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机械制造装备技术指导书机械制造装备技术指导书 实实验验指指导导书书 目录目录 实验一实验一 六点定位和手动夹具实验六点定位和手动夹具实验2 1 六点定位实验六点定位实验 2 2 偏心夹紧夹具实验偏心夹紧夹具实验 7 3 螺旋夹紧夹具实验螺旋夹紧夹具实验 9 实验二实验二 微加工中心选刀换刀微加工中心选刀换刀11 实验目的和要求实验目的和要求11 基本原理和方法基本原理和方法11 实验步骤实验步骤11 实验报告要求实验报告要求13 实验三实验三 PC 控制实验控制实验 .13 实验目的和要求实验目的和要求13 基本原理和方法基本原理和方法13 实验步骤实验步骤14 实验报告要求实验报告要求14 实验一实验一 六点定位和手动夹具实验六点定位和手动夹具实验 1 六点定位实验六点定位实验 一、一、 实验目的实验目的 通过六点定位实验，学习和掌握六点定位原理，完全定位、不完全定位，欠定位、过定位的 区别和使用方法等。 二、实验装置二、实验装置 六点定位台，方工件，盘工件，柱工件 ，其定位示意图分别见图 1-1，图 1-2，图 1-3。 （a）约束坐标系 （b）定位方式 图 1.1 长方工件的定位 （a）约束坐标系 （b）定位方式 图 1.2 盘工件的定位 （a）约束坐标系 （b）定位方式 图 1.3 柱工件的定位 三、三、 实验内容及步骤实验内容及步骤 （一）方工件的定位实验内容和步骤 1. 认识方工件定位实验的实验装置，支承钉，方工件； 2分别单独实现工件沿 X、Y、Z 轴的移动及绕 X、Y、Z 轴的转动； 3. 在定位实验装置所确定的坐标平面中实现以下步骤： 在 XY 坐标平面中确定支承钉 1、支承钉 2、支承钉 3 的位置消除三个自,X ZY, 由度， 在 XZ 坐标平面中确定支承钉 4、支承钉 5 的位置消除两个自由度，ZY , 在 YZ 坐标平面中确定支承钉 6 的位置消除一个自由度， X 至此，方工件的沿 X、Y、Z 轴的移动和绕 X、Y、Z 轴的转动自由度已被消除，实现了工 件的完全定位； 4参照不完全定位，欠定位、过定位的定义并通过恰当的方法（增加或减少支承钉或其它） 来实现上述定位方法； 5. 清理实验台、装置、工具。 （二）盘工件的定位实验内容和步骤 1. 认识盘工件定位实验的实验装置，支承钉，圆销，盘工件； 2分别单独实现工件沿 X、Y、Z 轴的移动及绕 X、Y、Z 轴的转动； 3. 在由定位实验装置所确定的坐标平面中实现以下： 在 XY 坐标平面中确定支承钉 1、支承钉 2、支承钉 3 的位置消除三个自,X ZY, 由度， 在 XZ 坐标平面中确定圆销 4、支承钉 5 的位置消除两个自由度，ZY , 在 YZ 坐标平面中确定支承钉 6 的位置消除一个自由度；X 至此，盘工件的沿 X、Y、Z 轴的移动和绕 X、Y、Z 轴的转动自由度已被消除，实现了工 件的完全定位； 4参照不完全定位，欠定位、过定位的定义并通过恰当的方法（增加或减少支承钉或其它） 来实现上述定位方法； 5. 清理实验台、装置、工具。 （三）柱工件的定位实验内容和步骤 1. 认识柱工件定位实验的实验装置，V 型块，支承钉，块，柱工件； 2分别单独实现柱工件沿 X、Y、Z 轴的移动及绕 X、Y、Z 轴的转动； 3. 将柱工件安放到 V 型块中，把支承钉和块组合在工件开槽处固定工件，实现柱工件的完 全定位； 4、参照不完全定位，欠定位、过定位的定义并通过恰当的方法（增加或减少支承钉或其它） 来实现上述定位方法； 5. 清理实验台、装置、工具。 四、实验说明及注意事项四、实验说明及注意事项 在工业生产中，工件通常都是先被定位，后被夹紧。在本实验中是工件的六点定位演示实验 限制工件的六个自由度，但是工件本身并没有被夹紧。因此本实验只是对原理的演示，并不 代表实际的工装夹具。 五、五、 实验用仪器工具实验用仪器工具 平口钳 六、六、 实验前的准备实验前的准备 预习实验指导书，复习教材的相关章节。 六点定位原理六点定位原理：工件在夹具中的定位，就是要使工件在夹具中占据正确的加工位置，这 可以通过布置定位支承点限制工件相应的自由度获得。任何一个工件 （刚体）在空间直角坐标 系中都具有六个自由度，见图 1-4 。以, ,分别表示沿三个坐标轴的轴向移动（称移动自由X Y Z 度） ，以，分别表示绕三个坐标轴的转动（称为转动自由度） 。由此可见，要使工件在X Y Z 夹具中占有确定的位置，就是要在空间直角坐标系中，通过合理的布置定位元件限制工件的六个 自由度。在 xy 平面上布置三个支承钉，把工件放在三个支承钉上，就可限制工件的两个转动 自由度,和一个移动自由度；在 yz 平面上上布置两个支承钉，使工件靠在两个支承钉上，X Y Z 就可限制一个移动自由度和一个转动自由度；在 x-z 平面上布置一个支承钉，使工件靠在X Z 这个支承钉上，又可限制工件一个移动自由度。通过工件与六个支承点接触，限制其六个自由Y 度。 图 1-4 刚体在空间的六个自由度 完全定位完全定位：工件定位时，其六个自由度全部被限制的定位称为完全定位 不完全定位不完全定位:工件定位时，如果该工件根据加工要求只需要限制其部分自由度，虽然工件 在空间不占有一个完全确定的位置，但不影响该工序加工要求时称为不完全定位。 欠定位欠定位：工件实际定位所限制的自由度数目，少于按该工序加工加工要求必须限制的自 由度数目称为欠定位。 过定位过定位：工件定位时，如果出现两个或两个以上的定位支承点重复限制工件上的同一个自 由度则称为过定位。 七、七、思考题思考题 1一个物体在三维空间中可能有几个自由度，以符号, ,分别表示沿三个坐标轴的移X Y Z 动，以符号，分别表示绕三个坐标轴的转动。X Y Z 2什么是完全定位和不完全定位，二者有什么区别？ 3什么是欠定位和过定位，二者有什么区别？ 2 偏心夹紧夹具实验偏心夹紧夹具实验 一、实验目的一、实验目的 通过偏心夹紧夹具实验，学习和掌握偏心夹紧夹具的定位和夹紧原理。 二、实验装置及工量具二、实验装置及工量具 实验装置：偏心夹紧夹具机构，工件，见图 1-4 工 具：装卸/装配所用工具 I 号偏心夹紧夹具： II 号偏心夹紧夹具 图 1-4 偏心夹紧夹具 1 扳手 2夹具体 3套 4工件 5拉杆 6偏心轮 7手柄 8板手 9杆 10销 11偏心轮 12垫 三、实验内容及步骤三、实验内容及步骤 （一）（一） 、I 号偏心夹紧夹具实验内容及步骤 1. 认识偏心夹紧夹具实验的实验装置； 2将手柄转到水平位置，把工件安放到夹具体夹槽内； 3. 按不同角度转动手柄，即在工件上施加相应的夹紧力； 4可拆卸夹具，并按照图 1-4 进行组装； 5. 清理实验台、装置、工具。 （二）（二） 、II 号偏心夹紧夹具实验内容及步骤 1. 认识偏心夹紧夹具实验的实验装置； 2将手柄转到水平位置，把工件安放到夹具体夹槽内； 3. 按不同角度转动手柄，即在工件上施加相应的夹紧力； 4可拆卸夹具，并按照图 1-4 进行组装； 5. 清理实验台、装置、工具。 四、实验说明及注意事项四、实验说明及注意事项 偏心夹紧机构是靠偏心轮回转时其半径逐渐增大而产生夹紧力来夹紧工件。偏心夹紧的偏心 轮已标准化，其夹紧行程和夹紧力在夹具设计手册上也给出了，可以选用。偏心夹紧机构的优点 是结构简单，操作方便，动作迅速。其缺点是自锁性能差，夹紧行程和增力比小。 五五 实验用仪器工具实验用仪器工具 装卸/装配所用工具 六六 实验前的准备实验前的准备 预习实验指导书，复习教材的相关章节。 偏心夹紧的夹紧力可用下式计算： tan)tan( 12 P QL W 其中 W夹紧力 （N） Q手柄上动力（N） L动力力臂（mm） _转动中心到作用点 P 间距离（mm） 2 O _夹紧楔角（） p 转轴处的摩擦角（） 2 七七 思考题思考题 1、偏心夹紧夹具的定位和夹紧原理？ 2、结合六点定位原理，分析本实验的定位自由度。 3、本实验中的定位是哪一种类型的定位？ 3 螺旋夹紧夹具实验螺旋夹紧夹具实验 一一 实验目的：实验目的： 通过螺旋夹紧夹具实验，学习和掌握螺旋夹紧夹具的定位和夹紧原理。 二、实验装置及工量具二、实验装置及工量具 实验装置： 螺旋夹紧夹具机构，扇形工件，见图 1-5 三三 实验内容及步骤实验内容及步骤： 1. 认识螺旋夹紧夹具机构， （在本实验中，加工内容是扇形工件的三个 8H8 的孔） 2. 工件端面与定位销轴 2 的大圆柱面靠紧，工件的右侧面靠紧档销 3； 3. 用扳手拧动螺母 10 使工件夹紧，通过开口垫圈将工件夹紧在定位销轴 2 上； 4三个 8H8 孔的分度是由固定在定位销轴 2 的转盘 11 来实现的。当分度定位销 5 分别插 入转盘的三个分度定位套 4，4和 4时，工件获得三个位置，来保证三孔均匀分布。 分度时，拧动手柄 7，可松开转盘 11，拔出分度定位销 5，由转盘 11 带动工件一起转过 20后，将定位销 5 插入另一分度定位套中，然后顺时针拧动手柄 7，将工件和转盘夹紧； 5可拆卸夹具，并按照图 1-5 进行组装； 6. 清理实验台、装置、工具。 图 1-5 螺旋夹紧图 1 工件 2定位销轴 3挡销 4定位套 5分度定位销 6手钮 7手柄 8衬套 9开口垫圈 10螺母 11转盘 12钻模套 13夹具体 四、实验说明及注意事项四、实验说明及注意事项 本夹具为进行工件钻、铰孔工序的钻床夹具。 五五 实验用仪器工具实验用仪器工具 工具：装卸/装配所用工具。 六六 实验前的准备实验前的准备 预习实验报告，复习教材的相关章节。 机床夹具的基本组成： （1）定位元件及定位装置：用于确定工件正确位置的元件或装置。 （2）夹紧元件及夹紧装置：用于固定工件已获得的正确位置的元件或装置。 （3）导向及对刀元件。用于确定工件与刀具相互位置的元件。 （4）在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用气动、液压等动力装 置。 （5）夹具体：用于将各种元件、装置连接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上。 （6）其他元件及装置：根据加工需要来设置的元件或装置， 总体来说，对于一个具体的家具，定位、夹紧和夹具体三部分一般是不可缺少的。 （7）夹紧力的计算 ：单个螺旋夹紧时产生的夹紧力按下式计算： )tan(tan 21 z rr QL F 其中，F单个螺旋夹紧时产生的夹紧力(N) Q原始作用力 L作用力臂(mm) r螺旋副的当量摩擦半径(mm)，其值视螺旋副的结构形式而定 螺杆端部与工件键的摩擦角（） 1 螺纹中径之半（mm） z r 螺纹升角（） 螺旋副的当量摩擦角（） ，=arctan(tan/cos),式中为螺旋副的摩擦角（） 2 2 2 2 ，为螺纹牙型半角（） 七七 思考题思考题 1、 分析本螺旋夹紧夹具机构的组成并分别指出定位、夹紧和夹具体三部分。 实验二实验二 微加工中心选刀换刀微加工中心选刀换刀 1、实验目的、实验目的 ： 1学习和掌握机电一体化教学实验系统基本组成结构及其工作原理 ； 2了解机电一体化设备在选刀换刀过程所用到各种控制用电子元器件和各种位置检测元件 的功能及其作用。 2、实验内容及步骤、实验内容及步骤 ： 本实验是加强学生对机电一体化设备，加工中心（数控机床）的基本组成、工作原理及功能 部件、电子元器件、位置检测元件的感性认识。由学生现场接线调试软件并进行设备运动操作控 制选刀换刀的整个过程。 1加工中心运动控制：学生可作各轴选择、点动控制、自动控制、正向、反向及回原位控 制等运动过程； 2了解加工中心系统的组成结构及各种功能部件：PC 机，PLC，步进电机，伺服电机，三 相异步电动机及液压控制系统等的作用； 选刀换刀动作顺序选刀换刀动作顺序 微加工中心的选刀换刀主要包括有：刀库的选刀、Y 轴的前进和后退、刀库的旋转定位以及 主轴的夹刀和松刀等动作。 选刀换刀的整个动作顺序以及执行机构的动作如表 1 所示： 表 1 机械手选刀和换刀动作状态表 序号名称 主轴松刀 1YA 刀库前进 2YA 选刀命令 M128 刀库旋转 命令 转换主令 0Y 轴原位定位完成 1 Z 轴原位定位完成 2Y 轴定位定位完成 4刀库前进1SQ 5主轴松刀3SQ 7Y 轴后退定位完成 8刀库旋转选刀完成 10Y 轴前进定位完成 11主轴夹刀4SQ 12刀库后退2SQ 12Y 轴定位定位完成 1）按表 2 所示接好线； 2）将 PLC 与 PC 之间的通讯线接好，并弄清通讯端口；（已接好） 3）将已提供的 PLC 选刀换刀实验程序打开，写入 PLC，并使 PLC 处于运行状态； 4）运行 PC 机中的选刀换刀程序 ； 5）根据提示，设置通讯端口；（com1） 6）根据提示，进入选刀界面，并选择刀号； 7）根据提示，进入换刀界面； 8）鼠标点击 PC 界面上的“油泵电机启动”按钮，使油泵电机通电； 9）选择单步或连续工作方式； 10）当选择连续运行方式时，鼠标点击 PC 界面上的“循环启动”按钮，自动选刀换刀开始 直到换刀结束。当选择单步工作方式时，鼠标点击 PC 界面上的“循环启动”按钮一次，换刀选 刀执行一步，再点击一次，再往下执行一步，。 3.注意事项注意事项 1夹刀机构动作前，液压电动机必须先启动； 2本实验中，溢流阀作为安全阀，对整个液压系统起安全保护作用，溢流阀已经调好。为 确保安全，不可擅自调动溢流阀！ 3注意安全 ！ 表 2 选刀换刀实验面板接线表 连 接 端 点连 接 端 点 部件部件PLC面面 板板部部 件件刀库刀库(步进步进)其其 它它 X10Y 轴前极限(右端)15V X11Y 轴后极限(右端)2FP X12Y 轴原位(右端)3RP X40主轴松刀(右端)S/S24V 地 X41刀库前进（右端）DOG刀库原位(右) X42刀库后退进（右端）VIN5V Y0C 轴（步进）2COM05V 地 Y1Y 轴伺服脉冲 4 端子 名称 Y2C 轴（步进）3部部 件件Y 轴交流伺服轴交流伺服其其 它它 Y3Y 轴伺服方向 63 Y4Y 轴伺服使能 295 Y10X 轴正向手动7 24V Y11X 轴负向手动 8Y 轴前极限（右） Y12X 轴回原位 9Y 轴后极限（右） Y14Z 轴正向手动 Y15Z 轴负向手动 Y16Z 轴回原位 COMY 轴前极限（左端） 端子 名称 COM1部部 件件C 轴轴(步进步进)直流电源直流电源 COM2 5V 地、Y 轴交流伺服 41 端子名称15V 端端 子子 名名 称称 COM3 COM4 X 轴 COM1注：各部件之间的重复接线不再标出 4实验前的准备实验前的准备 预习实验指导书并画出控制程序梯形图。 5实验报告要求实验报告要求 1简要说明工具软件 FX-WIN 和选刀界面的作用及其先进性 ； 2画出控制程序梯形图并写出相应指令； 3分析实验结果。 6思思 考考 题题 1微加工中心包括几大部分？每个部分的作用及工作原理？ ； 2微加工中心机械工作台包括那几个坐标轴，试说明每个轴的驱动原理； 3试说明液压系统的组成及工作原理； 4试说明主轴夹刀、松刀的作用及工作原理； 具体操作 1 按要求接线，一人接线，一人审核，最终再由老师审核通过才可以开启实验台电源。 2 启动桌面的 FXGPWIN，打开 PLC 梯形图中的 PC 控制程序，将程序传送至 PLC，遥控运行。 3 启动桌面的 HJD_JZ2 程序，选择端口 com1，操作相关按钮，并仔细观察夹具变化。 实验三实验三 PC 控制实验控制实验 一、一、 实验目的实验目的： 1、 利用 VC 编程实现 PC 对 PLC 的控制。 2 、在 VC 界面上实现对液压夹具和电动机构的点动和自动控制。 二、实验装置及工量具二、实验装置及工量具 实验装置：一套完整的动力卡盘组件及零件 一套完整的联动夹具组件及零件 一套铰链夹具组件及零件 一套斜楔夹具组件及零件 一套完整的数控分度头组件及零件 一套完整的数控回转台组件及零件 三三 、实验内容及步骤、实验内容及步骤： 1、认识实验装置； 2、学生根据接线表接线（为安全起见，主回电路以及 PLC 外围的继电器 KA3 输出线路已接好） ； 3、征得老师同意后，合上断路器 QF1、QF2、QF3 和 QS；” 4、使用电源开关 SA1 给系统供电； 5、根据原理图编写 PLC 程序传送到 PLC，并运行 PLC 程序； （注：本实验 PLC 梯形图保存路径为 E: JZ2 夹具实验台 PLC 梯