实验报告(空白)(1)

上 海 开 放 大 学

季）机械电子工程专业

《机电一体化系统设计》

实 验 报 告

分 校 _______________ 姓 名 _______________ 学 号 _______________ 日 期

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实验一．机械结构训练

一、实验目的

1、掌握数控机床的工作原理。 2、掌握数控机床的基本结构。 3、熟悉数控机床机械传动过程。 二、实验设备

CK6140数控车床 三、实验要求

1、了解数控机床的内部结构和工作原理 。

2、熟悉机床里的传动结构，了解了机床的变速原理。 3、回答指导老师提出的问题。 四、实验内容

CK6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠丝杠和床身。

1、主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。

2、进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。

3、丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。 4、溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。

5、刀架：刀架部件由几层刀架组成，它的功能是装夹刀具，使刀具作纵向、横向或斜向进给运动。

6、尾座：安装作定位支撑用的后顶尖、也可以安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。

7、床身：在床身上安装着车床各个主要部件，使他们在工作是保持准确的相对位置。 五、结论

画出数控车床传动系统图

实验二．传感器选择及应用

一、实验目的

1、了解数控机床的常用传感器类型。 2、掌握典型传感器的工作原理。 3、熟悉数控机床传感器的功能和作用。 二、实验设备

CK6140数控车床 三、实验要求

1、了解数控机床的内部结构和工作原理 。

2、熟悉机床里的传动结构，了解了机床的变速原理。 3、回答指导老师提出的问题。 四、实验内容

1、脉冲编码器是一种角位移（转速）传感器，它能够把机械转角变成电脉冲。脉冲编码器可分为光电式、接触式和电磁式三种，其中，光电式应用比较多。X 轴和Z 轴端部分别配有光电编码器，用于角位移测量和数字测速，角位移通过丝杠螺距能间接反映拖板或刀架的直线位移。

2、光栅尺是利用光的透射和反射现象制作而成，常用于位移测量，分辨力较高，测量精度比光电编码器高，适应于动态测量。在进给驱动中，光栅尺固定在床身上，其产生的脉冲信号直接反映了拖板的实际位置。用光栅检测工作台位置的伺服系统是全闭环控制系统。

3、旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连续函数关系的感应式微电机。旋转变压器由定子和转子组成，具体来说，它由一个铁心、两个定子绕组和两个转子绕组组成，其原、副绕组分别放置在定子、转子上，原、副绕组之间的电磁耦合程度与转子的转角有关。

4、感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理制成的。其功能是将角度或直线位移转变成感应电动势的相位或幅值，可用来测量直线或转角位移。

5、测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置。它能把机械转速变换成电压信号，其输出电压与输入的转速成正比关系。在自动控制系统和计算装置中通常作为测速元件、校正元件、解算元件和角加速度信号元件等。自动控制系统对测速发电机的要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。

五、结论

根据实验回答下列问题：

1、脉冲编码器的信号连接和信号输出有哪些？ 2、光栅尺信号主要有几种？

3、消除旋转变压器输出特性曲线畸变的方法是什么？何为二次补偿法？

4、画出感应同步器反馈的数控车床系统框图 5、测速发电机的性能指标有哪些？

实验三．PLC 的编程及应用

一、实验目的

1、掌握数控机床的PLC 控制原理。 2、掌握数控机床的PLC 控制程序设计。 3、熟悉数控机床PLC 控制程序的调试和修改。 二、实验设备

CK6140数控车床 三、实验要求

1、了解数控机床的PLC 的类型。 2、熟悉机床里的控制过程。 3、回答指导老师提出的问题。 四、实验内容

1、数控车床主轴系统过程分析，主轴的控制包括正转、反转、停止、制动等。要求按正转按钮即电动机正转；按反转按钮时电动机反转；按停止按钮时电动机停止；并控制制动器制动2s ；按下冲动按钮电动机正转0.5s ，然后停止；电动机过载报警后正/反转和冲动按钮均无效。

2、输入、输出端子分配情况，输入寄存器：X1.4-正转， X1.5-反转， X1.6-停止， X1.7-冲动，X8.5-报警；输出寄存器：Y5.0-正转， Y5.1反转， Y5.2-制动，Y5.3-松刀。

3、主轴系统继电器接触器控制电路如下图所示。

主轴电动机

五、结论

根据控制电路设计出PLC 控制梯形图并写出语句表。

实验四. 电气及气动的布线与接口

一、实验目的

1、了解数控机床主轴电气控制电路的组成和特点； 2、掌握主轴伺服电气控制系统的连接和调试；

3、熟悉数控机床主轴控制电路系统的主要参数及性能指标。 二、实验设备 CK6140数控车床 三、实验要求

1、掌握交流伺服电机变频调速原理； 2、掌握交流变频驱动器的功能及主要参数；

3、完成数控车床主轴电气控制系统的连接和参数调试。 四、实验内容

交流伺服主轴控制的原理如下图所示，数控系统向主轴驱动单元发出速度指令，驱动单元将该指令与旋转编码器检测出的实际速度相比较，经数字化的速度调节器和磁链函数发生器运算，得到转子当前的希望力矩与希望磁链矢量，再分别与实际力矩、磁链运算结果相比较，且经过力矩、磁链调节器运算得到等效直流电动机(两相旋转轴系) 的转矩电流分量和励磁电流分量，经换算进入两相静止轴系，最后经2/3矢量变换进入三相静止轴系，得到变频装置的三相定子电流希望值，通过控制SPWM 驱动器及IGBT 变频主回路使负载三相电流跟随希望值，就可以完成主轴的速度闭环控制。

主轴系统控制框图

五、结论

画出主轴变频控制系统的电气图