机械电子实验课

机械电子实验课（机械电子工程方向）机电与信息研究所2005年10月PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn目录前言...........................................1第一章数控技术...........................................................................4第一节数控编程......................................................................4第二节数控装置的轨迹控制原理............................................9第三节数控机床中的进给伺服系统........................................16第二章机床电气自动控制…………………………………………….21第一节可编程序控制器（PLC）实验的相关知识..................21第二节交流异步电机变频调速...............................................32第三章单片机原理及应用...............................................................38第一节单片机的指令系统.......................................................38第二节输入/输出端口.............................................................43第四章机械CAD/CAM技术...........................................................47第一节计算机图形变换原理...................................................47第二节机械零件的三维CAD造型.........................................54第三节CAD/CAM的综合设计................................................56第五章机器人的结构分析...............................................................59第一节工业机器人的组成........................................................59第二节机器人的结构类型........................................................61第六章机电一体化系统设计...........................................................68第一节概述...............................................................................68第二节机电一体化的稳态设计.................................................69第三节机电一体化系统的动态设计..........................................80第二部分实战篇………………………………………………………………85《机械电子实验课》教学大纲...........................................................86学生实验守则.....................................................................................91实验1数控机床手工编程实验.......................................................92实验2直线（圆弧）插补实验.....................................................102实验3可编程序控制器编程及运行操作......................................108实验4组合机床顺序控制系统设计及模拟调试...........................110实验5机械手时间顺序控制系统设计及模拟调试.......................113实验6异步电动机变频调速........................................................115实验8插值算法及复合变换程序实验.........................................117实验9机械零件的三维CAD造型实验.........................................125实验10气动机械手机械结构分析实验.........................................127实验11机电一体化系统稳态设计.................................................129PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn实验12步进电动机基本原理实验.................................................139实验13电机控制系统实验............................................................144实验14CAD/CAM综合设计.............................................................147实验15气动机械手自动控制实验.................................................150实验16机电一体化系统动态设计.................................................152实验17直线一级倒立摆运动分析.................................................163第三部分附录附录1广泰数控铣床模拟仿真软件使用说明书----------------------227附录2步进电动机脉冲分配程序---------------------------------------263附录3E6000软件的使用方法-------------------------------------------266附录4步进电机脉冲分配参考程序-----------------------------------273附录5机械电子实验课实验报告格式---------------------------------278PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn前言21世纪世界经济发展中最激烈的竞争，不仅表现在生产和科技领域中，同时也集中在培养人才的教育领域，特别是高等教育领域上。教育学家提出了21世纪高等学校培养学生的目标是：具有合理的知识结构、较强的能力，较好的思想道德素养、文化素养和身心素质。教育部在对机械专业学生的业务培养要求中强调了“具有较强的自学能力和创新意识”。面对如此的挑战，教育机构就必须进行教学改革，而改革的中心是培养高素质的人才。综观我国目前的高等教育，虽然取得了长足的发展，但仍存在着“四重四轻”现象，即：重理论轻能力、重书本轻创新、重主导轻主体、重局部轻全局。还在一定程度上造成培养出来的学生与社会需要相脱节，动手能力差，缺乏自我创新和开拓精神。为了扭转这一状况，培养既能适应21世纪市场经济大环境，又具有综合能力和创新能力的优秀人才，必须对原有的专业实验进行相应的改革。通过认真讨论机械电子工程方向的实验教学改革思路，我们认为：机械电子工程方向实验教学改革应紧紧围绕着“提高学生创新能力及培养学生的综合素质”这个方向来进行。为此，我们确定了机械电子工程方向的专业实验教学改革的思路是：以能力培养为中心、以学生为主体，注重理论与实践的结合，强化以机电结合为主的综合能力培养，促进学生个性及创造性发展。提出了机械电子工程方向实验教学独立设课的这种新型的实验教学模式。该实验独立设课涵盖了“机械工程控制基础”、“测试技术”、“单片机原理与接口技术”、“数控技术”、“计算机辅助设计与制造”、“机械电气自动控制”、“工业机器人”、“机电一体化系统设计”、“数控机床及编程等机械电子工程专业的部分基础课程和全部专业课程。整个实验课由两大模块组成：基础实验模块和综合实验模块。基础实验模块部分的实验随相应课程教学进度进行，主要是让学生掌握相关专业课程的基本的实验手段与实验方法，进一步加深对专业基础课的理解，对后续课程的学习打下良好的基础。综合实验模块部分设计为开放性实验，不安排固定的时间和固定的实验项目，只确定实验学时数。由学生按自己的兴趣及能力在相同学时的实验中选择不同类型的实验项目。通过一系列机电一体化相关技术的实验，使学生在实验过程中系统地学习、掌握有关机电一体化技术基础知识，其目的是培养学生综合利用基础知识和技能来分析和解决工程实际问题的能力。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第一部分理论篇PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn第一章数控技术数控技术(Numericalcontrol)----是指用数字信号构成的控制程序对某一对象进行控制的一门技术，简称NC（NumericalControl）。所控制的量有：位移、角度、速度等机械量，也可以是温度、压力、流量、颜色等物理量。这些量可经A/D转换，用数字信号表示。第一节数控编程一、数控编程的步骤将从零件图样到程序检验前的全部过程称为数控加工的程序编制，简称数控编程。其步骤包括：图1-1数控编程的步骤1、分析零件图纸并进行相应的工艺处理对零件图进行分析明确加工内容及要求；包括：确定加工方案、选择适合的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量。2、数学处理按已确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出所需的输入数控装置的数据。即获取刀位数据（主要进行基点和节点的计算）3、编写程序单根据数控系统规定的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序单。4、制作程序介质把编制好的程序单上的内容记录在控制介质上作为数控装置的输入信息。5、程序检验检查机床运动轨迹与动作的正确性。6、首件试切检验零件分析、数学处理、程序编写及介质制作中存在的错误并及时解决。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建www.fineprint.cn二、数控编程的方法程序编制的方法包括手工编程和自动编程两种。用人工完成程序编制的全部工作（包括通过计算机辅助进行数值计算）称为手工编程。在自动编程中，编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。自动编程适用于：Ø形状复杂的零件，Ø虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）Ø虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）三、数控编程的坐标系及其方向设定1、数控机床坐标轴和运动方向的规定ISO和中国标准规定：n