机电一体化技术开放实验指导书 祁文军周建平方建疆姜宏海几哲主编 新疆大学机械工程学院 机械工程及自动化教研室 2009年1月
i 机电一体化技术开放实验指导书 祁文军 周建平 方建疆 姜宏 海几哲 主编 新疆大学机械工程学院 机械工程及自动化教研室 2009 年 1 月
前 言 机电一体化是一门新兴边缘技术学科,它是在机械的主功能、动力功能、信息 功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合 而构成系统的总称。机电一体化含有技术和产品两方面内容,机电一体化技术是指 包括技术基础、技术原理在内的、使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术 机电一体化产品是指采用机电一体化技术,在机械产品基础上创造出来的新一代机 电产品。 因此,在机械制造类专业技术人才的培养上,不仅要求学生学习和掌握如计算 机技术、微电子技术检测传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术和系统总体技术 等方面的新知识、新技术,而且对机电一体化产品机械制造过程、控制过程等必备 的知识,要用新的观念,重新进行科学的优化组合,并在实践中尽快地把理论知识 转化为应用能力。本书中的实验就是为满足这一需要而开出的。 在《机电一体化设计》这门课程中,产品设计主要以典型机电一体化产品 数控机床为基础,为了配合《机电一体化设计》的实验教学,我们编制的这本实验指 导书主要包括两部分内容:第一部分为典型机电一体化产品简介,主要介绍数控铣 盐床XK713和教学粉控车床CK9330、加丁中心的系统细成结物及其控笋 部分为实验内 容 实验主要使学生能利用计算机等信息技术与工具对机 体化产 品制造过程的状态进行检测、分析与控制,加深对机电一体化产品机械加工过程动 态特性的理解,包括五个实验即丝杠副传动误差的在线验收、加工过程误差的统计 分析、加工过程误差的补偿、加工过程误差的诊断、螺纹数控加工的仿真。 实验在计算机辅助误差测控仪(EMCD一IV型)上进行。该仪器与计算机 (IBM/PC486以上)配合构成 “套实验系统,可为机械制造类本科生的重要专业课 《机电一体化设计》开出多个实验。这些实验综合应用多学科知识,使学生在高科 技环境中,培养提高综合素质,增强学习热情。 由于时间和水平有限,书中会有不少缺点,请读者批评指正,以待今后更加完善。 祁文军 2005.6
ii 前 言 机电一体化是一门新兴边缘技术学科,它是在机械的主功能、动力功能、信息 功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合 而构成系统的总称。机电一体化含有技术和产品两方面内容,机电一体化技术是指 包括技术基础、技术原理在内的、使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。 机电一体化产品是指采用机电一体化技术,在机械产品基础上创造出来的新一代机 电产品。 因此,在机械制造类专业技术人才的培养上,不仅要求学生学习和掌握如计算 机技术、微电子技术检测传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术和系统总体技术 等方面的新知识、新技术,而且对机电一体化产品机械制造过程、控制过程等必备 的知识,要用新的观念,重新进行科学的优化组合,并在实践中尽快地把理论知识 转化为应用能力。本书中的实验就是为满足这一需要而开出的。 在《机电一体化设计》这门课程中,产品设计主要以典型机电一体化产品—— 数控机床为基础,为了配合《机电一体化设计》的实验教学,我们编制的这本实验指 导书主要包括两部分内容: 第一部分为典型机电一体化产品简介,主要介绍数控铣 钻床 XK713 和教学数控车床 CK9330 、加工中心的系统组成结构及其控制; 第二 部分为实验内容,实验主要使学生能利用计算机等信息技术与工具对机电一体化产 品制造过程的状态进行检测、分析与控制,加深对机电一体化产品机械加工过程动 态特性的理解,包括五个实验即丝杠副传动误差的在线验收、加工过程误差的统计 分析、加工过程误差的补偿、加工过程误差的诊断、螺纹数控加工的仿真。 实验在计算机辅助误差测控仪(EMCD—IV型)上进行。该仪器与计算机 (IBM/PC486 以上)配合构成一套实验系统,可为机械制造类本科生的重要专业课 《机电一体化设计》开出多个实验。这些实验综合应用多学科知识,使学生在高科 技环境中,培养提高综合素质,增强学习热情。 由于时间和水平有限,书中会有不少缺点,请读者批评指正,以待今后更加完善. 祁文军 2005.6
素质教育需增强,实验仪器应先行。 机电一体化教学科研仪器 计算机辅助误差测控仪 一机多能,培养综合素质
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实验注意事项 1,测控仪控制柜的机壳在内部与电源插头的地端相连,因此,测控仪电柜上电前应确保供电插 座提供可靠的地电位(最好用试电笔测一下),以免机壳带电。此外,应保证控制柜与计算 机、机械本体的接线插头可靠连接。 2.,在使用控制电柜上的键盘控制机械本体进行运动时,注意丝杠不要运动到极限点,以免丝杠 卡死。计算机软件操作工具箱中的控制按钮设有自动检测功能,丝杠运动到头后可以自动 停止。建议使用软件操作工具箱中的控制按钮进行操作 3.每次进行“实时测量”前,应检查剩余丝杠长度是否足够进行测量,若不够就用软件操作] 具箱所示的箭头方向后退,因为测量过程是不能中断的。若万一在实时测量过程中发现剩 余丝杠长度不够时,可立即关闭控制柜后面板上的电源开关,退出实时测量,然后重新开 启控制柜电源,用软件操作工具箱所示的后退箭头调整坐杠位置后再进行实验, 4. 每次开始实哈之前,最 好先用软件操作工具箱中的控制按钮控制丝杠前后来回运动几次,以 使机械本体处于良好啮合状态 5.测控仪机械本体应特别注意防尘,定期添加润滑油。 6.测控仪控制电柜应安放在通风散热条件较好的地方,搬运过程中应防震、防潮。 常见故障的处理 1.若安装Emcd后,程序不能正常工作,请检查该计算机是否安装有VC+5.0及其以下版本 的软件,若已安装有VC+5.0及其以下版本的软件,请卸载VC后,从新安装Emcd。 2。若程序运行中出现“卡死”的提示,请检查机械本体是否真的有卡死现象,若有请尽快排除 机械故障:若没有机械故障,请检查电缆接线是否按说明连接正确。注意:电缆接线不要 误接在计算机的并行接口上。 3.程序运行中若发现剩余丝杠长度不够时,可立即关闭控制柜的电源开关,以免丝杠卡死。然 后退出Emcd,再重新进入Emcd。若重新进入后不能驱动丝杠运动,则可关闭控制柜的电 4,若出现其他故障,应及时报告教师
iv 实验注意事项 1. 测控仪控制柜的机壳在内部与电源插头的地端相连,因此,测控仪电柜上电前应确保供电插 座提供可靠的地电位(最好用试电笔测一下),以免机壳带电。此外,应保证控制柜与计算 机、机械本体的接线插头可靠连接。 2. 在使用控制电柜上的键盘控制机械本体进行运动时,注意丝杠不要运动到极限点,以免丝杠 卡死。计算机软件操作工具箱中的控制按钮设有自动检测功能,丝杠运动到头后可以自动 停止。建议使用软件操作工具箱中的控制按钮进行操作。 3. 每次进行“实时测量”前,应检查剩余丝杠长度是否足够进行测量,若不够就用软件操作工 具箱所示的箭头方向后退,因为测量过程是不能中断的。若万一在实时测量过程中发现剩 余丝杠长度不够时,可立即关闭控制柜后面板上的电源开关,退出实时测量,然后重新开 启控制柜电源,用软件操作工具箱所示的后退箭头调整丝杠位置后再进行实验。 4. 每次开始实验之前,最好先用软件操作工具箱中的控制按钮控制丝杠前后来回运动几次,以 使机械本体处于良好啮合状态。 5. 测控仪机械本体应特别注意防尘,定期添加润滑油。 6. 测控仪控制电柜应安放在通风散热条件较好的地方,搬运过程中应防震、防潮。 常见故障的处理 1. 若安装 Emcd 后,程序不能正常工作,请检查该计算机是否安装有 VC++5.0 及其以下版本 的软件,若已安装有 VC++5.0 及其以下版本的软件,请卸载 VC 后,从新安装 Emcd。 2. 若程序运行中出现“卡死”的提示,请检查机械本体是否真的有卡死现象,若有请尽快排除 机械故障;若没有机械故障,请检查电缆接线是否按说明连接正确。注意:电缆接线不要 误接在计算机的并行接口上。 3. 程序运行中若发现剩余丝杠长度不够时,可立即关闭控制柜的电源开关,以免丝杠卡死。然 后退出 Emcd,再重新进入 Emcd。若重新进入后不能驱动丝杠运动,则可关闭控制柜的电 源,试着用手拧动丝杠。 4. 若出现其他故障,应及时报告教师
实验课的要求 1.实验课前的准备工作 学生在每次实验课前,必须认克预习,具体要求是: ·阅读实验指导书,明确实验的目的与要求,并结合实验原理复习有关理论,了解实验的方 法和步骤,以避免实验的盲目性 ·了解实验中所用仪器设备的作用和使用方法。 2.实验过程中的工作 ·实验中测量数据和调整仪器要胆大心细,一丝不苟,认真观察仪器工作情况和屏幕显示的 情况,随时分析研究实验结果的合理性 如发现异常情况,应及时查找原因 ·实验完毕,将显示结果和实验数据请救师审核,认可后,按要求关机,切断电源,并将仪 器设备排放整齐。 ·注意人身和设备安全,发生事故或出现异常现象,应立即停机,报告教师处理。 3.实验课后的整理工作 整理工作主要是撰写实验报告,这是实验工作的全面总结,应认真完成。 实验报告的内容应包括: ·实验名称、日期、班级、姓名。 ●实验方法及步骤:简述一般方法、步骤和工作原理,画出工作简图 。写出主要仪器设备名称、规格(或编号)。 实验数据记录与处理。(校实验要求 实验结果整理与分析。(按实验要求) ·写出实验的收获、心得体会或建议(不少于400字),包括:记录实验中出现的问题、现象 及故障的处理分析、对实验仪器装置和实验方法等的建议
v 实验课的要求 1.实验课前的准备工作 学生在每次实验课前,必须认真预习,具体要求是: ⚫ 阅读实验指导书,明确实验的目的与要求,并结合实验原理复习有关理论,了解实验的方 法和步骤,以避免实验的盲目性。 ⚫ 了解实验中所用仪器设备的作用和使用方法。 2.实验过程中的工作 ⚫ 实验中测量数据和调整仪器要胆大心细,一丝不苟,认真观察仪器工作情况和屏幕显示的 情况,随时分析研究实验结果的合理性,如发现异常情况,应及时查找原因。 ⚫ 实验完毕,将显示结果和实验数据请教师审核,认可后,按要求关机,切断电源,并将仪 器设备排放整齐。 ⚫ 注意人身和设备安全,发生事故或出现异常现象,应立即停机,报告教师处理。 3.实验课后的整理工作 整理工作主要是撰写实验报告,这是实验工作的全面总结,应认真完成。 实验报告的内容应包括: ⚫ 实验名称、日期、班级、姓名。 ⚫ 实验方法及步骤:简述一般方法、步骤和工作原理,画出工作简图。 ⚫ 写出主要仪器设备名称、规格(或编号)。 ⚫ 实验数据记录与处理。(按实验要求) ⚫ 实验结果整理与分析。(按实验要求) ⚫ 写出实验的收获、心得体会或建议(不少于 400 字),包括:记录实验中出现的问题、现象 及故障的处理分析、对实验仪器装置和实验方法等的建议
目录 前言. 实验注意事项。 .m 实验注意事项 I 常见故障的处理。 .IV 实验课的要求 第一部分机电一体化产品简介 第一章数控教学铣床简介 第二章数控教学车床介绍 .3 第二部分实验内容 .5 实验系统简介. 5 实验一丝杠副传动误差在线验收 0 实验二加工过程误差的统计分析 14 实验三 加工误差源的 20 实验四动态测量与实时补偿 实验五螺纹数控加工仿真 .26
6 目 录 前 言 . II 实验注意事项 .III 实验注意事项 .IV 常见故障的处理 .IV 实验课的要求 . V 第一部分 机电一体化产品简介 . 1 第一章 数控教学铣床简介.1 第二章 数控教学车床介绍.3 第二部分 实验内容 . 5 实验系统简介.5 实验一 丝杠副传动误差在线验收.10 实验二 加工过程误差的统计分析 .14 实验三 加工误差源的诊断.20 实验四 动态测量与实时补偿.22 实验五 螺纹数控加工仿真.26
第一部分机电一体化产品简介 第一章数控教学铣床简介 一、XK713型教学数控铣床基本结构(见图1-1) 控板卡 控制板卡 打印机 OUT aaa■ 计算机 -用Q X轴、Y轴、 轴步进电 机 主轴电机 淘田因口门国门图超 操作面板 X、Y、Z轴 空气开关、接触器、PLC 向行程开关 熔断器、驱动电器等 软件操作 机电柜 图1-1数控教学铣床系统框图
1 第一部分 机电一体化产品简介 第一章 数控教学铣床简介 一、 XK713 型教学数控铣床基本结构(见图 1-1) 计算机 图 1-1 数控教学铣床系统框图 打印机 口 LPT 控制板卡 X 轴、Y 轴、 Z 轴步进电 机; 主轴电机 X、Y、Z 轴 向行程开关 打印机 口 LPT 操作面板 软件操作 界面 空气开关、接触器、PLC、 熔断器、驱动电器等 机床电柜 控制板卡
二、机床主要技术规格: 工作台尺寸 300cm×1000cm ×轴最大行程 600mm y轴最大行程 300mm z轴最大行程 80mm 主轴电机功率 0.75kW 主轴转速 200、500、880、2180r/mm 最大钻孔直径 Φ3-Φ15 三、学习内容 了解机床基本结构,分析机床的五大内部功能:主功能、动力功能、计测功能、 控制功能和构造功能各由哪部分实现
2 二、 机床主要技术规格: 工作台尺寸 300cm×1000cm x 轴最大行程 600mm y 轴最大行程 300mm z 轴最大行程 80mm 主轴电机功率 0.75kW 主轴转速 200、500、880、2180r/mm 最大钻孔直径 Φ3 – Φ15 三、 学习内容 了解机床基本结构,分析机床的五大内部功能:主功能、动力功能、计测功能、 控制功能和构造功能各由哪部分实现
第二章数控教学车床介绍 一、CK9330数控机床基本构造 控制板卡 计算机 =用Q X轴、Z轴 步进电机: 主轴电机 操作面板 X、Z轴向 一行程开关 空气开关、接触器、PLC 熔断器、驱动电器等 机床电柜 图2-1数控教学铣床系统框图 二、 机床主要技术规格
3 第二章 数控教学车床介绍 一、 CK9330 数控机床基本构造 计算机 图 2-1 数控教学铣床系统框图 二、 机床主要技术规格 打印机 口 LPT 操作面板 软件操作 界面 空气开关、接触器、PLC、 熔断器、驱动电器等 机床电柜 控制板卡 X 轴、Z 轴 步进电机; 主轴电机 X、Z 轴向 行程开关
床身上最大工件回转直径:300mm 最大工件长度:500mm 刀架上最大工件回转直径:140mm 主轴通孔直径:26mm 主轴孔莫氏锥度:N0.4 刀架最大横向行程:160mm 刀架最大纵向行程:100mm 尾座套筒的最大移动量:40mm 尾座套筒内孔莫氏锥度:N0.3 主轴转速级数:6 主轴转速范围:160一1600r/min 电机:550 净重: 外型尺寸: 三、学习内容 了解机床基本结构,分析机床的五大内部功能:主功能、动力功能、计测功能、 控制功能和构造功能各由哪部分实现」
4 床身上最大工件回转直径:300mm 最大工件长度:500mm 刀架上最大工件回转直径:140mm 主轴通孔直径:26mm 主轴孔莫氏锥度:N0.4 刀架最大横向行程:160mm 刀架最大纵向行程:100mm 尾座套筒的最大移动量:40mm 尾座套筒内孔莫氏锥度:N0.3 主轴转速级数:6 主轴转速范围:160—1600r/min 电机:550 净重: 外型尺寸: 三、 学习内容 了解机床基本结构,分析机床的五大内部功能:主功能、动力功能、计测功能、 控制功能和构造功能各由哪部分实现