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第一章 机电一体化概述1

第一节 机电一体化的基本概念1

一、机电一体化的产生和发展1

二、机电一体化的概念4

第二节 机电一体化系统的基本构成7

一、机电一体化系统的功能构成7

二、机电一体化系统的组成要素9

第三节 机电一体化共性关键技术11

一、机械技术11

二、检测与传感技术11

三、自动控制技术11

四、伺服驱动技术12

五、计算机与信息处理技术12

六、系统总体技术13

第四节 机电一体化产品13

一、数控机床15

二、自动机械与自动生产线16

第五节 机电一体化的效益17

第六节 机电一体化的发展前景19

一、机电一体化国内外现状19

二、机电一体化的发展趋势21

三、机电一体化发展的方向22

第七节 机电一体化维修23

第二章 机电一体化总体设计26

第一节 总体设计概述26

一、机电一体化产品的开发过程27

二、机电一体化系统总体技术28

三、机电一体化总体设计的机遇与挑战28

第二节 总体设计的主要内容29

一、技术资料准备29

二、性能指标确定29

三、总体方案拟定30

四、总体方案的评审31

第三节 产品使用要求与性能指标的分析与确定31

一、功能性要求31

二、经济性要求34

三、安全性要求35

第四节 等效互补环节预选35

第五节 总体方案的评价和优选37

一、总体方案的评价方法38

二、评价函数法39

第六节 功能及性能指标的分配41

一、功能分配41

二、性能指标分配42

第七节 案例：定量电子秤总体设计42

第三章 机械技术52

第一节 概述52

第二节 机械系统的基本构成53

第三节 机械系统的传动机构54

一、连杆传动机构54

二、凸轮传动机构57

三、齿轮机构59

四、滚珠丝杠螺母副传动机构66

五、摩擦传动机构73

六、链传动机构76

七、带传动机构76

八、其他传动机构79

第四节 机械系统的导向机构87

一、导轨副的基本要求88

二、导轨的分类和特点89

三、滚动导轨90

四、塑料导轨91

第五节 执行机构93

一、手动执行装置93

二、电动执行装置93

三、液压执行装置94

四、气动执行装置97

五、其他执行机构99

第六节 传动、导向和执行机构的联合作用100

第四章 传感器与检测技术102

第一节 概述102

第二节 对传感器的基本要求103

第三节 传感器的分类与选用104

第四节 检测系统设计的任务、方法和步骤105

第五节 常用传感器工作原理107

一、位移、角度、距离的测量107

二、速度和加速度的测量118

三、力和扭矩的测量125

四、其他传感器127

第六节 数控机床检测装置136

一、编码器137

二、光栅尺139

三、旋转变压器144

四、全闭环位置检测装置145

第七节 检测信息的处理方法146

一、模拟信号处理146

二、数字信号处理150

第八节 传感器与检测系统应用实例151

一、位置检测装置151

二、机床或机器人的碰撞检测152

三、切削过程中的力传感器154

第五章 自动控制技术156

第一节 自动控制概述156

一、控制系统的基本概念157

二、自动控制系统的组成158

三、控制系统的分类159

四、自动控制系统的性能162

第二节 自动控制系统的数学模型163

一、系统的微分方程164

二、系统的传递函数165

三、时间响应168

四、频率特性169

第三节 控制器原理和操作170

一、开关控制171

二、比例控制174

三、比例-积分控制178

四、比例-积分-微分控制180

第四节 PID控制器的使用185

一、PID控制器模型185

二、PID控制器的优缺点186

三、PID控制器的参数整定187

四、PID控制器参数自整定188

第六章 伺服驱动技术189

第一节 概述189

一、伺服系统的一般组成189

二、伺服系统分类190

三、机电一体化伺服驱动系统的基本要求192

第二节 步进伺服驱动系统193

一、步进电机的结构和工作原理193

二、步进电机的开环控制205

三、步进电机的闭环控制210

四、步进电机的选择与使用211

五、步进电机的常见故障与维修212

第三节 交直流伺服驱动系统214

一、伺服系统的概述214

二、直流伺服驱动系统216

三、交流伺服驱动系统221

四、伺服系统的发展前景227

第四节 变频器原理、应用和维修230

一、变频器的分类231

二、变频器的工作原理231

三、变频器控制方式231

四、常用变频器的介绍234

五、变频器的常见故障处理240

第五节 直线进给伺服驱动技术243

一、直线进给伺服驱动技术概述244

二、直线进给伺服驱动技术的优点245

三、直线进给伺服驱动的应用现状246

四、直线进给伺服驱动系统的控制模式246

第六节 其他伺服驱动系统249

一、直接驱动（DD）伺服系统250

二、微进给装置250

第七节 伺服系统应用实例——工业机器人驱动系统251

第七章 计算机控制与信息处理技术257

第一节 概述257

第二节 单片机控制系统258

一、单片机的结构特点258

二、常用单片机及其性能259

三、单片机的系统扩展260

四、单片机控制系统262

五、单片机的应用266

六、单片机控制系统设计268

七、嵌入式系统272

八、单片机系统的维修281

第三节 工业控制计算机282

一、总线式工控机的结构和特点282

二、各类总线嵌入式工控机的发展284

三、STD总线概述292

四、STD总线工业控制计算机296

五、STD总线工控机的功能模块297

六、工业控制机的系统设计298

第四节 可编程控制器（PLC）301

一、可编程控制器的定义和特点301

二、PLC的基本结构和工作原理305

三、PLC的编程语言和编程方法310

四、PLC控制系统设计315

五、PLC控制系统设计举例323

六、常用PLC的品牌、型号、参数及编程软件326

第五节 组态软件377

一、组态软件产生的背景377

二、组态软件主要特点378

三、组态软件的系统构成379

四、组态软件的基本能力381

五、国内外组态软件介绍381

第八章 机电一体化设备故障分析与诊断390

第一节 故障和故障模式390

一、故障定义390

二、故障模式391

三、故障后果393

四、故障的危害度分类396

五、故障的分类397

第二节 机电设备的可靠性、维修性和有效性399

一、机电设备的可靠性399

二、机械设备的维修性404

三、机电设备的有效性408

第三节 机电设备故障产生的原因410

一、机电设备故障发生过程410

二、形成故障的结构因素412

三、维持设备的工作能力，减少故障的发生414

第四节 设备故障诊断技术415

一、故障诊断的内容415

二、设备故障诊断方法416

第九章 机电一体化设备的维修418

第一节 机电一体化设备维修方式418

一、维修方式418

二、维修方式的选择420

第二节 机电一体化设备维修制度421

一、计划预防维修制422

二、以状态监测为基础的维修制423

三、针对性维修制424

四、操作维护制度425

第三节 面向数控机床的维修制度425

一、维修内容425

二、建立维修制度426

三、数控设备维修实例430

第十章 数控机床的维修技术433

第一节 概述433

第二节 数控机床开机调试433

一、通电前的外观检查434

二、接通机床总电源后的检查435

三、CNC电箱通电后的检查435

四、MDI试验436

第三节 数控机床维修的基本要求437

一、对维修人员的要求437

二、技术资料的要求438

三、工具及备件的要求441

第四节 数控机床维修的基本方法444

一、维修前的检查444

二、故障分析的基本方法447

三、CNC的故障自诊断449

第五节 数控机床的机械故障诊断与排除451

一、数控车床机械故障类型452

二、加工中心机械故障诊断和排除460

第六节 数控系统的故障诊断与维修465

一、数控系统的故障诊断467

二、数控系统的常见故障分析470

三、故障排除方法472

四、维修中应注意的事项474

第七节 维修调试后的技术处理475

第十一章 自动装配生产线的结构原理与维修476

第一节 自动装配生产线的发展概况476

一、装配生产线的三个阶段476

二、柔性装配生产线478

第二节 自动装配生产线的结构480

一、移置机构481

二、传送机构485

第三节 装配工作头496

一、轴孔类零件自动装配的柔顺手腕496

二、螺钉自动装配工作头501

三、垫圈自动装入工作头505

四、螺母自动装入工作头506

第四节 自动装配生产线的检测装置507

一、自动检测工作头508

二、自动检测项目和检测方法509

第五节 自动装配生产线的故障诊断511

一、故障诊断的内容与方法511

二、装配子单元的作业故障诊断实施步骤512

主要参考文献515