机电一体化方向课程设计教学改革
第30卷增刊V01．30S uppl
广西大学学报(哲学社会科学版)
Jdm-u31of G1塌n g】【i U ni ve rsi t y(Phi l osophy a nd Social Sci ence)
2008年9月
Sept．，2008机电一体化方向课程设计教学改革
潘海鸿，陈琳，黄炳琼，黄江
(广西大学机械工程学院，广西南宁530004)
[摘要】针对目前我校机械工程<机电一体化方向课程设计>多年一直沿用的单调、陈旧教学内容且教学效果不佳情况，提出采用T I高性能D SP系列—田临320F2812替换原M C S一5l单片机，控制直流伺服电动机的数控系统改造课程设计方案，将原基于步进电机驱动的开环运动系统改为基于直流伺服电机驱动的丰闭环反馈控制。相比旧课程设计环节，新《机电一体化方向课程设计>内容更丰富、知识结构更为合理、技术更为先进，对学生在机电一体化方向课程的综合考核更为全面。
[关键词】教学改革；机电一体化；专业课程设计；D SP；直流伺服
【中图分类号】11P23文献标识码：A文章编号：1001．8182(2008)增．0024-01
机电一体化是从系统的观点出发，基本特征可概括为综合运用
机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感
测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件缩程技
术等群体技术，根据系统功能目标，为使整个系统最优，合理配置与
布局各功能单元实现特定功能价值的系统工程技术。机电一体化课
程设计是高校机电工程专业本科生不可或缺的教学环节，涉及的知
识面广泛。要求学生能够综合应用以往所学基础、专业基础以及专业
课程，设计机电一体化系统或机电一体化产品，进而培养学生的设计
和创新能力。机械学院原有机电一体化课程设计数控改造的伺服驱
动装置采用步进电机。控制部分采用M CS51系列的单片机驱动，
为缩短该课程设计内容与当代及未来企业对人才需求的差距，建设
我校机械学院国家级实验教学示范中心，提出采用D S P控制直流伺
服电动机新数控改造课程设计。
一、直流伺服电机数控改造课程设计架构
机电一体化课程设计——数控机床改造，主要面向机械电子工
程专业大四本科生。随着微电子技术的迅猛发展，原有课程设计内
容已不能够满足学科发展要求。为此，提出新数控机床改造课程设
计方案，其内容涉及并涵盖学生四年所学的<机械制图>、<机械原
理>、<机械设计>、<电工电子技术>、<数控技术>、(嵌入式系统原理及
接口技术>、<Ⅸ’P技术及其应用)、<机电一体化系统设计>、(机电控
制工程>等课程。新课程设计的数控改造系统采用如图1所示架构。
从系统结构看，新课程设计主要分成两部分，即：1．数控机床进给系
统采用直流伺服电机闭环或半团环控制H1J，2．微机控制部分采用
D s P来实现。
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圈1机电一体化新课程设计系统架构
二、新课程设计主要内容
(一)进给系统结构。1．传动设计。壹流伺服电动机2经一对
双薄片齿轮3(或同步齿形带)、滚珠丝杠4拖动执行部件5。图1中反馈装置1与电动机相联，构成半闭环系统。常用两种反馈装置：用旋转变压器作位置反馈，测速发电机作速度反馈；用脉冲编码器兼作位置和速度反馈，它应用较多。因此，该课程设计选用光电脉冲编码器作为反馈测量装置。2．滚珠丝杠及其支承为提高进给系统的灵敏度和定位精度，防止爬行，直线运动机构通常用滚珠丝杠副，其传动效率高达85％--98％，静、动摩擦系数没有什么差别。其内容涉及：滚珠丝杠副疲劳强度、滚珠丝杠副精度、滚珠丝杠副刚度(接触剐度、丝杠的拉压刚度)、压杆稳定性和临界转速、滚珠丝杠支承(主要精度项目为“厚度变化量”卜轴向跳动)、滚珠丝杠预拉伸、滚珠丝杠联接。3．直流伺服电动机根据伺服电动机的特性分为连续工
作区和断续工作区。中小型数控机床的进给伺服电动机的选择按照
下述指标：(1)最大切削负载转矩不超过电动机的额定转矩；(2)电动
机的转子惯量JM应与负载惯量JL相匹配，J M应不小于JL；(3)快速移动时，转矩不超过伺服电动机最大转矩。4．伺服系统伺服系统是一个自动调节系统。半闭环直流伺服系统的工作原理如图2。数控系统送来的位置指令与反馈系统检测出的实际位置检测值位置偏差检测器1中比较。其差值为。经位置控制放大器2放大后成为速度指令S0。n、D|、／"D、so都是数字量。So经数／模(D／A)转换器3转换为与S0值成正比的模拟量——速度指令电压。这个电压在速度偏差检测器4内与速度反馈电压U。相比较，其差值为速度偏差电压U I。U经速度控制放大器5放大为速度电压U M，加到直流伺服电动机6上，使电动机获得一定的角速度％，经机械传动转化为执行部件9的移动速度V。
图2半闭环伺服系统工作原理
5．定位精度数控进给系统必须满足要求的定位精度，定位精
基金项目：。广西大学一国家级机械工程实验教学建设示范中心”项目；。广西大学实验教学示范中心精品、特色项目——机电一体化综合实验平台研制”资助。
作者简介：潘海鸿(1966一)。男，广西武鸣人，广西大学机械工程学院副教授，博士。
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