機械設計手冊 第6版 第5卷

目 錄
第24篇 機電一體化技術及設計
第1章 機電一體化概述
1 機電一體化概念 24-3
1.1 機電一體化的基本概念 24-3
1.2 機電一體化技術的發(fā)展 24-3
1.3 機電一體化系統(tǒng)的構成 24-4
1.4 機電一體化的意義 24-5
2 機電一體化技術的分類 24-5
2.1 機電一體化技術的分類依據(jù) 24-5
2.2 機械制造過程的機電一體化 24-6
2.3 機電產(chǎn)品的機電一體化 24-7
3 機電一體化的相關技術 24-7
4 機電一體化設計方法 24-8
4.1 模塊化設計方法 24-8
4.2 柔性化設計方法 24-8
4.3 取代設計方法 24-8
4.4 融合設計方法 24-9
4.5 優(yōu)化設計方法 24-9
4.5.1 機械技術和電子技術的綜合與優(yōu)化 24-9
4.5.2 硬件和軟件的交叉與優(yōu)化 24-9
4.5.3 機電一體化產(chǎn)品的整體優(yōu)化 24-10
5 機電一體化系統(tǒng)的設計流程 24-10
第2章 基于工業(yè)控制機的控制器及其設計
1 工業(yè)控制機的種類與選擇 24-12
1.1 工業(yè)控制機概述 24-12
1.2 工業(yè)控制機的分類 24-12
1.2.1 按工業(yè)控制機的總線分類 24-12
1.2.2 按工業(yè)控制機結(jié)構型式分類 24-13
1.3 工業(yè)控制機的選擇 24-13
2 工業(yè)控制機的總線 24-14
2.1 總線概述 24-14
2.2 STD總線 24-14
2.3 ISA總線 24-15
2.4 PCI總線 24-16
2.5 cPCI總線 24-17
2.6 PCI-E總線 24-18
2.7 現(xiàn)場總線 24-20
3 工業(yè)控制機常用的功能模塊 24-22
3.1 數(shù)據(jù)采集卡 24-22
3.2 遠程I/O模塊 24-23
3.3 通信模板 24-24
3.4 信號調(diào)理模板 24-24
3.5 運動控制器 24-25
第3章 可編程序控制器
1 可編程序控制器概述 24-28
1.1 可編程序控制器的發(fā)展概況 24-28
1.2 可編程序控制器的特點和應用 24-28
1.2.1 PLC的主要特點 24-28
1.2.2 可編程序控制器與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 24-29
1.2.3 PLC的應用范圍 24-29
1.3 可編程序控制器的發(fā)展趨勢 24-30
2 可編程序控制器的基本組成和工作原理 24-30
2.1 可編程序控制器的基本組成 24-30
2.1.1 中央處理單元（CPU） 24-31
2.1.2 存儲器 24-31
2.1.3 輸入/輸出模塊 24-32
2.1.4 編程器 24-32
2.1.5 人機界面 24-32
2.2 可編程序控制器的工作原理 24-32
2.2.1 循環(huán)掃描工作方式 24-32
2.2.2 可編程序控制器的工作過程 24-33
2.3 輸入/輸出接口模塊 24-33
2.3.1 數(shù)字量輸入、輸出模塊 24-33
2.3.2 模擬量輸入、輸出模塊 24-34
2.4 智能模塊 24-36
2.5 遠程I/O 24-37
2.6 可編程序控制器的編程語言 24-39
2.6.1 梯形圖語言 24-39
2.6.2 順序功能圖語言 24-39
2.6.3 功能塊圖 24-42
2.6.4 指令表 24-42
2.6.5 結(jié)構化文本 24-42
3 可編程序控制器的生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品介紹 24-42
3.1 德國西門子（SIEMENS）公司 24-42
3.2 美國羅克韋爾公司的AB PLC 24-42
3.3 日本立石（OMRON，歐姆龍）公司 24-43
3.4 其他PLC公司 24-43
4 可編程序控制器應用系統(tǒng)設計的內(nèi)容和步驟 24-43
4.1 PLC應用系統(tǒng)設計的內(nèi)容和步驟 24-43
4.2 PLC應用系統(tǒng)的硬件設計 24-43
4.2.1 PLC的型號選擇 24-43
4.2.2 I/O模塊的選擇 24-43
4.2.3 電源選擇 24-44
4.3 PLC的應用軟件設計 24-44
4.4 PLC的應用實例———自動搬運機械手 24-44
第4章 基于單片機的控制器及其設計
1 單片機的硬件結(jié)構 24-46
1.1 單片機的基本結(jié)構 24-46
1.2 單片機的微處理器 24-46
1.3 MCS-51的存儲器 24-47
1.3.1 程序存儲器 24-47
1.3.2 數(shù)據(jù)存儲器 24-47
1.4 MCS-51的并行口和串行口 24-48
1.4.1 并行口 24-48
1.4.2 串行口 24-48
1.5 MCS-51的定時器 24-48
1.5.1 方式控制寄存器TMOD 24-48
1.5.2 定時器控制寄存器TCON 24-49
1.6 MCS-51的中斷系統(tǒng)及其控制 24-49
2 常用單片機的廠家及產(chǎn)品介紹 24-50
2.1 4位單片機 24-50
2.2 8位單片機 24-50
2.3 16位單片機 24-52
2.4 32位單片機 24-52
3 單片機的編程語言 24-52
3.1 單片機編程語言的分類 24-52
3.2 MCS-51單片機指令系統(tǒng) 24-53
3.3 PIC單片機指令系統(tǒng)簡介 24-54
4 控制器的硬件系統(tǒng)設計 24-56
4.1 單片機存儲器的擴展 24-56
4.1.1 擴展程序存儲器的設計 24-56
4.1.2 擴展數(shù)據(jù)存儲器的設計 24-57
4.2 單片機常用并行接口電路 24-59
4.3 單片機的人機接口設計 24-61
4.3.1 單片機系統(tǒng)的輸入裝置 24-61
4.3.2 單片機系統(tǒng)的顯示裝置 24-63
4.4 D/A轉(zhuǎn)換器及其接口電路 24-64
4.5 A/D轉(zhuǎn)換器及其接口電路 24-65
4.6 MCS-51單片機與外圍電路的匹配技術 24-67
4.6.1 集成邏輯門的負載能力 24-68
4.6.2 單片機系統(tǒng)常用集成電路的驅(qū)動能力 24-68
4.6.3 單片機控制系統(tǒng)電平匹配舉例 24-68
第5章 傳感器及其接口設計
1 傳感器概述 24-70
1.1 傳感器的概念 24-70
1.2 傳感器的特性和技術指標 24-70
1.2.1 傳感器的靜態(tài)特性 24-70
1.2.2 傳感器的動態(tài)特性 24-71
1.2.3 傳感器的性能指標 24-71
2 幾類傳感器的主要性能及優(yōu)缺點 24-72
3 機電一體化中常用傳感器 24-75
3.1 電位器 24-75
3.2 光柵 24-75
3.3 編碼器 24-76
3.4 測速發(fā)電機 24-76
3.5 壓電加速度傳感器 24-77
3.6 超聲波距離傳感器 24-77
4 傳感器的選用原則及注意事項 24-78
5 傳感器與計算機的接口設計 24-79
第6章 常用的傳動部件與執(zhí)行機構
1 機械傳動部件及其功能要求 24-83
1.1 齒輪傳動 24-84
1.1.1 齒輪傳動分類及選用 24-84
1.1.2 齒輪傳動形式及其傳動比的最佳匹配選擇 24-84
1.1.3 齒輪傳動間隙的調(diào)整方法 24-86
1.1.4 諧波齒輪傳動 24-87
1.2 滾珠螺旋傳動 24-88
1.2.1 滾珠螺旋的傳動原理 24-88
1.2.2 滾動螺旋副支承方式的選擇 24-91
1.2.3 滾動螺旋副的密封與潤滑 24-91
1.2.4 滾動螺旋副的選擇方法 24-92
1.3 撓性傳動 24-92
1.3.1 平帶傳動 24-92
1.3.2 繩傳動 24-92
1.3.3 鏈傳動 24-93
1.3.4 同步帶傳動 24-94
2 導向支承部件的結(jié)構型式選擇 24-94
2.1 導軌副的組成、種類 24-94
2.2 滑動導軌 24-96
2.3 靜壓導軌 24-99
2.4 滾動導軌 24-101
3 旋轉(zhuǎn)支承的類型與選擇 24-103
3.1 旋轉(zhuǎn)支承的種類及基本要求 24-103
3.2 圓柱支承 24-103
3.3 圓錐支承 24-103
3.4 填入式滾動支承 24-104
4 軸系部件的設計與選擇 24-105
4.1 軸系設計的基本要求 24-105
4.2 軸（主軸）系用軸承的類型與選擇 24-105
4.3 提高軸系性能的措施 24-107
5 常用執(zhí)行機構 24-108
5.1 連桿機構 24-108
5.2 凸輪機構 24-108
5.3 間歇機構 24-109
第7章 常用控制用電動機及其驅(qū)動
1 對控制用電動機的基本要求 24-112
2 控制用電動機的種類、特點及選用 24-112
3 直流伺服（DC）電動機與驅(qū)動 24-113
3.1 直流電動機調(diào)速原理及調(diào)速特性 24-113
3.2 永磁直流電動機伺服系統(tǒng) 24-113
3.3 直流伺服電動機驅(qū)動 24-114
4 交流伺服電動機與驅(qū)動 24-116
4.1 交流異步電動機 24-116
4.1.1 工作原理 24-116
4.1.2 異步電動機的運行特性 24-117
4.1.3 性能指標 24-117
4.1.4 交流異步伺服電動機的驅(qū)動與控制 24-117
4.2 交流同步電動機 24-119
4.2.1 同步電動機工作原理 24-119
4.2.2 等效電路 24-120
4.2.3 交流同步電動機的運行特性 24-121
4.2.4 同步電動機的控制 24-121
4.3 交流伺服電動機常用電力電子器件 24-123
5 步進電動機與驅(qū)動 24-124
5.1 步進電動機分類 24-124
5.2 步進電動機工作原理 24-125
5.3 步進電動機驅(qū)動與控制 24-125
5.3.1 脈沖分配器 24-125
5.3.2 功率放大器 24-126
第8章 機電一體化設計實例
1 振幅定值控制電磁振動給料機 24-129
1.1 電磁振動給料機的工作原理 24-129
1.2 溜槽式固體流量計工作原理 24-129
1.3 對控制系統(tǒng)的技術要求 24-130
1.4 電磁振動定量給料控制系統(tǒng)的方案確定 24-130
1.4.1 CPU選擇 24-130
1.4.2 輸入輸出接口的配置 24-130
1.4.3 鍵盤顯示器 24-130
1.4.4 串行通信 24-130
1.4.5 系統(tǒng)電源 24-131
2 電子傳送帶配料秤 24-131
2.1 傳送帶配料秤的工作原理 24-131
2.2 傳送帶配料秤監(jiān)控儀的技術要求 24-131
2.3 監(jiān)控儀的硬件結(jié)構及其組成電路 24-132
2.4 系統(tǒng)軟件設計 24-132
3 立式包裝機 24-134
3.1 立式連續(xù)制袋三邊封口包裝機工作原理 24-134
3.2 立式包裝機技術要求 24-135
3.3 傳動系統(tǒng)及電控原理 24-135
4 電動噴砂機器人 24-137
4.1 機器人機構原理 24-137
4.2 控制系統(tǒng) 24-137
4.3 機器人規(guī)格參數(shù) 24-138
4.4 控制算法簡介 24-138
5 XH714立式加工中心 24-139
5.1 機床簡介 24-139
5.2 數(shù)控系統(tǒng) 24-140
5.3 伺服系統(tǒng) 24-141
5.4 I/O控制 24-142
5.5 電源 24-145
6 綜合實例:液壓挖掘機器人 24-145
6.1 全液壓挖掘機器人的功能需求及開發(fā)流程 24-145
6.2 電液系統(tǒng)的設計與改造 24-145
6.3 基于xPC Target的控制平臺 24-147
6.3.1 實時工具RTW 24-148
6.3.2 xPC Target控制平臺 24-148
6.3.3 挖掘機器人挖溝目標的實現(xiàn) 24-149
參考文獻 24-151