《工程材料与热处理》实验指导书
曾豪华编
广东技术师范学院机电学院
目录
实验一: 硬度计和金相显微镜的使用： (3)
实验二：碳钢和白口铁的显微组织观察 (10)
实验三：碳钢的淬火和回火热处理 (16)
实验四：铸铁的显微组织观察 (27)
实验五：有色金属和合金钢的显微组织观察…………………………………31.
课程类型：学科专业基础课课程代码：09402318 课程总学时：48
实验课程性质：基础实验课程实验学时： 8
综合性、设计性实验项目数：个学时适用专业：机电、CAD、汽车
开课时间：二年级二学期开课单位：金相热处理实验室
撰写人：曾豪华审定人：
实验一：硬度计和金相显微镜的介绍及使用
一、实验目的与要求：
1.了解HBRVU187.5型布洛维光学硬度计的工作原理和使用方法；
2.了解和熟悉机械式HR—150A型洛氏硬度计的工作原理和使用方法；
3.了解和熟悉新MDJ—200金相显微镜互动系统的工作原理和使用方法。
二、实验类型：观察型、验证型。
三、实验原理及说明：
1.HBRVU187.5型布洛维光学硬度计的简介和使用说明：
本仪器具有多种试验力和压头，用于测定金属材料或试件的布氏、洛氏、维氏硬度。适用于黑色金属（钢材、铸铁件、软铁件、软钢、淬火钢等）和有色金属（铝合金、铜合金等）的硬度测定，并可测定硬质合金、渗碳层和化学处理层的硬度。
HBRVU187.5型布洛维光学硬度计采用了旋转式试验力变换机构和光学测量指示系统，在机体上装有显微镜测量装置。使用方便，加试验力测量系统灵敏可靠，示值精度高。HBRVU187.5型布洛维光学硬度计如下图所示：
1.读数投影屏、
2.测量显微镜、
3.微调旋钮、
4.压头、
5.试件、
6.溜板试验台、
7.防尘罩、
8.升降旋转轮、
9.光源调节手轮、10.缓冲器调节手轮、11.加载试验力手柄、12.变试验力手轮、13.电源插座、14.保险丝座、15.电源开关。
1.HBRVU187.5型布洛维光学硬度计的使用步骤：
1) 插上电源，将硬度计右下方的开关旋钮（15）旋至“洛氏”位置，硬度计正面上的读数投影屏（1）灯亮。
2）按读数投影屏（1）提示装上目前唯一的一个φ1.588mm的金刚石球压头，此时，硬度计右下方的变试验力手轮（12）已预先选择在980N的位置上（总试验力）。
3）将硬度计右上方的加载试验力手柄（11）按顺时针方向拉向前方，使试验力处于卸荷状态。
4）将φ79.4mm的小圆洛氏硬度试验块放在工作台上，缓慢地转动升降旋转轮（8）使试验工作台上升。（注意：顺时针向上，逆时针向下）。当金刚石球压头与硬度试验块接触时，读数投影屏（1）上的标尺上升，最后使标尺基线与读数投影屏上的固定标准线重合。
5）将加载试验力手柄（11）按顺时针方向推向前方，此时硬度计处于加载状态。读数投影屏（1）上显示出来的标尺由上而下地移动，直至标尺停止为止，此时读数投影屏（1）上显示出来的左边的读数值就是该硬度试验块的洛氏硬度值。（即时可记录下该洛氏硬度值的数据）
6）降下升降旋转轮（8），将硬度计右上方的加载试验力手柄（11）按逆时针方向拉向前方，使试验力处于卸荷状态。
2.HR—150A洛氏硬度计的实验原理和使用说明：
洛氏硬度计试验原理如右下图所示：既在规定的载荷作用下，将金刚石圆锥体或钢球压头压入试样表面，根据压痕深度来确定其硬度值。
实验时，先加初载荷9.8N（1kgf ），压痕深度为h1，然后再加主载荷，压痕深度为h2，卸去主载荷，保留初载荷，由于材料弹性变形的恢复，实际压痕深度为h。由压痕深度h确定硬度值，压痕越深，则硬度值越小。为了照顾习惯上数值越大，硬度越高的概念，因而采用一常数减去压痕深度后的数值表示洛氏硬度。按GB/T 230. 1—2004的规定，压头每压入0.002mm深度作为一个硬度单位，故洛氏硬度的计算公式为：
HR = C—h / 0.002 。
式中：C为常数。当金刚石圆锥作压头时，C = 100；当用φ1.588mm的淬火钢球作压头时，C = 130。
洛氏硬度试验采用不同的压头和载荷，可以试验从软到硬的各种材料。最常用的三种洛氏硬度列于表中，其中HRC应用最多。洛氏硬度值无单位，硬度值可在读数表盘上直接读出。
图 1—2 洛氏硬度试验原理图
（R的单位为 mm）常用洛氏硬度符号、试验条件和应用举例：
常用的HR—150A洛氏硬度计的结构如下图所示：
1.加卸试验力手柄、
2.旋轮、
3.保护罩、
4.螺钉、
5.试验台、
6.上盖、
7.后盖、
8.缓冲器调节手轮、
9.表盘、10.上盖螺钉、11.压头紧固螺钉、12.压头、13.变载荷手轮。
3.HR—150A机械式洛氏硬度计的使用步骤：
1）120°金刚石圆锥体压头安装在测杆中，贴紧支承面，把压头紧固螺钉略为拧紧,将φ79.4mm的小圆洛氏硬度试验块放在试验台（5）上。
2）顺时针方向地旋转旋轮（2），使试验工作台上升。注意：金刚石圆锥体压头与洛氏硬度试验块接触时，上升速度要缓慢平稳。小指针从黑点移到红点，此时大指针转动三圈至零位±5HR分度处，这时初试验力开始施加。（由于该硬度计使用年限已久，不能按正常的操作规程来操作。只能按最外圈黑色数字0点为基准来操作，其余步骤不变。）
3) 将微调表盘（9）对准零位，加卸试验力手柄（1）推向后，调节缓冲器流量，保证主试验力在4～8秒钟内施加。主试验力保持10秒，加卸试验力手柄（1）在2秒钟内平稳地朝前拉，卸去主试验力，从相应的标尺核度上读取洛氏硬度值。
4）降试验工作台，使洛氏硬度计恢复原态。
4.新MDJ—200金相显微镜的介绍和使用说明：
一）.用途：MDJ系列金相显微镜按人体工程学设计，配置了专门的金相平场消色差物镜，具有外形美观、结构紧凑、稳定可靠、像质优异、使用便捷等优点，可广泛应用于工厂、学校和相关科研部门，是铸件质量检验、金属材料检验、鉴定以及金属材料处理后组织分析、研究的理想仪器。
MDJ200型为双目式金相显微镜，还可选配互动双目组及专用数码装置组成MDJ—DM 200/320金相数码显微镜或金相互动用显微镜。
二）.性能参数：
1.放大倍数：
2.物镜：
注：20×、40×、100×均为弹簧物镜。
3.目镜：
4.载物台：三层机械载物台尺寸：180mm×180mm。
纵、横移动范围：30mm×30mm；游标最小读数：0.1mm；载物片尺寸：ф68mm；
同时配有：ф10mm、ф20mm孔径载物片。
5.滤色片：可配绿色、蓝色、灰色滤色片及磨砂玻璃。
6.光源：6V/20W 卤钨灯，G4灯座，亮度可调。
7.转换器：内定位四孔转换器。
8.转轴双目组：45°倾斜，瞳距调节范围为50mm～75mm，视度调节±5屈光度。
专用数码装置：130万、200万或310万像素。
9.粗微动调焦：同轴调焦粗微动，粗动手轮行程：42.4mm/转，实际粗动行程：12mm；
微动手轮行程：0.2mm/转，格植：0.002mm。
10.防霉装置：物镜、目镜及相关部位均采取了防霉、防雾措施或安装了防霉装置。
11.电源：输入：85V～265V，50/60Hz；保险管：2A 250V （ф5×20）；
旋转电位器带开关。
三）新MDJ—200金相显微镜的使用要领：
本仪器采用带开关的旋转电位器，可避免电源开启时亮度过高，灯泡不会有过高电流冲击，从而延长灯泡寿命。
1.旋转电位器旋转使电源接通，然后调节电位器亮度适中。
2.安放试样：先确认先前所载物片合适后，再将要观察的试样放置在载物片上。注意
将被观察面向下，用压簧片将试样固定好。旋转载物台手轮将试样移入光路。
3.转动物镜转换器（手握转换器外圆的齿纹部分），将低倍物镜（常用10×物镜）置
入光路，慢慢转动粗动手轮，用左眼从左固定筒目镜观察，见物像大致轮廓后用微
调手轮将图像调清晰，然后将高倍数物镜置入光路。
4.双目瞳距调整及视度调节：
4.1瞳距调整：（参见下图4）
瞳距（眼距）因人而异，一般来讲，中国人比西方人瞳距大，所以使用双目显微镜前均需调整瞳距。
双手分别握住双目左右支架转动，直至双目中看到的光环完全重合，此时瞳距已调好。
4.2.视度调节：（同样参见上图4）
双目观察调焦时，应先以固定筒（本仪器为右筒）一侧观察，即右眼从右筒观察，物像调清晰后再从左筒观察；同时调节左筒上的视度调节圈以补偿左右两眼视度上的差异，使两筒成像同样清晰。
4.3.视场光栏调节：（参见图3和下图5）
转动视场光栏转圈，将视场光栏调至小于目镜的视场，此时视场中可看到完整的视场光
栏图像。调整视场光栏中心调节螺钉，使视场光栏图像中心与目镜视场中心基本重合。再将视场光栏图像开至略小于目镜视场再次调节，使光栏中心与视场中心更加吻合后，调大视场光栏，使视场光栏图像消失于目镜视场范围之外即可。
4.5.孔径光栏的调整：（参见图3和下图6）
转动孔径光栏调节圈即可改变孔径光栏的大小，从而改变被观察试样的衬度。
取下目镜直接从目镜观察，调整孔径光栏东西大小使其图像充满物镜出瞳直径的70%～80%即可获得衬度较为良好的图像。
4.6.滤色片的使用：选用合适的滤色片或磨砂玻璃，将其置于仪器集光镜上方二台孔上即
可。
完成以上步骤后，即可根据所要观察试样的特点，选用适宜倍率的物镜、目镜，以及合适的滤色片，调节适合大小的孔径光栏及灯泡亮度，再调节微动调焦手轮使成像清晰，即可获得满意的图像，进行显微镜观察。
4.7.松紧调节手轮：（参见下图7）
仪器长期使用后可能会出现载物平台自动下滑的现象。松紧调节圈可以调节粗微动组的松紧，防止载物台自行下滑，同时调节粗微动操作上的舒适感。顺时针旋转，可以锁紧；相反，可以放松。
▲切忌不要同时用力反向旋转左右粗、微动手轮，否则会损坏调焦机构。
▲变换不同倍率物镜时，切勿直接扳动物镜来转动物镜转换器。应手持转换器外圆的齿纹部分来转动转换器，使物镜准确定位并进入光路，否则会影响仪器的光学性能。
▲因高倍率物镜工作距离较小，为防止使用高倍率物镜时物镜与载物片其发生碰撞，应尽量将试样需观察部位置于载物片中心，并先用低倍物镜观察找图像，再换用所需倍率物镜。不要在平台处于最低位置时切换物镜，这样容易损坏高倍物镜。
5.数码相机的使用：
先将目视观察的图像调节清晰，取下目镜（双目产品取固定筒上的）。再将数码照相机接筒与相机连好，然后将接筒插入目头组上镜筒内（注意相机显示屏方向），用止紧螺钉止紧。打开相机电源，即可进行数码拍摄。如数码相机与目视观察同步稍有差异，可适当调节
微动调焦手轮。
6.浸油物镜的使用：
本仪器所配100×物镜为浸油物镜，使用时需在物镜前镜片与试样之间加适量的非树脂合成浸油，且油中不得有影响成像的气泡和杂质。
使用浸油物镜时，加油量一定要适量，否则油会流入物镜座，影响物镜的光学性能。
▲使用浸油观察完毕后，应立即用脱脂棉、镜头纸、纱布或软棉布等蘸适量工业用酒精与乙醚的混合液（比例1：4）将物镜及试样上的浸油檫拭干净。
▲浸油虽无毒，但当其触及皮肤或进入人眼时，请采取以下措施：
触及皮肤时：用水和肥皂冲洗干净。
进入人眼睛时：用清水彻底冲洗（15分钟以上）。
如果眼睛或皮肤持续疼痛或外观变化，请立即到就近医院检查。
四、实验主要仪器设备和材料：
五、实验内容和步骤：
每一批学生分成三组，一组先做布洛维光学硬度测试，另一组先做洛氏硬度测试，最后一组做金相显微镜先做试件金相组织观察实验。三组学生做完第一个项目后互相调换，直至把三个项目做完为止。实验内容和步骤如上所述。
六、实验数据处理与分析：
硬度测试一般是要在平整的试件表面上呈品字形地测量三个点，取其三个的平均值作为该试件的硬度测量值。同时也要注意测量点尽量取在中间位置，而且间隔要均匀，每次测量点的距离应大于3mm 。
七、注意事项：
因为硬度计和金相显微镜都是贵重的精密仪器，而且现在采用的是比较现代化的金相互动教学系统，同时配有相应的电脑。所以要求老师和同学们都要严格按照操作规程的要求来操作。发现问题和故障应立即停止操作，及时向实验指导老师报告。
为了保证金相互动教学系统的正常运行，严禁任何人未经批准带入未经杀毒处理的U盘、移动硬盘等外接设备。请老师和同学们自觉遵守该规定。
请老师和同学们注意千万在电脑和显微镜工作期间切记不要拔动显微镜数码系统的USB 2.0插头，以免烧坏价值几千元的显微镜数码系统。违者后果自负！并按学校实验室管理条例追究其赔偿责任。
八、实验报告要求：
实验报告的要求要字体工整，严肃认真、实事求是。严禁互相抄袭、应付了事，每次做完实验的数据都要经实验指导老师认真检查认可。
九、预习与思考题：
每一位学生在做实验前都应该认真预习实验指导书，明白本次实验的内容、目的和所要达到的要求及注意事项。
十、实验思考问答题：
1.对比布洛维、洛氏两种硬度计有何异同？同一种金属材料用不同的硬度
计来测量，硬度值有何变化？
2.如何辨认在用显微镜观察金相试样时的“假象”？
3.你对本次实验有何认识、意见和建议？
实验二：碳钢和白口铁的显微组织观察
一、实验目的与要求：
1.观察和分析铁碳合金的平衡组织；
2.分析铁碳合金显微组织的形成过程；
3.分析碳钢、白口铸铁的组织与含碳量之间的关系，从而掌握铁碳合金成分、组织和性能之间的关系。
二、实验类型：观察形、验证形。
三、实验原理及说明：
实验原理：F e—F e3C平衡相图是铁基二元相图中最重要的相图之一。根据相图，可以分析铁碳合金的平衡组织及其特点。所谓平衡组织，是指符合平衡相图的组织，即在一定温
度、一定成分和一定压力下合金处于最稳定状态的组织。要获得这样的组织，必须使合金发生的相变在非常缓慢的条件下进行。通常将缓冷（退火）后的铁碳合金组织看做平衡组织。铁碳合金是目前应用最广泛的工程材料。铁碳合金的平衡组织是研究铁碳合金性能及相变机理的基础，因此认识和分析铁碳合金的平衡组织有着十分重要的意义。此外，观察和分析铁碳合金的平衡组织有助于立理解F e—F e3C 平衡相图的建立和进一步借助相图来分析问题。
1. 铁碳合金的分类：铁碳合金可分为碳钢和白口铸铁两大类，下表列出了铁碳合金的分类和组织情况。
表2—1铁碳合金的分类和组织
从上表中可以看出，铁碳合金是以其含碳量来分类的，其中含碳量小于2.11％的称为碳钢，大于2.11％的称为白口铸铁。由于含碳量的不同，它们的平衡组织也有很大的不同。
2.铁碳合金的平衡组织：上表已列出，铁碳合金的平衡组织共有四种：铁素体（α相），渗碳体（Fe3C），珠光体（P）和莱氏体（Ld）。但是从Fe—Fe3C相图可以看出，铁碳合金在常温下只有两相，即铁素体和渗碳体。由于含碳量的不同，这两个相的相对量、形状和分布情况有很大的不同，因此呈现出各种不同的组织状态。下面介绍一下各种显微组织的基本特征。
（1）铁素体：碳在α— Fe中的固溶体，碳的溶解度（质量分数）是可变的，在727℃时达到最大的溶解度，为0.218 ％左右。铁素体的硬度很低，塑性好，经过4％硝酸酒精腐蚀后呈白亮色（参阅本实验附录：图2—1）。含碳量较低时，铁素体呈块状分布，随含碳量增加，铁素体量减少，在接近共析成分时，铁素体呈网状分布在珠光体周围。
（2）渗碳体：碳与铁的一种金属化合物，化学式为Fe3C，碳的质量分数很高，可达6.69％，坚硬而脆，耐蚀能力很强，经过4％硝酸酒精腐蚀后呈白亮色。在过共晶白口铸铁中的一次渗碳体是从液态中直接结晶而成的，故呈条状分布，如本实验附录：图2—8所示。在过共析钢和亚共晶白口铸铁中的二次渗碳体（参见本实验中图2—7《金属材料及热处理》和图2—8）是从奥氏体中沿晶界析出的，所以呈网状分布在珠光体周围。由于渗碳体硬度很高，
所以在磨面上是突起的。
铁素体和渗碳体经过4％硝酸酒精腐蚀后都呈白亮色，为了加以区别，可改用苦味酸钠溶液腐蚀（苛性钠25g，苦味酸2 g，加水100ml, 在100℃煮沸5～10min）。这时渗碳体被染成暗褐色（接近黑色），铁素体仍呈白亮色。
（3）珠光体：铁素体和渗碳体的两相混合物，有片状珠光体和球状珠光体两类。片状珠光体是几经一般退火后得到的铁素体和渗碳体的片层交叠组织。经过4％硝酸酒精浸蚀后，这种组织在显微镜下由于放大倍数不同而有不同的特征：在用600倍以上金相显微镜观察时，可见珠光体中平行相间的宽条铁素体和细条渗碳体都呈白亮色，而边界呈黑色；在用400倍左右的金相显微镜观察时，由于显微镜的分辨能力降低，白亮的细条渗碳体被黑色的边界所“吞没”而呈黑色，这时看到的珠光体是宽条白亮色铁素体和细条渗碳体相间；在用200倍以下的金相显微镜观察时，宽条白亮色铁素体难以区分，这时的珠光体特征是暗黑色的。低碳钢中的珠光体量很少，片间距细小，即使在较高倍观察时也是暗黑色的。
球状珠光体是过共析钢球化退火后的组织，片状分布的渗碳体变成了球状，经过4％硝酸酒精腐蚀后，球状珠光体的特征是在白亮色的铁素体基体上分布着白色的渗碳体颗粒，它们的边界是黑色的。
（4）莱氏体：奥氏体和渗碳体的共晶体。刚从液态合金中结晶出来的莱氏体是渗碳体的基体上分布着颗粒状的奥氏体。从共晶温度冷却时，从奥氏体中析出二次渗碳体，二次渗碳体和基体渗碳体连接起来，所以在组织上很难区分。当冷却到共析温度时，奥氏体转变为珠光体。在常温下用金相显微镜观察到的组织已不是渗碳体和奥氏体，而是渗碳体和珠光体，但一般仍称为莱氏体或变态莱氏体。经过4％硝酸酒精腐蚀后，莱氏体的组织特征是在白色的渗碳体基体上分布着许多黑色颗粒状的小条状珠光体。
在亚共晶白口铸铁中，莱氏体被黑色树枝状珠光体所分割，在珠光体周围可看到一圈白亮色的二次渗碳体；在过共晶白口铸铁中，莱氏体则被粗大的白色条状一次渗碳体所分割。
根据碳的质量分数及组织特点的不同，铁碳合金可分为工业纯铁、钢和白口铸铁三大类。各种铁碳合金在室温下的平衡组织如下实验图2—1～实验图2—8所示：
实验图2—1 工业纯铁的显微组织（铁素体）实验图2—2 20＃钢的显微组织白色等轴多边形晶粒为铁素体，深色线条为晶界。（铁素体＋珠光体）白色晶粒为铁
素体，深色块状为珠光体。
实验图2—3 45＃钢的显微组织实验图2—4 T8钢的显微组织
（铁素体＋珠光体）同上，但珠光体增多。（珠光体）组织全部为层状珠光体。
实验图2—5 T12钢的显微组织实验图2—6 共晶白口铸铁的显微组织（网状渗碳体＋珠光体）基体为层状珠光体，（莱氏体）白色为渗碳体，黑色圆粒及条晶界上的白色网络为二次渗碳体。状为珠光体。
实验图2—7 亚共晶白口铸铁的显微组织实验图2—8 过共晶白口铸铁的显微组织（珠光体＋二次渗碳体＋莱氏体）（一次渗碳体＋莱氏体）基体为黑白相间分布的变态莱氏体，黑色树枝基体为黑白相间分布的变态莱氏体，状为初晶奥氏体转变成的珠光体。白色板条状为一次渗碳体。
附：奥氏体（A）的介绍：奥氏体是指γ—Fe内固溶有碳和（或）其它元素所形成的晶体点阵为面心立方的固溶体，常用符号A（或γ）表示。奥氏体仍保持γ—Fe的面心立方晶格，碳在γ—Fe中的位置如下图左所示。奥氏体溶碳能力较大，在1148℃时溶碳量（WC=2.11％）最大，随着温度下降，溶碳量逐渐减少，在727℃时溶碳量WC=0.77％。
奥氏体具有一定的强度和硬度，塑性好（бb≈400N/mm2,160～220HBW,δ≈40％～50％）。在机械制造中，钢材大多数要加热至格外高温奥氏体状态进行压力加工，因塑性好而便于成型。用高温金相显微镜观察，奥氏体的显微组织呈多边形晶粒状态，但晶界比铁素体的晶界平直些，如下图右所示。应该指出的是：稳定的奥氏体属于铁碳合金的高温组织，当铁碳合金缓慢冷却到727℃时，奥氏体将发生转变，转变为其它类型的组织。奥氏体是非铁磁性相。
奥氏体的晶胞示意图奥氏体的显微组织
3.各组织的力学性能：为了掌握铁碳合金的力学性能，必须控制各种组织的相对量。
已知：铁素体软而塑性好，渗碳体硬而脆，珠光体是这两相的机械混合物，莱氏体则是渗碳体和珠光体的混合物。铁素体、渗碳体和珠光体的力学性能如下表2—2所示：
表2—2各相的力学性能
在熟悉了碳钢中各种组织分布特征后，就可以借助金相显微镜来估算碳钢中的含碳量。首先，估计在某一视场中各种组织所占有的面积百分比，令：n为铁素体所占面积百分比，K为珠光体所占面积百分比，B为渗碳体所占面积百分比。
根据Fe—Fe3C相图，已知常温下铁素体中碳的质量分数约为0.008％，珠光体中碳的质量分数约为0.77％，渗碳体中碳的质量分数约为6.69％，那么，根据杠杆定律，可以得到：对于亚共析钢，有：W（C）=（n×0.008/100＋K×0.77/100）×100％；
对于过共析钢，有：W（C）=（B×6.69/100＋K×0.77/100）×100％。
上述计算是假定各组织的密度是相等的，事实上它们的密度也是近似相等的；球状珠光体的面积很难目测，所以不能估算它的含碳量。
四、实验主要仪器设备和材料:
1. 碳钢（亚共析钢、共析钢、过共析钢试样）、球状珠光体的试样。
2.白口铸铁（亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁试样）。
3.MDJ—200金相显微镜；
4.联想扬天M2620电脑。
五、实验内容和步骤：
按下表的要求准备试样，并用XJX—1小型金相显微镜来观察各试样的金相显微组织的特征。
（1）.实验内容：表2—3
过亚共晶白口铁。
（2）.实验步骤：
1.全班分成若干批进行，每人一台金相显微镜，仔细观察和分析本实验所规定的全部试样，
并通过电脑显示器可以清晰地观察到它们的金相组织结构图；
2.通过对实验试样的观察和分析，了解非合金钢和白口铸铁的室温平衡组织及其相貌特
征，了解铁碳合金的化学成分和组织之间的变化规律。
六、实验数据处理与分析：
碳钢中含碳量的计算一定要符合上述第4点所述方法进行，计算结果请参阅上表各种材料的含碳量W（C），并交老师检查。
七、注意事项：
因为金相显微镜是贵重的精密仪器，所以要求老师和同学们都要严格按照操作规程的要求来操作。切记在操作显微镜期间不要随意拔动显微镜数码插头，否则会导致显微镜数码严重的损坏。违者按学校有关规定追究其赔偿责任！如发现显微镜有问题或故障应立即停止操作，及时向实验指导老师报告。
八、实验报告要求：
（1）分析上表中各种成分的铁碳合金的组织特征，注意含碳量和金相组织之间的关系并进行分析；
（2）从电脑中复制出出观察试样的金相结构图，写明试样材料的名称、热处理状态、浸蚀剂、放大倍数和组织结构名称，用箭头标明示意图中所示的组织结构名称。
九、预习与思考题：
每一位学生在做实验前都应该认真预习实验指导书，明白本次实验的内容、目的和所要达到的要求及注意事项。
实验问题与思考：
1.非合金钢与白口铸铁在组织构成与力学性能方面有何异同？
2.渗碳体有哪几种形态？如何分辨？
3.你对本次实验有何认识、意见和建议？
实验三：碳钢的淬火和回火热处理
一、实验目的与要求：
1.了解钢的普通热处理（退火、正火、淬火、回火）的操作方法和过程；
2.分析碳钢在热处理时含碳量、加热温度、冷却速度及回火温度等主要因素对钢热处理后
组织与性能和硬度的影响和变化；
3.观察碳钢在普通热处理后，其组织变化并区分其组织特征。
二、实验类型：
观察形、验证形。
三、实验原理及说明：
热处理是一种很重要的金属加工工艺方法，也是充分发挥金属材料性能潜力的重要手段。热处理的主要目的是改变金属材料的性能，其中包括使用性能及工艺性能。热处理之所以能使金属材料的性能发生显著的变化，主要是因为金属材料内部组织结构可以发生一系列的变化。采用不同的热处理工艺过程，将会使金属材料得到不同的组织结构，从而获得所需要的性能。钢的热处理工艺过程是：将钢加热到一定的温度，经过一段时间的保温，然后以某种速度冷却下来。通过这样的工艺过程能使钢的性能发生变化。
1.钢的普通热处理：
（1）钢的退火：钢的退火通常是把钢加热到临界温度AC1或AC3线以上，保温一段时间，缓慢地随炉冷却。箱式电阻炉断电后的冷却速度大约是每小时30～120℃，随炉冷却是退火中最常用的冷却方法。此时，奥氏体在高温区发生分解，从而得到比较接近平衡状态的组织。一般中碳钢（亚共析钢）如40＃钢、45＃钢经退火后可以获得铁素体和珠光体组织，组织稳定，消除了残余应力，硬度较低（180～220 HB）有利于进行下一步的切削加工。
共析钢和过共析钢多采用球化退火。退火加热温度为AC1以上20～30℃，保温后钢的组织为奥氏体和未溶的颗粒状的二次渗碳体。缓慢冷却时，自奥氏体中析出的渗碳体沿着未溶颗粒状渗碳体结晶，结果得到铁素体基体上均匀分布着颗粒状的渗碳体组织，即：球状珠光体，如图3—1所示。球状珠光体不仅有利于切削加工，而且也为淬火作好了组织准备。
PLC综合实验课题 1.总体要求： 对每一课题必须绘制运行工序图，设计的PLC控制系统包括：PLC I/O分配、控制线路图设计、梯形图设计；将设计的PLC程序利用手持式编程器送入PLC 并调试通过，符合课题提出的控制要求后，提交现场验收。 实验报告书在提交上述内容的基础上，还要讨论调试心得。 2.实验课题 课题一：小车往返运动控制 小车往返运动情况参如图1。 SQ1 SQ2SQ3 图 1 初态：小车启动前位于导轨的中部（如图1中位置）。系统运行要求如下：1）按启动按钮SB1，小车前进，到SQ1处停车，延时5s后小车后退； 2）小车后退至SQ2处停车，延时5S后第二次前进，到SQ3处后再次后退； 3）后退至SQ2处停车。 要求：设计PLC控制系统，必须采用基本逻辑指令编程。 课题二：三台电机顺序控制 三台电机顺序控制要求如下：M1运行10S 后停止，M2自行启动；M2运行5S 后停止，M3自行启动；M3运行5S后停止，M1重新自行启动运行，如此反复三次后所有电机停止运行，指示开始灯闪烁，按停车按钮指示灯闪烁停。 要求：设计PLC控制系统，必须采用基本逻辑指令编程。
课题三：机械手PLC 控制 悬挂式机械手结构示意图如图3 。 图 3 SQ1 SQ4 机械手工作控制方式分手动、单步、单周期和连续控制，控制方式采用转换开关进行，（手动时X6=ON ，单步时X7=ON ，单周期X10=ON ，连续X11=ON ）。 连续操作过程如下： 机械手必须在原位（图3中A 点），按启动按钮SB1，机械手开始动作： 下降→夹紧（电磁阀得电）→上升→右行→下降→放松（电磁阀失电）→上升→左行回到原位→下降（循环执行） 连续操作过程中按停止按钮SB2，必须完成一个工作循环回到A 点后停止运行。 单周期操作：机械手在原位，按启动按钮，机械手工作一个周期后停在原位。 单步操作：机械手在原位开始，按一次启动按钮，机械手自动完成一步后自动停止，再按一次启动按钮机械手自动完成下一步后自动停止…… 手动操作是指机械手的上升/下降、右行/左行、夹紧/放松可以用按钮单独操作，工作方式采用转换开关进行选择，具体控制要求如下： X20=ON ：按住启动按钮SB1，机械手左行；按住停止按钮SB2，机械手右行； X21=ON ：按住启动按钮SB1，机械手上升；按住停止按钮SB2，机械手下降； X22=ON ：按住启动按钮SB1，机械手夹紧；按住停止按钮SB2，机械手放
实验一切削加工质量的综合实验 一、实验目的 1、通过综合实验加深理解《机械制造技术基础》课程的相关理论知识,引导学生自主学 习,以提高学生分析问题和解决问题的能力。 2、以保证切削加工质量为目标,展开对机床、刀具、夹具和工件所组成的工艺系统各因 素的认识和分析,进行一系列的设计、试验和测量,从实验过程和实验结果中对影响加工质量的因素进行综合分析。 3、通过以学生动手为主的综合实验,使课程实验成为提高学生综合素质、工程设计能力, 工程实践能力和创新能力的重要环节。 二、实验要求 学生在掌握所学课程的基本知识和理论、熟悉机械加工方法和工艺知识的基础上,根据某一零件图加工质量的要求自拟加工工艺并设计实验方案,选择合理的加工方法、刀具和加工工艺参数等。对试件进行切削加工,控制加工精度和表面粗糙度,分析影响零件加工质量的各种因素,以及寻找控制零件加工质量的基本措施和方法。 三、实验仪器及设备 CA6140型车床、三向通用测力仪、应变放大器、数据采集卡、计算机、表面粗糙度仪、车刀量角台、各种工件材料毛坯、不同角度和材料的车刀、游标卡尺、直尺、千分尺等。四、实验内容
图1为综合实验总体结构框图。从图中可以看出影响加工质量的各种因素,包括机床、工件、刀具和切削条件等几个方面。怎样进行实验设计,如何选用不同的加工方法和工艺参数进行独立自主的实验以完成零件图上加工质量的要求是本实验的主要内容。 图1 制造技术综合实验总体结构图 在实验过程中必须掌握基本的实验手段: 1、掌握使用车刀量角台测量车刀几何角度的基本方法,加深对车刀各几何角度、各参考 平面及其相互关系的理解,绘出所选用车刀的标注角度图。 2、了解测力仪工作原理及测力系统的工作过程,自选切削参数和实验设计,实测切削力, 了解并掌握切削参数(f、a p、κr、γ0、V C对切削力的影响规律,并能够通过实验
数控插补多轴运动控制系统解剖实验 实验学时：8 实验类型：独立授课实验 实验要求：必修 一、实验目的 1、通过本实验使学生掌握数控插补多轴控制装置的基本工作原理； 2、根据常用低压电器原理分析各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动实现的控制原理； 3、根据机电一体化产品的设计要求和设计流程进行运动控制系统的功能分析、机械结构分析、控制系统分析以及相关传感器选型等方面的设计内容。 本实验以数控插补多轴运动控制系统为具体对象，使学生掌握机电一体化产品设计和开发的技术流程和主要内容，通过运动控制系统的实现过程掌握常用电气元件识别和原理、数控插补原理、位置伺服控制系统等的设计和实现方式。 二、实验内容 1、通过数控插补多轴控制装置及其相关系统的测试和观察，分析数控插补的工作原理； 2、分析系统的功能、机械结构分析、运动关系以及相关传感器等，分析其相关的机械结构、电机及其驱动模块和传感反馈环节等； 3、根据常用低压电器原理，分析系统各运动控制电气元件的应用原理，分析数控插补运动过程实现的控制原理，并绘制相关的控制原理图和系统连接图。 三、实验设备 1、多轴运动控制系统一套（含电控箱） 2、PC机一台 3、GT-400-SG-PCI 卡一块（插在PC机内部）
四、实验原理 该数控插补多轴运动控制系统是依据开放式数控系统原理构建的，其以通用计算机（PC）的硬件和软件为基础，采用模块化、层次化的体系结构，能通过各种形式向外提供统一应用程序接口的系统。开放式数控系统可分为 3类：（1）CNC 在 PC中；（2）PC作为前端，CNC作为后端；（3）单 PC，双 CPU平台。 本实验采用第一类，把顾高公司的 GT-400-SG-PCI 多轴运动控制卡插入PC 机的插槽中，实现电机的运动控制，完成多轴运动控制系统的控制。其优点如下：（1）成本低，采用标准 PC机；（2）开放性好，用户可自定义软件；（3）界面比传统的 CNC 友好。 图1为该系统的硬件构成图，运动平台机械本体采用模块化拼装，主要由普通PC机、电控箱、运动控制卡、伺服（步进）电机及相关软件组成。其主体由两个直线运动单元（GX系列）组成。每个GX系列直线运动单元主要包括：工作台面、滚珠丝杆、导轨、轴承座、基座等部分，其结构见图2。伺服型电控箱内装有交流伺服驱动器，开关电源，断路器，接触器，运动控制器端子板，按钮开关等。步进型电控箱则装有步进电机驱动器，开关电源，运动控制器端子板，船形开关等。 图1 数控插补多轴控制系统硬件构成
机电传动控制实验指导书 实验一、继电—接触器控制三相异步电动机 一、实验目的 1．熟悉继电—接触器断续控制系统的电路原理图、元件布局图和接线图的读图方式；2．掌握三相异步电动机主回路和控制回路的接线方法； 3．了解继电—接触器断续控制电路的组成 二、实验使用仪器、设备 1．DB电工实验台； 2．三相异步电动机二台； 3．万用表一台； 4．专用连接线一套。 三、实验要求 实现三相异步电动机的正、反转、点动、互锁、连锁控制。满足以下具体要求： (1) M1可以正、反向点动调整控制； (2) M1正向起动之后，才能起动M2； (3) 停车时，M2停止后，才能停M1； (4) 具有短路和过载保护； (5) 画出主电路和控制电路。 四、实验参考电路
五、实验步骤 1．按布局图要求将各元器件定位； 2．按接线图要求，以正确的规格电线连接各器件；3．按接线图要求，连接电动机的定子线圈； 4．自查并互查连接线； 5．合上电源，调试电路； 6．观察电动机的运行情况。 六、实验注意事项 1．操作前切断总电源； 2．接线完毕，必须检查接线情况，并做好记录；3．在指导老师认可后，方能接通电源。 七、思考题 1．熔断器与热继电器可否省去其中任何一个？为什么？2．熔断器与热继电器的规格可否随意选择？为什么？3．连接电线的规格可否随意选择？为什么？ 4．交流接触器可否带直流负载？为什么？
实验二、PLC控制三相异步电动机 一、实验目的 1．了解PLC——AC电动机断续控制系统的电路原理图、元件布局图和接线图的读图方式；2．掌握继电—接触器逻辑电路与PLC梯形图的转换方式； 3．熟悉PLC控制系统的接线方法； 3．了解PLC断续控制电路的组成。 二、实验使用仪器、设备 1．PLC模拟实验台； 2．三相异步电动机二台； 3．万用表一台； 4．专用连接线一套。 三、实验要求 实现PLC对三相异步电动机的正、反转、点动、互锁、连锁控制。满足以下具体要求： (1) M1可以正、反向点动调整控制； (2) M1正向起动之后，延时5分钟再可起动M2； (3) 停车时，M2停止后，延时2分钟再可停M1； (4) 主电路同实验一。 四、实验参考电路与梯形图 1．电路
实验1：基本逻辑门电路功能测试（采用分立元件） 一、实验目的 1：掌握各种门电路的逻辑功能及测试方法。 2：学习用与非门组成其它逻辑门电路。 二、实验用的仪器、仪表 TEC —５实验箱 74LS00二输入四与非门 三态门74LS125 三、实验原理 与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上低电平时，输出端为高电平。只有当输入端全为高电平时，输出端才为低电平（即有“0”得“1”，全“1”出“0”）。 三态输出门是一种特殊的门电路。它与普通的逻辑门电路不同，它的输出状态除了高、低电平两种状态（均为低阻状态）外，还用第三种状态,即高阻态。处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路。三态门主要用途之一是实现总线传输。三态输出门符号与功能表如下（此例以高有效的使能器件为例）。 四、实验内容 1：测试二输入与非门的逻辑功能 与非门的输入端接逻辑开关电平，输出端接发光二极管。按表1－2所示测试与非门，并将测试结果填入表中。 B A F ?= A B
2：学习用二输入与非门构成其他逻辑电路的方法，并测试。 ● 与门逻辑功能实现： 根据布尔代数的理论，B A B A F ?=?=,所以用2个与非门即可实现与门逻辑功能。输入A 、B 接逻辑开关，输出端接发光二极管。参考表1－１，设计表格，并将测试结果填入表中。 ● 或门逻辑功能实现： 根据布尔代数的理论，B A B A F +=?=,所以用3个与非门即可实现或门逻辑功能。输入A 、B 接逻辑开关，输出端接发光二极管。参考表1－1，设计表格，并将测试结果填入表中。 ● 异或门逻辑功能实现： 根据布尔代数的理论，B A B A F +=,根跟据此异或逻辑表达式经过变换，逻辑图如下，请自行验证此逻辑图的正确性，同时思考如果直接据逻辑表达式画逻辑图，效果如何，近而体会变换的作用。输入A 、B 接逻辑开关，输出端接发光二极管。参考表1－1，设计表格，并将测试结果填入表中。 3：测试三态门的逻辑功能 三态门输入端、使能端分别接逻辑开关，输出端接发光二极管。将测试结果填入表1－3中。 表1－3 A B A B
自动控制原理实验指导书 池州学院 机械与电子工程系
目录 实验一、典型线性环节的模拟 (1) 实验二、二阶系统的阶跃响应 (5) 实验三、根轨迹实验 (7) 实验四、频率特性实验 (10) 实验五、控制系统设计与校正实验 ......................................... 错误！未定义书签。实验六、控制系统设计与校正计算机仿真实验...................... 错误！未定义书签。实验七、采样控制系统实验 ..................................................... 错误！未定义书签。实验八、典型非线性环节模拟 ................................................. 错误！未定义书签。实验九、非线性控制系统分析 ................................................. 错误！未定义书签。实验十、非线性系统的相平面法 ............................................. 错误！未定义书签。
实验一、典型线性环节的模拟 一、实验目的： 1、学习典型线性环节的模拟方法。 2、研究电阻、电容参数对典型线性环节阶跃响应的影响。 二、实验设备： 1、XMN-2型实验箱； 2、LZ2系列函数记录仪； 3、万用表。 三、实验内容： 1、比例环节： r(t) 方块图模拟电路 图中： i f P R R K= 分别求取R i=1M，R f=510K，（K P=0.5）； R i=1M，R f=1M，（K P=1）； R i=510K，R f=1M，（K P=2）； 时的阶跃响应曲线。 2、积分环节： r(t) 方块图模拟电路图中：T i=R i C f 分别求取R i=1M，C f=1μ，（T i=1s）； R i=1M，C f=4.7μ，（T i=4.7s）；）；
实验三十八三相异步电动机顺序启动控制 一、实验目的 1、通过各种不同顺序控制的接线，加深对一些特殊要求机床控制线路的了解。 2、进一步加深学生的动手能力和理解能力，使理论知识和实际经验进行有效的结合。 三、实验方法 1、三相异步电动机起动顺序控制（一）： 按图38-1接线。因每台实验装置只配一只电机和热继电器，故须用灯组负载来模拟M2，FR2不接。图中U、V、W为实验台上三相调压器的输出插孔。 (1) 将调压器手柄逆时针旋转到底，启动实验台电源，调节调压器使输出线电压为220V。 FR1 图 38-1 起动顺序控制（一）
(2) 按下SB 1，观察电机运行情况及接触器吸合情况。 (3) 保持M 1运转时按下SB 2，观察电机运转及接触器吸合情况。 (4) 在M 1和M 2都运转时，能不能单独停止M 2? (5) 按下SB 3使电机停转后，按SB 2，电机M 2是否起动？为什么？ 图38-2 起动顺序控制（二） 2、三相异步电动机起动顺序控制（二）： 本实验须将两台实验装置的配件合并才能实施。 按图38-2接线。图中U 、V 、W 为实验台上三相调压器的输出插孔。 (1) 将调压器手柄逆时针旋转到底，启动实验台电源，调节调压器使输出线电压为220V 。 (2) 按下SB 2，观察并记录电机及各接触器运行状态。 (3) 再按下SB 4，观察并记录电机及各接触器运行状态。 (4) 单独按下SB 3，观察并记录电机及各接触器运行状态。 (5) 在M 1与M 2都运行时，按下SB 1，观察电机及各接触器运行状态。 四、讨论题 1、画出图38-1、38-2的运行原理流程图。 2、比较图38-1、38-2二种线路的不同点和各自的特点。 3、例举几个顺序控制的机床控制实例，并说明其用途。 FR
PLC实验指导书 实验课程类别：课程内实验 实验课程性质：必修 适用专业：自动化 适用课程：《可编程控制器》、《电气控制与PLC》 实验用PLC机型：欧姆龙CPM1A和CPM2A 开课院、系及教研室：电气信息学院自动化及电气工程教研室 PLC硬件的连接和软件的使用 1．PLC实验系统硬件的组成和线路的连接 整个实验系统由PLC系统和实验区组成。 PLC系统包括OMRON型PLC主机CPM1A一台、适配器CPM1-CIFO1一个、串口线一 根（包括9芯针、孔接头各一个）;或CPM2A一台，串口线一根。 实验区包括开关量输入区、混料实验区、交通灯实验区、电机控制实验区和电梯（直线） 实验区等，每个实验区有不同的输入按键、指示灯和相应的插孔。 另外，实验面板上面有24V电源插孔，24V和GND；还有一排输入端子排DIGITAL INPUT 00~23、输入的公共端子1M、2M、3M、4M接24V；输出端子排DIGITAL OUTPUT 00~15，其公共端子1L、1L接GND；另有插接线若干。 开关量信号单元介绍： 输入信号分为不带自锁按键和带自锁按键，各有8个，共16个，按键按下时是高电平还 是低电平由公共端决定，不带自锁按钮的公共端是COMS1，带自锁按键的公共端是 COMS2，按键的公共端子COMS1、COMS2接GND。 输出信号是2组输出指示灯和一个蜂鸣器声音信号，其中一组指示灯的信号是低电平点 亮，标示为LED1-LED4，另一组指示灯的信号是高电平点亮，标示为LED5-LED8。 声音信号的接口标示为BEEP，接通低电平信号时蜂鸣器响。 具体线路的连接如下： （1）电源开关下的两根线为220V电源线，与PLC主机的L1和L2相连。 （2）PLC输入端的0CH（0通道）00~11端子分别与实验面板上端子排的INPUT00~11相连，1CH（1通道）00~05端子分别与实验面板上端子排的INPUT12~17相连。 （3）PLC输出端的10CH（输出0通道）00~07端子分别与实验面板上端子排的OUTPUT00~07相连，11CH（1通道）00~03端子分别与实验面板上端子排的 OUTPUT10~13相连。 （4）需要联机调试或下载程序时将适配器与PLC主机相连接，用串口线将适配器与电脑的任意一串口相连接。 2．PLC编程软件的简要介绍 在工程工作区内，用户可以实现对以下项目的查看与操作： 符号：可编程控制器所使用的所有全局和本地符号。 I/O表：与可编程控制器相连的所有机架和主框的输入输出。 设定：所有有关可编程控制器的设置。
实验三利用MATLAB求取状态空间模型的相似变换及其标准型、控制系统的不同状态模型实现 实验目的： 1、通过实验掌握线性系统的对角线标准型、约当标准型、模态标准型以及伴随矩阵标准型的表示及相应变换阵的求解； 2、通过编程、上机调试，掌握系统可控性和可观测性的判别方法、系统的可控性和可观测性分解等； 3、加深理解由控制系统传递函数建立能控、能观、约当标准型等不同状态模型的方法。实验原理： 一、线性系统状态空间模型的相似变换及其标准型 （1）将状态空间模型G经变换矩阵T变换为状态空间模型G1； G1=ss2ss(G,T) （2）将状态空间模型G经变换矩阵T变换为其他形式的状态空间模型G1 [G1,T]=canon(G,type) 其中，当type为'companion'、'modal'、'jordan' 时，分别将状态空间模型G变换 为伴随矩阵标准型、模态标准型、约当标准型状态空间模型G1，并得到相应的变 换矩阵T； （3）计算矩阵A的特征值及与特征值对应的对角型变换矩阵D； [V,D]=eig(A) （4）计算矩阵A变换为约当标准型J，并得到变换矩阵V； [V,J]=jordan(A) 二、线性系统可控、可观判别方法与分解 （1）构造系统的可控性判别矩阵Tc； Tc=ctrb(A,B) （2）构造系统的可观测性判别矩阵To； To=obsv(A,C) （3）求取可控Gram矩阵和可观测Gram矩阵； W=gram(G,type) 其中type为'c'时，为求取可控Gram矩阵，type为'o'时，为求取可观测Gram 矩阵。 （4）能控性分解 [Ac,Bc,Cc,Tc,Kc]=ctrbf(A,B,C) 将系统分解为可控子系统和不可控子系统，Tc是变换阵，sum(Kc)是可控状 态的数目； （5）能观测性分解
过程控制系统实验指导书 王永昌 西安交通大学自动化系 2015.3
实验一先进智能仪表控制实验 一、实验目的 1．学习YS—170、YS—1700等仪表的使用； 2．掌握控制系统中PID参数的整定方法； 3．熟悉Smith补偿算法。 二、实验内容 1．熟悉YS-1700单回路调节器与编程器的操作方法与步骤，用图形编程器编写简单的PID仿真程序； 2．重点进行Smith补偿器法改善大滞后对象的控制仿真实验； 3．设置SV与仿真参数，对PID参数进行整定，观察仿真结果，记录数据。 4．了解单回路控制，串级控制及顺序控制的概念，组成方式。 三、实验原理 1、YS—1700介绍 YS1700 产于日本横河公司，是一款用于过程控制的指示调节器，除了具有YS170一样的功能外，还带有可编程运算功能和2回路控制模式，可用于构建小规模的控制系统。其外形图如下： YS1700 是一款带有模拟和顺序逻辑运算的智能调节器，可以使用简单的语言对过程控制进行编程（当然，也可不使用编程模式）。高清晰的LCD提供了4种模拟类型操作面板和方便的双回路显示，简单地按前面板键就可进行操作。能在一个屏幕上对串级或两个独立的回路进行操作。标准配置I/O状态显示、预置PID控制、趋势、MV后备手动输出等功能，并且可选择是否通信及直接接收热偶、热阻等现场信号。对YS1700编程可直接在PC机上完成。
SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路：（1）基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。 （2）串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。 （3）选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。 当YS1700处于不同类型的控制模式时，其内部模块连接关系可以表示如下：（1）、单回路控制模式
《过程控制系统》 安阳工学院 电子信息与电气工程学院
一、实验目的 1．掌握双容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法； 2．根据由实验测得双容液位的阶跃响应曲线，确定其特征参数K、T1、T2及传递函数；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。 二、实验条件 1．THJ－3型高级过程控制系统实验装置； 2．计算机、组态王工控组态软件、RS232/485转换器1只、串口线1根； 3．万用表1只。 三、实验原理 图2-1 双容水箱对象特性测试系统
G(s)=G 1(s)G 2 (s)=1 2 1212 k k K T1T1(T1)(T1) s s s s ?= ++++ (2-1) 式中K＝k 1 k 2 ，为双容水箱的放大系数，T 1 、T 2 分别为两个水箱的时间常数。 本实验中被测量为中水箱的液位，当上水箱输入量有一阶跃增量变化时，两水箱的液位变化曲线如图2-2所示。由图2-2可见，上水箱液位的响应曲线为一单调上升的指数函数（图2-2(a)）；而下水箱液位的响应曲线则呈S形曲线（图2-2(b) ），即下水箱的液位响应滞后了，它滞后的时间与阀F1-10和F1-11的开度大小密切相关。 图2-2 双容水箱液位的阶跃响应曲线 （a）中水箱液位（b）下水箱液位 双容对象两个惯性环节的时间常数可按下述方法来确定。在图2-3所示的阶跃响应曲线上求取： (1) h 2 （t）| t=t1 =0.4 h 2 (∞)时曲线上的点B和对应的时间t 1 ； (2) h 2 （t）| t=t2 =0.8 h 2 (∞)时曲线上的点C和对应的时间t 2 。 图2-3 双容水箱液位的阶跃响应曲线 然后，利用下面的近似公式计算式 阶跃输入量 输入稳态值 = ∞ = O h x ) ( K2 (2-2) 2.16 t t T T2 1 2 1 + ≈ + (2-3) ) 55 .0 74 .1( ) T (T T T 2 1 2 2 1 2 1- ≈ +t t (2-4) 0.32〈t 1 /t 2 〈0.46 由上述两式中解出T 1 和T 2 ，于是得到如式（2-1）所示的传递函数。 在改变相应的阀门开度后，对象可能出现滞后特性，这时可由S形曲线的拐点P 处作一切线，它与时间轴的交点为A，OA对应的时间即为对象响应的滞后时间τ。于是得到双容滞后（二阶滞后）对象的传递函数为： G（S）= )1 )(1 ( 2 1 + +S T S T K S eτ- (2-5)
实验1 用MATLAB 分析状态空间模型 1、实验设备 PC 计算机1台，MATLAB 软件1套。 2、实验目的 ① 学习系统状态空间表达式的建立方法、了解系统状态空间表达式与传递函数相互转换的方法； ② 通过编程、上机调试，掌握系统状态空间表达式与传递函数相互转换方法。 3、实验原理说明 参考教材P56~59“2.7 用MA TLAB 分析状态空间模型” 4、实验步骤 ① 根据所给系统的传递函数或A 、B 、C 矩阵，依据系统的传递函数阵和状态空间表达式之间的关系式，采用MATLAB 编程。 ② 在MA TLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 题1.1 已知SISO 系统的传递函数为 243258()2639 s s g s s s s s ++=++++ （1）将其输入到MATLAB 工作空间； （2）获得系统的状态空间模型。 题1.2 已知SISO 系统的状态空间表达式为 112233010100134326x x x x u x x ????????????????=+????????????????----????????，[]123100x y x x ????=?????? （1）将其输入到MATLAB 工作空间； （2）求系统的传递函数。 实验2 利用MATLAB 求解系统的状态方程 1、实验设备 PC 计算机1台，MATLAB 软件1套。 2、实验目的 ① 学习系统齐次、非齐次状态方程求解的方法，计算矩阵指数，求状态响应； ② 通过编程、上机调试，掌握求解系统状态方程的方法，学会绘制状态响应曲线； ③ 掌握利用MATLAB 导出连续状态空间模型的离散化模型的方法。 3、实验原理说明 参考教材P99~101“3.8 利用MATLAB 求解系统的状态方程” 4、实验步骤 （1）根据所给系统的状态方程，依据系统状态方程的解的表达式，采用MA TLAB 编程。 （2）在MATLAB 界面下调试程序，并检查是否运行正确。 题2.1 已知SISO 系统的状态方程为
加工中心演示实验指 导书
加工中心演示实验指导书 一、实验目的 1．熟悉加工中心的安全操作规程。 2．熟悉加工中心的工作原理和结构。 3．掌握加工中心的常规操作方法，重点学习加工中心回零操作、自动换刀操作、手动对刀操作、工件坐标系设定、程序输入与编辑、自动加工等操作。 二、实验仪器和设备 1．XH714D 加工中心1台 2．FANUC 0i-MD 数控系统 3.气泵 三、准备材料和工具 铣刀、圆柱蜡（毛坯）、夹具（台虎钳）、毛刷、扳手、游标卡尺 四、加工中心安全操作规程 1.未经指导老师同意不得私自开机。 2.工作时要穿好工作服、女生操作机床必须戴好帽子，衣服袖口穿戴整齐。不允许戴手套操作机床，一台机床只能一个人操作。 3.请勿更改CNC系统参数或进行任何参数设定。 4.在进行数控加工中心机床操作前，应检查电压、气压、冷却、油量、润滑是否正常，油泵、油管、刀具、工装夹具等是否完好，安全保护装置是否可靠有效。 5.开机时，首先打开总电源，然后按下CNC 电源中的开启按钮，把急停按钮顺时针旋转，按下铣床复位按钮，使处于待命状态。
6.机床启动后，先进行机械回零操作，确认机械、刀具、夹具、工件、数控参数无误，方能开始正常工作。 7.回参考点前，必须检查各轴向位置，并保证全部在参考点负向50mm以上，回零时先Z向，后X、Y向操作。 8.认真查验程序编制、参数设置、动作排序、刀具干涉、工件装夹、开关保护等环节是否完全无误，以免自动加工时造成事故，损坏刀具及相关部件。 9.要保证预设的每把加工刀具类型及编号与刀库中的一一对应。每把刀具都要确保进行了正确的对刀操作及刀径、刀长设置。 10.在手动操作时，必须时刻注意，在进行X、Y方向移动前，必须使Z轴处于抬刀位置。移动过程中，不能只看CRT屏幕中坐标位置的变化，而要观察刀具的移动。 11.在换刀中，若发现刀库即将进入主轴，而其位置不在准停位置，可迅速按“复位”键或“急停”按钮。停止刀库试运行，刀库返回。 12.在换刀中，若发现刀库已进入主轴，绝对不允许按“复位”键或“急停”按钮，不能断电，否则将损坏刀库和机床主轴。可以按“进给保持”键暂停运行，观察刀库运行情况。 13.加工中心出现报警时，要根据报警号查找原因，及时解除报警，不可关机了事，否则开机后仍处于报警状态。 14.加工过程中，关上机床防护门，谨防意外发生。若出现意外，应及时按下急停键或迅速断电，保护现场并及时上报。 15.清理切屑时应用气枪或停下主轴后用毛刷清除，不能用其它方式清理切屑。
实验1 计算机和交换机基本配置 1.1组网及业务描述 添加一台S3700交换机，两台PC。熟悉计算机、交换机命令。 1.2配置与验证 1、配置交换机 双击交换机，进入终端配置：
《自动控制原理》课程实验指导书 主编田玉冬 适用专业：车辆工程 上海电机学院 2013年06月
目录 前言 (2) 实验规则 (3) 实验一典型环节的时域响应实验 (4) 实验二典型系统瞬态响应和稳定性分析实验 (6) 实验三控制系统的频率特性分析实验 (9)
前言 《自动控制原理》是车辆工程专业的一门重要的专业基础课，也是国内各院校相应专业的主干课程。 当前，科学技术的发展趋势既高度综合又高度分化，这要求高等院校培养的大学生，既要有坚实的理论基础，又要有严格的工程技术训练，不断提高的实验研究能力、分析计算能力、总结归纳能力和解决各种实际问题的能力。21世纪要求培养“创造型、开发型、应用型”人才，这就对我们实验教学提出了新的考验。自动控制原理课程的理论性较强，因此在学习本课程时，开设必要的实验，对学生加深理解深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题、解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化，对增强学习的兴趣有极大的好处，做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。 自动控制原理实验系统是为《自动控制原理》的教学实验专门研制的，是师生科研的有利工具。它具有直观、操作灵活等便于培养学生实验技能的优点，为充分发挥学生独立思考能力和主观能动性。实验指导书明确要求实验前做好有关理论计算或分析，而实验步骤通常是原则性的。实验中可能碰到的主要问题则列在思考题内以引起学生的注意。 《自动控制原理实验》是该课程的课内实验，总计6学时。本课程实验主要完成线性连续系统方面的实验共三个。实验主要以计算机为平台、以操作观察检测为主，在实验中应主要熟悉自动控制系统的时频分析，熟悉各部件的安装位置，掌握工作的原理及检测方法。在完成实验后，需写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程和结果、心得和体会等。
PL C对三台电动机可逆顺序启动控制实验 吕以全 赵 勇 (天津理工学院自动化工程系 天津:300191)Ξ 摘 要 介绍PL C专用指令——可逆寄存器微分@SFTR指令及可逆寄存器SFTR指令,完成对3台电动机可逆顺序启动带负载控制的电工技术实验。 关键词 PL C 可逆顺序启动 指令 0 引 言 PL C在电工技术实验中的一项内容是利用可逆寄存器微分@SFTR指令和可逆寄存器SFTR指令,分别完成对3台电动机可逆顺序启动控制带负载实验。通过该实验使同学们深刻了解所使用的可逆寄存器微分@SFTR指令和可逆寄存器SFTR指令的共同点都是具有控制数据左、右移动功能;而其不同处是应该注意到使用可逆寄存器SFTR指令时,要加前沿微分D IFU(013)指令而可逆寄存器微分@SFTR是不需要的。 实验所用的电动机容量为0125k W,采用直接启动。3台电动机每台可逆顺序启动的时间间隔为2秒。3台电动机首先正转顺序启动,启动结束转为正常运行。正常运行的时间定为10秒,停止时间定为5秒。3台电动机再反转顺序启动,启动结束转为正常运行。正常运行的时间定为10秒,停止时间定为5秒。实验要求按照上述顺序反复运行。 实验所使用的PL C为OM RON-CPM2A-CDR-A型机。 1 @SFTR(084)指令可逆顺序控制 111 PL C I O口设置 1)在PL C输入端00通道中设定00000为总启动按钮,00001为总停止按钮,且均为点动按钮。 2)在PL C输出端的10通道中的01000控制1#电动机;01001控制2#电动机;01002控制3#电动机。 3)按动00000总启动按钮,3台电动机可逆顺序启动;按动停止按钮00001,三台电机全部停转。112 软件程序 11211 正向电机顺序启动 (1)利用可逆寄存器指令@SFTR(084)完成对三台电动机延时顺序启动控制程序,如图1所示 。 图1 @SFTR(084)指令对三台电动机 可逆顺序启动控制梯形图 (2)按动总启动点动按钮,锁存指令KEEP (011)将I R中的04000的逻辑线圈通电并锁存。 (3)可逆寄存器微分指令@SFTR(084)利用I R 中的030CH的12逻辑线圈的通断状态,使得03012逻辑触点O FF ON,从而控制3台电动机可逆方向,即03012逻辑线圈通过计数器CN T002的逻辑常闭触点,使得03012逻辑线圈接通,03012逻辑常开触点闭合,可逆寄存器微分指令@SFTR(084)左移,三台电动机为正向顺序启动控制。 第23卷第4期2001年8月 电气电子教学学报 JOU RNAL O F EEEE V o l.23N o.4 A ug.2001 Ξ收稿日期:2001年4月4日
实验 1 计算机和交换机基本配置 1.1组网及业务描述 添加一台S3700交换机，两台PC。熟悉计算机、交换机命令。 1.2配置与验证 1、配置交换机 双击交换机，进入终端配置：
可编程序控制器 实验指导书 四川工程职业技术学院 数控教研室 2010．08
目录 目录 (1) 绪论 (3) 实验一编程系统使用实验 (4) 实验二电机的启停控制 (5) 实验三彩灯循环控制 (7) 实验四气动装置的控制 (9) 实验五十字路口交通灯控制 (11) 实验六步进电机控制（演示实验） (13) 实验七正、次品分拣控制 (15)
绪论 可编程控制器（PLC）是一种以微电子技术、自动化技术、计算机技术和通讯技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。 我国大量使用的PLC产品主要有德国西门子公司的S7系列、日本三菱公司的F系列、立石公司的C系列、松下电工FP1系列和美国GE公司的GE系列等；其中，西门子公司的S7-200小型PLC以其结构紧凑、可靠性高、功能全等优点在自动控制领域占有非常重要的地位。 为配合高职高专教育的特点，增强学生的实践动手能力，适应社会和企业的需要，可编程控制器（PLC）的实践性教学环节（实验和专用周）就显得尤为重要。 可编程控制器（PLC）的实验一般遵循循序渐进的原则，由浅入深的分为上机练习实验（熟悉编程软件的使用方法）、应用练习实验和PLC控制系统设计的综合实验等部分。PLC的实验方法通常有两种，一种是用PLC实验装置进行实验和应用程序的开发；另一种是用普通的PLC外加若干导线进行简易的开发和实验。PLC实验装置具有直观、使用方便的优点，通常配有各种工业控制模板，可以形象的模拟工业现场，特别是导线的插拔连接形式，很适用于在教学过程中重复使用。如果没有PLC实验装置，也可以直接使用PLC配以外部连接导线，给出必要的输入信号进行实验，还可以利用PLC 自身的输出指示来观察PLC运行的结果。
操作系统教程 实验指导书 阮越许文方
目录 实验一WINDOWS进程初识 (4) 1、实验目的 (4) 2、实验内容和步骤 (4) 3、实验结论 (5) 4、程序清单 (5) 实验二进程管理 (8) 背景知识 (8) 1、实验目的 (11) 2、实验内容和步骤 (11) 3、实验结论 (13) 4、程序清单 (13) 实验三进程同步的经典算法 (18) 背景知识 (18) 1、实验目的 (19) 2、实验内容和步骤 (19) 3、实验结论 (20) 4、程序清单 (21) 实验四存储管理 (25) 背景知识 (25) 1、实验目的 (29) 2、实验内容和步骤 (29) 3、实验结论 (35) 4、程序清单 (35) 实验五文件和设备管理 (40) 背景知识 (40) 1、实验目的 (42) 2、实验内容与步骤 (42) 3、实验结论 (45) 试验六文件系统设计试验 (46) 1、试验目的 (46) 2、实验内容与步骤 (46) 3、实验结论 (46) 4、对试验的改进以及效果 (47) 附录A：参考程序 (49) 附录B：文件系统模拟程序 (52)
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实验一WINDOWS进程初识 1、实验目的 （1）学会使用VC编写基本的Win32 Consol Application（控制台应用程序)。 （2）掌握WINDOWS API的使用方法。 （3）编写测试程序，理解用户态运行和核心态运行。 2、实验内容和步骤 （1）编写基本的Win32 Consol Application 步骤1：登录进入Windows，启动VC++ 6.0。 步骤2：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“projects”选项卡中选择“Win32 Consol Application”,然后在“Project name”处输入工程名，在“Location”处输入工程目录。创建一个新的控制台应用程序工程。 步骤3：在“FILE”菜单中单击“NEW”子菜单，在“Files”选项卡中选择“C++ Source File”, 然后在“File”处输入C/C++源程序的文件名。 步骤4：将清单1-1所示的程序清单复制到新创建的C/C++源程序中。编译成可执行文件。 步骤5：在“开始”菜单中单击“程序”-“附件”-“命令提示符”命令，进入Windows “命令提示符”窗口，然后进入工程目录中的debug子目录，执行编译好的可执行程序：E:\课程\os课\os实验\程序\os11\debug>hello.exe 运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ： _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ （2）计算进程在核心态运行和用户态运行的时间 步骤1：按照（1）中的步骤创建一个新的“Win32 Consol Application”工程，然后将清单1-2中的程序拷贝过来，编译成可执行文件。 步骤2：在创建一个新的“Win32 Consol Application”工程，程序的参考程序如清单1-3所示，编译成可执行文件并执行。 步骤3：在“命令提示符”窗口中运行步骤1中生成的可执行文件，测试步骤2中可执行文件在核心态运行和用户态运行的时间。 E:\课程\os课\os实验\程序\os12\debug>time TEST.exe 步骤4：运行结果 (如果运行不成功，则可能的原因是什么？) ： _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 步骤5：分别屏蔽While循环中的两个for循环，或调整两个for循环的次数，写出运行结果。