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第一章 概论1

第一节 机电一体化的基本含义1

一、日本关于机电一体化的定义1

二、美国关于“现代机械系统”的定义1

三、德国的精密工程技术的定义1

四、我国对机电一体化的理解2

第二节 机电一体化系统的功能构成原理及其组成要素2

一、机电一体化系统的功能构成原理2

二、机电一体化系统的五大组成要素3

第三节 机电一体化系统的功能原理设计和广义接口、控制软件的作用4

一、机电一体化系统的功能原理设计4

二、机电一体化系统的技术评价5

三、广义接口6

四、控制软件在系统中的作用7

第四节 机电一体化产品的分类8

一、按机电一体化产品的用途分类8

二、按机电一体化产品的功能分类8

第五节 机电一体化的特点及发展趋势8

一、机电一体化技术体现在产品、设计、制造以及生产经营管理诸方面的特点8

二、机电一体化的发展趋势9

第六节 本课程的目的和要求9

第二章 精密机械系统的精度设计基础10

第一节 精度设计中的主要原理与原则10

一、阿贝误差原理10

二、运动学设计原理10

三、平均效应原理12

四、变形最小原则12

五、基面统一原则13

六、误差缩小和放大原理14

七、误差配置原理14

第二节 精度设计中的基本概念14

一、误差14

二、精度15

三、灵敏度和分辨率16

第三节 随机误差和系统误差17

一、随机误差17

二、系统误差20

三、函数误差——误差的传递21

第四节 误差的综合22

一、随机误差的合成22

二、系统误差的合成23

三、不同性质误差的合成24

第五节 精密机械设备的精度设计和误差分配24

一、产品精度分配依据和步骤25

二、误差分配方法25

第六节 数控机床的精度分析和精度指标26

一、数控机床的误差源和精度分析26

二、数控机床的位置精度28

第三章 机械传动部件32

第一节 机电一体化对机械传动的要求32

第二节 同步带传动32

一、同步带传动的特点和分类32

二、同步带结构和尺寸规格33

三、同步带轮尺寸规格39

四、同步带传动的设计计算43

五、高转矩同步带传动简介46

第三节 齿轮传动49

一、齿轮传动系统的总传动比及其分配49

二、圆柱齿轮精度54

三、齿轮传动的回差及其控制58

四、提高齿轮传动精度的措施59

五、提高有关零件的精度62

第四节 谐波齿轮传动63

一、工作原理与传动比计算63

二、谐波齿轮传动主要参数设计计算64

三、谐波齿轮传动的刚度特性65

四、谐波齿轮传动基本构件的材料和结构65

五、单级谐波齿轮减速器简介66

第五节 滚珠螺旋传动69

一、滚珠丝杠副的结构类型69

二、滚珠丝杠副的精度71

三、滚珠丝杠副的尺寸与代号72

四、滚珠丝杠的支承结构形式74

五、滚珠丝杠副的选择计算77

六、滚珠丝杠副的防护89

第四章 支承部件92

第一节 轴系92

一、轴系设计的基本要求92

二、滚动摩擦支承104

三、滑动摩擦支承122

四、激励磁力支承128

第二节 导轨129

一、导轨副的类型129

二、导轨副的技术要求130

三、滑动导轨132

四、滚动导轨136

五、塑料导轨154

六、导轨的选择与维护159

第三节 支承件161

一、支承件的主要技术要求161

二、支承件的材料选择164

三、支承件的结构设计167

第五章 控制电动机及调速系统175

第一节 控制电动机175

一、概述175

二、步进电动机176

三、直流伺服电动机183

四、交流伺服电动机186

五、控制电动机在伺服驱动中的应用190

第二节 直流伺服驱动系统与交流伺服驱动系统191

一、直流调速系统191

二、交流调速系统192

三、应用实例194

第三节 直线电动机195

一、直流直线电动机196

二、直线感应电动机197

三、直线步进电动机198

第四节 控制电动机主要生产厂的典型产品200

一、国外产品200

二、国内产品201

第六章 检测传感器205

第一节 位移检测传感器205

一、感应同步器205

二、磁尺207

三、光栅208

第二节 角度检测传感器210

一、旋转变压器210

二、编码盘211

第三节 速度、加速度传感器212

一、测速发电机212

二、编码器速度传感器212

三、电磁式速度传感器212

四、加速度传感器212

第四节 测力传感器213

一、弹性元件应变式力传感器213

二、压电式力传感器213

第五节 传感器的应用214

一、传感器的控制系统及系统的条件214

二、传感器在工业机器人中的应用214

三、机器人力觉传感器216

第六节 传感器的发展217

一、传感器的集成化和功能化217

二、智能传感器218

三、新材料新领域218

第七章 机电伺服系统的设计计算220

第一节 伺服系统分类和典型系统220

一、伺服系统的基本要求和分类220

二、步进电动机驱动的开环系统及其参数221

三、直流伺服电动机驱动的闭环系统及其参数223

四、采用脉冲编码器的半闭环系统及其参数225

第二节 伺服传动系统的动力学方法设计计算228

一、机电伺服传动系统动力学计算的基本公式229

二、等效负载转矩的计算230

三、机械运动与控制中的运动惯量计算231

四、直流伺服电动机的数学模型和调速特性233

五、伺服电动机的选择方法236

六、伺服系统的刚度、固有频率和精度242

第三节 伺服传动系统动力学方法设计计算实例243

一、激光加工机的设计计算243

二、经济型数控车床的纵向进给系统的设计计算250

第四节 伺服系统的控制理论方法设计计算252

一、控制理论方法设计的基本内容和步骤252

二、数字式位置控制伺服系统的控制方案253

三、伺服系统的动态数学模型255

四、伺服系统的动态设计261

第五节 立式加工中心伺服进给系统的设计计算270

一、伺服系统的特点和主要参数270

二、伺服系统的静态设计计算271

三、伺服系统的动态设计计算276

第八章 微机控制系统285

第一节 概述285

一、微机控制系统分类285

二、微机控制系统的组成285

第二节 微机控制系统的设计与调试287

一、微机控制系统设计的基本要求287

二、微机控制系统设计的基本内容与步骤287

三、系统调试与实验288

第三节 控制微机的选择289

一、单板和单片微机控制系统289

二、普通PC机组成的控制系统290

三、工业PC控制机291

四、STD总线控制系统291

五、可编程序控制器291

第四节 控制算法的计算机软件设计293

一、数字PID控制算法293

二、数字控制器的连续设计法297

三、D（z）算法的微机实现302

第五节 接口设计306

一、常用接口总线标准307

二、PC总线应用311

三、MCS-51单片机接口应用319

四、抗干扰设计328

第九章 数控机床338

第一节 综述338

第二节 数控机床的构成及分类338

一、数控机床的构成338

二、数控机床的分类339

第三节 数控编程342

一、概述342

二、ISO数控程序标准简介343

三、手工编程345

四、编程示例349

第四节 数字控制系统351

一、CNC系统的组成和工作过程351

二、CNC系统的插补原理352

三、CNC系统的硬件结构363

四、CNC系统的软件结构366

第五节 数控机床的机械结构369

一、概述369

二、提高数控机床刚度的措施369

三、提高传动效率的措施372

四、减少热变形对加工精度的影响373

第六节 数控车床374

一、数控车床的结构与分类374

二、床身和导轨375

三、主轴与主传动系统376

四、进给系统378

五、刀架系统378

六、S3-1200型数控车床介绍379

第七节 加工中心383

一、加工中心的分类383

二、加工中心机械结构384

第八节 其它数控机床389

一、数控磨床389

二、数控电加工机床389

三、数控激光加工机床390

四、数控金属板材和管料压力加工机床391

五、数控火焰切割机393

第十章 工业机器人394

第一节 综述394

第二节 工业机器人的结构和分类394

一、工业机器人的基本结构394

二、工业机器人的分类396

第三节 工业机器人的主要技术参数398

第四节 工业机器人的机械结构399

一、工业机器人的手部399

二、工业机器人的腕部402

三、工业机器人的臂部404

第五节 工业机器人实例407

一、PUMA-262型工业机器人407

二、A4010HSCARA型装配机器人411

三、RPA856RP型喷涂机器人414

第六节 工业机器人的应用416

一、铸造业中机器人的应用416

二、锻造工艺中机器人的应用417

三、冲压工艺中机器人的应用418

四、焊接工艺中机器人的应用419

五、机械加工中机器人的应用419

六、装配作业中机器人的应用421

参考文献423