西北工业大学
硕士学位论文
超塑性微挤压成形系统与测控技术基础研究
姓名：毛军
申请学位级别：硕士
专业：机械电子工程
指导教师：齐乐华
20060301
进电机８５ＢＹＧＨｌ０５，如图２．４所示。
图２．４１￥ＳＧＹＢＨｌ０５步进电机
８５ＢＹＧＨｌ０５步进电机的基本参数如表２．１所示。
表２．２８５ＢＹＧＨ步进电机基本参数
型号相数电压电流电阻电感静转矩定位
转矩单位ＶＡＱｍＨＫｇ．ｃｍＫｇ，ｃｍ
８５ＢＹＧＨｌ０１４２４．２０．４７１．１２ｌ３
８５ＢＹＧＨｌ０２４２４Ｏ．５ｌ２１３
８５ＢＹＧＨｌ０３４２．７３Ｏ．９３２１
８５ＢＹＧＨｌ０４４６２．５２．４７．８２ｌ３
８５ＢＹＧＨｌ０５４３．８２．５１．５５２１３
２）步进电机驱动及电源选择
因开关电源技术成熟，价格便宜，步进电机电源采用了开关电源供电方案。根据经验，供电电源电流一般是驱动器的输出相电流的１．５～２倍，步进电机的工作电流为２．５Ａ，设置ＳＨ２０３４Ｍ的相电流为２．６Ａ，选用思达公司的ＳＤＢ．１００，２４Ｖ、４Ａ开关电源，用于步进电机供电，同时该电源带有５Ｖ电源用于外部电路供电。
３）减速器的选择
减速器的选择要根据需求力矩和电机提供的力矩确定。减速器的有效功率一般在８０～９５％，考虑到减速器有效率损耗，应再留一定的富余。减速器有如下几种：（１）摆线针轮减速器
摆线针轮减速器是一种采用摆线针齿啮合行星传动原理设计制造的减速机，行星轮齿廓不是通常的渐开线曲线，而是采用变态外摆线的等矩曲线，中心轮齿廓采用圆柱形针齿，啮合齿数多，设计先进，具有承载能力大、传动效率高、使用寿命长、结构新颖紧凑、运转平稳、维修方便等显著优点。
（２）谐波传动减速器
谐波传动的特点是输出力矩大，谐波传动是一种依靠齿轮的弹性变形运动来达到传动口的新型传动。它的主要特点是：结构简单、重量轻，同样的设计参数条件下，此种减速器的重量与零件数约为其他减速器的一半左右。其单级传动比可达７０一２５０。它运行时同时啮合齿数为总齿数的２０％赶右，因而承载能力大、运转平稳、
西北工些大学硕士学位论文第２章超塑性微挤压成形系统设计
运动精度亦高，相对滑动速度低，容损情况良好。可达到无侧隙啮合运动，无需用密封元件即可向密闭空间传递运动。
（３）蜗轮蜗杆减速器
蜗轮蜗杆减速的优点是结构简单，承载力距大，检修方便，价格便宜，但其与步进电机的配合安装较为麻烦，且存在较大的回程间隙。
（４）行星齿轮减速器
行星齿轮减速是一种经典的减速器，行星齿轮就是无定轴齿轮，行星齿轮既公转又自转。行星齿轮减速可以多级串联，越往前，齿轮轴承受的力矩就越大，因此行星齿轮就变粗。行星齿轮减速器广泛应用于矿山、冶金、起重运输、纺织、化工、轻工等行业，是一种应用三个行星轮的负荷均匀分配，采用了齿式浮动机构，其行星齿轮采用优质低碳合金钢，经渗碳、淬火、磨齿等工艺，齿轮精度可达６级，具有运转平稳、承载能力大、效率高、性能可靠、寿命长等优点。
图２．５行星减速器
从结构、体积、性价比等方面比较以上几种减速齿轮，本文选择了行星齿轮减速器：西安郦山电子３５Ｇ行星减速器（图２．５），它最大能承载６２２牛米的力矩，与步进电机装配后可实现超低速运行，大扭距输出。
２．４．４传感装置
传感装置包括了温度、压力、位移传感器及相应的信号调理电路和接口电路【ｌ”，用于检测系统成形时的坯料温度、挤压力、挤压行程。检测信号输入数字计算机中，作为成形工艺参数的反馈和控制输入。
温度传感器常见的测量方式可以分为两类：非接触式和接触式测温方法。本文中，被测对象的温度范围０～５００。Ｃ，根据测温方法的分析，选择适合于接触式测温的传感器元件。热电阻、热电偶可用于．２００～１２００℃范围内，是最简单、可靠的常用接触式测温传感器，比较而言，热电偶具有结构简单、价格便宜、灵敏废高、测温范围宽的特点，因此本文采用了线径为ｌｍｍ的Ｋ型热电偶。
测力传感器应用比较广泛的有应变片式和压阻式、压电式和电容式，根据系统安装尺寸要求，选择了永正公司的ＹＺ２４７Ｓ型微型传感器，其外形如图２．６所示，该传感器采用不锈钢结构，直径只有２５．４ｍｍ，满量程为１吨，准确度等级Ｏ．５。
图２，６压力传感器
位移传感器常见的有光栅式、容栅式、电感调频式和电感差动变压器式，本文为了达到高的位移检测精度，采用了长春光机所的光栅线位移传感器ＳＧＣ４．２，其外形如图２．７所示。因为不需选择显示部件，其价格上亦有较大优势。光栅线位移传感器电源为５Ｖ供电，量程１００毫米，栅距２０微米，即对应５０线／毫米，分辨率为２０微米。
图２．７ＳＧＣ４．２光栅式线位移传感器
２．４．５控制部分
本部分根据系统功能要求和传感器的反馈信息，进行处理、运算和决策，控制整个系统的运行。它主要由数字计算机和相应的硬、软件构成的控制系统和多种Ｉ／Ｏ模块构成，设计时需考虑系统实时性和稳定性要求。
常见的数字计算机有ＳＴＤ总线工业控制机、工业ＰＣ计算机、可编程控制器（ＰＬＯ、单片机和智能调节器。本系统中，计算机不仅要完成实时控制功能，还要实现数据记录、演示、分析的功能，除工业ＰＣ计算机外，其它几种数字计算机存在或者开发周期长，或者工具软件少的问题，因此本系统采用了工业ＰＣ计算机作为控制系统的信息处理和决策核心。
计算机控制过程中，需要把温度、速度、压力等信息输入到计算机中，计算机按照设计的控制策略进行处理和计算后，再把控制信号输出给电阻炉和步迸电机。Ｉ／Ｏ模块是计算机和成形系统之间信息传递和交换的桥梁，实现二者物理上的连接和信息交换。根据系统传感器输入信号和控制输出信号，系统需要模拟输入、数字输入，输出三种Ｉ／Ｏ通道和计数器功能，采样速率在１０Ｋ以上。
硬件选型：
（１）工业ＰＣ计算机选用研华ＩＰＣ一６１０，主板ＰＣＡ一６００６，ＣＰＵＰｅｎｔｉｕｍ４２．８Ｇ，内存５１２ＭＤＤＲＡＭ，硬盘６０Ｇ。另配置了人机信息交换的输入输出系统，有ＣＲＴ彩色显示器、打印机、键盘及鼠标。
（２）Ｉ／Ｏ模块采用研华的ＰＣＩ—ｌ７１０多功能数据采集卡，它是一款ＰＣＩ总线的多功能数据采集卡，驱动完善，丌发较为方便。包括五种最常用的输入和输出功能：１６