機(jī)械自動化系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)書

前言

機(jī)械自動化（機(jī)電一體化）系統(tǒng)是機(jī)械發(fā)展的方向，它將機(jī)械、電氣、控制軟件等多種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合為一體。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這些技術(shù)在系統(tǒng)（產(chǎn)品）中互相滲透。機(jī)械自動化系統(tǒng)不是簡單地把機(jī)械、電氣、控制軟件組合在一起，而是要從系統(tǒng)的整體出發(fā)，綜合考慮，實(shí)現(xiàn)最佳化設(shè)計。本書從系統(tǒng)（產(chǎn)品）整體的角度出發(fā)，闡明系統(tǒng)的設(shè)計過程，并體現(xiàn)“以機(jī)械為本、電氣為控制核心、控制軟件為系統(tǒng)關(guān)鍵”的機(jī)械自動化系統(tǒng)設(shè)計的基本原則。通過教學(xué)用簡易數(shù)控銑床這一典型設(shè)計實(shí)例，介紹了設(shè)計開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品的全過程：系統(tǒng)總體方案設(shè)計、機(jī)械部件結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣部件設(shè)計、系統(tǒng)控制軟件設(shè)計、綜合調(diào)試實(shí)驗(yàn)、設(shè)計說明書的編寫等。設(shè)計有多種可行方案，特別是電氣和軟件，本書主要介紹設(shè)計思路，為讀者留有一定的想象空間。本書可作為機(jī)械自動化專業(yè)本科學(xué)生四周左右的專業(yè)（課程）設(shè)計教材（指導(dǎo)書），也可作為從事機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計和開發(fā)的技術(shù)人員的參考書。本書共分8章，第1章簡要敘述機(jī)械自動化系統(tǒng)設(shè)計；第2章介紹系統(tǒng)總體方案設(shè)計的方法和過程；第3章介紹機(jī)械部件結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算；第4章介紹電氣控制硬件的設(shè)計和計算；第5章討論系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計與監(jiān)控程序的編制方法；第6章介紹以實(shí)現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)為目的的綜合（機(jī)械機(jī)構(gòu)、電氣硬件、控制軟件）調(diào)試實(shí)驗(yàn)；第7章闡述編寫設(shè)計說明書的要點(diǎn)；第8章是設(shè)計常用參考資料，包括電氣和軟件方面的常用參考資料以及設(shè)計中常用的圖紙等；本書專門為學(xué)生和自學(xué)者配備了思考題，便于讀者課后練習(xí)和自習(xí)。附錄A為學(xué)生所做的一份《機(jī)械自動化系統(tǒng)設(shè)計說明書》目錄（范例），附錄B展開介紹了設(shè)計說明書中的機(jī)械部件結(jié)構(gòu)設(shè)計部分（范例），作為學(xué)生設(shè)計時的參考。參加本書編寫與主審工作的有施海鋒、吳江柳和陸寧等老師，另有孫月鳳、李鈞等同學(xué)參與設(shè)計范例的工作，本書的修改得到了不少老師的熱情幫助，在此一并表示感謝。由于編者水平有限，錯誤、不足在所難免，懇請讀者批評與指正。

內(nèi)容概要

本書以教學(xué)用簡易數(shù)控銑床作為開發(fā)機(jī)械自動化系統(tǒng)的典型實(shí)例，闡明如何按設(shè)計任務(wù)書進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣控制邏輯設(shè)計、控制程序（監(jiān)控軟件）編制及其調(diào)試，逐步完成機(jī)械自動化系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)全過程。本書還匯編了部分設(shè)計用參考資料，附有設(shè)計思考題和設(shè)計范例的目錄，并展開對設(shè)計說明書中的機(jī)械部件結(jié)構(gòu)設(shè)計部分進(jìn)行描述。    本書突出機(jī)械、電氣、軟件在機(jī)械自動化系統(tǒng)設(shè)計時的整體性，強(qiáng)調(diào)設(shè)計開發(fā)過程中的實(shí)踐性，并對編制和執(zhí)行數(shù)控指令軟件的技巧作了示范。本書圖文并茂，深淺適宜，可作為大專院校機(jī)械工程及自動化專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)或其他相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書，也可作為機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計、制造工作者的參考書。

書籍目錄

1 概述  1.1 設(shè)計的一般步驟  1.2 設(shè)計任務(wù)書及參考數(shù)據(jù)  1.3 設(shè)計要點(diǎn)與注意事項(xiàng)　　1.3.1 設(shè)計要點(diǎn)　　1.3.2 設(shè)計中常見的誤區(qū)  1.4 調(diào)試與編寫設(shè)計說明書2 總體方案設(shè)計  2.1 技術(shù)分析  2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計  2.3 數(shù)控系統(tǒng)　　2.3.1 微機(jī)控制方案　　2.3.2 單片機(jī)控制方案　　2.3.3 微機(jī)-單片機(jī)混合控制方案  2.4 機(jī)械結(jié)構(gòu)　　2.4.1 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)　　2.4.2 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  2.5 機(jī)械部件的驅(qū)動方式  2.6 系統(tǒng)方案的確定3 機(jī)械部件結(jié)構(gòu)設(shè)計  3.1 機(jī)械設(shè)計要點(diǎn)　　3.1.1 機(jī)構(gòu)的功能　　3.1.2 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度　　3.1.3 結(jié)構(gòu)工藝性　　3.1.4 其他方面　　3.1.5 裝配圖的標(biāo)注  3.2 支承部件設(shè)計  3.3 主傳動運(yùn)動部件設(shè)計　　3.3.1 銑削要素、銑削力、銑削力矩和銑削功率　　3.3.2 主電機(jī)選擇　　3.3.3 軸的設(shè)計　　3.3.4 軸承的選擇與剛度校核  3.4 進(jìn)給運(yùn)動部件設(shè)計　　3.4.1 導(dǎo)軌的作用與要求　　3.4.2 導(dǎo)軌的選擇　　3.4.3 絲杠螺母　　3.4.4 進(jìn)給驅(qū)動電機(jī)  3.5 伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計　　3.5.1 伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制形式　　3.5.2 開環(huán)伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計  3.6 潤滑和密封  3.7 機(jī)械裝配圖的繪制　　3.7.1 裝配圖的標(biāo)注　　3.7.2 總裝圖上的技術(shù)條件　　3.7.3 零件圖上的標(biāo)注　　3.7.4 零件圖上的技術(shù)條件4 電氣部件設(shè)計  4.1 擬定電氣硬件邏輯原理框圖　　4.1.1 單片機(jī)控制方案　　4.1.2 微機(jī)控制方案　　4.1.3 微機(jī)-單片機(jī)混合控制方案  4.2 電氣邏輯原理設(shè)計　　4.2.1 單片機(jī)控制方案　　4.2.2 微機(jī)控制方案　　4.2.3 微機(jī)-單片機(jī)控制方案  4.3 功率驅(qū)動部分設(shè)計計算　　4.3.1 伺服電機(jī)（主電機(jī)）的驅(qū)動電路　　4.3.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路  4.4 電源部分設(shè)計計算5 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計  5.1 軟件系統(tǒng)框圖  5.2 初始化程序  5.3 主程序  5.4 子程序　　5.4.1 外設(shè)驅(qū)動模塊　　5.4.2 運(yùn)算模塊　　5.4.3 代碼轉(zhuǎn)換模塊　　5.4.4 數(shù)據(jù)功能模塊　　5.4.5 時鐘程序　　5.4.6 系統(tǒng)功能模塊　　5.4.7 功能鍵處理模塊　　5.4.8 數(shù)控指令解釋程序6 綜合調(diào)試實(shí)驗(yàn)7 編寫設(shè)計說明書8 設(shè)計常用參考資料附錄A 《機(jī)械自動化系統(tǒng)設(shè)計說明書》目錄（范例）附錄B 設(shè)計說明書中的機(jī)械部件結(jié)構(gòu)設(shè)計部分（范例）參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1　概述機(jī)械自動化系統(tǒng)一般是指一個以機(jī)械機(jī)構(gòu)為基本主體的微機(jī)控制裝置，一般均含有機(jī)械部件、電氣（弱電和強(qiáng)電）控制硬件和監(jiān)控軟件。因此，設(shè)計機(jī)械自動化系統(tǒng)也應(yīng)該從這三個方面著手，依次進(jìn)行設(shè)計。由于三個方面的內(nèi)容是一個統(tǒng)一的整體，不可分割，設(shè)計時必須統(tǒng)籌兼顧。本書將圍繞一個典型的設(shè)計過程，詳細(xì)闡明機(jī)械自動化系統(tǒng)的設(shè)計方法和開發(fā)過程。一般完成設(shè)計任務(wù)的次序是：按設(shè)計任務(wù)書明確設(shè)計任務(wù)，按任務(wù)書的技術(shù)要求（或技術(shù)條件）進(jìn)行技術(shù)分析，明確設(shè)計要求；設(shè)計機(jī)械自動化系統(tǒng)的組成，然后依次進(jìn)行機(jī)械部件、電氣部件和相應(yīng)控制軟件的設(shè)計。系統(tǒng)完成后，要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，排除（設(shè)計、制造）故障，問題較大時則需要更改設(shè)計。本書以教學(xué)用簡易數(shù)控銑床為例，來介紹機(jī)械自動化系統(tǒng)設(shè)計的全過程。教學(xué)用簡易數(shù)控銑床是一種可三軸（X軸、Y軸和Z軸）控制、二軸（僅X軸和y軸）聯(lián)動的數(shù)控設(shè)備；教學(xué)用是指其只能用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境（切削有機(jī)玻璃），且精度較低的教學(xué)設(shè)備；簡易是指其只能執(zhí)行最小數(shù)控指令集。雖說其是簡易設(shè)備，但卻包含了機(jī)械自動化系統(tǒng)的全部結(jié)構(gòu)：機(jī)械結(jié)構(gòu)、微機(jī)控制、傳感器、執(zhí)行元件和動力能源。1.1 設(shè)計的一般步驟（1）課題分析（理解技術(shù)要求）。（2）方案擬定，系統(tǒng)總體方案（框圖）設(shè)計。（3）機(jī)械部件結(jié)構(gòu)設(shè)計。（4）電氣部件邏輯設(shè)計。（5）控制系統(tǒng)軟件設(shè)計與程序編制。（6）調(diào)試部分電氣邏輯與系統(tǒng)控制軟件（如有錯誤，可修改上述的（4）、（5）兩步，直至錯誤全部改正）。（7）整理資料，編寫設(shè)計說明書。

編輯推薦

《機(jī)械自動化系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)書》圖文并茂，深淺適宜，可作為大專院校機(jī)械工程及自動化專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)或其他相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)書，也可作為機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計、制造工作者的參考書。

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