0 本节测验题:以下传感器中测量的是相对角位移的是( )
A. 旋转变压器
B. 绝对式编码器
C. 增量式编码器
D. 都不正确
答案:C
1.本节测验题:测速发电机的输出信号与转速的关系
A. 输出直流电压与转速成正比
B. 输出交流电压与转速成正比
C. 输出直流电压与转速成反比
D. 输出交流电压与转速成反比
答案:A
2. 本节测验题:加速度传感器的基本力学模型是()
A. 质量-阻尼系统
B. 弹簧-阻尼系统
C. 质量-弹簧-阻尼系统
D. 都不正确
答案:C
3.本节测验题:电荷放大器的输出电压与反馈电容
A. 成正比
B. 成反比
C. 成曲线关系
D. 无关
答案:B
4. 本节测验题:低频信号可以通过,高频信号不能通过的滤波器是()
A. 高通滤波器
B. 带通滤波器
C. 低通滤波器
D. 带阻滤波器
答案:C
5. 本节测验题:直流电动机属于( )
A. 变磁阻电动机
B. 固定磁阻电动机
C. 无磁极电动机
D. 都不正确
答案:B
6. 本节测验题:直流电动机的反电动势与()
A. 电枢电流成正比
B. 电枢电流成反比
C. 转子转速成正比
D. 转子转速正反比
答案:C
7. 本节测验题:直流电动机机械特性的硬度与()
A. 电枢电阻成反比
B. 反电动势系数成正比
C. 转矩系数成正比
D. 电枢电阻成正比
答案:D
8. 本节测验题:交流感应电动机的同步转速与
A. 极对数成正比
B. 电源频率成反比
C. 电源电压成正比
D. 电源频率成正比
答案:D
9. 本节测验题:下列类型电动机中机械特性不可变的是()
A. 鼠笼式交流电动机
B. 绕线式步进电动机
C. 直流电动机
D. 以上都不可变
答案:A
20. 本节测验题:下列关于步进电动机叙述错误的是()
A. 步进电动机是数字控制系统
B. 步进电动机常用于开环控制
C. 步进电动机常用于闭环控制系统中
D. 步进电动机是变磁阻电动机
答案:C
21. 本节测验题:步进电电动机相角裕量的与哪些因素无关
A. 相数
B. 通电方式
C. 齿轮齿数
D. 相数和通电方式
答案:C
22. 本节测验题:下列关于步进电动机驱动电路叙述正确的是
A. 单极性驱动电路适合于驱动混合式步进电动机
B. 单极性驱动电路适合于驱动反应式步进电动机
C. 驱动直流电动机的电路也能驱动步进电动机
D. 以上都正确
答案:B
23. 本节测验题:以下关于步进电动机叙述错误的是
A. 脉冲分配器可以由逻辑电路硬件实现
B. 脉冲分配器可以由软件实现
C. 步进电动机的转速由脉冲数决定
D. 步进电动机的转速由脉冲频率决定
答案:C
24. 本节测验题:计算机直接参与控制的伺服系统是
A. 模拟式伺服系统
B. 参考脉冲伺服系统
C. 采样数据系统
D. 以上都不是
答案:C
25. 本节测验题:电动机中引入电流环后的伺服系统下列叙述正确的是
A. 电流环实质上是转矩控制回路
B. 电流环可以稳定转速
C. 电流环可以等价成一个积分环节
D. 都不正确
答案:A
26. 本节测验题:其中,反馈采用测速发电机的是()
A. 电流环
B. 速度环
C. 位置环
D. 以上都不正确
答案:B
27. 本节测验题:下列系统对于对于单位加速度信号静态误差为0的是
A. 0型系统
B. 1型系统
C. 2型系统
D. 以上都正确
答案:C
28. 本节测验题:一般来说,如果增大自然频率的数值,则动态性能指标中的调整时间将()
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 不定
答案:B
29. 本节测验题:复合控制中前馈控制是()
A. 按误差信号控制
B. 闭环控制
C. 开环控制
D. 以上都不正确
答案:C
30. 本节测验题:电焊的控制属于
A. 点位控制
B. 连续路径控制
C. 直线运动控制
D. 曲线运动控制
答案:A
31. 本节测验题:常加速度控制中加速度由什么决定
A. 输入脉冲频率
B. 速度寄存器
C. 位置寄存器
D. 加速度寄存器
答案:D
32. 本节测验题:DDA法是()
A. 脉冲增量插补
B. 数据采样插补
C. 数字积分器法
D. 逐点比较法
答案:C
33. 本节测验题:利用三次多项式样条函数生成控制指令加速度最大值在
A. 运动的起点和终点
B. 运动的中间点
C. 常加速度
D. 以上都不正确
答案:A
34. 本节测验题:PLC适合于()
A. 数据采集为主
B. 顺序控制为主
C. 科学计算为主
D. 管理为主
答案:B
35. 本节测验题:与计算机相比PLC的优点叙述错误的是
A. 可靠性高
B. 抗干扰能力强
C. 可以直接驱动负载
D. 价格低
答案:D
36. 本节测验题:欧姆龙的编程软件是
A. Wincc
B. GxP
C. CX-programmer
D. 以上都不是
答案:C
37. 本节测验题:PLC中可以接受和输出信息的继电器是
A. 输入输出继电器
B. 时间继电器
C. 计数器
D. 辅助继电器
答案:A
38. 本节测验题:触点串联在逻辑上相当于
A. 逻辑或
B. 逻辑与
C. 逻辑非
D. 都不正确
答案:B
39. 本节测验题:块并联的指令语句是
A. AND
B. OR
C. AND LD
D. OR LD
答案:D
40. 本节测验题:具有保持功能的指令是
A. OUT
B. KEEP
C. AND
D. OR
答案:B
1、一般机电一体化产品设计包括哪几阶段?
正确答案:【市场调研,需求分析和技术预测、概念设计、可行性分析、编制设计任务书、初步设计——方案设计、方案设计评估与优化、详细设计和参数核算和完成全部设计文件。】关键字:【调研|概念|可行性|任务书|初步】
分数分配:【20|20|20|20|20】
2、机和电融合的设计思想是什么?
正确答案:【替代机械系统, 简化机械系统, 增强机械系统, 综合机械系统】
关键字:【替代|简化|增强|综合】
分数分配:【25|25|25|25】
3、滚珠丝杆螺母副有哪些消除间隙和预紧的措施?
正确答案:【双螺母齿差式, 双螺母垫片式, 双螺母螺纹式, 单螺母变导程自预紧式】
关键字:【齿差|垫片|螺纹|单螺母】
分数分配:【25|25|25|25】
4、试简述光电式转速传感器的测量原理
正确答案:【光电式转速传感器是一种角位移传感器,由装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成。光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时,由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同,因此圆盘每转一周,光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲,根据测量单位时间内的脉冲数N,则可测出转速】
关键字:【角位移|圆盘|转速】
分数分配:【20|40|40】
5、在模拟输入通道中,采样/保持器有什么作用?是否模拟输入通道中必须采用采样/保持
器?为什么?
正确答案:【由于任何一种A/D转换器都需要有一定时间来完成量化及编码操作,因此,在转换过程中,模拟量不能发生变化,否则,将直接影响转换精度。采样/保持器(SamPLE/Hold)就是使在A/D转换时,保证输入A/D转换器的模拟量不发生变化。
模拟输入通道中不一定非得采用采样保持器。当输入的模拟量信号变化缓慢时,也可省去采样/保持器。
】
关键字:【采样|保持|缓慢】
分数分配:【40|40|20】
6、典型的机电一体化系统包含哪些功能结构模块?
正确答案:【机械受控模块、测量模块、驱动模块、通信模块、微机模块、软件模块和接口模块】
关键字:【受控|测量|驱动|通信|微机|软件|接口】
分数分配:【15|15|15|15|15|15|10】
7、滚珠丝杆螺母副常用的支承结构形式有哪几种
正确答案:【两端固定,一端固定一端简支(游动),两端均为单向推力,一端固定一端自由】关键字:【两端|一端|单向|自由】
分数分配:【25|25|25|25】
8、机电一体化系统结构中驱动模块的作用是什么?
正确答案:【提供驱动力, 改变系统包含速度和方向的运动状态,产生所希望的运动输出.】
关键字:【驱动|改变|输出】
分数分配:【30|40|30】
9、测量位移的传感器常用的有哪些?
正确答案:【感应同步器, 旋转变压器, 光栅,光电编码器, 电位器, 差动变压器, 涡流传感器】关键字:【感应同步器|旋转变压器|光栅|光电编码器|电位器】
分数分配:【20|20|20|20|20】
10、在选择PWM开关放大器的开关频率时,应考虑哪几方面?
正确答案:【⑴开关频率应尽可能高。
⑵开关频率必须比系统通频带大10倍以上。
⑶开关频率必须远大于各环节的共震频率。
⑷满足前三项的条件下,频率尽可能低。
】
关键字:【开关频率|高|10倍|共震频率|满足】
分数分配:【20|20|20|20|20】
11、直流伺服电动机的驱动电路包含有哪些类型?
正确答案:【线性直流放大器, 脉宽调制放大器, 晶闸管组成的可控整流电路.】
关键字:【线性|放大器|脉宽|调制|可控】
分数分配:【20|20|20|20|20】
12、何为步进电动机连续运行频率?它与起动频率比有何特点?
正确答案:【步进电动机启动后,不失步运行的最高频率。一般情况下,连续运行频率比启动频率要高得多。】
关键字:【高|频率|连续|启动】
分数分配:【25|25|25|25】
13、简述传感器有哪几方面的性能指标?
正确答案:【工作特性,静态特性,动态特性】
关键字:【工作|静态|动态】
分数分配:【35|35|30】
14、试简述“机电一体化”的涵义。
正确答案:【机电一体化是机械与电子的集成技术。定义为在设计产品和制造系统时所思考的精密机械工程、电子控制及系统的最佳协同组合。它是在机构的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进电子技术,并将机械装置与电子设备以及软件等有机结合而成的系统总称。】
关键字:【机械|电子|集成】
分数分配:【40|20|40】
15、常用滚动摩擦支承轴承有哪几种主要结构类型?
正确答案:【①标准滚动轴承:圆锥孔双列圆柱滚子轴承,角接触球轴承,双向推力角接触球轴承,圆锥滚子圆锥(举例2个)
②新型滚动轴承:变预紧力轴承,密集滚珠轴承(举例2个)
】
关键字:【标准|轴承|新型|变】
分数分配:【25|25|25|25】
16、简述电荷放大器的特点和主要用途
正确答案:【利用运算放大器求和点为虚地电位,使得输入端的分布电容上没有积累电荷,从而不起作用。作用是:将将压电传感器的电荷量或电容传感器的微小电容转换为电压输出。
】
关键字:【虚|积累|电荷|微小。】
分数分配:【25|25|25|25】
17、机电一体化需要贯穿哪些设计思想?
正确答案:【1)系统的设计思想
2)机和电融和的设计思想
3)注重创新的是设计思想】
关键字:【系统|机|电|融和|创新】
分数分配:【20|20|20|20|20】
18、描写事件驱动过程常用什么方法?
正确答案:【梯形图和布尔代数方程】
关键字:【梯形|布尔|代数】
分数分配:【40|20|40】
19、直流伺服电动机的机械特性
正确答案:【保持电动机电压恒定,电动机转矩与转速的关系.】
关键字:【电压|恒定|转矩|转速】
分数分配:【25|25|25|25】
20、机电一体化设计中,增强机械系统的思想是什么?
正确答案:【正常设计的机械与闭环控制回路相结合可以实现增强机械系统的运动速度、精度和柔性,有关部件可以做的更轻,惯量更小】
关键字:【闭环|速度|轻|惯量|小】
分数分配:【20|20|20|20|20】
21、什么是步进电动机?
正确答案:【又称脉冲电动机。它采用变磁阻原理产生电磁转矩,将数字的电脉冲输入转换为模拟的输出轴运动。每输入一个脉冲,旋转式步进电动机的输出轴转动一步。因此,当输入一串脉冲序列时,输出轴就以等增量的转角响应输入序列,输出步数等于,转速与输入脉冲频率成正比。】
关键字:【数字|脉冲|轴|脉冲|数】
分数分配:【20|20|20|20|20】
22、什么是步进电动机的矩角特性?
正确答案:【在不改变控制绕组通电状态下,电磁转矩与转子转角的关系。】
关键字:【通电|电磁|转矩|转子|转角】
分数分配:【20|20|20|20|20】
23、什么是压电效应?
正确答案:【某些晶体沿一定的方向受外力作用而变形时,在表面产生极性相反的电荷。当外力去掉后,又恢复到不带电状态,这种现象称为压电效应。】
关键字:【外力|电荷|变形|相反】
分数分配:【25|25|25|25】
24、什么是步进电动机的动稳定区?
正确答案:【当步进电动机输入单脉冲时,电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态不引起失步的区域称为动稳定区。】
关键字:【单|脉冲|切换|失步|不】
分数分配:【20|20|20|20|20】
25、什么是步进电动机的起动频率?
正确答案:【在负载转矩小于起动转矩的条件下,步进电动机不失步起动的最高频率称为起动频率。】
关键字:【起动|转矩|不失步|最高|频率】
分数分配:【20|20|20|20|20】
26、什么是步进电动机的连续运行频率?
正确答案:【起动后,步进电动机不失步运行的最高输入脉冲频率称为连续运行频率。】
关键字:【起动|不失步|最高|输入脉冲|频率】
分数分配:【20|20|20|20|20】
27、什么是步进电动机的脉冲分配器?
正确答案:【它是步进电动机数控系统重要组成部分。它的作用是把输入脉冲按一定的逻辑关系转换为合适的脉冲序列,然后通过驱动器加到步进电动机的相绕组上,使步进电动机按一定的方式工作。脉冲分配器可以由逻辑电路硬件实现,也可以通过逻辑代数运算由软件实现。】
关键字:【输入脉冲|脉冲序列|逻辑关系】
分数分配:【40|40|20】
28、什么是复合控制器?
正确答案:【在反馈控制基础上附加一个前馈控制器,二者的组合称为复合控制器】
关键字:【反馈|控制|前馈|复合】
分数分配:【25|25|25|25】
29、什么是伺服系统的刚度?
正确答案:【输出轴的单位位置误差所能承受的负载转矩。】
关键字:【位置|误差|负载|转矩|轴】
分数分配:【20|20|20|20|20】
30、什么是连续路径控制?
正确答案:【为了控制工具沿着任意直线或曲线运动,必须同时控制每一个轴的位置和速度,使得它们同步协调到达目标点。这样的运动控制称为连续路径控制。】
关键字:【曲线|同步|运动|控制】
分数分配:【25|25|25|25】
31、机电一体化系统的设计指标和评价标准大体包括哪几方面?
正确答案:【1.系统功能2.性能指标3.使用条件 4.社会经济效益】
关键字:【系统|性能|使用|社会经济|效益】
分数分配:【20|20|20|20|20】
32、描述传感器静态特性的主要指标是什么?
正确答案:【线性度,精度、误差、重复性和可重复性。
】
关键字:【线性度|精度|误差|重复性|可重复性。】
分数分配:【20|20|20|20|20】
33、步进电动机有哪几种通电方式?
正确答案:【纯单拍、纯双拍和单双拍结合。】
关键字:【纯|单|双|结合。】
分数分配:【25|25|25|25】
34、采样周期选择原则是什么?
正确答案:【准则1:若考虑对系统响应速度的影响采样周期应小于系统的最小时间常数。准则2:若考虑系统抑制干扰的能力,采样速率应为系统的通频带的10倍以上;准则3:实时算法程序所花费的时间总和应小于采样周期的1/10.
】
关键字:【最小|时间常数|采样|速率|周期】
分数分配:【20|20|20|20|20】
35、全闭环控制系统的定义与特点是什么?
正确答案:【伺服系统中,当位置传感器安装于输出轴(工作台)上时,传感器直接测量工作台移动,这种直接测量的系统称为全闭环系统。
特点:对输出进行直接控制,可以获得十分良好的控制精度。但受机械传动部件非线性影响严重。只有在要求高精度场合,才采用全闭环系统。
】
关键字:【直接|间接|测量|非线性|高精度】
分数分配:【20|20|20|20|20】
36、什么是机电一体化?
正确答案:【其涵义是机械与电子的集成技术。定义为在设计产品或制造系统时所思考的精密机械工程、电子控制以及系统的最佳协同组合。它是在机构的主要功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术,并将机械装置与电子设备以及软件等有机组合而成的系统总称。】
关键字:【集成|机械|电子】
分数分配:【60|20|20】
37、什么是顺序控制系统以及分类?
正确答案:【顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统。分为时间顺序控制和事件顺序控制。】
关键字:【规定|时间|事件|顺序】
分数分配:【25|25|25|25】
38、何为闭式导轨?
正确答案:【借助导轨副本身的封闭式结构,在变化的空间位置和受力状况下,使运动导轨和支撑导轨的工作面可靠接触,从而保证运动导轨的规定运动。闭式导轨一般受温度变化的影响较小。】
关键字:【封闭|变化|空间|规定】
分数分配:【25|25|25|25】
39、何为开式导轨?
正确答案:【借助运动件的自重和外载荷,在一定的空间位置和受力状况下,使运动导轨和支撑导轨的工作面可靠接触,从而保证运动导轨的规定运动。开式导轨一般受温度变化的影响较小。】
关键字:【自|外|载荷|一定|空间】
分数分配:【20|20|20|20|20】
40、什么是轴系的热特性?
正确答案:【轴系的热特性主要参数是热源强度、温升及工作部位的热位移。】
关键字:【热源|温|升|热|位移】
分数分配:【20|20|20|20|20】
简答题(重点记忆)
1. 典型的机电一体化系统包含哪些功能结构模块。
2. 测量位移的传感器常用的有哪些?
3. 试说明滚珠丝杠螺母副传动装置的优缺点。
4. 在实际应用中,可以提高传感器性能的技术有哪些?
5. 什么叫伺服系统?
6. 机电一体化系统结构中的驱动模块是指什么?在机电一体化系统中有什么作用?
7. 在模拟输入通道中,采样/保持器有什么作用?是否模拟输入通道中必须采用采样/保持器?
8. 试简述光电式转速传感器的测量原理。
9. 步进电动机的单、双极性驱动电路,各自的特点是什么?适用范围是什么?
10. 半闭环控制系统的定义及特点是什么?
11. 在PWM功放电路中,对放大器的开关频率有何要求?
12. 在机电一体化系统设计时,应贯穿哪些设计思想?
13. 机电一体化系统对传感器的性能有哪些要求?
14.如何控制步进电动机输出轴的角位移、转速及转向?
15. 采样一数据系统是计算机参与的闭环控制系统。计算机在采样一数据系统中起什么作用?
16. 阐述PID控制器中P、I、D的作用。
17. 闭环伺服系统中,电流环的主要作用是什么?
机电一体化_在线作业_1 一、单选题 ? A. 响应速度快 B. 质量增加 C. 精度高 D. 机械负载增大 ? C. 导轨运动副间的摩擦力 D. 系统动态误差 ? A. 5~6 B. 1~ 2 C. 2~ 3 D. 3~4 二、多选题 ? C. 液晶显示器 D. 状态指示灯 1. (5分)下列不是混合式步进电动机特点的是()。 A. 断电后仍有制动力矩 B. 价格低 C. 功耗较小 D. 步距角较小 2. (5分)在传感器的输出信号中,属于开关信号的是()。 A. 超声波无损探伤 B. 温敏电阻 C.时间继电器 D. 应变片 3. (5分)在不影响机械系统刚度的前提下,传动机构的质量和转动惯量应尽量减小,其中转动惯量大会对系统造成的影响为()。 4.(5分)振弦式调频传感器中不包含()器件。 A. 振弦 B. 磁场 C. 膜片 D.压电元件 5. (5分)下列不是产生死区误差的主要原因的是()。 A. 电气系统和执行元件的启动死区 B. 传动机构中的间隙 6. (5分)滚珠是在淬硬的滚道上作滚动运动,磨损极小,长期使用后仍能保持其精度,因而寿命长,且具有很高的可靠性。其寿命一般比滑动丝杠要高()倍。 1. (5分)以下是常用的输出设备的是()。 A. 发光二极管显示器 B. BCD二—十进制码拨盘
? A. 阻尼 B. 增益 C. 刚度 D. 惯性 ? A. 螺距误差 B. 刀具长度的改变 C. 热变形误差 D. 机床溜板的摩擦 三、判断 2. (5分)伺服系统的稳定性是系统本身的一种特性,取决于系统的结构及组成元件的参数如( )等。 3. (5分)接口的三个基本功能是( )。 A. 传递 B. 处理 C. 放大 D. 变换 4. (5分)对于螺母,应在其两端进行密封,密封防护材料必须具有的性能为( )。 A. 防腐蚀 B. 耐油性 C. 抗振动 D. 耐磨性 5. 在机床加工零件的过程中引起加工误差的原因很多,下列不属于常值系统性误差的是( )。
东北农业大学网络教育学院 机电一体化技术作业题 复习题一 一、名词解释:(40分) 1.机械系统 答:机电一体化系统中的机械系统与一般的机械系统相比,除要求具有较高的定位精度外,还应具备体积小、重量轻、刚度大、动态性能好等特点。概括地讲,机电一体化机械系统应包括传动机构、导向机构、执行机构三大部分。 2.检测系统 答:检测系统是机电一体化系统的一个基本要素,其功能是对系统运行中所需的自身和外界环境参数及状态进行检测,将其变换成系统可识别的电信号,传递给信息处理单元。 3.伺服系统 答:伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统,又称随动系统或伺服机构。指在控制命令的指挥下,控制执行元件工作,使机械运动部件按照控制命令的要求进行运动,并具有良好的动态性能。 4.接口技术 答:为构成完整的并有一定控制和运算功能的系统而将一个部件与另外的部件连接起来,这种连接就称微处理器系统的接口。 5.控制系统 答:控制系统是机电一体化产品的中枢,用于实现信息处理、控制信号输出、控制和协调机电一体化产品的其他内部功能,通过控制系统的控制,执行机构的驱动,被控对象按照预定的规律或目的运行,运行效果通过传感器反馈回控制系统,连同传感器收集的其他有关信号供控制系统利用并不断修正其控制指令。 6.D/A转换 答:在机电一体化产品中,很多被控对象要求用模拟量做控制信号,而计算机是数字系统,不能输出模拟量,这就要求控制输出接口能完成将数字信号转换成模拟信号,称之为D / A转换。
7.传动机构 答:机电一体化系统中的传动机构主要功能是传递转矩和转速,因此,它实际上是一种转矩、转速变换器。机电一体化系统中所用的传动机构主要有滑动丝杠副、滚珠丝杠副、齿轮传动副、同步带传动副、间歇机构、挠性传动机构等。 8.机电一体化技术 答:机电一体化技术是以电子技术特别是微电子技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的综合性高新技术,是工程领域不同种类技术的综合及集成,是一个技术群的总称,它包括机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术等。 二、简答(60分) 1、机电一体化产品的组成和特点是什么? 答:机电一体化产品是由机械系统、检测系统、伺服系统、控制系统以及接口装置等几部分组成。机电一体化产品的功能是通过其内部各组成部分功能的协调和综合来共同实现的。从其结构来看,,各组成部分通过辅助部件及相关的软件有机的结合在一起,构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品,品具有自动化、智能化和多功能的特性。 2、机电一体化产品设计与传统机械产品设计的区别是什么? 答:机电一体化产品的设计与常规机械产品的设计有着本质上的区别。常规机械产品一般是先用单纯机械设计的方法构思和设计,再为这个纯粹的机械设计选配适宜的电气设备。这种方法实际上是面向设计者的传统设计方法。相比之下机电一体化产品的设计是面向产品的设计,它要求设计者具有多种能力、视野开阔,具有综合利用机械设计和电气控制设计方面的知识和能力。 3、机电一体化机械系统由哪几部分组成? 答:概括地讲,机电一体化机械系统应包括以下三大部分机构。 (1)传动机构。机电一体化系统中的传动机构主要功能是传递转矩和转速,因此,它实际上是一种转矩、转速变换器。 (2)导向机构。其作用是支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。该机构应能保证安全、准确。 (3)执行机构。用来完成操作任务。执行机构根据操作指令的要求在动力源的带动下,完成预定的操作。 4、常用的传动机构有哪些,各有什么特点? 答:机电一体化系统中所用的传动机构主要有滑动丝杠副、滚珠丝杠副、齿轮传动副、同步带传动副、间歇机构、挠性传动机构等。 滚珠丝杠副具有如下特点。
机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业:机械电子工程 班级:机电0811 学号: 2008716022 姓名:陈智建 指导教师:刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日
目录 第一节绪论 (3) 1.1课程设计目的意义 (3) 1.2课程设计任务描述 (3) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (3) 第二节总体方案设计 (4) 2.1主轴驱动系统设计方案 (4) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (4) 2.3电气系统设计方案 (4) 第三节传动系统设计 (5) 3.1主轴传动系统的设计 (5) 3.1.1主轴电机选择 (5) 3.1.2变频器的选择 (5) 3.1.3主轴传动系统设计 (5) 3.2伺服驱动系统设计 (6) 3.2.1伺服传动机构设计 (6) 3.2.2伺服电机选择 (6) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (6) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (8) 3.3设计验算校核 (8) 3.3.1惯量匹配验算 (8) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (9) 3.3.3系统的刚度计算 (9) 3.3.4固有频率计算 (10) 3.3.5死区误差计算 (11) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (11) 第四节电气系统设计 (12) 第五节总结 (15) 参考文献 (15) 附:6张系统框图和元器件图
第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科,所涉及的知识领域非常广泛,现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计,培养学生综合应用所学的知识,进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统,即在已有数控系统的基础上,根据实际加工要求,进行二次开发。由于生产数控系统,伺服电动机的驱动器,伺服电机的厂家很多,即使同一厂家,其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广,并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力,数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能,可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴(变频器),满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器,驱动器和电机之间电器接口的相互匹配,在该设计中,要求3轴伺服驱动器,伺服电动机都采用Fanuc 公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (1)主轴的转速范围:1000—24000 (rpm) (2)主轴电机功率:30/37 kw (3)X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min,X/Y/Z轴切削进给速度,1-10000 mm/min (4)系统分辨率:0.0005mm,重复精度0.02mm。
机电一体化复习题(附答案)
机电一体化复习题 一、名词解释 1机电一体化 2伺服控制 3闭环控制系统 4逆变器 5 SPWM 6单片机 7 I/O接口 8 I/O通道 9 串行通信 10直接存储器存取(DMA) 二、判断题: 1 在计算机接口技术中I/O通道就是I/O接口。 (×) 2 滚珠丝杆不能自锁。(√) 3 无论采用何种控制方案,系统的控制精度总是高于检测装置的精度。(×) 4 异步通信是以字符为传输信息单位。(√) 5 同步通信常用于并行通信。(×) 6 无条件I/O方式常用于中断控制中。(×)7从影响螺旋传动的因素看,判断下述观点的正确或错误 (1)影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差(√) (2)螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素(√)
(3)螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素(√)(4)温度误差是影响传动精度的因素(√) 三、单项选择题 1. 步进电动机,又称电脉冲马达,是通过( B )决定转角位移的一种伺服电动机。 A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比 2. 对于交流感应电动机,其转差率s的范围为(B)。 A.1机电一体化典型实例
8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作,根据识别,自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作,实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果,是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广,将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说,任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人,就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人,为了让机器人 完成某项作业,首先由操作者将完成该作业所需的各种知识(如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等)通过直接或间接的手段,对机器人进行示教,机器人将这些知识记忆下 来,然后根据再现指令,在一定的精度范围内,忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代 机器人通常是指具有某种智能(如触觉、力觉、视觉等)的机器人,即由传感器得到的触觉、 听觉、视觉等信息经计算机处理后,控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具 有高级智能的机器人,其特点是具有自学习和逻辑判断能力,可以通过各类传感器获取信息, 经过思考做出决策,以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素:思维系统(相当于脑),工作系统(相当于手),移动系 统(相当于脚),非接触传感器(相当于耳、鼻、目)和接触传感器(相当于皮肤)(图8-1)。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样,即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价,机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”,这里,机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等;物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等;智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说,机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性,占有空间不固定性,因而是二元机械。计算机等信 息处理机,除物理能之外,还有若干智能,因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能, 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统,检测传感系统和人工智能系统等组成, 各系统功能如下所述。 ① 执行系统。执行系统是完成抓取工件(或工具)实现所需运动的机械部件,包括手部、 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素
一、填空题 1.机电一体化包括六大共性关键技术:精密机械技术、 、 、信息处理技术、自动控制技术和 。 2.机电一体化的产生与迅速发展的根本原因在于社会的发展和科技的进步。系统工程、控制论和信息论是机电一体化的 基础,也是机电一体化技术的 。微电子技术的发展,半导体大规模集成电路制造技术的进步,则为机电一体化技术奠定了 基础。机电一体化技术的发展有一个从 状况向 方向发展的过程。 3.一个较完善的机电一体化系统应包括以下几个基本要素:机械本体、 、 、执行部分、控制及信息处理部分和接口。 4.机电一体化系统对动力部分的要求是用尽可能 的动力输入获得尽可能 的功能输出。 5.根据机电一体化系统匹配性要求,要求执行部分的刚性 、重量 、实现组件化、标准化和系列化,提高系统整体 。 6.机电一体化系统一方面要求驱动的高 和快速 ,同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的 和 。 7.自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标 。 8.伺服传动技术就是在 的指挥下,控制驱动元件,使机械的运动部件按照指令要求运动,并具有良好的 。 9.拟定机电一体化系统设计方案的方法可归结为 、 和 。 10.机电一体化系统对机械传动部件的摩擦特性的要求为:静摩擦力尽可能 ,动摩擦力应尽为可能小的 斜率,若为 斜率则易产生爬行,降低精度,减少寿命。 11.运动中的机械部件易产生振动,其振幅取决于系统的阻尼和固有频率,系统的阻尼越 ,最大振幅越 ,其衰减越快。 机电一体化系统 作 业1
12.在系统设计时考虑阻尼对伺服系统的影响,一般取阻尼比ξ在到之间的欠阻尼系统,这样既能保证振荡在一定的范围内,过渡过程较平稳,过渡时间较短,又具有较高的灵敏度。 13.间隙将使机械传动系统产生,影响伺服系统中位置环的。 14.在伺服系统中,通常采用原则选择总传动比,以提高伺服系统的。二、选择题 1.机电一体化系统的基本功能要素之一:接口的基本功能是() A.交换B.放大C.传递D.以上三者 2.机电一体化系统的核心是() A.动力部分B.执行机构C.控制器D.接口 3.机电一体化系统中,根据控制信息和指令完成所要求的动作这一功能的是()。 A.机械本体B.动力部分 C.控制器D.执行机构 4.在设计齿轮传动装置时,对于转动精度要求高的降速齿轮传动链,可按什么原则进行设计()。 A.输出轴转角误差最小B.等效转动惯量最小C.质量最小D.质量最大 5.对于要求质量尽可能小的降速传动链,可按什么原则进行设计() A.输出轴转角误差最小B.等效转动惯量最小 C.重量最轻D.重量最大 三、名词解释 系统总体技术—— 四、简述题 1.简述机电一体化技术方向。
机电一体化课程设计报 告
机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业:机械电子工程 班级:机电0811 学号: 2008716022 姓名:陈智建 指导教师:刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日
目录 第一节绪论 (4) 1.1课程设计目的意义 (4) 1.2课程设计任务描述 (4) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (4) 第二节总体方案设计 (5) 2.1主轴驱动系统设计方案 (5) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (5) 2.3电气系统设计方案 (5) 第三节传动系统设计 (6) 3.1主轴传动系统的设计 (6) 3.1.1主轴电机选择 (6) 3.1.2变频器的选择 (6) 3.1.3主轴传动系统设计 (6) 3.2伺服驱动系统设计 (7) 3.2.1伺服传动机构设计 (7) 3.2.2伺服电机选择 (7) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (8) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (9) 3.3设计验算校核 (9) 3.3.1惯量匹配验算 (9) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (10) 3.3.3系统的刚度计算 (11) 3.3.4固有频率计算 (11) 3.3.5死区误差计算 (12) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (12) 第四节电气系统设计 (13) 后附6张系统框图和元器件图。 (15) 第五节心得体会 (16) 参考文献 (17)
第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科,所涉及的知识领域非常广泛,现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计,培养学生综合应用所学的知识,进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统,即在已有数控系统的基础上,根据实际加工要求,进行二次开发。由于生产数控系统,伺服电动机的驱动器,伺服电机的厂家很多,即使同一厂家,其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广,并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力,数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能,可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴(变频器),满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器,驱动器和电机之间电器接口的相互匹配,在该设计中,要求3轴伺服驱动器,伺服电动机都采用Fanuc公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (1)主轴的转速范围:1000—24000 (rpm) (2)主轴电机功率:30/37 kw (3)X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min,X/Y/Z轴切削进给速度,1-10000 mm/min
填空题 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统(产品)是机械和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息;机电一体化工程研究所追求的三大目标是:省能源、省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统(产品)构成的五大部分(或子系统)是:机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统(产品)按设计类型分为:开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统(产品)按机电融合程度分为:机电互补法、机电结合(融合)法、机电组合法。 9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能基础上引入微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征(转换作用方式): 以能源转换为主和以信息转换为主。 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有:螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动四种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类;按滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有:双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。 14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有:单推—单推式、双推—双推式、双推—简支式、双推—自由式。 15. 机电一体化系统(产品)常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中,常用的传动比分配原则有:重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有:三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。 18. 导轨刚度主要指:结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统(产品)中,常可选择的执行元件:电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率两个阶段,其转折点的转速和功率分别称为:额定转速和额定功率;伺服电动机用于调速控制时,应该工作在恒转矩阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为:反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。
. 8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作,根据识别,自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作,实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果,是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广,将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说,任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人,就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人,为了让机器人 完成某项作业,首先由操作者将完成该作业所需的各种知识(如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等)通过直接或间接的手段,对机器人进行示教,机器人将这些知识记忆下 来,然后根据再现指令,在一定的精度围,忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代机器 人通常是指具有某种智能(如触觉、力觉、视觉等)的机器人,即由传感器得到的触觉、听 觉、视觉等信息经计算机处理后,控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具有 高级智能的机器人,其特点是具有自学习和逻辑判断能力,可以通过各类传感器获取信息, 经过思考做出决策,以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素:思维系统(相当于脑),工作系统(相当于手),移动系 统(相当于脚),非接触传感器(相当于耳、鼻、目)和接触传感器(相当于皮肤)(图8-1)。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样,即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价,机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”,这里,机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等;物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等;智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说,机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性,占有空间不固定性,因而是二元机械。计算机等信 息处理机,除物理能之外,还有若干智能,因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能, 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素
第一章作业解答 1、机电一体化系统包括那些关键技术?机电一体化系统发展趋势是什么? 答:机电一体化系统包括的关键技术有:机械技术,检测与传感技术,计算机与信息处理技术,自动控制技术,伺服驱动技术,系统总体技术。 机电一体化系统发展趋势是:1)智能化。模拟人类智慧,具有推理、逻辑思维、自主决策的能力。2)网络化。利用网络将各种独立的机电一体化系统联系起来。3)微型化。4)系统化、复合集成化。 2、试列举10种常见的机电一体化产品,并对其中一种分析其所构成的5大要素。 常见的机电一体化产品有:数控机床,机器人,全自动洗衣机,傻瓜照相机,自动物料搬运机,自动取款机,自动售货机,智能水表,电子调速器,智能冰箱等。(一般的洗衣机、冰箱、电风扇、电子秤、电脑、空调不是机电一体化产品,因为它们不包含机电一体化系统所包括的6项关键技术及5个构成要素。) 第二章作业解答 1、机电一体化系统对机械部分的要什么? 答:机电一体化机械系统除了应具备普通机械系统的要求外,还有如下要求:1)高精度;2)快速响应性,即,机械系统从接到指令到执行指令任务的时间应短;3)稳定性要好。 2、齿轮传动为何要消除齿侧间隙? 答:机电一体化系统对机械部分的要必须具备高精度,以满足自动控制的需要。消除齿轮的齿侧间隙就是为了保证双向传动精度。 3、滚珠丝杠副轴向间隙对传动有何影响?采用什么办法消除它? 答:滚珠丝杠副轴向间隙影响反向传动精度。消除滚珠丝杠副轴向间隙通常采用的方法有:1)采用双螺母结构调整两螺母轴向相对位置实现预紧消除间隙。具体措施有:垫片调隙,螺纹预紧调隙,齿差预紧调隙等方式。2)采用单螺母结构用增大钢球直径的方式实现预紧以消除间隙。
机电一体化综合课程设计 《机电一体化课程设计任务书》普通格式 一.课程设计的目的 本次设计是机电一体化和计算机控制课程结束之后进行的一个重要的综合性、实践性教学环节,课程设计的基本目的是: 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法,包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识,提高联系实际和综合分析的能力,进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。
3、训练和提高设计的基本技能,如计算,绘图,运用设计资料、标准和规,编写技术文件(说明书)等。 二.设计任务及要求 设计题目:车辆出入库单片机自动控制系统 1.设计容包括:总体设计,机械系统的设计与计算,计算机控制系统设计,编写设计计算说明书; 2.课题容简介或设计要求:编制一个用单片机控制的车辆出入库管理控制程序,控制要求如下:1)入库车辆前进时,经过1# → 2#传感器后计数器加1,后退时经过2# → 1#传感器后计数器减1,单经过一个传感器则计数器不动作。2)出库车辆前进时经过2# → 1#传感器后计数器减1,后退时经过1# → 2#传感器后计数器加1,单经过一个传感器则计数器不动作。3)设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路,显示车库车辆的实际数量。 3.机械部分的设计: 4.计算机控制的设计:设计显示电路图,并按图连接。画出单片机接线图,并按图接线。编制控制程序。 摘要 本次设计车辆出入库单片机自动控制系统的基本功能和设计思路,根据给定的条件,综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械和电子方面的知识,完成车辆入库自动控制,并画好元器件的连接图,其中包括装置的原理方案构思和拟定;原理方案的实现,设计计算与说明。 车辆出入库单片机自动控制系统对我们生活很贴近,一个很实用的系统,可以有效地帮助我们管理车库,再加上如果用单片机来实现的话成本低,很实用,这是一个很有意义的设计。车辆入库单片机自动控制系统的难点在于,如何控制
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案 形成性考核作业1 一、判断题(正确的打√,错误的打×) 1.机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理,输出具有所需特性的物质。(×) 2. 系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础,是机电一体化技术的方法论。(√) 3.信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中,与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。(√)4.自动控制是在人直接参与的情况下,通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。(×) 5.产品的组成零部件和装配精度高,系统的精度一定就高。(×) 6.为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响,机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍,同时,传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率,以免系统产生振荡而失去稳定性。(×) 7.传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。(×) 8.在闭环系统中,因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡,采用消隙装置,以提高传动精度和系统稳定性。(×) 9.进行机械系统结构设计时,由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响,因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。(×) 10.滚珠丝杠垂直传动时,必须在系统中附加自锁或制动装置。(√) 11.采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整,结构简单,且可以自动补偿侧隙。(√)× 12.采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估,延长了产品开发周期,增加了产品开发成本,但是可以改进产品设计质量,提高面向客户与市场需求能力。(√)× 二、单选题
专业:机电一体化 班级: 08—1班 老师:刘顺东 学号: ******** 姓名: **** 日期: 2013年2月
XY工作台部件及单片机控制设计 目录 1.序言 (3) 2.总体方案设计 (3) 2.1.设计任务 (3) 2.2.总体方案确定 (3) 3.机械系统设计 (4) 3.1.工作台外形尺寸及重量估算 (4) 3.2.滚动导轨的参数确定 (5) 3.3.滚珠丝杠的设计计算 (6) 3.4.步进电机的选用 (8) 3.5.确定齿轮传动比 (13) 3.6.确定齿轮模数及有关尺寸 (13) 3.7.步进电机惯性负载的计算 (13) 4.控制系统硬件设计 (14) 4.1.CPU板 (14) 4.2.驱动系统 (16) 4.3.控制系统软件的组成和结构 (18) 5.参考文献 (22)
1.序言 据资料介绍,我国拥有400多万台机床,绝大部分都是多年累积生产的普通机床。这些机床自动化程度不高,加工精度低,要想在短时期内用自动化程度高的设备大量更新,替代现有的机床,无论从资金还是从我国机床制造厂的生产能力都是不可行的。但尽快将我国现有的部分普通机床实现自动化和精密化改造又势在必行。为此,如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要求解决的重要课题。 在过去的几十年里,金属切削机床的基本动作原理变化不大,但社会生产力特别是微电子技术、计算机技术的应用发展很快。反映到机床控制系统上,它既能提高机床的自动化程度,又能提高加工的精度,现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践证明,改造后的机床既满足了技术进步和较高生产率的要求,又由于产品精度提高,型面加工范围增多也使改造后的设备适应能力加大了许多。这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必要性和迫切性。 由于新型机床价格昂贵,一次性投资巨大,如果把旧机床设备全部以新型机床替换,国家要花费大量的资金,而替换下的机床又会闲置起来造成浪费,若采用改造技术加以现代化,则可以节省50%以上的资金。从我国的具体情况来讲,一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5,一般用户都承担得起。这为资金紧张的中小型企业的技术发展开创了新路,也对实力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力,起到了事半功倍的积极作用。 据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长,往往不能满足生产需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。 在机械工业生产中,多品种、中小批量甚至单件生产是现代机械制造的基本特征,占有相当大的比重。要完成这些生产任务,不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床,其中数控机床是最能适应这种生产需要的。 从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。通过理论上的推导和实践使用的证明,把微机数控系统引入机床的改造有以下几方面的优点:1)可靠性高;柔性强;易于实现机电一体化;2)经济性可观。为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能,降低生产成本,用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。 2.总体方案设计 2.1.设计任务 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工,重复定位精度为±0.01mm,定位精度为0.025mm。 设计参数如下:负载重量G=150N;台面尺寸C3B3H=145mm3160mm312mm;底座外形尺寸C13B13H1=210mm3220mm3140mm;最大长度L=388mm;工作台加工范围X=55mm,Y=50mm;工作台最大快移速度为1m/min。 2.2.总体方案确定 2.2.1.系统的运动方式与伺服系统 数控系统按运动方式可分为点位控制系统,点位直线系统,连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削,可选用点位控制方式。由于工件在移动的过程中没有进行切削,故应用点位控制系统。对点位系统的要求是快速定位,保证定位精度。定位方式采用增量坐标控制。 为了简化结构,降低成本,采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。
机电一体化专业知识题库(277题)(注*的不适于中、初级职称) 1、什么是机电一体化? 机电一体化技术是由机械技术、计算机技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术,有机融合而成的一种综合性技术。 2、什么是机械设计技术? 机械设计技术是机电一体化的基础。机电一体化产品中的主功能和构造功能,往往是以机械技术为主实现的。 3、什么是计算机与信息处理技术? 信息处理技术包括信息的输入、识别、变换、运算、存储和输出技术,它们大都倚靠计算机来进行,因此,计算机技术和信息处理技术是密且相关的。计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术、网络通信技术、数据库技术等。机电一体化系统中主要用工业控制机(包括PLC,单片机等)进行信息处理。机电一体化产品中,计算机和信息处理装置指挥整个产品的运行。 4、什么是自动控制技术? 自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定规律运行。自动控制技术的范围很广,包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运行等从理论到实践的整个过程。机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、模糊控制、自适应控制等,在实际运用中越来越多地与计算机控制技术联系在一起,成为机电一体化中十分重要的关键技术。 5、什么是传感与检测技术? 传感与检测技术是机电一体化的关键技术,他将所测得的各种参数如:位移、位置、速度、加速度、力、温度等和其他形式的信号等转换为统一规格的电信号输入到信息处理系统中,并由此产生出相应的控制信号,以决定执行机构的运动形式和动作幅度。传感器检测的精度、灵敏度和可靠性将直接影响到机电一体化的性能。 6、什么是执行与驱动技术? 执行与驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置。执行元件分为电动、气动、液压等多种类型,机电一体化产品中多采用电动执行元件;驱动装置主要指各种电动机的驱动电源电路,目前多采用电力电子器件及集成化的功能电路构成。 执行原件一方面通过电器接口与微型机相连,以接收微型机的控制指令;另一方面又通过机械接口与机械传动和执行机构相连,以实现规定的动作。因此,执行与驱动技术是直接执行操作的技术,对机电一体化产品的动态性能,稳态精度、控制质量等具有决定性的影响。 7、什么是机电一体化总体设计技术? 系统总体技术是一种从整体目标出发,用系统工程的观点和方法,将系统总体分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统继续分解,直至找到可实现的技术方案,然后再把功能和技术方案组合成总体设计方案,形成经过分析、评价和优选的综合应用技术。 系统总体设计技术包含内容很多,其中接口技术是重要内容之一。接口技术将机电一体化产品的各个部分有机连成一体。 8、什么是温度传感器?分为几类? 温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置,用于测量温度和热量,也叫做热电式传感器。一般分为两大类:接触式和非接触式。 9、什么是光栅?常见的光栅有几种? 光栅是一种高精度的直线位移传感器,光栅是通过在玻璃或金属基体上均匀刻划很多等节距的线纹而制成的。常见的光栅种类有透射光栅、反射光栅和定向光栅。 10、什么是电阻应变计? 电阻式应变计是根据应变——电阻效应,将被测件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件,除直接作为应力、应变测量传感器外,还可以与弹性元件组合构成力、压力、称重、位移、扭矩、振动、加速度等多种专用式传感器。 1
6011机电一体化系统设计基础大作业 责任教师高秋红 学校:北京一轻高级技术学校学号:111100140 姓名: 一、基础知识题(每题10分,共40分) 1.机电一体化系统的定义?机电一体化产品的分类? 答:机电一体化系统是由机械技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合,并综合应用到实际中去的综合技术。 按发展水平分:功能附加型初级系统,功能代替型中级系统,机电融合型高级系统 按应用分:民用机电一体化产品,办公机电一体化产品和产业机电一体化产品 2. 机电一体化系统的基本组成要素?试分析试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。 答:按照机电一体化系统的基本结构要素,图示数控机床的各个部分归类如下:(1)控制及信息处理单元:键盘、计算机、显示 (2)测试传感部分:光电编码器、信号处理 (3)能源:电源 (4)驱动部分:功放、电机 (5)执行机构:联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台
3. 为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度? 机电一体化技术使机械传动部分减少,因而使机械磨损,配合间隙及受力变形等所引起的误差大大减少,同时由于采用电子技术实现自动检测,控制,补偿和校正因各种干扰因素造成的误差,从而提高精度。 4.简述机电一体化产品设计的工程路线(主要步骤) 机电一体化产品设计的工程路线(主要步骤):拟定产品开发目标和技术规范;收集资料,市场分析,可行性分析和技术经济性分析;总体方案设计;总体方案的评审和评价;详细设计;详细设计方案的评审和评价;试制样机;样机实验,测试;技术评价与审定;小批量生产;试销;正常生产;销售。 二、综合分析设计题(60分) 1.已知电机驱动的三自由度位置控制系统,单个自由度的驱动系统如图所示。要求: (1)说明单自由度驱动系统的两种测量方案;(20分) 要求给出传感器的类型及具体安装位置。 (2)确定整个系统的控制方案、画出控制系统原理图。(40分) 要求写出两种控制方案,方案一使用工业PC机完成系统的控制和方案二使用单片机完成系统的控制。 解:依题意有两种测量方案 1)高速端测量方案: 传感器安装在电机的尾部,通过测量电机的转角实现工作台位移的间接测量。可选用光电编码器式传感器或者磁电式编码器。
1.什么是“机电一体化”?以打夯机为例,含机械与电器,问这是不是机电一 体化产品? 答:机电一体化又称机械电子工程,是机械工程与自动化的一种,英语称为Mechatronics,它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。 打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器,它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小围场合使用,不能满足大面积和远程控制。而机电一体化就不一样了,它不光有硬连接、机械连接还有软连接。机电一体化属于同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体的一种复合技术。它不光可以就地操作,小围应用,还可以大面积使用操作,远程监测、控制。 2.机电一体化的技术构成是什么? 答:机械技术、微电子技术、信息技术 3.产品实现机电一体化后,可以取得那些成效? 答:产品实现机电一体化后可以取得的成效:产品性能提高、功能增强、结构简化、可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。 4.数字量传感具有哪三种类型?他们有什么区别? 数字传感器按结构可分成三种类型: 1.直接式数字量传感器——其分辨率决定于数字量传感器的位数。 被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出
2.周期计数式数字传感器 它的结构示意图如下图1所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言,仅由周期信号发生器的性质决定。例如,光栅当长1mm 有100条刻线时,其分辨率即为0.01mm;对高精度的周期计数式数字传感器而言,还要考虑到电子细分数。如在100倍电子细分数下,此光栅的分辨率就是0.1μm 。此种结构属于增量式结构,结构的特点(位移方向的要求)决定它不但备有辨向电路,而且周期计数器还具有可逆性质。 图1 周期计数式数字量传感器的结构方框图 3.频率式数字传感器 其结构示意图如下图2所示。按振荡器的形式,可将此种数字传感器分成带有晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者,按被测量的作甩点,又分作用在石英谐振器上的石英晶体谐振式数字传感器和作用在谐振器中储能元件上的带有晶体谐振器的调频式数字传感器。按采用敏感元件的形式,又可分为简单的 )和差动的两种。 图2 频率式数字量传感器的结构方框图
回转工作台的设计 一、设计的目的: 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法,包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识,提高联系实际和综合分析的能力,进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。 3、训练和提高设计的基本技能,如计算,绘图,运用设计资料、标准和规,编写技术文件(说明书)等。 二、设计任务及要求 设计题目:数控回转工作台的设计 1. 设计容包括:总体设计,机械系统的设计与计算,计算机控制系统设计,编写设计计算说明书; 2. 设计要求包括:回转角度0~360°;最大回转半径400㎜;最大承载重量50㎏; 3. 机械部分的设计:装配工作图1(1号); 4. 计算机控制的设计:控制系统接口图一; 5. 控制装置采用步进电机驱动,MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统,软件环分,由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. (一)、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. (二)、蜗杆蜗轮材料的选择:
由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈,并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择:蜗杆材料为:渗碳钢,表面淬硬56-62HRC 牌号为20GrMnTi.蜗轮材料为:铸造锡青铜,牌号为ZcuSn10Pb1 (三)、蜗杆蜗轮参数计算: 1. 蜗杆传动尺寸的确定: 由设计题目中要求可知:工作台回转直径最大为400mm/50千克. 由《齿轮手册》(上)表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆(中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆(中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γcosγ =cosαncosγ γ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8