Investigación sobre el diseño de una máquina ensambladora de cuentakilómetros basada en STM32_oddometer counter
Palabras clave: contador; STM32; motor paso a paso
Número de clasificación CLC: TH Código de identificación del documento: A
Código de identificación del documento: AA
Introducción
El contador es una parte importante del odómetro mecánico y se usa ampliamente en los odómetros de automóviles, motocicletas y vehículos agrícolas. Con la producción y consumo de automóviles en nuestro país, la producción de contadores es muy grande. Además de satisfacer el mercado interno, una gran cantidad de contadores se venden en el exterior. Sin embargo, el nivel actual de automatización en la producción de mostradores en nuestro país es muy bajo. El montaje de mostradores depende completamente de operaciones manuales, lo que resulta en una baja eficiencia de producción y una calidad desigual del producto.
En la actualidad, los principales problemas en la contraproducción son los siguientes: la consistencia de la calidad del producto es deficiente y hay una gran brecha entre el mismo lote de productos, la eficiencia de producción es baja, la operación manual y el ensamblaje necesitan; se presiona dos veces, e incluso la operación calificada requiere de 10 a 15 segundos; los costos laborales son altos y una estación de trabajo requiere dos trabajadores calificados, lo que aumenta los costos laborales de la empresa.
Este proyecto desarrolla una máquina de carga inversa con un alto grado de automatización para reemplazar el trabajo manual y realizar un proceso de carga inversa en el que la almohadilla de cobre se presiona al mismo tiempo y la posición de presión del penetrador se controla con precisión. Esto garantiza que la separación entre los discos de conteo esté estrictamente controlada dentro del rango permitido, garantizando así la calidad del producto y facilitando el trabajo de inspección posterior.
1 Descripción general del sistema
1.1 Introducción a la máquina de ensamblaje de contador mecánico
El contador consta de una placa de código digital, un eje, un engranaje, un marco de engranaje y una almohadilla de cobre. Actualmente, la mayoría de empresas utilizan equipos mecánicos sencillos para montar mostradores. El proceso de montaje del contador es: primero, el trabajador instala el engranaje en el asiento del engranaje; luego pasa a través del asiento del engranaje y la placa de código en secuencia, inserta el eje en el orificio de posicionamiento en el banco de trabajo, presiona la manija de operación hacia abajo y presiona; la placa de código y lee La lectura en el indicador de cuadrante se registra como d1; se levanta la manija a la posición inicial, uno de los trabajadores coloca la almohadilla de cobre y el espesor de la almohadilla de cobre se registra como h, y el otro trabajador calcula la siguiente posición de presión como (d1) h no), donde no es el valor de espacio esperado operar la manija nuevamente para presionar la almohadilla de cobre hasta la posición (d1 h no) y detenerse;
1.2 Composición de la máquina automática de montaje de mostrador
Este artículo imita el proceso de montaje manual y desarrolla una máquina de montaje de mostrador con un alto grado de automatización, que consta principalmente de un controlador, motor y componentes del controlador y del actuador.
1.2.1 Parte del controlador
La parte de control utiliza el último microprocesador STM32 de 32 bits de STMicroelectronics basado en el núcleo ARM Cortex M3 como controlador principal, que tiene una alta integración Alta, rica Recursos periféricos, rendimiento estable, fácil desarrollo, bajo costo y otras características. Al mismo tiempo, STM32 tiene abundantes recursos periféricos, incluidas unidades de control de motores paso a paso, que son muy adecuados para el control de motores paso a paso y el desarrollo de interfaces gráficas integradas.
1.2.2 Motor y controlador
La parte del motor y el controlador utilizan un motor paso a paso como unidad de accionamiento, y el motor paso a paso es el motor paso a paso híbrido MINET de Singapur MT57S-78. Dado que los motores paso a paso solo tienen errores periódicos y no errores acumulativos, son muy adecuados para el control de bucle abierto y se usan ampliamente en velocidad, posición y otros campos de control, en los que los actuadores son accionados por motores paso a paso. El controlador del motor paso a paso es el controlador de motor paso a paso MINET MT-2HB05HM, que puede accionar motores paso a paso híbridos de dos fases en modo de corriente constante con una pérdida de potencia extremadamente baja y una eficiencia de conmutación extremadamente alta.
1.2.3 Actuador
El actuador adopta el método de transmisión de reductor y husillo de bolas. El motor paso a paso pasa a través del reductor y luego impulsa el motor principal a través del acoplamiento y husillo de bolas. , el penetrador auxiliar se mueve linealmente hacia arriba y hacia abajo.
El uso de reductores puede mejorar la precisión del torque y el movimiento de los motores paso a paso. La aplicación de husillos de bolas no solo puede convertir el movimiento de rotación del motor en movimiento lineal, sino que también tiene una alta eficiencia de transmisión y velocidades aplicables más altas.
2 Diseño de hardware del sistema
El diseño de hardware del sistema incluye el diseño de hardware de la parte mecánica y la parte de control electrónico del sistema.
2.1 Diseño mecánico del sistema
Los requisitos de diseño mecánico del sistema: garantizar que el espacio objetivo de la pieza de trabajo sea de 0,17 mm a 0,22 mm, la cooperación entre la almohadilla de cobre y el eje tiene un ajuste de interferencia y el cabezal de presión La fuerza al presionar la almohadilla de cobre es de 100 N-500 N. El penetrador principal no dañará la superficie anti-eje durante el proceso de prensado, y el penetrador auxiliar no afectará el daño de la rueda de caracteres durante el proceso de prensado.
Sistema
La estructura mecánica del sistema se muestra en la Figura 1, incluyendo reductor, husillo de bolas, cabezal de presión principal, cabezal de presión auxiliar y riel guía. Cada paso del motor paso a paso es de 0,9°, 400 pasos por semana, y el par del motor paso a paso es de 1,2 NM. Para aumentar el par de salida del motor paso a paso y mejorar la resolución, se agrega un reductor de la relación de reducción. del reductor es 5, y la bola El avance del tornillo es de 5 mm, y el desplazamiento lineal del penetrador principal y auxiliar es de 1 mm cuando el motor gira durante una revolución. El controlador da un pulso al motor paso a paso, correspondiente a un desplazamiento de 2,5 micrones del penetrador. El sistema controla el motor paso a paso para lograr el mismo nivel de precisión y el sistema de control puede alcanzar el mismo nivel de rendimiento que el. penetrador principal. El sistema puede controlar motores paso a paso con una precisión 20 veces mayor que los requisitos de diseño.
La fórmula de cálculo para la fuerza axial del husillo de bolas es:.
Donde, F es la fuerza axial del husillo de bolas, P es el avance del husillo de bolas y T es la bola. El par del tornillo, eta es la eficiencia del tornillo de bolas. Se sabe que el par del motor es 3 NM, la relación de reducción es 5, el diámetro del husillo de bolas D = 20 mm y el paso L = 5 mm Calculado según la fórmula, la fuerza axial máxima F es 6782 N, que cumple plenamente con los requisitos. para la presión necesaria para presionar el cabezal de presión.
1. Motor 2. Reductor 3. Panel de cristal líquido 4. Acoplamiento 5. Husillo de bolas 6. Cabezal de presión principal 7. Cabezal de presión auxiliar 8. Pieza de trabajo 9. Regla magnética 10. Guía lineal
Figura 1 Diagrama de estructura mecánica del sistema
2. Principio de funcionamiento de la máquina plegadora
1. Principio de funcionamiento de la máquina plegadora 2 Diseño del hardware de control electrónico
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La estructura de hardware de la parte de control electrónico se muestra en la Figura 2. La parte de control electrónico consta de la unidad de control principal, unidad de visualización de cristal líquido LCD, unidad de control principal, unidad de control, unidad de control, unidad de control y unidad de control. La parte de control electrónico consta de una unidad de control principal STM32, una unidad de visualización de cristal líquido LCD, una unidad de entrada y salida de conmutación, una unidad de detección de señal de desplazamiento y una unidad de comunicación reservada 485.
Figura 2 Diagrama de bloques de hardware de la parte de control electrónico
2.2.1 Controlador principal
Este artículo utiliza el procesador STM32F103VET6 como núcleo. STM32VET6 tiene tres integrados. -En los temporizadores estándar síncronos, cada temporizador tiene un preescalador de 16 bits y cuatro canales independientes, cada canal se puede utilizar para comparación de salida, PWM y salida en modo de pulso único. Hay hasta 80 puertos de E/S rápidas en APB2 de STM32VET6, y sus pines de E/S pueden invertirse a velocidades de hasta 18 MHz. Cada puerto se puede configurar mediante software como puerto de entrada, salida o funcional para otros periféricos. El temporizador se utiliza para generar interrupciones de microsegundos, que configuran el puerto de salida en alto o bajo, generando así una señal de pulso PWM para controlar la velocidad del motor.
2.2.2 Circuito parcial de la pantalla de cristal líquido LCD
La pantalla LCD es una pantalla gráfica de cristal líquido de matriz de puntos, que se compone principalmente de un controlador de fila/columna y un panel completo de 128×64. Pantalla de cristal líquido de matriz de puntos. No solo puede completar la visualización gráfica, sino también mostrar caracteres chinos de 8 × 4 (matriz de puntos de 16 × 16). El módulo viene con un circuito de voltaje negativo de -10 V para el voltaje de activación de la pantalla LCD y utiliza una entrada y salida paralela de bus de datos de 8 bits y 8 líneas de control para interactuar con la CPU.
El circuito de interfaz entre la CPU y la pantalla LCD se muestra en la Figura 3.