机电一体化系统设计实例修改
机电一体化系统总体设计-设计过程示例
P-N5 250t座式焊接变位机 德国诺威尔重型机器制造有限公司
HB-60t型焊接变位机 成都焊研威达自动焊接设备有限公司
两自由度变位机 意大利Innse-Berardi公司
加氢反应器的两自由度变位机 法国Framatome公司
b.概念设计
2）工艺可实现性
概念设计
5）避免不良 结构性
概念设计：通 过构思确定设 计任务和用简 图形式表达的 设计问题的一 个求解轮廓。
启 动 、
变 速
仪 表 显
照 明
其 他
换
递 与 分
铲 斗
推 压
移停
示
动止
）（
配
制
动
）
3、功能元组合——相容矩阵法
方案序号
1
2
分功能
A
推压
齿条
钢丝绳
B
铲斗
正铲斗
反铲斗
C
提升
油缸
绳索
D
回转
内齿轮传动 外齿轮传动
E
能量转换
柴油机
F 能量传递与分配 齿轮箱
油泵
G
制动
带式制动 阐瓦制动
H
变速
液压式
齿轮式
I
行走
θ3
K
F0 2 B
x3 GK α
1
y3
D η
G1：滑块的重力
F2 1 θ 2
x2 G2：引导螺丝的重力
GK：各运动部件的重力
C
θ1
F0 1
y2
G1
F1 2
G2 x0
x1
y0 y1
A
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
机电一体化系统设计典型实例
1
优势
提高劳动效率，降低成本，增强品质和可靠性，利于维护和管理，并且有一定的 生态效益。
2
挑战
需要协调多个领域的专业技能和信息，需要对未来市场趋势和新技术有敏锐的洞 察力。
结论和总结
未来趋势
随着城市化进程加速，智慧城市崛起，机电一体 化技术将发挥更加重要的作用。
应用广泛
除了上述提到的几个行业，机电一体化技术还可 以广泛应用于医疗、农业、能源等领域。
利用机器视觉技术和高精度 地图，实现自动驾驶，减少 人为事故，提高交通规划的 效率。
智能设施
借助物联网技术和现代传感 器，交通设施变得更加智能 化，如自动收费、智慧路灯、 快速充电等。
流量管理
交通监测和分析系统可以帮 助城市管理者更好地解决交 通拥堵、路况状况和安全问 题。
机电一体化系统设计的优势和挑战
典型实例1：自动化生产线
质量控制
为了生产一致的高质量产品，生产线上使用了 各种传感器、机器视觉技术，以及即时数据处 理软件。
智能机械
生产线使用了各类高效率的机械装备，如机器 人和自动化部件来执行重复性工作。
实时监控
使用先进仪表和监控系统来跟生产量、质量， 及时发现和解决问题。
典型实例2：智能家居系统
提高质量
优秀的系统设计可以增加 可靠性和一致性，减少错 误率，提高产品质量。
机电一体化系统设计的基本原则
1
综合考虑
根据具体需求和环境条件，综合考虑
高效稳定
2
机械、电气、控制等因素。
设计系统要注重功能稳定性，保证机
电作用的高效协同。
3
安全实用
系统设计要符合安全要求，具有便于 维修、保养和更新升级的特点。
机电一体化课程设计实例-全自动洗衣机
1
2.洗衣桶
洗衣桶内强制循环毛絮过滤结构如图8-3所示。
2
*
脱水桶 波轮 波轮一般采用聚丙烯塑料或ABS塑料注塑成形，如图8-4所示。
*
传动结构 传动结构中，波轮轴总成是关键部件，如图8-5所示。
*
密封圈的结构如图8-6所示。
*
电动机 洗涤电动机 洗涤电动机接线图如图8-7所示。
*
脱水电动机 脱水系统的刹车机构如图8-9所示。
洗衣机
按洗衣机自动化程度分类：普通洗衣机、半自动洗衣机、全自动洗衣机。 按照洗涤方式分类：波轮式、滚筒式、搅拌式。 按照结构型式分类：普通型单桶、双桶、半自动双桶、波轮式全自动、滚筒式全自动洗衣机。
概述
01
03
02
*
洗衣机的型号与规格 定时器指示误差 振动性能 噪声 制动性能
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
*
2.水位开关
水位开关结构及水压传递系统如图8-21所示。
*
水位开关的动作示意图如图8-22所示。
*
水位开关的电路连接如图8-23所示。
*
3.排水电磁阀
排水电磁阀由磁铁与排水阀组成，如图8-24所示。
*
电气控制系统
全自动洗衣机的电气控制系统主要包括程控器、水位开关、安全开关及其他功能选择开关等，防振型安全开关如图8-25所示。
*
洗净度和损衣率：
滚筒洗衣机可以加热，损衣率比较小（<0.10%)，洗净率高（>0.75)。采用的是摔打式的洗法，相当于是我们的手洗方式，所以衣服不会缠绕，不会打结。 波轮式洗衣机采用摩擦式的洗涤，洗净度比较高（>0.7)，但是磨损率较高（<0.15%)。 搅拌式洗衣机的洗净率一般是大于0.7。
机电一体化系统总体设计与实例分析-智能洗衣机
实例运行效果测试与分析
测试目的
对智能洗衣机的各项功能进行测试，验证其性能和可靠性。
测试方法
按照标准操作程序，对洗衣机的各项功能进行测试，记录数据并进行 分析。
测试结果
经过测试，智能洗衣机在各项功能指标上均表现出色，具有高效、稳 定的性能。
结果分析
通过对测试结果的分析，可以得出智能洗衣机在设计和制造过程中充 分考虑了用户需求和使用场景，具有较高的实用性和可靠性。
网络化
通过物联网、云计算等技术， 实现远程监控、故障诊断和协 同作业。
绿色化
注重环保和节能，推广可再生 能源和资源循环利用。
03 智能洗衣机系统设计
智能洗衣机系统概述
智能洗衣机系统是一种集成了机 械、电子、控制和信息技术的自 动化设备，用于完成洗衣、漂洗、
甩干和烘干等任务。
智能洗衣机系统具有自动化、智 能化、高效节能和环保等特点， 能够满足现代家庭和工业生产的
机电一体化系统总体设计与实例分 析-智能洗衣机
目 录
• 引言 • 机电一体化系统概述 • 智能洗衣机系统设计 • 智能洗衣机实例分析 • 结论与展望
01 引言
主题介绍
智能洗衣机
随着科技的发展，智能家电已经成为人们日常生活的重要组成部分。智能洗衣机作为其中的代表，具有自动化、 智能化、高效节能等特点，为人们提供了更加便捷、舒适的洗衣体验。
需要。
智能洗衣机系统的设计需要综合 考虑机械结构、控制系统、人机
交互和可靠性等方面的因素。
智能洗衣机系统硬件设计
电机
传感器
电机是智能洗衣机系统的核心部件，用于 驱动洗衣机的各种运动部件，如波轮、滚 筒等。
传感器用于检测水位、温度、重量等参数 ，并将数据反馈给控制系统，以 结论与展望
机电一体化系统课程设计题目(修改)
机电一体化课程设计指导书一、前言《机电一体化系统设计》课程设计属于高等教育自学考试“机电一体化工程”本科专业中的课程设计，课程设计采取单独制定大纲。
设计题目可以不同，基本上可归纳为以下几个方面：1、PLC在机电一体化系统中的应用；2、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。
3、选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。
主要考虑电机的选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。
4、精密执行机构设计。
主要考虑数控机床工作台传动装置的设计问题；弄清楚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。
5、采用传感器进行反馈控制或作为测量敏感器件，构成传感检测系统。
课程设计时，并不一定要对上面的内容面面俱到，但要对学生进行全面训练，则尽可能多涉及一些。
二、课程设计参考书课程设计指导书临时没有自编教材，但供参考的书图书馆不少，以下列出：1．姜培刚编机电一体化系统设计机械工业出版社(2004年9月版)2．黄筱调等编机电一体化技术基础及应用机械工业出版社(第一版)3. 赵松年、张奇鹏主编《机电一体化系统设计》北京：机械工业出版社4. 张建民《机电一体化原理与应用》北京：国防工业出版社5. 魏俊民《机电一体化系统设计》北京：中国防织出版社6. 周祖德《机电一体化控制技术与系统》华中理工大学出版社7. 胡泓，姚伯威主编《机电一体化原理及应用》北京：国防工业出版社8. 梁景凯主编《机电一体化技术与系统》北京：机械工业出版社9．华东纺织工学院主编机床设计图册上海科学技术出版社(1979年12月版) 另外可根据学校图书馆的实际收藏来选择参考书。
三、说明书内容的要求1、课题的来源及现实意义2、总体方案的确定3、系统框图的分析4、电气执行元件的选用说明5、机械传动设计计算6、机械和电气其它部分（如传感器反馈、测量等）的说明。
机电一体化系统设计案例
机电一体化系统设计案例一、项目背景。
你想想啊，咱们平常的垃圾桶，就是个傻愣愣的大桶子，啥也不会，扔满了还得靠人去发现。
在这个高科技时代，这怎么能行呢？于是就有人想到，要是垃圾桶能变得聪明点，像个小机器人一样，那该多好啊。
比如说，它能自己知道什么时候满了，还能方便人们扔垃圾，甚至可以分类垃圾呢。
二、系统设计。
1. 机械结构部分。
垃圾桶的外壳设计得很有讲究。
它可不是普通的方形桶了，而是有一个流畅的曲线造型，这样既美观又方便清洁。
外壳采用了坚固又轻便的塑料材质，能承受一定的冲击力，毕竟有时候可能会被不小心撞到。
为了实现垃圾分类，这个垃圾桶内部被分成了几个小隔间，就像小房间一样。
每个隔间都有一个单独的入口，而且入口的大小和形状是根据不同类型的垃圾设计的。
比如说，可回收垃圾的入口比较大，可以让瓶子、纸张之类的轻松塞进去；而厨余垃圾的入口就小一些，防止大的非厨余垃圾混进去。
在垃圾桶的底部，还有一个特殊的机械装置。
这个装置就像一个小升降机，当垃圾桶满了的时候，它可以把垃圾慢慢往上顶，这样就可以提醒人们这个垃圾桶已经满了，需要清理了。
2. 传感器部分。
首先是满溢传感器。
这个小玩意儿可是个大功臣，它就安装在每个隔间的内壁上。
当垃圾堆积到一定高度，快要满出来的时候，满溢传感器就像一个小侦察兵一样，立马察觉到，然后把信号传给控制系统。
还有物体识别传感器，安装在入口处。
这个传感器可神奇了，它能识别出你扔进去的是什么垃圾。
比如说，你拿着一个塑料瓶靠近可回收垃圾入口，它能准确判断这是可回收物，然后打开入口的盖子让你扔进去。
要是你拿着个香蕉皮靠近可回收物入口，它就会“傲娇”地不让你扔，提示你要扔到厨余垃圾入口。
另外，还有气味传感器。
要是垃圾桶里的垃圾开始散发难闻的气味，气味传感器就会察觉到，然后启动一个小风扇，这个小风扇会把新鲜空气吹进垃圾桶里，同时把臭味通过特殊的通风管道排出去。
3. 控制系统部分。
这个控制系统就像是垃圾桶的大脑。
机电一体化系统设计实例
机电一体化系统设计实例
6.1
6.2
卧式车床数控化改造设计
数控车床自动回转刀架机电系统设计
6.3
6.4
X-Y数控工作台机电系统设计
波轮式全自动洗衣机机电系统设计
在本章，作者结合多年的教学、科研与生产 实践，提供了四个典型的机电一体化产品的综合 设计实例。包括普通车床的数控化改造设计、数 控车床自动回转刀架的机电系统设计、X-Y数控工 作台的机电系统设计、波轮式全自动洗衣机的机 电系统设计。这些选题将教学与生产实践紧密结 合，有很强的针对性。在这些实例中，对机械传 动系统均给出了详细的设计步骤和具体的设计方 法，对控制系统也给出了实用的控制电路，并对 I/O接口进行了编程示范。通过对这些实例的学习， 设计者能够尽快地进入设计工作，圆满地完成课 程设计任务。
3．滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向） （1）工作载荷Fm的计算 已知移动部件总重量G=1300 N；车 削力Fc=2673.4 N， N。如图3-20所示， Fp=1069.36 N， F =935.69 f 根据 Fz =F ， F =F f的对应关系，可得： F =F ， c y p x Fx=935.69 N。 Fz=2673.4 N， Fy=1069.36 N， 选用矩形－三角形组合滑动导轨，查表3-29，取K= 1.15， = 0.16，代入Fm＝ ( Fz G) , 得工作载荷 KF+ x Fm ≈ 1712 N。
本例中，改造后的车床能够加工的最大螺纹导 程是24 mm，Z向的进给脉冲当量是0.01 mm/脉冲， 所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于24 mm /（0.01 mm/脉冲）=2400脉冲。考虑到编码器的 输出有相位差为90º的A、B相信号，可用A、B异或后 获得2400个脉冲（一转内），这样编码器的线数可 降到1200线（A、B信号）。另外，为了重复车削同 一螺旋槽时不乱扣，编码器还需要输出每转一个的 零位脉冲Z。 基于上述要求，本例选择螺纹编码器的型号为： ZLF-1200Z-05V0-15-CT。电源电压+5V，每转输出 1200个A/B脉冲与1个Z脉冲，信号为电压输出，轴头 直径15 mm，生产厂家为长春光机数显技术有限公司。
第6章 机电一体化系统设计及应用举例
1、步进电动机与丝杠联接
直连式示意图 1—车床支架 2—销钉 3—联轴套 4—步进电动机
齿轮连接示意图
6 机电一体化系统设计及应用举例
2、步进电动机与床身的联接
固定板联接示意图 1—床身 2—齿轮箱 3—变速齿轮 4—丝杠支架
变速箱联接示意图 1—床身 2—圆柱套筒 3—联接板 4—步近电动机 5—齿轮 6—丝杠托架 7—丝 杠
6 机电一体化系统设计及应用举例
六、制作与调试
制作与调试是系统设计方案实施的一项重要内容。根据循环设 计及系统设计的原理，制作与调试分为两个步骤：第一步是功 能模块的制作与调试；第二步是系统整体安装与调试。
6 机电一体化系统设计及应用举例
第二节 机电一体化系统设计应用举例 ———数控机床
一、数控机床的组成
控制软件是为完成机床数控而编制的系统软件，因为各数控系统的功能 设置、控制方案、硬件线路均不相同，因此在软件结构和规模上相差很 大，但从数控的要求上看，控制软件应包括输入数据预处理、插补运算、 速度控制、自诊断和管理程序等模块。
6 机电一体化系统设计及应用举例
1、数据输入模块 系统输入的数据主要是零件的加工程序 （指令），一般通过键盘、光电读带机或盒式磁带等输入， 也有从上一级微机直接传入的（如CAD/CAM系统）。系统中所 设计的输入管理程序通常采用中断方式。例如，当读带机读 入一个数据后，就立即向CPU发出中断，由中断服务程序将该 数据读入内存。每按一次键，键盘就向CPU发出一次中断请求， CPU响应中断后就转入键盘服务程序，对相应的按键命令进行 处理。 2、数据处理模块 输入的零件加工程序是用标准的数控语言 编写的ASCII字符串，因此，需要把输入的数控代码转换成系 统能进行运算操作的二进制代码，还要进行必要的单位换算 和数控代码的功能识别，以便确定下一步的操作内容。
机电一体化系统设计实验报告样例
西华大学实验报告〔理工类〕开课学院及实验室：机械学院机械工程专业实验中心实验时间： 2021年 4 月 27 日一、实验目的1、了解ABB机器有由哪些局部组成以及各个局部的主要功能；2、了解机器人统所使用的各种传感器及其工作原理；3、了解机器人系统的各种执行机构。
二、实验原理模拟生产现场的机器人工作过程系统三、实验设备、仪器及材料ABB机器人系统一套四、实验步骤现场讲解、演示五、实验过程记录(画出机器人系统构造框图，并简单说明各个局部的主要功能)机器人控制系统的组成1、控制计算机：控制系统的调度指挥机构。
一般为微型机、微处理器有32位、64位等如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。
2、示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
3、操作面板：由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成根本功能操作。
4、硬盘和软盘存储存：储机器人工作程序的外围存储器。
5、数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。
6、打印机接口：记录需要输出的各种信息。
7、传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。
8、轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。
9、辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。
10、通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。
11、网络接口1〕Ethernet接口：可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC通信，数据传输速率高达10Mbit/s，可直接在PC上用windows库函数进展应用程序编程之后，支持TCP/IP通信协议，通过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。
2〕Fieldbus接口：支持多种流行的现场总线规格，如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。
机电一体化系统课程设计免费范文
机电一体化系统课程设计一、概述机电一体化系统是指将机械、电子、控制等多学科有机地结合起来，形成一个具有机械、电气、电子等功能部分的新型产品或系统。
随着科学技术的不断发展，机电一体化系统在工业、交通、农业等领域的应用日益广泛。
为了培养学生的综合能力和实际操作能力，机电一体化系统课程设计成为一门重要课程。
本篇文章将介绍一篇免费的机电一体化系统课程设计范文，旨在帮助同学们更好地理解该课程的设计要求和实际操作过程。
二、课程设计内容1. 课程设计主题：基于PLC的自动化控制系统设计2. 设计要求：a. 选择一个具体的工业生产场景，例如流水线生产、自动包装、自动搬运等；b. 设计一个基于PLC的自动化控制系统，实现对该生产场景的自动控制和监测；c. 设计系统的硬件配置和接线图，包括传感器、执行器、PLC等设备的选型和连接方式；d. 编写PLC控制程序，实现对生产场景的自动化控制；e. 设计人机界面，实现对系统的监控和操作；f. 编写课程设计报告，包括设计思路、系统配置、程序代码等内容。
三、课程设计步骤1. 选择工业生产场景根据实际情况，选择一个具体的工业生产场景作为课程设计的基础，例如流水线生产。
2. 系统需求分析分析所选生产场景的具体要求，包括自动控制的功能需求、安全性要求、生产效率要求等。
3. 硬件配置和接线图设计根据系统需求，选择合适的传感器、执行器和PLC等硬件设备，并设计它们之间的连接方式。
4. PLC控制程序设计根据系统需求，编写PLC控制程序，实现对生产场景的自动化控制。
5. 人机界面设计设计一个直观简洁的人机界面，实现对系统的监控和操作。
6. 系统调试和实验验证将硬件设备和控制程序进行组装和调试，验证系统在实际场景中的性能和稳定性。
7. 课程设计报告撰写撰写课程设计报告，包括系统设计思路、硬件配置、程序代码、系统调试结果等内容。
四、课程设计范文（此处省略具体的课程设计范文，仅列出课程设计内容的大纲）1. 课程设计主题：基于PLC的自动化控制系统设计2. 设计要求：a. 选择流水线生产场景；b. 设计一个基于PLC的自动化控制系统，实现对流水线的自动控制和监测；c. 设计系统的硬件配置和接线图，包括传感器、执行器、PLC等设备的选型和连接方式；d. 编写PLC控制程序，实现对流水线的自动化控制；e. 设计人机界面，实现对系统的监控和操作；f. 编写课程设计报告，包括设计思路、系统配置、程序代码等内容。
CAD机电一体化设计方法与实例解析
CAD机电一体化设计方法与实例解析CAD机电一体化设计是将机械和电气两个领域的设计进行整合，通过使用计算机辅助设计（CAD）软件进行设计和分析，实现机电系统的一体化设计和优化。
这种设计方法可以提高设计效率、降低成本，并且确保设计的准确性和可靠性。
下面将通过一个实例来解析CAD机电一体化设计的过程。
假设我们要设计一个自动化生产线的机电系统。
首先，我们需要对生产线进行初步的机械设计。
使用CAD软件，我们可以绘制出生产线的总体布局图，并根据工艺要求设计各个工作站的结构和尺寸。
在设计过程中，我们可以根据不同的需求进行多次修改和调整，比如改变工作站之间的距离、调整传送带的长度和速度等等。
通过CAD软件的设计分析功能，我们可以评估不同设计方案的优劣，选择最佳的方案。
接下来，我们需要对生产线的电气系统进行设计。
我们可以使用CAD 软件绘制出电气布线图，包括电气设备的位置、电缆的布置、电源和控制系统的连接等等。
在设计过程中，我们还可以使用CAD软件进行电气系统的模拟和仿真，验证电气系统的工作可靠性和稳定性。
在实施CAD机电一体化设计的过程中，机械和电气设计师需要密切合作，共同完成生产线的整体设计。
他们可以通过CAD软件进行实时的协同设计，同时对机械和电气设计进行交互验证和修改。
比如，机械设计师可以根据电气设计师的需求进行相关部件的设计和选择，而电气设计师可以根据机械设计的要求确定电气设备的安装位置和布线方式。
除了设计阶段，CAD机电一体化设计还可以在生产阶段发挥作用。
我们可以使用CAD软件生成机械和电气部件的生产工艺，包括加工工艺和装配工艺。
通过CAD软件的模拟和分析功能，我们可以预测生产过程中可能遇到的问题，并提前采取相应的措施进行优化。
总结来说，CAD机电一体化设计是一种将机械和电气设计整合在一起的设计方法。
通过使用CAD软件，设计师可以实现机械和电气设计的协同工作，提高设计效率、降低成本，并确保设计的准确性和可靠性。
设计过程示例-机电一体化系统总体设计典型例题
1、用功能树法进行露天矿开采挖掘机的功能原理方案设计。
答：首先进行功能原理结构分析：由此推导，得出以下功能原理图：2、一数控系统如图所示，试说明图中的各个部分分别属于机电一体化系统的哪一基本结构要素。
总总总总总总1总总总1总总总n……总总总n……总总总n……总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总总答：按照机电一体化系统的基本结构要素，图示数控机床的各个部分归类如下：（1）控制及信息处理单元： 键盘、计算机、显示（2）测试传感部分： 光电编码器、信号处理（3）能源： 电源（4）驱动部分： 功放、电机（5）执行机构： 联轴器、齿轮减速器、丝杠螺母机构、工作台3、已知某物料搬动机械手的结构与动作过程如图所示，要求机械手的操作方式分为手动方式和自动方式。
机械手有升降、水平移动、手爪夹持等3个自由度，采用电磁阀控制的气缸驱动，PLC控制。
要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的详细工程路线。
左移答：系统设计的详细工程路线：1)确定目标及技术规范：机械手的用途：物料搬运。
工作方式：手动、自动方式主要技术参数：3自由度。
使用环境要求：生产线2)可行性分析：收集资料、市场分析、可行性分析、技术经济性分析3)总体方案设计：机械手总体结构方案设计制定研制计划；开发经费概算；开发风险分析。
4)总体方案的评审、评价。
5)理论分析阶段：机构运动学模型、作业空间分析；机构的力学计算；驱动元件的选择、动力计算；传感器选择、精度分析；建立控制模型、仿真分析。
6)详细设计：包括系统总体设计，业务的划分；控制系统设计；程序设计；后备系统设计；设计说明书、使用说明书。
7)详细设计方案评价。
8)试制样机：机械本体、动力驱动系统、供电系统、控制系统、传感器、检测系统。
9)机械手样机的实验测试：调试控制系统、控制性能测试、功能测试、精度、工作空间测试、动态指标测试、作业试验。
10)技术评价与审定：对样机及其性能进行综合评价，提供改进意见，对不满意的部分进行修改，直至样机合格后方可进人下一步骤。
机电一体化系统设计课程设计报告车床经济型数控改装设计
《机电一体化系统设计》课程设计题目一一、任务分析1．设计题目：CA6140车床经济型数控改装设计2．设计内容与要求：将CA6140普通车床改造成经济型数控车床。
要求该车床具有切削螺纹的功能，纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。
系统分辨率纵向：0.01mm，横向：0.005mm。
设计参数如下：最大加工直径：在床面上400mm在床鞍上210mm最大加工长度：1000mm快进速度纵向 2.4m/min横行 1.2m/min最大切削进给速度纵向0.5m/min横行0.25m/min代码制ISO脉冲分配方式逐点比较法输入方式增量值、绝对值通用控制坐标数 2最小指令值纵向0.01mm/pulse横行0.005mm/pulse刀具补偿量0~99.99mm进给传动链间隙补偿量纵向0.15mm横行0.075mm自动升降速性能有二、总体方案设计接到数控装置的设计任务以后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分机械部分和电气部分进行设计计算。
现以机电一体化的典型产品经济型数控机床为例，分析总体方案的拟定的内容和应该考虑的问题。
机床数控系统总体方案的拟定应包括以下内容：系统运动方式的确定，伺服系统的选择，执行机构的结构及传动方式的确定，微型计算机数控系统的选择、设计等。
应根据毕业设计任务书及要求提出系统总体方案，对方案进行分析比较和论证，最后确定总体方案。
1．总体设计方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在考虑总体设计方案时，应遵守的基本原则是：在满足设计要求的前提下，对机床的改造应尽可能少，以降低成本。
1)数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续（轮廓）控制系统。
由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控（MNC）系统采用连续控制系统。
2)伺服进给系统的选择数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。
采用直流或交流伺服电机驱动的闭环控制方案的优点是可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中的各种误差、传动间隙及干扰等对加工精度的影响。
机电一体化系统设计实例修改
3. 直线滚动导轨副的计算与选型 （ 1）滑块承受工作载荷 的计算及导轨型号的选取 工作载荷是影响 直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的X-Y工作台为水平布置 ，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面 的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂向载荷为：
任务书规定工作台面尺寸为230mm×230mm，加工范围为
250mm×250mm，考虑工作行程应留有一定余量，查表3-35，按标准系
列，选取导轨的长度为520mm。
（2）距离额定寿命 的计算 上述选取的KL系列JSA-LG15型导轨副的滚道硬度为 HRC60，工作温度不超过100℃，每根导轨上配有两只滑 块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表3-36～表
，得丝杠寿命系数L0=72（单位为：106 r）。 查表3-30，取载荷系数fW =1.2，滚道硬度为HRC60时 ，取硬度系数fH=1.0，代入式（3-23），求得最大动载 荷：
FQ 3 L0 fW fH Fm ≈8881 N
（3）初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表
3-32，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的G系列2005-3型 滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为20 mm ，导程为5 mm，循环滚珠为3圈×1列，精度等级取4级，额定动载 荷为9309 N，大于FQ，满足要求。
6. 步进电动机的计算与选型 步进电动机的计算与选型参见第四章第三节相关内容。J eq
（1）计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 已知：滚珠
丝杠的公称直径d 0=20 mm，总长l =500mm，导程 Ph ＝5mm，
材料密度 7.85 103kg / cm3 ；移动部件总重量G=800N;小齿
机电一体化综合设计实例
四、机器人控制系统设计
上
运
位
动
计
控
算
制
机
器
驱动器1 编码器1 驱动器2 编码器2
驱动器3 编码器3 驱动器4 编码器4
伺服电机1
伺服电机2 伺服电机3
SCARA 机器人 机构
伺服电机4
图7.28 控制系统连线图
图7.29 伺服驱动器控制信号连线
Fz : Fx : Fy 1: 0.25 : 0.4 横切端面时的主切削力可取纵向切削力的1/2。
3. 计算丝杠的进给牵引力
Fm Fl W fg Fv Fc
fg
式中： ——导轨动摩擦系数
f g ——镶条紧固力
W ——拖板及刀架移动部分的重量
⒋ 计算丝杠的最大动载荷
Cam
3
60nm Lh
二、总体方案设计
1. 堆垛机的布置方式
直线式分布，堆垛机在巷道中取其左右单元内的货物
2. 堆垛机的机架结构
选用自重较轻的单立柱型堆垛机
3. 堆垛机水平行走机构
地面驱动式
4. 堆垛机起升机构
钢丝绳作为柔性件
5. 堆垛机的货叉机构
差动齿轮方式传动
三、堆垛机的机械系统设计
➢载荷 ➢循环寿命 ➢堆垛机伸缩货叉机构的设计计算 ➢堆垛机行走机构的设计计算 ➢堆垛机升降机构的设计计算 ➢堆垛机门架的结构设计计算
➢ 定位精度 X/Z：0.03/0.04mm。
➢ 重复定位精度 X/Z： 0.012/0.016mm。
➢ 最小进给单位 X方向（横向）：0.005mm/脉冲； Z方向（纵向）： 0.01mm/脉冲。
机电一体化系统设计及应用实例
6.3
6.3.1 有轨小车（RGV） 有轨小车（RailGuideVehicle）是一种沿着铁轨行
走的运输工具，有自驱和它驱两种驱动方式。自驱动 有轨小车通过车上的小齿轮和安装在铁轨一侧的齿条 啮合，利用交、直流伺服电动机驱动。它驱式有轨小 车由外部链索牵引，在小车底盘的前、后各装一导向 销，地面上修有一组固定路线的沟槽，导向销嵌入沟 槽内，保证小车行进时沿着沟槽移动。
图6-2 柔性制造单元
图6-3所示是加工棱体零件的柔性制造单元。单元 主机是一台卧式加工中心，刀库容量为70把，采用双 机械手换刀，配有8工位自动交换托盘库。托盘库为环 形转盘，托盘库台面支承在圆柱环形导轨上，由内侧 的环链拖动而回转，链轮由电机驱动。
图6-3 带托盘库的柔性制造单元
6.1.3柔性制造系统(FMS) 柔 性 制 造 系 统 （ FlexibleManufacturingSystem ） 由
图6-1所示为加工曲拐零件的刚性自动线总体布局 图。该自动线年生产曲拐零件17000件，毛坯是球墨铸 铁件。由于工件形状不规则，没有合适的输送基面， 因而采用了随行夹具安装定位，便于工件的输送。
图6-1 (a)正视图；(b)俯视图
该曲拐加工自动线由七台组合机床和一个装卸工 位组成。全线定位夹紧机构由一个泵站集中供油。工 件的输送采用步伐式输送带，输送带用钢丝绳牵引式 传动装置驱动。
6.2 数控机床
6.2.1 一般数控机床通常是指数控车床、数控铣床、数
控镗铣床等，它们的下述特点对其组成自动化制造系 统是非常重要的。
1. 2.自动化程度高 3.加工精度高且质量稳定
4.生产效率较高
5.
6. 现代数控机床一般都具有通信接口，可以实现上层计 算机与数控机床之间的通信，也可以实现几台数控机床之 间的数据通信，同时还可以直接对几台数控机床进行控制。 通信功能是实现DNC、FMC、FMS的必备条件。 图6-10是数控装置的基本组成框图。图6-10中的4为数 控系统，它是数控机床的核心环节。
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（3-33），得距离寿命：
L
?
? ? ?
fH
fT fC fW
fR
?Ca PC
?3 ?? ?
50
≈ 6649 km
远大于期望值50km，故距离额定寿命满足要求。
，对于机电一体化专业的教学具有普遍意义。
模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠 丝杠螺母副以及伺服电动机等部件构成。其外观形式如图6-22所示。其中， 伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工 作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝 杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工 作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选用标准的工业控制计算机，也
机电一体化系统设计实例
6.1 卧式车床数控化改造设计 6.2 数控车床自动回转刀架机电系统设计 6.3 X-Y数控工作台机电系统设计 6.4 波轮式全自动洗衣机机电系统设计
第三节 X-Y数控工作台机电系 统设计
X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如 数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的 X-Y工 作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等 。因此，选择 X-Y数控工作台作为机电综合课程设计的内容
PC
G? 4
=
F （6-12）
其中，移动部件重量 G＝800N，外加载荷F= Fz= 556N，代入（6-12）式 得最大工作载荷 PC=756N=0.756kN 。
查表3-41，根据工作载荷 PC=0.756kN，初选直线滚动导轨副的型号 为KL系列的JSA-LG15型，其额定动载荷 Ca=7.94 kN，额定静载荷
4. 滚珠丝杠螺母副的计算与选型
（1）最大工作载荷Fm的计算 如图3-20所示，承受最大 铣削力时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行
）Fx=1609N，受到横向的载荷（与丝杠轴线垂直） Fy = 366N，受到垂向的载荷（与工作台面垂直） Fz= 556N。 已知移动部件总重量 G=800N，按矩形导轨进行计算，查 表3-29，取颠覆力矩影响系数 K=1.1，滚动导轨上的摩擦因
直径 =3.175mm，丝杠底径 =16.2 mm，丝杠截面积 /4=206.12mm2。
忽略式（3-25）中的第二项， 算得丝杠在工作载荷 Fm作用下产生的拉/压变形量δ1=Fma/
（ES）
=[1779×500/（2.1 ×206.12）] mm
≈ 0.0205 mm。
2）根据公式 Z ＝(?d0 / Dw )-3,求得单圈滚珠数 Z =20；该
杠转速n=v/Ph = 80 r/min。 取滚珠丝杠的使用寿命 T=15000 h，代入L0=60nT/106
，得丝杠寿命系数 L0=72（单位为：106 r）。 查表3-30，取载荷系数 fW =1.2，滚道硬度为HRC60时 ，取硬度系数 fH=1.0，代入式（ 3-23），求得最大动载
荷：
? 3 LF0Q fW fH Fm
≈8881 N
（3）初选型号 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程，查表 3-32，选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的 G系列2005-3型 滚珠丝杠副，为内循环固定反向器单螺母式，其公称直径为 20 mm ，导程为5 mm，循环滚珠为 3圈×1列，精度等级取 4级，额定动载
荷为9309 N，大于FQ，满足要求。
数μ=0.005。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷 Fm = KFx + μ（Fz + Fy + G）
= [ 1.×1 1609 + 0.005 × ( 556 +Biblioteka 366 + 800 ) ] N
≈ 1779 N
（2）最大动载荷 F Q的计算 设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度
v =400mm/min，初选丝杠导程Ph =5 mm，则此时丝
C0a=9.5 kN。 任务书规定工作台面尺寸为 230mm×230mm，加工范围为
250mm×250mm，考虑工作行程应留有一定余量，查表 3-35，按标准系 列，选取导轨的长度为 520mm。
（2）距离额定寿命 的计算 上述选取的KL系列JSA-LG15型导轨副的滚道硬度为
HRC60 ，工作温度不超过 100℃，每根导轨上配有两只滑 块，精度为4级，工作速度较低，载荷不大。查表 3-36～表
3形）量将（以对形上应量算跨可出度减的??5小120和0一??m总2半m?代，）入取?总
=0.0013mm。
? ?1 ??2 ，求得丝杠总变
0.0218 mm=21.8μm。
由表3-27知,5级精度滚珠丝杠有效行程在315~400mm时，
型号丝杠为单螺母，滚珠的圈数×列数为3×1，代入公式：
Z ? ＝Z ×圈数×列数，得滚珠总数量Z? =60。丝杠预紧时， 取轴向预紧力
FYJ =Fm /3=593 N。则由（3-27）式，求得滚珠与螺纹滚道间 的接触变形量
?2
≈ 0.0026 mm。
因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变
（4）传动效率 η的计算 将公称直径 d0=20mm，导程Ph=5mm，
代入λ= arctan[Ph/(πd0)]， 得丝杠螺旋升角 λ=4 33′。
将摩擦角 φ=10′， 代入η=tanλ / tan(λ+φ), 得传动效率 η=96.4%。
（5）刚度的验算
1）X-Y工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用 “单推单推”的方式，见书后图 6-23。丝杠的两端各采用一对推力 角接触球轴承，面对面组配，左、右支承的中心距离约为 a= 500mm；钢的弹性模量 ＝2.1 Mpa；查表3-32，得滚珠
可以设计专用的微机控制系统。
图6-22 X-Y数控工作台外形
3. 直线滚动导轨副的计算与选型 （ 1）滑块承受工作载荷 的计算及导轨型号的选取 工作载荷是影响 直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的 X-Y工作台为水平布置 ，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于台面
的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂向载荷为：