机电一体化 第一章

五、各章学习内容及要求
要求：掌握机电一体化的基本概念、基本要素、机电一体化系 统设计的类型；机电一体化系统机械部分设计或选择的特点、 目的、基本功能和基本要求；常用控制电机类型与主要特点；
掌握微机控制系统的定义；了解常用控制计算机的类型；掌握
传感器检测系统的整体特性与要求；了解机电有机结合或系统 设计方法研究的主要内容
章 内 容 学时 2 6 4 12 2 26
1.考查(机设）:
期末考试（50%） 平时出勤（15%）
1 总论 机电一体化系统的机械系统 2 部件选择与设计
作业（15%）
实验成绩（20%）
机电一体化系统执行元件的 3 选择与设计 机电一体化系统的微机控制 4 系统选择及接口设计 5 机动 总 计
2. 考试（机制+机电） 考试改革 期中考试（20%） 实验成绩（20%）
总体方案设计的基本原则
例如，对于机床设计，总体方案设计的基本原则 （1）尽量采用模块化设计。方便、设计效率高、成本低。 （2）尽量采用成熟结构。 （3）尽量采用对称结构。利于温度补偿，利于设计、加工、运输 （4）保证拆装方便、易于观察。 主要技术参数的确定 （1）主参数及其它尺寸参数的确定。如车床加工最大尺 寸等 （2）运动参数的确定。速度太快系统冲击大，不利于保 证精度；太慢了影响效率 （3）动力参数的确定。根据切削力确定电机功率等。 （4）确定具体的精度指标。确定定位精度等指标。
期末考试（50%）
作业（10%）
三、机电一体化技术课程介绍
1.数控机床
三、机电一体化技术课程介绍
三、机电一体化技术课程介绍
三、机电一体化技术课程介绍
4.检测与监控系统
三、机电一体化技术课程介绍 5.工业机器人
四、学习目的
（1）掌握组成机电一体化系统或产品机械系统 元件和部件的基本工作原理、特点、选用原则 与方法； （2）常用机电执行元件和传感元件的基本工作 原理、特点、选用原则与方法； （3）微电子控制系统和微机控制系统等的基本 工作原理、特点、选用原则与方法； （4）机电产品设计实例分析，从机电有机结合 的角度出发，初步掌握机电一体化系统或产品 的设计方法。
1.4机电一体化理论基础和关键技术
2.信息处理技术 包括信息的输入、变换、运算、存储和输出技术 要求：减轻重量、提高处理速度、提高可靠性和 抗干扰能力
1.4机电一体化理论基础和关键技术 3、自动控制技术
包括高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊 断、校正、补偿、再现、检查等技术 要求：现代控制理论的工程化和实用化 目的:实现机电一体化系统的目标最佳化
6.为什么说机电一体化技术可以提高系统的精度？ 7.已知一数控系统如图所示，试说明图中各部分分别属于 属于机电一体化系统的哪一个基本结构要素？
1.5 机电一体化系统设计方法 1.5.1机电一体化设计步骤
对于机床设计： （1）确定工艺范围：车、铣、刨、磨、镗等 （2）确定效率的自动化程度 （3）确定加工精度和表面粗糙度 （4）系列化、通用化 （5）可靠性、寿命等
2.总体方案设计：从系统的观点把握全局，实现最佳形 式
影响总体方案设计的因素（以机床设计为例） （1）表面成形运动。齿轮加工：插齿、滚齿。平面加工：刨削、 铣削 （2）工件的尺寸、重量等。是否采用龙门结构 （3）工件的精度要求。是否需要采用补偿措施 （4）生产规模和效率。小批量还是大批量 （5）其它因素。利于操作、设计美观等
外部电源 （能源） 图纸信息等
输入 操作 控制 （信息） 人员 CNC程序 监视
第1.2节 机电一体化系统的构成要素与功能构成
第1.2节 机电一体化系统的构成要素与功能构成
第1.2节 机电一体化系统的构成要素与功能构成

机械本体：用于支撑和连接其它要素，并把这些要素合理地 结合起来，形成有机的整体。必要的组成部分，没有它，系 统的各部件就支离破碎。 动力系统。为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动
六、本课程的专业地位
1.专业课 2.专业主干课程 3.高度“机电”结合课程 4.整个专业课程的最后几门课程之一
七、教学方法与手段
1.机械学中引进电子学的知识点 2.重点突出实用 3.从关键机电一体化产品引出机电结构
4.课堂教学、案例教学
第1章 总论
1.1概述 1.2机电一体化系统的基本组成 1.3机电一体化系统的分类 1.4机电一体化的理论基础与关键技术 1.5机电一体化的发展 1.6机电一体化系统的设计方法
本 章 小 结
本章节应重点掌握机电一体化系统设计的 内涵、作用、目标以及研究的主要核心技术 问题，机电一体化系统（产品）的构成要素 和功能要素，以及它们之间的相互联系；机 电一体化系统（产品）的一般设计设计工作 流程；应考虑的方法和设计类型；了解机电 一体化系统（产品）设计的基本程序、准则 与规律；
机电一体化技术
张建民 编著 北京理工大学出版社 讲授：张丽秀 交通与机械工程学院 Email：sanyoe@ QQ：851617088
要求
1、遵守课堂纪律 2、提问 3、迟到，早退 4、黑板清洁
一、本课程基本情况

参考理论学时：26+6（实验） 参考学分：2.5 先修课程：《机械设计》、《单片微机原理》、 《机械原理》、《金属切削机床》、《电工技 术》、《电子技术》及《可编程控制器》等
一、本课程基本情况

选用教材：《机电一体化系统设计》张建民 编著，北 京理工大学出版社。


主要参考书：
《机电一体化控制系统设计》赵松年主编，机械工业
出版社

《机电一体化系统设计基础》中央广播电视大学出版 社，李建勇主编

《机电一体化系统设计基础》中央广播电视大学出版 社，张立勋主编
二、本课程学时安排及考核方式
机电一体化的三大效果：省能、省资源、智能化
2.为什么采用机电一体化技术可以提高系统的精度 ？
机电一体化技术使机械传动部分减少，因而使机 械磨损，配合间隙及受力变形等所引起的误差大 大减少； 同时由于采用电子技术实现自动检测，控制，补 偿和校正因各种干扰因素造成的误差，从而提高 精度。

第1.2节 机电一体化系统的构成要素与功能构成
1.4机电一体化理论基础和关键技术
4.伺服驱动技术 包括执行元件和驱动技术 要求：小型、重量轻、功率大
1.4机电一体化理论基础和关键技术
5.精密机械技术 要求：重量轻、体积小、精度高、刚度高
1.4机电一体化理论基础和关键技术 6.系统总体技术 包括功能分析、方案组合、分析、评价、选择等
7、 接口技术 接口技术的作用： 实现机械、电子、信息等各种技术在机 电一体化系统中的物质、能源、信息的传 递与转换，达到系统所需目的。 接口技术的功能： 系统输入/输出接口信息的匹配。 系统信息的转换、调整，能源信息匹配。
接口技术的分类：
·按变换调整功能分类：
零接口（导线）：不进行任何变换和调整
无源接口（齿轮减速器）：只用无源要素进行变换、调整 有源接口:（电磁离合器、放大器、A/D等）含有有源要素、 主动进行匹配的接口智能接口: ·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（对周围环境有保护作用）。 实际上，机电一体化技术研究的核心问题就是接口技术 问题。

4 执行元件
5.计算机控制系统
1.3 机电一体化系统分类
1.4机电一体化理论基础和关键技术
1.4 机电一体化理论基础和关键技术 1.检测传感技术 传感器检测—— 物理量：温度、流量、压力、力、力矩、位移、 速度、加速度等
物体的几何参数：尺寸、质量、相对位置； 要求：高可靠性、高灵敏度、高精度
课外作业：
1.机电一体化的涵义、目的、特征、基本组成 要素以及分别实现哪些功能。 2.工业三大要素指的是什么？机电一体化设计 的目标是哪些？ 3.机电一体化的接口功能有哪些？根据不同的 接口功能试说明接口的种类。 4.说明机电一体化系统设计的设计思想、方法。 5.开发性设计、变异性设计、适应性设计有何 异同？
5.小批量生产
1.5.2机电一体化产品工程路线
机电一体化产品的工程流程
1.5.3 机电一体化系统设计的一般原则 原则：从规范性、通用性、耐环境性、可靠性、经 济性等多方面综合分析，结合现代设计方法和手 段，达到机电一体化系统设计的三大目的省能源、 省资源、智能化，提高机电产品的附加值和自动 化程度。 常用的设计方法：机电互补法 机电结合（融合）法 机电组合法 常见的设计类型：开发性设计 适应性设计 变异性设计

执行机构工作以完成预定的主功能，包括电、液、气等多种 动力源。

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。

信息处理及控制系统。根据机电一体化产品的 功能和性能要求，信息处理及控制系统接收传 感器与检测系统的反馈信息，并对其进行相应 的处理，运算和决策，以对产品的运行实施按 要求的控制。控制单元已经实现标准化 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。执行部件一般是运动 部件，常采用机械、电液、气动等机构。执行 机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性 能的好坏决定着整个产品的性能。
1.6 机电一体化的发展趋势
1.6 机电一体化的发展趋势 1.6.1机电一体化现状
1.6.2机电一体化的发展趋势
2.机电一体化的智能化趋势：模拟人类智能，具 有更高的控制目标
（1）诊断过程的智能化；（2)人机接口的智能化 （3）自动编程的智能化；（4）加工过程的智能构是核心技术
三大目的功能
——变换功能（加工处理）；
——传递功能（移动、输送）； ——储存功能（保持、积蓄、记录）