数控综合实验装置

数控综合实验装置（共3篇）

数控综合实验装置 篇1

随着我国高职教育的向前推进, 职业能力的培养成为各高职专业人才培养的重点[1]。为了推动国产数控技术的发展, 加快国内高新技术人才的培养速度, 广州数控设备有限公司研制了数控综合实验台, 主要适合数控专业教学, 可满足数控维修、数控电气设计、故障设计、数控机床电气组装、机床数控化改造等各项实验设置。但是在教学过程中发现, 在进行数控机床电路故障诊断与维修实验时, 主要利用已有的电气控制图, 首先判断出可能故障支路, 然后通过测量仪表的电路测试得出故障点。为了更大程度地利用数控综合实验台, 本文充分利用单片机技术以及VC高级语言对数控综合实验台进行了功能扩展, 探索一种新的故障诊断与排除方法。

1 功能扩展思路

整个功能扩展以配备GSK980TD系统的数控综合实验台为载体。首先利用单片机与接口技术以及电气故障设置电路与故障检测电路对数控综合实验台进行电气故障点设置与诊断, 然后利用高级程序语言设计电气故障设置与诊断界面, 实现电气故障点设置与诊断界面化, 进而简化故障诊断过程, 为数控机床电气故障诊断提供一种新的思路与方法。

2 软件设计

软件设计是功能扩展的核心, 主要包括单片机软件设计与计算机操作界面设计。单片机包括主控单片机与检测单片机。其中主控单片机的功能是负责传输数据和执行相应的命令, 主控单片机主流程软件设计思想如图1所示, 软件设计主要包括通讯部分、I2C方式通讯的部分、故障的设置以及故障的解除四个部分;而检测单片机的软件采用的是等待主控单片机发送命令过来的方式。当主控单片机发送起始信号到来, 首先确认信号是否有效, 若为无效的信号, 则退出, 若是有效的信号则向下执行与主控单片机同步, 同步完成后则开始收集一次数据, 并将数据暂时寄存起来, 开始采用I2C的方式传送数据到主控单片机。完成后则返回主程式, 重新等待下一次的数据传输请求。

计算机的控制软件是采用VC语言写成的。本软件一共分为三个窗体, 第一个窗体为欢迎窗体, 第二个为主操作窗体。主操作窗体如图2所示, 包括端口设置与打开区、实时状态显示开关区、监测点状态显示区、故障点设置区、故障点解除区以及图片显示区。其中监测点状态显示区主要用于显示监测点的实时状态与标准状态, 当设置故障后, 可以根据监测点的实时状态与标准状态的对比[2,3], 找出可能故障点, 并结合图片显示区显示的电气原理图判断出故障点。当确定故障点后, 通过故障点解除区点击相应故障接触按钮, 故障解除。如果判断错误, 提示“判断出错”。如果出现三次错误, 则此故障不能再解除。

3 硬件设计

整个硬件电路设计包括电源电路、主控电路、故障设置电路和故障检测电路。具体设计思想如下。

(1) 电源电路。采用稳压块的方法来获得系统所需的工作电压, 其中采用了L7812和电容C2来获得12V的稳定直流电压, 为故障设置继电器提供12V的工作电压;采用L7805和电容C3来获得5V的稳定直流电压, 为后续的单片机提供5V的工作电压。

(2) 主控电路。包括通讯电路与单片机电路。其中单片机电路如图3所示。整个电路采用了两片单片机连接的方式来构成主要系统, 包括主控单片机和检测单片机。其中主控单片机负责接收计算机发过来的命令, 并将命令转化成相应的控制点, 同时负责把检测单片机检测得到的数据返回到计算机。而检测单片机主要负责检测外部信号。

(3) 故障设置电路与故障检测电路。故障的设置采用了继电器的方式来控制相应的线路通和断。由于单片机不能直接控制继电器动作, 所以使用三极管S9014作开关之用。单片机通过P1端口输出的控制信号通过电阻R1和发光二极管D1构成降压作用和指示作用。降压后的信号输入到三极管的基极中, 信号经三极管放大控制继电器K1的线圈是否得电。而线圈的常闭点的两端接入电路中, 在未设置故障的时候, 保证电路能正常工作。当设置了故障后, 由于继电器吸合断开电路, 而使电路表现出故障。故障检测电路采用了跟故障设置相反的方法设计电路。

4 软件与界面操作

软件与界面操作过程如下:

(1) 双击程序*.EXE“演示程序”文件, 弹出欢迎窗口;

(2) 等待1.5秒后即可进入主程序;

(3) 运行示教机, 检查是否有故障设置。当故障设置成功后, 按下实时状态开, 即可得到如图4所示界面。

通过对比实时状态与标准状态可以得知4号点的状态与标准状态不一致, 而3号点的状态与标准状态一致, 所以可以确认故障是存在8号线上。从而得出故障所在位是KA1与KM1断路。然后按下解除故障按钮, 故障即可消失。

5 结论与讨论

本文以配备GSK980TD系统的数控综合实验台为载体, 针对一种新的数控机床电气故障诊断与维修方法进行了软件与硬件设计。该方法操作简单, 可以通过操作界面直接判断出故障点所在。如果进一步开发, 可以形成数控机床电气故障诊断与排除考试系统, 规范数控机床装调维修工考证。另外, 从另一个角度看, 假如在数控机床上能够显示该数控机床电气控制原理图, 将会在一定程度上降低数控机床故障诊断与排除难度, 提高数控机床工作效率。

参考文献

[1]余建熙.高职院校学生职业能力培养研究[J].内江科技, 2010 (9) :167-168.

[2]韩俊, 陶军, 盛堰, 等.基于单片机控制的孔隙水自动采样器[J].机电工程, 2009 (8) :37-40.

[3]潘海丽.数控机床故障分析与维修[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2006.

数控综合实验装置 篇2

本文所涉及的微钻台是为模拟实际钻机的钻进过程及其研究锚杆钻头的使用寿命而设计的。在工作平台的工进过程中, 由于工作平台受到钻压及扭矩的综合作用, 振动会很大。但结构的设计上, 由于工作台面是套在轴承上的, 连接不牢靠, 如果钻机产生的激振频率与工作平台的固有频率相近就可能产生共振, 这样工作平台就会产生较大振幅的振动, 可能出现工作平台的侧翻, 导致严重事故;同时也为了通过振动分析验证所设计的微钻台上工作平台结构的可靠性, 因此, 对工作平台进行了模态分析。

1 工作平台有限元模型的建立

工作平台的分析:其在工作时产生的振动主要来自于钻头钻进过程中竖直方向钻压以及钻头旋转对工作平台产生扭矩的综合影响, 但由于扭矩产生的影响较小, 可忽略不计, 主要考虑钻压的影响。在钻进过程中, 由文献[2]通过计算得到钻压大概为4748.1N。在加边界条件时, 由于工作平台下部孔与轴承之间是过渡配合, 且下底面在轴承底座之上, 且左边三侧孔的作用为平衡钻头在钻进过程中工作平台的扭矩, 故在进行模态分析时边界条件为工作平台下部孔的径向约束, 孔下底面竖直方向的约束及侧面三孔沿径向的约束。

模型采用solid92单元计算, 工作平台材料为45钢, 弹性模量2.06×1011pa, 泊松比μ=0.3, 密度为7850kg/m3。

2 计算结果与分析

在ANSYS中经过建立模型, 加载求解, 扩展模态, 结果后处理几个步骤可得到工作平台前十阶载荷步固有频率及振型, 由于模型的对称性, 第一子步和第二子步频率相同, 均为第一阶频率, 依此类推。计算所得到的固有频率值如下表1所示, 取20个子步分析6阶模态, 振型如下图1~图4所示。

一般情况下共振频率主要发生在低、中频段, 因此只需要提取模态分析的低中频段的各阶模态基本上能满足对工作平台动力学研究的要求。本文指定的扩展模态数为20阶, 即提取20阶模态数的10阶振型来研究工作平台的振动特性。

查阅鼎坚DJ2235B-ZIZ-QC1-235型微型钻机的相关资料, 可知该微型钻机空载转速为700/min, 输入功率3.5KW, 额定频率为50HZ。由于该钻机的转速不可调, 只能在额定的转速下工作, 故产生的激振频率为其额定频率50HZ。由表1所得前20阶载荷步的频率值范围为1.8709HZ~11.781HZ之间, 远小于微型钻机的激振频率50HZ, 故工作平台在工作时不会产生共振, 也不会因共振而侧翻。

由以上各阶振型图可知, 第一阶振型频率1.871HZ, 表现为沿中心面的扭转变形;第二阶振型频率为2.397HZ, 表现为前后方向的上下振动变形;第三阶振型频率为4.212HZ, 表现为前后左右四个方向的上下振动变形;第四阶振型频率为6.832HZ, 表现为前后左右四个方向的上下振动变形;最小振幅均发生在工作平台的下部的圆柱体上即振型图的上面MN所示处, 最大振幅在各阶振型中的地方各不相同在各图所示MX所示处, 其值在0.176e-4~0.512e-4 (单位:mm) , 最大振幅值比较小基本可以忽略。第三、四阶振型工作平台变形较大, 其它振型工作平台变形较小, 但整体来都讲不会影响工作平台的正常工作, 相对共振来说基本可以忽略, 整体结构设计基本合理。

3 结论

3.1 通过频率的分析可知, 工作平台在工作时不会产生共振, 也不会因共振而侧翻。

3.2 从各阶振型可以看出, 工作平台整体结构设计比较合理, 无明显的薄弱部位。

摘要：本文应用ANSYS软件对高温高压物理研究所研制的综合实验装置 (以下简称微钻台) 中工作平台的固有振动特性进行了模态分析。建立了工作平台有限元模型, 计算得出了相应振型并进行了相应分析。结果表明:微钻台上DJ2235B-ZIZ-QC1-235型钻机在钻进岩石时, 工作平台不会因共振而侧翻。

关键词：微钻台,振动,有限元法,模态分析

参考文献

[1]周文青.微钻台可靠性研究[D].武汉:武汉理工大学, 2011.

数控综合实验装置 篇3

1 新旧装置的对比

1-进口阀;2-管道;3-平衡夹;4-文氏管;5-出口阀;6-单管压差计;7-计量槽;8-刻度尺;9-液面计;10-放水阀

旧实验装置测压采用单管压差计测量, 用秒表计时, 每改变一次流量, 都要把计量槽中的水放掉, 读数误差相对较大, 实验比较费时, 实验装置只能标定一种流量计, 比较单一, 综和性较差, 其流程图见图1。

流量计综合性实验装置流程示意图如图2所示。新实验装置即可以采用容量法也可以采用标准流量计法对流量计进行标定, 标准流量计采用测量精度高的涡轮流量计, 可分别标定孔板流量计、转子流量计、文丘里流量计, 与旧装置相比, 学生采用新装置进行实验, 可对常用的流量计的构造、工作原理和主要特点都能充分的了解。实验中压降、时间和水温、涡轮流量计流量的大小都采用自动化仪表自动测量, 快速准确。在较短的时间内, 就可以标定3个流量计。

1-涡轮流量计;2-放水阀;3-离心泵;4-温度计;5-转子流量计;6-孔板流量计;7文丘里流量计;8-储水槽;9、10、11、12-流量调节阀;13-压差传感器;14-计量槽

新装置的使用提高了实验效率, 激发了学生对实验的兴趣, 提高了学生分析问题解决问题的能力, 开阔了学生思路, 可以加深学生的工程意识, 了解现代化工的内涵, 受到了学生们的普遍欢迎, 同时也减少了老师的指导时间, 实验教学自身的实践性注定了它在培养学生综合素质、创新能力方面有着与课堂教学无可比拟的地位。

2 采用新装置是时代发展的需要

近年来, 不少高校推出了自己的新一代实验装置, 我国的生产装备进入了一个高速发展的时期, 大量的智能化、信息化的生产装备正以惊人的速度淘汰以往落后的生产线。同时, 国家在十二五规划中明确提出要改变经济增长方式和产业结构, 大量新型的设备得以快速普及, 这就使得社会对能快速熟悉智能化、信息化生产设备人才的大量需求。做为一个以培养新型、高技术、适应社会发展需要的人才的工科学校, 我校在这方面也感到压力和责任的重大。为了应对21世纪化工设备智能化、信息化的发展需要, 逐渐淘汰落后的实验装置, 保留典型的验证型实验, 对原有实验装置进行改造, 研制引进新的研究型、综合型实验装置, 加大对实验室的投入, 采用智能化综合化的实验装置是必然的发展趋势, 目前北京化工大学和天津大学已经开发出一系列化工原理综合性、智能化、自动化的化工原理实验装置, 已经在一些高校开始推广和使用[3]。设备的更新加深了学生对实践环节的理性认识。

3 综合性实验装置有利于教与学

新的研究型综合型实验装置是当今实验教学面临的重要课题。如何利用实验装置激活学生的创造思维, 是实验教师在不断探索的问题。化工原理实验具有较强的工程性, 通过实验环节提高学生的工程观念很重要, 采用综合性的实验装置, 对学生加深对化工过程的认识, 理解实验原理, 提高实验效率, 激发对化工原理实验的兴趣有非常重要的意义, 由于装置的数字化和信息化, 能使参数的测定快速准确[6]。对指导教师来说, 指导实验也变得轻松, 教学效果也得到了提高[4,5], 利用综和性实验装置, 教师也可以指导学生开展设计性实验。

4 结语

流量计标定综合性实验装置设计制造美观、精致, 功能多、操作方便, 达到了数字型和基本型互补、手动操作和自动控制相结合的要求, 可手动或通过计算机调控参数进行在线采集、分析处理实验数据和自动进行实验结果评测, 有利于训练、提高学生实验操作技能和数据处理能力, 激发学生进行实验研究的兴趣, 有利于培养学生的工程能力和创新意识[7], 同时也可以提高学生科研能力。

参考文献

[1]杨祖荣.谈谈化工原理实验室的改造与创新[J].化工高等教育, 2003 (2) :55-56.

[2]张卫华, 徐洪军.化工原理实验[M].长春:吉林科学技术出版社, 2007:87-93.

[3]阮乐, 张哲.浅谈化工原理实验教学的发展[J].广东化工, 2011, (7) :217.

[4]王任芳, 李克华.化工原理课程体系的构建与实践[J].长江大学学报:自然科学版 (理工卷) , 2008, 5 (1) :324-325.

[5]倪献智.化工原理课程教学中突出工程观点和方法教育[J].化工高等教育, 2007 (3) :79-82.

[6]郭庆丰, 彭勇, 余立新, 等.在化工原理实验教学中培养学生综合素质及创新能力[J].化工高等教育, 2004 (1) :45-47.