机电一体化实训手册

6．注意设备中有些电器设备通电后发热，请注意防止烫伤；
7．设备运行过程中，要远离机械手等活动部件，以防撞伤等；
8．培训过程中应按照指导教师的要求完成培训任务，不要私自更改设备中的接线，特别是涉及交流电部分；
9．实训中的工具、导线等，要收拾整齐。特别是在装置通电、通气状态下，保持装置上无杂物。
特别提示：在紧急状态，按急停开关可以切断装置中的所有电源。
15．
按钮盒装有各式按钮，可根据不同要求用于启动、停止、复位、急停和选择等各类功能。
16．
开关组件选用带灯船形开关（双刀双投）。本装置中用于为输出设备提供DC24V电源的切投控制
17．
Ａ型模块为机电气A型实训台的运行工件，工件在本系统运行中采用自循环的工作方式。
任务四：绘制装置气动控制回路（1天）
任务：按照装置上气动元件布置情况，绘制气动控制回路，并仿真其动作。
将用到的器件名称填写到下表
气源辅助元件
气动控制元件
气动执行元件
【背景知识】
一、气、液压系统的构成
液压与气动系统主要由以下五部分组成。
①动力元件将原动的机械输入的机械能转换成液压能或气压能的装置，如液压泵和空气压缩机。
②执行元件它将液压能或气压能转换成为机械能的装置，以驱动工作部件。如缸、马达等。
③控制调节元件控制调节元件是指各种阀类元件。他的作用是控制液压或气压系统的压力、流量和方向，以保证执行元件完成预期的工作运动。如溢流阀、单向阀、换向阀等。
图4-1为三联件外形图，图4-2为二联件的外形图。气源三联件，包含过滤器、减压阀和油雾器。而二联件没有油雾器。
①减压阀空压机输出的压缩空气的压力通常都高于气动设备和气动装置所需的工作压力，且压力波动也大。因而需要设置减压阀来降压。图4-3为减压阀实物和图形符号。
②过滤器过滤器分为一次过滤器和二次过滤器。在空压机的入气口处安装有空气过滤器，可减少进入空压机的灰尘量。空气过滤器又称为一次过滤器；二次过滤器又称标准过滤器，它的作用是进一步滤除压缩空气中水分、油分和固态杂质，以达到气动系统所要求的净化程度。二次过滤器通常安装在气动系统的入口处。三联件和二联件上使用的是二次过滤器。图4-4所示二次过滤器实物和图形符号。
2．
导向管组件由导向管和光电开关等组成。导向管由Φ40、δ10的有机玻璃制成，其主要作用是为工件提供定位推送通道，防止偏离。光电开关用于检测工件是否到位。
3．
摆臂组件由大齿轮（z=45）、摆臂、内径Φ6的弹簧等组成。其主要作用是对工件进行180度圆周摆送，并在夹持口完成对工件的弹性夹持和碰撞释放。
4．
7.通信与接口通信与接口是系统中各单元和环节之间进行物质、能量和信息交换的联接界面，其具有对信号进行变换、放大及传递的功能。由于接口的作用使各组成要素联接成为一个有机整体，由控制和信息处理单元的预期信息导引，使各功能环节有目的地协调一致运动，从而形成机电控制系统工程。
（有些时候将执行结构和驱动部分合称为执行装置）
限位柱组件由限位柱、微动开关等组成。限位柱可对摆臂作强制限位，并作为微动开关安装的依托。微动开关的作用是根据其通/断信号判断摆臂的位置状态。
5．
电机组件主要由直流电机（DC24V，40rpm）及其轴上连接的小齿轮（z=16）组成。电机作为驱动摆臂组件运动的执行机构，在本组件中带动小齿轮进行正反转的运行，进而通过小齿轮啮合摆臂组件的大齿轮实现摆送工件的功能。
以上安全要求，您已经知晓，请签字：
任务一、装置性能认识（0.5天）
任务：按照已经连接好的装置，通电、通气演示。根据装置运行情况，总结该装置完成的主要功能（小组讨论后，填写）。
任务二、主要硬件分析（0.5天）
该装置是一个典型机电一体化装置。一个较完善的机电控制系统，应包括以下几个基本要素：机械本体、动力部分、测试传感部分、执行机构、驱动部分、控制及信息处理单元及接口，各要素和环节之间通过接口相联系。
单作用气缸采用单边进气，所以结构简单，耗气量小；但采用弹簧复位，使压缩空气中的一部分能量用来克服弹簧的反力，减少了活塞杆的输出力；缸内安装了弹簧而减小了空间，缩短了活塞的有效行程；而随着弹簧的变形，活塞杆的推力和运动速度在行程中不相同。
2．双作用气缸
双作用气缸两个方向的运动都是通过气压传动进行。在压缩空百度文库作用下，双作用气缸活塞杆既可以伸出，也可以缩回。若气缸活塞上带磁环，可用于驱动磁感应传感器动作。部分双作用气缸实物及图形符号如图4-7所示。
③油雾器油雾器是一种特殊的注油装置，其作用是使润滑油雾化后注入空气流中，并随空气进入需要润滑的部件，到达润滑的目的。图4-5是油雾器实物和图形符号。
三、气动执行元件
气动执行元件是将气压系统中的压力能转化成机械能，以驱动外部工作部件。常用的执行元件包括气压缸和气压马达。
气压缸有多种形式，分类方法也很多，常用的有以下几种形式。
④辅助元件液压系统中指油箱、油管、管接头、滤油器、压力表等；在气压系统中指使压缩空气净化、润滑、消声以及元件连接需要的气管、管接头、过滤器等。
⑤工作介质液压系统中指液压油，多用矿物油；在气动系统中指空气。
二、气源装置
气源装置通常包括空气压缩机、储存装置、冷却装置、净化装置等。实训装置中将一体式压缩机将压缩空气送到装置上，装置上通过一个气动三联件调整压力和进一步净化压缩空气，供设备使用。
②齿轮齿条式摆动气缸图4-9(a)所示为齿轮齿条式摆动气缸实物，图4-9(b)所示为齿轮齿条式摆动气缸结构。齿轮齿条式摆动气缸由齿轮、齿条、活塞、缓冲装置、缸盖和缸体等组成。齿轮齿条式摆动气缸行程终端位置可调，且在终端有可调缓冲装置，缓冲大小与气缸摆动角度无关。在活塞上装有一个永久磁环，行程开关可安装在缸体上的安装沟槽中。齿轮齿条式摆动气缸通过一个可补偿磨损的齿轮齿条将活塞的直线运动转化为输出轴的回转运动。活塞只作往复直线运动，摩擦损失小，齿轮的效率高。
①按压缩空气作用在活塞端面上的方向，可分为单作用气缸和双作用气缸；
②按结构特点可分为活塞式气缸、叶片式气缸、薄膜式气缸、气液阻尼缸等；
③按安装方式可分为耳座式、法兰式、轴销式和凸缘式；
④按照活塞杆情况又有无杆缸、单杆缸、双杆缸等；
1．单作用活塞缸
单作用气缸是指压缩空气仅在一端进气，并推动活塞运动，而活塞的返回则是借助于其他外力，如重力、弹簧等。活塞上可以带磁环，以便于对活塞位置检测。单作用气缸实物及图形符号如图4-6所示。
3．摆动缸
摆动气缸是一种在小于360º角度范围内作往复摆动的气动执行元件。它将压缩空气的压力能转换成机械能，输出力矩是使机构实现往复摆动。摆动气缸按结构特征分为叶片式、齿轮齿条式等。
①叶片式气缸图4-8为一款叶片摆动气缸实物与图形符号。叶片式摆动气缸结构紧凑，输出力矩大。在摆动气缸中，旋转叶片将压力传递到驱动轴上。可调止动装置与旋转叶片相互独立，从而使得挡块可以限制摆动角度大小。在终端位置，弹性缓冲环可对冲击进行缓冲。叶片式摆动气缸常用于工件的翻转、分类、夹紧等，也用作气动机械手的腕关节部件，用途十分广泛。
4.执行机构根据控制信息和指令，完成要求的动作。执行机构是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。根据机电控制系统的匹配性要求，需要考虑改善性能，如提高刚性，减轻质量，实现组件化、标准化和系统化，提高系统整体可靠性等。
5.驱动部分这部分在控制信息作用下提供动力，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。机电控制系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特征，同时要求有较高的可靠性和对水、油、温度、尘埃等外部环境有较强的适应性。由于几何尺寸土的限制，要求动作范围狭窄，所以还需考虑维修和标准化的要求。随着电力电子技术的高速发展，高性能步进驱动、直流和交流伺服驱动大量应用于机电控制系统。
10．
本装置控制设备选用西门子S7-200系列PLC，供电采用AC220V电压，输出电压为DC24V，I/O点数为24入16出
11．
输入、输出端子板采用德国WAGO的四层端子排，外形紧凑美观、接线插拔便捷。本装置中选用24位/16位两段端子板，分别对应系统中相应的输入/输出点。在本系统的设计中将上、下两层分别用于接入输入/输出设备信号和连接相对应的PLC输入/输出端子（１、４层纵向对应的各点位经底版印刷电路已连为一点）；中间两层分别作为DC24V的电源24V+公共端和24V-公共端，（２、３层横向各个点位经底版印刷电路已分别连为一点）。
机电一体化实训
A型机电气可拆装实训台（3周）
训练手册
姓名
班级
学号
指导教师
徐州建筑职业技术学院机电工程系
培训安全注意事项！！！！！
1．在电源断开的情况下，接线；
2．确认设备的电源类型，按照要求连接电源；
3．接线端子要接实、接牢；
4．不能用湿手触摸电气设备；
5．变频器一定要在盖上端子盖以后才能接通输入电源；
12．
本组件由2个继电器（DC24V5A4转换触点）组成，主要作用是用于接受程序指令信号控制电机正反转以驱动摆臂运动。
13．
断路器组件由保护罩、断路器、端子排等组成。断路器作为本装置的总电源进线开关，外部引入的AC220V电源经断路器后接入电源端子板，再分配至各用电单元。
14．
稳压电源将AC220V供电转换为DC24V电源，并配有发光二极管进行状态显示。在本装置中主要用于为输出设备提供DC24V供电电源。
6.控制及信息处理单元这部分将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。控制及信息处理单元一般由计算机、可编程序控制器（即PLC）、数控装置以及逻辑电路、A／D与D／A转换、I／O（输人／M出）接口和计算机外部设备等组成。机电控制系统对控制和信息处理单元的基本要求是：提高信息处理速度、可靠性、增强抗干扰能力，以及完善系统自诊断功能，实现信息处理智能化和小型、轻量、标准化等。
任务三：硬件设备的认识（1天）
表1气动元件设备清单
序号
名称
型号
数量
产地
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
表2控制系统设备清单
序号
名称
型号及规格
数量
备注
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
相关知识：
1．
单气缸组件由一个100行程的标准气缸和附带的两个磁性开关、两个单向截流阀等组成。其主要作用是将工件推进移位100行程。磁性接近开关用于对其位置状态作出检测。单向截流阀用于调节用气量的大小。
三、控制元件与速度控制
在气、液压系统中要用控制元件控制气、液压系统的介质流动方向、流量大小和系统的压力等。这些控制元件在气、液压系统中被称为气动控制阀、液压控制阀。分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。
7．
滑道组件主要由滑道和限位板组成。限位板用于调节滑道的倾斜角度，工件到达滑道后可顺其滑行至初始点。
8．
指示灯组件供电电源为DC24V，装设三节指示灯（红、黄、绿三种颜色），可分别作为不同工作状态的显示。
9．
气阀控制柱组件由支架、手动阀、过滤减压阀、电磁阀等组成。其主要作用是控制供气气源，手动阀用于控制总气路的通断；过滤减压阀用于调节用气设备气压的大小；电磁阀接受程序指令用于控制对应气缸的工作状态。
2.动力部分这部分按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，使系统正常运行。用尽可能小的动力输入，获得尽可能大的功能输出，是机电一体化产品的显著特征之一。
3.测试传感部分这部分对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息，其功能一般由专门的传感器和仪表完成。
任务：结合背景知识，分析本装置中的主要硬件类型。
本装置中
控制装置有：；
测试传感装置有：；
执行机构有：；
机械本体：；
驱动部分：；
动力装置：。
【背景知识】
1.机械本体是系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、机械联接等。由于机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高，机械本体要在机械结构、材料、加工工艺性及几何尺寸等方面适应产品高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观等要求。
6．
双气缸组件由100行程、45行程的两标准气缸及摆架、顶板等组成，且每个气缸配有2个磁性接近开关对其位置状态作出检测，2个单向截流阀对其用气量进行调节。组件主要作用是当摆臂夹持口碰撞到顶板将工件释放在摆架（托碗）后，依次完成①100行程气缸将工件推出；②45行程气缸将工件提升；③当摆架（托碗）碰到滑道组件时，摆架倾斜将工件顺滑道送出。