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第1章 机电一体化含述 1

1.1 机电一体化的产生及含义 1

1.2 机电一体化系统的基本组成 3

1.2.1 机电一体化系统的功能组成 3

1.2.2 机电一体化系统的构成要素 5

1.2.3 机电一体化系统的接口 8

1.3 机电一体化系统的分类 9

1.4 机电一体化系统的优点与效益 10

1.5 机电一体化的理论基础及共性关键技术 12

1.5.1 机电一体化的理论基础 12

1.5.2 机电一体化的共性关键技术 13

1.6 机电一体化的发展状况和发展趋势 16

1.6.1 机电一体化的发展状况 16

1.6.2 机电一体化的发展趋势 17

思考题 18

第2章 机电一体化系统设计基础 20

2.1 机电一体化系统设计概述 20

2.1.1 机电一体化系统设计流程 20

2.1.2 设计方法、类型、准则和规律 21

2.2 机电一体化产品（系统）规划 23

2.2.1 产品规划 23

2.2.2 需求分析 24

2.2.3 需求设计 26

2.3 机电一体化系统概念设计 27

2.3.1 概念设计的内涵和特征 27

2.3.2 概念设计的过程 29

2.3.3 产品的功能-原理-结构设计 30

2.4 机电一体化系统接口设计 43

2.4.1 接口设计的要求 43

2.4.2 人机接口设计 44

2.4.3 机电接口设计 49

2.5 机电一体化系统造型与环境设计 53

2.5.1 艺术造型设计 53

2.5.2 人-机-环境系统设计 55

2.6 机电一体化系统评价与决策 57

2.6.1 系统的评价 57

2.6.2 系统的决策 67

2.7 机电一体化产品试制与调试 69

2.7.1 系统调试的一般规律 69

2.7.2 系统在线调试 69

2.7.3 故障诊断的方法 70

2.8 机电一体化系统现代设计方法 71

2.8.1 可靠性设计 71

2.8.2 优化设计 79

2.8.3 反求设计 82

2.8.4 绿色设计 84

2.8.5 虚拟设计 86

思考题 88

第3章 典型机电一体化产品规划和概念设计 89

3.1 概述 89

3.2 数控机床的产品规划 89

3.2.1 数控机床的需求分析 89

3.2.2 数控机床的需求设计 90

3.3 数控铣床的概念设计 90

3.3.1 数控铣床的功能设计 92

3.3.2 数控铣床的原理设计 92

3.3.3 数控铣床的结构设计 92

3.3.4 数控铣床的评价与决策 93

思考题 94

第4章 机电一体化机械系统设计 95

4.1 机械系统设计概述 95

4.1.1 机电一体化的机械系统主要内容 95

4.1.2 机电一体化机械系统设计特点 95

4.2 机械传动机构 96

4.2.1 机械传动机构性能要求 96

4.2.2 无侧隙齿轮传动机构 97

4.2.3 丝杆螺母传动机构 98

4.2.4 同步带传动机构 111

4.2.5 联轴器传动机构 112

4.3 支撑与导向机构 113

4.3.1 回转运动支撑的性能及特点 113

4.3.2 直线运动导向支撑的性能及特点 114

4.3.3 直线滚动导轨选择计算 116

4.4 机座机架 122

4.4.1 机座机架的基本要求 122

4.4.2 材料和热处理 123

4.5 数控机床机械系统设计 124

4.5.1 主轴系统设计 124

4.5.2 进给传动系统设计 126

4.5.3 导轨系统设计 130

4.6 机电一体化新机械装置 135

4.6.1 钢带传动 135

4.6.2 谐波减速器 136

4.6.3 精密行星齿轮减速器 137

4.6.4 直线运动滚柱导轨 138

思考题 138

第5章 机电一体化传感器检测系统设计 139

5.1 传感器检测系统设计概述 139

5.1.1 传感检测技术及特点 139

5.1.2 传感器检测系统的构成 140

5.1.3 信号处理 141

5.1.4 数据采集 142

5.1.5 标度变换 142

5.1.6 数字滤波 144

5.1.7 测量系统非线性特性的线性化 145

5.1.8 测量系统的温度误差补偿 149

5.1.9 传感器检测系统设计基本要求及步骤 149

5.2 常用传感器分类、工作原理及应用 150

5.3 数控机床传感检测系统设计 150

5.3.1 光电编码器原理 152

5.3.2 机床进给轴检测系统设计 152

5.4 机电一体化新的传感装置 154

5.4.1 CCD图像传感器 154

5.4.2 光纤传感器 155

5.4.3 声表面波传感器 156

5.4.4 微波传感器 157

思考题 158

第6章 机电一体化伺服驱动系统设计 159

6.1 伺服驱动系统概述 159

6.1.1 伺服驱动系统的概念 159

6.1.2 伺服系统的分类 159

6.1.3 对伺服系统的基本要求 161

6.2 机电一体化系统常用伺服执行元件 162

6.2.1 执行元件的分类及特点 162

6.2.2 机电一体化系统对伺服执行元件的基本要求 163

6.2.3 交流伺服系统 164

6.2.4 直线电动机 174

6.3 数控机床伺服驱动系统设计 175

6.3.1 主轴伺服驱动系统设计 176

6.3.2 进给伺服驱动系统设计 177

6.4 机电一体化新执行装置 180

6.4.1 磁致伸缩执行装置 180

6.4.2 压电执行装置 182

6.4.3 热变形执行装置 184

6.4.4 形状记忆合金执行装置 184

6.4.5 静电执行装置 185

思考题 186

第7章 机电一体化控制系统设计 187

7.1 机电一体化控制系统设计概述 187

7.1.1 控制系统分类 187

7.1.2 控制系统的基本要求和设计方法 188

7.1.3 控制系统的组成模式 188

7.2 机电一体化系统建模 191

7.2.1 模型的基本概念 191

7.2.2 机电一体化系统的数学模型 191

7.2.3 数控机床伺服进给系统的建模 194

7.3 机床数字控制系统的设计 200

7.3.1 CNC装置的组成 201

7.3.2 数控机床硬件结构的几种形式 201

7.3.3 数控机床的软件结构 205

7.3.4 数控铣床控制系统设计实例 207

7.4 机电一体化控制系统的发展趋势 208

思考题 210

附录 211

附录1 滚珠丝杆公称直径与公称导程组合 211

附录2 制造范围 211

附录3 定位滚珠丝杆有效行程与行程变动量 212

附录4 理论动态预紧转矩与动态、预紧转矩公差 212

附录5 G、GD系列滚珠丝杆副 213

参考文献 214