第一章 概论 1
第一节 机电一体化的基本含义 1
一、日本关于机电一体化的定义 1
二、美国关于“现代机械系统”的定义 1
三、德国的精密工程技术的定义 1
四、我国对机电一体化的理解 2
第二节 机电一体化系统的功能构成原理及其组成要素 2
一、机电一体化系统的功能构成原理 2
二、机电一体化系统的五大组成要素 3
第三节 机电一体化系统的功能原理设计和广义接口、控制软件的作用 4
一、机电一体化系统的功能原理设计 4
二、机电一体化系统的技术评价 5
三、广义接口 6
四、控制软件在系统中的作用 7
第四节 机电一体化产品的分类 8
一、按机电一体化产品的用途分类 8
二、按机电一体化产品的功能分类 8
第五节 机电一体化的特点及发展趋势 8
一、机电一体化技术体现在产品、设计、制造以及生产经营管理诸方面的特点 8
二、机电一体化的发展趋势 9
第六节 本课程的目的和要求 9
第二章 精密机械系统的精度设计基础 10
第一节 精度设计中的主要原理与原则 10
一、阿贝误差原理 10
二、运动学设计原理 10
三、平均效应原理 12
四、变形最小原则 12
五、基面统一原则 13
六、误差缩小和放大原理 14
七、误差配置原理 14
第二节 精度设计中的基本概念 14
一、误差 14
二、精度 15
三、灵敏度和分辨率 16
第三节 随机误差和系统误差 17
一、随机误差 17
二、系统误差 20
三、函数误差——误差的传递 21
第四节 误差的综合 22
一、随机误差的合成 22
二、系统误差的合成 23
三、不同性质误差的合成 24
第五节 精密机械设备的精度设计和误差分配 24
一、产品精度分配依据和步骤 25
二、误差分配方法 25
第六节 数控机床的精度分析和精度指标 26
一、数控机床的误差源和精度分析 26
二、数控机床的位置精度 28
第三章 机械传动部件 32
第一节 机电一体化对机械传动的要求 32
第二节 同步带传动 32
一、同步带传动的特点和分类 32
二、同步带结构和尺寸规格 33
三、同步带轮尺寸规格 39
四、同步带传动的设计计算 43
五、高转矩同步带传动简介 46
第三节 齿轮传动 49
一、齿轮传动系统的总传动比及其分配 49
二、圆柱齿轮精度 54
三、齿轮传动的回差及其控制 58
四、提高齿轮传动精度的措施 59
五、提高有关零件的精度 62
第四节 谐波齿轮传动 63
一、工作原理与传动比计算 63
二、谐波齿轮传动主要参数设计计算 64
三、谐波齿轮传动的刚度特性 65
四、谐波齿轮传动基本构件的材料和结构 65
五、单级谐波齿轮减速器简介 66
第五节 滚珠螺旋传动 69
一、滚珠丝杠副的结构类型 69
二、滚珠丝杠副的精度 71
三、滚珠丝杠副的尺寸与代号 72
四、滚珠丝杠的支承结构形式 74
五、滚珠丝杠副的选择计算 77
六、滚珠丝杠副的防护 89
第四章 支承部件 92
第一节 轴系 92
一、轴系设计的基本要求 92
二、滚动摩擦支承 104
三、滑动摩擦支承 122
四、激励磁力支承 128
第二节 导轨 129
一、导轨副的类型 129
二、导轨副的技术要求 130
三、滑动导轨 132
四、滚动导轨 136
五、塑料导轨 154
六、导轨的选择与维护 159
第三节 支承件 161
一、支承件的主要技术要求 161
二、支承件的材料选择 164
三、支承件的结构设计 167
第五章 控制电动机及调速系统 175
第一节 控制电动机 175
一、概述 175
二、步进电动机 176
三、直流伺服电动机 183
四、交流伺服电动机 186
五、控制电动机在伺服驱动中的应用 190
第二节 直流伺服驱动系统与交流伺服驱动系统 191
一、直流调速系统 191
二、交流调速系统 192
三、应用实例 194
第三节 直线电动机 195
一、直流直线电动机 196
二、直线感应电动机 197
三、直线步进电动机 198
第四节 控制电动机主要生产厂的典型产品 200
一、国外产品 200
二、国内产品 201
第六章 检测传感器 205
第一节 位移检测传感器 205
一、感应同步器 205
二、磁尺 207
三、光栅 208
第二节 角度检测传感器 210
一、旋转变压器 210
二、编码盘 211
第三节 速度、加速度传感器 212
一、测速发电机 212
二、编码器速度传感器 212
三、电磁式速度传感器 212
四、加速度传感器 212
第四节 测力传感器 213
一、弹性元件应变式力传感器 213
二、压电式力传感器 213
第五节 传感器的应用 214
一、传感器的控制系统及系统的条件 214
二、传感器在工业机器人中的应用 214
三、机器人力觉传感器 216
第六节 传感器的发展 217
一、传感器的集成化和功能化 217
二、智能传感器 218
三、新材料新领域 218
第七章 机电伺服系统的设计计算 220
第一节 伺服系统分类和典型系统 220
一、伺服系统的基本要求和分类 220
二、步进电动机驱动的开环系统及其参数 221
三、直流伺服电动机驱动的闭环系统及其参数 223
四、采用脉冲编码器的半闭环系统及其参数 225
第二节 伺服传动系统的动力学方法设计计算 228
一、机电伺服传动系统动力学计算的基本公式 229
二、等效负载转矩的计算 230
三、机械运动与控制中的运动惯量计算 231
四、直流伺服电动机的数学模型和调速特性 233
五、伺服电动机的选择方法 236
六、伺服系统的刚度、固有频率和精度 242
第三节 伺服传动系统动力学方法设计计算实例 243
一、激光加工机的设计计算 243
二、经济型数控车床的纵向进给系统的设计计算 250
第四节 伺服系统的控制理论方法设计计算 252
一、控制理论方法设计的基本内容和步骤 252
二、数字式位置控制伺服系统的控制方案 253
三、伺服系统的动态数学模型 255
四、伺服系统的动态设计 261
第五节 立式加工中心伺服进给系统的设计计算 270
一、伺服系统的特点和主要参数 270
二、伺服系统的静态设计计算 271
三、伺服系统的动态设计计算 276
第八章 微机控制系统 285
第一节 概述 285
一、微机控制系统分类 285
二、微机控制系统的组成 285
第二节 微机控制系统的设计与调试 287
一、微机控制系统设计的基本要求 287
二、微机控制系统设计的基本内容与步骤 287
三、系统调试与实验 288
第三节 控制微机的选择 289
一、单板和单片微机控制系统 289
二、普通PC机组成的控制系统 290
三、工业PC控制机 291
四、STD总线控制系统 291
五、可编程序控制器 291
第四节 控制算法的计算机软件设计 293
一、数字PID控制算法 293
二、数字控制器的连续设计法 297
三、D（z）算法的微机实现 302
第五节 接口设计 306
一、常用接口总线标准 307
二、PC总线应用 311
三、MCS-51单片机接口应用 319
四、抗干扰设计 328
第九章 数控机床 338
第一节 综述 338
第二节 数控机床的构成及分类 338
一、数控机床的构成 338
二、数控机床的分类 339
第三节 数控编程 342
一、概述 342
二、ISO数控程序标准简介 343
三、手工编程 345
四、编程示例 349
第四节 数字控制系统 351
一、CNC系统的组成和工作过程 351
二、CNC系统的插补原理 352
三、CNC系统的硬件结构 363
四、CNC系统的软件结构 366
第五节 数控机床的机械结构 369
一、概述 369
二、提高数控机床刚度的措施 369
三、提高传动效率的措施 372
四、减少热变形对加工精度的影响 373
第六节 数控车床 374
一、数控车床的结构与分类 374
二、床身和导轨 375
三、主轴与主传动系统 376
四、进给系统 378
五、刀架系统 378
六、S3-1200型数控车床介绍 379
第七节 加工中心 383
一、加工中心的分类 383
二、加工中心机械结构 384
第八节 其它数控机床 389
一、数控磨床 389
二、数控电加工机床 389
三、数控激光加工机床 390
四、数控金属板材和管料压力加工机床 391
五、数控火焰切割机 393
第十章 工业机器人 394
第一节 综述 394
第二节 工业机器人的结构和分类 394
一、工业机器人的基本结构 394
二、工业机器人的分类 396
第三节 工业机器人的主要技术参数 398
第四节 工业机器人的机械结构 399
一、工业机器人的手部 399
二、工业机器人的腕部 402
三、工业机器人的臂部 404
第五节 工业机器人实例 407
一、PUMA-262型工业机器人 407
二、A4010HSCARA型装配机器人 411
三、RPA856RP型喷涂机器人 414
第六节 工业机器人的应用 416
一、铸造业中机器人的应用 416
二、锻造工艺中机器人的应用 417
三、冲压工艺中机器人的应用 418
四、焊接工艺中机器人的应用 419
五、机械加工中机器人的应用 419
六、装配作业中机器人的应用 421
参考文献 423