机电一体化系统课程设计
题目自动分拣工件机械手的设计
班级机械1211
学生姓名蒋金成学号1220116105同组姓名凌一锐上文龙薛俊
起迄日期2015年12月25日~ 2016年1月5日指导教师汪帮富讲师
机械工程学院
目录
1. 自动分拣工件机械手设计的要求、目的及意义 (1)
1.1要求 (3)
1.2目的及意义 (3)
2. 总体方案设计与论证 (4)
2.1总体方案设计 (4)
2.1.1主体功能 (4)
2.1.2执行机构 (5)
2.1.3驱动机构 (6)
2.1.4控制机构 (6)
2.2总体方案论证 (4)
2.2.1调试过程 (6)
2.2.2调试中出现的问题及解决方法 (7)
2.2.3结果分析 (8)
3. 机构分析与计算 (3)
3.1机械手总体设计 (8)
3.2机身的总体设计 (9)
4. 关键部件设计与校核 (4)
4.1机械手手抓的设计计算 (9)
4.1.1选择手抓的类型及夹紧装置 (10)
4.1.2 手抓的力学分析 (11)
4.1.3机械手手抓夹持精度的分析计算 (11)
5. 结论 (12)
6.收获、体会 (12)
7.参考文献 (13)
1、自动分拣工件机械手设计的要求、目的及意义
1.1要求
1、机械手将传送带A上的大号物品传送到传送带B上，其他小号的物品让
其流走。机械手所有的动作均由液压驱动，上升，下降，左移，右移均
由(双线圈)三位四通电磁阀控制，夹紧，放松用一个(单线圈)二位四通
电磁阀控制，通电夹紧，断电放松。所有电磁线圈驱动电源：直流，电
压24V，电流1A,位置检测用：行程开关，光电开关，压力继电器。
2、系统操作可实现单循环，自动循环功能。
3、设计控制系统和输入/输出信号调理电路及功率驱动电路原理图。
4、设计控制系统程序流程图并用汇编语言编写其中的某一段程序。
5、设计操作台面板布置示意图。
6、编写设计说明书和使用说明书。
7、在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单，经济。
1.2目的及意义
现代计算机技术的产业革命，将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。在电子世界领域，从20世纪中的无线电时代也进入到21世纪以计算机技术为中心的智能化现代电子系统时代。而机械手控制系统则逐步发展为与计算机互联，使机械手控制系统更加智能化，操作更加简单方便。
随着自动化的发展，机械手（机器人）应用将更加普遍，尤其随着汽车行业和塑胶行业的发展，西欧、日本、苏联和中国等地域机械手开始百花争放，可以这样讲，未来的人类社会将是机械手的时代。
该课程设计的自动分拣机械手属于搬运机械手。所谓搬运机械手，就是将机械手安装在移动平台之上。这种结构使机械手拥有很大的操作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，这使它优于传统的机械手，因此在危险作业、制造业、服务业等行业具有广阔的应用前景。但由于结构复杂、强耦合、非线性、非完整性等问题的存在，都使得对搬运机械手的研究具有相当的挑战性。
机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“上下料机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。
2、总体方案设计与论证
2.1总体方案设计(执行机构、驱动机构、控制机构 )
2.1.1主体功能
设计如图所示的工作台
机械手系统构成图
(1) pb1、pb2系统总控制开关,继电器XO、X1
(2) PS1工件检测光电开关，继电器X6
(3) LS1控制机械手的夹紧与放松，继电器Y5
(4) LS2控制工作台的左转和右转，继电器Y3、Y4
(5) LS3控制工作台的上升与下降，继电器Y1、Y2
(6)图上省略左转和右转（X3、X4）、上升与下降限位开关(X5、X2)以及
传送带A、B电动机(Y6、Y7)、液压马达（Y0）
按下工作启动按钮，传送带A、B开始工作。当光电开关检测到工件时传送带A电动机停止运转，机械手下降电磁阀工作，机械手下降，到达下降限位接近开关，机械手停止下降, 夹紧电磁阀工作，夹紧工件，2秒钟后机械手上升电磁阀工作，机械手上升，到达上升限位接近开关，电动机左转电磁阀工作，机械手旋转电动机左转，将工件运到传送带B上方，机械手左转压到左转限位开关，机械手旋转电动机停止运转，同时机械手下降，到达限位
接近开关，机械手停止下降并松开释放工件，2秒钟后机械手上升，到达限位接近开关，传送带B电动机工作，传送带B带动工件运行，同时机械手旋转电动机右转，机械手右转压到右转限位开关，传送带B电动机停止运转，传送带A电动机又开始工作，机械手开始循环工作…………
2.1.2执行机构
即直接抓取工件的部分，由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手。本设计项目中采用夹持式手部结构。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单，制造容易，故应用较广泛，本设计采用回转型。手部多为两指（也有多指，本设计采用两指）；指形也有不同设计，常用的指形有平面、V形面的和曲面的，本设计采用平面行的设计；手指有外夹式和内撑式，本设计采用外夹式；另外，根据需要分为外抓式和内抓式两种，本设计采用外抓式。如上图可以看出。
2.1.3驱动机构
驱动机构是工业机械手的重要组成部分。根据动力源的不同，工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。本驱动机构是液压驱动，所有动作都可以通过液压实现。
2.1.4控制机构
本设计是自动化分拣工件机械手，所以肯定采取自动控制。我们学过单片机和PLC课程。俩者各有利弊，可编程序控制器(PLC)是以微处理器为核心,综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的自动控制装置,它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一系列优点。PLC在电磁阀的控制等领域已经得到了广泛的应用。所以，对于该分拣机械手首先想到的是PLC。采用PLC能灵活控制机械手的操作，而且操作简单方便；另外，PLC控制器的稳定性是其成为工控首选的原因。
所以本设计采取三菱FX2N-48MR PLC。
（1）控制系统设计
在一条自动生产线上，由机械手将传送带A上的物品传送到传送带B上。机械手的上升、下降、左转、右转、夹紧、放松动作分别由电磁阀控制液压传动系统工作，并用限位开关及光电开关检测机械手动作的状态和物品的位置。传送带A、B均由三相鼠笼型异步电动机驱动。电动机应有相应的保护。
（2）PLC（I/O）分配
（3）程序设计
上图为实现自动化控制所画的流程图，根据上图可以轻松的设计出如下的梯形图：
这个程序是严格按照设计要求来编的,程序中加入的M4辅助继电器起到复位作用,启动开关是X0,停止开关是X1,程序中还加入了了两个计数器C0、C1。其中计数器C0对下降限位SP2(X2)计数，从而实现机械手到达二号（B）传送带时松开机械手放置物品的控制。计数器C1对上升限位SP1(X5)计数，从而实现机械手在松开机械手放置物品以后上升第二次压到上升限位SP1(X5)的时候实现右转的控制。
2.2总体方案论证
2.2.1调试过程
按下启动开关X0以后,观察六秒钟以后,传送带A(Y6)的灯是否亮,如果不亮,说明传送带A的电磁阀Y6没有得电,相关开关没有动作,重新查看程序,修
改好;如果灯亮,说明这一步程序正常.接下来按下光电开关(模拟光电开关检
测到物品),观察机械手是否下降(Y2),如果没有下降,说明这一步程序设计得
有问题,修改程序,再监测;如果机械手下降,程序正常,继续下一步程序检
查.
压下下降限位开关,不要松开,观察机械手的夹紧(Y5)检测灯是否同时亮
起来,如果没有,程序错误,修改程序,再作检测;如果灯同时亮了,程序正常,继续下一步检查.看看两秒钟以后机械手是否上升(机械手上升[Y1]检测灯是否亮),如果灯没有亮,说明定时器没有起作用,检查修改这一步程序;如果灯亮了,说明程序正常,继续下一步的检查.压下上升限位开关,同时松开之前所压的下降限位开关,观察机械手是否左转(机械手左转[Y3]监测灯是否亮),如果没有亮,说明这一步程序有问题,检查问题然后修改;如果灯亮了,说明程序正常,继续下一步检查.
接下来按下左转限位开关(注:上升限位开关依然被紧压,机械手下降才松开),观察机械手是否下降,如果不下降,说明程序有问题,检查程序,作相应修改;如果机械手下降(机械手下降的监测灯亮),松开之前压下的上升限位开关,但左转限位开关不能松开.按下下降限位开关,刚才机械手是否动作(机械手松开),如果动作,程序正常,不然就不正常,机械手动作以后,观察两秒钟以后机
械手是否上升,如果不上升,程序有问题;如果上升,松开下降限位开关,此时左转限位开关依然处于压下状态.继续下一步检查.
按下上升限位开关,观察传送带B是否动作,以及机械手是否同时右转(Y4),如果同时动作,什么程序准确,不然就有错误,得修改程序.然后同时松开左转
限位开关和上升限位开关,观察传送带B和机械手是否同时停止动作,及传送带A是否动作,如果答案是:是,那程序正常,所有程序调试完成。
接下来调试复位开关,当机械手传送带在运作中的时候,按下停止按钮,看看能不能复位,如果可以,什么复位正常,程序准确,如果不能,就应该找出问题并且修改程序了。
2.2.2调试中出现的问题及解决方法
调试过程中,由于好多按键是配合使用的,使用经常会出问题,对程序的设计要求比较高,有时候好难顾及到多个方面,例如:机械手还没有上升的时候,
下降限位开关必须被压下,机械手还没有左转的时候,右转限位就必须一直被
按着,虽然只是简简单单的描述,但真正到了编程的时候,要求就比较高了,好
多时候,在顾及到机械手右转的同时,传送带B没有动作;或者在松开上升限位和左转限位的时候,传送带B和机械手右转还是动作的.
解决方式也是有好多的,最好用的就是一边调试一边修改程序,最终完成
程序的编写.
2.2.3结果分析
通过运行自己设计的正确程序，可以实现用机械手将物品从传送带A移到传送带B，整个过程通过手动结合程序控制，PLC控制的机械手传送带系统比较大的优点就是容易作出相应的修改，从而适应不同的场合，而且控制比较简单明了。
机械手的上升、下降、左转、右转、夹紧、放松动作分别由电磁阀控制液压传动系统工作，并用限位开关及光电开关检测机械手动作的状态和物品的位置。传送带A、B均由三相鼠笼型异步电动机驱动。
3、机构分析与计算
3.1机械手总体设计
3.1.1机械手基本形式的选择
常见的工业机械手根据手臂的动作形态,按坐标形式大致可以分为以下4种: (1)直角坐标型机械手;(2)圆柱坐标型机械手; ( 3)球坐标(极坐标)型机械手; (4)多关节型机机械手。其中圆柱坐标型机械手结构简单紧凑,定位精度较高,占地面积小，因此本设计采用圆柱坐标型。
3.1.2机械手的主要部件及运动
在圆柱坐在圆柱坐标式机械手的基本方案选定后，根据设计任务，为了满足设计要求，本设计关于机械手具有5个自由度既：手抓张合；手部回转；手臂伸缩；手臂回转；手臂升降5个主要运动。本设计机械手主要由4个大部件和5个液压缸组成：（1）手部，采用一个直线液压缸，通过机构运动实现手抓的张合；（2）腕部，采用一个回转液压缸实现手部回转180°；（3）臂部，采用直线缸来实现手臂平动50mm；（4）机身，采用一个直线缸和一个回转缸来实现手臂升降和回转。
3.1.3驱动机构的选择
驱动机构是工业机械手的重要组成部分, 工业机械手的性能价格比在很大程度上取决于驱动方案及其装置。根据动力源的不同, 工业机械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。采用液压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便，驱动力大等优点。因此，机械手的驱动方案选择液压驱动。
3.1.4机械手的技术参数列表
一、用途：搬运:用于车间搬运
二、设计技术参数:
1、抓重:6Kg (夹持式手部)
2、自由度数:5个自由 3 、座标型式:圆柱座标
4、最大工作半径:60mm
5、手臂最大中心高:100mm
3.2机身的总体设计
按照设计要求，机械手要实现手臂1800的回转运动，实现手臂的回转运动机构一般设计在机身处。为了设计出合理的运动机构，就要综合考虑，分析。
机身承载着手臂，做回转，升降运动，是机械手的重要组成部分。常用的机身结构有以下几种：
（1）回转缸置于升降之下的结构。这种结构优点是能承受较大偏重力矩。其缺点是回转运动传动路线长，花键轴的变形对回转精度的影响较大。
（2）回转缸置于升降之上的结构。这种结构采用单缸活塞杆，内部导向，结构紧凑。但回转缸与臂部一起升降，运动部件较大。
（3）活塞缸和齿条齿轮机构。手臂的回转运动是通过齿条齿轮机构来实现：齿条的往复运动带动与手臂连接的齿轮作往复回转，从而使手臂左右摆动。
分析：
经过综合考虑，本设计选用回转缸置于升降缸之上的结构。本设计机身包括两个运动，机身的回转和升降。如上图所示，回转机构置于升降缸之上的机身结构。手臂部件与回转缸的上端盖连接，回转缸的动片与缸体连接，由缸体带动手臂回转运动。回转缸的转轴与升降缸的活塞杆是一体的。活塞杆采用空心，内装一花键套与花键轴配合，活塞升降由花键轴导向。花键轴与与升降缸的下端盖用键来固定，下短盖与连接地面的的底座固定。这样就固定了花键轴，也就通过花键轴固定了活塞杆。这种结构是导向杆在内部，结构紧凑。具体结构见下图。
驱动机构是液压驱动，回转缸通过两个油孔，一个进油孔，一个排油孔，分别通向回转叶片的两侧来实现叶片回转。回转角度一般靠机械挡块来决定，对于本设计就是考虑两个叶片之间可以转动的角度，为满足设计要求，设计中动片和静片之间可以回转180°
4、关键部件设计与校核
4.1机械手手抓的设计计算
4.1.1选择手抓的类型及夹紧装置
本设计是设计平动搬运机械手的设计，考虑到所要达到的原始参数：手抓张合角γ?=0
60，夹取重量为6Kg。常用的工业机械手手部,按握持工件的原理,分为夹持和吸附两大类。吸附式常用于抓取工件表面平整、面积较大的板状物体,不适合用于本方案。本设计机械手采用夹持式手指,夹持式机械手按运动形式可分为回转型和平移型。平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动,这种手指结构简单, 适于夹持平板方料, 且工件径向
尺寸的变化不影响其轴心的位置, 其理论夹持误差零。若采用典型的平移型手指, 驱动力需加在手指移动方向上,这样会使结构变得复杂且体积庞大。显然是不合适的，因此不选择这种类型。
通过综合考虑，本设计选择二指回转型手抓，采用滑槽杠杆这种结构方式。夹紧装置选择常开式夹紧装置，它在弹簧的作用下机械手手抓闭和，在压力油作用下，弹簧被压缩，从而机械手手指张开。
4.1.2 手抓的力学分析
下面对其基本结构进行力学分析：滑槽杠杆图3.1（a）为常见的滑槽杠杆式手部结构。
h
2 l ?
=+
?
5、结论
本智能系统拥有强大的分拣能力，可以根据物体的大小，颜色进行现场调试从而快速的进行调整和分拣。该系统具有良好的开放性能，可用来分拣材料、零件、工具等物件；为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专用系统。
适用于大批量大规模小型工件的分拣工作，然后所采用的机构和动力驱动都是精度很高，适用性很强的元器件。所采取的PLC可编程控制器也是简单易操作，在工厂的实际生产作业中，可以发挥很大的作用。该套设备设计简单，维修方便，即便是毫无经验的一线操作工都可以在设备处理简单故障时进行快速有效的紧急维修。该设备采用的材料等也是成本低廉，方便各小型工厂的大批量的购买，对生产实际可以发挥巨大作用。
该套设备都是采用了模块化设计，从机械部分到电气部分，方便安装也方便适应各种各样工件的分拣，如果在加上一些更多的光电检测开关可以对更多不同种类的工件进行高效快速的分拣工作，方便适应不同厂家的不同需求，后期的可继续开发性特别好，实用性和适用范围也是很广泛。
6、收获、体会
经过这次的机电一体化课程设计，我觉得收获相当大，在这个实践环节中我学到了很多知识，同时也提高了自身的实践能力。
在这次设计中我发现了很多问题，对于出现的问题，我们翻找了专业书籍来复习，以前学的大多是理论性极强的东西，这是一个实际应用问题。查找了很多资料，与同学讨论。缺乏一个完整的知识体系，以前所学的知识没有在学完之后进行总结归纳，对于机械类跟电子类的知识分别进行总结，只有这样才能形成自己的知识体系，在面对机电一体化这样的综合问题才能有步骤地进行解决。
学会掌握常用伺服电动机的工作原理、设计计算方法与控制驱动方式，学会软件的设计思路，CPU的选择等。培养了独立分析问题和解决问题的能力，学会并初步树立“系统设计”的思想。
7.参考文献
[1]蔡自兴.机器人学的发展趋势和发展战略.2001.4
[2]金茂青，曲忠萍，张桂华.国外工业机器人发展势态分析.2001.2
[3]吴振顺.气压传动与控制.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1995
[4]马小军．可编程控制器及其应用．南京：东南大学出版社，2007.8
[5]史宜巧，田敏．PLC控制系统设计与运行维护．北京：机械工业出版社，2010．9
[6]阮友德．电气控制与PLC实训教程．北京：人民邮电出版社，2006．9
[7]巫莉．电气控制与PLC应用．北京：中国电力出版社，2008．6
一、名词解释(每小题2分，共10分) 1. 测量 2.灵敏度 3. 压电效应 4. 动态误差 5. 传感器 二、填空题（每小题2分，共20分) 1. 滚珠丝杆中滚珠的循环方式：_内旋换和外循环 2. 机电一体化系统，设计指标和评价标准应包括___ _______，__________， __________ ，__________。 3. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统， 顺序控制器通常用________。 4. 某光栅的条纹密度是50条/mm，光栅条纹间的夹角θ=0.001孤度， 则莫尔条纹的宽度是_______________________。 5. 连续路径控制类中为了控制工具沿任意直线或曲线运动，必须同时控制 每一个轴的______________________，使它们同步协调到达目标点。 6. 某4极交流感应电机，电源频率为50Hz，转速为1470r/min，则转差率为_____________。 7. 齿轮传 动的总等效惯量与传动级数__________________________________________。 8. 累计式定时器工作时有_____________________________________________________。 9. 复合控制器必定具有__________________________________。 10. 钻孔、点焊通常选用_______________________________________类型。 三、选择题（每小题2分，共10分） 1. 一般说来，如果增大幅值穿越频率ωc的数值，则动态性能指标中的调整时间ts ( ) A. 产大 B. 减小 C. 不变 D. 不定 2. 加速度传感器的基本力学模型是 A. 阻尼—质量系统 B. 弹簧—质量系统弹簧—阻尼系统 D. 弹簧系统 3. 齿轮传动的总等效惯量与传动级数( ) A. 有关 B. 无关 C. 在一定级数内有关 D. 在一定级数内无关 4. 顺序控制系统是按照预先规定的次序完成一系列操作的系统，顺序控制器通常用( ) A. 单片机 B. 2051 C. PLC 5、伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和检测环节等个五部分。 A 换向结构 B 转换电路 C 存储电路D检测环节 四、判断题（每小题2分，共10分) 1、伺服控制系统的比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号。（? ） 2、电气式执行元件能将电能转化成机械力，并用机械力驱动执行机构运动。如交流电机、直流电机、 力矩电机、步进电机等。（） 3、对直流伺服电动机来说，其机械特性越硬越好。（? ） 4、步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越低。（） 5、伺服电机的驱动电路就是将控制信号转换为功率信号，为电机提供电能的控制装置，也称其为变流 器，它包括电压、电流、频率、波形和相数的变换。（? ） 五、问答题（每小题10分，共30分) 1. 步进电动机常用的驱动电路有哪几种类型? 2. 什么是步进电机的使用特性? 3. 机电一体化系统设计指标大体上应包括哪些方面? 一、名词解释(每小题2分，共10分) 1. 是人们借助于专门的设备，通过一定的方法对被测对象收集信息，取得数据概念的过程。 2. 指在稳态下，输出的变化量ΔY与输入的变化量ΔX的比值。即为传感器灵敏度。
实验一四节传送带控制 一、实验目的 1.掌握传送指令的使用及编程 2.掌握四节传送带控制系统的接线、调试、操作 三、面板图 四、控制要求 1.总体控制要求：如面板图所示，系统由传动电机M1、M2、M3、M4，故障设置开关A、 B、C、D组成，完成物料的运送、故障停止等功能。 2.闭合“启动”开关，首先启动最末一条传送带（电机M4），每经过1秒延时，依次启动一条传送带（电机M3、M2、M1）。 3.当某条传送带发生故障时，该传送带及其前面的传送带立即停止，而该传送带以后的待运完货物后方可停止。例如M2存在故障，则M1、M2立即停，经过1秒延时后，M3停，再过1秒，M4停。 4.排出故障，打开“启动”开关，系统重新启动。 5.关闭“启动”开关，先停止最前一条传送带（电机M1），待料运送完毕后再依次停止M2、M3及M4电机。
五、功能指令使用及程序流程图 1.传送指令使用 X0000为ON时，将源容向目标容传送，X0000为OFF时，数据不变化。 2.程序流程图 六、端口分配及接线图 序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端 子） 功能说明 1X00 SD 启动（SD） 2X01 A 传送带A故障模拟3X02 B 传送带B故障模拟4X03 C 传送带C故障模拟5X04 D 传送带D故障模拟6Y00 M1 电机M1 7Y01 M2 电机M2 8Y02 M3 电机M3 9Y03 M4 电机M4 10主机COM、面板COM接电源GND 电源地端 11主机COM0、COM1、COM2、COM3、COM4、COM5、 接电源GND 电源地端 12面板V+接电源+24V 电源正端2.PLC外部接线图
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。
机电一体化实验报告 一体化系统设计实验报告学院专业班级学号姓名指导教师xx 年1 月12 日实验一机电一体化系统的组成实验目的：以XY简易数控工作台为例，说明机电一体化系统的基本组成和各模块的特点。实验设备：l 台式PC机一台l 标准XY工作台一套l 运动控制卡一块l 游标卡尺一把实验内容：XY简易数控工作台是一典型的机电一体化系统，是许多数控加工设备和电子加工设备的基本部件，XY数控工作台主要由运动控制卡、DC24V 开关电源、步进电机及其驱动器、XY向运动平台、光栅尺和霍尔限位开关组成，其之间的关系如图 1、1所示。工作原理大致为：运动控制卡接受PC机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理（插补运算），转化成步进电机驱动器可以接受的指令格式（速度脉冲和方向信号）发给驱动器，由驱动器进行脉冲环行分配和功率放大从而驱动步进电机，步进电机经过联轴器、滚动丝杠推动工作台按指定的速度和位移运动。实验步骤：（1）在XY数控工作台系统中分别找到上述各个模块，并指出各模块在机电一体化系统中实现哪一模块的功能。 ①运动控制卡：运动控制卡是PCL、CPCL、PXL等总线形成的板卡，通俗地讲我们可以把它看成一个单片机，有自己的算法，可以通过V C、V
B、labview、BCB等语言实现其功能，数控系统即通过运动控制卡来实现对机床运动轨迹的控制。②DC24V开关电源：对供电要求质量比较高的控制设备提供纯净、稳定、没有杂波的直流电源。③步进电机及其驱动器：步进电机用于驱动数控工作台的X、Y两个方向的移动；步进电机通过驱动器细分，可减小步距角，从而提高步进电机的精确率，实现脉冲分配和功率驱动放大，此外还可以消除电机的低频振荡、提高电机的输出转矩。④XY向运动平台：分别传输X、Y两个方向的运动。⑤光栅尺：光栅尺是一种位移传感器，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。⑥霍尔限位开关：用于限制工作台的运动超出导轨的有效长度。（2）使用卡尺测量，计算其平均导程P=10 ；观察其循环器，可知其循环方式为内循环；预紧方式是螺纹调隙式。（3）观察导轨截面，并查阅《机电一体化技术手册》，可知其属于GGA，GGB，GGC，GGF中哪类？ GGB 。 其适用场合机械加工中心、NC车床、搬运装置、电火花加工机、木工机械、激光加工机、精密测试仪器、包装机械、食品机械、医疗器械、工具磨床、平面磨床等。（4）查阅《DMC3000硬件手册》可知系统中的运动控制卡可实现四 轴的联动，并具有16 个数字量输入和16 个数字量输出控制。（5）记录步进电机型号，网上查阅其详细技术参数，可知
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
------单选 滚珠丝杠螺母副结构类型有外循环插管式和_________等类型. 收藏 A. 内循环反向器式 B. 外循环反向器式 C. 内、外双循环 D. 内循环插管式 回答错误!正确答案： B PWM指的是________. 收藏 A. 计算机集成系统 B. 可编程控制器 C. 机器人 D. 脉宽调制 回答错误!正确答案： D 检测环节能够对输出进行测量,并转换成比较环节所需要的量纲,一般包括传感器和_______. 收藏 A. 转换电路 B. 调制电路 C. 控制电路 D. 逆变电路 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化的说法中正确的是________. 收藏 A. 机电一体化设计主要是指产品的设计,不需要系统论方面的知识 B. 机电一体化技术是由传统机械技术及电子技术两方面技术构成 C. 机电一体化是指机电一体化技术,而不包含机电一体化产品 D. 机电一体化技术是以机械为主体 回答错误!正确答案： D 伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、比较环节和_________等个五部分.
收藏 A. 换向结构 B. 检测环节 C. 存储电路 D. 转换电路 回答错误!正确答案： B 电压跟随器的输出电压________输入电压. 收藏 A. 大于等于 B. 大于 C. 小于 D. 等于 回答错误!正确答案： D 滚珠丝杠螺母副结构类型有两类:外循环插管式和________. 收藏 A. 内循环反向 B. 内循环插管式 C. 外循环反向器式 D. 内、外双循环 回答错误!正确答案： A 受控变量是机械运动的一种反馈控制系统称________. 收藏 A. 伺服系统 B. 工业机器人 C. 顺序控制系统 D. 数控机床 回答错误!正确答案： A 下列关于机电一体化系统的伺服系统稳定性说法中错误的是________. 收藏 A.
《机电一体化实验技术》模拟试题A 一、判断题（每题2分，共计14分）（答√或×） 1.设置文件信息对话框通常配合标题栏使用。（） 2.印刷电路板的设计是电路设计中最重要、最关键的一步。（） 3.交流调压调速是一种比较复杂的调速方法。（） 4.减速传动链是机电一体化系统中最常见的传动形式。（） 5.双面齿同步带可以实现多轴传动。（） 6.扼流圈用来阻断信号的传导通路，并抑制干扰信号的强度。（） 7.磁场屏蔽主要是抑制高频耦合干扰。（） 二、单项选择题（每题2分，共计10分） 1.（）由于成本低而被广泛使用。 A.单面板 B.双面板 C.多层板 2.载入网络表时，网络表和元件封装是（）载入的。 A.同时 B.分别 3.（）具有对应每一个增量的脉冲，但不能区别是那个增量。 A.绝对型编码器 B.增量型编码器 4.（）的任务是接收输入的零件程序，并对它进行预处理。 A.输入数据处理程序 B.插补运输程序 C.速度控制程序 5.转差功率( )调速系统是转差功率中转子铜损部分的消耗是不可避免的，但在这类调速系统中，无论转速高低，转差功率的消耗基本不变效率最高。 A.消耗型 B.回馈型 C. 不变型 三、名词解释（每题2分，共计6分） 1.电路设计： 2.直接位置控制： 3.调压调速： 四、填空题（每空2分，共计30分） 1.Protel 99SE绘制原理图的三种方法是：利用（）、利用（）、利用（）。 2.既可以用Protel 99SE进行（）设计，又可以用Protel 99SE和其他电气设计原理软件包一起构成（）的、（）的产品设计系统。 3.光栅的主要特点是线条（）而间距（）。 4.与晶闸管可控装置相比，PWM系统具有开关频率（）、低速运行（）、动静态性能（）、效率高等一系列优点。 5.同步带传动综合了（）和（）的优点，又克服了（）和V型带传动的不足。 6.凡是有电压或电流（）的场合，肯定会有电磁干扰问题存在。
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
一、单项选择题考10题20分 1. “机电一体化”这一名词产生于20世纪，其产生的年代为（ A ） A．70年代Ｂ．50年代Ｃ．40年代Ｄ．80年代 2. “机电一体化”在国外被称为（ C ） A．Machine Ｂ．Electronics Ｃ．Mechatronics Ｄ．A和B 3. 机电一体化产品的动力与驱动部分的主要功能是（ D ） A．提供动力Ｂ．传递运动Ｃ．传递动力Ｄ．A、B和Ｃ 4. 时域函数 αt e- = f(t) 的拉普拉斯变换为（ C ） A．s 1 Ｂ． α α + sＣ．α + s 1 Ｄ． α 1 5. 在同步齿型带传动中，同步带的齿形为（ A ） A．梯形Ｂ．矩形Ｃ．渐开线Ｄ．摆线 6. 直流伺服电动机的电磁转矩与输出转速之间的函数关系式称为其（ A ） A．机械特性Ｂ．调节特性Ｃ．力矩特性Ｄ．转速特性 7. 在滚珠丝杠副中，预紧调整是为了消除其（ B ） A．径向间隙Ｂ．轴向间隙Ｃ．预应力Ｄ．A和B 8. 在交流伺服电机中，控制绕组与励磁绕组在空间相差的电角度是（D ） A．60°Ｂ．45°Ｃ．0°Ｄ． 90° 9. 若 x为传感器的输入量，y是其输出量，则传感器的灵敏度为（ C ） A．y x Ｂ． y x ? ? Ｃ． x y ? ? Ｄ． x y 10. 在滚珠丝杠副中，公式 IE Ml ES Pl L π2 2 0± ± = ? 是验算满载时滚珠丝杠副的（ A ） A．刚度Ｂ．强度Ｃ．塑性变形Ｄ．疲劳点蚀 11. 在可编程控制器的编程中，同一继电器线圈在梯形图中出现的次数最多为（ B ） A．2 Ｂ．1 Ｃ．3 Ｄ．4 12. MCS—51的每个机器周期包含状态周期数为（ D ） A．12 Ｂ．24 Ｃ．10 Ｄ．6 13.在滚珠丝杠副JB3162.2-91的标准中，最高的精度等级是（ A ） A．1级Ｂ．10级Ｃ．7级Ｄ．C级 14. 在可编程控制器梯形图的编程中，继电器线圈左侧触点的数目为（ D ） A．0 Ｂ．>3 Ｃ．<2 Ｄ． ≥1 15. 光栅式位移传感器的栅距W、莫尔条纹的间距B和倾斜角θ之间的关系为（A ） A． θ W B≈ Ｂ． θ W B> Ｃ． θ W B< Ｄ． θ W B5.1 ≈ 16. 差动变压器式电感传感器属于（ C ） A．涡流式Ｂ．自感型Ｃ．互感型Ｄ．可变磁阻式
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。
目录 机电一体化复习题 一、名词解释 1机电一体化 2伺服控制 3闭环控制系统 4逆变器 5 6单片机 7 接口 8 通道 9 串行通信 10直接存储器存取（） 二、判断题： 1 在计算机接口技术中通道就是接口。（×） 2 滚珠丝杆不能自锁。（√） 3 无论采用何种控制方案，系统的控制精度总是高于检测装置的精度。（×） 4 异步通信是以字符为传输信息单位。（√） 5 同步通信常用于并行通信。（×） 6 无条件方式常用于中断控制中。（×） 7从影响螺旋传动的因素看，判断下述观点的正确或错误
（1）影响传动精度的主要是螺距误差、中径误差、牙型半角误差（√） （2）螺杆轴向窜动误差是影响传动精度的因素（√）（3）螺杆轴线方向与移动件的运动方向不平行而形成的误差是影响传动精度的因素（√） （4）温度误差是影响传动精度的因素（√） 三、单项选择题 1. 步进电动机，又称电脉冲马达，是通过（ B ）决定转角位移的一种伺服电动机。 A 脉冲的宽度 B 脉冲的数量 C 脉冲的相位 D 脉冲的占空比 2. 对于交流感应电动机，其转差率s的范围为（B）。 A.1 A.插补 B.切割 C.画 线 D.自动 四、填空题 1. 在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：串行通信和并行通信。 2. 微机控制系统中的输入与输出通道一般包括模拟量输入通道模拟量输出通道、数字量输入通道数字量输出通道四种通道。 3. 在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的稳定性和精度并尽量高伺服系统的响应速度。 4. 一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式液压式气压式和其它等四大类型。 5. 在变频调速系统中，通常载波是等腰三角波，而调制波是正弦波 6.异步交流电动机变频调速： a)基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩 调速方式。 b)基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于恒功率 调速方式。 7. 开环步进电动机控制系统，主要由. 环形分配器功率驱动器步进电机等组成。 机电一体化实验报告 学院：核技术与自动化工程学院专业：电气工程及其自动化 指导老师：康东 姓名：许新 学号：200706050209 日期：2010-10-27 实验一:基于PC的传感器与数据采集实验 一,实验目的 了解传感器,USB2009便携式数据采集器的工作原理和数据采集原理和香农采样定律,连接系统实现实时采集传感器信号,完成对采样数据的时域波形显示和存储. 二,实验内容: 1,了解传感器工作原理. 2,了解USB2009便携式数据采集器的工作原理,功能和使用方法. 3,了解数据采集原理和香农采样定律. 4,实时采集传感器信号,进行时域波形显示并存储实验数据. 三,实验设备: 主要实验设备包括: 1,USB2009采集卡和配有上位机软件的计算机; 2,FESTO气动综合实验台一套. 下图为USB2009采集卡.它包含14Bit分辨率A/D转换器,可以提供16路单端模拟信号输入,8路双端模拟输入通道,4路DA输出功能,1组计数器.提供了内外时钟和内外触发工作方式.A/D转换器输入信号范围为:±5V(USB2009),±10V(AD7899-1).硬增益范围:1,2,4,8(N6为PGA203时),1,10,100,10000(N6为PGA202时). 图1.1 USB2009采集卡 四,实验原理 将USB2009采集卡与FESTO气动综合实验台上传感器连接在一起,而后通过USB连接到计算机上.利用LabVIEW软件搭建数据采集系统,实时采集传感器信号,进行时域波形显示并存储实验数据. 五,实验步骤 1,由实验教师讲解FESTO气动综合实验台上传感器工作原理; 2,由实验教师讲解USB2009采集卡的工作原理和使用方法; 3,由实验教师讲解数据采集原理和香农采样定律; 4,在实验教师的指导下,由学生完成实验电路连接; 5,在实验电路检查无误后,由学生利用LabVIEW软件搭建数据采集系统; 5,打开设备电源,观察数据采集系统运行状况,纠正错误; 6,利用LabVIEW实时采集传感器信号,进行时域波形显示并存储实验数据; 7,将实验过程中形成的正确的接线方式,数据采集系统的搭建方法以及自己在实验中观察到的现象和思考的问题综合起来,写实验报告. 填空题 1. 机电一体化技术的内涵是微电子技术和机械技术渗透过程中形成的一个新概念。 2. 机电一体化系统（产品）是机械和微电子技术的有机结合。 3. 工业三大要素是物质、能量、信息；机电一体化工程研究所追求的三大目标是：省能源、省资源、智能化。 4. 机电一体化研究的核心技术是接口问题。 5. 机电一体化系统（产品）构成的五大部分（或子系统）是：机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统。 6. 机电一体化接口按输入/输出功能分类机械接口、物理接口、信息接口、环境接口。 7. 机电一体化系统（产品）按设计类型分为：开放性设计、适应性设计、变异性设计。 8. 机电一体化系统（产品）按机电融合程度分为：机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。 9. 机电一体化技术是在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。 10.机电一体化系统实现三大功能应具有的两大重要特征（转换作用方式）： 以能源转换为主和以信息转换为主。 11. 丝杠螺母机构的基本传动形式有：螺母固定丝杆转动并移动、丝杆转动螺母移动、螺母转动丝杆移动、丝杆固定螺母转动并移动 四种形式。 12. 滚珠丝杠副按螺纹滚道截面形状分为单圆弧和双圆弧两类；按滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类。 13. 滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧的基本方法有：双螺母螺纹预紧调整、双螺母齿差预紧调整、双螺母垫片调整预紧、弹簧自动调整预紧四种方式。 14. 滚珠丝杠副常选择的支承方式有：单推—单推式、双推—双推式、双推—简支式、双推—自由式。 15. 机电一体化系统（产品）常用齿轮传动形式有定轴轮系、行星轮系和谐波轮系三种形式。 16. 在机电一体化系统机械传动中，常用的传动比分配原则有：重量最轻原则、转动惯量最小原则、传动精度最优原则等。 17. 常用导轨副的截面形式有：三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨四种形式。 18. 导轨刚度主要指：结构刚度、接触刚度和局部刚度。 19. 机电一体化系统（产品）中，常可选择的执行元件：电磁式、液压式、气压式和其他形式的执行元件。 20. 电动机的工作特性分为恒转矩工作和恒功率两个阶段，其转折点的转速和功率分别称为：额定转速和额定功率；伺服电动机用于调速控制时，应该工作在恒转矩阶段。 21. 步进电机按转子结构形式可分为：反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机三种。 22. 步进电机的工作方式有：单拍工作方式和倍拍工作方式。 23. 步进电机的开环控制精度主要由步进电机的结构形式和工作 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 1.什么是“机电一体化”？以打夯机为例，内含机械与电器，问这是不是机电 一体化产品？ 答：机电一体化又称机械电子工程，是机械工程与自动化的一种，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics 的后半部分组合而成。 打夯机不属于机电一体化产品。因为打夯机只是普通的机械加电器，它属于硬连接或者称为机械连接只能应用在就地或者小范围场合使用，不能满足大面积和远程控制。而机电一体化就不一样了，它不光有硬连接、机械连接还有软连接。机电一体化属于同时运用机械、电子、仪表、计算机和自动控制等多种技术为一体的一种复合技术。它不光可以就地操作，小范围应用，还可以大面积使用操作，远程监测、控制。 2.机电一体化的技术构成是什么？ 答：机械技术、微电子技术、信息技术 3.产品实现机电一体化后，可以取得那些成效？ 答：产品实现机电一体化后可以取得的成效：产品性能提高、功能增强、结构简化、可靠性提高、节约能源、改善操作、提高灵活性等。 4.数字量传感具有哪三种类型？他们有什么区别？ 数字传感器按结构可分成三种类型： 1.直接式数字量传感器——其分辨率决定于数字量传感器的位数。 被测物理量→数字编码器→信息提取装置→数字量输出 2.周期计数式数字传感器 它的结构示意图如下图1所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其分辨率即为0.01mm;对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如在100倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是0.1μm。此种结构属于增量式结构，结构的特点(位移方向的要求)决定它不但备有辨向电路，而且周期计数器还具有可逆性质。 图1 周期计数式数字量传感器的结构方框图 3.频率式数字传感器 其结构示意图如下图2所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用在石 《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实验报告
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