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第1章 引论 1

1.1 概述 1

1.1.1 引言 1

1.1.2 机电一体化系统的基本组成要素 2

1.1.3 机电一体化系统的技术组成 3

1.1.4 机电一体化技术与其他技术的区别 5

1.2 机电一体化系统的设计 5

1.2.1 机电一体化系统的分类 6

1.2.2 机电一体化系统(产品)开发的类型 6

1.2.3 机电一体化系统(产品)设计方案的常用方法 6

1.2.4 机电一体化系统设计 7

1.2.5 机电一体化系统(产品)的工程路线 8

1.3 机电一体化的发展趋势 9

1.3.1 机电一体化的技术现状 9

1.3.2 机电一体化的发展趋势 10

思考题 13

第2章 机电一体化机械系统设计理论 14

2.1 概述 14

2.1.1 机电一体化对机械系统的基本要求 14

2.1.2 机械系统的组成 15

2.1.3 机械系统的设计思想 15

2.2.1 机电一体化系统对机械传动的要求 16

2.2.2 总传动比的确定 16

2.2 机械传动设计的原则 16

2.2.3 传动链的级数和各级传动比的分配 17

2.3 机械系统性能分析 21

2.3.1 数学模型的建立 21

2.3.2 机械性能参数对系统性能的影响 26

2.3.3 传动间隙对系统性能的影响 28

2.4 机械系统的运动控制 29

2.4.1 机械传动系统的动力学原理 29

2.4.2 机械系统的制动控制 30

2.4.3 机械系统的加速控制 33

思考题 35

3.1.1 直齿圆柱齿轮传动机构 36

第3章 机电一体化机械设计 36

3.1 无侧隙齿轮传动机构 36

3.1.2 斜齿轮传动机构 37

3.1.3 锥齿轮传动机构 38

3.1.4 齿轮齿条传动机构 39

3.2 滑动螺旋传动 39

3.2.1 滑动螺旋传动的特点 39

3.2.2 滑动螺旋传动的形式及应用 40

3.2.3 螺旋副零件与滑板连接结构的确定 41

3.2.4 影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施 42

3.2.5 消除螺旋传动的空回的方法 44

3.3.2 滚珠螺旋传动的结构形式与类型 46

3.3.1 滚珠螺旋传动的特点 46

3.3 滚珠螺旋传动 46

3.3.3 滚珠螺旋副的精度 50

3.4 滑动摩擦导轨 50

3.4.1 导轨的基本要求 51

3.4.2 滑动摩擦导轨的类型及结构特点 52

3.4.3 导轨间隙的调整 55

3.4.4 驱动力的方向和作用点对导轨工作的影响 56

3.4.5 温度变化对导轨间隙的影响 57

3.4.6 导轨的刚度计算 58

3.4.7 提高导轨耐磨性的措施 58

3.5 滚动摩擦导轨 61

3.4.8 导轨主要尺寸的确定 61

3.5.1 滚珠导轨 62

3.5.2 滚柱导轨和滚动轴承导轨 64

3.6 静压螺旋传动与静压导轨简介 64

3.6.1 静压螺旋传动 64

3.6.2 静压导轨 65

思考题 68

第4章 机电一体化检测系统 69

4.1 概述 69

4.1.1 检测系统的组成 69

4.1.2 传感器的概念及基本特性 70

4.2 位移检测 72

4.1.3 信号传输与处理电路 72

4.2.1 模拟式位移传感器 73

4.2.2 数字式位移传感器 77

4.3 速度、加速度的检测 81

4.3.1 直流测速机速度检测 81

4.3.2 光电式转速传感器 82

4.3.3 加速度传感器 82

4.4 力、扭矩和流体压强检测 84

4.4.1 力、力矩检测 84

4.4.2 流体压强传感器 87

4.5 传感器前级信号处理 88

4.5.1 测量放大器 89

4.5.2 程控增益放大器 90

4.5.3 隔离放大器 92

4.6 传感器接口技术 93

4.6.1 传感器信号的采样/保持 93

4.6.2 多通道模拟信号输入 95

4.7 传感器非线性补偿处理 97

思考题 101

第5章 计算机控制及接口技术 102

5.1 概述 102

5.1.1 计算机控制系统的组成 102

5.1.2 计算机在控制中的应用方式 104

5.1.3 典型的机电一体化控制系统 106

5.2.1 工业控制计算机的特点及要求 109

5.2 工业控制计算机 109

5.2.2 单片微型计算机 110

5.2.3 可编程序控制器(PC) 111

5.2.4 总线工控机 114

5.3 计算机接口技术 119

5.3.1 接口、通道及其功能 119

5.3.2 I/O信号的种类 121

5.3.3 计算机和外部的通信方式 122

5.3.4 I/O控制方式 123

5.3.5 I/O接口的编址方式 129

5.4 计算机接口设计 130

5.4.1 I/O接口与系统的连接 130

5.4.2 I/O接口扩展 132

5.4.3 模拟量的采样与处理 135

5.4.4 输入/输出通道 137

5.5 D/A转换器 141

5.5.1 并行D/A转换器的工作原理 141

5.5.2 D/A转换器的主要参数 142

5.5.3 8位D/A转换器DAC0832 142

5.5.4 12位D/A转换器DAC1210 146

5.6 A/D转换器 148

5.6.1 A/D转换器的工作原理 148

5.6.2 A/D转换器的主要技术参数 149

5.6.3 8位A/D转换器ADC0809 150

5.6.4 12位A/D转换器AD574 152

5.6.5 A/D转换器与系统的连接及举例 154

思考题 159

第6章 伺服控制系统 160

6.1 概述 160

6.1.1 伺服系统的结构组成 160

6.1.2 伺服系统的分类 161

6.1.3 伺服系统的技术要求 161

6.2 执行元件 162

6.2.1 执行元件的分类及其特点 162

6.2.2 直流伺服电动机 163

6.2.3 步进电动机 168

6.2.4 交流伺服电动机 175

6.3 电力电子变流技术 178

6.3.1 开关器件特性 179

6.3.2 变流技术 182

6.4 PWM型变频电路 186

6.4.1 SPWM波形原理 187

6.4.2 单相SPWM控制原理 188

6.4.3 三相SPWM控制原理 190

6.4.4 SPWM逆变电路的调制方式 191

6.4.5 SPWM型变频器的主电路 192

思考题 193

7.1.2 形成干扰的三个要素 194

7.1.1 干扰的定义 194

第7章 抗干扰技术 194

7.1 产生干扰的因素 194

7.1.3 电磁干扰的种类 195

7.1.4 干扰存在的形式 196

7.2 抗干扰的措施 196

7.2.1 屏蔽 197

7.2.2 隔离 198

7.2.3 滤波 199

7.2.4 接地 200

7.2.5 软件抗干扰设计 202

7.3 提高系统抗干扰能力的措施 202

7.3.1 逻辑设计力求简单可靠 202

7.3.3 从安装和工艺等方面采取措施以消除干扰 203

7.3.2 硬件自检测和软件自恢复的设计 203

思考题 204

第8章 自动化制造系统 205

8.1 概述 205

8.1.1 刚性自动化生产 205

8.1.2 柔性制造单元(FMC) 208

8.1.3 柔性制造系统(FMS) 209

8.1.4 柔性制造线(FML) 212

8.1.5 柔性装配线(FAL) 213

8.1.6 计算机集成制造系统(CIMS) 214

8.2.1 一般数控机床 216

8.2 数控机床 216

8.2.2 加工中心(MC) 219

8.2.3 车削中心 220

8.2.4 电火花加工 220

8.3 工件储运设备 222

8.3.1 有轨小车(RGV) 222

8.3.2 自动导向小车(AGV) 223

8.3.3 自动化立体仓库 224

8.4 工业机器人 226

8.4.1 工业机器人概况 226

8.4.2 工业机器人的结构 226

8.4.3 工业机器人的应用 228

8.5 检测与监控系统 230

8.5.1 检测与监控原理 230

8.5.2 检测与监控应用举例 232

8.5.3 检测设备 235

8.6 辅助设备 237

8.6.1 清洗站 237

8.6.2 去毛刺设备 238

8.6.3 切屑和冷却液的处理 239

思考题 242

参考文献 243