三维测头数据采集模板的设计1

本科毕业设计论文题目：三维测头数据采集模板的设计院系：机电工程学院学科专业：机械设计制造及其自动化I三维测头数据采集模板的设计摘要CNC齿轮测量中心是我校与企业联合开发的精密测量仪器，利用坐标测量原理，可对多种类型的零件进行自动测量和精度评定。由于技术发展，三维测头和交流伺服电机应用于齿轮测量中心已成为主流。为了保持在此项目上的优势，现开展了在CNC齿轮测量中心上使用三维模拟测头的工作，本课题的内容就是为三维测头设计相应的数据采集模板。本文是基于ISA总线的数据采集通道的设计。通过使用合适的译码电路来执行总线命令，将测头的模拟信号，经过所选的A/D转换器的转换，转换为计算机可以读取的数字信号，从而完成相应的测量任务。本文根据A/D转换器的时序，完成了应用电路的设计，并利用Protel99se软件绘制了整个数据采集通道的电路原理图和PCB图。本文结合CNC齿轮测量中心R轴、Z轴、T轴自上而下分布的结构，通过对所选的滚珠丝杠的刚度计算、所选电机的转动惯量的核算以及传动系统的刚度计算，完成了对CNC齿轮测量中心Z轴的设计。本文设计的电路完成了三维模拟测头信号的采集。机械部分的布局及其刚度满足传动的要求。关键词：CNC齿轮测量中心；A/D转换器；ISA总线；传动系统IIDesignofDataacquisitionboardfor3DprobeAbstractCNCGearMeasuringCenterisprecisionmeasurementinstrumentswhichinventedbymyuniversityandbusinessdevelopment,theuseofcoordinatemeasuringprinciple,canbeavarietyoftypesofpartsforautomaticmeasurementandaccuracyassessment.Asaresultoftechnologicaldevelopment,three-dimensionalmeasurementandacservomotorusedinthefirstgearmeasuringcenterhasbecomethemainstream.Inordertomaintaintheadvantagesofthisproject,nowcarriedouttheworkoftheuseofthree-dimensionalsimulationinCNCGearMeasurementCenterMeasuring,thecontentsofthisissueisdesigningthree-dimensionalprobetemplatecorrespondingdataacquisition.DataacquisitionchannelsbasedontheISABUSwasdesigned.TheISABUSorderwascarriedoutbyDecodingcircuit.UnderthecontrolofISABUSorder,AnalogsignalsfromAnaloguegaugeheadwillbeconvertedintodigitalsignalbyA/Dconverter,andthenthetaskofmeasuringwascompleted.AoperatingcircuitofdataacquisitionboardandaPCBwasdesignedaccordingtotheconversiontimingsequenceofA/DconverterbytheProtel99sesoftware.TheZaxiswasdesignedbyanalyzingthestructureofCNCgearsurveycenter,choosigreasonableballscrewpairsandelectricmotorandcalculatingtherigidityofsystem.Thecollectofsignalof3DAnalogueprobewasoperatedexactlybythedesignedcircuit.ThelayoutofmachinepartandtherigidityofsystemsatisfiedtotherequirementofZaxisofCNCgearsurveycenter.Keyword:CNCGearMeasuringCenter;A/Dconverter;ISABUS；drivesystem1目录中文摘要................................................I英文摘要...............................................II主要符号表..............................................11绪论..................................................11.1前言.........................................................11.2CNC齿轮测量测量中心国内外相关研究情况.......................11.3课题的目的及意义.............................................21.4课题研究的内容...............................................32硬件电路设计..........................................42.1方案设计.....................................................42.2电路设计.....................................错误!未定义书签。2.2.1AD转换器选择..............................错误!未定义书签。2.2.2数据缓冲器和寄存器的选择...............错误!未定义书签。2.2.3参考电源的选择.........................错误!未定义书签。2.2.4晶振的选择.............................错误!未定义书签。2.2.5运放的选择.............................错误!未定义书签。2.2.6接口电路的设计.........................错误!未定义书签。2.2.7电路原理图.............................错误!未定义书签。2.3PCB版图设计.................................错误!未定义书签。2.3.1电器规则检查（ERC）....................错误!未定义书签。2.3.2生成网络表.............................错误!未定义书签。2.3.3导入网络表.............................错误!未定义书签。3CNC齿轮测量中心Z轴传动系统设计.......错误!未定义书签。3.2CNC齿轮测量中心Z轴机械结构总体方案的确定错误!未定义书签。3.2.1配重的计算.............................错误!未定义书签。23.2.2传动系统的选定及计算...................错误!未定义书签。3.2.3电机的选定及计算.......................错误!未定义书签。3.2.4导轨的选定.............................错误!未定义书签。3.3Z轴机械结构图...........................错误!未定义书签。结论..................................错误!未定义书签。致谢.................................................29参考文献...............................................30附录1…………………………………………………硬件电路原理图附录2……………………………………………………………PCB版图附录3…………………………………………………机械机构图1主要符号表L脉冲当量MSB最高有效位LSB最低有效位LZ轴长HZ轴宽DZ轴高Ｐｈ导程ｖｍａｘ机床工作台最快进给速度ｎｍａｘ驱动电机最高转速0d公称直径CK拉压刚度Q轴向最大载荷nw固有频率1绪论11绪论1.1前言无论是过程控制或是自动检测，都是将来自各种传感器的模拟信号（电流或电压）转换为数字信号传输给计算机处理后发出信息，进行数字显示或控制执行机构动作。显然，设计一种高精度、低增益误差的数据转换模块，使采集到的数据准确可靠，是保证控制或监测系统稳定工作的首要条件[1]。数模转换器是工业检测和控制系统中数据采集子系统的重要部件，它是测控现场的模拟信号源与数字计算机之间的接口，其任务是把现场中连续变化的被测信号转换成离散信号，再由工控计算机作进一步的数据处理。这就要求系统将所采集的模拟数据信号尽可能真实的、不失真的显示给控制人员[2]。目前，工业系统具有代表性的有ISA总线、PXI总线和PCI总线其中ISA总线因其生产最早、应用接口简单仍在许多对传输速度要求不是很高的场合被使用在工控计算机应用中[3]。为此，本设计主要是基于ISA总线的A/D转换模板。该模板以A/D转换为核心，在ISA总线技术的基础上，利用较少的外围元件来实现多通道、高精度的A/D转换[4]。1.2CNC齿轮测量测量中心国内外相关研究情况1995年9月在北京举行的第四界中国国际机床展览会上，我国开发研制的CNC齿轮测量中心首次展出，标志着我国的齿轮测量技术正在逐步接近国际先进水平。不过在仪器精度、稳定性,尤其在测量软件(如弧锥齿轮的测量软件)、仪器故障诊断功能等方面,和国外还有一定差距。近年来国产CNC齿轮测量中心有了长足的发展,其质量和性能不断提高,已经具有和国外产品竞争的能力。哈量的3903A齿轮测量中心,经过几年努力,仪器精度和测量速度据称已达到或接近KLINGELNBERG公司产品的先进水平。哈尔滨精达公司作为后起之秀,发展引人瞩目:其JD、JDS系列齿轮测量中心,目前在国内产品中销量最多。进入21世纪，世界工业的发展为齿轮制造业的发展提供了前所未有的机遇，但同时对齿轮制造业提出了更高的要求，为此，强化并提高齿轮制造全过程的测量与监控技术水平获得了空前的重视,同时也为齿轮测量技术的发展提供了契机。现今主要有以下几股技术潮流：1)齿轮整体误差测量与齿轮坐标测量合二为一。我国推出了既有标准蜗杆西安工业大学毕业设计(论文)2又有测头的齿轮测量机CZN450;而国外的CNC齿轮测量中心也能给出“虚拟整体误差”。2)齿轮测量中心与三坐标测量机合二为一。美国TSK公司的Radiance和ProcessEquipmentCompany的ND430就是按这种理念研制的。3)功能测试与分析测试合二为一。简化齿轮测量是发展趋势,齿轮整体误差测量仪因高效率地给出齿轮全信息而会为世界接受。4)齿轮加工与测量合二为一(一体化)。自从1988年MAAG公司在CNC齿轮磨床SE202E上耦合CNC齿轮测量技术以来,齿轮在机测量技术在齿轮磨床上得到普通采用。CNC齿轮测量中心经过二十多年的不断改进与完善，在实际测试中已显示出其优越性。现在，它已经成为工业化国家检测齿轮的主要工具[5]。CNC齿轮测量中心自70年代诞生以来得到了迅速发展，目前在美国、日本、瑞士等国十多个厂家开发生产齿轮测量中心。其中一些厂家从90年代开始停止了传统齿轮量仪的生产