【正文】 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 機械工程及自動化專業(yè) 1概述 ? 機電一體化技術(shù) ? 機電一體化促進制造業(yè)的現(xiàn)代化 ? 機械化 ? 機械力 →人力 ? 機械自動化（電氣自動化） →機電一體化（機械 +微電子 +軟件） ? 電腦 →人腦（繁瑣、重復(fù)性、無創(chuàng)造性的） ? 藥廠自動生產(chǎn)線 ? 柔性自動裝配線 ? 數(shù)控銑床 ? 加工中心 ? 柔性制造系統(tǒng) 一、機電一體化技術(shù) ? 機電一體化技術(shù)涵義 ? 機電一體化相關(guān)技術(shù) ? 機電一體化系統(tǒng)構(gòu)成 ? 機電一體化 Mechatronics (mechanis lectronics) ? 機電一體化三要素： 機械系統(tǒng)（機構(gòu)）是基礎(chǔ) 微電子（微處理器 CPU）是核心 軟件是系統(tǒng)控制中心 機電一體化的特征： 有機械機構(gòu)、 有CPU、有軟件 （有微機、單片機、 PLC等） 系統(tǒng)的五個子系統(tǒng)及其功能 ? 1 計算機（微機） 控制功能 ? 2 執(zhí)行元件 操作功能 ? 3 機構(gòu) 構(gòu)造功能 ? 4 傳感器 檢測功能 ? 5 動力源 動力功能 機電一體化相關(guān)技術(shù) 機械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、 控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、 計算機技術(shù)、軟件技術(shù) 等多種學(xué)科的技術(shù)融合在一起，緊密結(jié)合在一起。 機電一體化系統(tǒng)構(gòu)成 ? 機械系統(tǒng) ? 微電子處理系統(tǒng) ? 傳感檢測系統(tǒng) ? 執(zhí)行元件系統(tǒng) ? 動力源 二、機電一體化促進制造業(yè)的現(xiàn)代化 ? 柔性制造系統(tǒng) ? 計算機集成制造系統(tǒng) (SIMS) ? 平行工程 ? 虛擬設(shè)計、制造 ? 敏捷制造 ? 網(wǎng)絡(luò)合作設(shè)計制造 在制造業(yè)向全球化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化 ? 加工中心 ? 刀具庫、夾具庫 ? 機器人 ? 自動小車 ? 立體倉庫 （原料庫、成品庫） ? 軟性制造系統(tǒng)： ? 又稱計算機綜合制造系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，集成化的全局效應(yīng)更為明顯。在產(chǎn)品生命周期中，各項作業(yè)都已有了其相應(yīng)的計算機輔助系統(tǒng)，如： （ 1）計算機輔助設(shè)計 (CAD) （ 2）計算機輔助制造 (CAM) （ 3）計算機輔助工藝規(guī)劃 (CAPP) （ 4）計算機輔助測試 (CAT) （ 5）計算機輔助質(zhì)量控制 (CAQ) ? 計算機集成制造系統(tǒng)就是將技術(shù)上的各個單項信息處理和制造企業(yè)管理信息系統(tǒng) (如 MRPⅡ 等 )集成在一起，將產(chǎn)品生命周期中所有的有關(guān)功能，包括設(shè)計、制造、管理、市場等的信息處理全部予以集成。 ? 其關(guān)鍵是建立統(tǒng)一的全局產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)管理及共享的機制，以保證正確的信息在正確的時刻以正確的方式傳到所需的地方。 ?計算機集成制造系統(tǒng) (Computer Integrated Making System，簡稱 CIMS) 先進制造技術(shù) 先進制造技術(shù)（ AMT－ Advanced Manufacturing Technology）先進制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，并取得理想技術(shù)經(jīng)濟效果的制造技術(shù)的總稱。 敏捷制造（ AM－ Agile Manufacturing） 敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎(chǔ)，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，對用戶 需求 作出快速反應(yīng)，以滿足用戶的需要。 虛擬制造（ VM－ Virtual Manufacturing） 虛擬制造利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機技術(shù)對現(xiàn)實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而達到產(chǎn)品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，增強產(chǎn)品競爭力的目的。 并行工程（ CE－ Concurrent Engineering） 并行工程是集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法。它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在一開始就考慮產(chǎn)品整個生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進度計劃和用戶要求，并行工程的發(fā)展為虛擬制造技術(shù)的誕生創(chuàng)造了條件，虛擬制造技術(shù)將是以并行工程為基礎(chǔ)的，并行工程的進一步發(fā)展就是虛擬制造技術(shù)。 平行工程 ? 計劃 開發(fā) 設(shè)計 制造 包裝 銷售 ? 設(shè)計 工藝 制造 銷售 服務(wù) 開發(fā)產(chǎn)品指令 產(chǎn)品 ? 計算機集成制造系統(tǒng)的進一步發(fā)展方向是支持“并行工程”，即力圖使那些為產(chǎn)品生命周期各階段服務(wù)的專家盡早地并行工作，從而使全局優(yōu)化并縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。 以“數(shù)字化”為發(fā)展核心 信息精確，信息安全，信息容量大。包含了三大部分：以設(shè)計為中心的數(shù)字制造，以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。 以“精密化”將成為發(fā)展的關(guān)鍵 所謂“精密化”，一方面是指對產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高。精密加工，細微加工，納米加工等等。 突出“極端條件”，是發(fā)展的焦點 “極”就是極端條件在高溫、高壓、高濕、強磁場、強腐蝕等等條件下工作的，或有高硬度、大彈性等等要求的，或形體上極大、極小、極厚、極薄、奇形怪狀的。 以“自動化”技術(shù)為發(fā)展前提 “自動化”從自動控制、自動調(diào)節(jié)、自動補償、自動辨識等發(fā)展到自學(xué)習(xí)、自組織、自維護、自修復(fù)等更高的自動化水平。 以“成化集”為發(fā)展的方法 “集成化”，一是技術(shù)的集成，二是管理的集成，三是技術(shù)與管理的集成。 以“網(wǎng)絡(luò)化”為發(fā)展道路 利用網(wǎng)絡(luò)，進行產(chǎn)品設(shè)計、制造與生產(chǎn)管理等活動。 “智能化”是 CIMS未來發(fā)展的美好前景 一種高度柔性與集成的方式，借助計算機模擬的人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。 “綠色”是 CIMS未來發(fā)展的必然趨勢 “綠色”是從環(huán)境保護領(lǐng)域中引用來的。制造業(yè)的產(chǎn)品從構(gòu)思開始，到設(shè)計、制造、銷售、使用與維修，直到回收、再制造等各階段，都必須符合環(huán)境保護要求。 CIMS的標準化 在制造業(yè)向全球化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化發(fā)展過程中，標準化技術(shù)已迫在眉睫。 數(shù)控技術(shù) ? 1 數(shù)控機床要解決的問題 ? 2 數(shù)控機床 NC、 CNC 專用數(shù)控箱的數(shù)控機床 微機平臺的數(shù)控機床 六軸數(shù)控 加工中心 （銑削中心、車削中心） ? 1 、兩軸聯(lián)動 加工平面曲線 ? 三軸聯(lián)動 加工空間曲線 ? 六軸以上聯(lián)動 加工任意曲面 數(shù)控設(shè)備 ? 除了制造業(yè)的數(shù)控設(shè)備外： ? 1 焊接設(shè)備 ? 2激光切割機（刻字機） ? 3數(shù)控雕刻機 ? 4數(shù)控繞線機 ? 5數(shù)控鞋楦機 焊接機器人 焊接機器人 焊接機器人 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計方法 ? 計算機輔助設(shè)計 ? 并行工程 ? 虛擬設(shè)計 ? 快速響應(yīng) ? 綠色設(shè)計 ? 反求設(shè)計 ? 網(wǎng)絡(luò)合作設(shè)計 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計步驟： ? 1明確任務(wù) ? 2調(diào)研 ? 3方案擬定（設(shè)計） ? 4機械部件設(shè)計 ? 5電氣控制硬件設(shè)計 ? 6控制軟件設(shè)計 ? 7組織生產(chǎn)、調(diào)試 ? 8改進設(shè)計 ? 9整理資料 機電一體化機械系統(tǒng)（特點）要求 ? 1低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件。 ? 2縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度。 ? 3最佳傳動比，減少系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量，提高加速性能。 ? 4縮小反向死區(qū)。 ? 5高剛度的支承和架體，系統(tǒng)小型化、高速、高可靠性。 2第二章 機械系統(tǒng)部件設(shè)計 ? 傳動部件及其功能要求 ? 絲杠傳動部件 ? 滾珠絲杠傳動部件 ? 齒輪傳動部件 ? 柔性傳動部件 傳動部件選擇與設(shè)計 ?傳動機構(gòu)的作用 ?傳遞動力（扭矩） ?傳遞運動（動作） ?傳遞速度（轉(zhuǎn)速） 1按摩擦類型分 滑動摩擦機構(gòu)和滾動摩擦機構(gòu) ? 滑動絲杠螺母機構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動效率低 (30％～ 40％ )。 ? 滾珠絲杠螺母機構(gòu) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但其最大優(yōu)點是摩擦阻力矩小、傳動效率高 (92％～ 98％ )，因此在機電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 絲杠螺母機構(gòu)傳動機構(gòu)形式 作用：主要用來將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動或?qū)⒅本€運動變換為旋轉(zhuǎn)運動。 2． 1． 2絲杠螺母機構(gòu)基本傳動形式 ? 1)螺母固定 、 絲桿轉(zhuǎn)動并移動 該傳動形式因螺母本身起著支承作用 ， 消除了絲桿軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動 ， 結(jié)構(gòu)較簡單 ， 可獲得較高的傳動精度 。 但其軸向尺寸不易太長 ， 剛性較差 。 因此只適用于行程較小的場 ? 2)絲桿轉(zhuǎn)動 、 螺母移動 該傳動形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動 ， 故需導(dǎo)向裝置 。 其特點是結(jié)構(gòu)緊湊 、 絲桿剛性較好 。 適用于工作行程較大的場合 。 ? 3)螺母轉(zhuǎn)動 、 絲桿移動 該傳動形式需要限制螺母移動和絲桿的轉(zhuǎn)動 ， 由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且占用軸向空間較大 ， 故應(yīng)用較少 。 ? 4)絲桿固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動 該傳動方式結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但在多數(shù)情況下，使用極不方便，故很少應(yīng)用 ? 差動傳動方式 滾珠絲杠傳動部件 ? 1 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu) 絲桿、螺母、滾珠和反向器 (滾珠循環(huán)反向裝置 ) 特點： 摩擦阻力小、傳動效率高、 軸向剛度高、運動平穩(wěn)、傳動精度高、不易磨損、使用壽命長等優(yōu)點。 不能自鎖，具有傳動的可逆性，在用作升降傳動機構(gòu)時，需要采取制動措施 ? 2滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型 ? (1)螺紋滾道截面 (法向 )的形狀 ? (2)滾珠的循環(huán)方式 內(nèi)循環(huán) 和 外循環(huán) 內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過 程中始終與絲桿表面保持接 觸。 內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。其不足是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不方便 外循環(huán)有以下三種形式： 1)螺旋槽式 2)插管式 3)端蓋式 螺旋槽 插管式 端蓋式 1)螺旋槽式 ? 這種結(jié)構(gòu)的特點是工藝簡單、徑向尺寸小、易于制造。但是擋珠器剛性差、易磨損。 2)插管式 ? 插管式結(jié)構(gòu)簡單、容易制造。但是徑向尺寸較大，彎管端部用作擋珠器比較容易磨損。 3)端蓋式 ? 這種方式結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好，但滾道吻接和彎曲處圓角不易準確制作而影響其性能，故應(yīng)用較少。 3．滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù) ? 公稱直徑 d0 ? 基本導(dǎo)程 l0 ? 行程 l ? 絲桿螺紋全長 ls ? 滾珠的工作圈 (或列 )數(shù)和工作滾珠的數(shù)量 N 4．滾珠絲杠副的精度等級及標注方法 ? 精度等級根據(jù) JB／ T 3162． 2—1982標準，對滾珠絲杠副的精度分成 C、 D、 E、 F、 G、 H六個等級 ，最高精度為 C級，最低精度為 H級 ? JB／ T 3162． 2—1991為 10共七個等級 ，最高級為 1級，最低級為10級。 滾珠絲杠副精度等級的導(dǎo)程誤差 (JB／ T 3162． 2—1982) 導(dǎo)程精度選擇檢驗項目 2)標注方法 5．滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊 ? (1)雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式 ? (2)雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式 ? (3)雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式 ? (4)彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式 ? (5)單螺母變位導(dǎo)程自頂緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式 6．滾珠絲杠副支承方式 ? 1)單推一單推式 ? 2)雙推一雙推式