课程设计报告
名称：光机电一体化课程设计
院系：仪器科学与光电工程学院
班级：光信07-2 学号： 20070239 学生姓名：李梓霂
指导教师：陶晓杰张腾达
2010 年 12 月 5日
一．总体方案设计
1.1 设计任务
一维数控工作台是许多机电一体化系统的基本组成部分，如车、铣、钻、激光加工等各种数控设备。因此一维数控工作台对机电一体化专业的教学和科研都具有普遍的意义。
设计一个一维数控工作台及其控制系统，定位精度为<=±0.01mm，
其他设计参数如下：工作台面板1503200
承受载荷Pz = 12Kg , Px = 15Kg ,Py = 6Kg
最大移动距离300mm
最大移动速度2.5m/min
采用联轴器传动
1.2 总体方案确定
1、系统总体基本思想：
系统基本原理如上图所示，由单片机来控制步进电机的转角，电机连着丝杠，电机转动带动丝杠转动，从而使工作台移动，由单片机测的编码器的脉冲数，从而计算步进电机的转角对应的工作台移动距离。
综上，设计基本思想如下:
（1）机械设计
通过给定的参数，计算确定系统脉冲当量，计算运动部件惯性，确定步进电机，滚动丝杠螺母计算和选型，滚珠丝杆副的计算和选型，联轴器的计算与选型，在此基础上，绘制机械系统装配图。
（2）电学设计
本设计采用了与MCS-51系列兼容的SST89E58RD单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。
控制系统由MCU部分、存储器扩展部分、键盘与LED显示部分、I/O接口、光电耦合电路控制、步进电机、测速部分。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。
（3）光学设计
系统的测速部分是由光学设计部分完成，光学设计部分要求利用光栅设计一个光电传感器，利用此传感器可以测量步进电机转动的角度、线度等信息，为数控系统的闭环或半闭环控制提供参数。主要设计参数是：步进电机每转动一步（一个步距角）至少输出5个脉冲当量。
二．机械系统设计
2.1脉冲当量的选定
我们所设计的是半闭环式数控机床，目前在此种机床上常用的脉冲编码器兼做位置和速度反馈。伺服电机每转1转，传感器发出一定数量的脉冲，每个脉冲代表电机一定的转角。步进电机是一种电脉冲控制的特种电机，对于每一个电脉冲步进电机都会产生一个恒定的步进角位移，每一个脉冲或每步的转角称谓步进电机的步距角。
因此，每脉冲代表电机一定的转角，这个转角经联轴器和滚珠丝杠使工作台移动一定的距离。每个脉冲所对应的执行件的距离，称谓脉冲当量或分辨率。
应根据机床或工作台进给系统要求的定位精度来确定脉冲当量。考虑机械传动系统误差的存在，脉冲当量要小于定位精度。
根据以上确定我的脉冲当量为0.01.
2.2工作台外形尺寸及重量估算
X 向拖板尺寸：
长?宽?高 1503200350 重量：按重量=体积3材料比重估算
3215020050107.810117--?????≈N
工作台运动部分的总重量：约117N 。 工作台最大承重：120N 工作台总承重：237N
2.3滚动导轨的参数确定
⑴、导轨型式：滚动直线导轨副 ⑵、导轨长度 ①导轨（X 向）
工作台长 150x L mm = 最大移动距离 300L mm = 余量 20x l mm =
取导轨长度 470x x L L L l mm =++= ⑶、滚动副选择 导轨
max 237()P G N ==
查表初定导轨副型号为GTA20，额定动载荷550()a C N =，由计算公式：
3
50a H T C w C f f f L Ff ??
= ???
式中：L 为滚动导轨副的距离额定寿命（km ）；C a 为额定动载荷）（N ）；F 为每个滑块的工
作载荷（N ）；f H 为硬度系数，58~64HRC 时，f H =1.0,为55HRC 时，f H =0.8,为50HRC 时f H =0.53；
f T 为温度系数，当工作温度不超过10O o
C 时，f T =1;f C 为接触系数，每根导轨条上装两个滑块时f C =0.81,装三个时f C =0.72，装四个时f C =0.66；fW 为载荷/速度系数，无冲击振动或V ≤15m/min 时，f W =1~1.5,轻冲击振动或15m/min ＜V ≤60m/min 时，f W =1.5~2，有冲击振动或V ＞60m/min 时，f W =2~3.5。
一般导轨的距离期望寿命定为50km ，若距离额定寿命L 大于滚动导轨的期望寿命，则满足设计要求，初选的滚动导轨副可以采用，此处我们取f H =1.0，f T =1，f C =0.81，f W =1.5，以导轨计算F=237N ，代入计算得L=98.40km ，充分满足要求。
⑷、滚动导轨刚度及预紧方法
当工作台往复移动时，工作台压在两端滚动体上的压力会发生变化，受力大的滚动体变形大，受力小的滚动体变形小。当导轨在位置Ⅰ时，两端滚动体受力相等，工作台保持水平；当导轨移动到位置Ⅱ或Ⅲ时，两端滚动体受力不相等，变形不一致，使工作台倾斜α角，由此造成误差。此外，滚动体支承工作台，若工作台刚度差，则在自重和载荷作用下产生弹性变形，会使工作台下凹（有时还可能出现波浪形），影响导轨的精度。
2.4滚珠丝杠的设计计算
滚珠丝杠的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时的情况计算。
⑴、最大动负载Q 的计算
H m Q f F ω
查表得系数 1.5f ω=，1H f =，寿命值
6
6010
nT
L =
查表得使用寿命时间T=15000h ，初选丝杠螺距t=4mm ，得丝杠转速
max 10001000 2.5
625(/min)4V n r t ?=
== 所以 6
6062515000
562.510L ??=
= 丝杠牵引力
1.414x x X P f G P =+当 ()f 当——当量摩擦系数
1.4140.01237150153.35()N =??+=
所以最大动负荷
X 向
1.51153.351966.7()x Q N =??=
查表，取滚珠丝杠公称直径 020d mm =，选用滚珠丝杠螺母副 的型号为 CDM2034-2.5-E ，其额定动载荷为4900N ，足够用。 ⑵、滚珠丝杠螺母副几何参数计算
见表2-1。
⑶、传动效率计算
3.390.952()(3.390.17)
tg tg tg tg γηγ?===++
式中：?——摩擦角；γ——丝杠螺纹升角。
⑷、刚度验算
滚珠丝杠受工作负载P 引起的导程0L 的变化量
1PL L EF
=±
153.35()P N = 00.4()L cm =
6220.610(/)E N cm =? ()材料为钢 ()2
22
1.6793.14
2.212F R cm π??=== ???
所以 616
153.350.4
1.3510()20.610
2.21
L cm -?=±
=±??? 丝杠因受扭矩而引起的导程变化量2L 很小，可以忽略。 所以导程总误差
()60100100
1.3510 3.375/0.4
L
m m L μ-==?= 查表知E 级精度的丝杠允许误差15m μ，故刚度足够。 ⑸、稳定性验算
由于丝杠两端采用止推轴承，故不需要稳定性验算。
2.5步进电机的选用
⑴、步进电机的步距角b θ
取系统脉冲当量0.01/p mm step δ=，初选步进电机步距角0.9b θ= 。
⑵、步进电机启动力矩的计算
设步进电机等效负载力矩为T ，负载力为P ，根据能量守恒原理，电机所做的功与负载力做功有如下关系
T Ps ?η＝
式中：? ——电机转角；s ——移动部件的相应位移；η ——机械传动效率。
若取 b ?θ=，则p s δ=，且S P P G μ=+，所以
[]36()2p S b P G T N cm δμπθη
+=
式中：S P ——移动部件负载（N ）；G ——移动部件重量（N ）； z P ——与重量方向一致的作用在移动部件上的负载力（N ）；μ ——导轨摩擦系数；b θ——步进电机步距角，（rad ）；T
——电机轴负载力矩（N cm
） 本例中，取0.03μ=（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数），0.96η=，S P 为丝杠牵引力，
28.6s P N =。237G N =，所以
[]
360.0128.60.03237 2.37()20.90.96
T N cm π?+?=
=??
若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩
0.3~0.5
q T
T =
取安全系数为0.3，则 ()2.37
7.90.3
q T N cm =
= 对于工作方式为二相八拍的三相步进电机 max 11.20.707
q j T T =
= ()N cm
⑶、步进电机的最高工作频率
max max 10001000 2.5
4167()60600.01
p V f Hz δ?=
==?
4、步进电机惯性负载的计算
根据等效转动惯量的计算公式，得
2
01180P
d b J J J M δπθ?? ?=++
? ? ???
J d -------折算到电机轴上的惯性负载（Kg 2cm 2
）
J 0-------步进电机转轴的转动惯量（Kg 2cm 2
）
J 1--------滚珠丝杠的转动惯量（Kg 2cm 2
） M--------移动部件的质量（Kg ）
转动惯量()
43
20.7810J D L kg cm -=?
算得J d =7.08()
2kg cm
查表选用110BYG250型步进电机。电机的有关参数见表2-2。 表2-2 步进电机参数
2.6确定传动比
因为联轴器传动，所以传动比为1。
因步进电机步距角 1.5b θ= ，滚珠丝杠螺距 4t mm =，脉冲当量0.01/p mm step δ=，系统传动比
123600.0136010.94
p b Z i Z t δθ??====?
2.7联轴器选型
由转动惯量、丝杠公称直径等参数，选择HL2型弹性柱销联轴器。
三．电学部分硬件设计
一维数控工作台采用单片机控制，单片机系统包括：两路步进电机速度控制，测量头电机控制，32KROM，32KRAM，6位LED显示，
434键盘，2路编码器输入，4路模拟开关。
3.1 CPU板
3.1.1 CPU的选择
随着微电子技术水平的不断提高，单片微型计算机有了飞跃的发展。单片机的型号很多，而目前市场上应用MCS-51芯片及其派生的兼容芯片比较多，他们具有功能强大，上手容易，使用方便，且均为8位，数据处理方便等优点。
在一些复杂的系统中就不得不考虑使用16位单片机，MCS-96系列单片机广泛应用于伺服系统，变频调速等各类要求实时处理的控制系统，它具有较强的运算和扩展能力。但是定位合理的单片机可以节约资源，获得较高的性价比。
从要设计的系统来看，选用较老的8051单片机需要拓展程序存储器和数据存储器，无疑提高了设计价格，而选用高性能的16位MCS-96又显得过于浪费。生产基于51为内核的单片机的厂家有Intel、A TMEL、Simens，其中在CMOS器件生产领域A TMEL公司的工艺和封装技术一直处于领先地位。A TMEL公司的AT89系列单片机内含Flash存储器，在程序开发过程中可以十分容易的进行程序修改，同时掉电也不影响信息的保存；它和80C51插座兼容，并且采用静态时钟方式可以节省电能。
因此硬件CPU选用SST89E58RD。
SST89E58RD的性能参数为：Flash存储器容量为4KB、16位定时器2个、中断源6个（看门狗中断、接收发送中断、外部中断0、外部中断1、定时器0和定时器1中断）、RAM为128
B、14位的计数器WDT、I/O口共有32个。
3.1.2 CPU接口设计
CPU接口部分包括传感器部分、传动驱动部分、人机交互界面三部分。示意图如下所示：
图3-1 CPU外部接口示意图
SST89E58RD要完成的任务：
（1）将行程开关的状态读入CPU，通过中断进行处理，它的优先级别最高。
（2）通过程序实时控制电机和电磁铁的运行。
（3）接受键盘中断指令，并响应指令，将当前行程开关状态和键盘状态反应到LED上，实现人机交互作用。
由于SST89E58RD只有P1口和P3口是准双向口，但P3口主要以第二功能为主，并且在系统中要用到第二功能的中断口，因此要进行I/O扩展。考虑到电路的简便性和可实现性，实际中采用内部自带锁存器的8255，所以SST89E58RD的I/O口线分配如下：（1）P0口、P1口用于外扩两个8255来扩展I/O口；
（2）P2.7、P2.6用于外扩8255;
（3）P2.0用于电机控制;
（4）P2.4用于编码器输入;
（5）P2.5用于外扩EEPROM;
控制系统部分原理图：
外扩RAM和ROM:
3.2 驱动系统
传动驱动部分包括步进电机的驱动和电磁铁的驱动，步进电机须满足快速急停、定位和退刀时能快速运行、工作时能带动工作台并克服外力（如切削力、摩擦力）并以指令的速度运行。在定位和退刀时电磁铁吸合使绘笔抬起，绘图时能及时释放磁力使笔尖压下。
3.2.1 步进电机驱动电路和工作原理
步进电机的速度控制比较容易实现，而且不需要反馈电路。设计时的脉冲当量为0.01mm，步进电机每走一步，工作台直线行进0.01mm。
步进电机驱动电路中采用了光电偶合器，它具有较强的抗干扰性，而且具有保护CPU的作用，当功放电路出现故障时，不会将大的电压加在CPU上使其烧坏。
图3-4 步进电机驱动电路图
该电路中的功放电路是一个单电压功率放大电路，当A相得电时，电动机转动一步。电路中与绕组并联的二极管D起到续流作用，即在功放管截止是，使储存在绕组中的能量通过二极管形成续流回路泄放，从而保护功放管。与绕组W串联的电阻为限流电阻，限制通过绕组的电流不至超过额定值，以免电动机发热厉害被烧坏。
3.2.2电磁铁驱动电路
该驱动电路也采用了光电偶合器，但其功放电路相对简单。其光电偶合部分采用的是达林顿管，因为驱动电磁铁的电流比较大。
图3-6 电磁铁驱动电路
3.3 传感器和人机界面
人机界面设计的准则就是要有良好的人机交互能力，一般要求操作简便，界面简洁明了。此系统中共有6个LED，434矩阵键盘。
设计原理如图：
图3-8 人机界面图
此部分数码管采用段点亮，此种方法设计虽然软件上写起来有些困难，但比起使用ZLG7289节约成本且对于初学者书本上讲的也是段点亮，因此考虑实用和应用层面，所以采用此种方法。
四．电学部分软件设计
系统初始化后通过键盘输入工作台要移动的距离，输入完毕后由单片机控制步进电机转动，同时采用数码管显示电机的转角，并将相应的值存到RAM中，同时测量工作台移动距离由此确定电机转角控制的工作台移动距离。
中断1累加器计数关联移动距离，将累加器的值存在RAM中不同于上述的单元中，以方便后续比较。
中断2将存储到的不同单元即电机控制工作台移动距离和工作台实际移动距离拿出来做比较，相同则说明工作台移动距离与设定相同所以不作处理，不同则说明工作台移动距离与输入值不符，则通过单片机进行控制来做矫正处理。
五．光学部分设计
5.1 总体方案
光学系统设计的目的是采用光栅副测量丝杠转角，该部分设计涉及到光源设计、准直镜设计、光栅副设计、光电探测器设计。
光源设计包括一般选取点光源，需要去定光源类型、型号，准直镜的作用就是叫光源的光变成平行光。
光栅副设计包括主光栅的栅距、缝长、缝宽设计，指示光栅结构、参数确定，零位光栅的选取，光栅间距的确定。
光电探测器类型，一般就采用光电三极管加比较电路处理，输出为矩形脉冲型号，可以很好的与数字电路驳接。
5.2 参数计算
设计要求：检测丝杠转角，步进电机走一步，编码器输出不小于5个脉冲信号，确定主
要参数。
5.2.1 光源的类型型号确定
光源我们采用LED，LED的特点非常明显：寿命长、光效高、无辐射、低功耗。LED
的光谱几乎全部集中在可见光频段。这是采用普通光源不具有的优势。采用普通灯泡光源，
为了使后续光电探测器的输出信号足够大，足够分辨，灯泡是需要有一定的功率。然而这样
就带来两个问题：一是温升问题，二是灯泡寿命问题。对于高精度测量来说，光栅的温升会
引起测量误差；灯泡的寿命太短要经常更换，也太麻烦。采用LED类型光源就可以避免这种
问题的出现。
查找资料，选取一款来自深圳的LED光源，型号：SST-R-3528-85105-C-12。名称：12V
DC Non-waterproof rigid 3528 LED light bar (105LEDs/85cm)。
下面为该款电源的参数：
1．透镜的通光口径的确定
以硅光电池直接接收式光路为例，为了提高莫尔条纹的反差，减少广源发散的影响，一般都采用平行光垂直照射光栅面，为此必须有准直透镜。
透镜的通光尺寸在平行于栅线方向上为 1b ，在垂直于栅线方向上为1l ，则
2
1(1.5~4)l b b L
mm f
=++ 2
1(1~3)b l l L
mm f
=++ 式中，2/l f 和2/b f 为灯丝发散角；f 为准直透镜焦距；2l 、2b 为灯丝的长度和宽度；L 为与传感器有关的值；l 、b 分别为硅光电池的长度与宽度。 由上式的准直透镜的通光口径为
(1~3)d mm =
2 透镜的型式和焦距
在上述光路中，若栅距较大而两光栅之间间隙较小时，常采用单片平凸透镜，并使平面朝向灯丝以减小象差；在大间隙使用时，为了减小象差，特别是色差，提高莫尔条纹的反差，应采用双片平凸透镜，相对孔径不宜大于0.8，双片平凸透镜不宜大于1。两光栅间隙较大时，上述数据可适当减小。适当的缩短焦距，可使传感器结构紧凑，并能提高光电池上的照度。 准直镜的主要作用就是将光源的光束变成平行光，因此准直镜采用一般透镜即可，考虑到安装长度，采用小焦距的透镜比较合适。采用焦距f 10cm =，直径为25mm 的透镜可以很好的将光源的光线变成平行光。25mm 的选择是考虑到丝杠直径为20mm 。
5.2.3 光栅副设计
光栅副包括主光栅以及指示光栅，零位光栅在实现原理很复杂：零位光栅测量系统是在
增量式光栅测量系统的基础上发展起来的一种新型测量系统。增量式测量方法是采用“置0”来选择工作原点的，它可以依据操作要求选在任一位置。零位光栅与普通光栅不同，它是一线红复杂的栅线序列，是一种非等间隔和非等宽度的明暗相间的光栅。所以设计中就没有设计零位光栅功能。 主光栅安装在齿轮一端，因此选择圆光栅。同时设计要求步进电机每走一步编码器至少输出5个脉冲，步进电机的步距角为0.9/b θ= 脉冲。从工程角度考虑，步进电机走一步，编码器输出6个脉冲。那么主光栅的栅距角为0.15°，光栅直径取20mm ，栅距0.026mm ，缝长为2mm ，缝宽默认为栅距的一半。采用2500线/周的圆形光栅即可。而只是光栅采用直光栅即可，一般情况下指示光栅的参数与主光栅相同，即：栅距0.026mm ，缝长为2mm ，缝宽为1mm 。
5.2.4 光电探测器的选择
光栅传感器常用的光电接收元件主要有：①硅光电池②光电二极管③光电三极管。 ⑴硅光电池
硅光电池使用的特点是：工作面积大，不需外加电源，受光照面为整机，背光照面为负极，其结构为一薄片状，体积不大，外形有方形和圆形两种。也有做成多极的硅光电池。四极硅光电池其面积为10X10mm 2，这是光栅传感器经常使用的。 硅光电池的性能稳定，但响应时间长，约为3
410~10s --，灵敏度较低，一般输出幅值为
20~100mV 。 ⑵光电二极管
光电二极管在电路中是反向工作的。它的响应时间短，为710s -，灵敏度较高，输出幅值为100~200mV,但在弱光下灵敏度较低，需要使用聚光镜。
光电二极管的峰值波长为0.86~0.9m μ，即输入光的波长在此范围内时，输出电流最大。 光电二极管有方形的，壳体面积为2
24mm ?，圆形的壳体直径为7mm φ，也有光电二极管组合件，它是将几个二极管做成一体。 ⑶光电三极管
光电三极管的电流灵敏度高，输出幅值达300~500mV ，响应时间为4
510
~10s --，其为定
度也不如光电二极管，光电三极管峰值波长为0.86~0.9m μ，它也有组合件。
光电探测器包括光电传感器和调理电路，光电传感器我们采用光电三极管，后续调理电路采用比较电路即可判别光栅移动以及产生矩形脉冲，脉冲可以直接连接单片机进行计数，从而换算出转动角度。
下面原理图为光电探测器实现的基本思路：
光路图如下所示：
六、附录
参考文献
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绝密★启用前 2009年6月河南省高等教育自学考试助学统一命题考试 机电一体化系统设计 试卷 （课程代码 2245） 本试卷共8页，满分100分；考试时间150分钟 复查总分 总复查人（签名） 1． “机电一体化”含义是 【 】 A. 以机为主加点电 B. 机械部与电子部合并 C. 以电淘汰机 D. 机械与电子的集成技术 2. 齿轮传动的传动效率随着传动级数 【 】 A. 增加而增加 B. 增加而降低 C. 减少而降低 D. 变化而不变 3．滚珠丝杆副的基本导程减少，可以 【 】 A ．加大螺旋升角 B ．提高承载能力 C ．提高传动效率 D ．提高精度 4．光栅条纹密度是100条/mm ，光栅条纹间夹角θ=0.001弧度，莫尔条纹的 宽度 【 】 A ．100mm B ．20mm C ．10mm D ．.0.1mm 5． 直流测速发电机输出的是与转速 【 】 A ．成正比的交流电压 B ．成反比的交流电压 C ．成正比的直流电压 D ．成反比的直流电压 6．电压跟随器的输出电压 输入电压 【 】 A ．等于 B ．大于 C ．大于等于 D ．小于 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1.5分，共 15分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合 题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。选错、 多选或未选均无分。
7．某4级交流感应电动机，电源频率为50Hz，当转差率为0.02时，其转速为【】A．1450[r/min] B．2940 [r/min] C．735[r/min] D．1470 [r/min] 8．某步进电动机三相单三拍运行时步距角为3°，三相双三拍运行时步距角为【】A．3°B．7.5°C．6°D．1.5° 9．某步进电动机，三相，转子40个齿，欲使其步矩0.5°，应采用的通电方式为【】A．单拍制B．双拍制C．单双拍制D．细分电路 10．梯形图中的计数器，采用的助记符指令为【】 A．OR STR B．AND STR C．TMR D．UDC 二、简答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）11．机和电融合的设计思想是什么？ 12．机电一体化系统结构中驱动模块在系统中的作用是什么? 13．滚珠丝杆螺母副有哪些消除间隙和预紧的措施?
××智能生产设备组装与调试 工 作 任 务 书 中国.四川.XX 2017.10
一、工作任务与要求 一、按《工件处理设备组装图》（图号01）组装工件处理设备，并满足图纸提出的技术要求。 二、按《工件处理设备电气原理图》（图号为02）连接电路，你连接的电路应符合工艺规范要求。 三、按《工件处理设备气动系统图》（图号03）连接工件处理设备的气路，使其符合工艺规范要求。 四、请你正确理解工件处理设备的检测和分拣要求、意外情况的处理等，制作触摸屏的各界面，编写工件处理设备的PLC控制程序和设置变频器的参数。 注意：在使用计算机编写程序时，请你随时保存已编好的程序，保存的文件名为工位号+A（如3号工位文件名为“3A”）。 五、请你安装、调整传感器的位置和灵敏度，调整机械部件的位置，完成工件处理设备的整体调试，使工件处理设备能按照要求进行生产。 二、工件处理设备说明 1. 工件处理设备为先对金属件和白塑料件两种工件（黑色塑料件为生产过程中出现的不合格工件）进行加工，然后进行表面处理，再分拣打包的机电一体化设备。 2. 工件处理设备高速运行时，变频器的输出频率为30Hz；工件处理设备低速运行时，变频器的输出频率为25Hz（工件由A向B方向运行为传送带正转方向）。 工件处理设备各部件名称及位置如图1所示： 图1 工件处理设备各部件名称及位置
（a ） （b ） （b ） （d ） 工件处理设备有“调试”和“运行”两种模式，由其按钮模块上的转换开关SA2选择。当SA2在左挡位时，选择的模式为“运行”；当SA2在右挡位时，选择的模式为“调试”。 工件处理设备上电后，绿色警示灯闪烁，指示系统电源正常，同时触摸屏进入首页界面如图2（a ）所示。将PLC 拨到运行状态，若系统不处于初始状态，则按钮模块上的指示灯HL1闪烁（每2秒闪烁一次）；若处于初始状态，则指示灯HL1长亮。 工件处理设备的初始状态是：机械手的悬臂靠在右限止位置，悬臂和手臂气缸的活塞杆缩回，手指张开，斜槽气缸的活塞杆缩回。料盘的直流电机、传送带的三相电动机不转动。若上电时有某个部件不处于初始状态系统应进行复位，复位方式自行设定。 （一）工件处理设备的系统调试 将按钮模块上的转换开关SA2置于“调试”档位，触摸屏“首页界面”对应的“调试”指示灯常亮，如图（a “输入密码框”，如图（b ）所示，输入正确密码：235后，则可以进入触摸屏“调试界面”界面如图3所示。若密码不正确则弹出“重新输入密码”的对话框如图（c ）所示，可重新输入新的密码；若重新输入的密码还不正确，则弹出“你不能进行设备调试进”的提示，如图（d ）所示。这时需要再次按下触摸屏上的 a ）。 图2 触摸屏进入首页界面 1.输送机的调试
习题一答案 1-1、什么是机电一体化？ 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 1-2、什么是机电一体化的变参数设计？ 在设计方案和结构原理不变的情况下，仅改变部分结构尺寸和性能参数，使之适用范围发生变化的设计方式。例如，同一种产品不同规格型号的相同设计。 1-3、机电一体化技术与传统机电技术的区别。 传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。 1-4、试分析机电一体化技术的组成及相关关系。 机电一体化系统是多学科技术的综合应用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括：机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 1-5、一个典型的机电一体化系统，应包含哪些几个基本要素？ 机电一体化系统，应包含以下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为：结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素；这些组成要素内部及其之间，形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。 1-6、试简述机电一体化系统的设计方法。 机电一体化系统的设计过程中，一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法，要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系，从而确定系统各环节的设计方法，并用自动控制理论的相关手段，进行系统的静态特性和动态特性分析，实现机电一体化系统的优化设计。1-7、机电一体化系统（产品）开发的类型。
DLMCS-675光机电一体化实训系统 技术文件 图片仅供参考 一、产品概述 DLMCS-675光机电一体化实训系统，它的命名中，5代表5种电机（三相异步电动机，他励直流电机，直流电机，步进电机，伺服电机），7代表7中传感器（电感式，光电式，电容式，光纤式，温度传感器PT100，脉冲编码器，微动开关），6代表6个模块（环形输送，加工检测，
装配，加热，搬运，仓储）。 设备提供丰富的传感器类型和电机种类，基本涵盖了工业现场当中用到的控制类型。PLC采用双系统，西门子系统与三菱系统，也概括了现在现场应用当中的主流品牌。本设备能够最大限度的将工业现场还原给同学，让同学更多地了解工业现场的设备环境。 设备整体由铝合金实训平台、环形送料单元、加工检测单元、搬运单元、装配单元、加热单元、分类存储单元等部件构成。 控制系统采用模块组合式，由多种PLC模块、变频器模块、触摸屏模块、电源模块、闭环调速模块、步进控制模块、伺服控制模块组成，可按考核需要对模块进行灵活组合、安装和调试。本系统涵盖了机电一体化和电气自动化专业中所涉及的PLC 控制、闭环直流调速、伺服电机调速、步进电机脉冲控制、传感器检测、气动元件、机械结构安装与系统调试等内容，为学生提供了一个典型的系统综合实训环境，使学生掌握的各项专业知识得到全面、综合地加深巩固并灵活应用。 1
由DL-ZLTS 和DL-CSFD 挂箱组成 图系统模块示意图 二、设备特点 1、该实训考核系统融典型机电一体化设备机械部件安装、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装、PLC 编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试于一体，满足实训教学和竞赛的需要。 2、该实训系统控制模块为PLC模块、变频器模块，双闭环调速模块、伺服驱动及伺服电机模块、步进驱动及步进电机模块等模块；被控对象为送料单元模块、加工检测单元模块、搬运单元模块、装配单元模块、分类存储单元模块。 3、可自由组合系统控制及被控对象模块，完成简单或复杂的实训考核内容。 2
机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业：机械电子工程 班级：机电0811 学号： 2008716022 姓名：陈智建 指导教师：刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日
目录 第一节绪论 (3) 1.1课程设计目的意义 (3) 1.2课程设计任务描述 (3) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (3) 第二节总体方案设计 (4) 2.1主轴驱动系统设计方案 (4) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (4) 2.3电气系统设计方案 (4) 第三节传动系统设计 (5) 3.1主轴传动系统的设计 (5) 3.1.1主轴电机选择 (5) 3.1.2变频器的选择 (5) 3.1.3主轴传动系统设计 (5) 3.2伺服驱动系统设计 (6) 3.2.1伺服传动机构设计 (6) 3.2.2伺服电机选择 (6) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (6) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (8) 3.3设计验算校核 (8) 3.3.1惯量匹配验算 (8) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (9) 3.3.3系统的刚度计算 (9) 3.3.4固有频率计算 (10) 3.3.5死区误差计算 (11) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (11) 第四节电气系统设计 (12) 第五节总结 (15) 参考文献 (15) 附：6张系统框图和元器件图
第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科，所涉及的知识领域非常广泛，现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计，培养学生综合应用所学的知识，进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统，即在已有数控系统的基础上，根据实际加工要求，进行二次开发。由于生产数控系统，伺服电动机的驱动器，伺服电机的厂家很多，即使同一厂家，其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广，并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力，数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能，可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴（变频器），满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器，驱动器和电机之间电器接口的相互匹配，在该设计中，要求3轴伺服驱动器，伺服电动机都采用Fanuc 公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 （1）主轴的转速范围：1000—24000 （rpm） （2）主轴电机功率：30/37 kw （3）X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min，X/Y/Z轴切削进给速度，1-10000 mm/min （4）系统分辨率：0.0005mm,重复精度0.02mm。
学院实验报告 学院：专业：班级：成绩： 姓名：学号：组别：组员： 实验地点：实验日期：指导教师签名： 实验（2）项目名称：加速度传感器、速度传感器振动测量实验和悬臂梁固有频率测量实验 1.实验项目名称 加速度传感器、速度传感器振动测量实验和悬臂梁固有频率测量实验 2.实验目的和要求 （1）了解并掌握机械振动信号测量的基本方法 （2）掌握用瞬态激振方式，进行机械阻抗测试的仪器组合及使用方法，了解瞬态激振时的数据处理方法 （3）测出悬臂梁的固有频率 3.实验原理 （1）振动测量原理 机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。 机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至造成事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。 在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计。这些都离不开振动测试。 振动测试包括两种方式：一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振
动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。 振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。 幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源，通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取响应的措施。 相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。 在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。 （2）YD-37加速度传感器简介 压电传感器的力学模型可简化为一个单自由度质量——弹簧系统。根据压电效应的原理，当晶体上受到振动作用力时后，将产生电荷量，该电荷量与作用力成正比，这就是压电传感器完成机电转换的工作原理。压电式加速度传感器在振动测试领域中应用广泛，可以测量各种环境中的振动量。YD-37加速度传感器与DRBS-12-A型简易电荷放大器的综合灵敏度约是6080mV/m.s-2。 (3)CD-21速度传感器简介 CD-21振动速度传感器的基本原理是基于一个惯性质量（线圈组件）和壳体，壳体中固定有磁铁，惯性质量用弹性元件悬挂在壳体上工作时，将传感器壳体固定在振动体上，这样当振动体振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动，切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值，这就是振动速度传感器的工作原理。CD-21振动速度传感器的测量范围是10~1000Hz，灵敏度约是200mv/cm.s-2。 （4）悬臂梁试验台架由底座、悬臂梁、加速度传感器、激振捶等构成。悬臂梁结构总体尺寸为120*110*150mm（长*宽*高）。可进行悬臂梁固有频率和阻尼系数的测量。 实验时通过激振捶敲击悬臂梁，产生脉冲激振，通过安装在悬臂梁上的加速度传感器获取悬臂梁受瞬态激励后输出的振动信号波形（信号触发采样方式），经信号调理设备处理后，通过数据采集仪输入计算机中，从悬臂梁脉冲响应信号波形或信号功率谱就
机电一体化课程设计报 告
机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业：机械电子工程 班级：机电0811 学号： 2008716022 姓名：陈智建 指导教师：刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日
目录 第一节绪论 (4) 1.1课程设计目的意义 (4) 1.2课程设计任务描述 (4) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (4) 第二节总体方案设计 (5) 2.1主轴驱动系统设计方案 (5) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (5) 2.3电气系统设计方案 (5) 第三节传动系统设计 (6) 3.1主轴传动系统的设计 (6) 3.1.1主轴电机选择 (6) 3.1.2变频器的选择 (6) 3.1.3主轴传动系统设计 (6) 3.2伺服驱动系统设计 (7) 3.2.1伺服传动机构设计 (7) 3.2.2伺服电机选择 (7) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (8) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (9) 3.3设计验算校核 (9) 3.3.1惯量匹配验算 (9) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (10) 3.3.3系统的刚度计算 (11) 3.3.4固有频率计算 (11) 3.3.5死区误差计算 (12) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (12) 第四节电气系统设计 (13) 后附6张系统框图和元器件图。 (15) 第五节心得体会 (16) 参考文献 (17)
第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科，所涉及的知识领域非常广泛，现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计，培养学生综合应用所学的知识，进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统，即在已有数控系统的基础上，根据实际加工要求，进行二次开发。由于生产数控系统，伺服电动机的驱动器，伺服电机的厂家很多，即使同一厂家，其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广，并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力，数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能，可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴（变频器），满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器，驱动器和电机之间电器接口的相互匹配，在该设计中，要求3轴伺服驱动器，伺服电动机都采用Fanuc公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 （1）主轴的转速范围：1000—24000 （rpm） （2）主轴电机功率：30/37 kw （3）X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min，X/Y/Z轴切削进给速度，1-10000 mm/min
《机电一体化系统设计基础》作业1、2、3、4参考答案 形成性考核作业1 一、判断题（正确的打√，错误的打×） 1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。（×） 2. 系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。（√） 3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。（×） 5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。（×） 6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。（×） 7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。（×） 8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。（×） 9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。（×） 10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。（√） 11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。（√）× 12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。（√）× 二、单选题
机电一体化综合课程设计 《机电一体化课程设计任务书》普通格式 一．课程设计的目的 本次设计是机电一体化和计算机控制课程结束之后进行的一个重要的综合性、实践性教学环节，课程设计的基本目的是： 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法，包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。
3、训练和提高设计的基本技能，如计算，绘图，运用设计资料、标准和规，编写技术文件（说明书）等。 二．设计任务及要求 设计题目：车辆出入库单片机自动控制系统 1.设计容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书； 2.课题容简介或设计要求：编制一个用单片机控制的车辆出入库管理控制程序，控制要求如下：1）入库车辆前进时，经过1# → 2#传感器后计数器加1，后退时经过2# → 1#传感器后计数器减1，单经过一个传感器则计数器不动作。2）出库车辆前进时经过2# → 1#传感器后计数器减1，后退时经过1# → 2#传感器后计数器加1，单经过一个传感器则计数器不动作。3）设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路，显示车库车辆的实际数量。 3.机械部分的设计： 4.计算机控制的设计：设计显示电路图，并按图连接。画出单片机接线图，并按图接线。编制控制程序。 摘要 本次设计车辆出入库单片机自动控制系统的基本功能和设计思路，根据给定的条件，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械和电子方面的知识，完成车辆入库自动控制，并画好元器件的连接图，其中包括装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现，设计计算与说明。 车辆出入库单片机自动控制系统对我们生活很贴近，一个很实用的系统，可以有效地帮助我们管理车库，再加上如果用单片机来实现的话成本低，很实用，这是一个很有意义的设计。车辆入库单片机自动控制系统的难点在于,如何控制
专业：机电一体化 班级： 08—1班 老师：刘顺东 学号： ******** 姓名： **** 日期： 2013年2月
XY工作台部件及单片机控制设计 目录 1.序言 (3) 2.总体方案设计 (3) 2.1.设计任务 (3) 2.2.总体方案确定 (3) 3.机械系统设计 (4) 3.1.工作台外形尺寸及重量估算 (4) 3.2.滚动导轨的参数确定 (5) 3.3.滚珠丝杠的设计计算 (6) 3.4.步进电机的选用 (8) 3.5.确定齿轮传动比 (13) 3.6.确定齿轮模数及有关尺寸 (13) 3.7.步进电机惯性负载的计算 (13) 4.控制系统硬件设计 (14) 4.1.CPU板 (14) 4.2.驱动系统 (16) 4.3.控制系统软件的组成和结构 (18) 5.参考文献 (22)
1.序言 据资料介绍，我国拥有400多万台机床，绝大部分都是多年累积生产的普通机床。这些机床自动化程度不高，加工精度低，要想在短时期内用自动化程度高的设备大量更新，替代现有的机床，无论从资金还是从我国机床制造厂的生产能力都是不可行的。但尽快将我国现有的部分普通机床实现自动化和精密化改造又势在必行。为此，如何改造就成了我国现有设备技术改造迫切要求解决的重要课题。 在过去的几十年里，金属切削机床的基本动作原理变化不大，但社会生产力特别是微电子技术、计算机技术的应用发展很快。反映到机床控制系统上，它既能提高机床的自动化程度，又能提高加工的精度，现已有一些企业在这方面做了有益的尝试。实践证明，改造后的机床既满足了技术进步和较高生产率的要求，又由于产品精度提高，型面加工范围增多也使改造后的设备适应能力加大了许多。这更加突出了在旧机床上进行数控技术改造的必要性和迫切性。 由于新型机床价格昂贵，一次性投资巨大，如果把旧机床设备全部以新型机床替换，国家要花费大量的资金，而替换下的机床又会闲置起来造成浪费，若采用改造技术加以现代化，则可以节省50%以上的资金。从我国的具体情况来讲，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的1/3到1/5，一般用户都承担得起。这为资金紧张的中小型企业的技术发展开创了新路，也对实力雄厚的大型企业产生了极大的经济吸引力，起到了事半功倍的积极作用。 据国内资料统计订购新的数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产需要。因此机床的数控改造就成为满足市场需求的主要补充手段。 在机械工业生产中，多品种、中小批量甚至单件生产是现代机械制造的基本特征，占有相当大的比重。要完成这些生产任务，不外乎选择通用机床、专用机床或数控机床，其中数控机床是最能适应这种生产需要的。 从上述分析中不难看出数控技术用于机床改造是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础之上。通过理论上的推导和实践使用的证明，把微机数控系统引入机床的改造有以下几方面的优点：1）可靠性高；柔性强；易于实现机电一体化；2）经济性可观。为此在旧的机床上进行数控改造可以提高机床的使用性能，降低生产成本，用较少的资金投入而得到较高的机床性能和较大的经济效益。 2.总体方案设计 2.1.设计任务 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.025mm。 设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C3B3H＝145mm3160mm312mm；底座外形尺寸C13B13H1＝210mm3220mm3140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。 2.2.总体方案确定 2.2.1.系统的运动方式与伺服系统 数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线系统，连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。对点位系统的要求是快速定位，保证定位精度。定位方式采用增量坐标控制。 为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。
光机电一体化
探析光机电一体化技术的发展现状及热点 姓名： 摘要:简述了光机电一体化产品的组成和特点，综述了国内外光机电一体化技术的发展现状，分析了光机电一体化技术的未来发展热点。 关键词:光机电一体化技术组成特点发展现状发展热点 一．引言 光机电一体化技术的概念萌芽可追溯到德国提出的精密工程技术，是在现代光学技术与机电一体化技术基础上发展起来的一门新兴交叉学科，是综合当前光学、机械学、电子学、信息处理与控制等领域中最新技术的一种群体技术，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。其技术水平直接反映了一个国家现代科技和现代工业的发展水平，也是国家综合实力的重要体现。二．光机电一体化产品的组成 光机电一体化产品一般由机械本体、传感器、接口、微处理器和执行机构等5部分组成。如果把光机电一体化产品比做一个人，则计算机就是它的头脑，传感器就是它的五官，软件就是使躯体（机械本体）能发挥效能的手段，所以，光机电一体化产品就是具有头脑和五官，能够感知外界环境的变化，并根据这种变化作出响应的机器或机构。 三．光机电一体化产品的特点 3.1体积小，易操作
光机电一体化技术通过采用电力电子器件或用电子装置进行相关动作控制，使得产品机械结构大大简化。可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序，任何装置的动作可由预设的程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化。 3.2反应快，精度高 电子技术的采用使得反馈控制水平提高，运算速度加快，通过电子自动控制系统可精确按预设动作，其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差，达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时，由于机械传动部件减少，机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。因此，光机电一体化产品应用领域宽，适用面广，易于满足各种需要。 3.3柔性化，智能化 光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序、指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋向“软件化”和“智能化”。 3.4 更可靠，寿命长 光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。 3.5 技术层次多．应用范围广
《机电一体化设计》练习主要思路 一、机电一体化基本概念 用常见例子区别模拟信号和数字信号。（实质：时间-强度表达形式） 时间是横坐标，强度是纵坐标，强度连续为模拟信号，强度离散为数字信号，光盘0101数字信号 “机电一体化”的含意(P1)：从系统观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合，实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门新的科学技术。 6个相关技术(P3)：（分析信息处理技术、伺服传动技术） 1、信息处理技术（计算机数据处理） 包括信息的变换、存取、运算、判断和决策，信息处理大都是依靠计算机来进行的，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。主要采用工业控制机（可编程控制器、单（多）回路调节器、单片微机控制器、总线式工业控制机、分布式计算机测控系统等）进行信息处理。 2、伺服传动技术 在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械执行机构按指令要求进行运动，并具有良好的动态性能。液压伺服系统工作稳定、响应速度快、输出力矩大，特别是在低速运行时的性能更具有突出的优点。缺点：增加液压动力源，设备复杂、体积大、维修费用大，污染环境。大部分采用电气伺服系统，采用电动机作为伺服驱动元件，具有控制灵活、费用较小、可靠性高等优点，缺点：低速时输出力矩不够大。 实例：温度控制系统图解，联系伺服控制系统说明各环节功能。 （见书上） 机电一体化系统4个分类（伺服、数字、顺序、过程）举例说明： 1、伺服传动系统工业机器人、数控机床、坐标测量机 机械设备位置和速度的动态控制。（工业机器人的关节伺服传动系统） 2、数字控制系统CNC机床 由数控装置生成数字形式指令驱动机器运动。（CNC计算机数控机械） 3、顺序控制系统自动制造单元（自动洗衣机） 按规定的生产时序或现场输入信号为条件，按预定规律或顺序完成动作的控制系统。（继电器逻辑电路、PLC可编程控制器、通用微机） 4、过程控制系统柔性制造系统 机械、电力、冶金、化工、建材的工业控制，如CIMS、FMS是典型的机械制造过程控制系统。机电一体化的四视图设计方法（功能、结构、控制、信息）举例电动自行车,全自动洗衣机：功能视图：是对机电一体化系统的基本功能和为实现基本功能的辅助功能的描述与设计 结构视图：选取已系列化的机电部件以及设计制作适当的元器件和零件，围绕实现主功能，来实现设计的集成化，以及创新的总体结构、部件结构和零件结构 控制视图：描述及设计这些机电一体化单元的原理组成及协调控制的方法，同时描述信息系统的组成及接口 信息视图：描述机电一体化系统中的信息流的工具 例1全自动洗衣机的设计 功能：洗涤+漂洗+脱水+烘干。 机构：双筒，外盛水，内可旋。机架支承弹性悬挂系统。偏心稳定系统。洗涤脱水机械换档。开盖联动安全系统。
目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (2) 2.1总体方案设计要求 (2) 2.2其它要求 (3) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (3) 3.1进给系统机械结构改造设计 (3) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (3) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (3) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (4) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (4) 4步进电动机的计算与选型 (11) 4.1步进电动机选用的基本原则 (11) 4.1.1步距角α (11) 4.1.2精度 (11) 4.1.3转矩 (11) 4.1.4启动频率 (12) 4.2步进电动机的选择 (12) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (12)
4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 ................................................................... 12 5电动刀架的选择 .................................................................................................................... 12 6控制系统硬件电路设计 ...................................................................................................... 19 6.1控制系统的功能要求 ................................................................................................... 19 6.2硬件电路的组成： ........................................................................................................ 19 6.3电路原理图 ..................................................................................................................... 20 7总结 ........................................................................................................................................... 21 8参考文献 . (22) 1设计任务 设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径400mm 2) 最大加工长度1000mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3000mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =400mm/min ，Z 方向为v zmaxf =800mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 01 .0=x δ02 .0=z δ
《机电一体化技术概论》课程思政方案及实施案例 一、素质目标 1.具备一定的学习新技术和新知识的自修能力； 2.机电一体化产品发展、结构组成及功能； 3.具备分析机电一体化产品模块功能、典型案例应用，强调产品模块调试方法 4.有较快适应生产、管理第一线岗位需要的能力； 5.提升敬业爱岗和良好的团队合作精神； 6.形成较强的安全和环保意识； 7.在工程实践中能自觉遵守职业道德和规范，具有法律意识。 二、课程内容与要求
三、实施案例 案例1 从任课班级中挑选成绩好学生组建兴趣小组，根据企业如何进行激光打标机设计开发，培养学生对复杂自动化设备设计的解决方案，设计满足特定需求的机械系统、部件以及工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识。通过项目实施，一是让学生能针对个人或职业发展的需求，采用合适的方法，自主学习，适应发展。二是能够在机械工程实践中开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具。三是能主动与其他专业的成员合作开展工作，完成团队分配的工作，承担团队成员的角色和责任。 案例2 通过一个综合案例的学习、设计、研发，内化敬业、精益、专注、创新的“工匠精神”，形成优秀的职业价值取向和行为表现。 （1）任务引领 按照给定的自动化设备，设计相应的控制电路。 （2）知识传授
掌握基本电子元器件的性能和应用。 （3）能力训练 分组实训，设计电路，并进行模拟仿真，完成预定的电路功能。 （4）检查 分组检查讨论检测结果 （5）评估 学生陈述，教师分析 （6）下次任务布置 知识创新点的提炼，形成知识产权。 （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）
机电工程学院 课程设计（项目设计）说明书（2014 /2015学年第一学期） 课程名称：机电一体化课程设计 题目：机械手伸缩臂设计 专业班级： 学生姓名： 学号：110200408 指导教师： 设计周数：2周 设计成绩：
目录 第1章概论 1.1 我国机器人的发展状况 (3) 1.2工业机械手的组成及原理 (4) 1.3机械手的应用 (5) 第2章机械手伸缩臂机械部分设计计算 2.1设计方案论证以及确定 (6) 2.1.1设计参数 (6) 2.2机械手伸缩臂总体结构设计方案 (6) 2.3 执行装置的设计方案 (7) 2.3.1 滚珠丝杠的选择 (7) 2.3.2减速齿轮的有关计算 (13) 2.3.3 电动机的选择 (18) 第3章液压控制系统的设计与计算 3.1 设计方案 (20) 3.2 液压回路设计 (20) 3.3 油泵的选择设计 (21) 3.3.1油泵的选择设计 (21) 3.3.2泵驱动电机的选择设计 (22)
第一章概论 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。业机器人机械手是模仿人的手部动作，按照给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运和操纵的自动装置，它是机械化、自动化的重要手段。 机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。 工业机械手可以在高温、高压、危险、易燃、易爆、放射性等恶劣的环境，以及笨重、单调、频繁的操作中，代替人的工作，具有重要的意义。在机械加工中，冲压、铸造、锻造、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输、国防工业等各方面，也已愈来愈引起人们的重视。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 1.1我国机器人的发展状况 我国工业机器人发展于20世纪70年代，经过30多年的发展，大致经历了三个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期，90年代的适用化期。 20世纪70年代是世界科技发展的一个里程碑：人类登上了月球，实现了金星、火星的软着陆。我国也发射了人造卫星，世界范围内工业机器人的应用掀起了一个高潮，尤其在日本发展更为迅猛，它补充了日益短缺的劳动力。在这种情况下，我国于1972开始研究制造自己的机器人。 进入20世纪80年代后，随着改革开放的不断深入，在高科技浪潮的冲击下，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机械人及其零部件进行攻关，完成了工业机械人的成套技术的开发，研制出了喷漆取得了
机电一体化技术在工程机械中的应用 目前，随着我国经济的不断增长和科学水平的提升带动了信息技术、互联网技术以及计算机技术的不断发展。与此同时机电一体化也随着新兴技术的进步不断发展，在各行业得到了广泛的应用，尤其是对于工程机械行业来说，机电一体化的應用在很大程度上提升了该行业的自动化和智能化水平，对该行业的发展其中重要的推动作用。对此，本文主要分析了机电一体化在工程机械行业的应用以及未来发展趋势，希望对我国工程机械行业的发展有所帮助，推动我国机电一体化水平的不断进步。 标签：机电一体化技术;工程机械;应用 引言 在工程机械领域，随着电工电子技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多项技术的发展，工程机械的模式从传统单一的机械电气化逐步进化为现代的机电一体化。 1机电一体化技术的发展过程 机电一体化技术的发展主要经历了三个阶段，第一阶段是20世纪60年代之前。该阶段人们开始尝试利用计算机技术来改进和完善机械工程制造产品，因历史因素，当时机械工程产品与电子技术相结合的产品在二战中被大量应用。虽然当时电子信息技术的发展还不成熟，机械工程产品与电子信息技术的结合程度不高，但是那些产品的研发和制造很大程度地推动了民用技术产品的发展。第二阶段是20世纪七八十年代，该阶段也是机电一体化技术的快速发展时期。同时期的通信技术与计算机技术等都处于快速发展阶段。当微型计算机和集成电路规模化生产时代来临时，机电一体化技术在工程机械中的应用具备了更好的环境，并且该技术在现代机械工程中的应用受到世界各国的广泛关注。20世纪90年代至今，机电一体化技术迎来了第三个阶段，该时期的机电一体化技术中融入了通信与光电等技术，并不断朝着智能化的方向发展。 2机电一体化技术特点 随着机电一体化技术的大力发展，机电一体化技术的优势也越来越显著，具体体现在以下几方面：（1）安全性更高。现代的机电一体化设备本身装有检测系统，确保可以全程追踪设备的工作状态，遇到故障便会启动机器设备保护机制，因此现代的机电一体化设备具有很强的安全性、可靠性。解放劳动力的同时，极大提高了生产效率。（2）提高生产效率。生产工作中，机电一体化技术能实现智能化、自动化处理，极大提高了生产效能，节约人力成本，实现产品量化生产，提高企业的市场竞争力。数字化显示的应用，降低了操作的难度，避免了工作人员的重复性操作，节约了人力成本，使得工作更加精准定位。（3）环保和节约能源。由于机电一体化技术的智能化，机电一体化技术做出大量的贡献，减少了不
光机电一体化系统及应用标准答案及评分标准（A卷） 2010－2011 学年第 1 学期课号 课程名称光机电一体化系统及应用（A卷、开卷）适用班级（或年级、专业）07级机械电子工程 一、填空题（本大题共5小题，每空2分，共22分） 1、垂轴放大率（β），轴向放大率（α），角放大率（γ），β=α·γ 2、1/10～1/3, 1/3, 1/10 3、对短波单色光像面漂移的补偿 4、由光学、机械、微电子、信息处理与控制和软件等各种相关技术交叉融合而构成的，各种新技术的相互渗透和有机融合 5、柔性上压式精密轴系紧固新结构 二、选择题（6分，每题2分） 1、B 2、B 3、B 三、简答题（12分，每题6分） 1、答：调焦是指调整物面与物镜的相对位置，以获得清晰的物
镜一次像的过程。而自动调焦则是通过成像质量为依据，通过伺服控制实现。 2、答：“一轴、两主面、两焦面”是光学系统的最简明的描述。 四、问答题（20分，每题10分） 1、答：相同点是都需要光电转换器使光学图像变为数字图像；不同点是视频图像采集数据少，分辨率较低，能形成连续跟踪图像，可实现实时监控，摄录皆可，属动态图像，而数码图像采集的数据量大，分辨率高，是单张采集，不能实时跟踪，属静态图像。 2、答：相同点：两者同属当今最常用的图像传感器，具有把光信号转换成电信号的功能。不同：以电荷为信号载体，电荷在器件中产生、存储、转移和检测；采用主动像敏源（）有源结构，具有放大和缓冲功能，器件中电荷不转移。
五、设计计算与综合能力（36分，每题18分） 2.解： 据高斯公式 ')(l l L +-= l l '=β l l f 111''-= 联立解得：1-=βL l ， '=f 3,180-==βmm l Θ mm l l mm l 135)(180,45'=-+=-=∴ y y 22'=βΘ mm y 67.63202=--=∴ 据图，选双脚和为基本结构 U n NA sin ?=Θ?=∴74.5U 通光孔径mm l U h 04.9tan 2=?=