机电一体化技术与系统实验指导书.doc

实验一、机电系统教学实验台实验一、实验目的1、了解机电一体化系统设计相关技术、设计方法； 2、理解、掌握机电一体化系统组成。二、实验设备（一）、系统概述 该实验设备为一台模拟的自动生产线，集机械、气动、PLC控制、交流调速和传感器等技术为一体，是一台典型的机电一体化产品和理想的教学实验设备。 设备设四个工位，第一工位是上下料工位，第二至第四工位是模拟加工工位，为节省空间尺寸，仅在第三工位安装了加工单元，工件为3 5×3 5×8mm的方形铝件，料库中可存放1 5个工件。自动循环过程是： 1、卸料阻挡定位块升起； 2、机械手爪抓取己加工工件、提升、旋转至卸料位，松开工件，工件由坡形滑道滑入工件箱内； 3、卸料阻挡定位块下降； 4、机械手爪转至取料位、下降、抓取工件、上升并旋转至工作台的上料位、下降、放入待加工工件； 5、刀具旋转、快进； 6、刀具工进； 7、刀具延时停留： 8、刀具快退、停转； 9、旋转工作台定位销松开； 10、工作台旋转90O； 11、工作台定位销定位锁紧； 12、推料缸送出一个工件至取料位。（二）、装置机械机构机械系统分为四个主要部件：1、 刀具及进给部件如图1所示，刀具旋转由一台220V、6W的交流电机驱动。转轴前端有钻夹头，安装一把钻头作为刀具。转轴由一个带导向杆的气缸带动，从而完成进给运动。导杆气缸上装有三个磁性开关，检测原位、快工进转换及延时停留位。通过二位三通电磁阀的切换，便可使刀具实现快速进给和工作进给。图1 刀具及进给部件示意图2、 工作台部件如图2所示，工作台上设有四个工位，其中一个为上下料位，与之成1800的工位是加工位，另外两个工位可增设其他加工刀具。工作台由可调速电机驱动，采用一台220V、6W的交流电机，通过I=50的减速器带动台面旋转，该电机有调速系统，调整范围是0350转/分。工作台由定位气缸实现工作台的定位夹紧。气缸上装有两个磁性开关，检测定位和松开两个位置。台面下段还装有三个传感器，一个接近开关检测台面的900换位，另两个光点开关检测上下料位和加工位的工件有无。3、 运料机械手部件如图3所示，该机械手属四自由度机器人。旋转气缸使大臂可在上料位、卸料位和取料位三个位置间旋转、停留。因此，旋转气缸上分别装有三个检测开关，升降气缸使机械手升降，实现提起和放下工件的动作，并有两个开关检测；机械手爪采用指形气缸并装有相应夹爪，实现夹紧和松开工件的运动，也由两个开关检测。为使大臂在卸料处停转，还设置了卸料阻挡气缸。当需要卸料时，则挡块升起，挡住大臂；落下时，可允许大臂转至料库的取料位。因此，这两个动作位置也由两个磁性开关检测。图2 工作台部件示意图图3 机械手示意图 4、料库部件如图4所示，料库可存放l5个工件。出料时，推料气缸通过推杆将最下一层的工件推出，沿着出料导槽送到取料位，挡块使工件准确定位。当推杆在气缸牵引下缩回后，料库中的工件下降一层，以备下次推料。除推料气缸装有两个位置检测开关外，在料库的存料位置和取料位置分别装了两个接近开关，以检测料库和取料位处是否有料。图4 料库部件示意图三、实验要求通过手动和自动两种方式完成所有运动四、实验步骤 在接线检查无误后，合上交流220V和直流24V的电源开关，并将PLC主机右侧小活动门内的开关置于“RUN"的位置。然后，把操作箱上的总开关接通。此时，设备处于待机运行状态。 实验台分手动和自动两种运行状态，通过手自动切换开关进行选择。 手动模式：PLC执行手动程序，拨动或按下操作箱上某个开关或按钮，相应的机械部件就会按照该开关(或按钮)的标牌提示的动作运动。手动模式主要用于调整和检查各传感器的位置是否正确，以及发生故障时的调整和检查。 自动模式： (1)顺时针旋转急停按钮，释放此开关； (2)将各手动开关均置于向右上方倾斜的位置； (3)按下复位按钮，使实验台各部件回到自动循环的初始状态； (4)按下启动按钮，系统即开始自动循环。需终止循环时，按下急停按钮。五、实验台注意事项1、设备要放置在干燥、少尘的实验室内，湿度不应大于40。2、设备通电后，不要用导电物体接触带电区域。3、搬运时，轻搬轻放，不要产生大的振动。4、学生进行接线实验后，必须检查有无短路和松接现象。5、定期排放三联件中空气过滤器中的积水。6、三联件中的油雾器严禁注油(因所选元件均为无给油气缸)。7、在进行气动原理及接管实验时，注意不要将异物落入接头之内。如果软管拔出时间较长，应用棉花将接头塞住，以防杂物落入接头之内。8、软管接头属快速插拔接头，插入软管时，将软管插入接头，待有一次顿挫后轻轻将软管向外拉，软管即被紧住。在拔出软管时，必须先将软管向接头方向推，然后将接头口处的锁片向接头方向压入，最后拔出软管。否则，很容易损坏接头。9、机械部件中的定位伸缩杆、手爪阻挡杆及手爪升降导向杆处定期滴三滴润滑油，以防杆件生锈。附输入输出信号关系表实验二、KJ223A型机械手模型实验一、实验目的了解机电一体化系统设计相关技术、设计方法，培养学生对PLC控制系统硬件和软件的设计。二、实验设备（一）、主要技术参数1、电源：AC220V±10(带保护地三芯插座)2、气源压力：0.60.8MPa3、手动控制功能：由操作面板按钮完成4、自动控制功能：按下启动按钮后系统自动完成5、外形尺寸：800×500×500（二）、装置简介装置由气动组立机械手、自动供料盘、接料盘、操作面板和控制系统组成，如图1所示。图1气动组立机械手分别由五个不同类型的气缸组成，它们是：水平(X轴)移动滑台气缸、垂直（Y轴）移动滑台气缸、夹爪转动(Z轴)回转气缸、平行机械夹、手臂转动回转气缸，是一个五轴四位置的机械装置。可以完成零组件的组装、检测、移送等任务。 自动供料盘由旋转料盘、步进电机及驱动器、定位传感器、零组件传感器和传动轮等组成。它可以将料盘上的零组件以步进方式自动定位在固定位置。 接料盘是机械手操作零组件的平台。操作面板由启动按钮和手动按钮组成。通过它可以完成机械手自动运行的启动和机械手各部位的手动操控。 控制系统由控制器(通常为PLC，也可配备其他类型的逻辑控制装置)、传感器、电磁阀、端子板和直流电源等组成。控制器接收设在机械手上各部分传感器的信号并通过预先设定的程序控制电磁阀对气路的切换，实现机械手的各种动作；控制器还对自动供料盘进行控制以协调机械手的动作。（三）、实验台的调试 1、电磁传感器的调整 机械手由五个气缸组成，每个气缸都装有两个用于检测气缸位置的磁性开关，松开磁性开关的固定锣钉就可调整它的位置，亦可检测气缸的任意位置。可借助手动功能和磁开关上的指示灯来调整。 2、调速阀的调整 为了使机械手的动作速率和平稳性可以调节，在气缸的进气口都装有手动调速阀，顺时针旋钮进气流速慢，气缸动作慢；逆时针旋钮进气流速快，气缸动作快。调整合适后用锁母将调节锣钉锁紧。 3、缓冲器的调整 缓冲器用于限制气缸的极限位置，延长气缸的寿命。它通过气缸两端的限位锣钉和活塞装置实现限位和缓冲。松开锁紧锣母调节合适后再锁紧。 4、光电传感器的调整 供料盘上的物品由一个反射式光电传感器来检测，它的有效检测距离是lOOmm，在它的壳体上设有调节检测距离的调整锣钉，顺时针旋转检测距离长；逆时针旋转检测距离短。三、实验要求通过手动和自动两种方式完成所有运动四、实验步骤 1、将装置水平放置，卸去为运输而设的固定件，检查各紧固锣钉是否有松动或脱落。 2、接入电源并打开电源开关，观察电源指示灯、直流电源指示灯、PLC的RUN指示灯等均应正常显示，否则检查电源电压和电源保险管。 3、接入气源，观察压力表指针应在0.20.3MPa。否则下拉减压阀调节旋钮，旋转调节旋钮使气压在这个范围内(调好后将旋钮推回)。注意：接通气源时机械手有可能动作，避免事故。 4、将模拟零组件的料块放入供料盘相应位置，按下绿色启动按钮，装置将自动按以下步骤动作： (1)供料盘旋转定位。 (2)手臂回转前伸。 (3)手臂下降。 (4)手指回转张开。 (5)手指闭合夹物。 (6)手指旋转，手臂抬升。 (7)手臂回缩旋转。 (8)手臂前伸。 (9)手臂下降。 (10)手指旋转张开放物。 (11)重复步骤(1)(10) (12)供料盘无料块时机械手等待。5、通过手动按钮操纵机械手完成以上各种动作，并同时观察每个位置相应传感器的指示灯是否闪亮，否则调整传感器的位置以满足要求。机械手每个气缸的极限位置都装有缓冲器，当极限位置发生变化时可调整缓冲器的锣钉以满足要求。五、实验台注意事项 1、装置的电源应设有良好的保护接地或漏电保护器。2、装置的气源应使用洁净干燥的压缩空气，必要时需加装过滤装置。附录：电气配线图实验三、材料分拣装置实验一、实验目的了解机电一体化系统设计相关技术、设计方法，培养学生对PLC控制系统硬件和软件的设计与调试能力；分析和解决系统调试运行过程中出现的各种实际问题的能力。二、实验设备 该装置采用台式结构，配有控制器(PLC)、传感器(光电式、电感式、电容式、颜色、磁感应式)、旋转编码器、电动机、输送带、气缸、电磁阀、直流电源、空气过滤减压器等，构成典型的机电一体化教学装置。（一）、主要技术参数1、电源：AC220v±10(带保护地三芯插库)2、气源：0.2Mpa0.85Mpa洁净压缩空气3、分拣内容：(1)金属与非金属料块(2)某一颜色料块(3)金属中某一颜色料块(4)非金属中某一颜色料块(5)金属中某一颜色料块和非金属中某一颜色料块建议分拣颜色为：红、黄、蓝；建议分拣材料为：铁、铝、塑料4、外形尺寸：800X500X260（二）、装置简介 装置由料块仓库、电动输送带、自动分拣部件和控制器组成。 料块仓库是一个手动入库自动出库的部件。使用时可将料块放入仓库中，当光电传感器感测到料块时系统开始运行，即启动输送带并由出库气缸将库内最底层料块推入输送带。 电动输送带是由交流减速电机驱动的皮带式水平输送装置。它将料块匀速平稳的送至自动分拣部件。 自动分拣部件由传感器、旋转编码器、微犁直线气缸及滑道组成。当传感器检测到相应料块时，对应的气缸将其推入应去的滑道；当料块的材料或颜色为非分拣要求时，经旋转编码器计量后对应的气缸将其推入应去的滑道。控制器采用PLC。它接受仓传感器、各料块传感器、旋转编码器、气缸位置传感器的信号，根据要求分别控制输送带电机和各电磁换向阀。（三）、实验台的调试 (1)通电状态下，在第一个电感传感器下方的输送带上放置铁质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铁质材料的检出点。 (2)通电状态下，在第二个电容传感器下方的输送带上放置铝质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铝质材料的检出点。 (3)通电状态下，在第三个颜色传感器F方的输送带上放置某一颜色(如黄色)料块，按住传感器上的学习按钮，观察其窗口中黄红指示灯，当传感器上红色指示灯亮时，该灵敏点即为传感器对该颜色料块的检出点。否则还需松开传感器的固定螺钉，调整其上下位置再重复以上操作。 (4)将以上三种料块放入仓库中，装置运行。分别微调各传感器的前后位置，使对应气缸将料块恰好推入滑道中。调整时松开传感器架的固定螺丝，使传感器在滑轨上前后移动，凋整后将其固定。 (5)将蓝色料块放入仓库中，装置运行。如果第四套分拣部件气缸推料位置不准确，可通过修改程序中计数器设定值进行调整；方法如下：修改计数器中立即数，如果推料偏早，增加该值；如果推料偏晚，则减少该值。 (6)气源压力(气压表指示值)建议凋定在0.3Mpa。 (7)气缸进气口装有阻尼气阀，用于调整气缸作用力的大小。调节该阀手轮使气缸出力合适，伸缩自如。调整后将手轮下部螺母紧固。 (8)气缸上装有位置传感器，用于检测气缸的工作状态。静态时各气缸尾部的传感器指示灯发光，否则松开其紧固螺钉调整位置；将各气缸杆拽出到相应位置，对应前端传感器指示灯发光，否则调整其位置。调整后将各螺钉紧固。(9)输送带的松紧程度和偏移可由输送带末端的调整装置调整。三、实验要求完成各种所需运动四、实验步骤1、将装置水平放置，卸去提把。检查各紧固件是否有松动脱落。2、由空气过滤减压阀左侧进气口连接6软气管，另一端接气源。3、将电源线插入操作面板后插孔，另一端接电源(电源必须有良好的保护接地)。4、接通气源，向下拔出过滤减压阀的调节旋钮，左右旋转旋钮并观察压力表，将气压调整在O.2Mpa0.3Mpa，然后将调节旋钮复原。如发现有漏气现象立即检查气路连接处的密封情况。5、接通电源，电源指示灯、24V开关电源指示灯、PLC的RUN指示灯、气缸复位磁开关指示灯均应正常显示，否则检查电源保险管、气缸复位磁开关是否松动或偏移。6、运行PLC内的演示程序。将料块放入仓库中，按下启动按钮，装置将自动进行不同材料和不同颜色的分拣和归类。即从仓库出口沿着输送带的运行方向，第一套分拣部件将所有铁质红色料块存入第一个滑道中：第二套分拣部件将所有铝质黑色料块存入第二个滑道中：第三套分拣部件将所有塑料黄色料块存入第三个滑道中；第四套分拣部件将所有塑料监色料块存入第四个滑道中，当仓库中无料块时进行完一个分拣过程后自动停机，进入等待状态。如以上过程不能正常进行则需要进行传感器位置和控制程序中某些数据的调整。五、实验台注意事项(1)装置的电源应设有良好的保护接地或渊电保护器。(2)非专业人员不得擅自打开汇线槽和面板盒。(3)保证装置在清沽无尘的环境中。(4)定期更换过滤减压阀中的滤芯利放掉油杯中的水。 附录：电气配线图实验四、自动立体仓库教学装置实验一、实验目的了解机电一体化系统设计相关技术、设计方法，培养学生对PLC控制系统硬件和软件的设计与调试能力；分析和解决系统调试运行过程中出现的各种实际问题的能力。二、实验设备 该装置采用台式结构，由立体库位框架、巷道式高叉车、操作显示盘等组成，并配有控制器(PLC)、传感器(光电式、触点式)、步进电机、直流电机、键盘及驱动系统等，构成典型的机电一体化教学模型。（一）、主要技术参数 1、电源：AC220V±10(带保护地三芯插座) 2、手动控制功能：由键盘或操作杆完成 3、自动控制功能：由键盘设定，系统白动完成(PLC程序) 4、外形尺寸：800×500×500 （二）、装置简介 装置由双侧立体框架式库位、白动行走升降进出旋转叉车、手动操作杆(键盘)和控制系统组成。 立体框架式库位用于存放货物盘，并没有进出货缓冲区，每个库位均设有检测传感器，用于感知货物的有无。 白动行走升降进出旋转叉车模仿了目前国际流行的典型产品，由步进电机水平(X轴)拖动系统、直流电机垂直(Y轴)拖动系统、直流电机进出(Z轴)拖动系统和180度转叉系统组成。它可以完成从缓冲区到双侧库位的自动存货和从双侧库位到缓冲区的自动取货。 手动操作杆(键盘)可以完成货物存取的手动控制，并可以通过键盘或触摸屏发出指令从而完成货物的自动存取。控制系统由控制器(通常为PLC，也可配备其他类型的逻辑控制装置)、PLD逻辑保护板、位置传感器、步进电机驱动器、直流电机驱动板、直流电源等组成。（三）、实验台的调试 PLD保护电路的使用 为保证装置安全运行，在电控系统中设置了PLD保护电路，因此程序控制自动运行时需满足一定的信号逻辑才能驱动相应的动作。信号状态由PLD保护板上的发光管显示。注：手动无保护功能叉子全出状态，无升降保护发光管与信号的关系三、实验要求通过手动和自动两种方式完成所有运动四、实验步骤 1、将装置水平放置，卸去为运输而设的固定件，检查各紧固锣钉是否有松动或脱落。 2、接入电源并打开电源开关，观察电源指示灯、直流电源指示灯、PLC的RUN指示灯等均应正常显示，否则检查电源电压和电源保险管。 3、操作面板上的“手动自动”切换开关切向“手动” 4、手动操作：注意：在手动状态下，系统无保护功能!使叉车处于初始位置（状态） 叉车处于最外端：S0 ON（L16 亮） 叉架处于最下端：S2 ON（X2 ON） 叉子处于水平左点：S9 ON（L14 亮） 叉子处于顺向极限：S10 ON（L6 亮） 5、自动状态 按照触摸屏显示进行换页操作五、注意事项（1） 装置的电源应设有良好的保护接地或漏电保护器。（2） 保证装置在清洁无尘的环境中。（3） 搬运时切忌施力于装置上的任何部件。 附图