《机电一体化原理》教学大纲（5篇）

第一篇：《机电一体化原理》教学大纲

《机电一体化系统设计》教学大纲

一、本课程的地位、任务和作用

本课程阐述了机电一体化系统中的机械技术、电气传动技术等。对于机械与测控专业非机电方向的学生掌握与应用机电一体化技术有重要作用。

二、本课程的相关课程

前续课程：《电工技术》、《电子技术》、《微机原理及应用》、《机械制造装备设计》等。

其它相关课程：《数控机床》、《机床电气控制》等。

三、本课程的基本内容及要求

（一）绪论

1.了解机电一体化技术的培养目标、基本内容；

2.了解机电一体化系统的构成、功能、设计程序、设计准则；

（二）机电一体化典型机械零部件的设计 1.了解机电一体化系统中机械部件的特点；

2.掌握滚珠丝杠、齿轮传动等机械传动部件的设计与选择； 3.掌握滚动导轨、静压导轨等导向支承部件的设计与选择； 4.了解旋转支承、轴系部件的设计与选择；

重点掌握滚珠丝杠、齿轮传动等机械传动部件的设计，一般掌握滚动导轨、静压导轨等导向支承部件的设计，了解旋转支承、轴系部件的设计。

（三）步进电动机控制系统 1.熟悉步进电机的结构与工作原理；

2.掌握步进电机驱动系统框图、环形分配器； 3.了解步进电机驱动的驱动电路；

重点掌握环形分配器，了解步进电机驱动的特点及单电压驱动、高低压驱动、斩波恒流驱动、细分驱动等的工作原理。

（四）直流电动机伺服系统 1.了解直流电机的结构与工作原理

2.掌握直流电动机的机械特性公式、固有机械特性曲线 3.掌握直流他励电动机的启动特性 4.熟悉直流他励电动机的调速特性 5.掌握直流他励电动机的制动特性 重点掌握直流他励电动机的调速特性与调速方式，一般掌握电动机的启动特性与制动特性。

（五）交流电动机伺服系统

1.了解交流异步电动机的结构与工作原理 2.掌握交流异步电动机的定子电路与转子电路分析 3.掌握交流异步电动机的机械特性公式、固有机械特性曲线 4.掌握交流异步电动机的启动特性 5.熟悉交流异步电动机的调速特性 6.掌握交流异步电动机的制动特性

重点掌握交流异步电动机的调速特性与调速方式，一般掌握交流异步电动机的定子电路与转子电路分析、启动特性与制动特性。

（六）计算机控制系统

1.计算机控制系统的组成及特点； 2.接口技术；

四、实验及要求

1.直流/交流电动机结构认识与直流电动机运行特性实验：2学时

要求认识直流/交流电机定子与转子结构，掌握直流电机串电阻、降压等情况下的运行特性。

2.可编程序控制器控制气动系统实验：2学时

此实验属设计性实验，要求学生根据不同的要求设计出气动控制系统并在实验台上组装好，编写可编程序控制器控制程序进行调试控制。

五、教学方式与考核方式

教学方式与考核方式

教学方式：面授辅导、平时作业 考核方式：考勤、作业和考试

六、几点说明

推荐教材和主要参考书 推荐教材：

郑堤.机电一体化设计基础.北京：机械工业出版社，2006 邓星钟.机电传动控制.武汉：华中科技大学出版社，2011

主要参考书：

1.张建民.机电一体化系统设计.北京：北京理工大学出版社，1996 2.王信义.机电一体化技术手册.北京：机械工业出版社，1998 3.高钟毓.机电控制工程.北京：清华大学出版社，2002

《机电一体化系统设计》考试重点

（一）绪论

1.了解机电一体化技术的培养目标、基本内容；

2.了解机电一体化系统的构成、功能、设计程序、设计准则； 了解机电一体化系统的构成、功能、设计程序、设计准则。

（二）机电一体化典型机械零部件设计 1.机电一体化系统中机械部件的特点； 2.谐波齿轮传动 3.滚珠丝杠

（三）步进电动机控制系统 1.步进电机的结构与工作原理；

2.步进电机驱动系统框图、环形分配器； 3.步进电机驱动

（四）直流电动机伺服系统

1.流电动机的机械特性公式、固有机械特性曲线 2.直流他励电动机的调速特性

（五）交流电动机伺服系统

1.交流异步电动机的结构与工作原理 2.交流异步电动机的固有机械特性曲线 3.交流异步电动机的调速特性

（六）计算机控制系统

1.计算机控制系统的组成及特点； 2.接口技术；

第二篇：机电一体化系统功能原理

机电一体化系统功能原理

2011级机电一体化袁磊

摘要：建立了机电一体化系统功能原理解的接口特征模型，提出了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解典型进程、机电单元功能原理求解与接口匹配并行策略．开发了一个支持电脑刺绣机、多功能缝纫机等机电产品功能原理求解的计算机辅助系统，进行了实例验证．

关键词：接口匹配；机电一体化系统；功能原理求解

机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，从某种意义上说，机电一体化系统设计归根结底就是接口设计[1]．概念设计是产品设计进程中最富创新性的阶段之一，原理方案设计则是概念设计的核心，对提高产品性能、降低产品成本有决定性的影响[2]．近年来，国内外研制了一些能够实现特定功能的功能原理解的设计知识目录或知识库，探索了单一功能原理解的计算机表达及智能搜索策略，研制了能对单一功能求解的试验系统口。5]．但对多学科领域集成的机电一体化系统概念设计阶段的功能原理求解，尤其是基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解的研究却很少见到报道．本文着重探讨了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解策略和实现方法．1功能原理解的接口特征模型

机电一体化系统由许多子系统或元件构成，把能够实现单一功能(功能单元)的子系统或元件称为机电系统中的机电单元．各机电单元之间必须能够顺利进行物质、能量和信息的传递与交换，为此，各单元相接处必须具备一定的联系条件，即接口．，大部分机电一体化产品的总功能是通过多个相异和(或)相同分功能或子功能的协同作用来实现的，称之为系统功能．与各机电单元功能原理求解相比，机电系统功能原理求解除了需要研究每个机电接口特征单元原理解的独立的功能可行性之外，还需要研究各个单元原理解作为整体的有机组成部分相联接时，接口的适配性．为解决该问题，本文提出了机电一体化系统功能原理解的接口特征模型．

机电一体化技术专业具有综合性、先进性、应用性的特点，因此课程体系和课程内容结构应也具有相应的特点，以培养具有综合创新能力的学生，满足社会需要和机电专业的发展。现在，机电一体化技术专业教育存在的问题主要有：(1)有的院校偏重电类方面，有的院校偏重于机械方面，与当前该专业所处于的“机、电、计算机” 1

三大块内容融合的实际格局不适应。(2)由于追求每门课程的系统性和完整性，造成了课程内容的重复，理论性强，忽视了专业知识的系统性、综合性，和学生实践能力、创新能力的培养。

(3)实训设施落后于企业，实践训练水平不高，缺乏融合机与电为一体的大型综合性实验或综合性课程，影响了专业技能和工程实践能力的提高。

2功能原理的求解策略

2．1功能原理求解典型进程机电一体化系统功能原理求解的核心问题是检验系统中各单元功能解与其相关联的其他单元功能解的接口的适配性．机电系统功能求解过程可以分为2个分过程：

①具体化、结构化分过程，解决机电单元功能解的可行性问题，即通过功能一效应一作用原理映射过程生成作用原理解(即实现给定功能的物理结构)；②综合化、集成化和系统化分过程，解决机电单元功能解集成时的接口适配性问题．

2．2功能原理求解与接口匹配策略机电一体化系统功能原理求解的前提和基础是机电单元功能原理的独立求解，按相关性次序，分层次地进行相关部分单元功能解的接口适配性检验，及时淘汰在前一层次已经不适配的系统解，以减少下一层次的接口适配性检验工作．设计学分析表明，机电一体化系统的总功能一般都由目的功能(通常为运动执行功能)、驱动功能、传动功能、传感检测功能、控制功能和辅助功能单元组成嘲，如图2所示．其中，目的功能的解是机电一体化系统功能原理解的核心．因此，由初选的一个目的功能解出发，先配之以可行的驱动功能解，接着考察在运动执行功能解与驱动功能解之间选配传动功能解的必要性，并在通常必要的情况下寻找其输入接口与驱动功能解适配、输出接口与运动执行功能解适配的传动功能解．在此基础上，再依次选配合适的传感检测功能解、控制功能解和辅助功能解．这是一种效率较高，也比较可行的匹配策略．

2．3功能原理解接口特征匹配的实现方法机电单元功能求解过程是从功能至效应，最终至原理解的具体化和结构化过程．在系统级功能原理求解过程中，所谓单元功能解的接口特征实际上包含有功能接口特征、效应接口特征和原理接口特征(见图

1)．这三者之间不是并列的关系，后者是前者的具体化和结构化，是前者的物化和实现，因而在内涵上存在着嵌套的关系．原理解接口特征在内涵上的分层嵌套性质体现了接口信息从粗略到详细的层层相扣的特点，提供了按功能接口、效应接口和原理解

接口分层先后进行适配性检验的可能．功能接口特征和效应接口特征所包含的信息量相对较少，不必再对其划分层次．但作用原理接口特征包含的信息量很大，有必要再对其细分层次．从图1可以看出，作用原理接口特征包括输入／输出物料接口、输入／输出能量接口、输入／输出信息接口、作用环境接口7个分特征，它们大致可以被划分为作用对象层次和关联对象层次．作用对象是指直接参与功能实现，构成功能的输入和输出的对象．作用对象还可以细分为主要作用对象和非主要作用对象2个层次，主要作用对象就是通过运动执行功能实现转换的对象．关联对象是指不直接参与功能实现，而是通过作用对象间接与原理解发生关系的对象，这里主要指作用环境．基于以上对作用原理接口特征的层次划分，作用原理接口特征层面上的逐层次匹配策略为：先进行主要作用对象接口特征匹配，再进行非主要作用对象接口特征匹配，最后进行关联对象接口特征匹配．由于关联对象接口特征所包含的接口信息比较简单，故只讨论作用对象接口特征匹配的有关问题．作用对象接口特征包括能量接口特征、物料接口特征、信息接口特征3类．能量接口特征可以被划分为3个层次：①效应层．描述与效应直接相关的接口特征；②作用原理层．对效应层物理量或者对象加以更加详细描述的其他接口特征；③物理实现层．描述该原理解的结构、形状、尺寸等物理层面的具体接口特征．同样，物料接口特征、信息接口特征也可以划分为效应层、作用原理层、物理实现层3个层次．基于以上对作用对象接口特征的层次划分，作用对象接口特征匹配策略为：效应层接口特征匹配一作用原理层接口特征匹配一物理实现层接口特征匹配．

基础理论知识传授以“必需、够用”为度。基本理论知识要发挥知识性和工具性两个功能，既培养学生的基本知识和基本素质，又为专业课提供理论知识基础。在职业基础模块中，淡化理论的推导过程，精简设计和原理类课程，注重增强应用性和强化解决实际问题的能力培养。如：机械制图课程简化画法几何的教学，突出工程制图的画图和识图；工程力学、机械设计等课程将理论推导过程简化，突出相关理论应用的场合和使用方法。3)加强核心课程的教学。机电一体化技术专业的专业面较宽，知识面涉及较广，教学中不可能面面俱到，因此应加强形成职业能力必需的职业技术课和职业技能课的教学，使学生具有较强的专业能力，更快地适应今后不同的岗位需要。例如：加强单片机原理及应用，电气控制及PLC、电机控制基础、机械制造技术等课程的教学学时，还增设了单片机原理及应用，电气控制及PLC的课程职业技能综

合训练，提高学生的综合技能水平。应用实例基于以上思想，笔者开发了一个支持电脑刺绣机等机电产品功能求解的计算机辅助原理方案设计原型系统．限于篇幅，本文主要介绍电脑刺绣机绣框传动机构的功能原理求解过程．

增强实践教学环节实践环节采用“三个层面”专业技术能力培养模式，分别为：基本技能操作训练、专项技能训练和综合技术应用能力训练。这三个层面之问相互联系，前者是后者的基础与支撑。基本技能操作训练包括金工实习、电工电子实习、制图测绘和机械设计课程设计；专项技能训练包括单片机课程设计、电气控制及PLC课程设计、机械制造技术课程设计；综合技术应用能力训练包括机电一体化设计、创新设计和职业岗位综合实习和毕业设计。

课程设置包括课程教学实践和大型实验、实习、课程设计、毕业设计等在内的实践教学，多达1270学时，占总学时数的42．48％；理论授课学时数为1720学时，占总学时数的57．52％。这些实践教学内容的开设，培养了学生的实际动手能力，充分体现了职业技能教育。

理论课程体系和实践课程体系相辅相成依据机电专业的岗位(群)所要求的知识、能力、技能和素质结构，我们设置了相应理论课程和实践课程。理论教学以“必需和够用”为度，包含机械、电气、计算机、专业综合类课程四条主线。机械类课程：机械制图、工程力学、机械设计、金属工艺学、机械制造技术；电气控制类课程：电工学、单片机原理及应用、电气控制和PLC；计算机类课程：程序设计，计算机绘图、EDA、数控机床自动编程、计算机控制技术；专业综合类课程：机电一体化设计、数控技术、机电设备安装与维修；结合“双证书”职业技能教育，加大实践教学的比例，以提高学生的核心职业技能水平，注重基本操作技能、专业应用能力和综合素质的培养。主要课程都开设有实践环节，使理论和实践课深度融合：

理论课程打基础——实践教学环节培养技能——获得相应的职业资格证书，3．4挖掘课程的创新点，培养学生综合实践能力和创新能力机电一体化技术专业毕业生就业主要是针对应用性岗位，而且机电一体化技术是多学科的集成，具有综合性。因而，在课程中增加了培养综合能力和创新能力的教学环节。1)在职业基础课程的基础上开设一些综合性课程，如：机电一体化设计、数控技术、机电设备安装与维修等；2)尽量减少演示性、验证性实验，增加设计性、综合性实验；开设综合性实践环节，如：

机电一体化课程设计，职业技能培训，岗位实训等，以培养学生的动手能力和创新意识；3)为提高学生的职业能力和创新能力，在机电一体化技术专业的实践教学环节中，我们开设了创新设计实践环节，由机械创新制作和机器人控制两方面组成。机械刨薪制作的具体过程如下：(1)小产品开发设计；(2)制作模型；(3)构形及工作能力设计

(4)加工制作。在此环节，要求每个学生都要动手制作，很多学生开发出了新的小产品，搞出了小发明、小创造。目前，我校学生共开发制作了30多个有创意的新产品，如推土机、搭桥车、冲床、吊车、剪板机、机械手、汽车等，内容涉及曲柄、连杆、凸轮、滑块等机构。机器人控制环节使用慧鱼机器人，让学生自己动手组装机构，然后安装电机、传感器等元件，最后使用计算机和专用软件进行编程，完成对机构的控制。通过综合实践环节，培养了学生独立分析、解决问题的能力和创新能力。

3．1系统工艺原理刺绣工艺原理如下：绣针在织物之上时，绣框沿z、y两个方向移动到规定的位置，当绣针自上而下落到织物表面时，停止绣框移动，刺料机构便完成一针线迹的动作．线迹的长度和方向由绣框在z、y两个方向的移动距离决定，线迹的集合构成了绣品．

3．2运动执行单元功能原理求解从电脑刺绣机要实现的功能、系统输入输出接口、作用环境等信息出发，首先与知识库中的原理解进行功能接口和效应接口的匹配，以解决单元功能解的可行性问题．功能接口匹配主要是指功能动词的匹配．效应接口的匹配包括效应推理和效应特征匹配2个步骤：①效应推理是对输入输出对象的几何、物理、化学等特征进行分析、比较，以查找出有可能被用于实现该产品功能的效应特征．此例中，可以推理到的效应特征是空间相对运动效应．②效应特征匹配是指把效应推理得到的效应特征与知识库中原理解的效应接口特征进行匹配，以确定该解是否满足功能可行性．然后检验原理解的作用原理接口特征与产品功能特征之间的适配性．本例中，刺绣工艺的动作正是通过绣框在z、y两个方向的直线往复运动与绣针在z方向的连续上下往复直线运动的配合，在刺料机构的作用下形成线迹。

3．3驱动单元功能原理求解在最终确定驱动功能原理解前，必须首先根据产品设计的实际要求对可行的运动执行功能原理解的输入能量接口特征加以修改和充实．本例中，刺料工艺所需的机构运动执行功能解(绣框在z、y两个方向的直线往复运动与绣针在z方向的连续上下往复直线运动相配合，在刺料机构的作用下形成线迹)与其驱动功能解(主轴电机、z及y向移框步进电机)不完全匹配，因此，有必要进行

传动功能求解．

3．4传动单元功能原理求解针对电脑刺绣机运动执行功能解与其驱动功能解不完全匹配的情况，求得传动功能原理解为：移框机构采用同步齿形带实现步进电机轴转动到绣框z／y方向独立往复直线运动的转换．z、y方向的绣框传动方式完全相同且相互独立．在已知刺绣机系统各单元功能原理解的基础上，可明确整个系统的工作过程如下：控制计算机启动主轴运转，由刺料机构带动针杆及旋梭运动，计算机从刺绣数据文件中顺序读取每一针的z、y相对位移坐标，根据坐标数据驱动绣框移动，计算机通过读取针杆位置传感器的信号使绣框移动与刺料机构的运动相配合．4 结语

实践证明，笔者提出的机电一体化系统功能原理解的接口特征模型及接口特征分层面、逐层次匹?

配策略，能较好地解决由单元级功能求解向系统级功能求解转变中所面临的解的可行性判断和接口相容性判断问题，有助于设计师在原理方案设计阶段快速搜索到多解，为机电产品的创新设计提供依据．

参考文献：

[1]张建民，唐水源，冯淑华．机电一体化系统设计[M]．北京：高等教育出版社，2001．

[2]张建明，魏小鹏，张德珍．产品概念设计的研究现状及

[3]钟波，等．高职机电一体化专业实践教学体系构建的探索与实践[J]．北京工业职业技术学院学报．

[4]程宜康．高等职业教育实践教学体系构建的探索与实践[c]．海峡两岸高等职业(技职)教育研讨会论文集[c]．

第三篇：《机电一体化系统设计》课程教学大纲

《机电一体化系统设计》课程教学大纲 适用专业 机械设计制造及其自动化

课程类型 专业课程

学 时 数 44 学 分 数 2.5 一,编写说明

(一)本课程的性质,地位和作用

本课程是面向机械制造及自动化专业开设的一门专业课.机电一体化系统技术是微电子技术和计算机技术像机械工业渗透的过程中逐渐形成并发展起来的一门新型综合性学科,机电一体化技术的应用不尽提高和拓展了机电产品的性能和功能,而且使机械工业的技术结构,生产方式及管理体系发生了巨大的变化,极大提高生产系统的工作质量.通过本课程的学习,对于学生掌握机电一体化系统开发的基础知识,拓宽学生的知识面是很有意义的.本课程是学生在学完技术基础课,专业基础课之后的专业技术课程内容的综合应用,对于培养学生综合应用基础和专业知识,掌握以系统论,信息论和控制论为核心的机电一体化系统的设计基本原理和方法,掌握机电一体化技术的关键技术有着重要意义.(二)本大纲制定的依据

本大纲根据机械设计制造及其自动化专业的人才培养目标的基本理论和基本技能要求,本课程性质,跟踪现代机电一体化系统技术的发展编写.(三)大纲内容编写原则

根据人才培养目标的要求,使学生了解,掌握机电一体化的系统设计的基本知识,特点和方法;结合机电一体化共性的关键技术,对其各子系统的设计原理及设计方法进行系统的分析和介绍;强调对学生综合能力和工程能力的训练和培养;通过本课程的学习,使学生了解,掌握机电一体化系统的内涵及机电一体化系统设计的理论和方法.(四)实践环节

1.课程设计

(1)名称:机械手控制系统编程与操作

(2)主要内容与要求:利用PLC实现机械手控制功能的要求编写程序,安装调试实验台.按照本课程实验说明书要求完成,并通过实验验证程序的正确性.(3)学时分配:4(五)教学时数分配表

章节 序号

教 学 学 时 环 节 教学内容 讲 授 讨 论 见习实 验 其 它 小计 一 绪论 4 4 二

机械系统设计 6 6 三 传感器检测及其接口电路 8 8 四

控制电机及其选择计算 8 8 五

工业控制计算机及其接口技术 10 10 六

机电一体化系统设计及应用举例 4 4 8 总 计 40 44(六)考核方法与要求

1.平时成绩与期终成绩:平时成绩占30%,包括出勤,课堂提问,讨论等;期终成绩占60%.2.试卷成绩与实践成绩:试卷成绩占60%,实践成绩占10%(实验报告5%,实验过程考核5%).3.综合考核成绩的计算:平时成绩20% 实践成绩占10% 试卷成绩占70%=100%.(七)教材与主要参考书

1.教材:

姜培刚等.《机电一体化系统设计》.机械工业出版社,2006年1月.2.主要参考书:

李建勇.《机电一体化技术》.科学出版社,2004年4月.王孙安.《机械电子工程》.科学出版社,2003年8月.郑堤.《机电一体化设计基础》.机械工业出版社.2001年10月.二,教学内容纲要

第一章 绪论

一,教学目标:

1,了解机电一体化系统发展历史,内涵,应用和发展前景.2,掌握机电一体化系统的基本功能和要素.二,教学内容:

第一节 机电一体化系统的定义

一,△机电一体化的内涵;

第二节 机电一体化系统的基本功能要素

一,△ ○机电一体化系统功能分析方法

△机电一体化系统的构成要素 第三节 机电一体化的相关技术

一,机电一体化技术的相关关键技术

第四节 机电一体化系统设计的目标与方法

一,机电一体化系统设计方法

第二章 机械系统设计

一,教学目标:

1,掌握机械系统数学建模方法.2,掌握机械传动系统的特征及设计方法.3,了解常用的传动系统

二,教学内容:

第一节 机械系统设计

一,△○ 机械系统建模方法 第二节 机械传动系统的特征

一,△机械传动装置的特征参数及相应的调整方法

第三节 机械传动装置

一, △ ○传动比的设计方法

第三章 传感器检测及及接口电路

一,教学目标:

1.了解常用参量检测的传感器原理;2.掌握检测传感器的接口电路原理以及相应的信号处理方法.二,教学内容:

第一节 传感器

一,△○传感器性能指标的内涵 二,△传感器选择的原则

第二节 位移测量传感器 一,△大位移测量传感器的原理.第三节 速度,加速度传感器 一,△速度,加速度传感器测量原理

第四节 位置传感器 一,△位置测量原理.第五节 传感器前期信号处理 一,△○信号调理线路常用模块的原理

第六节 传感器接口技术 一,△○采样保持器原理及应用.第七节 传感器非线性补偿原理 一,△○软件补偿方法

第八节 数字滤波

一,△○随机误差的处理方法

第四章 控制电机及其选择计算 一,教学目标: 1.了解常用伺服电机的工作原理;2.掌握常用伺服电机的控制调节方法;3.掌握伺服电机的主要性能参数内涵及电机的选择方法.二,教学内容:

第一节 步进电动机及其控制 一,步进电机的工作原理 二,△步进电机的性能参数 三,△○步进电机的控制方法

第二节 直流伺服电动机及其控制 一,直流电机的工作原理 二,△○直流电机的控制方法

第三节 交流伺服电动机 一,交流电机的工作原理 二,△○交流电机的控制方法

第四节 直线电动机 一,直线电机的工作原理

第五节 控制电机的选择和计算 一,△控制电机的选择.第五章 工业控制计算机及其接口技术

一,教学目标: 1.了解常用的工业控制计算机种类 2.掌握各种工业计算机的区别;3.掌握各种信号接口原理.二,教学内容: 第一节 工业控制计算机 一,常用控制计算机的种类 二,△○各种控制计算机的区别

第二节 计算机的接口技术

一,△○开关量及数字两的输入/输出接口电路;二,△○功率放大电路的原理

第三节 可编程控制器

一,PLC的原理及选择方法,外围电路设计的原则

第四节 数字控制器设计 一,△○数字控制器的设计方法.第五章 机电一体化系统设计及应用举例

一,教学目标: 1.掌握机电一体化系统设计的要点

2.了解数控机床的设计过程及主要构成的设计方法.二,教学内容: 第一节 机电一体化产品的设计要点 一,△机电一体化产品的设计过程

第二节 机电一体化系统设计应用举例

一,数控机床的设计过程及主要构成的设计方法 注:用“△”明确重点内容,用“○”明确难点;

编写人:凌 杰 审核人:封士彩

第四篇：机电一体化

只要你学会了机电一体化的所有课程已经很不错了，机电一体化课程画法几何与机械制图、工程力学、电工电子技术、机械设计基础、液压传动、金属材料与金属工艺学、微机原理与接口技术、C语言程序设计、自动控制原理、机床电气控制、机电一体化系统设计、数控系统及应用、可编程器原理及应用、计算机辅助设计与制造等，你是学习上面这些内容吗？如果是的话，就可以找机电厂，电厂，电气控制设备厂，或普通工厂的机电维修等工作，在工作中，就学点电气自动化的知识，这样深化你的机电一体化的知识。只要你认真领会了机电一体化化的实践知识，去到那里都会很容易找到工作的。因为现在的社会都是机电自动化的社会了。现在中型的小工厂都会用得上 机电一体化，只要有控制机械的工厂都可以去实践学习。刚开始就是不求工资的高低，只要在实践中深化自己，有了第一次的就业经验，第二次就也就会很容易了，因为招聘的人一般都会问你第一次在那里工作。工作的情况，经验的，你就要好好展示你的才华了。

管理员也可以呀，专门搞画法几何与机械制图、工程力学，C语言程序设计等工作，专门专业是很不错的，将来社会所有工厂都会陆续进行改造为机电一体化控制。前景无限呀。

至今机电一体化发展已成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不但发展,还将被赋予新的内容。对机电一体化技术的基本与成长进行了简要介绍,并阐述了机电一体化的发展进程及未来的发展趋势。机电一体化是现代技术的必然结果,机电一体化技术是现代科技发展的核心技术,机电一体化专业人才也是现代社会不可或缺的核心人才。现从机电一体化技术的发展、现状、前景等方面谈机电一体化技术以及培养适应现代社会工业发展需要机电一体化专业高职人才的必要性。机电一体化是我国制造业发展的重要基础专业之一.但我国目前这个专业高层次人才奇缺,高精尖方向大部分都被国外控制.因此,如果想在这个方面发展,如果有硕士研究生学历,并有实践经验,甚至是博士研究生,那么前途无量的.机电一体化的未来发展趋势探析

【论文关键词】：光机电一体化；技术特征；发展

【论文摘要】：介绍了光机电一体化技术特征，研究了国内外技术现状和发展趋势，指出了未来发展前景和一些重要技术热点。

近些年来，光机电一体化技术得到迅猛发展，在民用工业和军事领域得到广泛地应用。因此，光机电一体化技术成为当今机械工业技术发展的一个主要趋势。

1.光机电一体化技术特征

光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成，相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。与传统的机械产品比较，光机电一体化产品具有以下技术特征。

1.1 体积小，重量轻，适应性强，操作更方便

光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节后频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序，任何一台光机电一体化装置的动作，可由预设的程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化。

1.2 功能增加，精度大幅提高

光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使得包馈控制 水平提高，运算速度加快，通过电子自动控制系统可精确按预设动作，其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差，达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。同时，由于机械传动部件减少，机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。

1.3 部分硬件实现软件化，智能化程度提高

传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序，指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋势向“软件化”和“智能化”。

1.4 产品可靠性得到提高，使用寿命增长

传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，导致可动摩擦、撞击、振动等加重，严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。

1.5 融合了多种学科新技术，衍生出许多功能更强、性能更好的新产品

光机电一体化产品的研究开发涉及到许多学科和专业知识，包括数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等。例如人们很熟悉的静电复印机、彩色印像机等，就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。光机电一体化技术将光电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来，衍生出许多功能更强、性能更好的新一代技术装备。

1.6 产品系统性增强，各部分系统间协调性要求提高

光机电一体化是一门学科的边缘科学技术，多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就要求各种技术扬长避短，提高系统协调性。

2.研究现状和发展趋势

2.1研究现状

自从我国实行改革开放以来，科技领域急起直追，我国的光机电一体化技术已取得明显的成效，数控产品有了很大的提高，尤其是经济型灵敏数控装置发展很快，是我国特有的经济实用产品，不但适用国内市场的需要，部分产品还随主机配套出口。国内的机械产品采用可编程控制器（PC）和微电子技术控制设备也越来越多，覆盖面也日益扩大，从纺织机械、轴承加工设备、机床、注塑机到橡胶轮胎成型机、重型机械、轻工业机械都是如此，我国自行研制和生产的光机电设备，在质量上也有重大突破，为今后的推广应用打下了良好的基础。

2.2 发展趋势

光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域，成为一种新兴的学科，并逐渐成为一种产业，而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。

从世界科学技术的发展情况来看，光机电一体化技术的未来技术热点主要包括：

（1）激光技术

1）高单色性，利用激光高单色性作精密测量时，可极大地提高测量精度和量程。

2）高方向性，因具有很远距离传输光能和传输控制指令的能力，从而可以进行远距离激光通信、激光测距、激光雷达、激光导航以及遥控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦点附近可产生几千到几万度的高温，可使照射点物体熔化或汽化，对各种各样材料和产品进行特种加工。

4）相干性，由于激光速频率单

一、相位方向相同。适用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制，而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性，应用范围更广。

（2）传感检测技术

1）激光准直，能够测量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三维空间的基准测量。

2）激光测距，其探测距离远，测距精度高，抗干扰性强，体积小，重量轻，但受天然影响大。

3）光纤探测器，在目标很小，间隔受限或危险的环境中，最常选用的是光纤探测器。

其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。

（3）激光快速成型技术

激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层，将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结，由点、线构造零件的面（层），然后逐层成型。激光快速成型技术可使新产品及早投放市场，极大地提高了汽车生产企业对市场的适应能力和产品的竞争能力。

（4）光能驱动技术

利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器，其工作原理是将光照在形状记忆合金上，反复地通、断使材料伸缩，再利用感温磁性体的温度特性，将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性，加上光的通断便能实现所要求的动作。实验验证，该致动器能可在顶面步行。这种状态目标处于初级阶段，如果能发现具有优异光作用特性的动态物质，则可使光能驱动技术广泛应用。

3.结语

技术上的改革和与之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。

参考文献

[1] 刘志，朱文坚.光机电一体化技术，现代制造工程，2001（12）

梁进秋.微光机电系统国内外研究进展.光机电信息，2000（8）

宋云夺编译.光机电一体化业的未来.光机电信息，2003（12）

左铁钏、施定源、陈铠.激光加工技术的优势及在工业生产中的应用.激光杂志，1999（4）

王家淳.激光焊接技术的发展与展望.激光技术，2001（2）

第五篇：机电一体化

第四章机电系统教学试验台

1、机电系统教学实验台的用途（教学实验设备）。

2、机电系统教学实验台的特点（模拟的自动化生产线，集机械、气动、PLC控制、交流调速和传感器等技术为一体）。

3、机电系统教学实验台的转台上设四个工位（第一工位:机械手上下料）；（工位二至四工位:加工工位）。

4、机电系统教学实验台的自动循环过程:

阻挡块升起→机械手卸料 →阻挡块下降→机械手取料 →机械手上料→ 刀具旋转、快进→ 刀具工进 →延时停留→ 刀具快退、停转 →工作台定位销松开→ 工作台旋转90°→工作台定位销定位锁紧→推料缸出料。

1）卸料阻挡定位块升起。2）机械手爪抓取已加工工件、提升、旋转至卸料位，松开工件，工件由坡形滑道滑入工件箱内。3）卸料阻挡定位块下降。4）机械手爪转至取料位、下降、抓取工件、上升并旋转至工作台的上料位、下降、放入待加工工件。5）刀具旋转、快进。6）刀具工进。7）刀具延时停留。8）刀具快退、停止。9）旋转工作台定位销松开。10）工作台旋转90°11）工作台定位销定位锁紧。12）推料缸送出一个工件至取料位。

5、机电系统教学实验台由主要的（加工单元）、（旋转工作台）、（搬运机械手）和（料库部分）部件组成。

6、刀具旋转由一台（220V、6W的交流电动机）驱动。

7、气缸的类型有（导杆气缸）、（普通气缸）、（旋转气缸）、（薄形气缸）和（手指缸）五种类型。

8、电磁换向阀使用（汇流板）安装，选用了（两位五通电磁阀）、（三位五通电磁阀）和（两位三通电磁阀）。

9、采用的普通的（空气压缩机），经三联件向系统供给压力空气。

10、常用的空气过滤器有（一次过滤器）和（二次过滤器）两种类型。

11、一次空气过滤器也称（简易滤器）作用：多接于干燥器之后，由（滤网）、（毛毡）、（硅胶）、（焦炭）等材料起吸附过滤作用。

12、二次空气过滤器作用：（各种分水滤气器）附过滤作用。

13、（分水滤气器）与（减压阀）、（油雾器）一起称为气动三大件。

14、油雾器的选用主要根据气动系统所需气体流量（选定通径）及油雾粒径大小来确定。

15、一次油雾器的油雾粒径约办（25~35μm）。

16、二次油雾器的油雾粒径可达（5μm）。