(完整版)机电一体化设计基础

——《机电一体化设计基础》——

课后习题及知识点整理

考试大纲

1．考试的目的与作用；

机电一体化系统设计是机械设计制造及其自动化专业的一门专业课。学生的考试成绩是对其学习水平评价的重要因素之一，通过复习考试，可以巩固学生所学机电一体化系统设计的基本理论，加深对机电一体化系统各组成部分的结构以及设计方法的认识；教师通过考试可以考核学生对所学知识点的掌握程度，找出共性问题；另外，通过考试还可以检查教学效果，为今后进一步提高机电一体化系统设计课程的教学质量，促进课程建设提供重要的参考依据。

2．考核内容与考核目标；

理解机电一体化系统中各结构要素在系统中的作用和相互关系。了解机电一体化系统的设计方法。了解机电一体化系统中常用传感器、传动机构、动力驱动装置和计算机控制系统种类和特点。掌握机电一体化系统中机械、传感检测、伺服驱动、控制等基本结构要素的技术特点，掌握典型装置的技术原理和使用方法。了解典型机电一体化产品的构成、特点和设计方法，学会设计简单的机电一体化产品。

3．主要参考书；

刘武发等编，机电一体化设计基础，化学工业出版社，2007

张建民等编著. 机电一体化系统设计（第三版）.高等教育出版社，2007.7

4．课程考试内容与教材的关系；

根据教学大纲选用教材，根据大纲要求确定考核内容。

5．分章节的考核知识点；

第1章绪论

机电一体化的定义，机电一体化的基本结构要素，机电一体化的相关的关键技术。

第2章机电一体化系统设计基础

机电一体化设计流程，产品的设计过程，调试过程，接口设计和可靠性设计。

第3章典型机电一体化产品规划和概念设计。

数控机床的概念设计。

第4章机电一体化系统中的机械系统设计

机械设计特点，齿轮传动比的确定方法与分配方法，调整齿轮侧隙的措施；谐波齿轮传动、同步带传动的结构、特点及传动比的计算，联轴器选择；滚珠丝杠副的选则预紧计算；滚动导轨、塑料导轨的特点及选用；支承机构的特点。

第5章机电一体化中的检测系统设计

传感器的组成、分类和性能指标，各种传感器的基本原理及应用特点。传感器与计算机的接口设计，新型传感器。

第6章机电一体化中的伺服系统设计

机电一体化系统中的伺服传动系统的组成与设计方法，交、直流伺服系统，步进伺服系统的组成以及工作原理，电液伺服系统的工作原理及特点。

第7章机电一体化控制系统设计

控制系统的组成，控制系统建模和机床的控制系统。

6．题目类型、考核方法；

题目类型：填空(30分)、单项选择（10分）、判断正误（10分）、名词解释（20分）、简答（20分）、计算（10分）等。

考核方法：采用闭卷考核。

7．考试时间： 120分钟。

8．成绩评定办法

采用试卷考核时，考试总成绩包含两部分：平时成绩占30％，试卷成绩占70％。

第一章

思考题

1、试说明机电一体化的涵义。

答：机电一体化乃是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统总称。

2、什么是工业三大要素？

答：工业三大要素是指：物质、能量和信息。

3、机电一体化系统的主要组成、作用是什么？

答：

机电一体化系统的五大功能：

主功能：系统的主要加工目的；

动力功能：给系统提供动力、能量；

检测功能：测量监测系统运行情况；

控制功能：控制调整系统的动作流程等；

构造功能：提供系统支撑、传动等。

4、机电一体化系统的构成要素是什么？它们各有什么作用？其主体和核心技术是什么？

答：一个完善的机电一体化系统，应包括机械本体、动力系统、传感检测系统、执行部件、信息处理及控制系统五个基本要素，各要素和环节之间通过接口联系。1）机械本体

用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。2）动力系统

按照系统控制要求，为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。

3）传感与检测系统

将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。

4）信息处理及控制系统

信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。

5）执行部件

在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。

机电一体化构成要素间关系：

（1）机电一体化是一种以产品和过程为基础的技术。

（2）机电一体化以机械为主体。

（3）机电一体化以微电子技术，特别是计算机控制技术为核心。

（4）机电一体化将工业产品和过程都作为一个完整的系统看待，因此强调各种技术的协同和集成，不是将各个单元或部件简单拼凑到一起。

（5）机电一体化贯穿于设计和制造的全过程中。

5、传统机电产品与机电一体化产品的主要区别是什么？

答：机电一体化产品的特点是产品功能的实现是所有功能单元共同作用的结果，这与传统机电设备中机械与电子系统相对独立，可以分别工作具有本质的区别。

6、机电一体化各要素及其与外界是通过什么连接的？有什么重要性？

答：机电一体化各要素及其与外界是通过接口连接的。一方面，机电一体化系统通过输入/输出接口将其与人、自然及其他系统相连；另一方面，机电一体化系统通过许多接口将系统构成要素联系为一体。因此，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能。

7、为什么说精密机械技术是机电一体化的基础？

答：精密机械技术是机电一体化的基础，因为机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主来得以实现。

8、发展机电一体化的共性关键技术有那些？它们的作用如何？

答：发展机电一体化技术所面临的共性关键技术包括传感检测技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动控制技术、接口技术、精密机械技术及系统总体技术等。1）传感检测技术

对工作过程的各种参数、工作状态以及与工作过程有关的相应信息都要通过传感器进行接收，并通过相应的信号检测装置进行测量，然后送入信息处理装置以及反馈给控制装置，以实现产品工作过程的自动控制。

2）信息处理技术

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。

3）自动控制技术

在没有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。

4）伺服驱动技术

主要是指机电一体化产品中的执行元件和驱动装置设计中的技术问题，它涉及设备执行操作的技术，对所加工产品的质量具有直接的影响。（执行元件一方面通过接口电路与计算机相连，接受控制系统的指令；另一方面通过机械系统接口与机械传动和执行机构相连，以实现规定的动作。因此，伺服驱动技术直接影响着机电一体化产品的功能执行和操作，对产品的动态性能、稳定性能、操作精度和控制质量等产生决定性的影响。）

5）接口技术

各要素及各子系统之间的接口性能就成为综合系统性能好坏的决定性因素。

6）精密机械技术

精密机械技术是机电一体化的基础，因为机电一体化产品的主功能和构造功能大都以机械技术为主，来得以实现。

7）系统总体技术

是最能体现机电一体化设计特点的技术，也是保证其产品工作性能和技术指标得以实现的关键技术。

9、试举出几个机电一体化的家电产品。

答：全自动洗衣机、扫地机器人、空调等

10、试论述机电一体化的发展趋势。

答：机电一体化的发展方向如下：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化和人格化等。

第二章

思考题

1、简述机电一体化系统设计流程。

答：

1）产品规划：

通过需求分析、需求设计、可行性分析，确定设计参数及制约条件，最后制订出详细的设计任务书；

2）概念设计：

将总功能分解为各功能模块，确定它们之间的逻辑关系；然后对各功能模块输入/输出关系进行分析，确定功能模块的技术参数、控制策略、系统的外观造型和总体结构；得到各种方案，并通过构想设计理念、创新构思、搜索探求、优化筛选取得较理想的工作原理方案。

3）详细设计：

各个功能单元的细部设计、接口的设计、各个分系统的设计、系统的总体评价及选优;设计应尽量模块化和结构化，以利于改进，或进行产品换代时参考。4）设计实施：

制造、调试、复核。

5）设计定型阶段：

工艺定型、编写设计说明书等技术档案。

2、简述开发性设计、适应性设计、变型设计的异同？

答：

开发性设计：

在工作原理、结构等完全未知的情况下，没有参照产品，应用成熟的科学技术或经过试验证明是可行的新技术，设计出质量和性能方面满足目的要求的新产品。这是一种完全创新的设计。

适应性设计：

对现有产品总的方案原理基本保持不变，进行局部更改：或用微电子技术代替原有的机械结构，或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加价值。

变异性设计：

设计方案和功能结构不变，仅改变现有产品的规格尺寸，使之适应于量的方面有所变更的要求。

3、何谓概念设计？简述概念设计的具体设计步骤。

答：

概念设计可以理解为是由分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的、有目标的一系列活动，它表现为一个由粗到精、由模糊到清楚、由抽象到具体、不断进化与展开的推理与决策的过程。

概念设计过程的步骤：设计任务抽象化，确定系统的总功能→将总功能分解为子功能，直到功能元→寻找子功能（功能元）的解→将原理解进行组合，形成多种原理解设计方案→对众多方案进行评价决策，选定最佳方案→概念产品。

4、简述功能—行为—结构三者的关系。

答：1）结构是功能和行为的载体：产品结构状态的变化是行为，行为的作用是功能。

2）行为与结构、功能与行为的关系是多对多的。

5、如何进行设计任务的抽象化，其作用是什么？

答：工程设计中常用的抽象方法是“黑箱法”。设计任务抽象化的作用是使设计人员暂时抛弃那些偶然情况和枝节问题，突出基本的、必要的要求，这样就便于抓住问题核心，同时避免了构思方案前的框框，可以放开视野，寻求更为理想的设计方案。通过抽象化，设计人员无需涉及具体的解决方案，就能清晰地掌握所设计产品的基本功能和主要约束条件，从而抓着了设计中的主要矛盾。这样就可以把思维注意力集中到关键问题上来，容易有计突破和创新。

6、总功能为什么要分解，应如何进行分解？

答：总功能表达输入量转变成输出量的能力，它是系统的属性，它表明系统的效能及可能实现的能量、物料、信息的传递和转换。对于所设计的产品对象来说，产品的整体功能是由不同组成部分相互协调共同完成的。因此，产品总功能可以分解为子功能和多级子功能，它们按确定的功能结合起来，建立功能结构图，这样既可显示各功能元、子功能与总功能之间的关系，又可通过各功能元之间的有机组合求系统方案。

总功能分解步骤和方法：

①建立功能结构示意图（前级功能元是后级的目的功能；后级功能元是前级的手段功能。）

②寻找功能元（功能元——是能直接从物理效应和逻辑关系找到可满足功能要求的最小单位，可分为：物理功能元——反映系统中能量、物料、信息变化的基本物理动作，包括：“变换”、“缩放”、“合并、分离”、“储存”；逻辑功能元——主要用于信号及操作系统控制，包括：“与”、“或”、“非”、“与或”、“与非”、“或非”；数学功能元——加、减、乘、除、乘方、开方、微积分等。）

7、什么是功能结构，三种基本结构形式是什么？

答：在功能分解中要求同级子功能相互协调组合起来应能满足上一级子功能的要求，最后组合起来应能满足总功能，这种功能的分解与组合关系称为功能结构。3种基本结构形式是：串联（链状）结构、并联（平行）结构和环形结构（反馈连接）。

8、举例说明什么是物理效应和功能载体？

答：所谓物理效应即由某种物理原理所引发产生的某种现象，而功能载体即是实现功能的物理结构，例如“高速旋转的叶片带动水旋转时产生的离心力，可把水上扬”，其中“水旋转时产生的离心力，可把水上扬”为物理效应，而“高速旋转的叶片”为产生这一物理效应的功能载体。

9、什么是艺术造型三要素？

答：艺术造型三要素是：功能、物质技术条件及艺术内容。

10、人机接口和机电接口各有哪些分类？并举例说明。

答：人机接口是操作者与机电一体化系统（主要是控制微机）之间进行信息交换的接口。按照信息的传递方向，可以分为两大类：输入接口与输出接口。系统通过输出接口向操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息，例：静态显示接口、动态显示接口等；另一方面，操作者通过输入接口向系统输入各种控制命令及控制参数，对系统运行进行控制，实现所要求完成的任务，例：简单开关输入接口、键盘输入接口等。

机电接口是指机电一体化产品中的机械装置与控制微机间的接口。按照信息的传递方向可以将机电接口分为信息采集接口（又称传感器接口，如：A/D转化器）与控制量输出接口(如：D/A转换器)。

11、为什么要进行系统的评价？简述其步骤。

答：系统评价的目的是决策，是为了获取成功得经验和失败的教训，以便将来作出更合理的决策。

系统评价的步骤:

①明确系统评价的目的;②分析系统、熟悉系统;③建立评价指标体系;④确定评价尺度;⑤确定评价方法;⑥计算评价值;⑦综合评价

12、为什么要进行系统的决策？简述其步骤。

答：是在占有一定信息和经验的基础上，根据客观条件与环境的可能，借助于一定的科学方法，从各种可供选择的方案中，选出作为实现特定目标的最佳方案的活动。决策步骤：发现问题→确定目标→找出各种可供选择的方案→对每个方案进行评估→选择其中最佳方案→执行

13、如何确定系统的评价指标体系？

答：确定指标体系要根据系统的不同特点，遵循系统性、可行性和重要性的原则来进行选择各项评价指标。

系统评价时，首先要根据系统目标规定一组评价指标，确定系统的评价项目，制定评价的准则，通过对各因素赋予反映价值地位的加权系数，从而形成一种评价的价值体系。

14、常用的系统评价方法是什么？

答：常用的系统评价方法：德尔菲法（专家评价法）、评分法、层次分析法、模糊综合评价方法等。

15、系统调试的一般规律是什么？

答：系统调试的一般规律：

先模块，后系统；先子功能，再总功能；先模拟，后在线；先静态，后动态。

16、简述各种现代设计方法的内涵。

答：常用现代设计方法：可靠性设计、优化设计、反求设计、绿色设计、虚拟设计等。

1）可靠性设计：分析系统在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力；是建立在概率统计基础之上，以零件、产品或系统的失效规律为基本研究内容的一门学科。

2）优化设计：将优化技术应用于设计过程，最终获得比较合理的设计参数的方法。

3）反求设计：以现代设计理论、方法和技术为基础，运用各种专业人员的设计经验、知识和创新思维，对已有的产品或技术进行分析研究，掌握其功能原理、零部件的设计参数、材料、结构、尺寸和关键技术等指标，进而对该系统（产品）进行剖析、重构、再创造的设计。

4）绿色设计：从并行工程思想发展而出现的一种新概念，是在新产品（系统）的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而减少对环境的污染、资源的浪费，消除在使用安全和人类健康等方面所产生的负作用。

5）虚拟设计：是基于虚拟现实技术的新一代计算机辅助设计。在基于三维计算机辅助设计环境中，设计者进行三维实体建模和装配建模，最终生成精确的系统模型，进行一些相关分析从而满足工程设计和应用的需要。

17、如何进行机电一体化系统的可靠性设计？

答：机电一体化系统的可靠性设计分为现代机械系统可靠性设计和控制系统可靠性设计。

现代机械系统可靠性设计：

①缩短传动链，减少元件数

②必要时增加设备用元件或系统

③简化结构

④增加过载保护装置、自动停机装置

⑤设置监控系统

⑥合理规定维修期

控制系统可靠性设计：

①自动控制

②通过元器件的合理选择提高可靠性

③对功率接口采用降额设计提高可靠性

④采用监视定时器提高可靠性

⑤采取抗干扰措施提高可靠性

18、传统产品设计与绿色产品设计有何区别与联系？

答：绿色产品设计是将产品寿命周期内各个阶段（设计、制造、使用、回收处理等）看成一个有机整体，在保证产品良好性能、质量及成本等要求的情况下，还充分考虑到产品的维护资源及能源的回收利用以及对环境的影响等问题。

传统产品设计是以市场需求的预测为基础的，其技术方案的确定，重点考虑设计和制造两个领域的问题，而在产品维护和产品废弃方面对环境的影响考虑很少，甚至根本就不考虑。

第四章

思考题

1、机电一体化的机械系统主要内容有哪些？

答：在构成机电一体化系统的要素中，几个部分并不是并列的，机械部分是主体，而且系统的主功能必须由机械装置来完成。

机械系统构成：传动机构（传递动力和运动）、支承与导向机构（为机械系统中各运动装置安全、准确地完成其特定方向的运动提供支承和导向）、执行机构（执行机构根据操作指令的要求在动力源的驱动下，完成预定的操作。一般要求它具有较高的灵敏度、精确度、重复性和可靠性等）、轴系（传递转矩及精确的回转运动，它直接承受外力或力矩）、机座机架（承重、支撑、保证各零部件相对位置的基准作用）。

2、对机械传动机构的性能要求是什么？

答：a.无（小）传动间隙（对间隙要进行处理）；b.惯量小（惯量要合理）；c.摩擦小；d.刚度大；e.阻尼适中；f.缩短传动链

3、常用无侧隙齿轮传动机构有哪几种？

答：1）偏心套调整法（中心距调整法）特点：结构简单，但其侧隙不能自动补偿，需反复调试。

2）轴向垫片调整法（齿宽增厚调整法）特点：结构简单，但其侧隙不能自动补偿。需反复调试。

3）双片薄齿轮错齿调整法特点：齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。

4、滚珠丝杠副有哪些特点？

答：①传动效率高：92％～96％，耗费的能量仅为滑动丝打的l/4～1/3；

②运动具有可逆性：需设置制动装置；

③轴向刚度好；

④传动精度高，使用寿命长：低速时无爬行现象，能始终保持运动的平稳性和灵敏性；摩擦小，丝杠副工作时温升和热变形小，可获得较高的传动精度；寿命长；

⑤制造工艺复杂；

5、滚珠丝杠副常用的支承方式有哪几种？各有什么特点？

答：滚珠丝杠副常用的有三种支承方式。

1）一端固定一端自由（F-O）：结构简单，轴向刚度较两端固定低，压杆稳定性和临界转速较低，用于较短和竖直的丝杠。

2）一端固定一端支承（F-S）：两端与螺母要同轴，结构较复杂，工艺较困难，刚度同（F-O）相同，压杆稳定性和临界转速较（F-O）高，用于较长的卧式安装

丝杠。

3）两端固定（F-F）：两端与螺母要同轴，结构较复杂，工艺较困难，轴承无间隙时刚度为（F-S）的四倍，无压杆稳定性问题，固有频率高，适用于刚度和精度要求较高的场合。

6、滚珠丝杠副为何要预紧？预紧力常为多少？

答：滚珠丝杠副预紧是为了消除其间隙，使其内部受力更均匀，传动更精确。预紧力不能太小，太小间隙不能完全消除；预紧力也不宜过大，否则会使空载力矩增大，降低传动效率，缩短使用寿命。

7、常用的直线运动导轨有哪些？

答：一般滑动导轨、塑料导轨、滚动导轨、静压导轨（液体静压、气体静压）

8、对机座机架的基本要求是什么？

答：（1）保证刚度：动刚度、静刚度。方法：筋板

（2）减少热变形：①减少发热；②散热良好；③恒温控制；④选择热变形对称的结构形式；

（3）提高抗震性：①提高静刚度；②增加阻尼；③减轻重量；④隔振

（4）良好的结构工艺性：机械加工工艺性和装配工艺性

9、简述花岗岩的特点及应用？

10、当工作台重量为400kg，夹具和工件重量为400kg，最大工作行程为

1000mm，其它条件和4.5.2节相同时，试选择设计滚珠丝杠副。

11、工作台重量为400kg，夹具和工件重量为400kg，最大工作行程为1000mm，其它条件和4.5.3节相同时，试选择设计线性运动滚珠导轨。

第五章

思考题

1、简述传感检测系统的构成及各环节的作用？

答：传感监测系统可分为：开关量监测系统、模拟量监测系统和数字量监测系统。

2、在传感检测系统中为什么要进行标度变换？

答：各种不同的传感器都有不同的量纲和数值，被测信号转换成数字量后仅仅与其输入的参数值对应，但其量纲与大小并不与输入的被测参数相同，因此必须把它转换成和输入参数具有相同的量纲，这些转换就是标度变换。

3、在什么情况下采用数字滤波？ 数字滤波和模拟滤波相比有何优点？

答：在由微处理器对传感器采样时，为了减少干扰对采样值的影响，提高系统的可靠性，常采用数字滤波方法。

数字滤波和模拟滤波相比有以下优点：

1）不需要增加任何硬件设备；

2）传感精度可以提高，不存在阻抗匹配问题；

3）可以多个通道共用；

4）可以多频率很低的信号进行滤波；

5）使用灵活方便。

4、试举一例说明传感器非线性特性的线性化过程。

答：非线性化类型：指数型曲线、有理代数型曲线

（1） 指数曲线型非线性特性（热敏电阻）

i bV o V ae C =+

00(11)

b T T T T R R e -= （2） 有理代数函数型非线性特性（热电偶） 2012n

o i i n i V a a V a V a V =++++L 20[1]

T R R aT bT =++

5、为何对传感器的温度误差要采用软件补偿？ 简述其关键和步骤。

答：由于温度传感器和微处理器性价比的提高，且只要精确地建立温度误差的数学模型，软件温度误差也能得到较为满意的补偿，故对传感器的温度误差多采用软件补偿。

6、增量式脉冲编码器是如何检测数控机床进给轴的进给速度和进给行程的？ 答：增量式脉冲编码器安装在控机床进给电机或丝杠上，当光电码盘与工作轴一起旋转时，光线通过光栏板和光电码盘产生明暗相间的变化，由光电元件接收。通过信号处理电路将光信号转换成电脉冲信号，通过计算脉冲的数目，即可测出转轴的转角，通过计量脉冲的频率，可测出转轴的转速，再通过传动比和导程等可进一步求出数控机床进给轴的进给速度和进给行程。

7、CCD图像传感器的工作原理是什么？

答：CCD图像传感器是基于金属、氧化物、半导体技术的光电转换器件。其基本工作原理是信号电荷的产生、存储和传输。

8、光纤传感器的工作原理是什么？

答：光纤传感器主要由光源、光纤、光检测器和附加装置等组成。光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。

第六章

思考题

1、简述机电一体化系统中的执行元件的分类及特点(优缺点)。

答：

（1）电动式

电动式执行装置以电能为动力，经电力变换器变换后输送给执行装置，使执行装置作回转(或直线)运动．驱动负载机械(运行机构)运动，并在指令器给定的指令位置定位停止。

（2）液压式

液压执行装置是按密闭连通容器的原理工作的，依靠油液通过密闭容积变化的压力能来传递能量。

（3）气压式

气压式执行装置除了用压缩空气作为工作介质外，与液压式执行装置无太大区别。

（4）其他执行装置

2、机电一体化系统对执行元件的基本要求是什么?

答：（1）体积小、重量轻、输出功率大；

（2）快速性能好；

（3）宜于计算机控制；

（4）可靠性高、便于维修与安装；

（5）有足够有精确度，即实际的输出与指令值之差要小；

（6）动作平稳、准确度和分辨率高。

3、机电一体伺服系统有哪几种，各有何特点？

答：按控制原理可分为：开环、闭环和半闭环；

按信息传递：可分为连续控（模拟控制）和采样控制（计算机控制）；

按驱动方式：可分为电气、液压和气动等伺服系统；

按被控量性质：运动控制（可分为位置控制、速度控制或加速度控制、速度或位置的同步控制）；力控制（力或力矩控制）；

按控制过程：分为点位控制和轮廓控制。

开环伺服系统：控制系统中没有检测反馈环节；采用步进电机；开环伺服系统的精度低、速度低（步进电机失步），但简单，故工作稳定、可靠。

闭环伺服系统：位置检测元件直接安装在工作台上；定位精度高，且主要取决于检测装置的分辨率和精度；系统调试复杂、成本高。

半闭环伺服系统：位置检测元件安装在传动链的中间，间接测量工作台的位置；精度较闭环系统要低一些，但调整容易，结构简单，维护方便，且稳定性好具有较高性价比。

4、简述交流伺服电动机的驱动方式，SPWM交流驱动调速的工作原理。

答：

SPWM即正弦波脉冲宽度调制。其原理是采用等腰三角形波形作为载波与正弦调制波相比较，得到一组幅值相等而脉冲宽度随时间按正弦规律变化的矩形脉冲。SPWM( Sine Pulse Width Modulation).是改变频率的同时也改变电压的一种调制方式。可实现在改变频率的同时也改变幅值PAM，改变频率时，脉冲的幅值不变，通过改变脉冲的占空比来改变其平均电压，称PWM。

特点：脉冲序列中脉冲宽度和脉冲间的间隔是按正弦规律安排。

5、简述交流伺服电动机的矢量控制工作原理。

答：矢量控制基本原理：

模仿直流伺服电动机。找出异步电动机磁场（磁通）和转子电流控制量，分别独立地加以控制，就会使异步电动机获得与直流电动机同样的控制灵活性和动态特性。

必须将三相交流矢量转换成与之等效的直流标量，建立起交流电动机与直流电动机等效的数学模型，然后按直流电动机的控制方法对其进行控制。

6、数控机床的伺服进给驱动与主轴驱动有什么区别？

答：主轴伺服驱动有两面的含义：一方面是主轴的驱动控制；另一方面是主轴的定向控制。主轴的驱动控制主要是指主轴的速度、转向控制；定向控制则是指某些数控机床要求在主轴停下换刀等情况下需要对主轴的位置进行控制。

对主轴驱动有以下几点特殊要求：

①由于主轴不需要像进给工作台那样有各坐标的直线运动，要求尽量简单。

②因为数控机床加工的材料的范围很大，所以要求主轴转速范围也必须很大。

③主轴驱动装置应提供加工各类零件的切削功率。

④在数控机床中，数控车床要占42％，数控钻、镗、铣床占33％，数控磨床、冲床占23％，其它只占2%。

进给伺服系统的技术要求：

①调速范围宽

②位移精度高

③稳定性好

④动态响应快

7、试述进给伺服系统在伺服元件、电路、控制和性能方面的发展趋势。

8、列举新型执行装置在机电一化系统中的应用。

答：1）磁致伸缩执行装置

磁性体的外部一旦加上磁场，则磁性体的外形尺寸会发生变化，这种现象称为磁致伸缩现象。如果磁性体在磁化方向的长度增大，则称为正磁致伸缩；如果磁性体在磁化方向的长度减小，则称为负磁致伸缩。从外部对磁性体施加压力，则磁性体的磁化状态会发生变化，这种现象称为逆磁致伸缩现象。

在磁致伸缩驱动器中，需要进行驱动器热输出的但该类机构所提供的输出位移量较小。一般用于精确位移调整、切削刀具的磨损补偿、温度补偿及自动调节系统。比如和丝杠螺母副相结合，将磁致伸缩棒设置于螺母与工作台之间，利用粗、精位移相结合，既能实现较大的进给，又能实现微量进给。

2）压电执行装置

压电执行装置是电致驱动器的一种，它利用压电陶瓷的逆压电效应来实现微量位移的执行装置。压电效应是指某些压电材料在机械力的作用下发生变形，内部产生极化现象，在材料的某些表面产生极性相反的电荷，当去掉外力后，电荷

消失的现象。逆压电效应是指对压电陶瓷施加一直流电场，改变其表面的极性强度，从而使压电陶瓷的形状和尺寸发生改变。压电执行装置基本上可分为双压电式和积层式两大类。

双电压式压电执行装置以金属弹性板为中心电极，两边贴合两层压电材料，当驱动元件加上电源时，则一层压电材料伸长，另一层发生收缩，发生与施加的电源波形相应的弯曲变形。

积层式压电陶瓷结构由许多相同的压电陶瓷片以及银-石墨内部电极叠加而成。使用时，驱动电压以并联方式加到每片压电陶瓷上，如果每片伸长量力△L ，则n 片压电陶瓷相叠加，总伸长量为L ＝n ·△L 。积层压电元件的特点：①能量变换率高(约50％)。②驱动电压低，75V （最大变形量为4μm 时），150V （最大变形量为16μm 时）。③输出力大（3400N/cm 2）④响应快（几十微秒)。⑤稳定性好。⑥超精度驱动（1μm 以下可达10nm ）

3）热变形执行装置

热变形装置是利用电热元件作为动力源，靠电热元件通电后产生的热变形来实现微小位移的执行装置。

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具有高刚度和无间隙的优点，并可通过控制加热电流来获得所需要的微量位移。由于热惯性以及冷却速度难以精确控制等原因，这种执行装置只适用于行程较短、频率不高的场合。

4）形装记忆合金执行装置

某些特殊的金属材料在发生了塑性变形后，经过加热到某一温度之后，仍能回复到变形前的形状。研究者将这种现象叫做形状记忆效应。具有形状记忆效应的金属通常是由两种以上金属元素组成的合金，这种合金叫做形状记忆合金。 形状记忆台金驱动器具有如下特点：①结构小，重量轻。②动作柔性好。③不易受到周围环境（温度除外）的影响。驱动器本身具有一定的热惯量，所以，形状记忆驱动器的最大缺点是响应速度较慢。

5）静电执行装置

静电执行装置是一种利用电荷间的库仑力作为驱动力，从事作功的部件。由于静电驱动器的结构简单，适宜于小型化，越是小型化性能就越高。

静电驱动器的特点如下：①构造简单、呈平面结构。②适宜于小型化、微型化。③小型化时能量变换率高。

机电一体化专业毕业论文

1.0机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 1.1 数字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 1.2 智能化 即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 1.3 模块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 1.4 网络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 1.5 人性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 1.6 微型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 1.7 集成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 1.8 带源化

机电一体化系统设计试题_1答案

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。

机电一体化系统设计基础试题及答案

机械专业机电一体化系统设计基础试题 一、判断题(判断下列所述是否正确，正确填入“+”。错误则填“一”号。每题2分，共24分) 1．接口技术是系统技术中的一个方面，它的功能是实现系统各部分的可靠连接。( ) 2．数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制及信息处理单元，而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。( ) 3．机电一体化产品的变参数设计是指改变部分结构尺寸而形成系列产品的设计。 ( ) 4．驱动元件的选择及动力计算是机电一体化产品开发过程理论分析阶段的工作之一。( ) 5．传动轴在单向回转时，回程误差对传动精度没有影响。( ) 6．按输出轴的转角误差最小原则，减速链传动中，从输入到输出端的各级传动比应按“前大后小”分配。( ) 7．与交流同步伺服电机一样，笼型交流异步伺服电机也可由PWM变频技术实现速度的调节。( ) 8．微机系统中，在任何给定时刻，数据流都允许沿数据总线双向传输。( ) 9．STD总线可采用总线复用技术，但不支持多处理机系统。( ) 10．TTL电平接口不能用于驱动带电气隔离的继电器。( ) 11．重复性是传感器静态特性指标之一，反映传感器输入量按同一方向做全量程连续多次变动时，输出输入特性曲线的不一致性。( ) 12．增量式光电编码器的输出量为脉冲信号，可以同时用于位置和速度测量。( )二、简答题(每题6分。共30分) 1．机电一体化系统的基本结构要素有哪些?喷漆机器人的电液伺服系统和手臂手腕分别属于其中的哪个结构要素? 2．影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些? 3．什么是步进电机的步距角?它是由哪些参数确定的? 4．简述开关量输入模板的基本组成。 5．工业PC机与个人计算机的主要差别是什么? 三、分析题(15分) 系统如图昕示．试分析齿轮机构、传感器及丝杠螺母机构的误差对输出精度的影响。 四、计算题(15分) 伺服电机驱动系统如图所示，已知齿轮减速比i=5；丝杠螺距气t s=5mm；丝杠直径d=20mm；工作台的质量为m=200kg；工作台最大线速度v=0．025m／s；最大加速度a=10m／s2，工作台与导轨之间的摩擦系数为f=0．1，传动效率η=0·7。 试求： (1)电机的负载力矩 (2)折算到电机轴上的转动惯量(g·cm2)；(3)电机的最小额定转速。

机电一体化系统设计1

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?

机电一体化技术毕业设计完整版

滨州职业学院毕业设计 题目PLC的皮带集中控制系统设计 学生刘新利 学号 专业班级机电一体化技术 部门名称电气工程学院 指导教师王新 二○一○三年五月二十日

滨州职业学院毕业设计任务书 机电一体化技术专业 10 年级 2013年 4 月 15日批准 专业负责人：曹艳艳 发放经手人：王新 1．毕业设计题目：PLC的皮带集中控制系统设计 2．学生完成全部任务期限： 2013 年 6 月 20 日 3．任务要求：1 了解煤矿皮带运输系统运行工艺； 2 针对某一煤矿皮带运输的实际情况，设计一种基于PLC的皮带集中控制系统； 3 用AUTOCAD绘制系统的相关图纸； 4 用PLC语言编制控制系统软件 4．发出日期：2013年4 月15日 指导教师：王新（签名） 学生：刘新利（签名）

滨州职业学院学生毕业设计进程表 学生姓名：刘新利学号: 专业年级：10机电一体化一班指导教师: 王建论文设计题目：PLC的皮带集中控制系统设计

滨州职业学院毕业设计中期检查登记表 学生姓名：刘新利学号：专业年级：10机电一体化一班指导教师：王建毕业设计题目：PLC的皮带集中控制系统设 注：日期和指导、检查内容由指导教师填写。

摘要 煤矿的运输系统对保证矿井正常生产起着非常重要的作用。为了保证煤矿运输系统可靠安全运行，对带式输送机进行集中监视和控制很必要。本文以新疆哈密煤矿主斜井及地面胶带输送机为背景，设计出了以PLC 技术为核心的集中控制系统，提高了运输系统的监测和控制水平。 文中首先介绍了本次设计的背景，然后设计了胶带输送机集中控制系统的结构和应具有的控制功能，参数的检测和故障保护装置，确定了各故障检测传感器的类型及安装位置。在此基础上采用SIEMENS的S7-300系列PLC对系统进行硬件和软件设计，其中包括PLC的模块配置及外部连线，梯形图程序设计。最后提出PLC控制系统的主要干扰源，并设计了抗干扰的措施。 关键词：胶带输送机； S7-300；集中控制系统

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 (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。

~机电一体化设计基础复习题及答案

复习题 一、是非判断 1、机电产品结构方案设计时遵循传动链最短原则的好处是使传动精度高，而传动性能稳定性降低。（×） 2、莫尔条纹具有使栅距的节距误差平均化的特点。（√） 3、滚珠丝杠传动的特点是传动效率高、运动具有可逆性、传动精度高、磨损小，使用寿命长、不能自锁。（×） 4、采用光电耦合器可以将前向通道、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系，从而有效地防止干扰信号进入微机。（√） 5、动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为行扫描。 （×） 6、分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。8位数的分辨率为1/256，10位数的分辨率为1/1024。（√） 7、在机电产品中若有检测元件，则该产品的控制系统一定是闭环的。（×） 8、无源滤波器常采用LC谐振电路或RC网络作为滤波器件。（√） 9、机电产品转动惯量大可使机械负载变大，灵敏度下降，但是不影响机械系统的响应速度。 （×）10、执行机构运动循环图可以表明各机构间的配合协调关系。（√） 11、机电产品结构设计是从：定量到定性，具体到抽象，粗略到精细的过程结构设计满足的目标：保证功能、提高性能、降低成本。（×）12、双频激光干涉仪是同一激光器发出的光分成幅值不同的两束光产生干涉。得到的是按幅值变化的交流调频信号，信噪比高，可实现高分辨率测量。（×）13、滚珠丝杠传动中，当丝杠改变转动方向时，间隙会使运动产生空程，从而影响机构的传动精度。（√）14、采用光电耦合器可以将前向通道、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系，从而有效地防止干扰信号进入微机。（√）15、键码识别就是判断闭合键的代码，通常有2种方法，一种是静态检测法——称为编码键盘；另一种是动态检测法——成为非编码键盘。（×） 16、选用D/A芯片时位数愈多精度愈高，其转换的时间愈长。（√） 17、在机电产品中若有检测元件，则该产品的控制系统不一定是闭环的。（√） 18、在微机检测系统的输入通道中，采样/保持（S/H）电路可有可无。（×） 19、双片薄齿轮错齿调整法以消除齿侧间隙，但反向时不会出现死区。（×） 20、采样时间是指对被测参数检测的时间。（√） 二、简答题 1、同步带传动主要失效形式有哪些？主要原因是什么？ (a) 承载绳断裂原因是带型号过小和小带轮直径过小等。 (b) 爬齿和跳齿原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。 (c) 带齿的磨损原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。 (d) 其他失效方式带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。

机电一体化专业毕业设计参考选题

机电一体化专业毕业设计参考选题 题目一： 立体仓库模拟装置的设计及控制(PLC控制类)机械部分设计题目二： 立体仓库模拟装置的设计及控制(PLC控制类)控制部分设计 1.设计任务简介： 自动化立体仓库是物料搬运、仓储科学中一门综合性的科技工程。它与平库相比可节约70％的占地面积和70％的劳动力，可提高管理水平。目前在我国仓储业和生产使用线上崛起，广泛使用在物资金融、航天航空、冶金机电、石化化工、军工轻工等，并采用计算机多级管理、控制、实施高速数据通讯、实时图像显示等，自动化程度极高。自动化立体仓库是一种先进的仓储设备，其目的是将物料存放在正确的位置，以便随时向制造系统供应物料。自动化立体仓库在自动化制造系统中起着十分重要的作用。自动化立体仓库的主要特点有： ①利用计算机管理，物资库存账目清楚，物料存放位置精确，对自动化制造系统物料响应速度快； ②与搬运设备(如AGV、有轨小车、传送带)衔接，可靠及时供给物料； ③减少库存量，加速资金周转； ④充分利用空间，减少厂房面积； ⑤减少工件损伤和物料丢失； ⑥可存放的物料范围宽； ⑦减少管理人员，减低管理费用； ⑧耗资较大，适用于一定规模的生产。 2.设计目的：

通过对自动化立体仓库模型设计，使学生们掌握相关机电一体化系统机械系统设计、传感检测系统、执行系统、控制系统的设计方法，具有灵活运用相关知识的能力。 3.设计任务及主要技术参数： 输入电压： A(200～240 V)； 环境： 温度－5～40℃，湿度≤80％； 外形尺寸：600 mm~450 mm~600 mm；- 定位精度：0.01 mm； 最大快进速度： V=3 m／min； 横、纵向最大行程： S=300mm； 4.设计要求： 题目一要求： 1）自动化立体仓库模型机械部分设计要求： 机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件，采用步进电机、直流电机作为拖动元件。主要包括机械部分所用的各个零部件的设计过程、型号确定以及尺寸选择，其中包括滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠的选择计算和强度校核，以及滚动轴承和滑动轴承的选择及寿命校核；所需电动机型号的选择 2）毕业设计说明书或论文

机电一体化课程设计报告

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》——期末复习题及答案_6034459302595687

中国石油大学（北京）远程教育学院 《机电一体化系统设计》期末复习题 第一章绪论 判断（A对，B错） 1.工业三要素是资金、人才、技术。 2.机电一体化系统的执行机构功能是主操作功能。 答案：B A 单选 1、机电一体化系统机械本体的功能是（） A执行机构B动力源C固定其它部件D主操作功能 2、下列哪一项是机电一体化的特性。 A装置的控制属于强电范畴B自动信息处理 C支撑技术是电工技术D以机械联结为主 3、机电一体化系统的主要构成装置不包含以下哪一项（） A电子装置B控制装置C驱动装置D机械装置 答案：C B A 问答题 1、在机械工业中微电子技术应用有哪些方面，及其对机电一体化产品设计的意义？ 1)对机器或机组系统运行参数进行巡检传感或控制 2)对机器或机组系统工作程序的控制 3)用电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能，简化产品的机械结构

4)节约材料 5)节能降耗 对机电一体化产品设计的意义表现在：功能模块化；封装模块化；电路（板）器件微型化；可靠性高；抗干扰能力强；结构一体化；机电产品体小、性优、价廉。 2、机电一体化系统的主功能组成是那些？ 物质、能量、信息（工业三要素）的变换（加工处理）、传递（移动、输送）、储存（保持、积蓄、记录） 3、机械电气化与机电一体化的区别 机械电气化 –很少考虑电器与机械的内在联系；根据机械要求选用电气传动 –机械电气界限分明，以机械联结为主，装置是刚性的 –装置的控制属于强电范畴，支撑技术是电工技术（电磁学，输配电）机电一体化 产品的新功能、智能化进步：自动检测，自动显示，自动记录，自动信息处理，自动调节控制，自动诊断，自动保护 4、简要说明机电一体化系统组成要素及其功能？ 五个方面，各组成及功能分别是：机械本体(构造功能:固定其它部件)；执行机构(主操作功能)；驱动部件(动力功能)；传感部件(信息检测)；控制部分(信息处理及控制) 5、传统机电产品与机电一体化产品的主要区别表现哪些方面？

机电一体化毕业论文开题报告模板

机电一体化毕业论文开题报告模板 机电一体化毕业论文报告是指开题者对科研课题的一种文字说明材料。下面是小编整理了机电一体化毕业论文开题报告模板，有兴趣的亲可以来阅读一下! 机电一体化毕业论文开题报告模板自动化与机械自动化技术 目前，我国自动化技术发展速度非常快，在机械领域中的作用也日趋明显。应用自动化技术能够降低人力劳动成本，工作人员只需要进行简单的操作就能够实现大型机械的自动化作业，甚至能够完成人们无法完成的工作。计算机技术的发展为自动化技术应用到机械领域提供了保障，人们打破了对传统机械行业的认识，以自动化设备来实现对机械的调用和装配，不仅降低了人力成本，同时还能够有效降低产品的报废率，是整个机械装配流程形成连续化，使产品的生产周期大幅缩短，保质保量的完成机械装配任务，为企业创造出更为丰厚的经济效益。 自动化技术在机械制造中的应用 )信息自动化。信息自动化主要是依托于计算机技术而形成的，其中主要包括辅助制造、辅助设计、工艺辅助设计、数据库系统管理等。辅助制造指在产品生产过程中采用数值

控制技术来实现自动化应用，进而完成产品的生产，也被称为数控技术;辅助设计是指采用计算机设计软件来完成对产品的创意、设计、建模、参数值评测等，并且对机械构件实现精确测量;工艺辅助设计则是辅助制造和辅助设计的纽带，能够有效提高工艺生产的效率，并使之实现优化和提升;产品数据库系统管理则是采用计算技术来实现对储入库，进而实现信息数据的系统化管理。 )物资供输自动化。物资供输是对供产品生产的原材料进行运输和调配的过程，其物资供输自动化则是采用自动化手段来完成物资的运输和调配，是自动化在机械领域中得到应用的细分体现，其中涉及自动化设备、自动化装置、自动化物资输送、自动化软件等。 )生产自动化。生产自动化能够从机械制造加工方面得以体现，可以实现机械组件的自动化装卸，这种自动化装卸在系统不发生故障的情况下可以循环重复进行，有效降低人力使用成本，并且能够降低由于人为因素所造成的失误，提升产品的合格率，大幅提升了产品的质量。 )设备装配自动化。设备装配自动化是将整个装配流程输入到数控设备中，通过计算机来完成对机械的操作，按照特定的规格、形状制成配件，同时还能够完成一系列组装、调试、验收等工作，是一条能够自动完成机械装配的自动化

机电一体化课程设计报告书

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

宁波大学机电一体化设计基础考试题及答案

机电一体化设计基础考试题 1.什么是机电一体化？ 机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 2.机电一体化产品由哪些基本要素构成？ 机械本体（机床）、动力源（电、液压等）、检测与传感装置（各种传感器等）、控制与信息处理装置（伺服系统、cnc等）、执行机构（电机、丝杆、导轨、刀架等） 3.机电一体化有哪些共性关键技术？ 机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术 4.什么是机电一体化总体设计？ 应用系统总体技术，从整体目标出发，综合分析产品的性能要求及各机、电组成单元的特性，选择最合理的单元组合方案，实现机电一体化产品整体优化设计的过程。 5.什么是特征指标、优化指标、寻常指标？其作用各是什么？这些指标可否在一定条件下相互转化？ 特征指标：决定产品功能和基本性能的指标，是设计中必须设法达到的指标。 优化指标：在产品优化设计中用来进行方案对比的评价指标。 寻常指标：产品设计中作为常规要求得一类指标，一般不定量描述。 可以相互转化。寻常指标有较为固定的范畴，而特征指标和优化指标的选定则应根据具体产品的设计要求进行。一种产品设计中的特征指标，可能是另一种产品设计中的优化指标。某些指标在要求较为严格、必须经过周密设计才能达到时，应选为特征指标，而在要求较为宽松的情况下，可选为优化指标。 6.什么是等效性、互补性、可比性？等效性、互补性、可比性分析对机电一体化设计有何意义？ 等效性：具有等效性的功能可有多种具体实现形式，如滤波功能可由多种滤波器实现。 可以互相替代的机械、电子硬件或软件方案必然在某个层次上可实现相同的功能，因而称这些方案在实现某种功能上具有等效性。产品各组成环节的特性是相互关联的，而且共同影响系统的性能，这种机、电环节互相关联、相辅相成为互补性。可比性，它是指被评价的方案之间在基本功能、基本属性及强度上要有可比性。等效性是可以进行机电一体化设计的充分条件之一。互补性，是机电一体化设计的另一充分条件。 7.试结合等效性与互补性阐述机电一体化优化设计的条件。 机电一体化优化设计要在具有等效性的功能中和具有互补性的环节中进行机械、电子、软件等技术之间的比较和权衡。首先找出它们具有可比性的表达形式，用具有相同量纲的优化指标(如成本、可靠度、相对精度等)对各方案进行比较。 8.目前大多采用什么方法进行机电一体产品的总体设计？其具体含义是什么？ 多方案优化的方法：在满足约束条件（特征指标）的前提下，采用不同原理及不同品质的组成环节构成多种可行方案，用优化指标对这些方案进行比较、优选，从而获得满足特征指标要求，且优化指标最合理的总体设计方案。 9.多目标规划的求解策略有哪些？含义分别是什么？ 降维法：用一个其主要作用的指标作为目标函数，而将其它优化指标转化为约束条件，从而使多目标优化问题转化为单目标优化问题。 顺序单目标法：首先对各优化指标按重要程度排序，按单目标优化方法依序求出每个指标所对应的最优解，然后对这些单目标优化解进行折衷处理，从而得到整体最优解。 评价函数法：首先将各优化指标依一定关系进行组合，从而构造出一个单目标问题的目标函数，被称为评价函数，然后依据这个评价函数对各种方案进行评价，最终确定出最优方案。 10.为何在机电一体化总体方案设计时要进行功能分配和性能指标分配? 如何进行功能分配和性能指标分配？ 性能指标分配目的：总体方案中一般有多个环节对同一性能指标产生影响，需要合理地限定这些环节

机电一体化毕业设计论文

滨州职业学院毕业论文设计 题目：数控机床工作台与控制系统设计学号： 姓名： 专业班级: 教学单位：电气工程学院 指导教师：

滨州职业学院毕业论文（设计）任务书 电气自动化技术专业级 1、毕业论文（设计）题目数控机床工作台与控制系统设计 2、学生完成全部任务期限：2016年 6月10日 3、任务要求： 1）进程要求 1）提出选题的初步设想。 2）搜集、整理与毕业设计或论文有关的、充分的、准确的信息资料，扩充查阅范围。 3）分析、筛选已有的信息资料，提出研究设想与计划。 4）向指导教师提出开题报告（见附页）。 5）构思论文框架，编写论文提纲，撰写论文初稿。 6）提请指导老师审阅，并根据老师的指导意见做进一步修订，装订成册。 （2）成果要求 1）毕业设计应提交设计图纸和相应的说明书。图纸须规范、完整、清晰、正确，格式符合国家标准的要求；说明书须规范、详实，应包括：任务书、开题报告、正文（摘要、正文内容，结语，参考文献）、附录等。书写认真、清楚，字数不少于8000字。主要包括：前言、摘要、正文内容 2）毕业论文应包括：任务书、开题报告、正文（前言、摘要、关键词，正文内容、结语、参考文献）、附录等；书写认真、清楚，字数以15000字左右为宜。 4、实验（调研）部分内容要求： （1）实验内容与论文题目一致，数据真实。

（2）调研内容详实，调研结论应具备普遍性。 5、文献查阅及翻译要求： （1）参考文献应与论文内容相一致。 （2）参考文献不少于8篇。 （3）参考文献的格式参考滨州职业学院毕业论文格式要求。 （4）翻译文献应与原文内容一致。 指导教师：（签名） 学生：（签名）

机电一体化课程设计

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。

机电一体化类毕业设计

机电一体化类毕业设计 篇一：机电一体化专业毕业论文 成都工业学院成教院 毕业设计（论文） 论文题目： 教学点： 指导老师：学生姓名： 专业： 基于PLC自动矿车运输控制系统的设计职业学院职称：讲师 学号: 机电一体化技术成都工业学院成教院制二〇一四年三月二十日 成都工业学院成教院 毕业设计（论文）任务书 题目：基于PLC自动矿车运输控制系统的设计任务与要求： 通过对自动化矿车运输控制系统的设计，通过所学的专业知识，在知道老师的指导下，设计出自己的控制系统。时间：年月日至年月日共周教学点：职业学院学生姓名：学号： 专业：机电一体化技术指导单位或教研室：职业学院

指导教师： 职称：讲师 成都工业学院成教院制 毕业设计(论文)进度计划表 摘要 矿车是矿山在开采和运输中必不可少的工具。矿车的作用主要是在矿山矿场及矿井中输送煤、矿石和废石等散状物料，矿车的必不可少主要来自于它不但方便实用，经济效益高，符合矿物运输环境的特殊要求，而且结构简单，易于制造和维护。 矿车能够将煤、矿石和废石等散状物料经特定的轨道快速运送到特定的位置，以满足其他工作设备的需求。与其它运输设备相比，它能够在恶劣的环境下工作，并满足特殊的运输需求。但现在矿井中都是采用人工控制，人工卸料。不但工作效率低，而且对劳动工人的健康及安全带来很多影响。因此，采用自动化技术控制矿车势在必行。 关键词：矿车、控制、自动化 Abstract Mine is mine is necessary in the mining and transportation tools. Harvester role mainly in mine and mine in the transportation of coal, ore and waste and

机电一体化专业毕业设计(论文)课题(机电方向)

机电一体化专业毕业设计（论文）课题（机电方向） 【总体要求】 1.给出方案与论证； 2.画出系统原理图和电路图； 3.主要电路设计与计算； 4.系统测试与指标； 5.稳定性与可靠性； 6.毕业设计（论文）用计算机处理打印后用A4纸装订成册； 7.在规定的时间内答辩通过后由答辩小组给出设计（或论文）的成绩； 8.每位毕业生任选一题，每题不超过10名学生； 9.理工类毕业设计（论文）课题类别包括设计类、软件类两大类，对选题要求的指导性意见如下： ⑴设计类：学生必须独立完成一份10000字以上的设计计算说明书（论文）,折合不少于5张1~2#图纸（电气信息类设计不少于3张1~2#图纸）设绘工作量，设计计算说明书（论文）中涉及参考文献不低于10篇，其中外文文献不少于2篇； ⑵软件类：学生必须独立完成一个系统或较大系统中的一个模块，要有足够的工作量；完成一份10000字以上的软件说明书和论文；如涉及电路方面的内容，应完成调试工作并提供测试结果；如涉及软件开发的内容，要进行程序演示并给出结果。论文（说明书）中涉及参考文献不低于10篇，其中外文文献不少于2篇。 课题一：基于8051单片机交通信号灯模拟控制系统的设计 ——指导老师：秦佳杨芳 【设计任务】 用单片机8051设计一个十字路口的红、绿、黄交通信号灯控制系统，画出 设计总电路图，写出设计程序。 【设计要求】 1.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。考虑到学生设计时的难度，只考 虑一条道路相对的两个方向，每个方向有红、绿、黄三个灯。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，每隔30秒红绿灯交替变化。在每次由绿灯亮变成红灯亮或者 由红灯亮变成绿灯亮的交替变化转换时要求黄灯闪烁5秒，给行驶中的车辆有时 间停靠到禁行线之外。 2.能实现正常的计时显示功能。用倒计时方法显示红灯、绿灯、黄灯还需亮 的时间。 3.能实现控制器总清零功能。按下某个键后，系统实现总清零，计数器由 初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。 课题二：单片机步进电机控制器的设计 ——指导教师：秦佳杨芳 【设计任务】

机电一体化课程设计C6140卧式车床数控化改造设计

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