机电一体化系统设计课程设计
机电一体化系统设计课程设计
河北工程大学机电一体化系统设计课程设计目录摘要 (2)一、设计任务 (2)二、总体方案的确定 (3)三、机械系统的改造设计方案 (3)1、主传动系统的改造方案 (3)2、安装电动卡盘 (4)3、换装自动回转刀架 (4)4、螺纹编码器的安装方案 (4)5、进给系统的改造与设计方案 (4)四、进给传动部件的计算与选型 (5)1、脉冲当量的确定 (5)2、切削力的计算 (5)3、滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (5)4、同步带减速箱的设计 (7)5、步进电动机的计算与选型 (10)6、同步带传递功率的校核 (14)五、绘制进给传动机构的装配图 (14)六、控制系统硬件电路设计 (15)七、步进电动机驱动电源的选用 (16)八、控制系统的部分软件设计 (17)1、存储器与I/O芯片地址分配 (17)2、控制系统的监控管理程序 (17)3、8255芯片初始化子程序 (18)4、8279芯片初始化子程序 (18)5、8279控制LED显示子程序 (19)6、8279管理键盘子程序 (21)7、D/A电路输出模拟电压程序 (21)8、步进电动机的运动控制程序 (22)9、电动刀架的转位控制程序 (22)10、主轴、卡盘与切削液泵的控制程序 (22)参考文献 (23)第 1 页共23 页河北工程大学机电一体化系统设计课程设计第 2 页 共 23 页摘要：卧式车床（如C616/C6132、C618/C6136、C620/C6140、C630等）是金属切削加工 最常用的一类机床。
当工件随主轴回转时，通过刀架的纵向和横向移动，能加工出内外圆柱面，圆锥面，端面，螺纹面等，借助成形刀具，还能加工各种成形回转表面。
卧式车床刀架的纵向和横向进给运动，是有主轴回转运动经挂轮传递而来，通过进给箱变速后，由光杠或丝杠带动溜板箱，床鞍以及中滑板产生移动。
进给参数依靠手工调整，改变参数时需要停车。
刀架的纵向进给和横向进给不能联动，切削次序需要人工控制。
机电一体化系统设计课程设计.doc
机电一体化系统设计课程设计.doc机电一体化系统设计是机械工程、电子信息工程等工科专业的重要课程之一，主要涉及机电系统的设计、分析、优化和实现等方面的知识。
在课程设计中，学生需要综合运用所学知识，对一个具体的机电一体化系统进行全面、系统的设计。
机电一体化系统设计需要从系统的角度出发，综合考虑机械部分和电子控制部分的设计。
在机械部分，需要根据系统的功能和要求，设计机械结构，包括传动机构、导向机构、支撑机构、制动机构等。
在电子控制部分，需要根据系统的控制要求和传感器测量的数据，选择合适的控制器和传感器，设计控制电路和程序，实现系统的自动化控制。
机电一体化系统设计需要考虑系统的性能指标和优化设计。
系统的性能指标包括系统的精度、稳定性、响应速度、工作效率等。
在设计过程中，需要通过优化设计来提高系统的性能指标。
例如，可以通过优化机械结构的设计来提高系统的精度和稳定性，通过优化控制算法和控制参数来提高系统的响应速度和工作效率。
另外，机电一体化系统设计还需要考虑系统的可维护性和可扩展性。
系统的可维护性包括系统的维修性和可靠性，即系统发生故障时能够快速维修并恢复正常工作状态。
系统的可扩展性包括系统功能的可扩展性和升级性，即系统能够根据用户需求进行功能扩展和升级。
机电一体化系统设计的实现需要借助计算机辅助设计和电子电路设计等工具。
学生需要使用CAD软件进行机械结构的设计，使用电路设计软件进行电子电路的设计。
同时，还需要使用模拟仿真软件进行系统的模拟和调试，验证系统的性能和功能是否满足设计要求。
机电一体化系统设计课程设计是培养学生综合运用所学知识进行机电系统设计和分析的重要环节。
通过课程设计，学生可以加深对机电一体化系统的理解，提高解决实际问题的能力。
同时，课程设计还可以培养学生的创新意识和团队协作精神，为将来的就业和科研奠定坚实的基础。
机电一体化系统设计课程设计
机电一体化系统设计课程设计机电一体化系统设计是一门涉及多个学科领域的课程，需要学生综合应用机械设计、电气工程、控制工程等知识，将机械和电子相结合，实现系统自动化控制和优化。
以下是一些可能的课程设计主题和步骤，供参考：
设计一个自动化生产线：学生可以根据一定的生产任务要求，设计一个包含多个工作站的生产线，要求实现自动化控制、物料输送、零部件加工、质量检测等功能。
学生需要考虑机械部分的设计和制造，电气控制系统的设计与编程，以及整个系统的优化调试。
设计一个自动驾驶小车：学生可以选择一个现有的小车平台，通过搭载各种传感器和控制电路，实现自动驾驶功能。
学生需要学习机器视觉、Lidar雷达等技术，掌握小车路径规划和控制算法，以及电子电路设计和调试技巧。
设计一个智能家居系统：学生可以设计一个包含多个智能设备的家居系统，例如温度控制器、照明系统、智能锁等，实现远程控制和
智能联动。
学生需要学习无线通信技术、物联网协议、嵌入式系统设计等知识，掌握电子电路和程序设计技能。
设计一个机器人系统：学生可以设计一个具有自主导航和自主控制能力的机器人系统，例如巡检机器人、拾取机器人等。
学生需要学习机器人动力学、路径规划、机器视觉等技术，掌握机械设计和电子控制技能，以及编写机器人控制程序的能力。
在进行课程设计时，建议采用分组或个人完成的形式，根据课程要求和时间安排，确定任务目标、分工协作、进度管理等方面的具体内容。
同时，需要注意安全问题，加强实验室安全教育和管理，保证学生人身安全和设备安全。
机电一体化系统设计第二版课程设计
机电一体化系统设计第二版课程设计概述本课程设计旨在运用机电一体化的知识，完成一台具有完整机电一体化系统体系结构的机械及其控制系统。
通过本课程设计，希望学生们能够掌握机电一体化系统设计的方法和技能，以及掌握系统设计、机械设计和控制系统设计等方面的综合能力。
设计任务设计一台模拟生产线过程的机械并配备相应的控制系统，以完成自动化生产线上的生产任务。
设计的机械应能够具备多种功能特点，例如自动分拣、切割和堆垛等工作，同时具备跟踪控制，安全保护，维修与调试等多种功能。
设计原则1.设计应具备先进性和实用性，以最大限度地满足实际生产需求。
2.系统应保证运行的可靠性和稳定性，降低因意外故障导致的生产线停顿率。
3.应达到生产效率和质量的双重要求。
4.充分考虑机械、控制系统整体的设计与集成，确保实现机电一体化效果。
设计流程1.确定设计要求，明确机械和控制系统的功能需求及性能标准。
2.进行市场调研，确定可行的方案，考虑机械与控制系统的整体集成，保证机电一体化的效果。
3.进行机械结构设计，包括3D模型设计、零件图纸绘制与操作方案的设计等。
4.进行控制系统设计，涉及电气电子控制系统的设计、PLC控制器的编程、人机界面的设计等环节。
5.进行机械和控制系统的联调，调试并运行检测。
6.进行测试和试验，在实际生产环境下检验系统的性能和可靠性。
7.进行方案评估和效果分析，优化系统设计。
设计内容设计内容主要分为两个方面：机械部分和控制系统部分。
机械部分1.确定机械的结构设计方案。
2.设计机械的3D模型。
3.绘制机械零部件图纸。
4.设计机械操作方案。
控制系统部分1.设计电气电子控制系统方案，包括传感器、执行器、驱动器等控制元件的确定。
2.对PLC控制器进行编程。
3.设计和实现人机界面系统。
4.调试控制系统的各个部分，并进行系统集成测试。
设备说明机械设备清单序号设备名称规格型号数量1 传送带宽度1500mm，长度10000mm 12 自动分拣系统– 13 切割系统进口激光数控切割机 14 堆垛系统最大承载1000kg 1控制系统清单序号设备名称规格型号数量1 PLC控制器– 12 人机界面设备– 13 传感器–104 执行器–105 控制柜– 1序号设备名称规格型号数量6 电缆线–若干总结机电一体化系统设计是一个相当有挑战性的任务，需要综合运用机械、电气、电子、自动控制等多学科知识。
《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书
《机电一体化系统设计课程设计》设计说明书一、课程设计的目的机电一体化系统设计是一门综合性很强的课程，通过本次课程设计，旨在让我们将所学的机电一体化相关知识进行综合运用，培养我们独立设计和解决实际问题的能力。
具体来说，课程设计的目的包括以下几个方面：1、加深对机电一体化系统概念的理解，掌握系统设计的基本方法和步骤。
2、熟悉机械、电子、控制等多个领域的知识在机电一体化系统中的融合与应用。
3、培养我们的工程实践能力，包括方案设计、图纸绘制、参数计算、器件选型等。
4、提高我们的创新思维和团队协作能力，为今后从事相关工作打下坚实的基础。
二、课程设计的任务和要求本次课程设计的任务是设计一个具有特定功能的机电一体化系统，具体要求如下：1、确定系统的功能和性能指标，包括运动方式、精度要求、速度范围等。
2、进行系统的总体方案设计，包括机械结构、驱动系统、控制系统等的选择和布局。
3、完成机械结构的详细设计，绘制装配图和零件图。
4、选择合适的驱动电机、传感器、控制器等器件，并进行参数计算和选型。
5、设计控制系统的硬件电路和软件程序，实现系统的控制功能。
6、对设计的系统进行性能分析和优化，确保满足设计要求。
三、系统方案设计1、功能需求分析经过对任务要求的仔细研究，确定本次设计的机电一体化系统为一个小型物料搬运机器人。
该机器人能够在规定的工作空间内自主移动，抓取和搬运一定重量的物料，并放置到指定位置。
2、总体方案设计（1）机械结构采用轮式移动平台，通过直流电机驱动轮子实现机器人的移动。
机械手臂采用关节式结构，由三个自由度组成，分别实现手臂的伸缩、升降和旋转，通过舵机进行驱动。
抓取机构采用气动夹爪，通过气缸控制夹爪的开合。
（2）驱动系统移动平台的驱动电机选择直流无刷电机，通过减速器与轮子连接，以提供足够的扭矩和速度。
机械手臂的关节驱动选择舵机，舵机具有控制精度高、响应速度快等优点。
抓取机构的气缸由气泵提供气源，通过电磁阀控制气缸的动作。
机电一体化系统设计课程设计
机电一体化系统设计课程设计一、课程概述1.1课程背景1.2课程目标1.3课程内容1.4教学方法1.5考核方式二、课程背景2.1机电一体化系统概述2.2机电一体化系统在工业生产中的应用2.3机电一体化系统在日常生活中的应用2.4机电一体化系统的发展趋势三、课程目标3.1了解机电一体化系统的基本概念和原理3.2掌握机电一体化系统的设计方法3.3能够应用机电一体化系统解决实际问题3.4培养学生的团队合作能力和创新能力四、课程内容4.1机电一体化系统的基本概念和原理4.1.1机电一体化系统的定义4.1.2机电一体化系统的组成4.1.3机电一体化系统的工作原理4.2机电一体化系统的设计方法4.2.1机电一体化系统的需求分析4.2.2机电一体化系统的结构设计4.2.3机电一体化系统的控制设计4.2.4机电一体化系统的传感器和执行机构设计4.3机电一体化系统的应用案例分析4.3.1工业生产中的机电一体化系统应用4.3.2日常生活中的机电一体化系统应用4.4机电一体化系统的实验设计4.4.1机电一体化系统实验的设计原则4.4.2机电一体化系统实验的搭建方法4.4.3机电一体化系统实验的数据分析五、教学方法5.1理论教学5.1.1讲授5.1.2讨论5.1.3案例分析5.2实践教学5.2.1实验教学5.2.2项目设计5.3网络教学5.3.1在线课程5.3.2远程协作六、考核方式6.1平时表现6.2实验报告6.3课堂讨论6.4期末考试6.5项目设计成果七、机电一体化系统设计课程的意义与发展7.1对于学生的意义7.1.1增强对机电一体化系统的理解7.1.2培养创新能力和团队合作能力7.1.3提升就业竞争力7.2对于专业发展的意义7.2.1推动机电一体化系统相关课程的设置7.2.2加强学校与企业的合作7.2.3增强学校在机电领域的影响力7.3机电一体化系统设计课程的未来发展7.3.1结合人工智能和大数据技术7.3.2强化实践教学和创新创业教育八、结语8.1总结课程设计的重点8.2展望机电一体化系统设计课程的未来发展以上就是机电一体化系统设计课程设计的内容，通过对课程背景、目标、内容、教学方法和考核方式的详细规划，可以有效地帮助学生掌握机电一体化系统的基本概念和设计方法，培养学生的实践能力和团队合作能力，提升学校在机电领域的影响力，推动机电一体化系统设计课程的发展。
机电一体化系统设计第四版课程设计
机电一体化系统设计第四版课程设计1. 课程设计背景及目的机电一体化系统是现代制造业中常用的一种技术。
它将机械、电气、电子、传感器等多个领域的技术融合在一起，实现了自动化、智能化、高效率、高精度的生产流程。
在工业生产中具有广泛的应用前景。
本课程设计旨在通过设计机电一体化系统，让学生深入了解机电一体化技术，掌握机电系统的设计原理与方法，培养学生的机电一体化系统设计能力和实践能力。
2. 设计要求2.1 设计目标设计一个具有自动化、智能化、高效率、高精度的机电一体化系统，要求满足以下功能：•具有自动化控制系统，能够自动完成生产流程；•具有各种传感器、执行器等控制设备，能够实时获取生产状态信息并进行控制；•具有高精度的精确控制能力，能够保证生产质量和效率。
2.2 设计内容•机械设计：设计一个包含多个部件的机械系统，实现物料转移、加工、成品分离等操作。
根据机械系统的功能需求，设计适当的运动轨迹、速度、力学参数等。
•电气设计：设计配备各种传感器、执行器等设备的电气控制系统，实现对机械系统运动、物料流动等各方面的控制。
电气设计需要综合考虑各种因素，如噪声、电磁兼容性、安全可靠性等。
•控制系统设计：设计机械控制系统和电气控制系统的集成控制器，实现对整个机电系统的自动化控制。
控制系统需要具有高精度、高响应、高鲁棒性等特点，能够保证生产过程的稳定性和效率。
2.3 设计要求•机械系统应具有适当的小型化性质，易于搬运和维护；•电气系统应具有良好的隔离性，保证安全和避免电磁干扰；•控制系统应具有高可靠性，能够保证生产过程的稳定性和效率。
3. 设计步骤3.1 设计方案确定根据设计要求，确定机械系统、电气系统和控制系统的整体方案，包括机械系统的结构布局、传动链设计、电气系统的元件选型、电路设计和控制系统的算法设计等。
3.2 细节设计在确定了整体方案后，对各个系统进行细节设计，包括机械系统的部件设计、电气系统的布线设计、控制系统的编程等。
机电一体化系统设计课程设计课件
设计软件介绍
SolidWorks
三维机械设计软件，用于建立三维模型、进行运动分析和优化设计。
AutoCAD
二维绘图软件，用于绘制平面图、电路图和布局图等。
MATLAB/Simulink
仿真软件，用于系统建模、分析和优化。
LabVIEW
虚拟仪器软件，用于数据采集、处理和控制等。
设计经验分享
经验一
注重系统整体性
设计要求
明确课程设计的要求，包括技术指标、性能参数、安全性能等方 面。
设计优化
在设计过程中注重优化，提高系统的性能、稳定性和可靠性。
设计成果评价
评价标准
制定合理的评价标准，对设计成果进行评价 。
评价方法
采用多种评价方法，如专家评审、实验测试 等，确保评价结果的客观性和准确性。
反馈与改进
根据评价结果，及时反馈设计中的不足之处 ，并进行改进和完善。
01
课程设计任务与要 求
设计任务书解读
任务书内容
01
详细解读课程设计任务书，明确设计目标、要求、限制条件和
预期成果。
任务书分析
02
对任务书中的各项内容进行深入分析，理解设计的重点和难点
。
任务书实施计划
03
根据任务书要求，制定合理的设计实施计划，确保按时完成设
计任务。
设计要求与规范
设计规范
掌握机电一体化系统设计的基本规范和标准，确保设计符合行业 要求。
实时性、稳定性、可扩展性
传感检测系统设计
设计内容
传感器选型、信号处理电路、数据采 集与传
设计要点
准确性、可靠性、抗干扰能力
01
机电一体化系统设 计实践
设计案例分析
机电一体化(波轮式全自动洗衣机)课程设计
目录前言........................................... 错误!未定义书签。
洗衣机说明书1. 课程设计的任务.............................. 错误!未定义书签。
2. 洗衣机简介 (2)2.1全自动洗衣机特点 (3)2.2洗衣机工作原理概述 (4)3. 传动方案讨论 (4)4.传动系统的设计计算 (6)4.1减速离合器的结构和工作原理简介 (6)4.2减速离合器零部件的计算与选择 (13)4.3减速离合器零件装配图 (16)5.进/排水系统结构原理简介 (16)5.1进水电磁阀的结构与工作原理 (17)5.2排水电磁阀的结构与工作原理 (18)5.3水位开关控制原理 (20)6.控制系统的设计 (22)6.1控制芯片的选择 (22)6.2程序框图 (22)6.3控制程序设计 (24)6.4电气控制图 (39)心得体会 (40)参考文献 (41)附录 (41)前言本次机电一体化课程设计的重点在于硬件部分的减速离合器设计。
经过小组提出方案对比与讨论，最终决定使用单向轴承式减速离合器，具体讨论过程将在后面的说明书中详细介绍。
减速离合器的各部件的选择、设计是洗衣机硬件部分的设计重点，其具有体积小，功能多，零部件构成复杂等特点。
主要构成部分有离合装置，制动装置以与行星轮系二级减速装置，这些装置的设计尺寸选择，功能原理将在后面的洗衣机说明书中详细介绍。
考虑到设计的是家用洗衣机，并根据对洗衣机体积，功能的要求确定洗衣机采用以单片机为核心的通用自动控制装置，它具有功能强、可靠性强、编程简单、使用方便、体积小等特点。
该控制系统可实现用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
该设计为单片机控制的全自动家用洗衣机，主要介绍了全自动洗衣机的工作原理（主要是重点设计部件减速离合器），控制系统的单片机的选型和资源的配置，控制系统程序设计与调试，控制系统单片机程序。
机电一体化系统课程设计设计说明书模版
Part Seven
课程设计过程 中，对机电一 体化系统的理 解和掌握得到
了提升
提高了解决问 题的能力和团
队协作能力
学会了如何将 理论知识应用
于实际项目
对未来在机电 一体化领域的 发展有了更清 晰的认识和规
划
课程设计成果的优缺点分析
课程设计过程中存在的问题 和困难
改进方向：如何提高课程设 计的质量和效果
设计内容：包括机械、电子、控制、 软件等多个方面
设计时间：根据课程安排，一般在几 周内完成
设计工具：可以使用CAD、 SolidWorks等软件进行设计
设计限制：需要考虑成本、安全性、 环保等因素
设计成果：需要提交设计报告、图纸、 实物模型等
Part Three
机电一体化系 统由机械、电 子、控制、软 件等多个子系
展望未来：对课程设计的发 展趋势和前景的预测
机电一体化技术的发展趋势 课程设计的改进方向 学生能力的培养与提升 课程设计的实际应用与推广
汇报人：
能要求
机电一体化系统的组成和功能
机电一体化系统的控制策略和 算法
机电一体化系统的稳定性和可 靠性
机电一体化系统的安全性和环 保性
机电一体化系统设计：包括机械、电子、控制、软件等多个方面的设计 硬件设计：包括传感器、执行器、控制器等硬件设备的选择和设计 软件设计：包括控制算法、人机界面、通信协议等软件的设计和实现 系统集成：将硬件和软件集成为一个完整的机电一体化系统，并进行调试和优化
电源设计：选 择合适的电源 类型，如交流 电源、直流电
源等
安全保护装置 设计：设计安 全保护装置， 如过载保护、
短路保护等
选型原则：根 据系统需求选 择合适的电源 与安全保护装
机电一体化课程设计
机电一体化课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解机电一体化的基本概念，掌握其核心组成部分及工作原理；2. 学习并掌握机电一体化系统中的常见传感器、执行器及其应用；3. 掌握机电一体化系统设计的基本流程和方法，能够进行简单的系统分析与设计。
技能目标：1. 能够运用所学知识，进行简单的机电一体化系统组装与调试；2. 培养学生运用CAD软件进行机电一体化系统零部件的设计与绘图的技能；3. 提高学生团队协作能力，培养在项目实践中解决问题、动手操作的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机电一体化技术的兴趣，激发创新意识，提高学习积极性；2. 培养学生具备良好的工程素养，认识到机电一体化技术在工业发展中的重要性；3. 培养学生的环保意识，关注机电一体化技术在节能减排方面的应用。
课程性质分析：本课程为实践性较强的学科，旨在培养学生的动手能力、设计能力和创新能力。
学生特点分析：学生为高中年级，已具备一定的物理、数学基础，对机电一体化技术有一定了解，但缺乏实践经验。
教学要求：结合课程性质、学生特点，注重理论与实践相结合，强调实践操作，培养学生在实际项目中的应用能力。
通过课程学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面达到预期目标，为后续学习打下坚实基础。
二、教学内容1. 机电一体化基本概念：介绍机电一体化的定义、特点及发展历程，对应教材第一章内容。
- 机电一体化的基本组成部分- 机电一体化的应用领域及发展趋势2. 传感器与执行器：学习各类传感器、执行器的工作原理与应用，对应教材第二章内容。
- 常见传感器的工作原理及选用方法- 常见执行器的类型、原理及控制方法3. 机电一体化系统设计：讲解机电一体化系统设计的基本流程、方法及注意事项，对应教材第三章内容。
- 系统设计的基本步骤- 常用设计方法及案例分析- 设计中应注意的问题及解决方案4. CAD软件应用：学习CAD软件在机电一体化设计中的应用，对应教材第四章内容。
机电一体化课程设计
目录课程设计的目的 (2)《机电一体化系统设计》课程设计任务及设计参数 (2)一、系统总体改造方案的确定 (4)二、工作台旋转机械部分的改进 (4)三、工作台升降机械部分改进 (7)四、最佳方案 (9)五、其他机械部分改进 (10)六、控制部分方案设计 (13)小结 (16)参考文献 (16)附图课程设计的目的1）学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。
2）通过对机械系统的设计掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。
齿轮同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等。
3）通过对进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式，学会选用典型的位移速度传感器；如交流、步进伺服进给系统，增量式旋转编码器，直线光栅等。
4）通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路；如控制系统选用原则、CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配置、键盘与显示电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电机的控制软件等。
5）培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思路。
6）锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。
《机电一体化系统设计》课程设计任务及设计参数1、课程设计名称旋转工作台的机电一体化设计2、设计任务1.1机械部分说明该机构的工作原理、传动支撑方式、导向方式、预紧方式等；若有必要，可在提供的CAD图中按自己认为合理的方式进行修改。
设计限位装置（如接近开关的安装支座）1.2控制部分该装置由两台异步电动机驱动，其中一台电机控制工作台在90度范围内往复旋转，另一台电机控制工作台上的托辊转动，完成工件输入、停止和输出的动作。
要求用继电器接触器控制系统、或PLC、或单片机完成上述动作的控制1.3提交的设计文件设计说明书（A4）、机械部分图纸（A1）1张、电气控制图（A3）2-3张。
机电一体化系统设计 课程设计
一、概述机电一体化系统是指在机械与电气领域的融合中，通过智能化、自动化技术手段的应用，实现机械和电气控制及驱动一体化。
机电一体化系统的设计是一个复杂而又重要的课题，涉及到机械、电子、自动控制、传感器、软件等多个领域的知识。
在现代工业生产中，机电一体化系统已经得到广泛应用，因其具有高性能、高效率、高灵活性和可靠性等优点，因此对其设计的研究与应用愈发受到重视。
二、机电一体化系统设计的基本原理1. 机电一体化系统的定义机电一体化系统是指在机械、电子、计算机、自动控制等多个领域知识的基础上，将各种设备或系统组合成一个整体，在保证各子系统之间具有联动性、互补性和协调性的基础上，使之实现协同工作，其目的是提高系统的集成度、稳定性和可靠性，降低能源消耗和材料的浪费。
2. 机电一体化系统设计的基本原理（1）需求分析：根据客户需求以及系统使用环境等，对机电一体化系统的功能和性能进行详细的分析和界定，确定系统的基本要求和指标。
（2）功能设计：在明确了系统的需求后，根据系统的功能和性能要求，进行系统的结构设计、模块设计、软硬件设计等。
（3）控制系统设计：设计和实现机电一体化系统的控制策略，选择合适的传感器、执行器和控制器，并设计相应的控制算法。
（4）通信网络设计：建立合适的通信网络，实现不同设备之间的数据交换和信息传递。
（5）安全性设计：设计系统的安全控制系统，保证系统在运行过程中的安全性。
（6）可靠性设计：考虑系统的故障预防、故障检测和故障诊断手段。
（7）试验验证：通过实验验证，检验系统的各项指标是否符合设计要求。
三、机电一体化系统设计的主要挑战1. 多学科交叉：机电一体化系统设计需要涉及到机械、电子、计算机、自动控制等多个学科的知识，需要具备全面的知识背景和跨学科的综合能力。
2. 复杂性：机电一体化系统设计需要考虑到各种不同的因素，如机械结构、传感器、执行器、控制算法等，使得系统设计变得极为复杂。
3. 故障预防：机电一体化系统工作环境复杂，系统工作稳定性要求高，需要考虑到各种故障可能性，并提出相应的预防措施。
机电一体化系统设计课程设计指导书
机电一体化系统设计课程设计指导书本课程设计指导书详细介绍了机电一体化系统的设计过程，通过本课程的学习，能够掌握机械设计、电气控制、程序编写等方面的技能，从而实现对机电一体化系统的全方位掌握。
第一部分：课程设计的背景和意义。
机电一体化系统是现代制造业中的重要技术，它将机械设计和电气控制有机地结合起来，通过计算机程序控制，从而实现自动化生产。
机电一体化系统能够提高生产效率，降低人工成本和生产成本，减少生产过程中的事故发生率等。
因此，掌握机电一体化系统设计技术对于现代制造业来说具有重要的意义。
第二部分：课程设计的教学目标。
本课程设计的教学目标主要包括以下方面：熟悉机电一体化系统的基本原理和设计流程、掌握机械设计和电气控制的技能、学会利用电气软件和编程语言进行系统的设计和控制、培养学生的计算机编程能力以及团队协作和创新能力等。
第三部分：课程设计的教学内容及要求。
本课程设计的教学内容主要包括以下几个方面：机电一体化系统的概述与原理、机械传动系统的设计、电气控制系统的设计、编程语言的基础知识、控制系统的软件设计、系统测试与调试等。
同时，对于学生，需要满足以下要求：1.能够独立完成机电一体化系统的设计与调试；2.掌握机械设计和电气控制的基础知识；3.了解编程语言和控制系统的软件设计；4.具备独立思考和解决问题的能力；5.能够合理地分工合作，完成项目中自己的任务。
第四部分：课程设计的考评方法。
本课程设计考核主要由课程设计报告和现场演示两个环节组成。
课程设计报告应包括系统设计流程、系统组成部分的详细设计、系统测试与调试等内容。
现场演示应展示课程设计的系统实现效果，并结合实验环节进行现场演示和讲解。
学生将按照报告的质量和现场演示的表现情况分数。
第五部分：总结。
机电一体化系统设计是一个综合性强，涉及面广的学习课程，需要学生熟练掌握机械设计、电气控制、编程语言等方面的知识，才能达到理论与实践相结合的目的。
因此，在课程设计中，需要教师根据学生的实际情况，采取不同的授课方式，增强学生的学习兴趣和参与度，从而提高学生的学习效果。
机电一体化的课程设计
机电一体化的课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解机电一体化的基本概念，掌握其核心组成部分及工作原理；2. 掌握机电一体化系统中的传感器、执行器、控制器的功能及相互关系；3. 了解常见机电一体化设备的结构、原理及应用。
技能目标：1. 能够分析并绘制简单的机电一体化系统原理图；2. 能够运用所学知识对机电一体化设备进行故障排查和维护；3. 能够运用相关软件对机电一体化系统进行仿真分析。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机电一体化的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生具备良好的团队合作精神，学会与他人共同解决问题；3. 增强学生的环保意识，使其关注机电一体化技术在可持续发展中的作用。
课程性质：本课程旨在帮助学生建立机电一体化的基本概念，掌握相关知识和技能，培养其实践操作能力，提高解决实际问题的能力。
学生特点：本课程针对的是高年级学生，他们已具备一定的物理、数学和工程基础知识，具有较强的学习能力和实践操作能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，将课程目标分解为具体的学习成果，注重理论与实践相结合，提高学生的综合运用能力。
在教学过程中，注重启发式教学，引导学生主动探究，培养其创新精神和团队合作能力。
同时，关注学生的个体差异，因材施教，使每位学生都能在课程中取得良好的学习效果。
二、教学内容1. 机电一体化基本概念：介绍机电一体化的定义、发展历程、应用领域及发展趋势；教材章节：第一章内容列举：1.1 机电一体化的定义；1.2 发展历程；1.3 应用领域；1.4 发展趋势。
2. 机电一体化系统组成：讲解传感器、执行器、控制器等核心组成部分的功能及相互关系；教材章节：第二章内容列举：2.1 传感器；2.2 执行器；2.3 控制器；2.4 各组成部分的相互关系。
3. 常见机电一体化设备：分析典型机电一体化设备的结构、原理及应用；教材章节：第三章内容列举：3.1 数控机床；3.2 工业机器人；3.3 智能家居；3.4 自动化生产线。
机电一体化课程设计方案
第一章绪论课程设计是《机电一体化系统设计》课程的重要实践环节，其目的是使学生能在传统的机电产品更新换代和新的机电一体化产品研制开发领域掌握必要的实验技能，目的在于培养学员对机电一体化产品的设计能力，另外还包括：1）通过课程设计，理解机电一体化系统设计的基本知识。
2）掌握元部件的正确选择方法和特性参数的实验方法。
机电一体化系统的硬件一般由机械主体部分、传感器、信息处理、计算机及电路部分和执行元件等构成，其设计内容和设计方法基本上可归纳为以下几个方面：1）采用微型计算机＜包括单片机）进行数据采集、处理和控制主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制。
2）选用驱动控制电路，对执行机构进行控制主要考虑电动机的选择及驱动力矩的计算及控制电动机电路的设计。
3）精密执行机构的设计主要考虑数控机床工作台传动装置的设计问题。
要弄清机构或机械执行的主要功能＜如传递运动、动力、位置控制、微调、精密定位或高速运转等），进行力＜力矩）、负载转矩、惯性＜转动惯量）、加＜减）速控制和误差计算。
提出装配图和零件加工图。
提出电动机和计算机控制要求。
4）采用传感器进行反馈控制或作为测量敏感部位。
5）学会使用手册和图表资料。
本次课程设计是设计回转体数控测量装置，通过此次课程设计，学员应具有机电一体化系统设计的初步能力，初步建立了正确的设计思想，学会运用手册、标准、规范等资料，培养了分析问题和解决实际问题的能力。
第二章回转体数控测量装置总体方案分析回转体数控测量装置是一种测量回转体外形轮廓的机电一体化系统，其基本工作原理利用检测光幕传感器检测位于其中的回转体。
回转体一般是柱形工件，由卡盘夹紧并由电机驱动经减速器使其旋转，对于较长的工件，还要求有尾架，并在尾架上安装顶尖，支顶较长的工件。
检测光幕传感器在回转轴方向<Z 向）可以来回移动，能对回转体每个截面的轮廓进行测量。
此次任务给定的参数如下：行程范围向可正反转连续回转运动分辨率0.01mm C 向优于0.1°Z 向最大移动速度C 向最大选择速度被检测工件最大尺寸< 材料为钢）外形尺寸< 参考）Z 向350mm CZ 向由于2200mm/min130r/min0 50mm x 350mm700mm x 400mm x 320mm2.1回转体数控测量装置总体方案确定回转体数控测量装置总体方案的确定包括系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构及传动方式的确定、计算机系统的选择等。
机电一体化课程设计
前言随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造水平的重要标志。
采用经济型数控系统对普通机床数控改造，尤其适合我国机床拥有量大、生产规模小的具体国情。
《电气时代》、《机械工人》、《电气应用》等多家杂志为满足广大企业技术改造发展生产的需要，多次联合举办学习班，为企业提供权威、经济、可行、实用的技术指导，改造费用为新购置费用的四分之一到三分之一。
鉴于此，对我们本科生来说，进行一次机电一体化课程设计尤为重要！该课程设计的目的与内容如下：一、课程设计的目的机电一体化系统设计课程设计是机电一体化系统课程的最后一个教学环节，同时也是一次对学生进行全面的机电一体化设计训练，其基本目的是：（1）综合运用机电一体化系统设计课程和其它有关先修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决机电一体化指纹设计问题，并使所学知识得到进一步巩固和深化；（2）学习机电一体化系统设计的一般方法，了解和掌握常用的机电一体化系统中的机械设计及接口电路诉设计方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别使总体设计和零部件设计的能力；（3）通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养机电一体化系统设计的基本技能。
二、课程设计内容（1）采用微机（包括单片机）进行数据采集、处理和控制，主要考虑计算机的选择或单片机动性构成电路的选用，接口电路，软件编制。
》（2）选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。
主要考虑电机的选拔馺驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。
要（3）精密执行机构的设计。
主要考虑数控机床工作台传动装置的设计问题；主要考虑数控机床工作台传动装置的设计问题；要弄清机构或机械执行的主要功能（如传递运动、动力、位置控制、微调、精密定位或高速运转等），进行力（力矩）、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算，提出装配图和零件加工图，提出对电机驱动和计算机控制要求。
（4）采用传感器和计算机控制要求。
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4、总装配图
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3、总装配图（续）
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四、检测系统设计及其要点
半闭环系统的检测任务：位置检测、速度检测，通常采用 光电编码盘可同时用于以上两个参数的检测。 1、转角测量 传感器--光电编码盘
参数选择：脉冲分辨率 测量方法：计数值*脉冲分辨率 2、零位检测 传感器---行程开关+光电编码盘
机电一体化系统设计课程设计辅导材料
主要内容： 一、课程设计的任务及其性能指标 二、系统总体设计 三、机械系统设计步骤及要点 四、检测系统设计及其要点 五、控制器及其信息接口设计 六、课程设计说明书（论文）
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1
参考书目： 《机电一体化设计基础》、 《机电一体化系统设计课程设计指导书》尹志强 等 编著，机工出版社、 《单片微机测控系统设计大全》王福瑞等编著，北京 航空航天大学出版社、 《机械设计手册》、 《机电一体化系统设计手册》 电动机（步进电机、直流伺服电机等）产品技术手册 传感器（光电编码盘、接近开关等）产品技术手册
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工作台图形
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数控工作台主要性能指标：（参数要求）
X方向工作行程：300mm
Y方向工作行程：200mm
工作台面参考尺寸：500X300（mm2）
平均切削力：
1500N
平均切削进给速度：600mm/分
最高运动速度： 6m/分
定位精度：
± 0.01mm
工作寿命：
每天8小时，工作8年
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设计内容：
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一、课程设计的任务及其性能指标 1、设计任务介绍 课程设计的题目：X-Y数控进给工作台设计 数控进給工作台是数控机床的主要部件之一，是典型的位 置伺服系统，有三种形式：
开环系统
半闭环系统
闭环系统
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课程设计的任务
❖ 根据技术要求设计一X—Y数控工作台， 包括机械系统和控制系统。
❖ 设计工作可分成两部分：一是书面设计， 包括机械部分总装配图纸、控制器的原 理图和部分程序设计。二是实验调试工 作，即实现对实际工作台进行运动控制。
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二、总体方案设计（续2） 全闭环系统采用直线光栅测量工作台位移、增量式光电编 码盘检测电机或丝杠转速。
4、执行元件确定
开环系统选用步进电机，半闭环和全闭环系统选择直流伺 服电机或交流伺服电机。
5、控制器计算机系统选择
单片机、可编程控制器、工业控制计算机是机电一体化系 统控制器采用的三种基本计算机。
开关等
细分---辨向---计数
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（1）信息输入接口 光电编码盘（续）
❖ 色彩新颖和谐，与环境相协调，以利于 操作者心情舒畅，减少心理错觉，提高 工作效率。（色彩原则）
❖ 操作路径短、舒适。（人体结构）
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D、价值系数最优原则
❖ 根据价值工程原理，产品的价值V常 用产品的总功能F与成本C的比值， 即V=F/C来表示。
❖ 要提高产品的价值系数，在很大程度 上决定于设计。
二、总体方案设计
❖ 设计任务分析
❖ 主要参数及技术指标的确定
❖ 方案制定
❖ 在具体设计之前，本着简单、实用、经济、安全、
美观的基本原则所进行的综合性的设计。
产生的技术文件：
❖ 1.设计任务书（技术任务书）
❖ 2.机构运动简图（系统简图）
❖ 3 关键元器件确定
❖ 4.总装配图
❖ 5.部件装配图
❖ 6.电气、光学、气动、液压原理图
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总体方案示意图（开环）
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总体方案示意图(半闭环）
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总体方案示意图(全闭环）
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三、机械系统设计步骤及要点 1、机械系统初步设计 （草图） 需要考虑的几个问题：丝杠的支承方式 反向间隙消除 、联轴器选择
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2、结构尺寸
传动比、脉冲当量 几何尺寸-滚珠丝杠工作长度、其它几何尺寸等 计算选择滚珠丝杠 计算选择滚动导轨 初选电动机、电机支承 初选传感器、安装（什么位置？如何安装？）
❖ 7.总体设计报告
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二、总体方案设计（续1） 1、确定控制方式
定位精度—中等，负载不大，适合采用开环控制方式或采 用半闭环控制方式
2、确定机械传动方案
根据机电一体化系统对传动系统的要求：采用低摩擦系数 的传动器件：滚珠丝杠、滚动导轨；无间隙联轴器 ；
消除反向传动间隙等。
3、确定检测方案
半闭环系统采用增量式光电编码盘检测电机或丝杠转角、 转速、零位。
3、操作面板（决定人机接口）
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五、控制器及其信息接口设计（续2）
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4、人机接口设计 （1）分析信号形式、统计数量 （2）设计接口
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3、人机接口设计(续1）
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3、人机接口设计(续2）
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3、人机接口设计(续3）
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4、机电接口设计
半闭环系统
（1）信息输入接口 光电编码盘、直线光栅、接近
摩擦离合器 超越离合器
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对于同一个零件而言，各处应力相等， 寿命相同－等强度原理
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力自平衡原则
❖ 采取相应的措施消除或减轻机电系统中 的无用的力（如离心力、变速惯性力）
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力自加强原则少变形和材料的使用
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C、符合人机工程原则
❖ 外形应直挺光滑，变化有致，结构配置 匀称，大方稳重（分割原则）
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四、检测系统设计及其要点（续）
检测方法： 3、位移检测 传感器—直线光栅 监测方法：
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五、控制器及其信息接口设计 设计数控工作台的功能： 工作方式：点动工作、步进工作、自动工作 工作速度：快速进给、工作进給 工作方向：正向运动、反向运动 回零位 超限报警 进給坐标显示
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五、控制器及其信息接口设计（续2） 2、选择计算机
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3、设计原则
A、满足精度的设计原则
1．结构最简单原则 2. 阿贝原则（同线原理） 3．变形最小原则 4．基面统一原则 5. 粗精分离和精度匹配原则 6．运动学原理和弹性平均原理 7．平均效应原理和误差补偿原理 （弹性
平均原理和多次重复测量）
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阿贝原则（同线原理）
如：直线光栅的安装结构
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变形最小原则
如：工作台滑座的支承距离确定
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基面统一原则
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粗精分离和精度匹配原则
❖ 轴径（需要和不需安装轴承的） ❖ 支承件平面（有无安装件？安装精度如
何？） ❖ 是否需要定位和调整？
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运动学原理和弹性平均原理
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B、满足强度的设计原则
❖ 1．等强度原则 ❖ 2．力自平衡原则 ❖ 3．力自加强原则 ❖ 4．力作用路径最短原则 ❖ 5．力自保护原则