開環系統。

脈沖分配器主要通過一個脈沖輸入控制步進電機的速度，一個輸入端控制電機的轉向，并有與步進電機相數相同數目的輸入端分別控制電機的各相。這種硬件脈沖分配器通常直接包含在步進電機驅動器內。在數控系統中，通過插補運算，得到每個坐標軸的位移信號，通過輸出接口，步進電機驅動器發出高速脈沖信號和正反轉信號，可以控制步進電機的運行^[41]。

交流伺服電機

交流伺服電機分為交流永磁式伺服電機和交流感應式伺服電機。永磁式伺服電機機相當于交流同步電動機，常用于進給伺服系統；感應式交流伺服電機相當于交流感應 異步電機，常用于主軸伺服系統。兩種伺服電機的原理都是由定子繞組產生旋轉磁場，使轉子跟隨定子旋轉磁場一起運行。不同點是交流永磁式伺服電機的轉速與外加交流電源的頻率存在著嚴格的同步關系，即電動機的轉速等于同步轉速；而感應式伺服電機由于需要轉速差才能產生電磁轉矩，所以電動機的轉速低于同步轉速，轉速差隨著負載的增大而增大。同步轉速的大小等于交流電源的頻率除以電機極對數。因而交流伺服電機可以通過改變供電電源頻率的方法來調節其轉速。

交流伺服系統由交流伺服電機和伺服驅動器組成。它是作為無刷直流伺服系統的替代產品出現的。由于直流電機具有優良的調速性能，因此長期以來，在調速性能要求較高的場合，直流電機調速一直占據主導位置。但是由于它的電刷和換向的磨損，有時會產生火花，電動機的最高速受到限制，而且直流電機結構復雜，成本較高，所以在使用中受到一定的限制。麗近年來，交流伺服驅動技術有了飛速的發展，它不僅克服了直流伺服電機結構上存在整流子、電刷維護困難、造價高、壽命短、應用環境受到限制的缺點，同時又發揮了交流伺服電機的堅固耐用、經濟可靠、動態響應好、輸出功率大等優點，在某些場合交流伺服電機已經逐漸取代了直流伺服電機。

根據電動機的類型，目前將交流伺服系統分為同步型交流伺服系統和異步型交流伺服系統。通常永磁同步交流伺服系統在定位運動控制系統，特別是在數控機床進給伺服中應用廣泛。同步型交流伺服系統按照驅動電流的波形及工作原理，又可分為矩形波電流驅動的交流伺服系統和正弦波電流驅動的交流伺服系統。從發展趨勢來看，正弦波驅動將成為主流。