導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的問題

對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程而言，其教學(xué)的問題大致可以分為教學(xué)內(nèi)容的問題以及教學(xué)方式的問題，本文從這兩個(gè)方面對(duì)其中的主要問題進(jìn)行分析。

1.1教學(xué)內(nèi)容的問題

在現(xiàn)有的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程當(dāng)中，其內(nèi)容存在著一定的混亂性以及單一性，首先對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教材而言，有著不同的版本，并且每一版本當(dāng)中的內(nèi)容分布都不相同，甚至有些內(nèi)容本身都不同，并且對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)的講解深度也有著一定的差別，這就意味著，如果在教師水平相當(dāng)?shù)那闆r下，不同教材內(nèi)容下培養(yǎng)出來的學(xué)生能力也會(huì)有著一定的差距，這對(duì)于學(xué)生未來的發(fā)展極為不利，因?yàn)闄C(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)越來越深入之后，學(xué)生的差距就會(huì)越來越大，到后來的實(shí)際運(yùn)用過程當(dāng)中，學(xué)生的實(shí)踐能力也會(huì)由于理論支撐的差距而產(chǎn)生差距，一部分學(xué)生會(huì)面臨淘汰的威脅。另外一點(diǎn)就是課程雜亂無章，比如其課程當(dāng)中包含著微機(jī)控制、數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)電學(xué)當(dāng)中的主要課程，在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)當(dāng)中，一直將機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為一門主干課程進(jìn)行教學(xué)。機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一門綜合性與實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程，其對(duì)于學(xué)生的實(shí)踐能力要求比較高，而在傳統(tǒng)的教學(xué)方式下學(xué)生并不能通過課本當(dāng)中的基礎(chǔ)看到本質(zhì)，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革已經(jīng)勢(shì)在必行，本文從目前機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程當(dāng)中所存在的問題出發(fā)，分析其具體的教學(xué)改革的方式。

1.2教學(xué)方法的問題

首先教學(xué)方式的問題可以分為傳統(tǒng)教學(xué)方式的問題與現(xiàn)代教學(xué)方式的問題，在傳統(tǒng)的教學(xué)方式當(dāng)中，教師往往采取教師講，學(xué)生聽的方式，這種方式學(xué)生僅僅是被動(dòng)的吸取知識(shí)，并且對(duì)于理論知識(shí)的理解程度并不代表著實(shí)踐運(yùn)用能力的程度。而機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性要求比較高的課程，所以在教學(xué)的過程當(dāng)中，其教學(xué)方法一定要圍繞學(xué)生的實(shí)踐性出發(fā)，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式不僅不能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，還會(huì)因?yàn)榭菰锏睦碚搶W(xué)習(xí)使得學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。另外一方面在現(xiàn)代教學(xué)方法的普及下，在教學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中的科技成分越來越高，大量多媒體教學(xué)工具、實(shí)踐機(jī)械教學(xué)工具、投影儀等教學(xué)工具的使用使得教學(xué)效率提高，原本需要三個(gè)課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容教師在PPT的講解方式下只需要一個(gè)課時(shí)，雖然提高教學(xué)進(jìn)度，但是忽視了學(xué)生的接收能力與對(duì)知識(shí)的理解能力，從根本上來說并沒有提高教學(xué)效果。

2機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革策略

根據(jù)上文當(dāng)中所提出的問題進(jìn)行分析，探究在面對(duì)以上教學(xué)問題的情況下如何進(jìn)行機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)改革。

2.1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

首先針對(duì)教學(xué)體系而言，需要對(duì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程的教材內(nèi)容進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，整體而言可以將教材的內(nèi)容分布進(jìn)行三個(gè)階段的設(shè)置，首先是理論基礎(chǔ)知識(shí)階段，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這一項(xiàng)目的原理。第二個(gè)階段就是將理論與實(shí)際相結(jié)合，也就是結(jié)合實(shí)際的案例，讓學(xué)生進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程的原理。最后一部分就是組織實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行具體的實(shí)踐，用實(shí)踐來充分論證自己所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)。另外一方面就是將教材內(nèi)容進(jìn)行合理的分配，也就是說要按照具體的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序來安排教學(xué)程序，并且注重知識(shí)點(diǎn)之間的連續(xù)性，將電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、液壓技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，比如數(shù)控技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)可以運(yùn)用在機(jī)械自動(dòng)化操作上而檢測(cè)技術(shù)、液壓技術(shù)與電子技術(shù)則可以運(yùn)用在監(jiān)控系統(tǒng)上，并且對(duì)制動(dòng)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合教學(xué)。按照時(shí)間將知識(shí)進(jìn)行分類教學(xué)，增強(qiáng)課程知識(shí)點(diǎn)的連續(xù)性。

2.2教學(xué)方法的改善

教學(xué)方法的改善要從課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)兩個(gè)方面著手，首先對(duì)于課堂教學(xué)而言，需要注重學(xué)生的知識(shí)接收遞進(jìn)性，循序漸進(jìn)的接觸新知識(shí)，另外要充分利用現(xiàn)代技術(shù)，將多媒體技術(shù)與課堂教學(xué)相結(jié)合，但是要在保證學(xué)生理解知識(shí)的情況下提高教學(xué)效率。并且在對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)的過程當(dāng)中，最終要的是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維，特別是對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程的教學(xué)，首先運(yùn)用豐富的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，結(jié)合實(shí)際教學(xué)案例，對(duì)其進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生通過了解、思考、判斷、提出問題、分析問題、解決問題的方式，進(jìn)行學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生的思維能力。在實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中，教師要脫離課堂將學(xué)生帶到具體的機(jī)械車床前進(jìn)行教學(xué)，對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)的構(gòu)造以及運(yùn)作原理進(jìn)行教學(xué)，并且在教學(xué)過后讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，教師在一旁充當(dāng)引導(dǎo)者的角色，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

3結(jié)語(yǔ)

在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程的教學(xué)當(dāng)中，首先要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式進(jìn)行著手，分析其中的問題，并且在教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，從教學(xué)內(nèi)容的配置與教學(xué)內(nèi)容整體性出發(fā)，解決其問題，而教學(xué)方式則通過實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)兩個(gè)方面分析其解決策略，促進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革。

作者:黃安 曾軍華 單位:江西應(yīng)用工程職業(yè)學(xué)院

參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵詞：自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架；刀架控制原理；刀架電氣控制系統(tǒng)仿真

1 數(shù)控機(jī)床刀架的介紹

自動(dòng)換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。機(jī)床的加工性能受刀具夾持原件的結(jié)構(gòu)特性及它與機(jī)床主軸的連接方式的直接影響。而機(jī)床的換刀效率受到刀庫(kù)結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置工作方式的影響，而整機(jī)的成本造價(jià)又受自動(dòng)換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度的直接影響。

2 數(shù)控刀架的工作原理及電氣設(shè)計(jì)

電氣是機(jī)械的控制中心，也就是說電氣原理的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械動(dòng)作的復(fù)雜操作控制。下面我們通過數(shù)控刀架的電氣知識(shí)霍爾效應(yīng)、刀架的接線原理圖和具體的經(jīng)濟(jì)型刀架換刀過程等，對(duì)電氣原理的運(yùn)用做進(jìn)一步的了解。

2.1 數(shù)控車床四工位刀架換刀工作原理

電機(jī)會(huì)在接到換刀鍵或者換刀的指令后正轉(zhuǎn)，蝸桿、渦輪、軸、軸套由于花鍵的定位作用，同聯(lián)軸器一同轉(zhuǎn)動(dòng)。軸套外圓上有兩處凸起，能夠限位軸套，使軸套在套筒內(nèi)孔中的螺旋槽內(nèi)作滑動(dòng)，因刀架與上端齒盤同套筒相連，此時(shí)會(huì)因套筒的滑動(dòng)被舉起，使上下齒盤分開，刀架抬起，當(dāng)套筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刀架會(huì)被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)90°（如不到刀位，刀架還可以繼續(xù)轉(zhuǎn)180°、270°、360°），而且此時(shí)控制裝置能夠收到由微動(dòng)開關(guān)發(fā)出的檢測(cè)信號(hào)，直到刀架轉(zhuǎn)到指定位置，控制裝置會(huì)根據(jù)微動(dòng)開關(guān)提供的刀架已經(jīng)到達(dá)指定位置的信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，此時(shí)定位銷會(huì)使刀架定位不再回轉(zhuǎn)，刀架則向下移動(dòng)，上下端齒盤重新壓合。當(dāng)蝸桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生軸向位移，壓縮彈簧，曲面壓縮開關(guān)使電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，從而完成一次轉(zhuǎn)位。微機(jī)系統(tǒng)的控制目的就是指四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架上的四把刀具中的任意一把轉(zhuǎn)到指定的工作位置。

2.2 數(shù)控刀架電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 霍爾原理在刀架中運(yùn)用的簡(jiǎn)單概述 一臺(tái)數(shù)控機(jī)床能夠進(jìn)行生產(chǎn)加工的衡量標(biāo)準(zhǔn)即是它的精度，如果精度不能滿足需求，它就不能進(jìn)行生產(chǎn)，而霍爾元件檢測(cè)的精確性卻在很大程度上保障著數(shù)控機(jī)床的精度。在數(shù)控機(jī)床上，常用霍爾接近開關(guān)來檢測(cè)刀位。首先，在換刀開關(guān)接通時(shí)會(huì)發(fā)出換刀信號(hào)，隨后放大器在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下正轉(zhuǎn)，刀架被抬起，電機(jī)則繼續(xù)正轉(zhuǎn)，霍爾元件會(huì)在刀架每轉(zhuǎn)過一個(gè)工位時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否為所需刀位。若不是所需刀位，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，直到所需刀架轉(zhuǎn)到工位。

那么從電路的角度來看，當(dāng)整個(gè)電路被接通時(shí)，正轉(zhuǎn)線圈自鎖，換刀開關(guān)處于自動(dòng)檔的位置控制開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)換刀。而霍爾元件會(huì)在刀架轉(zhuǎn)到所需刀位時(shí)自動(dòng)斷開，停止電機(jī)。此時(shí)翻轉(zhuǎn)電路接通，延遲反轉(zhuǎn)，刀架下降并壓緊。所以從這個(gè)過程中我們可以看出來霍爾元件在數(shù)控機(jī)床中不但起到了檢測(cè)與反饋?zhàn)饔?，也是?shù)控機(jī)床精度的可靠性保障。

2.2.2 四工位刀架PLC接線原理圖 機(jī)床PLC控制著數(shù)控機(jī)床刀架，而普通的四工位刀架用于普通機(jī)床，所以控制比較簡(jiǎn)單。我們要分析數(shù)控機(jī)床的控制原理，其實(shí)就是分析車床刀架的換刀過程，而換刀過程其實(shí)就是PLC對(duì)控制刀架所有I/O信號(hào)進(jìn)行邏輯處理與計(jì)算。另外換刀過程也需要設(shè)置一些相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)來保證正常進(jìn)行。在我們分析之前，還得先了解關(guān)于刀架控制的電氣部分。刀架控制電氣部分如下圖所示。圖中a是控制刀架的正反轉(zhuǎn)，是強(qiáng)電部分；圖b控制的是兩個(gè)交流接觸器導(dǎo)通和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)圖a中強(qiáng)電部分的控制，是弱電部分；圖c部分是直接控制刀架的部分電路，控制繼電器回路及PLC的輸入及輸出回路。

圖中各器件的作用如下：

①M(fèi)――刀架電動(dòng)機(jī)；

②QF1――刀架電動(dòng)機(jī)帶過載保護(hù)的電源空開；

③Km1，Km2――刀架電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制交流接觸器；

④KA1，KA2――刀架電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制中間繼電器；

⑤S1～S4――刀位檢測(cè)霍爾開關(guān)；

⑥SB1――啟動(dòng)按鈕；

⑦SB2――停止按鈕；

⑧C――電容給刀架單項(xiàng)電機(jī)不項(xiàng)。

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［關(guān)鍵詞］機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；案例教學(xué)；學(xué)習(xí)興趣；創(chuàng)新能力

當(dāng)前我國(guó)正在實(shí)施《中國(guó)制造2025》規(guī)劃，這對(duì)我國(guó)工程教育特別是機(jī)械工程教育提出了更高的要求，機(jī)械裝備制造企業(yè)迫切需要具備機(jī)、電、控制、信息處理等多學(xué)科融合的機(jī)電裝備設(shè)計(jì)制造復(fù)合型人才。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門重要專業(yè)課，它涉及機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，是該專業(yè)所有專業(yè)課中工程性、實(shí)踐性、綜合性最強(qiáng)的一門課程，該課程后續(xù)的教學(xué)環(huán)節(jié)為畢業(yè)設(shè)計(jì)。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的任務(wù)是在先修課程的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用各種專業(yè)知識(shí)，分析機(jī)電一體化產(chǎn)品的各組成要素之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)電系統(tǒng)要求的功能。因此，該課程對(duì)于學(xué)生全面了解和掌握所修其他課程的聯(lián)系，建立機(jī)電一體化的系統(tǒng)思維體系，培養(yǎng)綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力，具有重要的作用。機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容包括機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、傳感器測(cè)試、電機(jī)與驅(qū)動(dòng)、微機(jī)原理與接口、微型計(jì)算機(jī)控制等內(nèi)容。各部分內(nèi)容之間相對(duì)獨(dú)立，課程自身的理論體系不突出，缺乏整體感。另外這些教學(xué)內(nèi)容中的有些內(nèi)容在先修課程機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)、微機(jī)原理與接口、單片機(jī)原理與接口、微型控制技術(shù)等課程中均有所涉及，極易造成教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)，給學(xué)生一種重復(fù)教學(xué)的感覺，從而降低學(xué)生對(duì)本門課程的興趣。針對(duì)上述問題，我校在實(shí)施機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)中，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電子、控制、信息等各異技術(shù)融合為目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的伺服性能為出發(fā)點(diǎn)，以系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)為主線，以案例教學(xué)為教學(xué)手段將以上教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，實(shí)施案例教學(xué)改革。[1][2][3]

一、緒論教學(xué)案例設(shè)計(jì)

緒論部分是機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的關(guān)鍵部分，該部分對(duì)于學(xué)生理解本門的課程的特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)具有重要的作用，該部分主要突出機(jī)電一體化系統(tǒng)的特點(diǎn)、組成、設(shè)計(jì)方法以及接口等。在教學(xué)過程中，我們首先對(duì)數(shù)控車床與非數(shù)控車床兩個(gè)案例在結(jié)構(gòu)、功能、優(yōu)缺點(diǎn)上進(jìn)行對(duì)比，機(jī)電設(shè)備與非機(jī)電設(shè)備的區(qū)別在于增加了大腦“控制器”和神經(jīng)“傳感檢測(cè)單元”，從而提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度、精度和效率等。通過數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、AGV小車、數(shù)控雕刻機(jī)等案例介紹機(jī)電一體化系統(tǒng)的組成部分及各組成部分的功能，強(qiáng)調(diào)控制器和傳感檢測(cè)單元在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的作用。另外在講解這部分內(nèi)容時(shí)，突出機(jī)電一體化系統(tǒng)各組成部分之間的接口連接，通過機(jī)械接口（聯(lián)軸器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等）、電子電氣接口（A/D、D/A、放大器、光電耦合器）、通信接口（232串行口、USB、以太網(wǎng)接口等）、軟件協(xié)議接口（TCP/IP協(xié)議、USB協(xié)議等）等案例，講解接口在機(jī)電一體化系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)、能量、信息傳輸變換中的作用，強(qiáng)調(diào)機(jī)電一體化系統(tǒng)通過接口將各異技術(shù)集成在一起，形成特定的功能。在機(jī)電一體化技術(shù)方向方面，主要強(qiáng)調(diào)當(dāng)前“機(jī)械功能電子化，電子功能軟件化”的發(fā)展趨勢(shì)，通過伺服電機(jī)變速代替變速箱，無刷直流電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電刷直流電機(jī)，電子表代替機(jī)械表，電子秤代替機(jī)械秤，高能束加工代替刀具切削加工等案例講解機(jī)械功能電子化的發(fā)展趨勢(shì)及帶來的優(yōu)勢(shì)。通過軟件PID控制算法代替硬件PID控制器，可編程控制器PLC代替邏輯繼電器電路，可編程邏輯陣列FPGA代替專用芯片等案例講解硬件功能軟件化的趨勢(shì)及優(yōu)勢(shì)。通過以上案例，讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向及帶來的優(yōu)點(diǎn)。在緒論部分實(shí)施案例教學(xué)，可以避免相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的填鴨式和說教式教學(xué)，使學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)組成、功能、設(shè)計(jì)方法等知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。

二、機(jī)械系統(tǒng)教學(xué)案例設(shè)計(jì)

由于教學(xué)對(duì)象是機(jī)械專業(yè)的大四學(xué)生，多數(shù)學(xué)生一看到“機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)”這個(gè)標(biāo)題就感覺這部分沒有新的內(nèi)容，認(rèn)為該部分內(nèi)容是機(jī)械設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的重復(fù)，甚至認(rèn)為這部分內(nèi)容非常簡(jiǎn)單，沒有必要在課堂上講。恰恰相反，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)電一體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一部分。因此，在開始講解這部分內(nèi)容前，應(yīng)該首先點(diǎn)明機(jī)電一體機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與普通機(jī)械設(shè)計(jì)的區(qū)別，提高學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容的興趣。在課堂教學(xué)中，該部分首先通過如圖1所示的機(jī)械一體化系統(tǒng)中典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，說明機(jī)電一體化產(chǎn)品中的機(jī)械系統(tǒng)與非機(jī)電一體化產(chǎn)品中的機(jī)械系統(tǒng)最大的區(qū)別在于：機(jī)電一體化產(chǎn)品中的機(jī)械系統(tǒng)是微型計(jì)算機(jī)控制的閉環(huán)系統(tǒng)的組成部分，因此在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（慣性、剛度、摩擦、阻尼、傳動(dòng)間隙、固有頻率）對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)伺服性能（快速性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性）的影響。基于這一區(qū)別，展開講解機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)伺服性能的影響，以及如何從機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度提高整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的性能。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分的另外一個(gè)重要內(nèi)容是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過齒輪傳動(dòng)案例中的間隙、剛度等對(duì)伺服性能的影響，說明在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)該盡可能縮短傳動(dòng)鏈，提高閉環(huán)伺服系統(tǒng)的性能，并以伺服電機(jī)變速代替?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)變速、直線電機(jī)、力矩電機(jī)、電主軸等作為縮短傳動(dòng)鏈的案例；只有當(dāng)電機(jī)與負(fù)載不能匹配的時(shí)候才考慮使用傳動(dòng)鏈進(jìn)行力矩、速度、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)換。齒輪傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)部分包括最佳傳動(dòng)比的選擇、傳動(dòng)級(jí)數(shù)的選擇、傳動(dòng)比的分配等，這三部分內(nèi)容的講解都圍繞提高伺服性能為根本目標(biāo)，重點(diǎn)講解最小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則分配傳動(dòng)比。為了區(qū)別機(jī)械設(shè)計(jì)，本部分除重點(diǎn)講解齒輪傳動(dòng)鏈設(shè)計(jì)外，還通過數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)進(jìn)給工作臺(tái)、A/C軸雙擺角銑頭、機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器等案例講解了雙導(dǎo)程蝸桿蝸輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、諧波減速器、RV減速器的各自原理以及在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

三、計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)教學(xué)案例設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)測(cè)量控制系統(tǒng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)采集機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)信息，并與給定值比較，生成運(yùn)動(dòng)控制指令。該部分的教學(xué)內(nèi)容在機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床、單片機(jī)原理與接口、微機(jī)控制技術(shù)等課程中均有涉及，因此，在本課程教學(xué)中將傳感器、伺服電機(jī)、工業(yè)控制機(jī)結(jié)合起來，以工業(yè)控制機(jī)為中心，以接口為橋梁，將相關(guān)內(nèi)容通過案例整合在一起。首先簡(jiǎn)單介紹增量式旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵、感應(yīng)同步器等位移測(cè)量傳感器的位移測(cè)量和辨向原理，由于上述傳感器直接輸出相位相差90度的正弦信號(hào)，因此隨后重點(diǎn)講解傳感器的接口電路如何對(duì)正弦信號(hào)處理獲得相位相差90度方波信號(hào)，以及如何完成變相細(xì)分等功能。在控制電機(jī)部分，重點(diǎn)介紹了步進(jìn)、直流、交流電機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)電路，如斬波恒流功放電路、PWM原理、SP－WM原理等，比較了三種電機(jī)在扭矩和功率輸出特性上的不同點(diǎn)。最后以8051單片機(jī)為處理器，使用Proteus軟件設(shè)計(jì)了教學(xué)案例[4][5]，涉及位移傳感器測(cè)量接口電路和D/A轉(zhuǎn)換接口電路，PID數(shù)字控制等知識(shí)點(diǎn)。

四、機(jī)電一體化系統(tǒng)教學(xué)案例設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)械、電子、控制、信息等各異技術(shù)相融合的系統(tǒng)，在機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的最后一章，以電腦刺繡機(jī)為設(shè)計(jì)實(shí)例，通過對(duì)這一典型機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，使學(xué)生能夠根據(jù)設(shè)計(jì)需求綜合應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、傳感器測(cè)試、電機(jī)與驅(qū)動(dòng)、微機(jī)原理與接口、微型計(jì)算機(jī)控制等各方面知識(shí)來設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)。如圖2所示，刺繡工藝的動(dòng)作包括繡框在x、y兩個(gè)方向的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和繡針在z方向的連續(xù)上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過這兩類運(yùn)動(dòng)的配合和刺料機(jī)構(gòu)的作用形成線跡，繡框在x、y兩個(gè)方向的移動(dòng)距離決定了線跡的長(zhǎng)度和方向，繡品由線跡的集合構(gòu)成。繡針在織物上方時(shí)，繡框沿x、y兩個(gè)方向移動(dòng)到指定的位置，當(dāng)繡針自上而下落到織物表面時(shí)，繡框停止移動(dòng)，在刺料機(jī)構(gòu)的作用下即完成一針線跡的動(dòng)作。根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的幾個(gè)功能要素，電腦刺繡機(jī)由微機(jī)控制系統(tǒng)（控制與信息處理單元）、移框步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及主軸電動(dòng)機(jī)（驅(qū)動(dòng)與執(zhí)行單元）、x、y、z三個(gè)方向的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及刺料機(jī)構(gòu)（機(jī)械傳動(dòng)單元）、針桿位置傳感器（傳感檢測(cè)單元）、220V單相交流電源（動(dòng)力單元）、機(jī)架（機(jī)械結(jié)構(gòu)單元）以及各部分之間的接口組成。由刺繡打版機(jī)輸出的刺繡花樣數(shù)據(jù)保存在電腦刺繡機(jī)的EPROM或磁盤中，電腦刺繡機(jī)的工作過程如下：控制微機(jī)啟動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，由刺料機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋梭和針桿運(yùn)動(dòng)，微機(jī)從刺繡花樣數(shù)據(jù)文件中順序讀取每一針的x、y相對(duì)位移坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過兩個(gè)電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)繡框在平面內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)，微機(jī)通過讀取針桿位置檢測(cè)器的信號(hào)使繡框的平面移動(dòng)與刺料機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相互配合。電腦刺繡機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算主要包括x、y、z三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算、結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算以及品質(zhì)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和界面參數(shù)的確定。運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算主要包括主軸轉(zhuǎn)速范圍的確定、繡框位移計(jì)算、繡框位移與主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)配合、繡框運(yùn)動(dòng)速度計(jì)算、主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算、x、y步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作頻率及傳動(dòng)比計(jì)算、移框加速度計(jì)算等；動(dòng)力參數(shù)計(jì)算主要包括刺料機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算、移框步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩計(jì)算等；結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算主要指刺繡機(jī)工作臺(tái)面的長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向尺寸的計(jì)算及機(jī)頭頭距的計(jì)算；品質(zhì)參數(shù)主要包括系統(tǒng)可靠性、傳動(dòng)精度等；環(huán)境參數(shù)包括工作電壓、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等；界面參數(shù)則用于表征機(jī)器的人—機(jī)對(duì)話方式和功能。系統(tǒng)各部分之間通過接口進(jìn)行連接，主要的接口包括微機(jī)系統(tǒng)前向通道與各傳感器模塊的接口以及微機(jī)系統(tǒng)后向通道與各功率驅(qū)動(dòng)模塊的接口，各接口通過采用光電隔離技術(shù)防止外部模塊對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的回饋干擾以及防止強(qiáng)電信號(hào)對(duì)微機(jī)電源的干擾。盡管電腦刺繡機(jī)由微機(jī)對(duì)刺繡工藝實(shí)行全面控制，但刺繡過程會(huì)出現(xiàn)斷線、斷針等隨機(jī)因素。為保證刺繡工藝的準(zhǔn)確進(jìn)行，系統(tǒng)必須對(duì)針桿位置、繡線通斷狀況、繡框極限位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，因此，系統(tǒng)必須包含繡針布上布下位置檢測(cè)、針桿最高位置檢測(cè)、斷線檢測(cè)、繡框越界檢測(cè)等傳感檢測(cè)模塊。各傳感器模塊與微機(jī)系統(tǒng)前向通道之間需要進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，另外，微機(jī)系統(tǒng)后向通道與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊之間也需要進(jìn)行接口設(shè)計(jì)。微機(jī)控制系統(tǒng)是電腦刺繡機(jī)系統(tǒng)的核心，根據(jù)用戶要求和工藝分析，控制微機(jī)除完成用戶的基本要求外，還應(yīng)具備花樣存儲(chǔ)與選擇功能、記憶功能、工作狀態(tài)顯示功能、各種進(jìn)退針功能等功能。微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)除滿足上述設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)對(duì)控制微機(jī)的軟硬組成方案進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。

五、結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程工程性、實(shí)踐性、綜合性最強(qiáng)的特點(diǎn)，圍繞機(jī)械一體化閉環(huán)伺服系統(tǒng)的各組成要素，實(shí)施案例教學(xué)，通過典型案例實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，不但加深了學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的理解，而且提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、自學(xué)能力和創(chuàng)新能力，取得了良好的教學(xué)效果。

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篇4

[關(guān)鍵詞]機(jī)電一體化；教學(xué)；工程實(shí)踐；改革

中圖分類號(hào)：TH-39；G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）06-0298-01

1 課程改革的緊迫性

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程是我?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化”專業(yè)的一門專業(yè)主干課程。目的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)能力。本課程的基本任務(wù)，是使學(xué)生掌握對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理及分析應(yīng)用的基本方法，是一門集理論性、實(shí)踐性、綜合性于一體的專業(yè)主干課程。

然而，當(dāng)前的教學(xué)仍然沿用傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式。只注重理論知識(shí)的教學(xué)， 整個(gè)教學(xué)活動(dòng)是在課堂中完成的，學(xué)生接觸不到實(shí)物，看不到實(shí)訓(xùn)儀器儀表和設(shè)備，在學(xué)習(xí)過程中會(huì)感到文字?jǐn)⑹龀橄?、枯燥乏味，調(diào)動(dòng)不起來學(xué)習(xí)的興趣。特別是學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)甚少，故理論與實(shí)踐教學(xué)的差距較大。

2 教學(xué)改革

教學(xué)改革從兩個(gè)方面進(jìn)行。

首先，課程內(nèi)容需要進(jìn)行改革?！稒C(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程涉及的知識(shí)非常廣泛，前期已經(jīng)對(duì)一些主要內(nèi)容進(jìn)行了多學(xué)時(shí)的專門課程講授，如微機(jī)原理、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，如果是對(duì)這些內(nèi)容的重復(fù)和回顧，那么，勢(shì)必造成同學(xué)們普遍對(duì)該課程提不起興趣， 教學(xué)效果很不理想。 因此， 課程內(nèi)容的設(shè)置上必須要有所突破。

教學(xué)內(nèi)容的改革主要抓住“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化”專業(yè)的特色，突出機(jī)械設(shè)計(jì)、制造和自動(dòng)化相關(guān)能力的培養(yǎng)，理論教學(xué)上以機(jī)械為本體、機(jī)電一體化結(jié)合進(jìn)行講解，偏重實(shí)例教學(xué)和工程實(shí)踐學(xué)習(xí)。因此，減少理論教學(xué)課時(shí)，同時(shí)，理論教學(xué)部分內(nèi)容分配較多的課時(shí)講授諸如數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)械手、機(jī)器人、快速成型設(shè)備等典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)例，采用針對(duì)性、實(shí)用性、適當(dāng)性的教學(xué)手段，如CAI教學(xué)、專業(yè)仿真教學(xué)等。增加實(shí)踐教學(xué)，更新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。我院近年十分重視實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，擁有浙江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，購(gòu)置了多種機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，能夠滿足實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整。

其次，教學(xué)方法上需要進(jìn)行改革。采用多種教學(xué)手段， 引入課堂討論題目和設(shè)計(jì)實(shí)例，有利于學(xué)生對(duì)所述內(nèi)容的深入思考和掌握運(yùn)用。組織和鼓勵(lì)學(xué)生參加科研活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本專業(yè)發(fā)展的了解和對(duì)所學(xué)知識(shí)重要性的認(rèn)識(shí)， 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)方法從如下幾點(diǎn)進(jìn)行改革：1）開展頭腦風(fēng)暴活動(dòng)，重新定位課程體系，建立基于工程實(shí)踐的課程體系；2）進(jìn)行廣泛的興趣調(diào)研，確立典型工作任務(wù)，以典型工作任務(wù)為載體，讓學(xué)生在完成具體任務(wù)的過程中來學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐的一體化； 3）邀請(qǐng)不同學(xué)科的優(yōu)秀教師參與課程開發(fā)，對(duì)課程相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行更加深入和明確的講解；4）采用項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)理論與工程實(shí)踐一體化教學(xué)。

教學(xué)方法實(shí)施的一個(gè)具體實(shí)例如下：按照基于工程實(shí)踐的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教學(xué)設(shè)計(jì)方案，執(zhí)教教師從每一小組任選一名學(xué)生，把自己課外時(shí)間所預(yù)習(xí)的本堂課內(nèi)容利用PowerPoint講述給全班同學(xué)和老師聽，每名學(xué)生大約講述10分鐘，講完之后其他學(xué)生有2分鐘左右的提問時(shí)間。執(zhí)教教師在第一節(jié)下課前布置第二節(jié)所要進(jìn)行探討的主題。在第2節(jié)課， 學(xué)生們分組討論主題。執(zhí)教教師和協(xié)調(diào)員巡視各組， 檢查并參與各組的討論。討論期間各組成員可以面對(duì)面進(jìn)行問題分析探討，然后由各小組推選一名代表總結(jié)本小組的討論結(jié)果，如果小組成員覺得意猶未盡，課下也可繼續(xù)探究，得出結(jié)論。最后，由執(zhí)教教師提出問題及修改建議，并給出相應(yīng)資源。

通過改變?cè)虒W(xué)計(jì)劃，建立基于工程實(shí)際的教學(xué)計(jì)劃，本課程改革得出的模式要素及其之間的關(guān)系與原先的計(jì)劃基本相同，但是某些要素需要增加或改進(jìn)。例如：針對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，將科研使用的設(shè)備與元器件搬入課堂，直觀形象化教學(xué)，其關(guān)鍵在于學(xué)習(xí)內(nèi)容是通過形象的實(shí)際設(shè)備和元器件，再現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用情景等形式得以顯現(xiàn)，學(xué)生積極參與其中，便于學(xué)生學(xué)習(xí)，但是還需要添加更為具體實(shí)用的工具和機(jī)構(gòu)，能夠讓學(xué)生輕而易舉的動(dòng)手實(shí)現(xiàn)；針對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)，執(zhí)教教師認(rèn)為采用僅僅通過講解PowerPoint講稿的形式效果不好，不利于學(xué)生的理論知識(shí)學(xué)習(xí)，擬采用學(xué)生提前準(zhǔn)備教師將要講的知識(shí)點(diǎn)相關(guān)知識(shí)，在課堂上進(jìn)行探討式教學(xué)，提高教學(xué)效果。

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【關(guān)鍵詞】信息處理 控制子系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

一、信息處理和控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程

信息處理與控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是圍繞著執(zhí)行子系統(tǒng)的功能需求而進(jìn)行的，信息處理與控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：

1.確定控制子系統(tǒng)的整體方案。構(gòu)思控制子系統(tǒng)的整體方案必須深入了解被控對(duì)象的控制要求。關(guān)鍵問題有：（1）控制方式及其與計(jì)算機(jī)的匹配條件。對(duì)于一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)某些功能可采用多種控制方案、多種控制方法。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要作用是實(shí)現(xiàn)一定的控制策略和完成一定的信息處理。當(dāng)控制系統(tǒng)的功能和主要性能指標(biāo)確定后，對(duì)計(jì)算機(jī)的基本要求也就隨之確定了。由于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)有多種類型，每種類型又包含多種產(chǎn)品，往往有多種方案可以實(shí)現(xiàn)同一控制目標(biāo)。（2）應(yīng)考慮驅(qū)動(dòng)部件的類型和執(zhí)行部件（機(jī)構(gòu)）的類型。（3）應(yīng)考慮對(duì)可靠性、精度和快速性有什么要求。（4）應(yīng)考慮微機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中的作用，是設(shè)定計(jì)算、直接控制還是數(shù)據(jù)處理。微機(jī)應(yīng)承擔(dān)哪些任務(wù)，為完成這些任務(wù)，微機(jī)應(yīng)具備哪些功能，需要哪些輸入/輸出通道，配備哪些外圍設(shè)備。（5）畫出控制子系統(tǒng)組成的初步框圖，作為下一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2.確定控制算法。應(yīng)對(duì)控制子系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，確定其控制算法。控制算法決定了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。應(yīng)根據(jù)不同的控制對(duì)象、不同的控制指標(biāo)要求選擇不同的控制算法。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其算法也較復(fù)雜，使控制較難實(shí)現(xiàn)。為此需進(jìn)行某些合理簡(jiǎn)化，忽略某些次要影響因素，使控制算法簡(jiǎn)化，以獲得較好的控制效果。

3.控制子系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)?？刂谱酉到y(tǒng)要綜合考慮硬件和軟件措施，解決微型機(jī)、被控對(duì)象和操作者三者信息交換的通路和分時(shí)控制的時(shí)序安排問題，保證系統(tǒng)能正常地運(yùn)行。通過總體設(shè)計(jì)，畫出系統(tǒng)的具體構(gòu)成框圖。

4.軟件設(shè)計(jì)。微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，軟件設(shè)計(jì)主要指應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)?？刂谱酉到y(tǒng)對(duì)應(yīng)用軟件的要求是具有實(shí)時(shí)性、針對(duì)性、靈活性和通用性。系統(tǒng)的硬件和軟件需合理結(jié)合。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，哪些功能用硬件實(shí)現(xiàn)、哪些功能用軟件實(shí)現(xiàn)等都是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的重要問題。對(duì)于運(yùn)算與判斷、處理等功能適宜用軟件來實(shí)現(xiàn)，而其余不少的功能既可用硬件來實(shí)現(xiàn)，又可用軟件來實(shí)現(xiàn)。為了合理組成控制系統(tǒng)的硬件和軟件，通常根據(jù)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性綜合最優(yōu)來確定。

二、信息處理與控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.電子部件設(shè)計(jì)

電子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)部件設(shè)計(jì)與機(jī)械部件設(shè)計(jì)過程大為不同。對(duì)于簡(jiǎn)單部件，如電容器、電阻器、電位計(jì)和變壓器等，可以像機(jī)械設(shè)計(jì)那樣，將部件設(shè)計(jì)理解為確定其所有基本性質(zhì)的過程。部件完全被單個(gè)元件的（機(jī)械）結(jié)構(gòu)所定義，每個(gè)元件又由其形狀、尺寸、材料、表面質(zhì)量所描述。當(dāng)然，電磁性質(zhì)對(duì)于材料的選擇是非常重要的。對(duì)于像半導(dǎo)體和集成電路這樣的復(fù)雜功能部件，對(duì)基本設(shè)計(jì)性質(zhì)的確定并不能充分地解釋所有可直接處理的設(shè)計(jì)性質(zhì)。隨著超大規(guī)模集成電路部件上晶體管數(shù)量的驚人增長(zhǎng)，電子部件設(shè)計(jì)只能在計(jì)算機(jī)輔助下，采用層次化、面向系統(tǒng)的方法來進(jìn)行。電子部件主要由專業(yè)化公司設(shè)計(jì)，在許多方面都實(shí)現(xiàn)了高度標(biāo)準(zhǔn)化，如部件值及公差、功能說明、機(jī)械封裝（如雙列直插式封裝、表面貼裝技術(shù)封裝）、溫度范圍等。只有在一些特殊情況下，機(jī)電設(shè)計(jì)者才需要自行設(shè)計(jì)電子部件。

2.電路設(shè)計(jì)

在電子系統(tǒng)中，可以進(jìn)行電路的功能設(shè)計(jì)而幾乎獨(dú)立于其物理實(shí)現(xiàn)，其結(jié)果就是電路設(shè)計(jì)（二維）與電子封裝設(shè)計(jì)（三維）的分離。電路基本上是由具有傳導(dǎo)聯(lián)系的功能部件所構(gòu)成的二維結(jié)構(gòu)。很少?gòu)念^開始設(shè)計(jì)一個(gè)電路。對(duì)于典型的功能需求，在技術(shù)資料中存在著大量的概念原理解，如放大器、振蕩器、濾波器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、微處理器電路等。電路設(shè)計(jì)是利用已有元器件創(chuàng)造出新的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)時(shí)，可將設(shè)計(jì)任務(wù)由頂向下地細(xì)分為子問題，直至其對(duì)應(yīng)于已知方案解或已知集成部件。電路設(shè)計(jì)主要基于分析和尺寸確定方法。一旦確定電路圖結(jié)構(gòu)，就可詳細(xì)地計(jì)算其性能并進(jìn)行仿真。因而通常的做法是快速提出一個(gè)方案解用于電路分析，然后修改該方案直至滿足設(shè)計(jì)要求。由于一些因素的存在，使得電路功能難以完全獨(dú)立于電路圖的物理實(shí)現(xiàn)（即封裝），例如：導(dǎo)體尺度限制了能量傳輸和轉(zhuǎn)換率；電路中的熱功耗完全依賴于機(jī)械結(jié)構(gòu)；電磁屏蔽對(duì)于微處理器的正常運(yùn)行極其關(guān)鍵；過小的尺寸會(huì)引起信號(hào)載體間的反饋和串?dāng)_；制造公差使得一些規(guī)定功能產(chǎn)生了偏差。需要注意的是，以上多數(shù)問題都與信號(hào)中的能量因素有關(guān)，它們實(shí)際上是電路設(shè)計(jì)師和封裝、機(jī)械設(shè)計(jì)師的“接口”問題。與機(jī)械設(shè)計(jì)相比，電子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和物理實(shí)現(xiàn)相互之間更加獨(dú)立。在描述電子變換功能、部件結(jié)構(gòu)的圖形建模方面，都有相應(yīng)理論和方法存在，但設(shè)計(jì)綜合理論非常少。在一定程度上，機(jī)械設(shè)計(jì)理論可以應(yīng)用于電子部件設(shè)計(jì)和電子封裝設(shè)計(jì)。

三、信息處理與控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在軟件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，主要問題是生成必需的變換和數(shù)據(jù)的整體結(jié)構(gòu)。對(duì)于一個(gè)給定的系統(tǒng)，這個(gè)結(jié)構(gòu)通常是唯一的，而其中的程序模塊（如算法）則往往能夠再次應(yīng)用于其它設(shè)計(jì)。但是目前，能夠明確軟件模塊的功能和輸入輸出的標(biāo)準(zhǔn)化方法還不存在，這就意味著難于進(jìn)行功能的分類，軟件模塊的重用也極其有限。所以，軟件設(shè)計(jì)中的問題通常是“新”的，需要尋求未知解。軟件工程中的設(shè)計(jì)建模是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。軟件設(shè)計(jì)非常抽象，只有進(jìn)入編程階段，設(shè)計(jì)者才能使用文字和圖表來表達(dá)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和功能。即使在編程階段，設(shè)計(jì)工作也只能通過程序清單和輸入/輸出數(shù)據(jù)來進(jìn)行追溯和記錄。這樣就不可避免地在軟件設(shè)計(jì)者和外行之間產(chǎn)生了隔閡，因?yàn)橹挥性谠O(shè)計(jì)即將完成、程序即將嵌入硬件中時(shí)，才能夠?qū)ο到y(tǒng)的功能進(jìn)行測(cè)試——而這時(shí)再想做出任何重大的修改往往就為時(shí)已晚了。為了解決這類問題，已經(jīng)出現(xiàn)了一些方法，例如快速原型設(shè)計(jì)，即對(duì)早期、粗略的程序思想進(jìn)行功能建模，以期盡快得到用戶反饋、及早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，做出修改。但即使應(yīng)用快速原型設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)者也有必要大量使用圖形，以便與外行就它的程序功能進(jìn)行交流。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)；機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；本科教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）01-0087-02

機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)械和電子的完美結(jié)合的學(xué)科，是機(jī)械學(xué)、信息學(xué)、控制理論、執(zhí)行元件、傳感技術(shù)和總體設(shè)計(jì)等諸多方面，在機(jī)械專業(yè)中占有比較重要的地位。學(xué)生在學(xué)習(xí)工程中，由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)欠缺，加之課程牽涉面廣，學(xué)習(xí)難度比較大，故而在學(xué)習(xí)過程中不可避免會(huì)存在各種各樣的問題。因此，要求在教學(xué)過程中，教師要想法設(shè)法、千方百計(jì)地通過不同的教學(xué)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識(shí)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課的重要性，從而提高學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，以及總體素質(zhì)，從而使學(xué)生求職時(shí)增加在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)的選擇機(jī)會(huì)。

項(xiàng)目教學(xué)法目前在我國(guó)的職業(yè)教學(xué)實(shí)踐方面已經(jīng)有所涉及。但是在本科教學(xué)中還很少使用，為了讓機(jī)械專業(yè)的學(xué)生通過項(xiàng)目教學(xué)直接深入到機(jī)電工程領(lǐng)域的實(shí)際工程應(yīng)用，本文提出應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程進(jìn)行的本科教學(xué)改革的嶄新思路。

一、項(xiàng)目教學(xué)法的本質(zhì)

關(guān)于項(xiàng)目教學(xué)法的起源，眾說紛紜。我們國(guó)家著名教育家陶行知先生所提倡的“在學(xué)中做，在做中學(xué)”的教育理念與此相似。這種教學(xué)模式，將項(xiàng)目教學(xué)法貫徹到某課程的教學(xué)過程中，通過組織學(xué)生真實(shí)地參加項(xiàng)目選題、方案設(shè)計(jì)，管理項(xiàng)目的全過程，在項(xiàng)目實(shí)施的過程中完成教學(xué)任務(wù)、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、分析能力及其他關(guān)鍵能力。

項(xiàng)目教學(xué)法擯棄了傳統(tǒng)的教學(xué)以教師講授為主，學(xué)習(xí)以課本為主的模式，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際、創(chuàng)新開拓精神和團(tuán)隊(duì)合作精神，是一種很新教育模式。該方法可以充分應(yīng)用課堂理論知識(shí)解決生活中、工程中的實(shí)際存在的問題，并且通過解決項(xiàng)目加深對(duì)理論知識(shí)的理解，從而起到了培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目的。因此，項(xiàng)目教學(xué)法完全體現(xiàn)了現(xiàn)代教育“素質(zhì)教育”的本色。

二、項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施步驟

項(xiàng)目教學(xué)法主要特點(diǎn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。這種方法有利于培養(yǎng)學(xué)生的多種能力，如：展示學(xué)生的創(chuàng)造性，培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，以及對(duì)項(xiàng)目的管理能力。項(xiàng)目教學(xué)法的整個(gè)教學(xué)過程，分為以下幾個(gè)階段：

1.項(xiàng)目教學(xué)動(dòng)員階段。項(xiàng)目教學(xué)法開始之前，積極組織學(xué)生參加動(dòng)員大會(huì)，由學(xué)院相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、學(xué)科主任、專職教師、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)教師及相關(guān)人員參加。會(huì)上要注意強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目教學(xué)法此項(xiàng)教學(xué)改革的重要性，以及將對(duì)學(xué)生起到的重要作用，特別是機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目教學(xué)法將強(qiáng)化學(xué)生以前動(dòng)手能力比較弱的薄弱環(huán)節(jié)，是學(xué)生接觸工程和生活中的實(shí)際項(xiàng)目的大好機(jī)會(huì)，也是提前將學(xué)生的理論知識(shí)和將來的工作相聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)。并對(duì)學(xué)生提出希望，希望學(xué)生切實(shí)發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。學(xué)院和教研室將對(duì)學(xué)生提供各種指導(dǎo)條件和實(shí)驗(yàn)條件，并且?guī)椭笇?dǎo)學(xué)生如何保護(hù)自己的具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的作品。

2.題目擬定階段。學(xué)生自主分組或教師給學(xué)生分組，要求學(xué)生要充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，通過廣泛查閱資料、主動(dòng)思考，開拓思維，乃至市場(chǎng)調(diào)研擬定本小組的題目。教師在這個(gè)過程必須要干預(yù)，要求學(xué)生選定的題目適合小組各組員的特長(zhǎng)和興趣，并且要求項(xiàng)目既要體現(xiàn)一定的創(chuàng)新性、實(shí)用性，并且具備一定的挑戰(zhàn)性，而且要成本適中、切實(shí)可行、不可好高騖遠(yuǎn)。對(duì)于項(xiàng)目中所用到的新知識(shí)新理論，指導(dǎo)教師也要能否準(zhǔn)確把握。項(xiàng)目經(jīng)過教師的指導(dǎo)和學(xué)生們的努力在有限的時(shí)間內(nèi)可以順利完成。

3.可行性論證階段。此階段對(duì)于項(xiàng)目是否能夠真正實(shí)施非常重要。項(xiàng)目組必須在廣泛的調(diào)查研究的基礎(chǔ)上撰寫項(xiàng)目可行性論證報(bào)告、并詳細(xì)確定項(xiàng)目進(jìn)程計(jì)劃。在安排研究進(jìn)度的時(shí)候，最好能夠基本上與課堂教學(xué)進(jìn)度并行，即：首先是機(jī)械機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、然后是計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)以及系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)[4]。

教師必須認(rèn)真檢查并核實(shí)項(xiàng)目組的可行性分析及方案設(shè)計(jì)。若項(xiàng)目不可行或者不具備研究基礎(chǔ)，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)更換題目，重新進(jìn)行可行性評(píng)估和方案設(shè)計(jì)，這樣雖然暫時(shí)會(huì)影響到項(xiàng)目進(jìn)程，但是可以保證將來不影響后續(xù)工作進(jìn)一步展開。

4.具體實(shí)施階段。此階段至關(guān)重要，要求學(xué)生必須按照計(jì)劃實(shí)施并按照要求做好階段總結(jié)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。本階段，學(xué)生將碰到很多新的知識(shí)，可能沒有接觸過。教師就要按照需求指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自學(xué)和講解，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決實(shí)際問題的能力、從而進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維。需要學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容，指導(dǎo)教師要合理把握，只要能夠基本達(dá)到項(xiàng)目的研究需要就可以了。項(xiàng)目的實(shí)施過程中，學(xué)生將有大部分工作需要在實(shí)驗(yàn)室中完成，一定要強(qiáng)調(diào)學(xué)生要注意安全。對(duì)于需要設(shè)計(jì)加工的項(xiàng)目，指導(dǎo)教師要著重指導(dǎo)學(xué)生按照機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，從而可以順利完成設(shè)計(jì)和加工的任務(wù)。

在此過程中，由于學(xué)生面對(duì)的是解決項(xiàng)目所需要面對(duì)的各種各樣的問題，最能增強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)。教師在項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施過程中，要非常注意培養(yǎng)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、自己分析問題和自己解決問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生自己去解決問題，充分推動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)研究、主動(dòng)思考的水平和能力。

5.成果匯報(bào)階段。成果匯報(bào)的形式可以多種多樣，希望每一組的同學(xué)能以研究總結(jié)報(bào)告、學(xué)術(shù)論文或者其他形式的文本呈現(xiàn)本小組的研究成果。寫作的過程中要求學(xué)生按照正式的項(xiàng)目報(bào)告和學(xué)術(shù)論文形式進(jìn)行撰寫。另外，要求學(xué)生在寫作時(shí)需要體現(xiàn)項(xiàng)目完成過程中的管理過程。報(bào)告或?qū)W術(shù)論文中要體現(xiàn)項(xiàng)目的先進(jìn)性以及所存在的不足。

6.成績(jī)考評(píng)階段。以每個(gè)項(xiàng)目小組為單位，根據(jù)學(xué)生遞交的成果，教師應(yīng)認(rèn)真考核學(xué)生完成項(xiàng)目的情況。針對(duì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方式、功能、軟硬件設(shè)計(jì)以及最終的項(xiàng)目報(bào)告等分別進(jìn)行考評(píng)，并且最終給出小組的綜合考評(píng)成績(jī)。然后，在此基礎(chǔ)上根據(jù)項(xiàng)目中的分工合作情況，給出單個(gè)學(xué)生的考評(píng)成績(jī)?？荚u(píng)中要特別注意學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中出現(xiàn)或提出的問題，以及如何分析和解決這些問題的。

7.項(xiàng)目拓展階段。對(duì)于考評(píng)成績(jī)優(yōu)秀的小組可以組織學(xué)生以學(xué)術(shù)論文的形式向會(huì)議或者期刊投稿、申報(bào)專利、參加競(jìng)賽的形式進(jìn)一步進(jìn)行項(xiàng)目拓展。對(duì)于確實(shí)優(yōu)秀、具備創(chuàng)新性并且具有一定市場(chǎng)的優(yōu)秀項(xiàng)目可以由學(xué)校出面進(jìn)行項(xiàng)目推介，讓項(xiàng)目走向市場(chǎng)。

三、項(xiàng)目教學(xué)法需要注意的問題

1.關(guān)鍵在于教師素質(zhì)。在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的本科教學(xué)中實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)法對(duì)指導(dǎo)教師提出了非常高的要求。要求教師非常熟悉機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)管理流程，具備機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)過程中各個(gè)步驟、環(huán)節(jié)以及有可能會(huì)碰到的問題做到心中有數(shù)。要求教師善于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，并且本身同樣具備敏銳的思維方式，善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。

2.需要實(shí)驗(yàn)室軟硬件支持。項(xiàng)目的實(shí)施過程中，學(xué)生們需要在實(shí)驗(yàn)室中完成大部分工作，因此，需要現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室在軟硬件配備方面還要適當(dāng)加強(qiáng)，使得實(shí)驗(yàn)室的條件足以支撐各個(gè)項(xiàng)目的完成。

3.需要經(jīng)費(fèi)支持。項(xiàng)目在實(shí)施過程中，硬件的采購(gòu)，電路設(shè)計(jì)與加工、機(jī)械部件設(shè)計(jì)與加工、系統(tǒng)的調(diào)試等環(huán)節(jié)均需要一定的經(jīng)費(fèi)支持。

四、結(jié)論

本文提出應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)法對(duì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程本科教學(xué)進(jìn)行教學(xué)改革的方案，該法將理論與實(shí)踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情，培養(yǎng)學(xué)生開拓性思維，使學(xué)生能夠以項(xiàng)目的形式深入機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及項(xiàng)目管理，著重培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的自己發(fā)現(xiàn)問題、自己分析問題和自己解決問題的能力。學(xué)生在項(xiàng)目教學(xué)法中所得到的成果，有可能成為機(jī)電行業(yè)的敲門磚。項(xiàng)目教學(xué)法將在提高學(xué)生素質(zhì)、拓寬知識(shí)面和就業(yè)廣度等方面有所建樹。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建民.機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京理工大學(xué)出版社，2006.

[2]劉志忠，張麗梅，孟凡茂.將科研項(xiàng)目引入機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)的實(shí)踐和探討[J].高教論壇，2009，（5）.

篇7

Abstract "The Design of Mechatronics System" is a practical and comprehensive curriculum， but there are disadvantages like outdated content， insufficient practicality monotonous teaching methods in the present teaching.In order to improve the the effect and quality of teaching，and to strengthen the students' practical ability， a series of reform measures on the teaching goal， teaching content， teaching methods， teaching practice and exam method are proposed.

Key words The design of mechatronic system； teaching system； higher vocational education； reform measures

高等職業(yè)教育近幾年來在中國(guó)得到了飛速發(fā)展，高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)是具備某一特定職業(yè)或職業(yè)群所需綜合職業(yè)能力的，為生產(chǎn)和管理第一線服務(wù)的應(yīng)用型、技術(shù)型人才。而傳統(tǒng)的課程教學(xué)體系已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，改革課程的教學(xué)體系，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手和應(yīng)用能力培養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)高等職業(yè)教育辦學(xué)特色的根本途徑。

高等職業(yè)教育機(jī)電類畢業(yè)生主要面向現(xiàn)代制造業(yè)等高新技術(shù)企業(yè)從事機(jī)電一體化產(chǎn)品、現(xiàn)代制造設(shè)備、IT產(chǎn)品、生物醫(yī)藥產(chǎn)品等智能化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)、生產(chǎn)管理和經(jīng)營(yíng)銷售等技術(shù)工作?！皺C(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是高職機(jī)電類專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)、控制及調(diào)試能力具有重要作用。這門課程涉及了PLC、單片機(jī)、傳感與檢測(cè)、機(jī)電傳動(dòng)控制等多門課程的知識(shí)，綜合性、系統(tǒng)性和應(yīng)用性強(qiáng)，僅僅通過課堂教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到這門課程的教學(xué)目標(biāo)的。本文結(jié)合“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中存在的問題，為高等職業(yè)教育教學(xué)體系的改革做一些有益的探討。

1 存在的問題

（1）內(nèi)容多。對(duì)機(jī)械類專業(yè)本科生而言，“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)內(nèi)容包括機(jī)電一體化相關(guān)概念、機(jī)械系統(tǒng)、機(jī)電接口技術(shù)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、伺服系統(tǒng)、微機(jī)控制與編程、檢測(cè)傳感裝置、典型機(jī)電一體化系統(tǒng)實(shí)例等諸多內(nèi)容。許多學(xué)生反映知識(shí)點(diǎn)多而繁雜，難以記住。

（2）難度高?！皺C(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)內(nèi)容中的步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)的控制，涉及復(fù)雜的參數(shù)設(shè)置和接線，接口技術(shù)中涉及不同I/O模塊的校準(zhǔn)、轉(zhuǎn)換與編程，這些知識(shí)抽象，理解起來比較困難，很多同學(xué)在學(xué)習(xí)時(shí)都是一臉茫然，叫苦不迭。

（3）不會(huì)用。“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程中涉及許多機(jī)電一體化元器件，上課時(shí)老師很賣力地講，學(xué)生凝神地聽，但是實(shí)際中使用這些元器件時(shí)，往往不會(huì)選擇型號(hào)，選擇了型號(hào)又不知道如何接線。

（4）教學(xué)方法單一。這是高職“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的主要問題。受傳統(tǒng)教育觀念的影響，課堂形成了“講臺(tái)上老師滔滔不絕，講臺(tái)下學(xué)生昏昏欲睡”的狀況，結(jié)果是“老師怒其不爭(zhēng)，學(xué)生卻哀其不幸”。這種教學(xué)局面形成造成了學(xué)生根本無法真正理解機(jī)電一體化課程的基礎(chǔ)知識(shí)，很多學(xué)生學(xué)了一學(xué)期卻還不知道如如何控制機(jī)電一體化設(shè)備，這樣的教學(xué)無法達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。

（5）教材內(nèi)容不適應(yīng)高職教育的新要求。目前可以將學(xué)校中使用的“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”教材歸為兩類，一類是常規(guī)類，另一類是項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)類。常規(guī)類教材按照機(jī)電一體化的概念、機(jī)械系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、接口技術(shù)、控制系統(tǒng)等內(nèi)容劃分各個(gè)獨(dú)立章節(jié)。這類教材具有完整的體系、模塊化的結(jié)構(gòu)、層次分明的內(nèi)容，但其重理論輕實(shí)踐，實(shí)理脫節(jié)，對(duì)職業(yè)院校學(xué)生的工程應(yīng)用能力培養(yǎng)不足。如果任課教師按照教材的順序進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生就難以搞清楚如何設(shè)計(jì)并控制某一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，不利于培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)電設(shè)計(jì)能力和編程控制思維。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式類教材能從職業(yè)崗位需求出發(fā)，以項(xiàng)目和任務(wù)引出知識(shí)點(diǎn)。該類教材編寫形式直觀生動(dòng)，增強(qiáng)了可操作性和可讀性。但是，該類教材的系統(tǒng)在面向職業(yè)崗位的系統(tǒng)性方面稍顯不足。當(dāng)學(xué)生很努力地學(xué)會(huì)了書本知識(shí)，信心滿滿地去設(shè)計(jì)一個(gè)新項(xiàng)目時(shí)，卻仍然感覺無從下手。

2 改革措施

2.1 教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)的目標(biāo)不僅要使學(xué)生必須掌握典型機(jī)電一體化元器件與典型機(jī)電一體化設(shè)備的基本原理，形成機(jī)電一體化技術(shù)的思維理念，更重要的是根據(jù)實(shí)際情況會(huì)合理選用機(jī)電一體化元器件型號(hào)，能夠根據(jù)元器件說明書接線，將若干元器件組合成機(jī)電一體化系統(tǒng)完成一定的控制功能。

2.2 教學(xué)內(nèi)容

機(jī)電一體化技術(shù)是發(fā)展非常迅速的一種技術(shù)，市場(chǎng)上新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，但現(xiàn)有的“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”教材內(nèi)容比較陳舊，與實(shí)際生產(chǎn)脫節(jié)；偏重理論講解，應(yīng)用實(shí)例少，實(shí)用性差；實(shí)物插圖少，內(nèi)容抽象；機(jī)電一體化實(shí)例不夠典型，不能與前面章節(jié)形成有效融合。

根據(jù)目前教材中存在的問題，筆者結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”教材編寫應(yīng)遵循以下要求：理論要本著“夠用”和“實(shí)用”的原則，依托本地區(qū)目前及今后機(jī)電領(lǐng)域發(fā)展情況，在全面調(diào)研的基礎(chǔ)上合理選擇機(jī)電類企業(yè)的典型產(chǎn)品所用到的知識(shí)和技術(shù)作為教材內(nèi)容。特別是考慮到近十幾年非標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，教材各章節(jié)中應(yīng)包含以下內(nèi)容：機(jī)械技術(shù)章節(jié)中應(yīng)包含滾珠絲桿與直線導(dǎo)軌；微機(jī)控制章節(jié)應(yīng)包含PLC的常用控制功能及變頻器控制；接口技術(shù)章節(jié)應(yīng)包含PLC的各種控制模塊，尤其是I/O轉(zhuǎn)換模塊與溫度模塊，還應(yīng)該包含觸摸屏技術(shù)；檢測(cè)與傳感裝置章節(jié)中應(yīng)包含各種接近開關(guān)、色標(biāo)傳感器、光電編碼器和光纖傳感器；伺服系統(tǒng)章節(jié)應(yīng)包含PLC如何控制步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)；氣動(dòng)技術(shù)中應(yīng)包含帶磁環(huán)的直線氣缸與旋轉(zhuǎn)氣缸選型與控制；機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)例可以選擇數(shù)控機(jī)床、工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)流水線、電梯、工業(yè)機(jī)械手等幾種典型產(chǎn)品。

教材內(nèi)容的選擇除了要考慮與生產(chǎn)密切結(jié)合的實(shí)用性外，還應(yīng)具有理論聯(lián)系實(shí)踐可操作性。教材中應(yīng)增加所講元器件的實(shí)物圖片和生產(chǎn)該元器件的知名企業(yè)信息，并增加該元器件的典型說明書一份，這樣既使學(xué)生對(duì)該元器件有了全方位認(rèn)識(shí)，又能夠?qū)W會(huì)實(shí)際使用時(shí)應(yīng)該如何選擇型號(hào)。這部分內(nèi)容可與企業(yè)工程師聯(lián)合共同完成。

2.3 教學(xué)方法

“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程具有知識(shí)點(diǎn)繁多、內(nèi)容不易理解、應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，采用形式多樣的教學(xué)方法，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升課堂教學(xué)質(zhì)量。在授課過程中，每個(gè)章節(jié)的內(nèi)容用典型自動(dòng)化設(shè)備引入，先觀看視頻，再提出問題，通過學(xué)習(xí)最后解決問題。講基本元器件的原理時(shí)，課前充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生廣泛查找搜集相關(guān)資料，課堂上由學(xué)生進(jìn)行講解，老師提出一些問題，大家一起討論。老師做詳細(xì)講解時(shí)應(yīng)配合元器件實(shí)物，增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)。講基本元器件在實(shí)際生產(chǎn)中如何選擇時(shí)，可以通過企業(yè)產(chǎn)品實(shí)例，提出使用條件，結(jié)合元器件型號(hào)和使用場(chǎng)合，選擇出適合該產(chǎn)品實(shí)例的元器件型號(hào)。拿出該課程部分課時(shí)，聘請(qǐng)企業(yè)的一線工程師結(jié)合經(jīng)驗(yàn)來講，使學(xué)生能夠獲得來自生產(chǎn)一線的信息，更加深刻地理解所學(xué)內(nèi)容的重要性與實(shí)用性。

此外，建立課程的學(xué)習(xí)網(wǎng)站，將課程的相關(guān)內(nèi)容與資料放入網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)開放性教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和拓寬知識(shí)廣度，以解決授課學(xué)時(shí)不足的問題。

2.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容應(yīng)密切與理論結(jié)合，每完成一章的內(nèi)容，應(yīng)及時(shí)安排實(shí)驗(yàn)。機(jī)電一體化綜合實(shí)訓(xùn)臺(tái)可以幫助學(xué)生學(xué)會(huì)使用元器件，完成一定的控制功能，但是由于實(shí)訓(xùn)臺(tái)各部分結(jié)構(gòu)已模塊化，這樣不利于學(xué)生掌握元器件接線方法。為此，綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)的任務(wù)安排不應(yīng)該局限于在綜合實(shí)訓(xùn)臺(tái)上完成，而應(yīng)配備足夠的散件，提出控制要求，讓學(xué)生自己選擇器件，完成接線與參數(shù)設(shè)置，并根據(jù)要求編程實(shí)現(xiàn)控制功能。對(duì)于能力較強(qiáng)的同學(xué)，可以安排到自動(dòng)化企業(yè)去完成綜合實(shí)踐，配合企業(yè)的實(shí)際產(chǎn)品完成某部分控制功能，在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)。

2.5 構(gòu)建機(jī)電教學(xué)企業(yè)

“教學(xué)企業(yè)”是它集生產(chǎn)功能和教學(xué)實(shí)訓(xùn)功能于一體，并按市場(chǎng)機(jī)制運(yùn)營(yíng)，兼顧經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和教學(xué)效益的校企合作實(shí)體。它是職業(yè)院校謀求自身發(fā)展、實(shí)現(xiàn)與市場(chǎng)接軌、大力提高育人質(zhì)量、有針對(duì)性地為企業(yè)培養(yǎng)一線實(shí)用型技術(shù)人才的重要舉措。我院教學(xué)企業(yè)的具體的做法是由學(xué)院提供場(chǎng)地，與某自動(dòng)化企業(yè)合作，將企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)人員等資源引入學(xué)校實(shí)訓(xùn)基地與學(xué)校設(shè)備，按企業(yè)化要求組織生產(chǎn)和科研，結(jié)合企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線訂單并結(jié)合課程需要開展理論和實(shí)踐教學(xué)。企業(yè)的工程技術(shù)人員參與“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程培養(yǎng)方案的制訂，教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的制定、教學(xué)組織的實(shí)施、教材內(nèi)容的編寫、一起學(xué)生成績(jī)的考核等工作，而且企業(yè)技術(shù)人員作為兼職教師在“教學(xué)企業(yè)”中承擔(dān)的教學(xué)工作量不少于30%。在“教學(xué)企業(yè)”中，通過規(guī)范化的運(yùn)作，將教學(xué)實(shí)訓(xùn)活動(dòng)融合在企業(yè)的生產(chǎn)過程之中，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益和教學(xué)效益的雙贏。由于課程依托教學(xué)企業(yè)，能夠以自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試、檢測(cè)等真實(shí)任務(wù)作為教學(xué)載體，學(xué)生直接參與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過程，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”的一體化，有效提高學(xué)生的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)。

2.6 考核方式

教學(xué)方案的改革要求考核方式也要多樣化。針對(duì)基本概念、理論和計(jì)算仍采取閉卷考核。但是試卷內(nèi)容應(yīng)更加綜合化與實(shí)用化。筆者在實(shí)踐教學(xué)中，已將傳統(tǒng)試卷的填空、選擇、判斷、問答、分析等題型綜合在一起，安排7～8個(gè)大題，所有大題都根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品來編寫，每個(gè)題目里包含選擇、填空、連線、問答等題目，這樣的考試內(nèi)容既能夠避免學(xué)生為應(yīng)付考試死記硬背，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的綜合分析能力，在一定程度上也考查了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

篇8

關(guān)鍵詞：切割機(jī)；PLC；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高，切割機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中也有著很大的發(fā)展，目前切割機(jī)有著火焰切割機(jī)、等離子切割機(jī)、激光切割機(jī)、水切割等，其有著不同的功能和用途。

一、PLC電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

PLC最適合的控制對(duì)象是：工業(yè)環(huán)境較差、對(duì)安全性和可靠性要求較高、系統(tǒng)工藝復(fù)雜，輸入/輸出以開關(guān)量為主的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)或裝置。PLC可取代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，作為主控制器來完成復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)控制任務(wù)。

PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循以下的原則：

（一）應(yīng)滿足控制對(duì)象的工藝要求，保證能夠按照工藝流程準(zhǔn)確并可靠的工作。

（二）系統(tǒng)構(gòu)成應(yīng)力求簡(jiǎn)單、實(shí)用，系統(tǒng)易操作、調(diào)整、檢修方便。

（三）設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)，能有充分發(fā)揮PLC控制的優(yōu)點(diǎn)。

二、設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作

（一）工藝分析。必須要對(duì)生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)、工藝流程、主要功能等進(jìn)行分析總結(jié)，提出對(duì)PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工藝要求。

（二）機(jī)型選擇。機(jī)型的選型必須要滿足工藝的要求，要基于簡(jiǎn)單、實(shí)用、易操作的原則。

（三）外部電路及電路元件的選擇。根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)出外部電路，并要選取電路元件，例如電機(jī)、刀開關(guān)、熔斷器、接觸器、熱繼電器等。

三、控制電路的設(shè)計(jì)

（一）PLC控制系統(tǒng)的控制要求

1、系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、單周期、單步、連續(xù)、回原點(diǎn)、五種工作方式，臺(tái)面在最前面，刀架在最上面，為系統(tǒng)的原點(diǎn)狀態(tài)。

2、臺(tái)面機(jī)構(gòu)前/后運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)必須已啟動(dòng)，而電機(jī)停止時(shí)，臺(tái)面機(jī)構(gòu)前/后運(yùn)動(dòng)應(yīng)立即停止。

3、磨刀必須在刀片旋轉(zhuǎn)時(shí)才能工作。

4、五種工作狀態(tài)下，按下總停止按鈕后，除帶鋸、磨刀裝置外，刀架、臺(tái)面的動(dòng)作應(yīng)立即停止。

5、電源接通后控制臺(tái)面剎車的接觸器KM7立即通電。

（二）電氣元件的配置

1、刀開關(guān)QS1：刀開關(guān)QS1串接控制主電路的單相電源，選用規(guī)格HD11-100/28型單投雙極刀開關(guān)1只。主要技術(shù)參數(shù)： 額定交流電壓220V，額定交流電流100A。通斷能力100A，1S短時(shí)耐受電流6kA，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定電流峰值15kA。

2、熔斷器FU4：選用RT18K-25型，主要技術(shù)參數(shù)：殼架等級(jí)額定電流25A，額定電流2A，額定電壓AC 220V，額定斷路分?jǐn)嗄芰Γ?20V/50kA。

3、按鈕SB1、SB2、SB5、SB15：選用NP4-20BN/2型，顏色為綠色，按鈕SB3、SB10、SB11、SB12、SB13、SB14：選用NP4-20BN/4型，顏色為紅色，按鈕SB4、SB6、SB7、SB8、SB9：選用NP4-20BN/6型，顏色為藍(lán)色。NP4系列按鈕其主要技術(shù)參數(shù)如下：額定絕緣電380V，額定交流工作電壓AC 220V，約定發(fā)熱電流10A，額定交流工作電流4.5A。額定直流工作電壓24V,額定直流工作電流2.5A。

4、行程開關(guān)SQ1～SQ4：選用YBLX-K3/20HS/Z型，其主要技術(shù)參數(shù)：額定交流電壓AC 380V，額定直流電壓DC 220V，額定控制容量交流200VA直流50W,含1對(duì)常開和1對(duì)常閉觸點(diǎn)，動(dòng)作最大行程3mm，最大差程1.2mm，最大操動(dòng)力30N，最小回復(fù)力5N,最大全行6.0mm。

5、信號(hào)指示燈：選用ND16-22B/4型，其主要技術(shù)參數(shù)： 額定交流電壓220V，額定電流≤20mA，指示燈選紅色。

6、接觸器：選用NCH 8-20型，其主要計(jì)數(shù)參數(shù)：額定絕緣電壓500V，額定工作電壓AC 230V，約定發(fā)熱電流20A，額定工作電流20A，控制功率4Kw。

7、接近開關(guān)：選用E2E-X20DM8，其主要技術(shù)參數(shù)：檢測(cè)距離20mm±10%，設(shè)定距離*1：0～16mm，應(yīng)差距離：檢測(cè)距離的10%以下，標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體：鐵54×54×1mm，應(yīng)答頻率*2：0.1kHz，電源電壓（使用電壓范圍）：DC12～24V 脈動(dòng)(p-p)10％以下 （DC10～30V）。

8、撥盤開關(guān)：選用A7CN型，其主要技術(shù)參數(shù)：開關(guān)負(fù)載容量（阻性負(fù)載）：1mA～0.1A、DC5～30V，連續(xù)通電電流：1A，接觸電阻，200mΩ以下，操作力：4.41N以下。

9、轉(zhuǎn)換開關(guān)：選用LW5D16F/5型，其主要技術(shù)參數(shù)：絕緣電壓500V，發(fā)熱電流16A。

三、PLC的選擇

（一）可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)的選擇

根據(jù)物理結(jié)構(gòu)，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式，整體式每一I／O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，控制系統(tǒng)般使用整體式可編程序控制器。

（二）可編程序控制器指令功能的選擇

現(xiàn)代的可編程序控制器的指令功能越來越強(qiáng)，內(nèi)部編程元件(如輔助繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器)的個(gè)數(shù)越來越多，任何一種可編程序控制器都可以滿足開關(guān)量控制系統(tǒng)的要求。如果系統(tǒng)要求完成模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換、PID閉環(huán)控制、運(yùn)動(dòng)控制等工作，可編程序控制器應(yīng)有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等功能，有時(shí)甚至要求有開平方、對(duì)數(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等功能。

（三）可編程序控制器I／0點(diǎn)數(shù)的確定

確定I／O點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備對(duì)可編程序控制器輸入／輸出點(diǎn)數(shù)的總需求，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)留有10％～20％的裕量，以備今后對(duì)系統(tǒng)改進(jìn)和擴(kuò)充時(shí)使用。整體式可編程序控制器的基本單元、擴(kuò)展單元的輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)的比例是固定的，如與系統(tǒng)要求的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)的比例相差較大，可以選用只有輸入點(diǎn)或只有輸山點(diǎn)的擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊。

（四）存儲(chǔ)器容量的選擇

在初步估算時(shí)，對(duì)于僅需開關(guān)量控制的系統(tǒng)，將I／O點(diǎn)數(shù)乘以8，就是所需存儲(chǔ)器的字?jǐn)?shù)，這一要求一般都能滿足。

在選擇可編程序控制器的型號(hào)時(shí)不應(yīng)盲目追求過高的性能指標(biāo)，在I／O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量方面應(yīng)留有定的裕量。

四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

為了滿足生產(chǎn)需要，很多工業(yè)設(shè)備要求設(shè)置多種工作方式，如手動(dòng)和自動(dòng)（包括連續(xù)、單周期、單步等、自動(dòng)返回初始狀態(tài)）工作方式。手動(dòng)程序比較簡(jiǎn)單，一般采用經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)，復(fù)雜的自動(dòng)程序一般根據(jù)系統(tǒng)的順序功能圖用順序控制法設(shè)計(jì)。具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的梯形圖總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。選擇手動(dòng)工作方式時(shí)手動(dòng)開關(guān)X1為ON，將跳過自動(dòng)程序，執(zhí)行公用程序和手動(dòng)程序。選擇自動(dòng)工作方式時(shí)X1為OFF，將跳過手動(dòng)程序，執(zhí)行公用程序和自動(dòng)程序。

圖2

（一）公用程序。用于自動(dòng)程序和手動(dòng)程序互相切換處理，當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將除初始步以外的各步對(duì)應(yīng)的輔助繼電器復(fù)位，同時(shí)將表示連續(xù)工作狀態(tài)的繼電器復(fù)位，否則當(dāng)系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后又返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的異常情況，引起錯(cuò)誤動(dòng)作。

（二）手動(dòng)程序。手動(dòng)操作時(shí)用對(duì)應(yīng)的6個(gè)按鈕控制切割機(jī)的抬刀、落刀、臺(tái)面向前、臺(tái)面向后、刀架停止、臺(tái)面停止。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動(dòng)程序中設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖，例如抬刀與落刀之間，臺(tái)面向前與臺(tái)面向后之間的互鎖，以防止功能相反的兩個(gè)輸出繼電器同時(shí)為ON。根據(jù)控制要求，臺(tái)面機(jī)構(gòu)前/后運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)必須已起動(dòng)，而電機(jī)停止時(shí)，臺(tái)面機(jī)構(gòu)前/后運(yùn)動(dòng)應(yīng)立即停止。所以Y0線圈與控制臺(tái)面向前/后的Y3和Y4線圈串聯(lián)。當(dāng)按下總停按鈕，常閉觸點(diǎn)斷開，不執(zhí)行指令，刀架、臺(tái)面的動(dòng)作立即停止。磨刀必須在刀片旋轉(zhuǎn)時(shí)才能工作，所以在控制磨刀的Y1線圈串聯(lián)Y0的常開觸點(diǎn)。

（三）自動(dòng)程序。在自動(dòng)程序的過程中是切割機(jī)自動(dòng)的對(duì)泡沫材料進(jìn)行切割，自動(dòng)判斷切片的厚度，切割刀片的切割深度，切片的深度是由測(cè)速齒輪和計(jì)數(shù)器共同完成，在刀架下移的過程中測(cè)速齒輪也在跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈向計(jì)數(shù)器發(fā)送5個(gè)脈沖并判斷切割的厚度。在自動(dòng)程序中首先是要對(duì)切割厚度進(jìn)行設(shè)置，厚度是由撥盤開關(guān)設(shè)定的，在落刀時(shí)，當(dāng)材料的完成的落刀量達(dá)到設(shè)定值刀架停止移動(dòng)，繼而臺(tái)面前移，對(duì)材料進(jìn)行切割。

五、結(jié)語(yǔ)

PLC控制系統(tǒng)切割機(jī)，在設(shè)計(jì)時(shí)必須要滿足工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)工藝等要求，盡量做到實(shí)用、經(jīng)濟(jì)合理、易操作、方便維修等特點(diǎn)，我們還需要不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，來滿足越來越復(fù)雜的需求，力求為工業(yè)的生產(chǎn)提供有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]王振超,劉廣瑞,畢競(jìng)鍇,黃真.基于PLC的切割機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J]. 機(jī)床與液壓,2012,(2).

篇9

【關(guān)鍵詞】機(jī)電控制，系統(tǒng)，設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TU85文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一、前言

機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是指按照一定的設(shè)計(jì)規(guī)劃，根據(jù)機(jī)電控制技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)機(jī)電控制系統(tǒng)的過程。目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。

二、控制系統(tǒng)的基本概念

“量”控制與“邏輯”控制，一般來說，“控制”的內(nèi)容可分為兩類，即以速度、位移、溫度、壓力等數(shù)量大小為控制對(duì)象和以物體的“有”、“無”、“動(dòng)”、“停”等邏輯狀態(tài)為控制對(duì)象。以數(shù)量大小為對(duì)象的控制可根據(jù)表示數(shù)量大小的信號(hào)種類分為模擬控制和數(shù)字控制。

1.模擬控制

是指將速度、位移、溫度或壓力等變換成大小與其對(duì)應(yīng)的電壓或電流等模擬量進(jìn)行信號(hào)處理的控制。其信號(hào)處理方法稱為模擬信號(hào)處理，采用模擬信號(hào)處理的控制稱為模擬控制。

2.數(shù)字控制

是指把要處理的“量”變成數(shù)字量進(jìn)行信號(hào)處理的控制。其信號(hào)處理方法稱為數(shù)字信號(hào)處理，采用數(shù)字信號(hào)處理的控制，稱為數(shù)字控制。模擬控制精度不高，不適合于復(fù)雜的信號(hào)處理。數(shù)字控制可用于要求高精度和信號(hào)運(yùn)算比較復(fù)雜的場(chǎng)合。用計(jì)算機(jī)作主控制器的系統(tǒng)中，雖然在最后控制位置、力、速度等部分中模擬控制仍然是主流，但在這之前的各種信號(hào)處理中，多數(shù)用數(shù)字控制。以上信號(hào)均是連續(xù)變化量。以“邏輯狀態(tài)”為對(duì)象的控制稱為邏輯控制，通常處理開關(guān)的“通”、“斷”，燈的“亮”、“滅”，電動(dòng)機(jī)的“運(yùn)轉(zhuǎn)”、“停止”之類的“1”與“0”二值邏輯信號(hào)。邏輯控制又稱順序控制。稱為邏輯控制是強(qiáng)調(diào)信號(hào)處理的方式；稱為順序控制是強(qiáng)調(diào)對(duì)被控對(duì)象的作用。

三、自動(dòng)控制技術(shù)

自動(dòng)控制技術(shù)是通過控制器使被控對(duì)象或過程自動(dòng)按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。因被控對(duì)象種類繁多，控制技術(shù)的內(nèi)容非常豐富，有高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補(bǔ)償、示教再現(xiàn)、檢索等技術(shù)。自動(dòng)控制技術(shù)可協(xié)調(diào)機(jī)械、電器各部分來有效完成動(dòng)作過程，在機(jī)電控制系統(tǒng)中起重要作用。

自動(dòng)控制的理論基礎(chǔ)是自動(dòng)控制原理，它分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論。前者研究對(duì)象是單變量的線性時(shí)不變系統(tǒng)，它使用的數(shù)學(xué)工具是拉普拉斯變換，用傳遞函數(shù)方法在頻率域進(jìn)行系統(tǒng)分析。它的控制原理是負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)，以自動(dòng)調(diào)節(jié)器作為反饋控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，所以，經(jīng)典控制理論也叫自動(dòng)調(diào)節(jié)原理。后者是以多變量、非線性、時(shí)變系統(tǒng)為研究對(duì)象，它運(yùn)用的數(shù)學(xué)工具有線性代數(shù)、矩陣論和集合論等。

它是用狀態(tài)空間法在時(shí)間域內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)分析，用狀態(tài)方程描述系統(tǒng)過程。根據(jù)狀態(tài)及條件，分析下一步的狀態(tài)?，F(xiàn)代控制理論研究的主要內(nèi)容是最優(yōu)控制、隨機(jī)控制、自適應(yīng)控制和魯棒控制等。經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，被人們統(tǒng)稱為傳統(tǒng)控制理論。它們的共性是基于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，就是控制對(duì)象和干擾均應(yīng)以嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方程和函數(shù)表示?？刂频娜蝿?wù)和目標(biāo)通常比較直接明確。

而在現(xiàn)實(shí)世界中，許多系統(tǒng)，諸如智能機(jī)器人系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、航空航天控制系統(tǒng)等用傳統(tǒng)的控制理論卻難以解決，從20世紀(jì)70年代以后，特別是21世紀(jì)以來，智能控制開始興起，已經(jīng)形成了一門新興學(xué)科。智能控制系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)功能、自適應(yīng)功能和自行組織與協(xié)調(diào)功能。它主要采用的數(shù)學(xué)工具是符號(hào)推理與數(shù)值計(jì)算的結(jié)合以及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊理論等。智能控制是一門新興的多個(gè)領(lǐng)域交叉學(xué)科，它的理論尚未成熟，而實(shí)際的需要有力地推動(dòng)了智能控制理論和技術(shù)的迅速發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景。在機(jī)電控制系統(tǒng)中會(huì)逐漸發(fā)揮其重要作用。

四、機(jī)電控制系統(tǒng)的分類

機(jī)電控制系統(tǒng)分類的原則性非常強(qiáng)，根據(jù)不同的原則可以劃分出不同的機(jī)電控制系統(tǒng)。下面我們將主要從輸出量、控制信號(hào)的變量形式、系統(tǒng)輸入信號(hào)三個(gè)方面進(jìn)行分類。

1.輸出量

機(jī)電控制系統(tǒng)根據(jù)輸出量的反饋可以分為開環(huán)式和閉環(huán)式兩種。開環(huán)式機(jī)電控制系統(tǒng)是利用電機(jī)的轉(zhuǎn)角和脈沖的連續(xù)保證精準(zhǔn)度，所以精度比較低；閉環(huán)式機(jī)電控制系統(tǒng)相對(duì)于開環(huán)式而言，構(gòu)造更為復(fù)雜，精度也較高。對(duì)于系統(tǒng)的控制被外界造成的誤差而言，閉環(huán)式機(jī)電控制系統(tǒng)具有修正能力，而開環(huán)式機(jī)電控制系統(tǒng)卻不具備。

2.控制信號(hào)的變量形式

機(jī)電控制系統(tǒng)按照控制信號(hào)變量形式的不同可以分成模擬式和數(shù)字式兩種機(jī)電控制系統(tǒng)。模擬式機(jī)電控制系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性能好，但不能實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制監(jiān)督工作；數(shù)字式機(jī)電控制系統(tǒng)的精度也比較高，而且其相對(duì)于模擬式的機(jī)電控制系統(tǒng)而言靈活性更強(qiáng)，監(jiān)督系統(tǒng)異常狀態(tài)的處理功能也更強(qiáng)。

3.系統(tǒng)輸入信號(hào)

機(jī)電控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化規(guī)律可以分為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)三種。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)即為定值控制系統(tǒng)，它主要控制系統(tǒng)內(nèi)的基本任務(wù)；隨動(dòng)控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)就是可以精確地復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)的輸入信號(hào)；程序控制系統(tǒng)主要是在有兩個(gè)或兩個(gè)以上同時(shí)執(zhí)行任務(wù)的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，它可以執(zhí)行指揮每一個(gè)環(huán)節(jié)的控制信號(hào)，從而使其依次有序的工作。

五、機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程

機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)律，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)的方法構(gòu)造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、賦予產(chǎn)品性能并進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。為了提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量，必須有一個(gè)科學(xué)的設(shè)計(jì)規(guī)劃。

1.任務(wù)的確定

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須對(duì)控制對(duì)象的工作過程進(jìn)行深人調(diào)查、分析，熟悉其工藝過程，了解系統(tǒng)是否有特殊要求，確定系統(tǒng)所要完成的任務(wù)。

2.選擇系統(tǒng)的主機(jī)機(jī)型。

在控制任務(wù)確定后，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)所需要的硬件做出初步的估計(jì)和選擇，這是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)，主機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它的選擇將對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生決定性的影響。在具體選擇系統(tǒng)的主機(jī)機(jī)型時(shí)，可以選擇工業(yè)PC、PLC、智能儀表等設(shè)備，設(shè)計(jì)者只需根據(jù)控制任務(wù)選擇相應(yīng)的硬件配置，再配以軟件設(shè)計(jì)，即可完成控制任務(wù)的設(shè)計(jì)。

3.確定控制算法。

工業(yè)生產(chǎn)過程中計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制效果的優(yōu)劣主要是由算法決定。算法建立在控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型上，即描述各控制量與各輸出量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，因此，應(yīng)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并確定系統(tǒng)的控制算法。控制算法直接影響控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，是決定整個(gè)系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)鍵。由于控制系統(tǒng)種類繁多，控制算法也各不相同，每個(gè)控制系統(tǒng)都有一個(gè)特定的控制規(guī)律，并且有相應(yīng)的控制算法。

4.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。

在選定主機(jī)機(jī)型和確定測(cè)控任務(wù)及確定控制算法后，就可以確定系統(tǒng)總體方案。

5.軟件設(shè)計(jì)。

軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是進(jìn)行應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。采用的語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言，針對(duì)的是某一單片微處理器或微控制器的c語(yǔ)言及VC、VB等高級(jí)語(yǔ)言。在進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，注重可維護(hù)性及可移植性。另外還要合理選擇數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)。

6.應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。

六、傳感器、變送器和執(zhí)行器的選取

傳感器可以將非電物理量，如溫度、壓力、流量、位移、液位、氣體成分等被測(cè)參數(shù)變成電信號(hào)，如電壓、電流或電阻信號(hào)，再通過變送器變成可以遠(yuǎn)傳的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，然后送往AI模板進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

執(zhí)行器是過程控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，它的作用是接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成機(jī)械動(dòng)作，對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)施控制。執(zhí)行器可以分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液壓3種類型。

七、結(jié)語(yǔ)

隨著各種技術(shù)的發(fā)展以及深入，機(jī)電控制系統(tǒng)不僅具有程序化、高智能化、信息化等特點(diǎn)，而且體積小、操作維護(hù)方便、保護(hù)齊全、性能比較可靠，因此，機(jī)電控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛。所以，在機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]王清平 機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J] 煤炭技術(shù) 2011(07)

[2]劉丹 自動(dòng)控制系統(tǒng)在市政排水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J] 科技資訊 2011(12)

篇10

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；機(jī)械系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH-39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

引言：

隨著科技的發(fā)展,尤其是:電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展,使得傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受到了極大的沖擊?，F(xiàn)在,越來越多的機(jī)電‘一體化產(chǎn)品在機(jī)械系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。面對(duì)信息時(shí)代沖擊,客觀要求工程技術(shù)人員改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維理念,在傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,結(jié)合電子技術(shù)、信息技術(shù),設(shè)計(jì)出更多更好的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

1.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的主要功能都是完成一系列的機(jī)械運(yùn)動(dòng),但由于它們的組成不同,導(dǎo)致它們實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方式也不同。傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)一般是由動(dòng)力件、傳動(dòng)件、執(zhí)行件3部分加上電器、液壓和機(jī)械控制等部分組成,而機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)該是“由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的,用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和(或)機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)”。其核心是由計(jì)算機(jī)控制的,包括機(jī)、電、液、光、磁等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。由此可見,機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng),已經(jīng)成為機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分,它不再僅僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變換器,還需使伺服電機(jī)和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩得到匹配,也就是在滿足伺服系統(tǒng)高精度、高響應(yīng)速度、良好穩(wěn)定性的前提下,還應(yīng)該具有較大的剛度、較高的可靠性和重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣有傳動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分,只是由于機(jī)電一體化的特征決定了在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中有它自身的特點(diǎn),下面就從傳動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行敘述。

1.1機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是把動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能傳遞到執(zhí)行機(jī)械上去,機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是面向機(jī)電伺服系統(tǒng)的伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)機(jī)電有機(jī)結(jié)合的原則,機(jī)電一體化系統(tǒng)中采用了調(diào)速范圍大、可無級(jí)調(diào)速的控制電機(jī),從而節(jié)省了大量用于進(jìn)行變速和換向的齒輪、軸承和軸類零件,減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié),提高了傳動(dòng)效率,因此使機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)也得到了很大的簡(jiǎn)化,其機(jī)械傳動(dòng)方式也由傳統(tǒng)的串聯(lián)或串并聯(lián)方式演變?yōu)椴⒙?lián)的傳動(dòng)方式,即每一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)都由單獨(dú)的控制電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成,各個(gè)運(yùn)動(dòng)之間的傳動(dòng)關(guān)系則由計(jì)算機(jī)來統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。因此機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)具有傳動(dòng)鏈短、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、盡可能采用線性傳遞、無間隙傳遞等設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

1.2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

機(jī)電一體化的機(jī)械結(jié)構(gòu)仍屬于傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)的范疇,在滿足伺服系統(tǒng)對(duì)其穩(wěn)、準(zhǔn)、快要求的前提下,從整體上說應(yīng)逐步向精密化、高速化、小型化和輕量化的方向發(fā)展。因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)綜合考慮到各個(gè)零部件的制造、安裝精度,結(jié)構(gòu)剛度,穩(wěn)定性以及動(dòng)作的靈敏性和易控性。對(duì)具體的零部件的設(shè)計(jì)提出了更高、更嚴(yán)的要求,例如:采用合理的截面形狀和尺寸、采用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)來提高支承件的靜剛度;采用高傳動(dòng)效率和無間隙的傳動(dòng)裝置和元件,如滾動(dòng)絲杠,消除間隙的齒輪副、齒輪齒條副、蝸輪蝸桿副來提高運(yùn)動(dòng)的靈敏性和定位的準(zhǔn)確性;采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。近幾年在結(jié)構(gòu)上也出現(xiàn)了并聯(lián)形式,如并聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床等,極大地簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu),提高了產(chǎn)品的剛度重量比及精度。

2.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

機(jī)電一體化的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)環(huán)節(jié):靜態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

2.1 靜態(tài)設(shè)計(jì)

靜態(tài)設(shè)計(jì)是指依據(jù)系統(tǒng)的功能要求,通過研究制定出機(jī)械系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)方案。該方案只是一個(gè)初步的輪廓,包括系統(tǒng)主要零、部件的種類,各部件之間的聯(lián)接方式,系統(tǒng)的控制方式,所需能源方式等。有了初步設(shè)計(jì)方案后,開始著手按技術(shù)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各組成部件的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)關(guān)系及參數(shù)；零件的材料、結(jié)構(gòu)、制造精度確定；執(zhí)行元件(如電機(jī))的參數(shù)、功率及過載能力的驗(yàn)算；相關(guān)元、部件的選擇；系統(tǒng)的阻尼配置等。以上稱為穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)。穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)保證了系統(tǒng)的靜態(tài)特性要求。

2.2 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是研究系統(tǒng)在頻率域的特性,是借助靜態(tài)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),通過建立系統(tǒng)組成各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型和推導(dǎo)出系統(tǒng)整體的傳遞函數(shù),利用自動(dòng)控制理論的方法求得該系統(tǒng)的頻率特性(幅頻特性和相頻特性)。系統(tǒng)的頻率特性體現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)不同頻率信號(hào)的反應(yīng),決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、最大工作頻率和抗干擾能力。

2.3 靜態(tài)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)

靜態(tài)設(shè)計(jì)是忽略了系統(tǒng)自身運(yùn)動(dòng)因素和干擾因素的影響狀態(tài)下進(jìn)行的產(chǎn)品設(shè)計(jì),對(duì)于伺服精度和響應(yīng)速度要求不高的機(jī)電一體化系統(tǒng),靜態(tài)設(shè)計(jì)就能夠滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于精密和高速智能化機(jī)電一體化系統(tǒng),環(huán)境干擾和系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)因素對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響會(huì)很大,因此必須通過調(diào)節(jié)各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù),改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性以保證系統(tǒng)的功能要求。動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)過程往往會(huì)改變前期的部分設(shè)計(jì)方案,有時(shí)甚至?xí)麄€(gè)方案,要求重新進(jìn)行靜態(tài)設(shè)計(jì)。

3.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很大的不同之處。傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)一般是由動(dòng)力元件、傳動(dòng)元件、執(zhí)行元件3個(gè)部分加上電磁、液壓和機(jī)械控制部分,而機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)該是“由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的,用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)。”其核心是由計(jì)算機(jī)控制的,包括機(jī)、電、液、光、磁等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。由于機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng),所以在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要從以下兩個(gè)方面加以重視。

3.1機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)

機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是把動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能傳遞到執(zhí)行機(jī)械上去,機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是面向機(jī)電伺服系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)機(jī)電有機(jī)結(jié)合的原則,機(jī)電一體化系統(tǒng)中采用了調(diào)速范圍大、可無級(jí)調(diào)速的控制電機(jī),從而節(jié)省了大量用于進(jìn)行變速和換向的齒輪、軸承和軸類零件,減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié),提高了傳動(dòng)效率,因此使機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)也得到了很大的簡(jiǎn)化,其機(jī)械傳動(dòng)方式也由傳統(tǒng)的串聯(lián)或串并方式演變?yōu)椴⒙?lián)的傳動(dòng)方式,即每一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)都由單獨(dú)的控制電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成,各個(gè)運(yùn)動(dòng)之間的傳動(dòng)關(guān)系則由計(jì)算機(jī)來統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。因此機(jī)電一體化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)具有傳動(dòng)鏈短、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、盡可能采用線性傳遞、無間隙傳遞等設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來講,應(yīng)從整體上向精密化、高速化、小型化和輕量化的方向發(fā)展。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮到各個(gè)零部件的制造、安裝精度,結(jié)構(gòu)剛度,穩(wěn)定性以及動(dòng)作的靈敏性和易控性。對(duì)具體的零部件的設(shè)計(jì)提出了更高、更嚴(yán)的要求,如采用合理的截面形狀和尺寸、采用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)來提高支承件的剛度;采用低摩擦系數(shù)的導(dǎo)軌提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。除了以上兩個(gè)方面以外,機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)還需工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)方法上大膽創(chuàng)新,充分利用已有的模塊,,并且在設(shè)計(jì)之初,就考慮到產(chǎn)品在制造、使用過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

4.結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化技術(shù)既是振興傳統(tǒng)機(jī)電工業(yè)的新鮮血液和源動(dòng)力,又是開啟機(jī)電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大門的鑰匙。設(shè)計(jì)好機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)是“機(jī)電一體化”產(chǎn)品的前提。面對(duì)日益發(fā)展信息時(shí)代,掌握機(jī)電‘一體化機(jī)械系:統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路,是開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。必須結(jié)合各自的實(shí)際,開發(fā)實(shí)事求是的機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)效益的提升。

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