基于实验教学的机电一体化系统探析

发布时间：2020-07-11 18:28

【摘要】：先进而适用的教学实验设备是培育高素质的机电一体化技能人才的需要。随着机电一体化技术的不断发展和广泛应用，社会对高素质机电一体化技术人才的需求越来越大，客观上要求我们加强此类人才的培养。本文探析了我国当前机电类专业的教学状况及其对机电一体化教学实验设备的要求，同时针对现在很多学校的一体化教学设备注重理论实验缺少实战性的问题，提出了一种面向实验教学并能够很好的应用于实际，接近实际机电产品的组装调试过程的机电一体化MHD系统的设计方案，并加以研制。首先，本文根据当前我国中等职业学校机电一体化专业的教学现状，提出了具有实用性、开放型特点的MJD机电一体化实验教学系统的设计思路，并对该实验系统的结构和布局进行了总体设计。其次，本文对该实验系统的加工中心(MC)机械本体和开放式电气控制系统进行了研究。文中详细分析了机电一体化四轴工作台、加工中心主轴、转盘式刀库和液压换刀机械手的工作原理，按照模块化方法逐一对它们进行了结构设计。接着，本文对系统中信息处理单元—FX_(2N)-80MT可编程控制器(PLC)的性能进行探讨，对其控制功能的实现方法进行了研究，在此基础上设计了PLC基本输入输出控制电路；值得指出的是此系统在设计中配备了一个附加的两轴连动控制，在研究了两轴联动控制的原理后，利用两轴联动位置控制模块及其它有关设备，自主设计了步进电机两轴联动控制电路，这使得多面加工可以执行；然后，在对步进电机的分频控制原理作进一步的研究，设计了带频率细分功能的步进电机控制电路，提高了该系统的控制精度；此外，作者还在课题中分析了交流伺服电机的控制方法以及变频调速原理，设计了伺服控制电路和变频调速控制电路。再次，在课题里对PLC与PC通信技术的原理和实现方法进行了研究，在实验系统加工中心选刀和换刀动作控制的实例基础上，具体提出了PLC通信技术在两级控制系统中的应用以及两级系统的控制原理和方法。最后，作者在文章中列举了数个典型的机电一体化教学实验来演示该实验系统的功能，并对MJD机电一体化四轴工作台的运动仿真进行了初步研究。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH-39
【图文】：

机电一体化系统

飞飞介沙{几子华华图2一1机电一体化系统结构机电一体化系统主要由以下几部分构成，如图2一1所示。(1)机械本体机电一体化产品中一定有运动机械，包括传动机构和运动机械本体。采用电子技术使运动机械实现柔性化和智能化，实现在重载条件下的微小运动和复杂运动是机电一体化追求的目标。(2)驱动元件驱动运动机械动作。有气动、电动和液压等不同驱动方式。(3)检测元件检测运动机构或其他需要监测的物理量，并将信息送回信息处理与控制部分，作为发送控制信息的依据。(4)信息处理与控制部分进行信息处理与控制的核心，犹如人的大脑。其

原理图,实验教学系统,机电一体化,原理图

基于实验教学的机电一体化系统的探析模块组成，整体上相当于一个微型教学实验加工中心(MC)，系统原理如图2一2所示。该实验系统采用与工业生产中实际机电系统相一致的结构模式和元件，其系统构成如图2一3所示。例如，系统采用微机和PLC两级控制模式，硬件由微机、控制柜和微加工中心组成;电气元件包括:继电器、接触器、断路器、直流电源、伺服电机、步进电机、变频器等常用器件;机械部件包括:滚珠丝杠、直线导轨、行程开关以及齿轮泵、液压缸、电磁阀等常用部件。l|习广|||||||Ji|主主抽抽抽刀产丰丰丰机械手手图2一 2MJD机电一体化实验教学系统原理图总的说来，作者设计的MJD机电一体化实验教学系统具有如下特点:(1)综合性。覆盖面广，综合性强。MJD系列机电一体化教学实验系统的实验内容涉及机械、电气、液压、计算机技术、通讯技术等方面的知识，综合性强。如:机械工作台的基本组成结构、工作原理及控制方法;基本继电器接触器控制电路、PLC及其应用、PLC与Pc通讯、变频调速控制、交流伺服电机及驱动控制、步进电机及驱动控制、两轴联动控制、各机械坐标轴的控制以及主轴控制等等。(2)开放性。模块化结构适合创新性设计。MJD系列机电一体化教学实验系统的电气控制实验柜在设计上采用模块化结构，而且按功能进行分块。如:PLC区、继电器接触器区、x轴控制区、Y轴控制区、Z轴控制区、C轴控制区、按钮指示灯区等。这些模块既相对独立

机械结构,直线轴承,滑台,限位开关

基于实验教学的机电一体化系统的探析再由滚珠丝杠带动滑台作直线进给运动。X轴的机械结构如图3一2所示。滑台与三个直线轴承套联结，由两根相互平行的直线轴承支撑，每根直线轴承由两个支承固定;滑台垂直方向上所受的力通过直线轴承传递给支承，再传递到底座上;直线轴承不仅承受了X轴滑台垂直方向上的力，还对滑台的运动起导向作用。为了限定工作台在规定的范围内运动，在X向导轨的两个极限位置设置两个接近开关作为限位开关，当工作台接近限位开关时，限位开关发出极限位置报替信号，由控制系统进行处理;同样，还设置了另一个接近开关作为工作台X轴向的原位检测开关。Z轴和Y轴上的位置检测开关的设置跟X轴是相同的。同时

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