第一篇：《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱 適用專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化

課程類型 專業(yè)課程

學(xué) 時(shí) 數(shù) 44 學(xué) 分 數(shù) 2.5 一,編寫說明

(一)本課程的性質(zhì),地位和作用

本課程是面向機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)課.機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)像機(jī)械工業(yè)滲透的過程中逐漸形成并發(fā)展起來的一門新型綜合性學(xué)科,機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用不盡提高和拓展了機(jī)電產(chǎn)品的性能和功能,而且使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu),生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大的變化,極大提高生產(chǎn)系統(tǒng)的工作質(zhì)量.通過本課程的學(xué)習(xí),對(duì)于學(xué)生掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)知識(shí),拓寬學(xué)生的知識(shí)面是很有意義的.本課程是學(xué)生在學(xué)完技術(shù)基礎(chǔ)課,專業(yè)基礎(chǔ)課之后的專業(yè)技術(shù)課程內(nèi)容的綜合應(yīng)用,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí),掌握以系統(tǒng)論,信息論和控制論為核心的機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原理和方法,掌握機(jī)電一體化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)有著重要意義.(二)本大綱制定的依據(jù)

本大綱根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)的基本理論和基本技能要求,本課程性質(zhì),跟蹤現(xiàn)代機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展編寫.(三)大綱內(nèi)容編寫原則

根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求,使學(xué)生了解,掌握機(jī)電一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本知識(shí),特點(diǎn)和方法;結(jié)合機(jī)電一體化共性的關(guān)鍵技術(shù),對(duì)其各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)的分析和介紹;強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生綜合能力和工程能力的訓(xùn)練和培養(yǎng);通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生了解,掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的內(nèi)涵及機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論和方法.(四)實(shí)踐環(huán)節(jié)

1.課程設(shè)計(jì)

(1)名稱:機(jī)械手控制系統(tǒng)編程與操作

(2)主要內(nèi)容與要求:利用PLC實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制功能的要求編寫程序,安裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)臺(tái).按照本課程實(shí)驗(yàn)說明書要求完成,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證程序的正確性.(3)學(xué)時(shí)分配:4(五)教學(xué)時(shí)數(shù)分配表

章節(jié) 序號(hào)

教 學(xué) 學(xué) 時(shí) 環(huán) 節(jié) 教學(xué)內(nèi)容 講 授 討 論 見習(xí)實(shí) 驗(yàn) 其 它 小計(jì) 一 緒論 4 4 二

機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 6 三 傳感器檢測(cè)及其接口電路 8 8 四

控制電機(jī)及其選擇計(jì)算 8 8 五

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù) 10 10 六

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用舉例 4 4 8 總 計(jì) 40 44(六)考核方法與要求

1.平時(shí)成績與期終成績:平時(shí)成績占30%,包括出勤,課堂提問,討論等;期終成績占60%.2.試卷成績與實(shí)踐成績:試卷成績占60%,實(shí)踐成績占10%(實(shí)驗(yàn)報(bào)告5%,實(shí)驗(yàn)過程考核5%).3.綜合考核成績的計(jì)算:平時(shí)成績20% 實(shí)踐成績占10% 試卷成績占70%=100%.(七)教材與主要參考書

1.教材:

姜培剛等.《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.機(jī)械工業(yè)出版社,2006年1月.2.主要參考書:

李建勇.《機(jī)電一體化技術(shù)》.科學(xué)出版社,2004年4月.王孫安.《機(jī)械電子工程》.科學(xué)出版社,2003年8月.鄭堤.《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.機(jī)械工業(yè)出版社.2001年10月.二,教學(xué)內(nèi)容綱要

第一章 緒論

一,教學(xué)目標(biāo):

1,了解機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展歷史,內(nèi)涵,應(yīng)用和發(fā)展前景.2,掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能和要素.二,教學(xué)內(nèi)容:

第一節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的定義

一,△機(jī)電一體化的內(nèi)涵;

第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本功能要素

一,△ ○機(jī)電一體化系統(tǒng)功能分析方法

△機(jī)電一體化系統(tǒng)的構(gòu)成要素 第三節(jié) 機(jī)電一體化的相關(guān)技術(shù)

一,機(jī)電一體化技術(shù)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

第四節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)與方法

一,機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

第二章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一,教學(xué)目標(biāo):

1,掌握機(jī)械系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模方法.2,掌握機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特征及設(shè)計(jì)方法.3,了解常用的傳動(dòng)系統(tǒng)

二,教學(xué)內(nèi)容:

第一節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一,△○ 機(jī)械系統(tǒng)建模方法 第二節(jié) 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特征

一,△機(jī)械傳動(dòng)裝置的特征參數(shù)及相應(yīng)的調(diào)整方法

第三節(jié) 機(jī)械傳動(dòng)裝置

一, △ ○傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)方法

第三章 傳感器檢測(cè)及及接口電路

一,教學(xué)目標(biāo):

1.了解常用參量檢測(cè)的傳感器原理;2.掌握檢測(cè)傳感器的接口電路原理以及相應(yīng)的信號(hào)處理方法.二,教學(xué)內(nèi)容:

第一節(jié) 傳感器

一,△○傳感器性能指標(biāo)的內(nèi)涵 二,△傳感器選擇的原則

第二節(jié) 位移測(cè)量傳感器 一,△大位移測(cè)量傳感器的原理.第三節(jié) 速度,加速度傳感器 一,△速度,加速度傳感器測(cè)量原理

第四節(jié) 位置傳感器 一,△位置測(cè)量原理.第五節(jié) 傳感器前期信號(hào)處理 一,△○信號(hào)調(diào)理線路常用模塊的原理

第六節(jié) 傳感器接口技術(shù) 一,△○采樣保持器原理及應(yīng)用.第七節(jié) 傳感器非線性補(bǔ)償原理 一,△○軟件補(bǔ)償方法

第八節(jié) 數(shù)字濾波

一,△○隨機(jī)誤差的處理方法

第四章 控制電機(jī)及其選擇計(jì)算 一,教學(xué)目標(biāo): 1.了解常用伺服電機(jī)的工作原理;2.掌握常用伺服電機(jī)的控制調(diào)節(jié)方法;3.掌握伺服電機(jī)的主要性能參數(shù)內(nèi)涵及電機(jī)的選擇方法.二,教學(xué)內(nèi)容:

第一節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制 一,步進(jìn)電機(jī)的工作原理 二,△步進(jìn)電機(jī)的性能參數(shù) 三,△○步進(jìn)電機(jī)的控制方法

第二節(jié) 直流伺服電動(dòng)機(jī)及其控制 一,直流電機(jī)的工作原理 二,△○直流電機(jī)的控制方法

第三節(jié) 交流伺服電動(dòng)機(jī) 一,交流電機(jī)的工作原理 二,△○交流電機(jī)的控制方法

第四節(jié) 直線電動(dòng)機(jī) 一,直線電機(jī)的工作原理

第五節(jié) 控制電機(jī)的選擇和計(jì)算 一,△控制電機(jī)的選擇.第五章 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及其接口技術(shù)

一,教學(xué)目標(biāo): 1.了解常用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)種類 2.掌握各種工業(yè)計(jì)算機(jī)的區(qū)別;3.掌握各種信號(hào)接口原理.二,教學(xué)內(nèi)容: 第一節(jié) 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 一,常用控制計(jì)算機(jī)的種類 二,△○各種控制計(jì)算機(jī)的區(qū)別

第二節(jié) 計(jì)算機(jī)的接口技術(shù)

一,△○開關(guān)量及數(shù)字兩的輸入/輸出接口電路;二,△○功率放大電路的原理

第三節(jié) 可編程控制器

一,PLC的原理及選擇方法,外圍電路設(shè)計(jì)的原則

第四節(jié) 數(shù)字控制器設(shè)計(jì) 一,△○數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法.第五章 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用舉例

一,教學(xué)目標(biāo): 1.掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

2.了解數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)過程及主要構(gòu)成的設(shè)計(jì)方法.二,教學(xué)內(nèi)容: 第一節(jié) 機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 一,△機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程

第二節(jié) 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例

一,數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)過程及主要構(gòu)成的設(shè)計(jì)方法 注:用“△”明確重點(diǎn)內(nèi)容,用“○”明確難點(diǎn);

編寫人:凌 杰 審核人:封士彩

第二篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、動(dòng)力系統(tǒng)（動(dòng)力源）、傳感檢測(cè)系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動(dòng)機(jī)）等五個(gè)子系統(tǒng)組成。

2、系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動(dòng)、輸送）功能；③儲(chǔ)存（保持、積蓄、記錄）功能。

3的變換、調(diào)整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮方法通常有：機(jī)電互補(bǔ)法、結(jié)合（融合）法和結(jié)合法。

5擦、低慣量、高強(qiáng)度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?/p>

6、為達(dá)到上述要求，主要從以下幾個(gè)方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)向支承、動(dòng)（靜）壓導(dǎo)向支承等。

2如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副的傳動(dòng)和支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機(jī)直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計(jì)中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。

3的等效動(dòng)慣量，盡可能提高加速能力。

5如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強(qiáng)度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。

第三篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

（一）判斷題

1．在機(jī)電一體化系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置中，反饋通道上環(huán)節(jié)的誤差與輸入通道上環(huán)節(jié)的誤差對(duì)系統(tǒng)輸出精度的影響是相同的。（＋）

2．通常，采用STD總線的工業(yè)控制機(jī)與外部設(shè)備的電氣接口均為TTL電平接口。

（－）

（二）選擇題

1．在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械傳動(dòng)要滿足伺服控制的三個(gè)主要要求是（A）。

A．傳動(dòng)精度、穩(wěn)定性、快速響應(yīng)性

B．傳動(dòng)精度、穩(wěn)定性、低噪聲C．傳動(dòng)精度、高可靠性、小型輕量化D．傳動(dòng)精度、高可靠性、低沖擊振動(dòng)

2．在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，通過（B、C、E）可有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

A．提高驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)力

B．增大執(zhí)行裝置的固有頻率 C．提高系統(tǒng)的阻尼能力

D．減小機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)誤差 E．消除傳動(dòng)系統(tǒng)的回程誤差

（三）簡答題

例：試述機(jī)電一體化產(chǎn)品的定義和分類方法。

解答：機(jī)電一體化產(chǎn)品是新型機(jī)械與微電子器件，特別是與微處理器、微型計(jì)算機(jī)相接合而開發(fā)的新一代電子化機(jī)械產(chǎn)品。

按用途可分為信息機(jī)電一體化產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)機(jī)電一體化產(chǎn)品和家庭用機(jī)電一體化產(chǎn)品。

（四）分析題

例：已知數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)如圖所示，試說明圖中的各個(gè)部分屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)中的哪個(gè)基本要素？

解：（1）依題意有兩種測(cè)量方案 a.高速端測(cè)量方案：

傳感器安裝在電機(jī)的尾部，通過測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位移的間接測(cè)量。可選用光電編碼器式傳感器或者磁電式編碼器。

b.低速端測(cè)量方案： 傳感器安裝在工作臺(tái)上，直接測(cè)量工作臺(tái)的位移。可選用光柵式位移傳感器、感應(yīng)同步器或者電位計(jì)式位移傳感器。

(2)控制計(jì)算機(jī)和控制方案的選擇

可以使用工業(yè)PC機(jī)及或者單片機(jī)完成系統(tǒng)的控制。具體可有以下三種方案： a．工業(yè)PC機(jī)集中控制方案：用一臺(tái)工業(yè)PC機(jī)對(duì)三個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)集中控制，包括任務(wù)管理和三個(gè)自由度的伺服控制系統(tǒng)原理圖如下：

b．工業(yè)PC機(jī)、單片機(jī)分級(jí)控制方案：用一臺(tái)工業(yè)PC機(jī)與三個(gè)單片機(jī)通信，對(duì)三個(gè)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)管理，每個(gè)單片機(jī)負(fù)責(zé)一個(gè)自由度的伺服控制，控制系統(tǒng)原理圖如下：

第四篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告范文

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí) 驗(yàn) 報(bào)告

院

校：

系

別：

專

業(yè)：

班

級(jí)：

姓

名：

學(xué)

號(hào)：

實(shí)驗(yàn) 1 1、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)要求 ? 掌握三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成、工作原理、應(yīng)用領(lǐng)域以及測(cè)量方法。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?? 1．通過觀摩學(xué)習(xí)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，掌握三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的工作原理。

? 2．掌握三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量方法。

三、實(shí)驗(yàn)裝置：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）

對(duì)瑞士 FARO 便攜式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的原理結(jié)構(gòu)和測(cè)量方法進(jìn)行深入的探討和掌握，F(xiàn)ARO 軟件的基本操作也進(jìn)行了學(xué)習(xí)。FARO 便攜式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度可以達(dá)到 20um。

（2）

進(jìn)行了零件平面度的測(cè)量方法，零件圓度的測(cè)量方法，測(cè)量誤差小于0.032mm（3）

對(duì)零件表面和工作臺(tái)表面兩個(gè)平面的平行度也進(jìn)行了測(cè)量，平行度誤差約為 0.68mm，原因：這主要是工件的放置不太平整，工作臺(tái)表面有雜質(zhì)顆粒導(dǎo)致平面度的誤差偏大。

五、實(shí)驗(yàn)心得

通過本次試驗(yàn)，學(xué)習(xí)了。，知道了。用途。在以后的工作中，如果遇到。。情況下，可以考慮采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行精確測(cè)量。

實(shí)驗(yàn) 2 2、PLC、變頻器、觸摸屏及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)要求 ? 會(huì)寫簡單的 PLC 梯形圖語言；能夠?qū)崿F(xiàn)變頻器對(duì)三相異步電機(jī)的內(nèi)部或外部變頻控制；熟悉觸摸屏的編程，并與 PLC 進(jìn)行聯(lián)接。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?? 1．了解變頻器控制電機(jī)的基本原理。

? 2．掌握 PLC 的簡單編程方法。

? 3．了解工業(yè)觸摸屏的編程和通訊。

三、實(shí)驗(yàn)裝置：工業(yè)控制實(shí)驗(yàn)裝置。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

圖 1 整體電氣回路圖

（1）變頻器控制電機(jī)實(shí)驗(yàn) 電路圖 ? 變頻器內(nèi)部 PU 控制 設(shè)置方法。。

電機(jī)連接方法 ? 變頻器外部 EXT 控制 設(shè)置方法。。

電機(jī)連接方法（2）PLC 和變頻器的電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

電氣連接方法

（2）觸摸屏、PLC 和變頻器的電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

電氣連接方法

五、實(shí)驗(yàn)心得

通過本次試驗(yàn)，學(xué)習(xí)了。，知道了。用途。在以后的工作中，如果遇到。。

情況下，可以考慮工業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備，如變頻器、PLC、觸摸屏等設(shè)備進(jìn)行工廠設(shè)備的改造升級(jí)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)省能源。

第五篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)講稿

項(xiàng)目一 數(shù)控車床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與部件選擇

1.1無級(jí)變速傳動(dòng)鏈

1.1.1機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足的基本要求

機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)因機(jī)床的類型、性能、規(guī)格尺寸等因素的不同，應(yīng)滿足的要求一也不一樣。在設(shè)計(jì)機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)最基本的原則就是以最經(jīng)濟(jì)、合理的方式滿足既定的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合具體機(jī)床進(jìn)行分析，一般應(yīng)滿足下述基本要求:(1)滿足機(jī)床使用性能要求。

首先應(yīng)滿足機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性，如機(jī)床的主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)(對(duì)于主傳動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，則有足夠的每分鐘雙行程數(shù)范圍及變速級(jí)數(shù));傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，操作方便靈活、迅速、安全可靠等。(2)滿足機(jī)床傳遞動(dòng)力要求。

主電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動(dòng)效率。

1.1.2數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)分類

機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)可按以下不同的特征來分類:(1)按驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)類型可分為交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中又可分為單速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種。調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)又有多速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和無級(jí)調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。無級(jí)調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)通常采用變頻調(diào)速的原理。(2)按傳動(dòng)裝置類型可分為機(jī)械傳動(dòng)裝置、液壓傳動(dòng)裝置、電氣傳動(dòng)裝置及其組合。(3)按變速的連續(xù)性可分為分級(jí)變速傳動(dòng)和無級(jí)變速傳動(dòng)(此部分在下面詳細(xì)介紹)。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)要求有較大的調(diào)速范圍，以保證在加工時(shí)能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動(dòng)操作的要求。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用無級(jí)變速系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)主要有以下四種配置方式:(1)主軸電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。

如圖2一1(a)所示，電動(dòng)機(jī)軸與主軸用聯(lián)軸器連接，這種方式大大簡化了主軸箱和主軸結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱對(duì)主軸影響較大。目前，多采用交流伺服電動(dòng)機(jī)，它的功率很大，但輸出功率與實(shí)際消耗的功率保持同步，效率很高。(2)電動(dòng)機(jī)經(jīng)同步齒形帶帶動(dòng)主軸。

如圖1一1(b)所示，電動(dòng)機(jī)將其運(yùn)動(dòng)經(jīng)同步齒形帶以定比傳動(dòng)傳遞給主軸。由于輸出扭矩較小，這種傳動(dòng)方式主要用于小型數(shù)控機(jī)床低扭矩特性要求的主軸，可以減小傳動(dòng)中的振動(dòng)和噪聲。

(3)電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪變速傳動(dòng)主軸。

如圖1一1(c)所示，主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)二級(jí)齒輪傳動(dòng)變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速，從而使之實(shí)現(xiàn)分段無級(jí)變速，這種方式在大、中型數(shù)控機(jī)床中采用較多。經(jīng)過齒輪傳動(dòng)降速后，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩可以擴(kuò)大，以滿足主軸低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸出扭矩大的特性要求。一部分小型數(shù)控機(jī)床一也采用這種傳動(dòng)方式，以獲得強(qiáng)力切削時(shí)所需要的扭矩。(4)電主軸。

如圖1一1(d)所示，將調(diào)速電動(dòng)機(jī)與主軸合成一體(電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸即機(jī)床主軸)，其優(yōu)點(diǎn)是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、質(zhì)量輕、慣量小，且可提高調(diào)速電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止的響應(yīng)特性;其缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)發(fā)熱易引起熱變形。1.1.3無級(jí)變速傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì) 無級(jí)變速傳動(dòng)鏈可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以得到最有利的切削速度;能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于實(shí)現(xiàn)變速自動(dòng)化;能在負(fù)載下變速，便于車削大端面時(shí)保持恒定的切削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。無級(jí)變速傳動(dòng)可由機(jī)械摩擦無級(jí)變速器、液壓無級(jí)變速器和電氣無級(jí)變速器來實(shí)現(xiàn)。機(jī)械摩擦無級(jí)變速器結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，常用于中、小型車床、銑床等主傳動(dòng)系統(tǒng)中。液壓無級(jí)變速器傳動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)換向沖擊小，易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，常用于主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，如磨床、拉床、刨床等機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)中。電氣無級(jí)變速器有由直流電動(dòng)機(jī)或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩種，由于它可以大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速、連續(xù)變速和負(fù)載下變速，故其應(yīng)用越來越)’一泛，尤其在數(shù)控機(jī)床上目前幾乎全都采用電氣無級(jí)變速器。

數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)廣泛采用無級(jí)變速傳動(dòng)，這不僅能使其在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到合理的切削速度，而且還能在運(yùn)轉(zhuǎn)中自動(dòng)變速。無級(jí)變速系統(tǒng)有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用由直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的電氣無級(jí)變速。由于數(shù)控機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍較寬，一般情況下單靠調(diào)速電動(dòng)機(jī)無法滿足;另一方面調(diào)速電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩特性一也難以直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求安全匹配。因此，需要在無級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)之后串聯(lián)機(jī)械分級(jí)變速傳動(dòng)，以滿足調(diào)速范圍和功率、轉(zhuǎn)矩特性的要求。(1)無級(jí)變速裝置的分類。

機(jī)床主傳動(dòng)中常用的無級(jí)變速裝置有三類:變速電動(dòng)機(jī)、機(jī)械無級(jí)變速裝置和液壓無級(jí)變速裝置。

1)變速電動(dòng)機(jī)。

機(jī)床上常用的變速電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，它們?cè)陬~定轉(zhuǎn)速以上為恒功率變速，通常變速范圍僅為2 ~3;額定轉(zhuǎn)速以下為恒定轉(zhuǎn)矩變速，調(diào)整范圍很大，變速范圍可達(dá)30甚至更大。上述功率和轉(zhuǎn)矩特性一般不能滿足機(jī)床的使用要求。為了擴(kuò)大恒功率變速范圍，可在變速電動(dòng)機(jī)和主軸之間串連一個(gè)分級(jí)變速箱。變速電動(dòng)機(jī)I’一泛用于數(shù)控機(jī)床和大型機(jī)床中。

2)機(jī)械無級(jí)變速裝置。

機(jī)械無級(jí)變速裝置有柯普(Koop)型、行星錐輪型、分離錐輪鋼環(huán)型和寬帶型等多種結(jié)構(gòu)，它們都是利用摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩的，通過連續(xù)地改變摩擦傳動(dòng)副工作半徑來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。由于它的變速范圍小，多數(shù)是恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)，通常較少單獨(dú)使用，而是與分級(jí)變速機(jī)構(gòu)串聯(lián)使用，以擴(kuò)大變速范圍。機(jī)械無級(jí)變速器應(yīng)用于要求功率和變速范圍較小的中、小型車型、銑床等機(jī)床的主傳動(dòng)中，更多的是用于進(jìn)給變速傳動(dòng)中。

3)液壓無級(jí)變速裝置。

液壓無級(jí)變速裝置通過改變單位時(shí)間內(nèi)輸入液壓缸或液動(dòng)機(jī)中液體的油量來實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。它的特點(diǎn)是變速范圍較大，變速方便，傳動(dòng)平穩(wěn)，在運(yùn)動(dòng)換向時(shí)沖擊小;易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)化。液壓無級(jí)變速裝置常用在主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)床中，如刨床、拉床等。(2)無級(jí)變速裝置與機(jī)械分級(jí)變速機(jī)構(gòu)的串聯(lián)。在無級(jí)變速系統(tǒng)裝置單獨(dú)使用時(shí)，其調(diào)速范圍都較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代通用機(jī)床變速范圍的要求。因此，常常將無級(jí)變速裝置與機(jī)械分級(jí)變速機(jī)構(gòu)串聯(lián)，以擴(kuò)大其變速范圍。(3)采用直流或交流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速。

機(jī)床上常用的無級(jí)變速機(jī)構(gòu)為直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)是采用調(diào)壓和調(diào)磁方式來得到主軸所需轉(zhuǎn)速的。直流電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上至最高轉(zhuǎn)速是用調(diào)節(jié)磁場電流(簡稱調(diào)磁)的辦法來調(diào)速的，屬于恒功率調(diào)速;從額定轉(zhuǎn)速向下至最低轉(zhuǎn)速是用調(diào)節(jié)電樞電壓(簡稱調(diào)壓)的辦法來調(diào)速的，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。通常，直流電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍較小，僅為2~4，而恒轉(zhuǎn)矩變速范圍很大，可達(dá)幾十，甚至超過100。交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)靠調(diào)節(jié)供電頻率的方式來調(diào)速，所以其常被稱為調(diào)頻主軸電動(dòng)機(jī)。通常額定轉(zhuǎn)速向上至最高轉(zhuǎn)速氣max為恒定功率，變速范圍為3~5;額定轉(zhuǎn)速至最低轉(zhuǎn)速氣為恒轉(zhuǎn)矩，變速范圍為幾十，甚至超100。直流和交流電動(dòng)機(jī)的功率轉(zhuǎn)矩特性如圖1-2所示。

交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)由于體積小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、沒有電刷且能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流電動(dòng)機(jī)高，故磨損和故障也少。現(xiàn)在在中、小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)已占優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用一也更加廣泛。伺服電動(dòng)機(jī)和脈沖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都是恒轉(zhuǎn)矩的，而且功率不大，所 以只能用于直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。基于上述分析可知，如果直流或交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)用于拖動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)執(zhí)行器，例如龍門刨床工作臺(tái)(主運(yùn)動(dòng))或立式車床刀架(進(jìn)給運(yùn)動(dòng))，可直接利用調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍，用電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)或通過定比減速齒輪拖動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.2主傳動(dòng)系統(tǒng)分析

數(shù)控車床用于加工回轉(zhuǎn)體零件。它集中了臥式車床、轉(zhuǎn)塔車床、多刀車床、仿形車床、自動(dòng)和半自動(dòng)車床的功能，是數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用較廣泛的品種之一。下面以一個(gè)典型數(shù)控車床C K3263 B為例說明如何分析數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)，圖1一4所示為C K3263 B主傳動(dòng)系統(tǒng)。主電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶輪副和四速變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)主軸，其傳動(dòng)路線表達(dá)式是

擬定轉(zhuǎn)速圖如圖2-5所示，從圖中可知，主軸共得到四段轉(zhuǎn)速:

1.3 車床數(shù)控化改裝主傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

將06140臥式車床改造成用MCS-51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開環(huán)控制，縱向和橫向均具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。將原來的主傳動(dòng)系統(tǒng)改裝為主變速系統(tǒng)。一般的臥式車床在改裝為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床時(shí)，主傳動(dòng)系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)是不動(dòng)的，可利用暫停指令進(jìn)行手動(dòng)變速換擋，然后再繼續(xù)加工。如果要提高機(jī)床的自動(dòng)化程度或者所加工工件的直徑相差較大，在加工過程中需要自動(dòng)變速時(shí)，可考慮設(shè)置加工過程中的自動(dòng)變速裝置，本任務(wù)即后一種情況。

將機(jī)械主傳動(dòng)系統(tǒng)改裝為自動(dòng)變速裝置的幾種方案說明見下文介紹。1.采用多速電動(dòng)機(jī)改裝

目前采用多速電動(dòng)機(jī)對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改裝，一般是將主電動(dòng)機(jī)更換為雙速或四速電動(dòng)機(jī)，由微機(jī)系統(tǒng)信號(hào)自動(dòng)控制切換電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣做的好處是機(jī)床性能良好，主傳動(dòng)鏈改裝量較少，但多速電動(dòng)機(jī)的功率是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的，所以電動(dòng)機(jī)功率要選的大一些，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的尺寸一也大，因此還要增加一套電動(dòng)機(jī)變速系統(tǒng)。2.主變速系統(tǒng)改裝

對(duì)主軸箱內(nèi)變速系統(tǒng)進(jìn)行改裝，一般是將滑移齒輪變速改為電磁離合變速。這種變速機(jī)構(gòu)仍為有級(jí)變速，一般變速級(jí)數(shù)不超過四級(jí)。3.采用直流主軸電動(dòng)機(jī)或交流主軸電動(dòng)機(jī)改裝

改裝后，機(jī)床主軸由直流主軸電動(dòng)機(jī)(或交流主軸電動(dòng)機(jī))通過皮帶直接帶動(dòng)，并通過電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。

采用直流主軸電動(dòng)機(jī)或交流主軸電動(dòng)機(jī)改裝，其改裝成本高，但效果好，能獲得滿意的速度，而且由于傳動(dòng)鏈中沒有齒輪，故噪聲很小。另外在改裝中要注意，主軸電動(dòng)機(jī)的選擇要與進(jìn)給系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)配套，以利于使用CNC系統(tǒng)。圖1-5所示為本任務(wù)改裝后的主傳動(dòng)系統(tǒng)示意。拆下原操縱手柄，裝上齒輪2;以一個(gè)180 W的交流小電動(dòng)機(jī)8通過蝸輪副7和齒輪3, 2將運(yùn)動(dòng)傳給手柄軸1，帶動(dòng)主軸箱內(nèi)的撥叉和滑塊進(jìn)行變速。另外將手柄軸接長，在接長軸4上安裝帶單個(gè)壓塊6的圓盤，并在附加的機(jī)殼上固定一個(gè)裝有6個(gè)微動(dòng)開關(guān)的圓盤5, 6個(gè)微動(dòng)開關(guān)的位置與6級(jí)變速擋位對(duì)應(yīng)。當(dāng)手柄軸帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壓塊6依次壓下6個(gè)微動(dòng)開關(guān)，發(fā)出6個(gè)不同信號(hào)，數(shù)控系統(tǒng)通過對(duì)電路信號(hào)的識(shí)別來控制變速。

自動(dòng)變速過程如下:當(dāng)變速電動(dòng)機(jī)接到S指令后，便開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過傳動(dòng)裝置使手柄軸帶動(dòng)撥叉滑塊使變速齒輪移位。與此同時(shí)，在速度繼電器的控制下，主電動(dòng)機(jī)低速點(diǎn)動(dòng)，以便滑移齒輪順利地進(jìn)人嚙合位片。當(dāng)壓塊壓下的觸點(diǎn)信號(hào)與數(shù)控系統(tǒng)S指令信號(hào)相符時(shí)，小電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)變速完成。這種方案保留了原主軸箱的結(jié)構(gòu)，改裝量小，但只適合于06140型車床。

1.3.2主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程 1.明確已知條件，草擬轉(zhuǎn)速圖 擬定轉(zhuǎn)速圖的一般步驟如下:(i)確定變速組數(shù)及各變速組的傳動(dòng)副數(shù);(2)安排變速組的傳動(dòng)順序，擬定結(jié)構(gòu)式(網(wǎng));(3)分配傳動(dòng)副傳動(dòng)比.繪制轉(zhuǎn)涼圖 2.齒輪齒數(shù)的確定

齒輪的齒數(shù)取決于傳動(dòng)比和徑向尺寸要求。在同一變速組中，若模數(shù)相同且不采用變位齒輪，則傳動(dòng)副的齒數(shù)和相同;若模數(shù)不同，則齒數(shù)和S與模數(shù)m,成反比，即:

對(duì)于三聯(lián)滑移齒輪，當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪且模數(shù)相同時(shí)，最大齒輪與次大齒輪的齒數(shù)差應(yīng)大于4，以避免滑移過程中的齒頂干涉。

當(dāng)傳動(dòng)比i采用標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí)，齒數(shù)和S及小齒輪齒數(shù)可以從表1一1中查得。

1.4 實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備

1.項(xiàng)目任務(wù)單

項(xiàng)日任務(wù)單見附錄二。2.項(xiàng)目要求

學(xué)完基礎(chǔ)知識(shí)及實(shí)例后，學(xué)生自主分析數(shù)控車床主軸箱實(shí)物，熟悉內(nèi)部組成，然后分組制訂設(shè)計(jì)方案，方案合格后，開始具體設(shè)計(jì)。3.儀器與設(shè)備(1)CAK4085數(shù)控車床6(2)《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》若干。(3)扳手、鉗子、直尺。4.實(shí)訓(xùn)步驟

(1)學(xué)生分組，并在現(xiàn)場分析數(shù)控車床主軸箱實(shí)物。(2)學(xué)生分組，制定任務(wù)實(shí)施方案。

(3)根據(jù)任務(wù)實(shí)施方案，學(xué)生將任務(wù)實(shí)施過程填入記錄表1一2中。1.4.2項(xiàng)目評(píng)價(jià)

項(xiàng)日的整體評(píng)價(jià)如表1-3所示。

圖1一1數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)的配置方式

圖1-2直流和交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的功率轉(zhuǎn)矩特性

圖1-4 CK3263B主傳動(dòng)系統(tǒng)

圖1-5改裝后主傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖

表1一1常見傳動(dòng)比的適用齒數(shù)

表1一2項(xiàng)目實(shí)施過程記錄表

表1-3項(xiàng)目評(píng)價(jià)表

項(xiàng)目二數(shù)控車床導(dǎo)軌副設(shè)計(jì) 2.1.1導(dǎo)軌副設(shè)計(jì)步驟

(1)根據(jù)已知的工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型，常見導(dǎo)軌形式見表2-1.(2)選擇導(dǎo)軌截面形狀與組合方式。常見導(dǎo)軌截面形狀見表2一2。1)雙三角形導(dǎo)軌。如圖2-1所示，雙三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向性和精度保持性都很高，磨損后能自動(dòng)下沉補(bǔ)償磨損量。兩條三角形導(dǎo)軌副同時(shí)起支撐和導(dǎo)向作用，由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，兩條導(dǎo)軌磨損均勻，故接觸剛度好。但由于超定位，加工、檢驗(yàn)、維修都較困難，而且當(dāng)量摩擦系數(shù)也高，因此適于精度高的場合。例如絲杠車床、單柱坐標(biāo)鎖床的導(dǎo)軌副等。2)雙矩形導(dǎo)軌。

如圖2一2所示，雙矩形導(dǎo)軌的剛度高，當(dāng)量摩擦系數(shù)比雙三角形導(dǎo)軌低，承載能力強(qiáng)，加工、檢驗(yàn)、維修都較方便，因此被廣泛使用，例如數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌副。雙矩形導(dǎo)軌承載面和導(dǎo)向面是分開的，存在側(cè)向間隙，必須用鑲條調(diào)節(jié)。

如圖2一2(a)所示，用兩外側(cè)面做導(dǎo)向面時(shí)，間距大、熱變形大、間隙大，因而導(dǎo)向精度低、承載能力大;如圖2-2(b)所示，以內(nèi)外側(cè)面做導(dǎo)向面時(shí)，間距小、熱變形小、間隙小，因而導(dǎo)向精度高、易獲得較高的平行度;如圖2一2(c)所示，用兩內(nèi)側(cè)面做導(dǎo)向面時(shí)，由于導(dǎo)軌面對(duì)稱分布在導(dǎo)軌中部，當(dāng)傳動(dòng)件位于對(duì)稱中心線上時(shí)，避免了由于牽引力與導(dǎo)向中心線不合而引起的偏轉(zhuǎn)，不致在改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)引起位置誤差，故導(dǎo)向精度高。3)三角形與矩形組合。

如圖2-3(a)和圖2-3(b)所示，三角形與矩形組合導(dǎo)軌兼有三角形導(dǎo)軌的良好導(dǎo)向性及矩形導(dǎo)軌的制造方便、剛性好等優(yōu)點(diǎn)，并避免了由于熱變形所引起的配合變化。其缺點(diǎn)是三角形導(dǎo)軌比矩形導(dǎo)軌磨損快，易造成磨損不均勻，磨損后又不能通過調(diào)節(jié)來補(bǔ)償，故對(duì)位置精度有影響。

三角形與矩形組合導(dǎo)軌兼有導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛使用，例如車床、磨床、龍門刨床、龍門銑床、滾齒機(jī)、坐標(biāo)鎖床的導(dǎo)軌副等。4)雙燕尾形導(dǎo)軌。

如圖2一4(a)所示，它的高度較小，可以承受顛覆力矩，是閉式導(dǎo)軌中接觸面最少的一種結(jié)構(gòu)。間隙調(diào)整方便，用一根鑲條就可以調(diào)節(jié)各接觸面的間隙。這種導(dǎo)軌剛度較差，加工、檢驗(yàn)、維修都不大方便，適用于受力小、層次多、要求間隙調(diào)整方便的場合，例如牛頭刨床和插床的滑枕導(dǎo)軌、升降臺(tái)銑床的床身導(dǎo)軌、車床刀架導(dǎo)軌副和儀表機(jī)床導(dǎo)軌等。5)矩形與燕尾形導(dǎo)軌組合。

如圖2一4(b)所示，由于它兼有調(diào)整方便、能承受較大力矩的優(yōu)點(diǎn)，故多用于橫梁、立柱和搖臂的導(dǎo)軌副。6)雙圓柱導(dǎo)軌組合。圓柱導(dǎo)軌具有制造方便、不宜積存較大切屑的優(yōu)點(diǎn)，但間隙難以調(diào)整，磨損后一也不易補(bǔ)償，因此適用于移動(dòng)件只受軸向力的場合，例如攻螺紋機(jī)、機(jī)械手的導(dǎo)軌副等。(3)通過計(jì)算選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1)計(jì)算額定動(dòng)載荷Ca’(單位N)。

式中: KW—負(fù)荷系數(shù)，按表2一3選取;KH----硬度系數(shù)，按表2一4選取;KT—溫度系數(shù)，按表2一5選取;KC—接觸系數(shù)，按表2一6選取;K—壽命系數(shù)，一般取K=50;2)依據(jù) 的原則，選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。(4)其他參數(shù)選擇。1)導(dǎo)軌材料選擇。

鑄鐵耐磨性好，熱穩(wěn)定性高，減振性好，成本低，易于加工，在滑動(dòng)導(dǎo)軌中應(yīng)用廣泛。淬硬的鋼導(dǎo)軌耐磨性好。鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性好，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)接近，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗振性好，抗撕傷能力強(qiáng)，工作范圍廣，成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。在選材時(shí)，支撐導(dǎo)件與運(yùn)動(dòng)件應(yīng)選不同的材料，其熱處理的方式一也有所不同。2)調(diào)整裝置。

導(dǎo)軌工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生間隙，間隙過小會(huì)增加摩擦阻力，間隙過大會(huì)降低導(dǎo)向精度，所以應(yīng)選擇合適的調(diào)整裝置進(jìn)行調(diào)整。例如滑動(dòng)導(dǎo)軌副采用壓板和鑲條兩種方法調(diào)整。①鑲條。

鑲條用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面能正常接觸。鑲條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)，常用的有平鑲條和楔形鑲條兩種。

平鑲條如圖2一5所示，它是靠調(diào)整螺釘1移動(dòng)鑲條2的位置來調(diào)整間隙的，圖2一5(c)所示為在間隙調(diào)整好后，再用螺釘3將鑲條2緊固。平鑲條調(diào)整方便，制造容易，圖2一5(a)和圖2一5(b)所示的鑲條較薄，而且只在與螺釘接觸的幾個(gè)點(diǎn)上受力，容易變形，剛度較低，日前較少使用。楔形鑲條如圖2一6所示，鑲條的兩個(gè)面分別與動(dòng)導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌均勻接觸，所以比平鑲條剛度高，但加工較困難。

楔形鑲條的斜度為1 : 100一1:40,鑲條越長，斜度應(yīng)越小，以免兩端厚度相差太大。如圖2一6(a)所示的調(diào)整方法是用調(diào)節(jié)螺釘1帶動(dòng)鑲條2做縱向移動(dòng)以調(diào)節(jié)間隙。鑲條上的溝槽a在刮配好后加工，這種方法構(gòu)造簡單，但螺釘頭凸肩和鑲條上溝槽之間的間隙會(huì)引起鑲條在運(yùn)動(dòng)中竄動(dòng)。圖2一6(b)所示為從兩端用螺釘3和5調(diào)節(jié)，避免了鑲條4的竄動(dòng)，性能較好。圖2一6(c)所示為通過螺釘6和螺母7調(diào)節(jié)，鑲條8上的圓孔在刮配好后加工，這種調(diào)節(jié)方法方便，且能防止鑲條8的竄動(dòng)，但其縱向尺寸較長。②壓板。

壓板用來調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受的顛覆力矩，如圖2一7所示。

2.2.1選擇導(dǎo)軌副

1.確定最大載荷F-max 已知作用在單滑座上的最大載荷Fmax，滑座數(shù)M=4，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷(與絲杠軸線平行)Ff= 1 401 N，工作臺(tái)受到橫向的載荷(與絲杠軸線垂直)F-n= 337 N ,工作臺(tái)受到垂直方向的載荷(與工作臺(tái)面垂直)Fe=512 N，移動(dòng)部件總重量G =736 N。單滑塊所受的最大垂直

2.確定額定工作時(shí)間壽命孔 要求該導(dǎo)軌副每天開機(jī)6h，每年工作300個(gè)工作日，且工作8年以上，則額定工作時(shí)間壽命:

3.確定行程長度系數(shù)TS 要求單向行程長度LS = 0.52m，每分鐘往返次數(shù)為3，則額定行程長度系數(shù): 4.計(jì)算額定動(dòng)載荷Ca’(單位為N)要求工作溫度不超過120 0C，工作速度為40 m/min，滾道表面硬度取60 HRC。由前面的計(jì)算結(jié)果得額定工作時(shí)間壽命Th = 14 400 h。則:

表2一7為JSA一KL型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副(寬型螺孔)尺寸參數(shù)，圖2一8所示為其外形圖;表28 JSA-ZL型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副尺寸參數(shù)

表2-9項(xiàng)目實(shí)施過程記錄表

表2-10項(xiàng)目評(píng)價(jià)表

項(xiàng)目三 簡易機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作

3.1.1設(shè)計(jì)原則

一方面，在保證產(chǎn)品完成規(guī)定功能的前提下，通過對(duì)構(gòu)成各子系統(tǒng)的方案進(jìn)行優(yōu)化組合，降低成本，使系統(tǒng)功能平穩(wěn)、準(zhǔn)確、快速，以滿足用戶的要求。機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要特征是自動(dòng)化操作，功能是產(chǎn)品的生命，只有功能可靠，產(chǎn)品才具有價(jià)值。另一方面，要使功能達(dá)到最佳，機(jī)械子系統(tǒng)、電子信息處理子系統(tǒng)、動(dòng)力子系統(tǒng)、傳感檢測(cè)子系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)5部分構(gòu)成要素的匹配、相互協(xié)調(diào)和相互補(bǔ)充也極為重要。而通過降低成本，并且使系統(tǒng)功能達(dá)到穩(wěn)、準(zhǔn)、快，又增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場競爭力。

3.1.2設(shè)計(jì)工作流程

一個(gè)全新的機(jī)電一體化產(chǎn)品的正向設(shè)計(jì)和開發(fā)過程大體可以分為產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階段。1.產(chǎn)品規(guī)劃階段

產(chǎn)品規(guī)劃包括需求分析、市場預(yù)測(cè)和技術(shù)可行性分析，最后確定設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)制約條件，提出設(shè)計(jì)要求，并將其作為設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和決策的依據(jù)。(1)需求分析。

需求分析從需求識(shí)別開始，認(rèn)識(shí)需求是一種創(chuàng)造性工作，設(shè)計(jì)人員應(yīng)深人實(shí)際，細(xì)致觀察，敏銳捕捉市場的需求，并及時(shí)完成產(chǎn)品的開發(fā)和試制工作。(2)市場預(yù)測(cè)。

市場預(yù)測(cè)是產(chǎn)品的前期調(diào)研工作，調(diào)研內(nèi)容主要有以下三方面: 1)面向用戶的產(chǎn)品市場調(diào)研:主要有產(chǎn)品銷售對(duì)象的可能銷售量，用戶對(duì)產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量、使用維護(hù)、包裝及價(jià)格等方面的要求。此外，還應(yīng)了解競爭產(chǎn)品的種類、優(yōu)缺點(diǎn)和市場占有率等情況。

2)面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)調(diào)研:主要有行業(yè)和專業(yè)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)，相關(guān)理論的研究成果和新材料、新器件的發(fā)展動(dòng)態(tài)，競爭企業(yè)、競爭產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)分析等。此外，還要了解本單位的生產(chǎn)基礎(chǔ)條件。

3)面向產(chǎn)品生命周期的社會(huì)環(huán)境調(diào)研:主要有產(chǎn)品生產(chǎn)和目標(biāo)市場所在地的經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策(如產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策、投資動(dòng)向、環(huán)境保護(hù)及安全法規(guī)等)，產(chǎn)品的種類、規(guī)模及分布，社會(huì)的風(fēng)俗習(xí)慣，社會(huì)人員構(gòu)成狀況及消費(fèi)水平、消費(fèi)心理和購買能力等。

通過調(diào)研應(yīng)確定開發(fā)產(chǎn)品的必要性、種類和生命周期，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等，確定用戶對(duì)產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量、外觀和價(jià)格等方面的要求，即形成產(chǎn)品的初步概念，然后進(jìn)行技術(shù)可行性分析。(3)技術(shù)可行性分析。

技術(shù)可行性分析包括以下幾個(gè)方面: 1)關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)線路:研究本產(chǎn)品需要的關(guān)鍵技術(shù)，指明產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。例如，一個(gè)新概念汽車，采用什么樣的發(fā)動(dòng)機(jī)、什么樣的控制總線和什么樣的人機(jī)接口等。所使用的關(guān)鍵性技術(shù)應(yīng)該是比較成熟的、成本和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)容易控制的。如果要采用比較前沿的新技術(shù)，則需要在市場和成本方面多做考慮。

2)可選技術(shù)方案:同樣的產(chǎn)品可能有多種技術(shù)方案可選擇，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)一定的準(zhǔn)則從中選擇一個(gè)最合適的方案或?qū)⑦@些方案進(jìn)行綜合處理。

3)主要性能指標(biāo)及技術(shù)規(guī)格的可行性:產(chǎn)品的性能指標(biāo)及技術(shù)規(guī)格對(duì)產(chǎn)品的成本和市場競爭力至關(guān)重要。性能指標(biāo)和技術(shù)規(guī)格越高，產(chǎn)品的成本就越高，價(jià)格也就越高。但市場競爭力不完全由技術(shù)性能決定，還與其價(jià)格、品牌等許多因素有關(guān)。用戶往往追求性價(jià)比高的產(chǎn)品。因此制定產(chǎn)品的規(guī)格和性能指標(biāo)需要綜合考慮各方面的因素，突出產(chǎn)品的特色，力爭做到高性能、低價(jià)格。在制定主要產(chǎn)品的規(guī)格和性能指標(biāo)時(shí)還要充分參考競爭對(duì)手的產(chǎn)品及發(fā)展趨勢(shì)，制定最合理的參數(shù)。

4)主要技術(shù)風(fēng)險(xiǎn):綜合分析產(chǎn)品功能、技術(shù)規(guī)格及性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可能性，分析產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)中可能存在的各種問題和風(fēng)險(xiǎn)，以及這些問題與風(fēng)險(xiǎn)的解決和規(guī)避方法。如果不充分考慮這些問題和風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間則可能拖延，從而錯(cuò)過市場最佳時(shí)機(jī)，使產(chǎn)品的成本過高、質(zhì)量和成品率低或者大規(guī)模地更換生產(chǎn)設(shè)備等。因此，必須提前對(duì)這些問題進(jìn)行充分的評(píng)估，使產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)能順利進(jìn)行。

5)成本分析:根據(jù)所制定的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格和技術(shù)路線，綜合分析產(chǎn)品成本，包括技術(shù)成本、原材料成本、制造成本和人力成本等，為產(chǎn)品的立項(xiàng)提供決策支持。

6)結(jié)論和建議:根據(jù)產(chǎn)品的成本分析和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格、性能指標(biāo)和市場定位等參數(shù)提出修改建議，確定產(chǎn)品是否立項(xiàng)。產(chǎn)品立項(xiàng)應(yīng)給出生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求表，表中所列要求分為特征指標(biāo)、優(yōu)化指標(biāo)和尋常指標(biāo)，各項(xiàng)要求應(yīng)盡可能量化，并按重要程度分出等級(jí)。2.概念設(shè)計(jì)階段

在概念設(shè)計(jì)階段輸人生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求表，輸出總體方案。該方案主要包括產(chǎn)品外觀和結(jié)構(gòu)布置方案、產(chǎn)品部件或子系統(tǒng)劃分以及設(shè)計(jì)目標(biāo)、各部件或子系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)等三個(gè)方面，并制訂詳細(xì)設(shè)計(jì)任務(wù)書、驗(yàn)收規(guī)范及進(jìn)度計(jì)劃。

3.3案例導(dǎo)入

(3)確定小帶輪齒數(shù)Z1和小帶輪節(jié)圓直徑d1.應(yīng)使小帶輪齒數(shù)，而帶輪最小許用齒數(shù)Z min可查表3一3獲得。當(dāng)帶速和安裝尺比寸允許時(shí)，Z1盡可能選用較大值，初步選取Z1=12。(4)確定大帶輪齒數(shù)Z2和大帶輪節(jié)圓直徑d2(5)初選中心距久ao、帶的節(jié)線長度Lop、帶的齒數(shù)Zb。

根據(jù)表9-4選取接近標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)線長度Lp=381mm，相應(yīng)齒數(shù)Zb= 40。(6)計(jì)算實(shí)際中心距a。

設(shè)計(jì)同步帶傳動(dòng)時(shí)，中心距a應(yīng)該可以調(diào)整，以便獲得適當(dāng)?shù)膹埦o力。(7)校驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)Zm 嚙合齒數(shù):(8)計(jì)算基準(zhǔn)額定功率P0

(9)確定實(shí)際所需的同步帶寬度bs。

式中bs0—選定型號(hào)的基準(zhǔn)寬度，由表9-5可查得bs0 = 25.4mm;Kz—小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，由表9-6可查得K, = 0.8。10)帶的工作能力驗(yàn)算。

根據(jù)下式計(jì)算同步帶額定功率P的精確值，若結(jié)果滿足 率)，則帶的工作能力合格。

帶的設(shè)計(jì)功

同步帶傳動(dòng)示意簡圖如圖3-9所示。(11)結(jié)果整理。

同步帶:選用L型同步帶，訂購型號(hào)為150 L100

最后，經(jīng)過廠家訂購與協(xié)商，確定帶輪及帶，零件如圖3一

10、圖3一11所示，同步帶傳動(dòng)效果如圖3一12所示。3.3.3錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)

(1)確定齒輪材料及精度等級(jí)。

錐齒輪材料選擇45 #鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217~225 HBS。經(jīng)過計(jì)算齒輪傳動(dòng)的最大圓周速度為4.19 m/s，查表3一8可確定錐齒輪精度等級(jí)為7級(jí))(2)確定模數(shù)及齒數(shù)。(3)計(jì)算相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)以上尺寸畫出小錐齒輪零件(見圖3一13)和大錐齒輪零件圖(見圖3一14)。錐齒輪傳動(dòng)嚙合部分三維造型如圖3一15所示。3.3.4計(jì)數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在啤酒、汽水和罐頭等灌裝生產(chǎn)線上，常常需要對(duì)隨傳送帶傳送到包裝處的成品瓶進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，以便統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量或?yàn)橛?jì)算機(jī)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。光電計(jì)數(shù)器是通過紅外線發(fā)射和接收進(jìn)行計(jì)數(shù)的，有直射式和反射式兩種。直射式的發(fā)射、接收分體，發(fā)生器和接收器分別置于流水線兩邊，中間沒有阻擋時(shí)發(fā)射器的紅外線反射到接收器上，接收器收到發(fā)射來的紅外線，經(jīng)相反處理使之沒有信號(hào)輸出，有工件經(jīng)過時(shí)擋住光路，接收機(jī)失去紅外線信號(hào)便輸出一個(gè)脈沖信號(hào)到運(yùn)算累加器進(jìn)行計(jì)數(shù)。發(fā)射式是發(fā)射、接收同體，置流水線一邊，前面沒有工件往下流時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的紅外線直接射出沒有反射，接收器沒有接收到反射來的紅外線信號(hào)則沒有輸出。有工件經(jīng)過時(shí)，其將擋住光電路使發(fā)射器發(fā)出的紅外線信號(hào)反射到接收器上，接收器接收到反射來的紅外線信號(hào)便輸出一個(gè)脈沖信號(hào)到運(yùn)算累加器進(jìn)行計(jì)數(shù)。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)日的是每推一個(gè)料，計(jì)數(shù)器顯示一個(gè)數(shù)，逐次遞增。整體方案是:通過傳感器(光電開關(guān)或磁性開關(guān))檢測(cè)到推桿動(dòng)作，將信號(hào)傳到單片機(jī)，單片機(jī)輸出，并令數(shù)碼管顯示推出工件個(gè)數(shù))其結(jié)構(gòu)如圖3一16所示。

本設(shè)計(jì)是兩種傳感器均可，接線圖如圖3一17所示。

本設(shè)計(jì)中的計(jì)數(shù)器、光電開關(guān)、磁性開關(guān)均需外購，其外形如圖3一18所示。

3.4.1實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備

1.項(xiàng)目目的

(1)使學(xué)生具備一般機(jī)電產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)能力。(2)熟練掌握同步帶設(shè)計(jì)方法。(3)學(xué)會(huì)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。2.項(xiàng)目要求

每組學(xué)生自行設(shè)計(jì)同步帶系統(tǒng)和計(jì)數(shù)系統(tǒng)。3.儀器與設(shè)備

(1)電腦若干(二維設(shè)計(jì)軟件、三維設(shè)計(jì)軟件必有)。(2)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》若干。4.實(shí)訓(xùn)步驟(1)學(xué)生分組設(shè)計(jì)方案。

(2)兩位指導(dǎo)教師及各組組長審核方案。

(3)方案通過后，具體設(shè)計(jì)，學(xué)生將項(xiàng)目實(shí)施過程填入記錄表3-9中。3.4.2項(xiàng)目評(píng)價(jià)

項(xiàng)目的整體評(píng)價(jià)見表3一10。

圖3一1機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

圖3一2常用電子類組裝工具

圖3一4方案一草圖

圖3一5風(fēng)能供料裝置結(jié)構(gòu)示意

圖3一6風(fēng)能供料裝置主要部件示意

圖3一7同步帶

表3-1同步帶載荷修正系數(shù)KA

表3一3帶輪最小許用齒數(shù)Zmin

表3一4同步帶節(jié)線長度L P

表3-5同步帶在基準(zhǔn)帶寬下的許用工作拉力和線密度

表3一6小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)

圖3-9同步帶傳動(dòng)示意簡圖

圖3一10小帶輪零件

圖3一11大帶輪零件

圖3一12同步帶傳動(dòng)效果

表3-10項(xiàng)目評(píng)價(jià)表