机电一体化专业毕业设计参考选题

机电一体化专业毕业设计参考选题

题目一：立体仓库模拟装置的设计及控制(PLC控制类) 机械部分设计

题目二：立体仓库模拟装置的设计及控制(PLC控制类)控制部分设计

1. 设计任务简介：自动化立体仓库是物料搬运、仓储科学中一门综合性的科技工程。它与平库相比可节约70％的占地面积和70％的劳动力，可提高管理水平。目前在我国仓储业和生产使用线上崛起，广泛使用在物资金融、航天航空、冶金机电、石化化工、军工轻工等，并采用计算机多级管理、控制、实施高速数据通讯、实时图像显示等，自动化程度极高。自动化立体仓库是一种先进的仓储设备，其目的是将物料存放在正确的位置，以便随时向制造系统供应物料。自动化立体仓库在自动化制造系统中起着十分重要的作用。自动化立体仓库的主要特点有：

①利用计算机管理，物资库存账目清楚，物料存放位置精确，对自动化制造系统物料响应速度快；

②与搬运设备(如AGV、有轨小车、传送带)衔接，可靠及时供给物料；

③减少库存量，加速资金周转；

④充分利用空间，减少厂房面积；

⑤减少工件损伤和物料丢失；

⑥可存放的物料范围宽；

⑦减少管理人员，减低管理费用；

⑧耗资较大，适用于一定规模的生产。

2. 设计目的：通过对自动化立体仓库模型设计，使学生们掌握相关机电一体化系统机械系统设计、传感检测系统、执行系统、控制系统的设计方法，具有灵活运用相关知识的能力。

3.设计任务及主要技术参数：

输入电压：A(200～240 V)；

环境：温度－5～40℃，湿度≤80％；

外形尺寸：600 mm~450 mm~600 mm；-

定位精度：0.01 mm；

最大快进速度：V=3 m／min；

横、纵向最大行程：S=300mm；

4. 设计要求：

题目一要求：

1）自动化立体仓库模型机械部分设计要求：机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件，采用步进电机、直流电机作为拖动元件。主要包括机械部分所用的各个零部件的设计过程、型号确定以及尺寸选择，其中包括滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠的选择计算和强度校核，以及滚动轴承和滑动轴承的选择及寿命校核；所需电动机型号的选择2）毕业设计说明书或论文

题目二要求：

1）自动化立体仓库模型电气控制部分设计要求：主要包括可编程控制器（PLC）主模块和控制模块的选型、输入输出接口设计、A/D D/A端口等

2）毕业设计说明书或论文

题目三、材料分拣系统机械系统设计（单片机）

题目四、材料分拣系统控制系统设计（单片机）

1. 设计任务简介

材料分拣系统(Automated Sorting System)是二战后率先在美国、日本的物流中心广泛采用的一种自动化作业系统，该系统目前已经成为发达国家大中型物流中心不可或缺的一部分。该系统的作业过程可以简单地描述如下：物流中心每天接收成百上千家供应商或货主通过各种渠道送来的成千上万种商品，在最短的时间内将这些商品卸下并按商品品种、货主、储位或发送地点进行快速准确地分类，再将商品运送到指定地点。同时，当供应商或货主通知物流中心按配送指示发货时，自动分拣系统在最短时间内从庞大的高层货架存储系统中准确找到要出库的商品所在的位置，并按所需数量出库，将从不同储位上取出的不同数量的商品按配送地点的不同运送到不同的理货区域或配送站中。以便装车配送。

材料分拣系统的主要特点：

1）分拣误差率极低。材料分拣系统的分拣误差率大小主要取决于所输入分拣信息的准确性大小，这取决于分拣信息的输人机制，如果采用人工键盘或语音识别方式输入，则误差率在3％以上，材料分拣系统如果采用传感器检测技术及自动控制，将大大降低误差率。

2）分拣作业基本实现无人化。建立材料分拣系统的目的之一是为了减少人员的使用，减轻人员的劳动强度，提高人员的使用效率。因此，材料分拣系统能最大限度地减少人员的使用，基本做到无人化。

3）能连续、大批量地分拣货物。由于采用流水线自动作业方式，材料分拣系统不受气候、时间及人的体力等限制，可以连续进行，同时由于材料分拣系统单位时间分拣件数多，因此材料分拣系统的分拣能力是人工分拣系统无法比拟的。

材料分拣系统的组成：

材料分拣系统所采用的材料分拣装置涵盖了单片机技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，是实际工业生产设备的微缩模型。该设置采用了台式结构、内置电源、转接口面板。其中转接口面板设计了可与其他PLC或单片机连接的转接口。该装置中，选用了颜色识别传感器及对不同材质敏感的电容式和电感式传感器，分别被固定在网板上。

材料分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口组成：

1）控制装置。控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置、输送装置进行作业。

2）分类装置。分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣命令，当具有相同分拣信号的商品经过该装置时，该装置动作，使其改变输送装置的运行方向进入输送机或进入分拣道口。

3）输送装置。输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣商品鱼贯通过控制装置、分类装置，并沿固定线路运送商品。

4）分拣道口。分拣道口是已分拣商品分离主输送机进人集货区域的通道。

2. 设计目的：通过对材料分拣系统设计，使学生们掌握相关机电一体化系统机械系统设计、传感检测系统、执行系统、控制系统的设计方法，具有灵活运用相关知识的能力。

3. 技术要求及主要参数：

1）材料分拣装置模型外形尺寸：900 mmx500 mmx300 mm,，

2）物料块质量：m≤20 g。

3）传送带速度：v≤50 mm／s c，

4）通电状态下，下料时下料传感器动作，传送带运行，铁块由电感传感器检测，铝块由电容传感器检测，颜色块由颜色传感器检测。

5）分拣功能：分拣出金属和非金属；分拣某一颜色块；分拣出金属中某一颜色块；分拣出非金属中某一颜色块；分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块；分拣颜色：红、绿、黄；分拣材料：铁、铝、塑料。

4. 设计要求：

题目三要求：

1）分拣系统机械部分设计要求：机械部分采用电动机拖动，传送带传动，工作台采用气压缸驱动。主要包括机械部分所用的各个零部件的型号确定以及尺寸选择，其中包括电动机型和气压缸的选择

2）毕业设计说明书或论文

题目四要求：

1）自动化立体仓库模型电气控制部分设计要求：主要包括单片机的选型、传感器选择、输入输出接口设计、A/D D/A端口等

2）毕业设计说明书或论文

题目五、双坐标十字滑台机械系统设计（单片机）

题目六、双坐标十字滑台控制系统设计（单片机）

1 设计目的

L）加深理解和掌握《机电一体化》、《计算机接口技术》、《计算机控制技术》、《数控技术》等课程的基本知识，提高学生综合运用所学知识的能力。

2）培养学生根据设计课题的需要，选用参考书，查阅有关工程手册的技术数据、图表和文献资料的能力。

3）设计方案的分析和比较、设计计算、元器件选择及电路设计等环节，初步掌握对有一定应用价值的小规模电路的设计方法。

4）学会对简单实用电路的设计方法，提高学生的设计能力。

5）了解与课题有关的电路以及元器件的工程设计规范，整理相关资料，按设计任务书的要求编写设计说明书和设计报告，正确绘制电气原理图和编制控制程序等。

6）初步掌握有关工程设计的方法、步骤，逐步熟悉开展技术设计的基本程序。

2 主要设计参数

1)机械结构设计有关技术数据分组情况如下：

2)工作台行程：△z=工作台长——100；△y=工作台宽一100

3)脉冲当量：0.005～0.008 mm／P。

3. 设计要求：

题目五双坐标十字滑台机械部分设计要求：

1）工作台进给运动采用滚珠丝杠螺母传动；

2）滚珠丝杠支承方式为双推一简支型。

3）驱动电机为反应式步进电机。

4）步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速，要求消除齿轮传动间隙。

5）毕业设计说明书或论文

题目六双坐标十字滑台数控编程及电气控制系统设计要求：

1)控制系统设计

设计要求以8031芯片为核心，扩展程序存储器、数据存储器、键盘和显示器接口及其他并行控制接口，形成完整的控制系统。

2)G00，G01，G02功能程序实现

G指令是准备性工艺指令，是在数控系统中插补运算之前需要预先规定，为插补运算做好准备的工艺指令。G功能指令代码从G00至G99共100种，本设计着重完成前三种，即G00，G01和G02。其中，G00为点定位，G01为直线插补，G02为顺时针方向圆弧插补。设计要求使用MCS－51系列单片机汇编语言实现以直线与圆弧插补为核心的G功能。

3)步进电机驱动电路设计

步进电机驱动需要很大的电流控制，而由计算机及环形分配器送来的控制脉冲信号，一般为弱电信号，因此步进电机需要有功率放大电路以得到控制电机绕组所需要的脉冲电流及需要的脉冲波形。本次设计要求设计一种控制方便，调试容易，开关速度快及元件损耗小等优点的步进电机驱动电路。

4）毕业设计说明书或论文

题目七：加工中心主轴箱机械系统设计（单片机）

题目八：加工中心主轴箱控制系统设计（单片机）

1. 设计任务简介

本设计分为加工中心主轴箱设计和控制电路设计两部分。

①加工中心主轴箱设计：机床采用交流调速电动机，额定功率为18．5 kW，电机额定转速为l 500 r／min，电动机经中间轴，锥环无键连接驱动第一根齿轮轴，经第二根轴的两级滑移齿轮变速传至主轴，滑移齿轮中的大齿轮和小齿轮为一体，两者组成离合器，将三根轴连接在一起，对于主轴的换刀控制采用液压与气压相结合的方式控制，二轴的变速滑移也是采用液压装置来控制的，要求无级变速。

②控制电路设计：由C8051F120单片机作为控制中心，连接HD7279A作为键盘、显示接口芯片，并充分利用C805lFl20内部资源。

本设计为加工中心主轴箱设计及控制，要求所设计的机械结构能自动调节主轴的转速，电路控制系统采用C8051F120及外围电路，如变频器控制电路等。利用调节电动机的转速来控制主轴的转速。

2. 主要技术参数

①主要技术要求及参数：交流调速电动机的额定转速为1500转，最高转速为4000r／min。额定功率为18．5 kW。计算转速为113 r／min。

②机床的用途和使用范围：加工中心主轴箱主要适用于镗、铣削机床，用来对工件进行镗、铣、钻等加工。

3)脉冲当量：0.005～0.008 mm／P。

3. 设计要求：

题目七加工中心主轴箱机械部分设计要求：

1）主轴加工中心箱体采用铸造件，要求无级变速；

2）主轴箱要求电机功率传送到一轴，一轴齿轮带动二轴齿轮，由于二轴齿轮可以滑动，形成一个变速器，经二轴齿轮的滑动和转动带动了三轴齿轮，从而完成整个齿轮传动过程。。

3）要求采用交流调速电动机拖动。

4）毕业设计说明书或论文

题目八加工中心主轴箱控制系统设计要求：

1)采用C8051F120单片机作为控制中心

2)用HD7279A作为键盘、显示接口芯片3）毕业设计说明书或论文

题目九：机床数控改造机械系统设计（微型计算机）

题目十：机床数控改造控制系统设计（微型计算机）

1. 设计任务简介

目前，国内各个机械加工企业数控加工设备的普及率已经很高，但仍然有很多中小企业在使用普通机床，虽然这些普通机床本身加工精度并没有降低，但在加工效率等方面已经不适合于现代化的加工要求。所以，很多企业纷纷提出了普通机床的数控化改造，以使机床能适应复杂零件的加工，从而降低加工成本，缩短加工周期。利用微机实现机床的数控化改造的方法有两种，一种是采用标准的数控系统，这种方法结构简单，价格低廉，开发周期短，但是系统的控制核心受制于人，不能自行升级软硬件系统。另一种是以微机为核心设计控制部件，这种方法需要重新设计控制系统，开发周期长，开发成本相对较高，但是系统的软硬件均可进行升级和改造，从而为其他机床的改造做技术储备。

2. 设计目的

本设计进行的车床数控化改造采用的是后一种方式。主要目的是要求设计者在充分了解普通车床结构的基础上，对车床进行数控化改造，同时要求对数控机床的机械结构、登竺罂，、接口电路设计、程序编制都要有较高的水平。本系统中要求设计者使用工控尊芋机作为主控制机，在主机中插入步进电机控制卡、D／A转换卡和光栅位移传感器计数卡，通过在DOS 操作系统下利用TURBO C作为软件开发工具编制系统控制程序。

3. 设计要求

本设计题目分为车床数控化改造部分设计（题目九）和控制系统设计（题目十）两部分。题目九机床数控改造机械系统设计（微型计算机）要求：

1) 在充分利用车床原有部件的基础上，去除在数控系统中不需要的部分，如手动传动部分，这样将会使最终的系统机械结构大大简化。同时，要求设计能够尽量使用原有机床的机械结构，以减少机械加工量，降低成本，可采用步进电机作为丝杠动力源

2）毕业设计说明书或论文

题目十机床数控改造控制系统设计（微型计算机）要求：

1) 控制系统设计：由工控机作为控制中心，在主机箱内的主板上插入台湾研华公司生产的三轴步进电机控制卡PCL839和光栅线位移传感器计数卡PCL833。可采用由工控机作为人机交互、电机控制、故障分析与处理等的核心部件。

2）毕业设计说明书或论文。