第一篇：数控技术课程

数控技术课程

1数控编程与加工技术。2数控加工工艺。

3、Mastercam4、机械制图 5、Autocad6、机械制造技术基础

7、数控故障诊断维修与维护

8、数控机床电器控制

9、PLC技术

10单片机原理与技术

11、电工电子技术

12、数控专业英语13数字电子技术14液压与气动

15、数控加工工艺学16,、机械设计基础、17、金属材料学18 工程力学、19材料力学 20、Visual Basic6.0 编程与开发21高等数学、22线性代数、23、大学英语

24数控操作与编程

就想到这些了，还有些可能落下一两个哦

第二篇：《数控技术》课程教学大纲

四

川

理

工

学

院

《机电一体化系统设计》

课 程 教 学 规 范

四川理工学院机电工程系 制造技术及自动化教研室

二00六年十一月

《机电一体化系统设计》课程教学规范

机电工程系机械设计制造及其自动化教研室

课程编号：401011 教学课时：48~56学时；

学

分：3~3.5学分。

适用专业：《机械设计制造及其自动化》本科专业（机械制造、机电一体化方向）；《测控技术与仪器》本科专业等。

执 笔 人：何庆中；

修订日期：202_-11-17

第一部分

教学基本要求

一、《机电一体化系统设计》课程教学的性质 1.1 《机电一体化系统设计》课程教学的重要性

机电一体化是机械工业的重点发展方向之一。是机械技术与微电子技术等相融合的新兴交叉学科。所谓“一体化”，并不是机械技术与微电子技术的简单组合，而是相互取长补短、有机结合（融合），以实现系统（产品）构成的最佳化。随着机械技术、微电子技术的飞速发展，机械技术与微电子技术的相互渗透越来越快。“机电有机结合”是实现机电一体化系统（产品）的短、小、轻、薄和智能化，从而达到节省能源、节省材料、实现多功能、高性能和高可靠性目的的根本手段。因而在机械产品、机电产品、测试仪器、家电产品、工业自动化和过程装备自动化系统设计中，机电一体化技术已得到了广泛应用，并取得了很大的成功。由此可知，机电一体化技术已得到广大科技工作者的广泛重视，并逐步成为科学研究和新产品开发的关键技术手段之一。主要表现如下：

1.1.1 机电一体化技术的引用使传统机械系统（产品）的附加值得到了很大的提高

在机电一体化系统设计原理和方法中能充分体现“以机为主、以电为用、机电有机结合”的设计原则，在传统机械技术基础上，有效的引入微电子技术、系统控制技术、传感技术，从而使传统的机械系统（产品）的附加值得到了很大的提高。

1.1.2 使小型化、高精度、多功能智能化产品得以实现

纵观机械产品、机电产品、自动化控制过程的发展历史，其发展模式沿着“单功能省能→单功能自动化→多功能自动化→自动化高精度”的方向发展。当今机电一体化系统设计原理和方法已为柔性自动化、智能自动化、高精度自动化技术的研究和产品开发提供了良好的基础和机电产品有机结合创造了条件。在结合自动控制技术、测试技术、机电一体化技术、过程控制技术、微电子技术以及计算机技术，使小型化、高精度、多功能智能化的机电一体化产品得以实现。

1.1.3 使省能源、省资源、智能化的机电一体化技术研究的目标成为现实

工业技术研究的三大基本要素是物质、能源、信息；而在工业技术研究基础上的机电一体化技术的追求目标是使机电一体化系统（产品）能实现省能源、省资源、智能化，要达到这一目标以满足市场和用户的系统或产品的小型化，高精度、智能化、低投入、高效益等的要求，唯有机电一体化技术在传统机械技术的基础上，有效而合理的将机械技术、电子技术、微电子技术、测试技术、传感器技术、自动控制技术有机的结合起来才能现实省能源、省资源、智能化的机电一体化技术研究的目标。

由此可得出，在《机械制造及其自动化》（机械设计、机械制造、机电一体化方向）、《测试技术与 控制》本科专业人才的培养计划课程设置，以及《机械设计及理论》、《机械电子工程》、《机械设制造及自动化》等专业硕士研究生培养计划课程设置中，将《机电一体化系统设计》课程作为专业必修课程或选修课程教学是非常必要的。

1.2 《机电一体化系统设计》课程教学的性质

作为综合性较强的主干专业课程教学，使学生通过该课程学习，可培养学生初步了解和掌握应用所学专业基础知识和专业知识解决机电一体化系统或产品设计、维护维修的基本方法和技能，初步具备综合应用各学科知识解决实际问题的能力，为今后参与工程实践打下一定的基础。

二、《机电一体化系统设计》课程教学的主要任务和基本目的 2.1 《机电一体化系统设计》课程教学的主要任务

依据四川理工学院机电工程系《机械制造及其自动化》（机械制造、机电一体化方向）本科专业教学计划、《测控技术与仪器》本科专业教学计划。以培养能在工业生产第一线从事机械设计、制造、机械电子工程（机电一体化系统和产品设计）以及测试技术与控制领域内应用机电一体化系统设计技术承担机电产品设计制造、科技开发、应用性研究等方面的应用型技术人才，掌握机电一体化技术的基础知识、基本技能和一定的动手能力为本专业课程教学的主要任务。

2.2 《机电一体化系统设计》课程教学的基本目的

《机电一体化系统设计》课程是《机械制造及其自动化》本科（机械设计、机械制造、机电一体化方向）、《测试技术与控制》本科以及《电气自动化专业》等专业教学的重点专业主干课程之一。课程教学的基本目的在于让所培养的各专业本科学生能掌握和了解机电一体化系统设计的基本原理、基本设计原理和方法，从系统和产品的角度出发，掌握组成机电一体化系统或产品机械系统元件和部件、常用机电执行元件和传感元件、微电子控制系统和微机控制系统等的基本工作原理、特点、选用原则与方法，能有效地的对常见机电一体化系统或产品进行简要的分析与评价，通过一定的机电产品实例设计分析，初步掌握机电一体化系统或产品动态设计方法和静态设计方法。

三、《机电一体化系统设计》课程教学的基本要求

基本要求在于培养学生掌握机电一体化系统设计与分析的基本原理、基本设计手段和方法，从系统和产品的角度出发，使学生掌握组成机电一体化系统或产品机械系统元件和部件、常用机电执行元件和传感元件、微电子控制系统和微机控制系统等的基本工作原理、特点、选用原则与方法，能有效地对常见的机电一体化系统或产品进行简要的分析与评价，通过一定的机电产品设计实例分析，从机电有机结合的角度出发，初步掌握机电一体化系统或产品动态设计和静态设计方法。

最终目的是培养学生在今后参与工程实践的过程中，能在工业生产第一线从事机械设计、制造、机械电子工程（机电一体化系统和产品设计）以及测试技术与控制领域内应用机电一体化系统设计与分析技术承担机电产品开发、设计制造、应用性研究等方面的基本能力。

四、《机电一体化系统设计》课程重点难点及处理方法

《机电一体化系统设计》课程的教学难点主要体现在机电一体化系统设计的基本工作原理、基本设计思想和方法，从系统和产品的角度出发，使学生如何更好地掌握组成机电一体化系统或产品机械系统元件和部件、常用机电执行元件和传感元件、微电子控制系统和微机控制系统等的基本工作原理、特点、选用原则与方法，能有效地对常见的机电一体化系统或产品进行简要的分析与评价，通过一定的机电产品设计实例，从机电有机结合的角度出发，初步掌握机电一体化系统或产品动态设计和静态设计方法。结合本门课程的特点，以大量生产实例为平台，理论与实践相结合等教学方法和手段，使学生能更好地掌握本门课程的基础知识和要点，以及常见的机电一体化系统或产品的静态和动态设计方法，并能在今后的工作中有所应用。

五、《机电一体化系统设计》课程与其他课程的联系与分工

机电一体化技术是以机械技术为基础，引入电子/微电子技术、自动控制理论、信号处理技术、传 感技术以及计算机技术等相互融合逐渐形成的综合性学科，因而它与其他课程之间的联系非常紧密。在学习《机电一体化系统设计》课程专业课程前，学生应完成如下基础课程和基础专业课程的学习：

5.1 基础课程

高等数学、线性代数与概率论、积分变换与复变函数、大学物理、画法几何与机械制图等基础课程，是为基础专业课程学习和专业课程学习打下坚实的基础。

5.2 专业基础课程

（1）技术基础课程学习

理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、机械工程材料、电工电子技术（模点/数电）、互换性与技术测量基础等一级学科基础专业课程，是机械工程一级学科各专业学习掌握的专业基础课程，为进一步学习掌握二级学科各专业方向的专业基础知识和专业知识创造条件并打下一定的基础。（2）专业方向基础课程学习

机械控制工程基础、机电传动控制基础、机械工程测试技术基础、材料成型技术基础、液压传动与控制、计算机辅助设计（CAD/三维设计）、机械制造技术基础等二级学科专业基础课程，是以培养机械设计制造及自动化（机械设计、机械制造、机电一体化方向）、测试技术与仪器、过程装备与控制工程本科专业人才培养目标为依据，制定的专业方向基础课程，目的为完成后续的专业课程学习打下基础。

5.3 专业课程学习

机械设计学、机械系统设计、测试技术与传感器、计算机原理与控制、自动控制理论、数控技术、机电系统控制与驱动设计、机电系统与计算机仿真等专业课程，也是为培养各专业人才进一步学习《机电一体化系统设计》课程必要的专业知识。

5.4 继续教育的基础

《机电一体化系统设计》课程的学习，可为以下选修课程和继续教育课程学习打下一定的专业基础知识或技能。ADAMS模态分析、机电系统运动学/动力学仿真、自动控制系统仿真，机电系统虚拟样机设计等。

六、建议教材与参考文献 6.1 建议教材

张建民 主编，《机电一体化系统设计》，高等教育出版社，202_年第2版（普通高等教育“十五”国家级规划教材）。

6.2 参考文献

赵先仲 编著，《机电系统设计》，机械工业出版社，202_年第1版。何克忠、李伟主编，《计算机控制系统》，清华大学出版社，1998年第1版。薛定宇著，《反馈控制系统设计与分析》，清华大学出版社，202_年第1版。刘政华、何将三等编著，《机械电子学》，国防科技大学出版社，1999年第1版。

第二部分

教 学 大 纲

《机电一体化系统设计》课程理论教学基本内容与要求（含重点难点，教学组织）

1、第一章

总

论（第1.1~1.5节）

（1）理论教学学时：4学时

（2）教学目的和要求

了解和认知机电一体化（技术）的内涵、定义或解释，研究的主要目的和发展历史和方向；机电 一体化系统设计研究的主要方向和应用特点；机电一体化系统设计的基本要素，以及与工业设计基本要素之间的关系；主要构成和功能特征；各基本要素相互联系的核心技术问题——接口技术；机电一体化系统设计的基本流程、方法和评价体系。（3）主要教学内容

·机电一体化（技术）的内涵、定义或解释——原创性技术和变异性设计理念

·机电一体化（技术）设计研究的主要目的——在机械系统主功能、动力功能、信息功能和控制功能基础上，引入微电子技术、传感技术、计算机技术、自动控制理论，增强传统机械系统（产品）的附加值和自动化应用领域。

·机电一体化（技术）设计研究的主要内容（基本要素）——主要研究“省能源、省资源、智能化”三大基本要素，以及如何应用交叉学科的基础理论知识解决机电一体化（技术）设计中的核心技术问题——接口技术。

·机电一体化（技术）的发展历史和主要研究方向与领域。

·机电一体化系统的构成要素——机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感系统、执行控制系统（元件）组成的五大构成要素或子系统；实现机电一体化系统三大目的功能所具有的两大重要特征：以能源转换为主和以信息转换为主的功能特征。

·机电一体化系统应具有的主要功能要素——主功能、信息功能、控制功能、动力功能、构造功能。·机电一体化（技术）设计中各子系统相互匹配的核心问题：接口技术——接口技术的定义、分类、输入/输出功能，主要研究内容和途径。

·机电一体化系统设计的基本流程——确定产品规格、性能指标—→系统功能部件、基本要素的划分—→接口设计；综合评价或系统评价—→可靠性复查—→试制与调试。

·机电一体化系统设计的评价体系——以系统主功能、信息功能、控制功能、动力功能、构造功能和规格、性能指标进行综合评价。

（4）教学重点

机电一体化（技术）的内涵、定义，研究目的，“省能源、省资源、智能化”三大基本要素，接口技术问题，机电一体化系统（产品）的构成要素和主要功能，设计的基本流程和评价体系。（5）教学难点与处理方法

教学难点：接口技术问题，机电一体化系统（产品）的构成要素和主要功能，设计的基本流程和评价体系为学生认识和掌握的知识重点。

教学处理方法：基于机电一体化系统构成，以网络信号传递方式系统分析讲解机电一体化系统（产品）的构成要素和主要功能；结合传统机电一体化系统（产品）的研发特点讲述机电一体化系统设计的基本流程和评价体系。

2、第一章

总

论（第1.6~1.10节）

（1）理论教学学时：4学时（2）教学目的和要求

掌握机电一体化系统设计方法：一般原则（在充分发挥机电一体化的三大效能省能源、省资源、智能化，提高系统的附加价值的基础上，实现机电系统（产品）的自动化操作，即机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法；掌握机电一体化系统（产品）设计的类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计；了解机电一体化系统（产品）的设计程序、准则和规律；机电一体化系统（产品）的开发工程；机电一体化系统（产品）设计与现代设计方法的关系。（3）主要教学内容

·机电一体化系统设计的基本方法——掌握在充分发挥机电一体化的三大效能省能源、省资源、智能化，提高系统的附加价值，实现机电系统（产品）的自动化操作，即机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法。

·掌握机电一体化系统（产品）设计的类型——开发性设计、适应性设计、变异性设计。

·了解机电一体化系统（产品）的设计程序、准则和规律——设计程序：总体方案设计、部件（或 关键零件）选择与设计、技术设计与工艺性设计、标准化设计、生产制造试验验收技术条件的制定，达到可靠性、适应性、完善性为设计目标。

·机电一体化系统（产品）设计与现代设计方法——机电一体化系统（产品）设计的特点；现代设计方法手段和特点；两者相互融合的必要性和优势；现代设计方法的基本类型：计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），并行工程（CE——全寿命周期设计方法），虚拟产品设计，快速响应设计，绿色环保产品设计，反求设计，网络协同合作设计等。（4）教学重点

机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法；开发性设计、适应性设计、变异性设计理念和方法；机电一体化系统（产品）设计与现代设计方法的关系。

（5）教学难点与处理方法

教学难点：机电一体化系统（产品）设计与现代设计方法的关系及各种现代设计方法的初步认知。

教学处理方法：结合机电一体化系统（产品）现代设计方法的特点与发展趋势，工业生产和日常生活产品中的实例，重点讲述机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法；开发性设计、适应性设计、变异性设计理念和方法。

（6）课外习题要点

复习巩固机电一体化涵义、目的、特征、基本组成要素及可实现哪些功能；工业三大要素和机电一体化三大效果（要素）的内涵；电一体化系统设计的设计思想、方法；开发性设计、变异性设计、适应性设计之间的关系与异同。

题量4~5题 —— 祥见本课程教案或教学日历。

3、第二章 机电一体化系统机械系统部件的选择与设计（第2.1节）

（1）理论教学学时：4学时

（2）教学目的和要求

掌握机电一体化系统机械部分设计或选择的特点，目的，基本功能和基本要求；丝杠螺母机构的基本形式；滚珠丝杠传动部件及其要求；齿轮传动部件及其要求；了解挠性传动部件和间歇传动部件。（3）主要教学内容

·机电一体化系统机械部分设计或选择的特点——掌握机电一体化系统机械部分与一般机械系统机械部分相比所具有的特殊要求（四点）；达到这些特殊要求可采取的主要措施（五点）。·机械传动部件的选择与设计——机械传动部件的基本功能、目的、要求 基本功能：实现能量（动力）和运动形式的转换——工作机和信息机。目的：实现执行元件与负载之间的匹配——能量（动力）和运动匹配。

基本要求：精密化，高速化，小型化，轻量化。

·丝杠螺母机构的基本形式——丝杠螺母机构的主要作用；分类：滑动和滚动丝杠螺母机构（包括结构和功能特点）；丝杠螺母机构的主要结构传动形式：螺母固定丝杠转动并移动、丝杠转动螺母移动、螺母移动丝杠移动、丝杠固定螺母转动并移动，以及差动传动等。

·滚珠丝杠传动部件及其要求——滚珠丝杠传动部件的组成及结构特点；滚珠丝杠传动副的典型结构（滚道截面形状、滚珠的循环方式）；滚珠丝杠传动副轴向间隙的调整和预紧（双螺母螺纹预紧调整、双螺母垫片式预紧调整、双螺母齿差式预紧调整、弹簧式自动预紧调整、单螺母变导程预紧调整）；滚珠丝杠副支承方式（四种）；轴承组合安装支承结构；滚珠丝杠副结构形式的确定与选择方法（单圆弧螺纹滚道的单螺母丝杠副，单圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副，双圆弧螺纹滚道的双螺母丝杠副）等。·齿轮传动部件——齿轮传动的典型结构形式；齿轮传动最佳传动比配置的基本要求；各级传动比最佳分配原则；齿轮传动间隙的调整方法（偏心套筒或偏心轴齿侧间隙调整法，轴向垫片齿侧间隙调整法，双片薄齿轮错齿齿侧间隙调整法）。·挠性传动部件简介 ·间歇传动部件简介（4）教学重点 滚珠丝杠传动副的典型结构（滚道截面形状、滚珠的循环方式）；滚珠丝杠传动副轴向间隙的调整和预紧；滚珠丝杠副结构形式的确定与选择方法；齿轮传动最佳传动比配置的基本要求；各级传动比最佳分配原则；齿轮传动间隙的调整方法。（5）教学难点与处理方法

教学难点：滚珠丝杠传动副的典型结构（滚道截面形状、滚珠的循环方式）；滚珠丝杠传动副轴向间隙的调整和预紧；齿轮传动间隙的调整方法。

教学处理方法：与图文并茂和实际应用的形式，详细讲解教学难点，使学生易于理解和掌握。

4、第二章 机电一体化系统机械系统部件的选择与设计（第2.2节）

（1）理论教学学时：4学时（2）教学目的和要求

掌握导轨副的组成、主要类型及其应满足的要求；常见导轨副组合与间隙调整、特点；导轨副材料的选择及其机械性能确定；提高导轨副耐磨性的措施；滚动导轨副的类型与选择；直线运动滚动导轨副。了解回转运动滚动导轨副；滚动轴承导轨副。（3）主要教学内容

·导轨副的组成、主要类型及其应满足的要求——导轨支承部件的作用和组成；导轨副的主要类型；导轨副应满足的基本要求（导向精度、导轨的刚度、精度保持性、运动灵活性和低速运动平稳性、温度敏感性和结构工艺性要求）；导轨副设计的主要内容与步骤。

·滑动导轨副的结构及其选择——常见滑动导轨副的截面形状和特点（三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨、圆形导轨）。

·常见导轨副组合与间隙调整、特点——双三角形组合导轨，矩形与矩形导轨组合；三角形导轨与矩形导轨组合；三角形导轨与矩形和平面导轨组合；燕尾形导轨与矩形导轨组合。

·导轨副材料的选择及其机械性能确定——导轨副材料的选择的基本原则与要求；常用导轨副材料的基本性能和特点；导轨副材料机械性能确定的基本方法与手段。

·提高导轨副耐磨性的措施——采用镶装导轨；提高导轨精度、改善导轨表面粗糙度、采取合理的润滑；减少导轨单位面上的压力（比压）、采用必要的卸荷装置。·滚动导轨副的类型与选择——滚动导轨副的组成、分类（滚动体和循环方式）与结构特点；滚动导轨副的基本要求：高的导向精度、高的耐磨性、足够的刚度、良好的工艺性。

·直线运动滚动导轨副——直线运动滚动导轨副滚动体循环工作方式的工作原理，结构特点和应用。·回转运动滚动导轨副——回转运动滚动导轨副的工作方式的工作原理，结构特点和应用。·滚动轴承导轨副——滚动轴承导轨副的工作方式的工作原理，结构特点和应用。

（4）教学重点

导轨副的组成、主要类型及其应满足的要求；常见导轨副组合与间隙调整、特点；导轨副材料的选择及其机械性能确定；滚动导轨副的类型与选择；直线运动滚动导轨副工作原理与结构形式。（5）教学难点与处理方法

教学难点：常见导轨副组合与间隙调整、特点；滚动导轨副的类型与选择；直线运动滚动导轨副工作原理与结构形式。

教学处理方法：与图文并茂和实际应用的形式，详细讲解教学难点，使学生易于理解和掌握。（6）课外习题要点

复习巩固机电一体化系统中传动机构的作用；对传动元件的基本要求；滚珠丝杠副的主要构成元件、传动特点以及支承方式（特点）；齿轮传动系统传动比的分配原则。

题量4~5题 —— 祥见本课程教案或教学日历。

5、第三章 机电一体化系统执行元件选择与设计（第3.1~3.2节）

（1）理论教学学时：4学时（2）教学目的和要求 了解执行元件的主要类型和特点；掌握机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求；了解常用控制电机类型与主要特点；掌握机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求；掌握典型伺服控制电动机的主要特点和选用原则。（3）主要教学内容

·执行元件的主要类型，能量转化方法及其特点——电气式、气压式、液压式、其他形式。·机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求——惯量小，动力大；体积小，重量轻；安装方便、便于维修维护；易于实现自动化控制。

·机电一体化系统（产品）常用控制电机——DC/AC电动机、力矩电动机、步进（脉冲）电动机、变频调速电动机、开关电磁电动机以及其他电动机（直流或交流脉宽调速电动机、电磁伸缩元件）等，及其主要特点简介。

·机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求——性能密度大。即功率密度 Pw=P/G 或比功率密度 Pbw=(T2/J)/G 大；快速性好。加速度大、响应特性好；位置控制/速度控制精度高、调速范围大、低速平稳性好、分辨率高和振动噪音小；能适应频繁启动，可靠性高、寿命长。·伺服控制电动机的种类、特点以及选用

种类：动力用电动机和控制用电动机；主要特点：伺服控制电机电特性与应用原则；伺服控制电机的选择基本原则（要求）。（4）教学重点

执行元件的主要类型和特点；机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求；常用控制电机类型与主要特点；机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求；典型伺服控制电动机的主要特点和选用原则。

（5）教学难点与处理方法

教学难点：伺服控制电动机的工作原理和机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求，特点与选用原则。

教学处理方法：在详细讲解伺服控制电动机工作原理的基础上，结合实际机电一体化系统或产品中对伺服控制电动机的基本要求，选用和应用特点。

6、第三章 机电一体化系统执行元件选择与设计（第3.3~3.5节）

（1）理论教学学时：6学时（2）教学目的和要求

重点掌握步进电机与驱动技术：步进电动机的运行特性与主要性能指标，步进电机的驱动与控制（驱动电路、变频控制信号、环形脉冲分配器、功率放大器、细分驱动电路、典型细分驱动电路）；了解直流电机与驱动技术和交流电机与驱动技术。（3）主要教学内容

·复习内容：步进电机的定义；基本工作原理；主要类型与主要特点。

·步进电动机的运行特性与主要性能指标——分辨率；静态特性（矩－角特性、静态稳定特性）；动态特性（动态稳定区、启动转矩、矩－频特性、惯－频特性）；其他技术参数。

·步进电机的驱动与控制——驱动电路：主要由脉冲分配器和功率放大器两部份组成，实现信号分配和能量放大；变频控制信号：主要有脉冲频率与电机转动方向控制信号，确定位移、转速、转向的实现。

·环形脉冲分配器——软件分频；通用集成电路分频；专用集成电路分频。

·功率放大器与作用——功率放大；限制电流；续流保护；典型放大电路：单电压功率放大电路、高低压功率放大器、晶闸管功率放大器、恒流源功率放大器。

·细分驱动电路——工作原理：在不改变步进电机结构的条件下，将步进脉冲电流细分逐步增加到Imax，再逐步减少到Imin，形成阶梯波电流，从而提高了步进电机的步进精度，减小了振动、噪声。细分驱动电路的特点：在不改变步进电机结构参数的条件下，可降低电机运转的步进角。·典型细分驱动电路——多路功率开关细分电路；单功率放大细分电路。·直流伺服电动机及其驱动 ·交流伺服电动机及其驱动

（4）教学重点

步进电机与驱动技术：步进电动机的运行特性与主要性能指标，步进电机的驱动与控制（驱动电路、变频控制信号、环形脉冲分配器、功率放大器、细分驱动电路、典型细分驱动电路）；直流伺服电动机及其驱动；交流伺服电动机及其驱动。（5）教学难点与处理方法

教学难点：步进电机的驱动与控制（驱动电路、变频控制信号、环形脉冲分配器、功率放大器、细分驱动电路、典型细分驱动电路）；直流伺服电动机及其驱动；交流伺服电动机及其驱动。教学处理方法：在详细讲解步进电动机、直流/交流伺服电动机、工作原理的基础上，结合实际机电一体化系统或产品中对控制电动机的基本要求，选用和应用特点。（6）第三章课外习题要点

复习巩固掌握机电一体化系统中对执行元件的分类与特点；机电一体化系统对执行元件的基本要求；步进电机具有哪些特点与环形分配方式、功率放大器电路种类以及工作原理、细分电路的特点、细分方式。

题量4~5题 —— 祥见本课程教案或教学日历。

7、第四章 机电一体化系统微机控制系统的选择与设计（第4.1节）

（1）理论教学学时：4学时

（2）教学目的和要求

掌握微机控制系统的定义；了解常用控制计算机的类型、抉择和权衡方法；掌握微机控制系统的设计思路和微机系统构成与种类；了解微机软件与程序设计语言。

（3）主要教学内容

·微机控制系统：是将微型计算机作为机电一体化产品的控制器，结合微型计算机的工作原理、接口电路（数字和模拟）的设计、相应的控制软件，实现对控制对象的控制形式和动作控制方式等控制功能的实现。

·常用控制计算机的类型：单片机、单板机，微型计算机——构成与特点。

·微机控制系统专用与通用、硬件与软件的抉择和权衡——专用与通用的抉择；硬件与软件的权衡；必要的抗干扰措施。

·微机控制系统的设计思路——确定系统总体控制方案；确定控制算法（逐点比较法、数字积分法、PID调节控制法、最小拍控制法、最优控制法、随机控制法、自适用控制法、遗传控制法、模糊控制法、鲁棒控制法、神经网络控制法、专家系统）；选择微型计算机（较完善的中断系统、足够的存储容量、完善的输入/输出通道、实时时钟控制能力、）；系统总体设计（接口设计、通道设计、）；软件设计：系统软件、应用软件。

·应用程序的一般编写方法：模块化程序设计法和结构化程序设计法。·系统调试：硬件调试、软件调试、系统调试三大步骤。

·微机系统构成与种类——微处理机、微型计算机、微型计算机系统等系统的总称。

·微机软件与程序设计语言——机器语言（Machine language），汇编语言（Assembly language），高级语言（High level language），操作系统（Operating System）；应用程序库或软件包（OFFICE、C、VC、JAVA、CAD、PRO/E、UG、3DMAX、MATLAB、MAPLE 等）。（4）教学重点

微机控制系统的定义；常用控制计算机的类型、抉择和权衡方法；微机控制系统的设计思路和微机系统构成与种类。

（5）教学难点与处理方法

教学难点：微机控制系统的设计思路。

教学处理方法：结合不同微型计算机的构成和性能特点，以及在机电一体化中的应用进行设计思

++路的讲解，并对一定的实例进行分析。

8、第四章 机电一体化系统微机控制系统的选择与设计（第4.6节）

第4.2节 第4.3节 第4.4节 第4.5节 内容在计算机硬件基础、计算机原理等课程中已学习过，在此不做讲解。

（1）理论教学学时：2学时（2）教学目的和要求

掌握PLC的基本工作原理与基本构成；PLC的编程特点与执行过程；了解PLC的应用和编程步骤。（3）主要教学内容

·PLC的基本工作原理与基本构成

工作原理：使用可编程存储器存储用户设计的应用程序指令，由指令实现逻辑运算、顺序操作、定时、计数、算术运算和I/O接口通讯来控制机电一体化系统（产品）。

基本构成：如图4-2所示，主要由微处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM、EPROM）、I/O接口（数字、模拟）、编程接口、编程器（含显示）等组成。·PLC的编程特点与执行过程——顺序串行编程与执行。

·PLC的应用举例——下面借助于实际例子了解PLC的应用和编程步骤（执行加工工艺流程）。（4）教学重点

PLC的基本工作原理与基本构成；PLC的编程特点与执行过程。（5）教学难点与处理方法

教学难点：PLC的编程特点与执行过程。

举例讲述PLC在机电一体化系统中的应用和编程特点。

9、第四章 机电一体化系统微机控制系统的选择与设计（第4.7节~第4.8节）

（1）理论教学学时：4学时（2）教学目的和要求

掌握输入/输出接口控制信号的可靠性设计基本要求；提高输入/输出电路与接口可靠性的主要方法；了解检测传感器的分类与基本要求，传感器的选择原则及注意事项，传感器的测量电路和传感器的微机接口。

（3）主要教学内容

第4.7节 微机应用系统的输入/输出控制的可靠性设计

·输入/输出接口控制信号的可靠性设计基本要求：能可靠地传递控制输入/输出信息；能够进行信息的转换，以满足微机对输入/输出信息转换要求；电平量转换与匹配；电量与非电量转换；强电与弱点转换与匹配；具有阻断干扰信号进入微机控制系统的能力。

·提高输入/输出电路与接口可靠性的主要方法：光电隔离电路和信息转换电路设计。·信息转换电路设计：弱点/强电转换电路；数字/脉冲信号转换；数/模(D/A)转换、模数(A/D)转换；电量转非电量。

4.8 常用检测传感器的性能特点、选用与微机接口

·检测传感器的分类与基本要求：检测传感器的定义、作用；检测传感器的分类； ·传感器的选择原则及注意事项：选用原则；改善和提高传感器的性能的技术措施。·传感器的测量电路：模拟型测量电路；数字型测量电路；开关型测量电路。·传感器的微机接口：模拟量接口方法、数字量接口方式、开关量接口方式。

（4）教学重点

输入/输出接口控制信号的可靠性设计基本要求和提高输入/输出电路与接口可靠性的主要方法。（5）教学难点与处理方法

教学难点：提高输入/输出电路与接口可靠性的主要方法。教学处理方法：重点讲述不同接口电路中的可靠性设计方法。（6）课外习题要点

复习巩固掌握机电一体化微机控制系统设计中，微机选择应满足的基本条件；提高微机控制系统抗干扰能力的主要方法和手段；光电耦合器的光电隔离原理；常用传感器的种类及其基本特性。

题量4~5题 —— 祥见本课程教案或教学日历。

10、第五章 机电一体化系统的元、部件特性分析（第5.1节）

（1）理论教学学时：2学时（2）教学目的和要求

重点掌握机械系统的主功能和基本特性要求，变换机构及其运动变换分析。了解机械系统的机构静力学特性研究的主要问题和机构动力学特性研究的主要问题。（3）主要教学内容

·机械系统的主功能：将一种机械物理量变换成与目的要求相对应的另一种机械物理量（运动参量、力/力矩参量）。·机械系统的基本特性要求：在具有承担外载荷足够的强度（бb, бs, бp）和刚度（结构刚度、接触刚度和局部刚度）的前提下，质量和惯量要小，系统响应要快，带负载的能力要强。·一般线性机械系统的动态特性（传递函数）：X(s)/Fx(s)= 1/[(Jm+JL/i2)s2] 典型机械系统的动态特性（传递函数）：齿轮减速：Y = f(x)=(1/i)x；只有机构转动惯量：X(s)/Fx(s)= 1/Jms2；只有负载转动惯量：X(s)/Fx(s)= 1/(JL/i2)s2。

,)x·非线性机械系统的动态特性（传递函数）：FxFm(x,xdf(x)dt,)。Fy(y,yy· 变换机构及其运动变换分析：齿轮传动机构（线性）；柔性带/链传动机构（线性）；回转/直线机构（线性）；间歇机构（非线性）；连杆机构（非线性）；凸轮机构（非线性）等。

·机构静力学特性与研究的主要问题：输出端负载向输入端的转换；机构内的摩擦力/矩对输入端的影响；各外部和内部载荷或重力载荷产生的加速度对机构内部构件承载能力的影响。

·机构动力学特性与研究的主要问题：研究机构要素的惯性和机构中各元素、部件以及整机的刚度特性和振动特性；平面运动机构要素的动态力及动态力矩；空间运动机构要素的动态力及动态力矩；机构输出端的弹性与动态特性。（4）教学重点

机械系统的主功能和基本特性要求；变换机构及其运动变换分析；机械系统的机构静力学特性研究的主要问题和机构动力学特性研究的主要问题。（5）教学难点与处理方法

教学难点：机械系统的机构静力学特性研究和机构动力学特性研究。

教学处理方法：以动力机构、变换机构为基础，分析机械系统的机构静力学特性和机构动力学特性问题的主要研究内容。

11、第五章 机电一体化系统的元、部件特性分析（第5.2节）

（1）理论教学学时：4学时（2）教学目的和要求

重点掌握机械系统中传感器的主功能；传感器的分类；动电式变换传感器的特性和压电式变换传感器的特性。了解具有其他平滑特性的变换传感器和传感器检测系统的特性。掌握传感器检测系统的整体特性的组成部分与要求。

（3）主要教学内容

·机械系统中传感器的主功能：由传感元件将机械物理量变换成电平参量或另一机械物理量，再经运算放大器或机械变速器转换成可接受利用的信号参量。

·传感器的分类（按变换物理过程分类）：电/磁变换传感器（动电式、静电式、磁阻式、霍尔效应式等）；压电变换传感器；应变/电阻变换传感器；光/电变换传感器。·典型传感器的特性。

动电式变换传感器的特性： VS(s)Y(s)Gme(s)Ks1Ls/RRs1RCskRsdRs1RCsd，当LS/R<<1时，传感器具有线性特征。，当RCs>>1时，Gme≈d/C，放大系压电式变换传感器的特性： VS(s)F(s)Gme(s)数与压电系数成正比，与电容量成反比。但在τ= RC（固有振动周期）低时，系统测试不准确。故压电式变换传感器只能用在被测信号频率足够高时，测试结果才准确。

·具有其他平滑特性的变换传感器（即线性特性或数字特性）：差动变压器传感器、静电/电桥式传感器、应变计传感器、光电编码器。

·传感器检测系统的特性：机械变换、机电变换、电气变换等部分组成。（4）教学重点

机械系统中传感器的主功能；传感器的分类；动电式变换传感器和压电式变换传感器的特性。（5）教学难点与处理方法

教学难点：各类传感器或传感系统传递函数特性分析与应用。

教学处理方法；以不同传感器的工作和应用特点为基础，进行特性分析与应用原则的讲解。

12、第五章 机电一体化系统的元、部件特性分析（第5.3节，第5.4节）

（1）理论教学学时：2学时（2）教学目的和要求

重点掌握电气式执行元件系统的主功能和系统组成；电磁变换执行元件的特性分析；具有反馈环节驱动电路电磁变换执行元件的动态特性分析；步进电动机的特性分析。了解压电式执行元件及其特性分析；执行元件与机械结构结合中的若干问题。（3）主要教学内容

·电气式执行元件系统的特性分析

电气式执行元件系统的主功能：将输入电控信号转换为机械物理参量。

电气式执行元件系统的组成：控制电路→驱动电路→电/机变换→机械变换。

常用电气式执行元件：DC/AC伺服电机，步进电机，直线电机（含电磁铁）、压电元件、超声波电机等。

·电磁变换执行元件的特性分析：DC/AC伺服电机为例进行特性分析。

·具有反馈环节驱动电路电磁变换执行元件的动态特性分析：DC伺服电机典型反馈驱动电路控制的动态特性分析；测速发电机（旋转变压器）反馈驱动电路控制的动态特性分析。·步进电动机的特性分析：环行分配、功率放大、步进电动机变换的特性分析 ·压电式执行元件及其特性分析：电压—电荷—应力变形特性分析。

·执行元件与机械结构结合中的若干问题：机械惯性阻转矩的匹配方法、凸轮理论曲线分析、残余振动分析、无残余振动的定位分析。（4）教学重点

电磁变换执行元件的特性分析；具有反馈环节驱动电路电磁变换执行元件的动态特性分析；步进电动机的特性分析。

（5）教学难点与处理方法

教学难点：电磁变换执行元件的特性分析；具有反馈环节驱动电路电磁变换执行元件的动态特性分析；步进电动机的特性分析。

教学处理方法：结合不同的电磁变换元件的工作原理，以及在系统中的应用特点，详细分析执行元件的动态特性分析。（6）课外习题要点

复习巩固掌握典型机械系统的动态特性和常用的线性变换机构的特点与应用。题量2~3题 —— 祥见本课程教案或教学日历。

13、第六章 机电一体化系统的机电有机结合分析与设计（第6.1节）

（1）理论教学学时：4学时

（2）教学目的和要求

重点掌握机电有机结合的稳态设计考虑方法研究的主要内容和检测传感装置、信号转换接口电路、放大电路、电源的匹配选择与设计。稳态设计考虑方法的主要设计程序及要求。（3）主要教学内容

·机电有机结合的稳态设计考虑方法研究的主要内容：

系统的输出运动参数的技术状态；执行元件的参数选择；功率（力/力矩）的匹配以及过载能力的验算；各主要元件的选择与控制电路的设计；信号的有效传递；各级增益的分配；各级之间阻抗匹配和所采取的抗干扰的措施。

·负载分析：典型负载，负载的等效换算。

·执行元件的匹配选择：伺服系统执行元件的转矩匹配，伺服系统执行元件的功率匹配。

·减速比的匹配选择与各级减速比的分配：减速比匹配选择一般原则要求，各级减速比的分配原则。·检测传感装置、信号转换接口电路、放大电路、电源的匹配选择与设计；伺服系统的稳态设计方法，伺服系统主要功能部件的选择与设计。

·系统数学模型的建立：半闭环控制方式（数学模型），全闭环控制方式（数学模型）。·稳态设计考虑方法的主要设计程序及要求

（4）教学重点

机电有机结合的稳态设计考虑方法研究的主要内容和检测传感装置、信号转换接口电路、放大电路、电源的匹配选择与设计。

（5）教学难点与处理方法

教学难点：稳态设计考虑方法的主要设计程序及要求的认知了解。

教学处理方法：应用实例分析进一步学习和认知稳态设计考虑方法的主要研究内容和重点考虑的问题。

14、第六章 机电一体化系统的机电有机结合分析与设计（第6.2节，第6.3节）

（1）理论教学学时：4学时（2）教学目的和要求

重点掌握机电有机结合的动态设计考虑方法研究的主要内容，伺服系统的调节方法。了解机械结构弹性变形对系统的影响和减少影响可采用的措施，动态设计考虑方法的主要设计程序及要求。（3）主要教学内容

·机电有机结合的动态设计考虑方法研究的主要内容：在稳态设计所建立的数学模型（传递函数）基础上，选择系统的控制方式和校正（或误差补偿）形式；设计校正（或误差补偿）装置，并有效的与稳态设计所建立的数学模型（传递函数）系统相融合，构成具有误差补偿作用的反馈调节系统，最终达到稳定工作和满足被控制对象的各项动态指标要求。

·伺服系统的控制方式：前置反馈和反向误差调节反馈控制方式。·校正（或误差补偿）形式：波德（Bode）图法和根轨迹图法。

·伺服系统的调节方法：伺服系统动态稳定性分析与过渡过程，动态特性与动态稳定性参量或指标，伺服系统动态稳定性校正，伺服系统调节校正分析，速度反馈校正（测速发电机局部负反馈）。机械结构弹性变形对系统的影响：有效地减少机械系统产生自激振荡而影响系统正常工作的各种因素，最有效的方法是机械系统的控制频带避开机械系统的固有谐振频率。

·通常采用的方法：机械振动系统运动学和动力学方程的建立；简化系统，建立弹性变形时机械系统的运动和动力传递结构框图；写出机械系统的运动和动力传递的控制等效框图；建立机械系统的传递函数；应用根轨迹法判定系统的工作稳定性。

·动态设计考虑方法的主要设计程序及要求。

·机电系统的可靠性设计方法：可靠性的概念、保证产品（系统）可靠性的主要方法。（4）教学重点

机电有机结合动态设计考虑方法研究的主要内容，伺服系统的调节方法。（5）教学难点与处理方法

教学难点：伺服系统的调节方法。

在条件允许的情况下，利用自动控制系统仿真分析设计软件进一步分析和学习伺服系统的调节方法、调节程序步骤等机电有机结合动态设计方法的知识要点。

第三部分

教学实施细则

依据本课程教学的性质和教学目的，学生按本课程教学内容重点掌握和了解各章节或各教学环节的教学目的和要求，是本课程教学的基本任务，也是最终考查（考试）的基本范围和知识要点，可作为知识掌握和复习的基本内容和要求。由此制定出本课程的教学实施细则。

一、课堂教学方法

以各章节教学内容，教学重点和难点为依据，以每次课堂教学为基本教学单元，采取学生教师互动的教学方式，相互尊重的人性化管理加强课堂纪律的整理等教学模式；在多媒体教学手段应用的基础上，充分发挥传统教学方法（板书教学与互动）的特点，引用互动提问式教学，突出教学重点，图文并茂，尽可能让每一位学生更好地认知教学过程中应掌握和了解各章节的重点知识内容和难点。主要教学方法和手段如下：

1.1教学前的准备

认真熟悉地理解和掌握本专业学生的培养目标，教学计划与课程体系，基础课、专业基础课、专业课、选修课以及实践教学内容等之间的相互关系和联系。

1.2理论教学前应准备的教辅资料

在认真理解和掌握本课程教学理论研究和应用研究的相关领域和发展方向的基础上，消化熟悉所选用教材明确的知识体系和结构、重点内容和要点，参阅相关参考教材和著作，依据本课程教学规范中教学大纲的要求，在实施理论教学前，应完成准备的教辅资料主要有：课程教学教案，课程教学讲义，多媒体CAI课件，以及必要的习题（课内、外）等。

1.3课堂教学过程与方法

以各章节教学内容，教学重点和难点为依据，以每次课堂教学为基本教学单元实施理论教学。在教学过程中，应重点注重以下几方面教学手段的实施。

·在教学硬件设施许可的条件下，尽量应用多媒体教学方法与传统板书教学方法相结合，再结合主讲教师的教学特点，进行理论教学。在本课程教学过程中，引用多媒体教学手段，具有信息量大，直观性强的特点；应用传统板书教学方法具有逻辑性强，易于与学生进行互动教学，同时也可了解和掌握学生对知识要点、重点、难点的掌握程度。

·教师应严于师表，语言行动规范，尊重学生，平易近人。在上课前互动致敬整顿课堂纪律是每次课教学的第一手法；在每一课堂教学中，主讲教师应直立、面向学生进行教学，严而不俗，互动教学，随时注意学生的听课情况和反映，尽可能保持课堂教学进程的完成和课堂纪律；下课休息时间，尽量接近学生，与之交谈了解学生对本门课程知识的认识和获得的教学效果，尽量针对学生的实际情况，灵活完善教学方法，使之能尽可能多的掌握本门课程的基本知识要点。

1.4课外辅助教学方法

课外辅助教学主要包括课外作业、课外辅导，在条件具备的情况下，可带学生参观机电一体化系统或者产品，进行一定的现场讲解。教师必须认真修改课外作业，并做必要的批示和有完整的记录，教师最好全部修改课外作业；教师必须按规定时间按时进行课外辅导，并可根据学生的实际情况，适当拓宽大疑问题的范畴。

二、实现教学目标的措施和办法

为了落实教学目标的实现，有效管理和监控教学进程与教学质量，提高教学效果和总结教学经验，进一步改进教学方法，在教学实施过程中，主要采取如下措施和方法实现教学目标。

2.1 课堂教学与监控

每次课程教学前整顿课堂纪律，随机考勤与课堂提问相结合，监控教学进程与教学效果，考勤与提问考核结果作为学生平时成绩的组成部分。

2.2 课外作业

2.2.1 主要目的

布置课外习题作业应达到的主要目的是使学生在认真复习所学各章节的基础上，通过完成课外习题作业的方式，进一步掌握和巩固各章节的基本知识要点和重点内容，并初步具备灵活应用所学知识（基本原理、方法、概念和观念），解决相应的技术问题的手段或方法。2.2.2 各章节课外习题布置的要点和题量（1）第一章课外习题要点

复习巩固机电一体化涵义、目的、特征、基本组成要素及可实现哪些功能；工业三大要素和机电一体化三大效果（要素）的内涵；电一体化系统设计的设计思想、方法；开发性设计、变异性设计、适应性设计之间的关系与异同。

题量4~5题为宜。（2）第二章课外习题要点

复习巩固机电一体化系统中传动机构的作用；对传动元件的基本要求；滚珠丝杠副的主要构成元件、传动特点以及支承方式（特点）；齿轮传动系统传动比的分配原则。

题量4~5题为宜。（3）第三章课外习题要点

复习巩固掌握机电一体化系统中对执行元件的分类与特点；机电一体化系统对执行元件的基本要求；步进电机具有哪些特点与环形分配方式、功率放大器电路种类以及工作原理、细分电路的特点、细分方式。

题量4~5题为宜。

（4）第四章课外习题要点

复习巩固掌握机电一体化微机控制系统设计中，微机选择应满足的基本条件；提高微机控制系统抗干扰能力的主要方法和手段；光电耦合器的光电隔离原理；常用传感器的种类及其基本特性。题量4~5题为宜。（5）第五章课外习题要点

复习巩固掌握典型机械系统的动态特性和常用的线性变换机构的特点与应用。题量2~3题为宜。

（6）第六章课外习题要点

复习巩固掌握机电一体化系统的稳态设计方法和动态设计方法，以及在设计中应该掌握的基本要点和提高稳态/动态精度的手段。

题量2~3题为宜。

2.3 辅导答疑

合理安排辅导答疑时间，并对学生提问与答疑交谈的结果，做一定的纪律，并将提问和认知情况作为平时成绩参考的依据。

2.4近距离与学生交谈

充分利用课余时间和平时时间，近可能地与学生交谈和谈心，掌握学生对本门课程的认识和知识掌握的情况，使学生能认识到学好本门课程是教师和学生共同努力的结果。2.5 考核环节

《机电一体化系统设计》课程属大学四年学习的专业综合性课程，综合性和实用性较强，考核的重点在机电一体化系统设计的基本要求，设计思想、观念、思路与方法等范围。

2.5.1 考核形式与成绩构成

《机电一体化系统设计》课程以闭卷考试（卷面成绩）为主（85%），平时成绩（含作业成绩、上课考核情况等）为辅（15%）。

3.3.2 闭卷考试的主要内容或范围

第一章：机电一体化（技术）的内涵、定义或解释，研究的主要目的和发展历史和方向；机电一体化系统设计研究的主要方向和应用特点；机电一体化系统设计的基本要素，以及与工业设计基本要素之间的关系；主要构成和功能特征；各基本要素相互联系的核心技术问题——接口技术；机电一体化系统设计方法：一般原则（在充分发挥机电一体化的三大效能省能源、省资源、智能化，提高系统的附加价值的基础上，实现机电系统（产品）的自动化操作，即机电互补法、机电结合（融合）法、机电组合法）；机电一体化系统（产品）设计的类型：开发性设计、适应性设计、变异性设计；

第二章：机电一体化系统机械部分设计或选择的特点，目的，基本功能和基本要求；丝杠螺母机构的基本形式；滚珠丝杠传动部件及其要求；齿轮传动部件及其要求；导轨副的组成、主要类型及其应满足的要求；常见导轨副组合与间隙调整、特点；提高导轨副耐磨性的措施；滚动导轨副的类型与选择（直线运动导轨副）。

第三章：执行元件的主要类型和特点；机电一体化系统（产品）对执行元件的基本要求；常用控制电机类型与主要特点；机电一体化系统对伺服控制电动机的基本要求；典型伺服控制电动机的主要特点和选用原则；步进电机与驱动技术：步进电动机的运行特性与主要性能指标，步进电机的驱动与控制（驱动电路、变频控制信号、环形脉冲分配器、功率放大器、细分驱动电路、典型细分驱动电路）。第四章：微机控制系统的定义；了解常用控制计算机的类型、抉择和权衡方法；PLC的基本工作原理与基本构成；PLC的编程特点与执行过程；输入/输出接口控制信号的可靠性设计基本要求；提高输入/输出电路与接口可靠性的主要方法。

第五章：机械系统的主功能和基本特性要求，变换机构及其运动变换分析；机械系统的机构静力学特性研究的主要问题和机构动力学特性研究的主要问题；机械系统中传感器的主功能、传感器的分类、动电式变换传感器的特性和压电式变换传感器的特性；传感器检测系统的整体特性与要求；电气式执行元件系统的主功能和系统组成；电磁变换执行元件的特性分析；具有反馈环节驱动电路电磁变换执行元件的动态特性分析；步进电动机的特性分析。

第六章：机电有机结合的稳态设计考虑方法研究的主要内容和检测传感装置、信号转换接口电路、放大电路、电源的匹配选择与设计；机电有机结合的动态设计考虑方法研究的主要内容，伺服系统的调节方法。了解机械结构弹性变形对系统的影响和减少影响可采用的措施，动态设计考虑方法的主要设计程序及要求。

3.3.3 考试试卷题型及题量的组成原则（1）客观题

以填空和单项选择题为主。建议一空和一项选择为1分，总计最多不超过30分。（2）简答题和简述题

以基本概念、基本定义、基本原理、基本方法和特点为主。建议6~8题为宜，每题6~8分。总计在40分~50分之间。

（3）思考题或叙述题

以基本原理和方法的应用、特点分析为主。建议2~3题为宜，每题8~12分。总计在20分~30分之间。

二00六年十一月

第三篇：数控技术课程大纲

数控技术大纲

1.数控机床的程序编制：给一个铣削加工零件，按你所熟悉的编程格式编写数控加工程序。数控编程包括哪两大部分，什么叫基点，节点。G指令的特点。数控机床中工件坐标系、机床坐标系的定义。G40、G41、G42、G43、G44的含义。程序编制误差由哪三部分组成。

2.按逐点比较法插补直线或圆弧，计算插补结果，画出插补轨迹图。

3.逐点比较法插补的四个节拍是什么？

4.进给伺服系统的定义，及开环、闭环、半闭环系统的构成及特点；步进电机功放电路的特点及工作原理（步进电机高低压切换驱动电路的工作原理）；步进电机的驱动原理及传动计算，步进电机的步距角的计算，如何确定脉冲当量、步进电机的最高工作频率；直流伺服电机PWM（脉冲宽度调制）调速工作原理。

5.位置检测元件的分类、作用及重要作用。光栅的测量原理。

6.C刀补中，用图表示直线与直线各种转接形式；

7.数控机床的机械结构，及间隙调整方法。

第四篇：数控技术

机床数控系统（机床）的基本组成：输入输出装置，数控装置，伺服驱动（+反馈装置，辅助装置及机床本体）数控机床分类：按加工工艺方法分：普通数控机床，加工中心。按伺服驱动特点分：开环控制数控机床，半闭环，闭环。按加工轨迹分：点位控制数控机床，直线，轮廓。数控机床的特点：加工精度高，机床柔性强，自动化程度高，生产率高，经济效益高，利于管理。数控机床机械结构特点：1结构简单，操作方便，自动化程度高2广泛采用高效，无间隙传动装置和新技术新产品3具有适应无人化，柔性化加工的特殊部件4对机械结构，零部件的要求高。数控机床对机械结构的基本要求1具有较高的静动刚度和良好的抗振性2具有良好的热稳定性3具有较高的运动精度与良好的低速稳定性4具有良好的操作安全防护性能。提高数控机床性能的措施1合理选择数控机床的总体布局2提高结构件的刚度3提高机床抗振性4改善机床的热变形5保证运动的精度和稳定性。数控机床常用布局形式：平床身，斜床身，立式床身（大型的）。主传动系统的基本要求：1主轴一般都要求能自动实现无级变速2主轴系统必须具有足够高的转速和足够大的功率3主传动系统应简化结构，减少传动件4在加工中心上，必须具有安装刀具和刀具交换所需的自动夹紧装置，以及主轴定向准停装置5主轴还需要安装位置检测装置。主传动的无级变速三种方法：1采用交流主轴驱动系统实现无级变速运动2在经济型，普及型数控机床上采用变频带变频电动机或普通交流电动机实现无级变速3在高速加工机床上，采用主轴和电动机一体化的新颖功能部件-电主轴。主轴的联接形式：1用辅助机械变速机联接2定传动比的联接3采用电主轴。数控机床对进给传动系统的基本要求：1提高传动部件的刚度2减小传动部件的惯量3减小传动部件的间隙4减小系统的摩擦阻力。数控机床进给传动系统的基本形式：1滚珠丝杠螺母副2静压丝杠螺母副3静压蜗杆蜗条幅和齿轮齿条幅4直线电动机直接驱动。数控机床对导轨的基本要求：1导向精度高2精度保持性好3足够的刚度4良好的摩擦特性。数控机床的种类与特点：1滑动导轨：结构简单，制造方便，刚度高，抗震性好2滚动导轨：灵敏度高，定位精度高，摩擦小，寿命长3静压导轨：无摩损，精度保持性好，承载大，刚度好，抗震性好。步进电动机的优缺点：结构简单，控制容易，维修方便，负载大，速度高的情况下易失步。交流逆变：交流伺服，交流主轴，变频器的共性关键技术。为进交电机的调速，需改变电机的电压与频率，这个改变电压与频率的装置叫逆变器。

三相异步电动机的固有特性：异步电动机在额定电压和额定功率下，按规定的接线方式接线，定转子电路外接电阻和电抗为零时的转速和电磁转矩的关系。常用人为机械特性：降低定子电压，转子电路串接电阻，改变定子电源频率，改变极对数。异步电动机的起动方法：直接启动，降压启动，绕先行电动机转子串电阻启动。异步电动机的制动方法：能耗制动，反接制动（转子反转，定子两相反接，发电反馈制动），回馈制动。控制电器：中间继电器，时间继电器（空气阻尼式，晶体管式）。保护电器：热继电器，熔断器，低压断路器。电器保护环节：过载保护，短路保护（熔断器，自动开关），零压与欠压保护，过流保护。PLC的工作方式：输入采样阶段，程序执行阶段，输出刷新阶段。步进电机的运行特性及影响因素：矩角特性：反映步进电动机电磁转矩随转角的关系。单步运行特性：加一个控制脉冲改变一次通电状态。步进电动机的主要性能指标：步距角：每给一个电脉冲信号，电动机转子所应转过角度的理论值。转矩：（保持转矩）绕组不通电时电磁转矩的最大值或转角不超过一定值时的转矩值。直流伺服电动机的基本类型：普通电枢，盘形电枢，空心杯电枢，无槽电枢，直流伺服齿轮减速电动机，直流力矩电动机。环形分配器：根据指令脉冲信号按一定的逻辑关系加到放大器上，使各相绕组安一定的顺序和时间导通和关断，并根据指令使电动机正转或反转，实现确定的运行方式。（由励磁绕组数和工作方式决定）

第五篇：数控技术

数控车床的种类，生产厂家及最新的发展趋势

数控车床的种类

 按工艺用途分类

金属切削类数控机床，包括数控车床，数控钻床，数控铣床，数控磨床，数控镗床发及加工中心。这些机床都有适用于单件、小批量和多品种和零件加工，具有很好的加工尺寸的一致性、很高的生产率和自动化程度，以及很高的设备柔性。

金属成型类数控机床；这类机床包括数控折弯机，数控组合冲床、数控弯管机、数控回转头压力机等。

数控特种加工机床；这类机床包括数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、数控火焰切割机、数控激光切割机床、专用组合机床等。

其他类型的数控设备；非加工设备采用数控技术，如自动装配机、多坐标测量机、自动绘图机和工业机器人等。 按运动方式分类

点位控制；点位控制数控机床的特点是机床的运动部件只能够实现从一个位置到另一个位置的精确运动，在运动和定位过程中不进行任何加工工序。如数控钻床、数按坐标镗床、数控焊机和数控弯管机等。

直线控制；点位直线控制的特点是机床的运动部件不仅要实现一个坐标位置到另一个位置的精确移动和定位，而且能实现平行于坐标轴的直线进给运动或控制两个坐标轴实现斜线进给运动。

轮廓控制；轮廓控制数控机床的特点是机床的运动部件能够实现两个坐标轴同时进行联动控制。它不仅要求控制机床运动部件的起点与终点坐标位置，而且要求控制整个加工过程每一点的速度和位移量，即要求控制运动轨迹，将零件加工成在平面内的直线、曲线或在空间的曲面。 按控制方式分类

开环控制；即不带位置反馈装置的控制方式。

半闭环控制；指在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转角间接地检测出运动部件的位移反馈给数控装置的比较器，与输入的指令进行比较，用差值控制运动部件。

闭环控制；是在机床的最终的运动部件的相应位置直接直线或回转式检测装置，将直接测量到的位移或角位移值反馈到数控装置的比较器中与输入指令移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。 按数控制机床的性能分类

经济型数控机床； 中档数控机床； 高档数控机床；

 按所用数控装置的构成方式分类

硬线数控系统； 软线数控系统；

生产厂家

江苏省盐城浩大数控机床有限公司 公司描述： 公司主营产品：各种数控机床;+ 查看产品信息+ 联系方式+ 公司介绍 上海乐佳数控机床有限公司 公司描述：

公司主营产品：数控机床;数控冲模;冲模;剪板机;折弯机;数控模具;刀模;各种模具;各种普通机床;隆盛精机（泉州）有限公司业务部

公司描述： 我司为为台湾技术在国内合作专业生产数控机床企业，专业销售各种型号龙门数控加工中心，光机与整机。VB2000mm-公司主营产品：提供台湾技术服务;龙门加工中心;柳州市志海商贸有限责任公司

公司描述： 我公司成立于202_年，生产产品有水玻璃（硅酸钠）系列产品、各种汽车冲压配件，并提供相关的服务，拥有进出口能力，公司主营产品：水玻璃;冲压配件;日本进口汽车;巴西印度铁矿砂;国产锰矿;各种配件加工;橡胶支座;异型钢伸缩缝;膨润土;橡胶制品加工;塑料制品加工;汽车配件加工;矿产品进出口;集成数控有限公司

公司描述： 本司建于95年，主要生产各型号线切割，火花机，小孔机，铣床VA系列等10多种产品，技术精湛，设备齐全，质量第一，公司主营产品：各型线切割;火花机;杭州中通实业贸易有限公司

公司描述： 浙江省杭州市中通贸易有限公司是一家以销售数控机床为主,并销售各种刀具,零件制造以一体的企业.欢迎新老客户来洽谈联

公司主营产品：各种金属材料;扬州倍特司数控机床有限公司丹阳办事处

公司描述： 本公司是集服务经营培训为一体的科技商贸企业，主要经营销售国内外名优品牌各类数控机床及普通机床．并为客户提供技术服

公司主营产品：普通车床;江苏昆山迅崴盛机械设备有限公司

公司描述： 我司为台湾乔崴进驻大陆办事处，专业销售各种型号龙门数控加工中心。VB2000mm-4000mmVF2000mm 公司主营产品：提供台湾技术服务;龙门加工中心;吉林市中工机械设备有限公司

公司描述： 吉林市中工机械设备有限公司是根据市场的需要，按“公司法”规定，由自然人投资组建的有限公司。是中国机械工业供销协会

公司主营产品：车床;铣床;磨床;钻床;冲床;刨床;镗床;各种普通机床;富煌机械制品有限公司

公司描述： 我司是一家专业生产精密机械配件的企业，产品各类精密筒夹、弹性夹头、非标夹头、夹具、各种规格油压生爪、强力爪、自动

公司主营产品：夹头;生爪;刀具;桌上车床;自动车床;CNC数控车床加工;刀粒;刀杆;加工中心;跳动仪;非标夹头;标准夹头;车床加工;线切割加工;各种五金加工;塞规;自动车床配件;数控车床附件;非标机械制造;南京信亿机械设备有限责任公司

公司描述： 南京信亿机械设备有限责任公司位于南京市繁华市中心-广州路科技大厦，主要从事机械成套设备的咨询和销售，为国内外各大

公司主营产品：各种普通机床;电机专用设备;锻压设备;冲剪设备;铸造设备;热处理设备;表面处理设备;机床附件;机床配件;工具;量刃具;

数控技术的最新发现趋势：

数控技术的发展使传统的制造业产生了根本性的变革。本文从高速度、高精度、智能 化、可靠性等几个方面对数控技术的发展做了多方面阐述，数控技术的发展趋势以及对我国 制造业在的数控技术的方面的发展方向作了多角度的分析。

进入九十年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的发展，数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着下述方向发展

l运行高速化 l加工高精化 l功能复合化 l控制智能化 l体系开放化 l驱动并联化 l交互网络化

1、行高速化、加工高精化

速度和精度是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术永恒追求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。

q运行高速化：使进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加（减）速率。

§进给率高速化：

在分辨率为1mm时，Fmax=240m/min。在Fmax下可获得复杂型面的精确加工；

在程序段长度为1mm时，Fmax=30m/min，并且具有1.5g的加减速率； §主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。

主轴最高转速达200000r/min。

主轴转速的最高加（减）速为1.0g，即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。§换刀速度 0.9秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）

§工作台（托盘）交换速度

6.3秒

q加工高精化：提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。

§提高CNC系统控制精度：

采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装上106 脉冲/转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到0.01mm/脉冲）；

位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。§采用误差补偿技术：

采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术;设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60％～80％。三井精机的JidicH5D型超精密卧式加工中心的定位精度为±0.1mm。

由于计算机技术的不断进步，促进了数控技术水平的提高，数控装置、进给伺服驱动装置和主轴伺服驱动装置的性能也随之提高，使得现代的数控设备在新的技术水平下，可同时具备运行高速化、加工高精化的性能。

2、能复合化

复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。

§镗铣钻复合—加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主轴立卧转换）； §车铣复合—车削中心（ATC，动力刀头）；

§铣镗钻车复合—复合加工中心（ATC，可自动装卸车刀架）； §铣镗钻磨复合—复合加工中心（ATC，动力磨头）； §可更换主轴箱的数控机床—组合加工中心

3、控制智能化

随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面：

§加工过程自适应控制技术

通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性状态；并根据这些状态实时修调加工参数（主轴转速，进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。Mitsubishi Electric 公司的用于数控电火花成型机床的“Miracle Fuzzy” 基于模糊逻辑的自适应控制器，可自动控制和优化加工参数；

日本牧野在电火花NC系统Makino_Mce20中，用专家系统代替人进行加工过程监控。

以色列的外置式力自适应控制器

意大利Mandelli公司数控系统的可编程功率自适应控制功能。

国内清华和我校的自适应控制技术的研究已取得成果。正在进行商品化开发。

加工参数的智能优化与选择

将工艺专家或技工的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间的目的。采用经过优化的加工参数编制的加工程序，可使加工系统始终处于较合理和较经济的工作状态

目前已开发出带自学习功能的神经网络电火花加工专家系统。日本大隈公司的7000系列数控系统带有人工智能式自动编程功能。国内清华和我校在加工参数的智能优化与选择及CAPP方面的研究也取得了一些成果。但有待进行实用化开发。

智能故障诊断与自修复技术

智能故障诊断技术：根据已有的故障信息，应用现代智能方法（AI、ES、ANN等），实现故障快速准确定位的技术。

智能故障自修复技术：指能根据诊断确定故障原因和部位，以自动排除故障或指导故障的排除技术。智能自修复技术集故障自诊断、故障自排除、自恢复、自调节于一体，并贯穿于加工过程的整个生命周期。

智能故障诊断技术在有些日本、美国公司生产的数控系统中已有应用，基本上都是应用专家系统实现的。

智能化自修复技术还在研究之中。智能4M数控系统

在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、机器操作(Manipulator)四者（即4M）融合在一个系统中，实现信息共享，促进测量、建模、加工、装夹、操作一体化的4M智能系统

4、体系开放化

定义（IEEE）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。

§开放式数控系统特点：

系统构件（软件和硬件）具有标准化(Standardization)与多样化(Diversification)和互换性(Interchangeability)的特征

允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统“积木式”的集成。构造应该是可移植的和透明的；

§开放体系结构CNC的优点

向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期；

标准化的人机界面：标准化的编程语言，方便用户使用，降低了和操作效率直接有关的劳动消耗；

向用户特殊要求开放：更新产品、扩充能力、提供可供选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求，给用户提供一个方法，从低级控制器开始，逐步提高，直到达到所要求的性能为止。另外用户自身的技术诀窍能方便地融入，创造出自己的名牌产品；

可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成本，增强市场供应能力和竞争能力。

§开放式数控装置的概念结构 §国内外开放式数控系统的研究进展

美国：NGC(The Next Generation Work-station/Machine Controller)和OMAC(Open Modular Architecture Controller)计划

欧共体：OSACA（Open System Architecture for Control within Automation Systems)计划

日本：OSEC(Open System Environment for Controller)计划 华中I型——基于IPC的CNC开放体系结构

航天I型CNC系统——基于PC的多机CNC开放体系结构

5、驱动并联化

i.并联加工中心（又称6条腿数控机床、虚轴机床）是数控机床在结构上取得的重大突破。

ii.特点 1.并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相结合的产物；

2.由于它没有传统机床所必需的床身、立柱、导轨等制约机床性能提高的结构，3.具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。

鉴于并联机床具有许多传统机床所无法比拟的卓越性能，它作为一种新型的加工设备，已成为当前机床技术的一个重要研究方向。近年来，受到了国际机床行业的高度重视。在近几年的国际知名机床博览会上，一些世界著名的机床厂商都展出了他们研制的并联机床，得到了行家们的高度评价，被认为是“自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”，“21世纪新一代数控加工设备”。

6、网络化

支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备集成要求的数控系统，该系统是形成“全球制造”的基础单元。

§网络资源共享。

§数控机床的远程（网络）监视、控制。

§数控机床的远程（网络）培训与教学（网络数控）

§数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程（网络）诊断、远程维护、电子商务等）。