第1章 概述 1
1-1 对机电一体化涵义的理解与机电一体化技术革命 1
一、机电一体化涵义与机电一体化时代特征 1
二、机电一体化技术革命 2
1-2 机电一体化系统构成要素、功能构成及其价值评价 3
1-3 机电一体化系统构成要素之间的相互连接 8
1-4 机电一体化系统设计的考虑方法、设计类型及设计流程 9
一、机电一体化系统设计的考虑方法 9
二、机电一体化系统的设计类型 10
三、机电一体化系统的设计流程 11
1-5 机电一体化系统的设计程序、准则与规律 12
1-6 机电一体化工程与系统工程 14
1-7 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法 15
一、机电一体化系统的开发工程 15
二、机电一体化系统设计与现代设计方法 15
1-8 机电一体化系统的共性关键技术与优先发展领域 19
一、机电一体化系统的共性关键技术 19
二、机电一体化的优先发展领域 21
习题与思考题 23
第2章 机电一体化系统机械系统部件的选择与设计 24
2-1 机械系统部件的设计要求 24
2-2 机械系统传动部件的选择与设计 25
一、机械传动部件及其功能要求 25
二、丝杠螺母机构的基本传动形式 26
三、滚珠丝杠副传动部件 27
四、齿轮传动部件 39
五、挠性传动部件 46
六、间歇传动机构 48
2-3 机械系统导向支承部件的选择与设计 50
一、导轨副的组成、种类及其应满足的要求 50
二、滑动导轨副的结构及选择 55
三、滚动导轨副的类型与选择 61
四、静压导轨副工作原理 66
2-4 机械系统旋转支承部件的类型与选择 68
一、旋转支承部件的种类及基本要求 68
二、圆柱支承 69
三、圆锥支承 71
四、填入式滚动支承 72
五、其他形式支承 73
2-5 机械系统轴系部件的选择与设计 76
一、轴系设计的基本要求 76
二、轴系（主轴）用轴承的类型与选择 77
三、提高轴系部件性能的措施 84
2-6 机电一体化系统的机座或机架设计 84
一、机座或机架的作用及基本要求 84
二、机座或机架的结构设计要点 86
习题与思考题 90
第3章 机电一体化系统执行元件的选择与设计 91
3-1 执行元件的种类、特点及基本要求 91
一、执行元件的种类及特点 91
二、对执行元件的基本要求 93
3-2 常用的控制用电动机 94
一、对控制用电动机的基本要求 94
二、控制用电动机的种类、特点及选用 95
3-3 直流（DC）与交流（AC）伺服电机及驱动 97
一、直流（DC）伺服电机及驱动 97
二、交流（AC）伺服电机及驱动 101
3-4 步进电机及驱动 105
一、步进电机的特点与种类 105
二、步进电机的工作原理 106
三、步进电机的运行特性及性能指标 109
四、步进电机的驱动与控制 115
习题与思考题 125
第4章 机电一体化系统微机控制系统的选择及接口设计 127
4-1 专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡 127
4-2 微机控制系统的设计思路 128
一、微机控制系统整体方案的确定与微机选择 128
二、微机控制系统的总体设计与系统软件的确定 130
三、微机控制系统控制算法的确定 132
4-3 微机控制系统的构成与种类 133
一、微型计算机的系统构成 133
二、微型计算机的分类方法 134
4-4 微机控制系统的软件与程序设计语言 136
4-5 微机应用领域及其选用要点 137
4-6 8086/8088CPU的硬件结构特点 139
一、8086/8088CPU的主要结构特点 139
二、8086/8088CPU的最大与最小工作模式 139
三、8086/8088CPU引脚的功能定义 140
四、8086CPU最小、最大工作模式系统的典型配置 143
4-7 单板机（Z80CPU）的硬件结构特点、存储器及输入／输出扩展接口 146
一、Z80CPU的硬件结构特点 146
二、Z80CPU用总线驱动器 147
三、Z80CPU用存储器 148
四、Z80CPU用输入／输出接口 152
五、Z80CPU用存储器及I/O口扩展 158
4-8 单片机的硬件结构特点及其最小应用系统 159
一、MCS-51系列单片机的结构特点 159
二、MCS-51系列单片机的最小应用系统及其扩展 162
4-9 数字显示器及键盘的接口电路 165
一、数字显示器的结构及其工作原理 165
二、键盘、显示器的接口电路 168
4-10 微机应用系统的输入／输出控制的可靠性设计 171
一、光电隔离电路设计 171
二、信息转换电路设计 175
4-11 可编程逻辑控制器（PLC）的构成及应用举例 176
一、PLC的构成及其工作原理 176
二、PLC的应用举例 179
4-12 常用检测传感器的性能特点、选用及其微机接口 182
一、检测传感器的分类与基本要求 182
二、各类传感器的主要性能及优缺点 185
三、传感器的选用原则及注意事项 194
四、检测传感器的测量电路及微机接口 195
习题与思考题 199
第5章 机电一体化系统元、部件的特性分析 201
5-1 机电一体化系统与自动控制理论 201
一、拉普拉斯变换与传递函数 201
二、控制系统的过渡过程特性 203
三、伺服系统及其动态特性 204
四、采样控制简介 206
5-2 机电一体化系统元、部件的力学特性 211
一、机械系统特性及变换机构 211
二、机械系统的机构静力学特性 214
三、机械系统的机构动力学特性 216
四、两自由度机器人运动轨迹创成所需转矩 221
5-3 机电一体化系统传感器的动态特性 222
一、动电式变换器的动态特性 223
二、压电式变换器的动态特性 224
三、传感检测系统的动态特性 225
5-4 机电一体化系统执行元件的动态特性 228
一、电磁变换执行元件的动态特性 229
二、具有反馈环节的驱动电路电磁变换执行元件的动态特性 230
三、压电式执行元件及其动态特性 230
四、执行元件与机械惯性阻转矩的匹配方法 232
五、凸轮曲线理论 234
习题与思考题 235
第6章 机电一体化系统机电有机结合的分析与设计 236
6-1 机电一体化系统的稳态与动态设计 236
6-2 机电有机结合之一：机电一体化系统稳态设计的考虑方法 237
一、被控对象分析 237
二、执行元件的匹配选择 239
三、减速比的匹配选择与各级减速比的分配 240
四、检测传感装置、信号转换接口电路、放大电路及电源等的匹配 241
五、系统数学模型的建立及主谐振频率的计算 242
6-3 机电有机结合之二：机电一体化系统动态设计的考虑方法 250
一、机电伺服系统的动态设计 250
二、系统的调节方法 250
三、机械结构弹性变形对系统特性的影响 257
四、传动间隙对系统特性的影响 263
五、机械系统实验振动模态参数识别 264
6-4 机电一体化系统的可靠性、安全性设计 265
一、可靠性设计 265
二、安全性设计 272
习题与思考题 273
第7章 计算机数字控制程序编制基础简介 275
7-1 数控机床类型及其控制方式 275
7-2 数控系统组成及数控程序编制基础 278
一、数控系统组成及其工作过程 278
二、数控程序编制基础 279
习题与思考题 291
第8章 传统机械加工设备的机电一体化改造分析与设计 292
8-1 传统机械加工机床的机电一体化改造设计方案分析 292
一、机床的机械传动系统改造设计方案分析 293
二、机床的机械传动系统简化 297
三、机床机电一体化改造的性能及精度选择 299
四、机床进给系统的机电有机结合匹配选择计算 300
8-2 微机控制系统的设计 303
一、机床开环控制系统具有的功能及特点 303
二、单板机（Z80CPU）控制系统设计（以车床为例） 303
三、单片机（8031）控制系统设计（以XY工作台为例） 314
四、多CPU直流伺服系统设计简介（以XA6132型铣床为例） 316
习题与思考题 319
第9章 典型机电一体化系统简介 320
9-1 城市轨道交通自动售检票系统与自动售票机 320
一、城市轨道交通自动售检票系统的组成 320
二、城市轨道交通自动售票机 323
9-2 邮局邮件自动处理系统 328
一、邮局邮件处理作业流程及邮件自动处理系统 328
二、邮件自动处理系统中的新机器、新机构 330
9-3 快速成形技术与3D打印机 333
一、快速成形的基本概念与技术分类 333
二、3D打印机 335
9-4 工业机器人 338
一、工业机器人的组成、分类及技术参数 338
二、电动喷砂机器人（多关节型） 340
三、装配机器人（SCARA型） 345
9-5 计算机数控机床 349
一、机械加工中心（MC） 349
二、BKX-I型数控机床 354
三、PRS-XY型混联数控机床 362
9-6 汽车的机电一体化简述 371
一、传感器在汽车发动机等中的应用 371
二、微机控制的数字化电子点火系统 375
三、汽车自动空调系统 378
四、电子控制的自动变速器 379
9-7 工业电子秤种类及其构成原理 381
9-8 自动售货机 385
习题与思考题 387
附录 常用基本逻辑符号的中、外及新、旧标准对照表 388
参考文献 390