机电一体化系统设计典型实例
60mm/min、快速进给速度取为v溜＝2m/min；步进电机的步距角a预选为0.75（º ）
/step。
（二）设计计算： 1、纵向进给丝杠的负载分析
（1）切削负载 （2）摩擦阻力
（3）等效转动惯量
（4）丝杠摩擦力矩计算 （5）等效负载转矩计算 （6）启动惯性转矩计算 （7）步进电动机输出轴上总负载转矩的计算
（一）动力源与执行（元件）机构
（二）传感器
1、检测人的传感器 2、门的位置传感器 （三）构造 图 自动门
二、控制假想的自动门
（一）构造 1、控制动作 2、采用单方向开门方式 3、驱动方式
4、人的检测
5、停止位置与开始位置
图 假想的自动门
（二）控制电路与个人计算机的连接 1、个人计算机端的接口 2、电动机驱动电路
2、步进电机的匹配选择
Tq T
3、滚珠丝杠的校核
（1）承载能力选择
FQ 3 L f H fW Fmax
Fk f k 2 EI Kl s2 Fmax
Fl0 Ml02 L ES 2 IE
（2）压杆稳定性核算
（3）刚度的验算
五、单片机控制系统设计（X-Y工作台）
第七章 机电一体化系统设计典型实例
第一节 车床的机电一体化改造
第二节 直流伺服电动机控制系统设计
第三节 用气动执行机构的传送装置的控制
第四节 简单自动门控制系统
第五节 步进电动机的控制
第六节 步进电动机的传动装置的控制系统
第一节 车床的机电一体化改造
图 开环控制系统框图
一、数控机床概述
1、数控机床简介 2、数控机床的组成与研究对象
（一）工作台组成及控制要求 1、步进电机选用四相八拍，其脉冲当量为0.01mm/step； 2、能用键盘输入控制命令，控制工作台的X、Y方向上的运动及实 现其功能，其运动范围为0～200mm； 3、能实现显示工作台的当前运动位置；
4、具有超程指示警报及停止功能；
5、采用硬件进行环形分配，字符发生及键盘扫描均由软件实现。
光 电 耦 合 器 电 路
图 电动机驱动电路
3、制动器动作驱动电路
光 电 耦 合 器
图 制动器动作驱动电路
4、检测人的传感器
超声波传感 器处理电路 超声波传感 器处理电路
5V 信号 G
图 检测人的传感器
5、开关输入（临近传感器、停止传感器、紧急开关 ）
（三）口连接
制动器 驱动电路
传感器电路
波形整形电路 波形整形电路 波形整形电路 波形整形电路
（2）间隙补偿（间隙消除机构、微机控制）
（3）显示（LED、LCD） （4）诊断功能（防止程序有误和机床的误动作）
四、进给系统的主要设计计算
（一）实例说明：（以数控车床纵向Z设计为例）
设某车床，其纵向（z）进给丝杠改用滚珠丝杠，其基本导程l0=6；纵向溜 板箱及横向工作台与刀架等可移动部件总质量为400kg（实际设计时应根据图纸 进行计算或拆卸称重）；脉冲当量δ取0.01mm/脉冲（该值应根据被加工零件的 最高精度的尺寸公差来选定，一般取其公差的1/2）；取工件进给速度为v溜＝
（四）速度控制模块
一条曲线的进给运动往往需要刀具或工作台在规定的时间内走许多步来完 成，因此除输出正确的插补脉冲外，为了保证进给运动的精度和平稳性，还应控 制进给的速度，在速度变化较大时，要进行自动加减速控制，以避免速度突变造 成伺服系统的驱动失步。
（五）输出控制模块
输出控制包括：
1、伺服控制：将插补运算出的进给脉冲转变为有关坐标的进给运动。 2、误差补偿：当进给脉冲改变方向时，根据机床精度进行反向间隙补偿处
（七）诊断程序
系统应对硬件工作状态和电源状况进行监视，在系统初始化过程中还需对 硬件的各个资源，如存储器，I/O等进行检测，使系统出现故障时能够及时停车 并指示故障类型和故障源。
第二节 直流伺服电动机控制系统设计
一、直流伺服电动机的控制
1、连接
2、动作
二、控制程序
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 int kaiten(int n，int od); main() { unsigned int st,stp; outp(0xd6,0x90); do{ st=inp(0xd0)&0x10; }while(st!=0x10); n=100;od=0x1; kaiten(n,od); n=200;od=0x3; kaiten(n,od); } 14 kaiten(int n,int od) 15 { 16 unsigned int n,nn,nh,ls,h,od; 17 h=0x1;nn=0 18 nh=n*2; 19 outp(0xd2,od); 20 do{ 21 ls=inp(0xd0)&0x1; 22 if(ls= =h) 23 { 24 nn=nn+1; 25 h=~h; /*~：取反 26 h=h&0x1; 27 } 28 }while(nn!=nh); 29 oupt(0xd2,0x0); 30 }
第三节 用气动执行机构的传送装置的控制
一、装置的构造
• 传送装 置简图
1、执行机构组件
图 执行机构组件 （1）手爪的伸缩组件（气缸A：电磁阀A，位置传感器SA1、SA2） （2）手爪的升降组件（气缸B：电磁阀B，位置传感器SB1、SB2） （3）手爪的转动组件（气缸C：电磁阀C，位置传感器SC1、SC2） （4）手爪（手爪执行机构：电磁铁D，位置传感器SD1、SD2）
6—微型限位开关 7—调整螺钉8—电动机 9—减速箱 10—主动齿轮 11—从动齿轮 12—丝杠 13—顶尖推动丝杠
三、车床机电一体化改造的性能及精度选择 1、主轴 2、进给运动（进给速度、快速进给、脉冲当量） 3、刀架（自动转位刀架、工位数、重复定位精度） 4、其它性能指标的选择
（1）刀具补偿（磨损影响）
2、控制装置 （1）执行机构控制电路 A、装置起停 B、执行机构动作 （2）电磁阀驱动电路 （3）传感器开关电路
二、与个人计算机的连接
A口：输入口 B口：输出口 C口：输入口
三、动作
图 动作示意图
表
各形成开关输入输出数据表
四、程序（顺序执行输入输出数据）
第四节 简单自动门控制系统
一、自动门的构造
#define OPNTEMAE
#define OPNTEISI #define CLSTEMAE
0x1
0x2 0x4
/*开端临近传感器
/*开端停止传感器 /*闭端临近传感器
#define CLSTEISI
0x6
/*闭端停止传感器
3、输出数据 #define OPN 0x19 0x13 0x1 0x18 0x14 0x0 0x20 /*开门运行 /*开门低速 /*门全开停止 /*闭门运行 /*闭门中速 /*门全闭停止 /*制动
（二）数据处理模块
输入的零件加工程序是用标准的数控语言编写的ASCII字符串，因此需要
把输入的数控代码转换成系统能进行运算的二进制代码，还要进行必要的单位换
算和数控代码的功能识别，以便确定下一步的操作内容。
（三）插补运算模块
数控系统必须按照零件加工程序中提供的数据，如曲线的种类、起点、终 点等，按插补原理进行运算，并向各坐标发出相应的进给脉冲。进给脉冲通过伺 服系统驱动刀具或工作台相应的运动，完成程序规定的加工。插补运算模块除实 现插补各种运算外，还有实时性要求，在数控过程中，往往是一边插补一边加工 的，因此插补运算的时间要尽可能短。
电源通断信号 电 动 常速信号 机 中速信号 驱 动 低速信号 电 门开、闭信号 路
（四）基本动作
1、从检测人的传感器起作用开始，就对处于范围内的人进行监视。
2、当检测到人信号时，就开门。
门以低速开0.5秒后进入中速，并从临近闭端起，开始常速运行。 3、若开端的临近检测传感器检测到门，则使开门经过0.5秒后，由中速运行进入 低速运行。 4、当开端的停止传感器检测到门，门就停止运行。 5、门开一段时间，当检测人的传感器确认无人后，闭门。 6、闭门行程也从闭门开始到结束附近，改变运行速度，平滑地运行。 7、在门运行过程中，用检测传感器监视人，若检测到人，则返回开门行程。 8、门的停止运行是切断电动机的电流，约0.5秒后，使制定器起作用。开门时， 当制动器松开0.5秒后，使电动机运行。
（三）微处理器系统及接口
六、数控软件
（一）数据输入模块
系统输入的数据主要是零件的加工程序（指令），一般通过键盘、光电读 带机或盒式磁带等输入，也有从上一级微机直接传入的（如CAD/CAM系统）。
系统中所设计的输入管理程序通常采用中断方式。例如，当读带机读入一个数据
后，就立即向CPU发出中断，由中断服务程序将该数据读入内存。每按一次键， 键盘就向CPU发出一次中断请求，CPU响应中断后就转入键盘服务程序，对应 的按键名令进行处理。
理。
3、M、S、T等辅助功能的输出：在加工中，需要启动机床主轴、调整主轴 速度和换刀等，因此，软件需要根据控制代码，从相应的硬件输出口输出控制脉 冲或电平信号。
（六）管理程序
管理程序负责对数据输入、处理、插补运算等操作，对加工过程中的个程
序模块进行调度管理。管理程序还要对面板命令、脉冲信号、故障信号等引起的 中断进行处理。
（四）main程序（见word）
第五节 步进电动机的控制
一、信号与连接
1、脉冲信号 2、连接
图 步进电动机控制系统
二、控制程序
1、动作 2、程序
1 int pulse(int n,int ho); 2 main() 3{ 4 unsigned int n,h,ho,id,st; 5 outp(oxd6,0x90); 6 do{ 7 printf(“旋转量＝”)； 8 scanf(“%d”,&n); 9 do{ 10 printf(“方向（CW＝1，CCW＝0）＝”); 11 scanf(“%d”,&h); 12 if(h= =0) 13 { 14 ho=0x0; 15 } 16 else if(h= =1) 17 { 18 ho=0x2； 19 } 20 else 21 { 22 h=2; 23 } 24 }while(h= =2); 25 do{ 26 printf(“启动（1）？＝”); 27 scanf(“%d”,&k); 28 }while(k!=1); 29 pulse(n,ho); 30 printf(“再执行一次？（是＝1）”); 31 scanf(“%d”,&r); 32 }while(r= =1); 33 } 34 pulse(int n,int h) 35 { 36 unsigned int i,t,odh,odl; 37 for(i=1;i<=n;i++) 38 { 39 odh=ho+0x1; 40 odl=ho+0x0; 41 outp(0xd2,odh); 42 for(t=1;t<=100;t++); 43 outp(0xd2,odl); 44 for(t=1;t<=100;t++); 45 } 46 }
机电一体化系统总体设计-设计过程示例
P-N5 250t座式焊接变位机 德国诺威尔重型机器制造有限公司
HB-60t型焊接变位机 成都焊研威达自动焊接设备有限公司
两自由度变位机 意大利Innse-Berardi公司
加氢反应器的两自由度变位机 法国Framatome公司
b.概念设计
2）工艺可实现性
概念设计
5）避免不良 结构性
概念设计：通 过构思确定设 计任务和用简 图形式表达的 设计问题的一 个求解轮廓。
启 动 、
变 速
仪 表 显
照 明
其 他
换
递 与 分
铲 斗
推 压
移停
示
动止
）（
配
制
动
）
3、功能元组合——相容矩阵法
方案序号
1
2
分功能
A
推压
齿条
钢丝绳
B
铲斗
正铲斗
反铲斗
C
提升
油缸
绳索
D
回转
内齿轮传动 外齿轮传动
E
能量转换
柴油机
F 能量传递与分配 齿轮箱
油泵
G
制动
带式制动 阐瓦制动
H
变速
液压式
齿轮式
I
行走
θ3
K
F0 2 B
x3 GK α
1
y3
D η
G1：滑块的重力
F2 1 θ 2
x2 G2：引导螺丝的重力
GK：各运动部件的重力
C
θ1
F0 1
y2
G1
F1 2
G2 x0
x1
y0 y1
A
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
液压缸驱动曲柄摇块机构方案
机电一体化系统设计典型实例
1
优势
提高劳动效率，降低成本，增强品质和可靠性，利于维护和管理，并且有一定的 生态效益。
2
挑战
需要协调多个领域的专业技能和信息，需要对未来市场趋势和新技术有敏锐的洞 察力。
结论和总结
未来趋势
随着城市化进程加速，智慧城市崛起，机电一体 化技术将发挥更加重要的作用。
应用广泛
除了上述提到的几个行业，机电一体化技术还可 以广泛应用于医疗、农业、能源等领域。
利用机器视觉技术和高精度 地图，实现自动驾驶，减少 人为事故，提高交通规划的 效率。
智能设施
借助物联网技术和现代传感 器，交通设施变得更加智能 化，如自动收费、智慧路灯、 快速充电等。
流量管理
交通监测和分析系统可以帮 助城市管理者更好地解决交 通拥堵、路况状况和安全问 题。
机电一体化系统设计的优势和挑战
典型实例1：自动化生产线
质量控制
为了生产一致的高质量产品，生产线上使用了 各种传感器、机器视觉技术，以及即时数据处 理软件。
智能机械
生产线使用了各类高效率的机械装备，如机器 人和自动化部件来执行重复性工作。
实时监控
使用先进仪表和监控系统来跟生产量、质量， 及时发现和解决问题。
典型实例2：智能家居系统
提高质量
优秀的系统设计可以增加 可靠性和一致性，减少错 误率，提高产品质量。
机电一体化系统设计的基本原则
1
综合考虑
根据具体需求和环境条件，综合考虑
高效稳定
2
机械、电气、控制等因素。
设计系统要注重功能稳定性，保证机
电作用的高效协同。
3
安全实用
系统设计要符合安全要求，具有便于 维修、保养和更新升级的特点。
机电一体化课程设计实例-全自动洗衣机
1
2.洗衣桶
洗衣桶内强制循环毛絮过滤结构如图8-3所示。
2
*
脱水桶 波轮 波轮一般采用聚丙烯塑料或ABS塑料注塑成形，如图8-4所示。
*
传动结构 传动结构中，波轮轴总成是关键部件，如图8-5所示。
*
密封圈的结构如图8-6所示。
*
电动机 洗涤电动机 洗涤电动机接线图如图8-7所示。
*
脱水电动机 脱水系统的刹车机构如图8-9所示。
洗衣机
按洗衣机自动化程度分类：普通洗衣机、半自动洗衣机、全自动洗衣机。 按照洗涤方式分类：波轮式、滚筒式、搅拌式。 按照结构型式分类：普通型单桶、双桶、半自动双桶、波轮式全自动、滚筒式全自动洗衣机。
概述
01
03
02
*
洗衣机的型号与规格 定时器指示误差 振动性能 噪声 制动性能
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
*
2.水位开关
水位开关结构及水压传递系统如图8-21所示。
*
水位开关的动作示意图如图8-22所示。
*
水位开关的电路连接如图8-23所示。
*
3.排水电磁阀
排水电磁阀由磁铁与排水阀组成，如图8-24所示。
*
电气控制系统
全自动洗衣机的电气控制系统主要包括程控器、水位开关、安全开关及其他功能选择开关等，防振型安全开关如图8-25所示。
*
洗净度和损衣率：
滚筒洗衣机可以加热，损衣率比较小（<0.10%)，洗净率高（>0.75)。采用的是摔打式的洗法，相当于是我们的手洗方式，所以衣服不会缠绕，不会打结。 波轮式洗衣机采用摩擦式的洗涤，洗净度比较高（>0.7)，但是磨损率较高（<0.15%)。 搅拌式洗衣机的洗净率一般是大于0.7。
机电一体化实践案例
机电一体化实践案例一、机器人焊接在某汽车制造厂中，机器人焊接已成为重要的生产工艺。
通过计算机程序的控制，机器人可以精确地执行一系列焊接操作，包括点焊、弧焊、激光焊等。
这不仅提高了生产效率，也降低了工人的劳动强度，保证了焊接质量的一致性和稳定性。
二、自动化生产线在某半导体生产车间，自动化生产线已广泛应用于产品加工和组装。
通过使用机电一体化技术，生产线上的设备可以相互配合，实现产品的自动化检测、传输、加工和包装。
这大大减少了人工干预，提高了生产效率和产品质量。
三、电动自行车装配某电动自行车制造公司采用自动化装配线来组装电动车。
通过将机械、电子、信息等技术与传统制造工艺相结合，自动化装配线能够快速、准确地完成车架、电池、电机等各个部件的组装，并实现生产数据的实时监控和管理。
这大大提高了生产效率和产品质量。
四、工业机器人应用在某重型机械制造厂，工业机器人被广泛应用于生产过程中。
通过计算机程序的控制，机器人可以完成各种复杂、危险的任务，如切割、搬运、装配等。
这不仅提高了生产效率，也保障了工人的安全。
五、自动化包装机在某食品生产车间，自动化包装机已成为重要的生产设备。
通过机电一体化技术，包装机能够自动识别产品、包装材料，并执行包装操作。
这不仅提高了生产效率，也降低了人工成本，同时保证了包装质量的一致性。
六、数控机床操作在某机械加工厂，数控机床已成为重要的生产设备。
通过计算机程序的控制，数控机床可以精确地执行各种复杂加工操作，如车削、铣削、磨削等。
这不仅提高了加工精度和效率，也降低了工人的劳动强度。
七、智能电梯控制在某高层建筑中，智能电梯控制已成为重要的设施。
通过机电一体化技术，电梯能够根据楼层需求自动调度，并实现快速、平稳地运行。
这不仅提高了电梯的运行效率，也提高了乘梯的舒适度和安全性。
八、电力系统的监控与维护在某大型工厂中，电力系统的监控与维护已成为重要的环节。
通过机电一体化技术，电力系统能够实现实时监控、故障诊断、预防性维护等功能。
未来工厂机电一体化的实践案例1
未来工厂机电一体化的实践案例1随着科技的不断进步和创新，机电一体化已成为未来工厂发展的趋势。
机电一体化是将机械、电气和计算机技术相结合，实现生产自动化和智能化的一种先进技术。
本文将介绍一个关于未来工厂机电一体化的实践案例，以展示其在工业领域的应用和发展前景。
案例背景该实践案例是一个拥有自主知识产权的制造企业引入机电一体化技术进行升级改造的经典案例。
该企业主要生产汽车零部件，在市场竞争日益激烈的背景下，为了提高生产效率和产品质量，企业决定引进机电一体化设备，并完善整个生产流程。
方案设计首先，为了实现机电一体化，在生产线上引入了大量的自动化设备和机器人。
这些设备具备高效率、高精度和稳定性强的特点，可以减少人工操作，提高生产效率，并保证产品质量。
例如，在传统的装配工艺中，人工环节过多，工作效率低下且易出错。
而通过引入机器人自动化装配系统，可以实现产品的快速组装，提高生产的整体效率。
其次，为了统一管理和控制整个生产线，企业建立了一个集中控制中心。
通过该中心，可以对各个设备和机器人进行集中监控和管理，及时调整生产进度和优化生产流程。
中控中心还设有数据分析系统，可以实时监测生产数据，并生成报表，为企业的决策提供参考依据。
这样，企业可以更加智能地掌控整个生产过程，提高生产效率和产能。
再次，为了实现机电一体化的全面融合，企业在产品设计和生产规划方面进行了改革。
引入了虚拟现实技术，通过虚拟仿真来进行产品设计和生产线布局优化。
这样可以在产品设计和生产线建设之前进行全面验证，减少试错成本和时间，并提前解决潜在问题。
同时，通过与供应商和客户的信息系统对接，实现了供应链的协同管理，提高了整个产业链的效率和灵活性。
效果与展望通过机电一体化的实践，该企业取得了显著的效果和业绩提升。
生产效率提高了50%，产品质量得到了全面提升，同时生产成本也降低了20%。
与此同时，企业的市场竞争力也得到了明显增强。
未来，该企业计划进一步推进机电一体化的应用，引入更多先进的技术设备，并加强与相关科研机构和院校的合作，不断创新和优化机电一体化方案，以适应市场的变化和需求。
机电一体化综合设计实例
第十页，共14页。
五、直流电机及其控制
可逆双向式PWM调速多采用桥式（H型）电路。
Ub1
Us
Ub3
0 t1 tf t Ub2
0 t1 tf t
b1
1
T1
D1
D3
b3 T3 0 t1 tf t
A
b2
T2Leabharlann D2B MD4
3
b4
Ub4
T4
2
0 t1 tf t
GND
肩俯仰
肩 大臂
隔离病房护理机器人
走线孔 力传感器
零位开关
肘俯仰
腕回转 腕俯仰
肘
手指
电机
小臂
超声传感器
接近开关
腕
带轮
夹 持 器
5-DOF串联手臂
第九页，共14页。
PWM调速的基本原理： 适用功率三极管作为功率驱动元件，三极管基极加入
频率固定的开关脉冲信号控制功率三极管的导通和截止。开 关脉冲信号的占空比（脉宽）按输入的指令中控制电压要求 来调节，从而改变加在直流电机电枢两端控制电压的大小和 极性，并调节直流电机的转速和转动方向。PWM调速电路 按其工作方式有可逆调速和不可逆调速两类：不可逆调速只能 控制直流电机一个方向旋转。
当： L 1(|E F||B C|)/ 0 时：
工作空间取得最大值：
S m a x (|E F | |B C |)2/(2)
第四页，共14页。
常见传动机构
移动基座设计
电机及齿形带
丝杠
导轨
横梁
丝杠
使用滚珠丝杠实现平动；
并联机构中，两丝杠平行布置，使用同一根导轨
机电一体化系统设计案例
机电一体化系统设计案例一、项目背景。
你想想啊，咱们平常的垃圾桶，就是个傻愣愣的大桶子，啥也不会，扔满了还得靠人去发现。
在这个高科技时代，这怎么能行呢？于是就有人想到，要是垃圾桶能变得聪明点，像个小机器人一样，那该多好啊。
比如说，它能自己知道什么时候满了，还能方便人们扔垃圾，甚至可以分类垃圾呢。
二、系统设计。
1. 机械结构部分。
垃圾桶的外壳设计得很有讲究。
它可不是普通的方形桶了，而是有一个流畅的曲线造型，这样既美观又方便清洁。
外壳采用了坚固又轻便的塑料材质，能承受一定的冲击力，毕竟有时候可能会被不小心撞到。
为了实现垃圾分类，这个垃圾桶内部被分成了几个小隔间，就像小房间一样。
每个隔间都有一个单独的入口，而且入口的大小和形状是根据不同类型的垃圾设计的。
比如说，可回收垃圾的入口比较大，可以让瓶子、纸张之类的轻松塞进去；而厨余垃圾的入口就小一些，防止大的非厨余垃圾混进去。
在垃圾桶的底部，还有一个特殊的机械装置。
这个装置就像一个小升降机，当垃圾桶满了的时候，它可以把垃圾慢慢往上顶，这样就可以提醒人们这个垃圾桶已经满了，需要清理了。
2. 传感器部分。
首先是满溢传感器。
这个小玩意儿可是个大功臣，它就安装在每个隔间的内壁上。
当垃圾堆积到一定高度，快要满出来的时候，满溢传感器就像一个小侦察兵一样，立马察觉到，然后把信号传给控制系统。
还有物体识别传感器，安装在入口处。
这个传感器可神奇了，它能识别出你扔进去的是什么垃圾。
比如说，你拿着一个塑料瓶靠近可回收垃圾入口，它能准确判断这是可回收物，然后打开入口的盖子让你扔进去。
要是你拿着个香蕉皮靠近可回收物入口，它就会“傲娇”地不让你扔，提示你要扔到厨余垃圾入口。
另外，还有气味传感器。
要是垃圾桶里的垃圾开始散发难闻的气味，气味传感器就会察觉到，然后启动一个小风扇，这个小风扇会把新鲜空气吹进垃圾桶里，同时把臭味通过特殊的通风管道排出去。
3. 控制系统部分。
这个控制系统就像是垃圾桶的大脑。
机电一体化系统设计实例
机电一体化系统设计实例
6.1
6.2
卧式车床数控化改造设计
数控车床自动回转刀架机电系统设计
6.3
6.4
X-Y数控工作台机电系统设计
波轮式全自动洗衣机机电系统设计
在本章，作者结合多年的教学、科研与生产 实践，提供了四个典型的机电一体化产品的综合 设计实例。包括普通车床的数控化改造设计、数 控车床自动回转刀架的机电系统设计、X-Y数控工 作台的机电系统设计、波轮式全自动洗衣机的机 电系统设计。这些选题将教学与生产实践紧密结 合，有很强的针对性。在这些实例中，对机械传 动系统均给出了详细的设计步骤和具体的设计方 法，对控制系统也给出了实用的控制电路，并对 I/O接口进行了编程示范。通过对这些实例的学习， 设计者能够尽快地进入设计工作，圆满地完成课 程设计任务。
3．滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向） （1）工作载荷Fm的计算 已知移动部件总重量G=1300 N；车 削力Fc=2673.4 N， N。如图3-20所示， Fp=1069.36 N， F =935.69 f 根据 Fz =F ， F =F f的对应关系，可得： F =F ， c y p x Fx=935.69 N。 Fz=2673.4 N， Fy=1069.36 N， 选用矩形－三角形组合滑动导轨，查表3-29，取K= 1.15， = 0.16，代入Fm＝ ( Fz G) , 得工作载荷 KF+ x Fm ≈ 1712 N。
本例中，改造后的车床能够加工的最大螺纹导 程是24 mm，Z向的进给脉冲当量是0.01 mm/脉冲， 所以螺纹编码器每转一转输出的脉冲数应不少于24 mm /（0.01 mm/脉冲）=2400脉冲。考虑到编码器的 输出有相位差为90º的A、B相信号，可用A、B异或后 获得2400个脉冲（一转内），这样编码器的线数可 降到1200线（A、B信号）。另外，为了重复车削同 一螺旋槽时不乱扣，编码器还需要输出每转一个的 零位脉冲Z。 基于上述要求，本例选择螺纹编码器的型号为： ZLF-1200Z-05V0-15-CT。电源电压+5V，每转输出 1200个A/B脉冲与1个Z脉冲，信号为电压输出，轴头 直径15 mm，生产厂家为长春光机数显技术有限公司。
第6章 机电一体化系统设计及应用举例
1、步进电动机与丝杠联接
直连式示意图 1—车床支架 2—销钉 3—联轴套 4—步进电动机
齿轮连接示意图
6 机电一体化系统设计及应用举例
2、步进电动机与床身的联接
固定板联接示意图 1—床身 2—齿轮箱 3—变速齿轮 4—丝杠支架
变速箱联接示意图 1—床身 2—圆柱套筒 3—联接板 4—步近电动机 5—齿轮 6—丝杠托架 7—丝 杠
6 机电一体化系统设计及应用举例
六、制作与调试
制作与调试是系统设计方案实施的一项重要内容。根据循环设 计及系统设计的原理，制作与调试分为两个步骤：第一步是功 能模块的制作与调试；第二步是系统整体安装与调试。
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第二节 机电一体化系统设计应用举例 ———数控机床
一、数控机床的组成
控制软件是为完成机床数控而编制的系统软件，因为各数控系统的功能 设置、控制方案、硬件线路均不相同，因此在软件结构和规模上相差很 大，但从数控的要求上看，控制软件应包括输入数据预处理、插补运算、 速度控制、自诊断和管理程序等模块。
6 机电一体化系统设计及应用举例
1、数据输入模块 系统输入的数据主要是零件的加工程序 （指令），一般通过键盘、光电读带机或盒式磁带等输入， 也有从上一级微机直接传入的（如CAD/CAM系统）。系统中所 设计的输入管理程序通常采用中断方式。例如，当读带机读 入一个数据后，就立即向CPU发出中断，由中断服务程序将该 数据读入内存。每按一次键，键盘就向CPU发出一次中断请求， CPU响应中断后就转入键盘服务程序，对相应的按键命令进行 处理。 2、数据处理模块 输入的零件加工程序是用标准的数控语言 编写的ASCII字符串，因此，需要把输入的数控代码转换成系 统能进行运算操作的二进制代码，还要进行必要的单位换算 和数控代码的功能识别，以便确定下一步的操作内容。
机电一体化系统设计专题：全自动波轮洗衣机案例分析
机电一体化系统设计专题：全自动波轮洗衣机案例分析1. 案例背景本案例分析旨在探讨机电一体化系统设计在全自动波轮洗衣机中的应用。
全自动波轮洗衣机是一种主要通过机电一体化系统实现洗涤、漂洗、脱水等功能的家电产品。
2. 系统设计原理全自动波轮洗衣机的机电一体化系统设计主要基于以下原理：- 传感器：通过安装在洗衣机中的传感器，实时感知洗涤过程中的各种参数，如水位、温度、转速等，从而调整系统的运行状态。
- 控制模块：洗衣机内部的控制模块根据传感器的反馈数据，控制电机、阀门、泵等装置的运行，实现不同洗涤阶段的自动切换。
- 电机：洗衣机内部的电机主要驱动波轮的旋转，实现洗涤和脱水功能。
- 水系统：机电一体化系统中的水系统包括水泵、水位传感器和阀门等，用于调节洗衣机内部的水位和水温，以及实现洗涤和漂洗功能。
- 漂洗和脱水系统：通过控制水泵和电机的运行，实现洗衣机的漂洗和脱水功能。
3. 设计优势机电一体化系统设计在全自动波轮洗衣机中具有以下优势：- 自动化程度高：通过传感器和控制模块的配合，实现全自动洗涤过程，减少用户操作的复杂性。
- 精确控制：传感器可以实时感知洗衣机内部的各种参数，控制模块可以根据这些数据进行精确的控制，提高洗涤效果。
- 节能环保：通过精确控制水位、水温和转速等参数，洗涤过程更加高效，节约水电资源，减少环境污染。
- 故障自诊断：机电一体化系统设计还可以通过传感器和控制模块的配合，实现故障自诊断功能，减少维修和维护成本。
4. 案例分析以某款全自动波轮洗衣机为例，其机电一体化系统设计实现了以下功能：- 洗涤过程中，通过水位传感器感知水位，控制水泵的运行，保持适当的水位；- 根据用户设定的洗涤程序，控制电机的转速，实现不同洗涤阶段的切换；- 通过温度传感器感知水温，调节热水和冷水的进水量，控制洗涤温度；- 在漂洗和脱水阶段，控制水泵的运行，实现漂洗和脱水功能。
5. 总结机电一体化系统设计在全自动波轮洗衣机中发挥了重要作用。