機(jī)電一體化技術(shù)基礎(chǔ)高職課題七

1、課題七分析(fnx)典型機(jī)電一體化系統(tǒng)分析(fnx)學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解并熟悉數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)學(xué)習(xí)任務(wù)二 了解工業(yè)機(jī)器人學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解汽車ABS制動(dòng)學(xué)習(xí)任務(wù)四 了解汽車自動(dòng)變速器共三十八頁學(xué)習(xí)(xux)任務(wù)一了解并熟悉數(shù)控機(jī)床1.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及基本原理(1)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展數(shù)控，即數(shù)字控制(Numerical Control, NC)。數(shù)控技術(shù)，即NC技術(shù)，是指用數(shù)字化信息(數(shù)字量及字符)發(fā)出指令并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制(z dn kn zh)的技術(shù)。1952年，麻省理工學(xué)院(MIT)在一臺(tái)立式銑床上，裝上了一套試驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了同時(shí)控制三軸的運(yùn)動(dòng)。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱為世

2、界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，如圖7-2所示?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床正在向高速化、高精度化、高可靠性、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)(rn wu)一了解并熟悉數(shù)控機(jī)床數(shù)控技術(shù)的智能化內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面:主要涉及例如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成;前饋控制，電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算，自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型，自整定;智能化的自動(dòng)編程，智能化的人機(jī)界面;智能診斷，智能監(jiān)控等方面。從數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是:從點(diǎn)(數(shù)控單機(jī)，加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線(FMC , FMS , FTL , FML)向面(工段車間獨(dú)立制造島)、體(CIM

3、S，分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng))的方向發(fā)展。 (2)數(shù)控機(jī)床的基本原理數(shù)控機(jī)床(Numerical Control Machine Tools)是指采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床加工過程進(jìn)行自動(dòng)控制的一類機(jī)床。上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)(rn wu)一了解并熟悉數(shù)控機(jī)床簡而言之，數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序(chngx)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序(chngx)，并將其譯碼，從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。2.數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成數(shù)控機(jī)床的原理構(gòu)成如圖7-3所示，實(shí)物結(jié)構(gòu)如圖7-4所示。從上述圖示可見，數(shù)控機(jī)床的基本組成部分有:機(jī)床本體、輸入/輸出設(shè)備、驅(qū)動(dòng)裝置

4、、檢測裝置、輔助控制裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置等。 (1)機(jī)床本體上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)(xux)任務(wù)一了解并熟悉數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體基本上和傳統(tǒng)機(jī)床類似，主要由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)以及輔助(fzh)運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。(2)輸入/輸出裝置輸入裝置的作用是將程序載體(信息載體)上的數(shù)控代碼傳遞并存入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)。 (3)驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行和位置檢測裝置 驅(qū)動(dòng)裝置接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大后，嚴(yán)格按照指令信息的要求驅(qū)動(dòng)機(jī)床移動(dòng)部件，以加工出符合設(shè)計(jì)要求的零件。上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)(xux)任務(wù)一了解并熟悉數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)裝置包括控

5、制器(含功率放大器)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。日前大都采用直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(4)輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接收數(shù)控裝置輸出的開關(guān)量指令信號(hào)，經(jīng)過編譯、邏輯判別和運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電器，帶動(dòng)機(jī)床的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等輔助裝置完成(wn chng)指令規(guī)定的開關(guān)量動(dòng)作。(5)計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置圖7 -5所示為數(shù)控機(jī)床加工零件的過程示意，從圖中可以清晰地看到數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和在加工過程中的作用。上一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)(xux)任務(wù)二了解工業(yè)機(jī)器人1.什么是工業(yè)機(jī)器人(1)什么是機(jī)器人聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義:“一種可編程和多功能的操作機(jī);或

6、是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變(gibin)和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。”我國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。所謂工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)二了解(lioji)工業(yè)機(jī)器人而特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的，用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種( zhn)先進(jìn)機(jī)器人，包括:服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。如圖7-8、圖7-9所示分別是軍用機(jī)器人和水下機(jī)器人。(2)什么是工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械乎或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)

7、行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。 工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)(xux)任務(wù)二了解工業(yè)機(jī)器人編程輸入型是將計(jì)算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件，通過RS - 232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。圖7-10所示就是示教操縱盒和示教軟件界面。2.工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人一般由主體(手臂、手腕等)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制器及傳感器等組成，如圖7-11所示。工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為4種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng)(ydng);圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作;球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰

8、和伸縮:關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。上一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解汽車(qch)ABS制動(dòng)1. ABS系統(tǒng)是如何工作的ABS系統(tǒng)在車輛的安裝位置如圖7-13所示。ABS系統(tǒng)的原理構(gòu)成如圖7-14所示。當(dāng)輪速傳感器檢測到車輪的滑移率剛剛超過SD出現(xiàn)抱死趨勢時(shí)，ABS控制器輸出信號(hào)到制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器降低制動(dòng)壓力，減少車輪制動(dòng)力矩，使車輪滑移率恢復(fù)到靠近穩(wěn)定界限SD的穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)，壓力保持，車輪速度上升。當(dāng)車輪的加速度超過某一值時(shí)，再次(zi c)將制動(dòng)壓力提高到使車輪滑移率稍微超過穩(wěn)定界限，壓力保持，車輪速度又下降。下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)(xux)任務(wù)三 了解汽車ABS制動(dòng)ABS系統(tǒng)按上述“壓

9、力降低壓力保持壓力上升壓力保持壓力下降”循環(huán)反復(fù)將車輪滑移率控制在SD附近的狹小范圍內(nèi)，以獲得最佳的制動(dòng)效能和制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱能力。常規(guī)制動(dòng)如圖7-14所示，踩下制動(dòng)踏板，ABS尚未工作時(shí)，兩電磁閥均不通電，進(jìn)油電磁閥處于開啟狀態(tài)，出油電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，制動(dòng)輪缸與低壓儲(chǔ)液器隔離，與主缸相通。制動(dòng)主缸里的制動(dòng)液被推入輪缸產(chǎn)生制動(dòng)。壓力保持如圖7-14所示，當(dāng)ABS , ECU通過(tnggu)輪速傳感器檢測到車輪的減速度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，使進(jìn)油電磁閥通電關(guān)閉，出油電磁閥仍處于斷電關(guān)閉狀態(tài)，輪缸里的制動(dòng)液處于不流通狀態(tài)，制動(dòng)壓力保持。上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)(rn wu)三 了

10、解汽車ABS制動(dòng)壓力減小如圖7-14所示，當(dāng)ABS , ECU通過輪速傳感器檢測到車輪趨于抱死時(shí)，進(jìn)、出油電磁閥均通電，輪缸與低壓(dy)儲(chǔ)液器相通，輪缸里的制動(dòng)液在制動(dòng)蹄復(fù)位彈簧作用下流到低壓(dy)儲(chǔ)液器，制動(dòng)壓力減小。同時(shí)電動(dòng)回油泵通電運(yùn)轉(zhuǎn)及時(shí)將制動(dòng)液泵回主缸，踏板有回彈感。當(dāng)制動(dòng)壓力減小到車輪的滑移率在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)油閥通電，出油閥斷電，壓力保持。壓力增高如圖7-14所示，當(dāng)ABS , ECU通過輪速傳感器檢測到車輪的加速度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)、出電磁閥均斷電，進(jìn)油閥開啟，出油閥關(guān)閉，同時(shí)回油泵通電，將低壓儲(chǔ)液器的制動(dòng)液泵到輪缸，制動(dòng)壓力增加。上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)(xux)任務(wù)

11、三 了解汽車ABS制動(dòng)2. ABS系統(tǒng)的構(gòu)成(1) ABS系統(tǒng)的構(gòu)成ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)是在液壓制動(dòng)的基礎(chǔ)上完成為各個(gè)車輪制動(dòng)力的調(diào)節(jié)。各主要元件如圖7-15所示，主要組成有以下幾個(gè)部分。常規(guī)液壓制動(dòng)系統(tǒng):制動(dòng)總泵、連接油管、制動(dòng)分泵、車輪制動(dòng)器等。輪速傳感器:每個(gè)車輪均設(shè)有一個(gè)輪速傳感器，檢測各個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速。電子控制單元ECU:處理輪速傳感器的信號(hào)，然后(rnhu)由此計(jì)算出車速，判斷輪胎和道路情況，控制執(zhí)行器給每個(gè)車輪提供最佳制動(dòng)力。上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解(lioji)汽車ABS制動(dòng)制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器:制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器根據(jù)來自ECU的指令工作，保持(boch)、減小或增大制動(dòng)

12、的液壓力，以控制輪胎的最佳滑移率，避免車輪被抱死。警告燈包括儀表板上的制動(dòng)警告燈和ABS警告燈。(2)電子控制單元ECUABS電子控制單元(ECU)是ABS的控制中樞。如圖7-16所示，ABS , ECU主要包括:輸入級(jí)電路、計(jì)算電路、輸出級(jí)電路及安全保護(hù)電路。上一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)四了解(lioji)汽車自動(dòng)變速器1.自動(dòng)變速器基本原理目前，汽車自動(dòng)變速器常見的主要有4種形式，它們分別是:液力自動(dòng)變速器(AT) 。機(jī)械(jxi)無級(jí)自動(dòng)變速器(CVT) 。電控機(jī)械自動(dòng)變速器(AMT) 。雙離合器自動(dòng)變速器(Dual Clutch Transmission, DCT) 。目前轎車普遍使用

13、的是液力自動(dòng)變速器AT。 AT是由液力變扭器、行星齒輪和液壓操縱系統(tǒng)組成，通過液力傳遞和齒輪組合的方式來達(dá)到變速變矩。自動(dòng)變速器的基本原理及構(gòu)成如圖7-18所示。下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)四了解汽車(qch)自動(dòng)變速器液力自動(dòng)變速器根據(jù)汽車的行駛速度和節(jié)氣門開度的變化，自動(dòng)變速擋位。其換擋控制方式是通過機(jī)械方式將車速和節(jié)氣門開度信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制油壓，并將該油壓加到換擋閥的兩端，以控制換擋閥的位置，從而改變換擋執(zhí)行元件(離合器和制動(dòng)器)的油路。電控液力自動(dòng)變速器是在液力自動(dòng)變速器基礎(chǔ)上增設(shè)電子控制系統(tǒng)而形成的。2.自動(dòng)變速器的主要構(gòu)成如前所述，自動(dòng)變速器主要由液力變扭器、行星齒輪和液壓(電氣)操

14、縱系統(tǒng)(xtng)組成，如圖7-19所示。上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)四了解(lioji)汽車自動(dòng)變速器(1)液力變矩器液力變矩器位于自動(dòng)變速器的最前端，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上，其作用與采用手動(dòng)變速器的汽車中的離合器相似。它利用油液循環(huán)流動(dòng)過程中動(dòng)能的變化將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞自動(dòng)變速器的輸入軸，并能根據(jù)(gnj)汽車行駛阻力的變化，在一定范圍內(nèi)自動(dòng)地、無級(jí)地改變傳動(dòng)比和扭矩比，具有一定的減速增扭功能。液力變矩器結(jié)構(gòu)如圖7 - 20所示。(2)變速齒輪機(jī)構(gòu)自動(dòng)變速器中的變速齒輪機(jī)構(gòu)所采用的形式有普通齒輪式和行星齒輪式兩種。上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)四了解(lioji)汽車自動(dòng)變速器采用

15、普通齒輪式的變速器，由于尺寸較大，最大傳動(dòng)比較小，只有少數(shù)車型采用。目前絕大多數(shù)轎車自動(dòng)變速器中的齒輪變速器采用的是行星齒輪式，如圖7-21所示。換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是用來改變行星齒輪中的主動(dòng)元件(yunjin)或限制某個(gè)元件(yunjin)的運(yùn)動(dòng)，改變動(dòng)力傳遞的方向和速比，主要由多片式離合器、制動(dòng)器和單向超越離合器等組成。離合器的作用是把動(dòng)力傳給行星齒輪機(jī)構(gòu)的某個(gè)元件使之成為主動(dòng)件。制動(dòng)器的作用是將行星齒輪機(jī)構(gòu)中的某個(gè)元件抱住，使之不動(dòng)。上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)(rn wu)四了解汽車自動(dòng)變速器(3)供油系統(tǒng)自動(dòng)變速器的供油系統(tǒng)主要由油泵、油箱、濾清器、調(diào)壓閥及管道所組成。油泵是自動(dòng)變

16、速器最重要的組成之一，它通常安裝在變矩器的后方，由變矩器殼后端的軸套驅(qū)動(dòng)。油壓的調(diào)節(jié)由調(diào)壓閥來實(shí)現(xiàn)。(4)自動(dòng)換擋控制系統(tǒng)自動(dòng)變速器的自動(dòng)換擋控制系統(tǒng)有液壓控制和電液壓(電子)控制兩種。液壓控制系統(tǒng)是由閥體和各種控制閥及油路所組成的，閥門和油路設(shè)置在一個(gè)板塊內(nèi)，稱為閥體總成。不同型號(hào)的自動(dòng)變速器閥體總成的安裝位置有所不同，有的裝置于上部，有的裝置于側(cè)面，縱置的自動(dòng)變速器一般(ybn)裝置于下部。上一頁下一頁返回共三十八頁學(xué)習(xí)任務(wù)四了解(lioji)汽車自動(dòng)變速器在液壓控制(kngzh)系統(tǒng)中，增設(shè)控制(kngzh)某些液壓油路的電磁閥，就成了電器控制(kngzh)的換擋控制(kngzh)系統(tǒng)，

17、若這些電磁閥是由電子計(jì)算機(jī)控制(kngzh)的，則成為電子控制(kngzh)的換擋系統(tǒng)。自動(dòng)變速器電子控制系統(tǒng)如圖7 - 22所示。(5)換擋操縱機(jī)構(gòu)自動(dòng)變速器的換擋操縱機(jī)構(gòu)包括手動(dòng)選擇閥的操縱機(jī)構(gòu)和節(jié)氣門閥的操縱機(jī)構(gòu)等。上一頁返回共三十八頁圖7-2世界(shji)上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床返回(fnhu)共三十八頁圖7-3數(shù)控機(jī)床的原理(yunl)框圖返回(fnhu)共三十八頁圖7-4數(shù)控機(jī)床實(shí)物(shw)結(jié)構(gòu)返回(fnhu)共三十八頁圖7-5數(shù)控機(jī)床(sh kn j chun)加工過程示意返回(fnhu)共三十八頁圖7 -8軍用(jnyng)機(jī)器人返回(fnhu)共三十八頁圖7-9水下(shu xi

18、)機(jī)器人返回(fnhu)共三十八頁圖7-10示教操縱盒和示教軟件(run jin)界面返回(fnhu)(a)示教操縱盒;(b)示教軟件界面共三十八頁圖7-11工業(yè)(gngy)機(jī)器人的構(gòu)成返回(fnhu)共三十八頁圖7-13 ABS系統(tǒng)(xtng)的安裝位置返回(fnhu)共三十八頁圖7-14 ABS系統(tǒng)(xtng)的原理框圖返回(fnhu)共三十八頁圖7-15 ABS系統(tǒng)的主要(zhyo)元件返回(fnhu)共三十八頁圖7-16 ABS系統(tǒng)(xtng)的電控單元返回(fnhu)共三十八頁圖7 -18自動(dòng)(zdng)變速器基本原理返回(fnhu)共三十八頁圖7 -19自動(dòng)(zdng)變速器結(jié)構(gòu)示意圖返回(fnhu)共三十八頁圖7-20液力變矩器結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖返回(fnhu)共三十八頁圖7 -21自動(dòng)變速器行星(xngxng)齒輪返回(fnhu)共三十八頁圖7 -22自動(dòng)(zdng)變速器電氣控制系統(tǒng)返回(fnhu)共三十八頁內(nèi)容摘要課題七分析典型機(jī)電一體化系統(tǒng)分析。這臺(tái)數(shù)控機(jī)