机电一体化精确定位装置研究

广东省轻工业技师学院 冯国斌

机电一体化最早的研究可追溯到日本，由三菱重工发起，是电子技术向传统机械领域渗透之后的一种革命性产物。纵观机电一体化的发展大致可以分为三个节点：初期节点（20世纪初）主要是以电子技术对机械设备的初步优化为主要表征；中期节点（20世纪中后期）主要是以计算机控制技术的初步植入为表征；成熟期节点（20世纪末）主要是以控制技术向智能化迈进为表征。随着机电一体化的成熟期的到来，其在模块化、智能化及网络化、微型化及系统化方面的特征越发地明显。我国的机电一体化研究起步稍晚，随着经济及技术的同时发力，大有迎头赶上之势。

1 机电一体化的精确定位装置构成

机电一体化设备装置相对复杂，装置的结构和功能也相对多样，在工作中系统与运动间的相互转换和传递作用可得到有效发挥，动力学的功能也可给机电设备带来动力。机电一体化的精确定位设备主要由机械与电控两个关键组成部分共同组合而成。

带有滚珠螺旋丝杠。其中在各个机械零件的构成上，由于滚珠丝杠是精准的定位设备，所以滚珠丝杠本身就是一个关键的传动部件，在对此种传动的准确性和精度上如果加强控制也就比较重要[1]。滚珠丝杠在实际的操作中，滚珠丝杠副之间的空气压力和运动通过丝杠与滚珠以及逆向器等的接触而传递到电路上。滚珠与丝杠之间的接触应力之间存在着较大差别。

联轴器。机电一体化设备中的联轴器同样也是很重要的部位，在精准定位设备中的联轴器是为了充分地发挥轴与动力之间的相互连接功能，然后进行分离和处理并针对动力进行传递和中断。联轴器件零部件的结构种类较多，联轴器在工业实践和实际应用中主要设计目的之一是为了能起到振动补偿的主要功能，以及通过直接改变整个轴承传动关系结构来防止产生轴承共振提高转速。而且这个联轴器还不仅可以有效地得到缓和轴上的巨大扭转力和冲击，对于整个扭转轴的振动也同样可以有效地得到减轻，所以针对这个点的零件就要充分重视。

对于机电结合一体化的各种精确定位驱动设备和控制装置的整体构成当中的各种电控控制系统部分来说，也是比较重要的，这其中常见的各种步进驱动电机元件便是这种数码驱动控制重要的组成元件，在精确控制步进线圈运动中的控制脉冲移动次数以及控制脉冲移动频率时，对于这些步进驱动电机的高速移动就有可能地直接得到了有效的数码控制。可通过目标软件编程对用于步进驱动电机的一个环形单相脉冲信号分配器的实际应用以及目标软件进行设计实现。

在具体进行应用时，先对其输入一个新的单相环形脉冲字符串，然后根据脉冲转向以及脉冲工作的运动方式依次将其进行连接，安装到用于步进驱动电机的各相脉冲绕组上的功率滤波放大器上进行分配环形脉冲，从而就能够有一种可率又能够直接地使其形成一个反向旋转的环形磁场。可通过利用下载该软件工具，来对使得步进驱动电机的各个环形驱动脉冲控制分配器的工作方法时序进行综合加以研究设计和分析实现，时序控制脉冲的自动产生，对使得步进驱动电机各相应的绕组依次进行通电，脉冲输出频率的自动调整和脉冲控制这一系列关键技术的综合运行，会更好地有助于使步进驱动电机脉冲控制系统工作效率的技术水平得到极大提高。

2 机电融合一体化高度精准定位控制设备的控制系统结构设计

机电传动一体化受力精确定位传动装置丝杆控制结构的总体设计与控制工作在交际实施的设计过程中，在对受力精确定位传动装置控制丝杆的结构设计与控制工作结构进行设计实施时，要特别重视对定位装置的主要产品型号及其主要技术参数的准确掌握与充分了解：工作设计步骤300mm；快速给料推进时的给料输送速度10m/min；快推进给给料系统上的给料总重15kg；精确定位精度0.016mm；受力重复传动定位精度0.007mm；在对受力滚珠传动丝杠副的结构设计中，就要特别注重对受力荷载具体位置相关信息资料的准确把握，对最低受力载荷、最大受力负载都一定要及时做出明确的资料描述。

由于新型滚珠传动丝杠副部件，是机电传动一体化的一种精确定位加工设备驱动装置当中的一个由其核心部分组成的零部件，对其精确定位的是否准确性也对其有直接的作用影响，所以在其进行设计时就要充分全面地进行考虑。对轴承滚珠螺杆丝杠副的直接支撑结构形式和操作方法必须要做到能够清晰，以及采用预紧型的支撑形式和方法支撑性在轴承上都必须要做到能够切实做到角度确定化，滚珠螺杆丝杠的直接支撑也就是可以直接采用通过角度相接触的钢球来对轴承部件进行直接应用，在其当中刚性较大，力矩不那么小。

机电融合一体化的结构设计中针对触摸屏进行设计和选型也比较关键，这一部分设计组成具有人机交互界面功能的操纵单元，对于完成相应任务具有着坚实而深刻的基础意义。在对触摸屏进行设计和制造过程中，要充分注意到它所设计的个性化，让整个系统运行操作的简便化以及直观化等特点得到鲜明地呈现。触摸屏的广泛应用可有效节约空间，实际使用价值较大，第一触安装在显示屏的显示表面检查装置上，对于检测到的信息传递给送触摸屏控制器具有着积极的作用和发挥，再通过第二人机界面控制器的广泛应用，对自动化画面的触摸检测单位的触摸信息进行及时性的收集，并能将其中的信息转化为坐标，从而对其进行处理和执行命令。

机电一体化的精确定位设备控制结构设计的专用，对于步进电机的设计是比较重要的。这一模型的结构相对简便化，并有非常高的性价比，应用价值也较大。在具体的技术设计以及实施操作过程中，要从多个因素方面入手后再对其进行深入考虑。首先需考虑的是最大平静传动力矩和最大前置式液压进给液力传动系统的最大空载快速运动起步时力矩的综合要求，需能很好地同时满足空载当量的速度要求及高速运动时的频率等一系列技术要求。而且该机整体结构设计更加小巧，所以它需同时占用的内部空间也更加相对小，空间的使用单位和所输送出的功率也因此得到有效改善。

采用单相或双相单齿轮流驱动通电的计算方式，这时一个步进驱动电机每齿轮旋转一个步进动作所走时需要的通电步数约为2mz 步，通电量的步数分配计算方式也被称为2m 步进状态只有m 相，即2m 的步进状态只有m 相，例如a-a+-a+b+-b+-b+a-a-a-b-a-a+，由此可直接得到计算出的步进驱动电机每齿轮旋转一个动作和每走一步的相邻步数间距，即角度abb=它的齿轮步距/每拍节拍的位数(它的步数)=3600/(zx 的节拍数)=3600/zkm，式中a 和k 为0，表示它的状态系数，k=1表示与旋转相邻两次动作通电的相邻步数一致，例如两种通电方式下的a 和都为b；反之则a 和k=2，如在其他两种方式下a 和k=2，如在其他两种方式下b 和c[2-3]。

机电一体化精确定位设备在结构方面的研究和应用过程中，对于通信电缆的选择也是相当关键。plc 的类型己确定fx3u-64mt/ds，采用直接rs232专用电讯通信单元sipabc 实用连接电缆到siplc 的专用通讯控制单元，也就是可通过连接rs232通讯单元电缆之间直接电缆进行通讯信息的直接传送，如sipc、文字信号输出通讯装置和数字条形式编码数据读写机等，本通讯装置也是用它们之间来直接进行专用通信。要特别留意注重对无线通讯数据格式的正确选取，采用a/d8120格式。

对工业光纤光波传感器的调制选型也是比较重要的问题，光纤光波传感器在目前的工业应用中最大的优点，是可通过对连接光纤内部的一个待发探测数据对接收光波的各种参量参数进行信号调制，从而通过计算可以得到与其参量相应的调制信号，在这一个调制信号被直接传输出来给连接光纤的探测器之后，便已经能够对其数据进行信号解调。

综上，机电一体化精确定位装置的设计是一个系统的工程，需要从多方面予以考虑，要能够在设计完成之后实现结构及运行上的科学性、合理性、稳定性及安全性，以此来保障这一系统在实际应用中能够发挥出应有的价值。通过机电一体化精确定位装置设计内容的分析，进一步丰富了理论研究，也为精确定位装置的实践提供了一定的参考。