机电一体化系统设计课程设计ppt课件
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摩擦离合器 超越离合器
21
对于同一个零件而言，各处应力相等， 寿命相同－等强度原理
22
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）
23
力自加强原则
24
力作用路径最短原则
减少变形和材料的使用
25
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）
❖ 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）
26
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。
9
总体方案示意图（开环）
10
总体方案示意图(半闭环）
11
总体方案示意图(全闭环）
12
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பைடு நூலகம்支承方式 反向间隙消除 、联轴器选择
13
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？）
如：工作台滑座的支承距离确定
17
基面统一原则
18
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？
19
运动学原理和弹性平均原理
20
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
❖ 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 ❖ 7.总体设计报告
2
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
3
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。
8
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。
39
（1）信息输入接口 光电编码盘（续）
40
（1）信息输入接口（续）
27
4、总装配图
28
3、总装配图（续）
29
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）
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
4
工作台图形
5
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
6
设计内容：
二、总体方案设计
33
五、控制器及其信息接口设计（续2）
34
4、人机接口设计 （1）分析信号形式、统计数量 （2）设计接口
35
3、人机接口设计(续1）
36
3、人机接口设计(续2）
37
3、人机接口设计(续3）
38
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
开关等
细分---辨向---计数
14
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）
15
阿贝原则（同线原理）
如：直线光栅的安装结构
16
变形最小原则
7
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。
30
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：
31
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 3、操作面板（决定人机接口）
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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
22
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）
23
力自加强原则
24
力作用路径最短原则
减少变形和材料的使用
25
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）
❖ 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。
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总体方案示意图（开环）
10
总体方案示意图(半闭环）
11
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பைடு நூலகம்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？）
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
20
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
❖ 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 ❖ 7.总体设计报告
2
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。
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（1）信息输入接口 光电编码盘（续）
40
（1）信息输入接口（续）
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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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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：
二、总体方案设计
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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
开关等
细分---辨向---计数
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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
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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。
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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 3、操作面板（决定人机接口）