求机电一体化课程设计（精选8篇）
求机电一体化课程设计 篇1
04机电一体化《机械设计基础》课程设计计划
一、设计时间
2005.12.15——2005.12.30，共二周。
二、设计地点
本班教室。
三、设计目的1、学生运用所学的机械设计课程的理论，以及有关先修课程的知识，进行一次较为全面的综合的设计练习，培养学生机械设计的技能，并加深对所学知识的理解。
2、通过课程设计这一环节，使学生掌握一般传动装置的设计方法、设计步骤，为后续专业课程及毕业设计打好基础、做好准备。
3、通过这一环节的教学，使学生具有运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料的能力，学会编写设计计算说明书，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。
四、设计的内容
1、定传动装置的传动方案。
2、电动机的选择。
3、传动装置的运动参数和动力参数的计算。
4、传动件及轴的设计计算。
5、轴承、键的选择和校核计算及减速器润滑和密封的选择。
6、减速器的结构及附件设计。
7、绘制减速器装配图、零件图。
8、编写设计计算说明书、准备答辩。
五、设计要求
1、课程设计前，学生应认真阅读任务书，了解设计题目及设计内容，搞清所设计的传动装置中包含哪些机构及传动路线。
2、认真阅读课程设计指导书有关总体设计及传动件设计计算斩章节，开始设计计算。
3、要树立正确的设计思想：机械设计过程本身就是一个反复推敲、反复修正的过程。故学生在整个设计过程中力求培养自己认真、踏实、一丝不苟的工作作风，认真对待每一个设计细节，要经得起反复的修正，不能敷衍塞责，必须树立优质、保量、按时完成任务的思想。
4、要有意识地复习先修课程中的有关知识，认真阅读各种有关资料，充分发挥自己的主观能动性和创造性，只有这样才能达到培养综合设计技能的要求。
机电系2005年9月29日2
求机电一体化课程设计 篇2
一机电一体化技术与其他技术的区别
1.机电一体化技术与传统机电技术的区别
传统机电技术的操作控制主要通过具有电磁特性的各种电器来实现, 如继电器、接触器等, 在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系;机械本体和电气驱动界限分明, 整个装置是刚性的, 不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心, 在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响, 整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。
2.机电一体化技术与并行工程的区别
机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段就有机地结合在一起, 十分注意机械和其他部件之间的相互作用。而并行工程将上述各种技术尽量在各自范围内齐头并进, 只在不同技术内部进行设计制造, 最后通过简单叠加完成整体装置。
3.机电一体化技术与自动控制技术的区别
自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一体化技术将自动控制原理及方法作为重要支撑技术, 将自控部件作为重要控制部件应用自控原理和方法, 对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。
4.机电一体化技术与计算机应用技术的区别
机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用, 目的是提高和改善系统性能。计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中的一部分, 它还可以在办公、管理及图像处理等方面得到广泛应用。
二教学方法
改以教师为主体的知识灌输型为以学生为主体的素质能力培养型教育。教学方法采用启发式、直观式、讨论式、发现式等多种教学手段的有机结合, 充分发挥学生学习的主体性和自主性, 培养学生的自主意识和合作精神, 鼓励学生独立思考, 激发学生的主动性和学习的兴趣。具体的教学方法包括:问题教学法、实物引导法、过程教学法、实验教学法、案例教学法等。一是问题教学法, 即围绕重点、难点问题集中讨论和分析, 力争做到重点、难点问题当堂解决。二是实物引导法, 即课堂上, 教师发放凭证、账簿、报表等实物, 让学生通过观察真实的凭证、账簿、报表等, 培养学生的感性认识, 缩短书本与现实之间的“距离”。三是过程教学法, 即借助于多媒体教学手段, 将处理的程序进行过程演示或通过模拟实验室电子流程板循序渐进地进行讲解, 使学生形成系统的知识体系。四是实验教学法, 即在实验室让每一位同学进行实际手工和上机操作, 熟悉各岗位的手工操作, 培养学生的实际动手能力, 实现学生“零距离”上岗。五是案例教学法, 改变传统的课堂讲授教学方法, 选用或自行设计相关案例, 由教师组织学生参与, 在分析案例的过程中开展教学活动, 促进学生相互讨论和交流的教学方式。案例教学法能极大地激发学生学习的兴趣和主动性。
整个课程的组织是以多项目为导向, 每个项目分成基于工作过程的不同任务来完成。项目的设计遵从学习认识规律和职业成长规律, 从简单到复杂、从单一技能训练到综合技能训练。项目的设计也遵从学生的个性差异, 设计具有难度梯度的项目, 适应不同基础的学生完成, 即使难度最低的项目也能满足课程大纲要求。在每个项目类中, 有一个案例教学项目, 另外的三个项目难度递减, 学生根据自身的情况选择完成。最终达到学生的PLC应用技术由生手变为熟手, 职业素养得到较大的提升。
企业项目不是一成不变的, 是根据企业目前生产实际情况, 决定学生完成什么样的企业项目。另外企业项目的时间安排也要随着企业生产情况进行调整。课程以项目为主线, 基于工作过程的任务驱动进行项目的实施, 体现“做、学、导”的过程。项目布置后, 先由学生自己思考、自己尝试, 体现学生的“自主探究”, 也就是学生“做”的过程;当在完成项目中遇到困难和问题时, 小组学生相互讨论, 老师参与但不指导;当小组内无法解决时, 组与组之间进行讨论, 体现学生的“合作探究”, 也是“学”的过程;当仍然解决不了问题时, 老师加以启发引导, 学生重新思考解决方案;若还是无法解决, 教师则进行案例 (案例所用项目与学生完成项目不同) 教学, 针对学生出现的问题作为教学重点, 尤其特别注重教授学生分析问题、解决问题的方法和新的知识点, 然后学生结合讲解, 再次完成自己的项目, 这个过程体现了“协助探究”, 也是“导”的过程。教师在整个教学过程中只是起到引导、启发作用, 只教授学生各种方法, 但不替学生完成任务的任何部分, 让学生“不等”、“不靠”, 自己想方设法完成自己的任务。充分体现了学生的自主学习、探究性学习。另外, 每次课的开始, 同学之间相互交流上一次课完成项目中遇到的问题以及解决问题的方法, 针对好的方法和思路, 教师加以点评, 供其他同学借鉴。这样不仅使学生的专业知识得到巩固, 更重要的是系统地提升了学生的专业技能, 掌握了应对未来工作岗位上需完成项目或工作任务的方法。另外, 课程中采用多项目, 难度逐渐递进, 这样可以使学生的技能和完成项目的方法得到反复训练, 达到不断巩固的程度。
三教学成果
1.课程改革推动实训基地建设, 产学研成果使教学效果不断提高。为了满足该专业和课程的改革需要, 学校组建了机械电子学生实训培训基地, 为了使机电一体化课程能够在真实环境下实现工学交替和顶岗实习, 学校引入校外真实企业和真实产品, 以此项改革带动下的“校企合作, 实现工程实训基地运行机制创新的探索与实践成果, 优越的实践环境使教学效果不断提高, 该课程学完后学生基本达到了两个职业资格标准。
求机电一体化课程设计 篇3
关键词：机电一体化系统设计；教学改革；教学效果
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）11-0029-02
“机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的，涉及机械学、电子学和信息科学的新兴交叉学科[1]。作为机械类专业的一门重要课程，《机电一体化系统设计》对培养学生的创新能力和机电产品设计能力具有重要作用[2]。由于综合了多门学科，该课程所涉及的知识点量多面广，而且有些内容学生在相关的课程中接触过，如果在教学过程中不加注意，容易使本门课程变成“炒剩饭”，影响学生的学习兴趣和教学效果。本文针对课程学习中存在的问题，结合作者多年的教学经验，从教学内容、教学方式两个方面提出了改革措施。
一、课程存在问题
《机电一体化系统设计》的教学内容各部分内容差别很大，连续性差，教师在讲授过程中，必须将各个章节的内容有机联系起来；此外，各部分内容又相对独立，若讲授时一视同仁，不分主次，往往给学生造成是在重温旧知识的感觉，甚至搞不懂学习这门课程的真正目的是什么[3]。《机电一体化系统设计》的主要任务是使学生树立正确的系统设计思想，培养理论联系实际、调查研究、刻意创新的能力，使学生掌握机电有机结合的理论、机电一体化系统设计的基本规律及基本方法，具备机电一体化产品的设计能力。仅靠传统的课堂授课是无法实现这个任务目标的，必须从教学内容和教学方式上作出改革。
二、教学内容改革
1.以系统设计思想为主线。机电一体化的目的是提高产品或系统的附加价值，即多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源，并使产品结构向轻、薄、短、小化方向发展，从而不断满足人们生活的多样化和生产的省力化、自动化需求。因此，机电一体化的研究方法不能只是简单拼凑，应该从系统设计方案开始到各元部件选择到系统最终成形的全过程都要贯彻系统设计的思想。首先是从整体角度及可行性方面对系统进行多种整体方案设计；然后对其机械机构、执行元件、微机控制系统、检测传感装置等组成部分及相关接口进行细节设计；最后对系统性价比进行衡量，得出优化设计方案，选择原则是在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。以上三个环节相互影响，一般在绪论里讲第一个环节，在此环节让学生了解一个典型的机电一体化系统或产品整体上的五大功能构成和五大功能要素，在进行系统整体方案设计时可能有多种选择，需要结合系统的功能要求、技术指标和成本控制多方面因素进行综合评价，优化出最佳的方案。以设计精密数控机床为例，从总体上对其五大功能和功能要素进行分解，分解的结果可以用功能矩阵来表示[4]，最终设计方案的选择取决于能否提高产品或系统的附加价值。第二个环节分别讲述构成机电一体化的功能要素，尽管每一功能要素在内容上相对独立，但它们作为机电一体化系统或产品组成部分，通过广义接口联系在一起，彼此相互影响，学生只有认识了这一点，才能从总体上把握机电一体化的系统设计思想。还以设计精密数控机床为例，为了达到高精度，可以选用精密机械，但这势必造成系统成本的增加，而且，成本有可能随着精度要求的提高成几何倍数增加。另一个可行的方法是采用软件补偿来提高精度，但这会对微机控制系统和传感检测系统提出新的要求。第三个环节是对系统性能的综合评价，评价的结果不符合要求时还有可能需要对整体方案或各个功能要素重新选择，直至满足要求为止。在课程讲述过程中，仅仅介绍系统设计思想，既抽象又枯燥，若能结合实际案例，学生就会在潜移默化中逐渐领略机电一体化系统设计方法的精髓。一般教材在后面的章节中都会给出很多的案例，建议这些案例不要都放在最后讲，找出一个或几个典型案例，在讲授每一部分内容时都结合该案例，并将系统设计方法融于其中，既利于学生对知识的掌握，又能起到举一反三的作用，便于学生分析和设计其他的机电一体化产品。
2.以理论联系实际为导向。高等学校培养的是具有创新能力的高级应用型人才，即具有较高的综合素质，宽厚扎实的专业理论，并能将理论应用于解决实际问题，且有创新实践能力的高级专门人才。机电一体化系统设计综合性较高，知识点量多面广，并且内容抽象，学生很难在有限的课时内完全掌握；而对于从事该门课程教学的教师来讲，不能只注重理论知识的讲解，要以理论联系实际为导向。为此，课前要做大量的准备，广泛积累素材以丰富课堂教学效果，将抽象的道理通俗化、形象化，加深学生的印象。如有时教材上只介绍某些元部件的工作原理，学生即使明白其工作原理了，但对其长什么样却知之甚少，更谈不上怎么用了。可以利用网络平台下载很多产品样本，产品样本主要是推销产品用，一般会详细介绍产品的外形和应用，将教材和样本二者结合在一起讲述，无形中就将理论和实际联系在一起了。此外，还可以在授课过程中加强演示验证内容，俗话说百闻不如一见，有的知识应用性较强，理论比较抽象，很难通过讲的方式让学生掌握，但通过实验或者观看视频等，立刻就拨开云雾见晴天了。如在讲光电编码器时提到，光电编码器的输出信号可以经过2倍频或4倍频以提高检测分辨率，用语言描述时学生不容易理解，把光电编码器信号引出来，用示波器一看，一目了然。当然也可以通过《机电一体化系统设计》课程设计，让学生利用所学亲自参与机电一体化产品设计，在设计过程中通过查阅资料、技术调研、设计加工、组装调试等可进一步加强学生理论联系实际的能力。
三、教学方式改革
明确了教学内容，还要通过适当的方式将知识传授给学生。首先要培养学生的学习兴趣，学生对某一学科有兴趣，才会不知疲倦，才会有灵感，才会乐在其中，既能提高学习效果，又能成为创新的动力和源泉。如在讲述第一章绪论时，在引出机电一体化的概念和内涵后，不是把重点放在对概念的进一步解释上，而是以图片或录像的方式列举了大量机电一体化产品实例。这些实例中大部分来自生活或生产实践，学生在观看这些实例的过程中，对这些产品的神奇功能产生了浓厚的兴趣，自然就会产生探个究竟甚至亲自进行设计的愿望。其次，要重视学生的基础知识，如果说兴趣是前进的动力，那么基础知识就是成功的基石，学生要想真正掌握这门技术，必须拥有牢固的基础知识。在讲数控部分内容时，很多同学说参加过数控编程的实习活动，会用G代码编程，当问到编程的几个坐标系时，却没有几个人真正明白，但数控机床的坐标系是编程的基础，是数控加工的参照，如果连参照都不知道在哪儿，怎么能真正掌握数控技术呢？最后，对授课内容要“避轻就重”，机电一体化作为综合学科，包含的内容较多，不同专业培养目标不同，讲课的重点也不应一样，在讲述时要结合专业“避轻就重”。“避轻”就是对学生有一定基础的内容少讲，“就重”就是对学生难以理解、接触较少的内容重点讲。机械类专业的学生机械基础较好，对机构的力传递、运动传递容易掌握，对执行元件的学习基础较弱，但这部分内容在机电一体化系统中有重要的地位，因此要重点讲述。
机电一体化是一门不断发展、高技术密集的新型交叉学科，所涉及的知识量多面广，本文针对课程存在的问题，基于作者的教学实践经历，从教学内容、教学方式提出了改革措施，在教学内容上强调以系统设计方法为主线，以理论联系实际为导向，在教学方式中重视培养学生的学习兴趣和基础知识，对授课的内容不是一刀切，而是避轻就重。通过这些改革措施，取得了较为满意的教学质量和效果。
参考文献：
[1]张建民.机电一体化系统设计[M].北京：高等教育出版社，2007.
[2]赵江铭，杨杰伟，白国长.《机电一体化系统设计》教学改革探讨[J].科技信息，2011，（25）：168.
[3]文振華，尹欣，孙新.机电一体化课程教学探讨[J].管理工程师，2011，（5）.
[4]赵松年，张鹏奇，等.机电一体化机械系统设计[M].北京：机械工业出版社，1996.
机电一体化课程综合实训课程总结 篇4
专业前言
机电一体化专业是一个宽口径专业，适应范围很广，学生在校期间除学习各种机械、电工电子、计算机技术、控制技术、检测传感等理论知识外，还将参加各种技能培训和国家职业资格证书考试，充分体现重视技能培养的特点。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术方向发展，应用范围愈来愈广。
本专业主要面向制造业，培养具备现代化机电设备维修的基础知识与应用能力，能在工业生产第一线从事机电设备维修与维护、机电设备的管理、产品营销及技术服务等方面工作的德、智、体、美等全面发展，具有创业、创新精神和良好职业道德的的高素质技能型人才。掌握机械技术和电气技术的基础理论和专业知识；具备相应实践技能以及较强的实际工作能力，熟练进行机电一体化产品和设备的应用、维护、安装、调试、销售及管理的第一线高等技术应用型人才。
开设的主要课程有：计算机应用基础、电力电子技术、机械制图、机械原理、数控机床与编程、ＣＡＤ／ＣＡＭ技术、自动控制理论数控机床编程与操作、传感器原理与应用、PLC编程与使用、电力拖动与控制、单片机原理与使用等。参观工博会
2010中国国际工业博览会于11月9日-13日在上海新国际博览中心举行。虽说每个展区我都走马观花地观看了一下，但是真正令我感兴趣并认真参观的仅有数控机床与金属加工展和工业自动化展。
首先说一下数控机床与金属加工展。参展的展品主要包括金属切削机床、金属成型机床、特种加工机床。金切机床突显技术优势，高、精、尖、新品云集。齐二机床、秦川机床、武重机床、上海机床、汉川机床、浙江凯达、德国STAMA、远东机械、帝马机械等名企踊跃参展，一批高速度、高精度、智能化、复合化、代表当今世界机床发展潮流的的尖端产品纷纷选择工博会作为全球首发平台。在钣金、激光加工和锻压成形领域，MWCS已经成为行业标杆性盛会。天田、通快、马扎克、MEGAFAB、BAYKAL、罗芬、百超、团结普瑞玛、杨力集团、沃得精 机、亚威、金方圆、捷迈、法利莱、楚天、大族、梁发记、台励福、三菱、村田等企业将展出一大批最新产品和最前沿的技术。
在参观的时候我注意到，虽然说各种数控产品不一样，但是它们的最基本的原理是一样的。既设计出来的零件必须是一笔画，否则零件是无法加工的。而各大厂商的展品，无论大小和复杂程度，在加工时也是遵循着这样的一个规律，而且都需要有肥皂水当作解离液和冷却液使用。我想这些产品的不同之处估计就在所能加工的零件的厚度以及加工出来的产品的精密度。
精密度是数控机床加工的一大特点，但是在参观时我发现效率也是数控机床不可忽略的一个重要方面。在短短的几分钟内，一个海宝形状的铁片便被水刀从钢板上切割下来，我想这对手工加工来说是很难做到的。
当然，由于所学知识的有限，参观时必然会有很多的疑惑。比如当我看到德国的一台大型数控机器在加工的时候就不是按照一笔画的规律，而是有规律的跳动到不同的地方切割，我猜想这也许就是自动化和数控的结合。
另一个比较有趣的展厅便是自动化展区。
一进展区，映入眼帘的便是一台台机器手，机器手娴熟而准确而迅速地搬移着零件。由于机器手的速度过快，很多机器都写着标语：速度过快，严禁触摸！不过在参展的商品中最令我惊愕的还是两个机器手在玩魔方！对于我来说，玩魔方是件痛苦的事，每次都会被绕晕，而机器玩魔方更是让人难以置信。面对被人们拧得复杂的魔方，机器手把它复原，并不是说机器手具有了智能，而是说人赋予了它们智能。纵观整台机器，技术含量还是很高的。不仅需要工程师事先编好程序，还得让机器手“认识”魔方，我想这里边应该会用到传感器技术——通过机器手上的微型探头来获取出现的情况从而控制机器手的操作。实训
在机电一体化专业课程学习期间，参与了本课程的实训内容有：数字电路与电工实训、变频调速实训、PLC编程与实训、传感器实训、数控车床、数控铣床加工零件等。
在实训中，我不仅对传感器、电路、电子技术等方面的知识有了更加深刻的认识，也锻炼了自己的编程能力，而且增强了自己团队合作意识以及遇到问题解决问题的能力。虽然这其中的过程有时不是那么的顺利，经常遇到挫折使我多次 感到气馁，几乎想要放弃，但是最终还是坚持了下来，得到满意的结果。总的来说实训过程是充实的，实训让我对机电一体化技术有了更加深入的了解，实训之中遇到了许多书本上没有的问题，激发了我们运用不同的知识来解决问题的潜能，培养了我们自主学习、运用知识解决问题的能力。特别是在数控车床、数控铣床编组实训中，我们小组同学积极讨论，不断分析研究，各施所长，努力配合，最终加工出了理想、合格的零件，很好地锻炼了我们团队合作的意识。
求机电一体化课程设计 篇5
一、教学中存在的问题
(一)理论教学方面存在的问题
教材和教学内容与先修课程重复率高，各知识点分散。[2]机电一体化技术与系统是许多高校相关专业为高年级本科生开设的一门课程，旨在让高年级学生厘清前三年的各专业课之间的关系，能够以系统的观点和方法去分析和设计机电一体化系统。由于是原专业基础知识的巩固和加深，因此，教材和教学内容包括了之前学过的多门课程，教材大而全，教学内容多而广;此外，该课程现有教材内容一般按照机电一体化大系统的各组成子系统组织设计，即每一子系统对应一章内容，不同章节知识点之间缺少有机联系。虽然知识点可以独立教授，但容易孤立，学生无法深刻理解机电一体化产品的系统性和技术的综合应用性。
(二)实践教学方面存在的问题
机械电子专业由于为我校后增专业，机电一体化技术与系统课程开设时间相应也不长，加之机电设备的复杂性、高造价、台套数不足、使用维护成本高等原因，在实验教学环节开设的多为演示性、验证性实验，学生动手操作调试的机会少。[3]在课程设计环节，则通常纸上谈兵，模仿设计，学生学习积极性主动性不高，更谈不上创新设计。上述原因使得理论教学与实践教学脱节，在教学中出现“理论教学教懂难、实验教学动手难”的问题。针对传统教学体系中存在的问题，结合我校现场工程师的培养目标，机械电子教学团队探索构建了以学生为主体，以项目驱动为主线，通过项目任务引导理论教学和理论教学指导项目实践的互推互动的教学新模式。在剖析某几个典型机电一体化系统(项目)的结构组成、工作原理、设计过程中，串联讲解知识点并在实验环节进行知识点在项目中的具体应用实现，进而将项目实施和理论讲授有机融合，实现一体化教学。教学改革探索的实践表明，在机电一体化技术与系统这门课程的教学上，采用此方法是可行且有效的。
二、以项目驱动为主线的教学新模式应用
以项目驱动为主线，是指以项目为载体、教师为主导、学生为主体，将某一门课程的核心概念和原理，通过一个或多个项目的形式来体现[4]，将课程中分离的知识点转换为在具体项目中应用的相关联的技术支持点，将学生认为枯燥乏味的理论知识转变为生动的、具体的技术实现，有利于学生更加系统地认识和掌握所学习的知识。
(一)项目选择
教学新模式应用中，项目设计或选取尤为重要，其成功与否直接影响教学效果。首先，项目应具有代表性，以体现机电一体化关键技术的典型应用;其次，项目应具有可操作性，即项目的难易程度应适中;最好配套有足够数量的、具体可操作的装备供学生实践操作;再者[5]，项目应具有可拓展性，以培养学生综合应用和创新能力。基于上述考虑，并在我校实验室二期建设经费大力投入的支撑下，分别以PLC和51单片机两大控制核心为基点，提出了“物料自动分拣”、“自动立体仓库”、“桁架机器人”和“自动寻迹小车”四大项目。以“物料自动分拣”项目为例，此项目涉及的知识模块包括：西门子S7-200PLC控制，异步电动机的变频调速，辨识物料颜色、材质的传感检测，触摸屏监控，自动定位控制，光电编码器及气动元件应用等多项技术，均为机电一体化共性重要技术。与此相对应，MPS实验室增配了多台套可拆装式物料分拣实验装置，学生可通过机械安装、电气硬件接线、软件编程、系统调试等环节进行动手实践操作，既可进行单项实验，也可进行综合性、创新性实验。
(二)具体实施
1.理论教学方面
概述部分仍沿用教材内容，重点讲述机电一体化概念、体系结构、特点及发展趋势。在课程开始即强化机电一体化产品(系统)“机电有机融合”的特点、“系统化”的设计开发理念和“综合性”的技术应用。其余内容则采用项目驱动教学法，并分两大模块，分阶段展开。(1)第一阶段：以教师讲授为主，选用“物料自动分拣”和“自动立体仓库”两大项目，按“任务分析→方案总体设计→硬件选型、设计→软件设计→系统调试”的项目一般设计开发流程开展。通过两个项目的介绍，使学生熟悉项目开发的一般流程，总体方案设计的一般要求和原则，掌握系统原理图的设计要求，学习如何结合功能实现和成本控制进行硬件选型，常见硬件的工作原理和使用方法等。在此基础上，使学生掌握变频调速、检测系统设计、伺服驱动与控制、步进电机与控制、软件编程技巧与仿真调试等有关综合应用的理论知识。(2)第二阶段：采用讨论互动课的模式进行，教师主要起引导和指导作用，选用“桁架机器人”和“自动寻迹小车”两大项目。教师按每一项目确定3种任务方向共制订6套项目设计任务书，包括设计题目、功能需求、技术要求及重难点。学生结合自身的兴趣爱好，每3-5名同学自由组合为一组，从6套任务书中任选一套，每套设定限选额度(上限为4组)。选题在讨论互动课正式开始前两周即确定完毕。在两周准备时间内，各小组需要完成的工作内容是：任务分析→组员分工→资料查阅→组内讨论→方案拟订→方案形成书面报告并制作PPT。在讨论互动课上，按相同任务书抽签选取1-2个小组进行10分钟的上台演讲、报告，5分钟的讨论互动答辩。每组答辩完成后，教师利用2分钟左右的时间总结学生讨论、发言情况，提出改进意见。[6]讨论互动课通过教师创设情境，激发学生思维，强化对知识点的理解学习，促进学生参与合作，有效调动了学生在课堂上的积极性和主动性，变单纯传授知识为培养学生的学习方法和能力。
2.实践教学方面
实践教学主要包括实验教学和课程设计。(1)实验教学：由于实验室新购置了多台实训装置，因此，开出的.实验项目从之前单一的验证性、演示性实验，扩展跃升到集难度递增的单项实验和综合性实验于一体的系统全面的实验体系。同时，实验环节所需要的理论知识、技术应用规范和应用技巧与理论课所讲授内容高度契合，极大增强了学生实验时的自信心、积极性和主动性，学生敢于并愿意动手操作，实验效果突出，学生动手能力显著提高。(2)课程设计：在设计选题上摒弃了之前单一的命题方式，改为可从教师给定的多组题目中任选或学生自由选择的方式。其中，教师给定的题目主要为讨论互动课上项目任务的综合和深化。由于已进行过较为充分的论证，因此，对这部分设计题目详细设计部分要求完成度较高，最好可通过实物验证。
(三)课程考核
与教学模式改革相匹配，对课程考核方式进行了调整，更加强调应用能力的测试，加大实验环节考核比重，增加讨论互动课考核。其中，对于实验环节的考核，除了考察实训时的常规表现(如出勤率、操作规范情况、实验完成情况、实验报告情况)外，在最后一次实训课上以现场发放任务卡的形式，要求各组学生利用现场实训装置，在限定时间内，完成某一小项目的设计、接线、编程和调试工作，最终根据完成情况现场打分，该分值为实验环节最终考核成绩的主要组成部分。
三、总结
机电一体化系统设计讲稿 篇6
1.1无级变速传动链
1.1.1机床主传动系统设计满足的基本要求
机床主传动系统因机床的类型、性能、规格尺寸等因素的不同，应满足的要求一也不一样。在设计机床主传动系统时最基本的原则就是以最经济、合理的方式满足既定的要求。在设计时应结合具体机床进行分析，一般应满足下述基本要求:(1)满足机床使用性能要求。
首先应满足机床的运动特性，如机床的主轴有足够的转速范围和转速级数(对于主传动为直线运动的机床，则有足够的每分钟双行程数范围及变速级数);传动系统设计合理，操作方便灵活、迅速、安全可靠等。(2)满足机床传递动力要求。
主电动机和传动机构能提供和传递足够的功率和转矩，具有较高的传动效率。
1.1.2数控机床主传动系统分类
机床主传动系统可按以下不同的特征来分类:(1)按驱动主传动的电动机类型可分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动中又可分为单速交流电动机驱动或调速交流电动机驱动两种。调速交流电动机驱动又有多速交流电动机驱动和无级调速交流电动机驱动。无级调速交流电动机通常采用变频调速的原理。(2)按传动装置类型可分为机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置及其组合。(3)按变速的连续性可分为分级变速传动和无级变速传动(此部分在下面详细介绍)。数控机床的主传动要求有较大的调速范围，以保证在加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、加工精度和表面质量。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的，因此变速机构必须适应自动操作的要求。大多数数控机床采用无级变速系统，数控机床主传动系统主要有以下四种配置方式:(1)主轴电动机直接驱动。
如图2一1(a)所示，电动机轴与主轴用联轴器连接，这种方式大大简化了主轴箱和主轴结构，有效地提高了主轴部件的刚度，但主轴输出扭矩小，电动机发热对主轴影响较大。目前，多采用交流伺服电动机，它的功率很大，但输出功率与实际消耗的功率保持同步，效率很高。(2)电动机经同步齿形带带动主轴。
如图1一1(b)所示，电动机将其运动经同步齿形带以定比传动传递给主轴。由于输出扭矩较小，这种传动方式主要用于小型数控机床低扭矩特性要求的主轴，可以减小传动中的振动和噪声。
(3)电动机经齿轮变速传动主轴。
如图1一1(c)所示，主轴电动机经二级齿轮传动变速，使主轴获得低速和高速两种转速，从而使之实现分段无级变速，这种方式在大、中型数控机床中采用较多。经过齿轮传动降速后，电动机输出转矩可以扩大，以满足主轴低速运转时输出扭矩大的特性要求。一部分小型数控机床一也采用这种传动方式，以获得强力切削时所需要的扭矩。(4)电主轴。
如图1一1(d)所示，将调速电动机与主轴合成一体(电动机转子轴即机床主轴)，其优点是主轴部件结构紧凑、刚度高、质量轻、惯量小，且可提高调速电动机启动、停止的响应特性;其缺点是电动机发热易引起热变形。1.1.3无级变速传动链的设计 无级变速传动链可以在一定的变速范围内连续改变转速，以得到最有利的切削速度;能在运转中变速，便于实现变速自动化;能在负载下变速，便于车削大端面时保持恒定的切削速度，以提高生产效率和加工质量。无级变速传动可由机械摩擦无级变速器、液压无级变速器和电气无级变速器来实现。机械摩擦无级变速器结构简单、使用可靠，常用于中、小型车床、铣床等主传动系统中。液压无级变速器传动平稳、运动换向冲击小，易于实现直线运动，常用于主运动为直线运动的机床，如磨床、拉床、刨床等机床的主传动系统中。电气无级变速器有由直流电动机或交流调速电动机驱动的两种，由于它可以大大简化机械结构，便于实现自动变速、连续变速和负载下变速，故其应用越来越)’一泛，尤其在数控机床上目前几乎全都采用电气无级变速器。
数控机床的主运动广泛采用无级变速传动，这不仅能使其在一定的调速范围内选择到合理的切削速度，而且还能在运转中自动变速。无级变速系统有机械、液压和电气等多种形式，数控机床一般采用由直流或交流调速电动机作为驱动源的电气无级变速。由于数控机床主运动的调速范围较宽，一般情况下单靠调速电动机无法满足;另一方面调速电动机的功率和转矩特性一也难以直接与机床的功率和转矩要求安全匹配。因此，需要在无级调速电动机之后串联机械分级变速传动，以满足调速范围和功率、转矩特性的要求。(1)无级变速装置的分类。
机床主传动中常用的无级变速装置有三类:变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。
1)变速电动机。
机床上常用的变速电动机有直流电动机和交流电动机，它们在额定转速以上为恒功率变速，通常变速范围仅为2 ~3;额定转速以下为恒定转矩变速，调整范围很大，变速范围可达30甚至更大。上述功率和转矩特性一般不能满足机床的使用要求。为了扩大恒功率变速范围，可在变速电动机和主轴之间串连一个分级变速箱。变速电动机I’一泛用于数控机床和大型机床中。
2)机械无级变速装置。
机械无级变速装置有柯普(Koop)型、行星锥轮型、分离锥轮钢环型和宽带型等多种结构，它们都是利用摩擦力来传递转矩的，通过连续地改变摩擦传动副工作半径来实现无级变速。由于它的变速范围小，多数是恒转矩传动，通常较少单独使用，而是与分级变速机构串联使用，以扩大变速范围。机械无级变速器应用于要求功率和变速范围较小的中、小型车型、铣床等机床的主传动中，更多的是用于进给变速传动中。
3)液压无级变速装置。
液压无级变速装置通过改变单位时间内输入液压缸或液动机中液体的油量来实现无级变速。它的特点是变速范围较大，变速方便，传动平稳，在运动换向时冲击小;易于实现直线运动和自动化。液压无级变速装置常用在主运动为直线运动的机床中，如刨床、拉床等。(2)无级变速装置与机械分级变速机构的串联。在无级变速系统装置单独使用时，其调速范围都较小，远远不能满足现代通用机床变速范围的要求。因此，常常将无级变速装置与机械分级变速机构串联，以扩大其变速范围。(3)采用直流或交流电动机无级调速。
机床上常用的无级变速机构为直流或交流调速电动机。直流电动机是采用调压和调磁方式来得到主轴所需转速的。直流电动机从额定转速向上至最高转速是用调节磁场电流(简称调磁)的办法来调速的，属于恒功率调速;从额定转速向下至最低转速是用调节电枢电压(简称调压)的办法来调速的，属恒转矩调速。通常，直流电动机的恒功率变速范围较小，仅为2~4，而恒转矩变速范围很大，可达几十，甚至超过100。交流调速电动机靠调节供电频率的方式来调速，所以其常被称为调频主轴电动机。通常额定转速向上至最高转速气max为恒定功率，变速范围为3~5;额定转速至最低转速气为恒转矩，变速范围为几十，甚至超100。直流和交流电动机的功率转矩特性如图1-2所示。
交流调速电动机由于体积小、转动惯性小、动态响应快、没有电刷且能达到的最高转速比同功率的直流电动机高，故磨损和故障也少。现在在中、小功率领域，交流调速电动机已占优势，应用一也更加广泛。伺服电动机和脉冲步进电动机都是恒转矩的，而且功率不大，所 以只能用于直线进给运动和辅助运动。基于上述分析可知，如果直流或交流调速电动机用于拖动直线运动执行器，例如龙门刨床工作台(主运动)或立式车床刀架(进给运动)，可直接利用调速电动机的恒转矩变速范围，用电动机直接带动或通过定比减速齿轮拖动执行机构。
1.2主传动系统分析
数控车床用于加工回转体零件。它集中了卧式车床、转塔车床、多刀车床、仿形车床、自动和半自动车床的功能，是数控机床中应用较广泛的品种之一。下面以一个典型数控车床C K3263 B为例说明如何分析数控机床主传动系统，图1一4所示为C K3263 B主传动系统。主电动机经带轮副和四速变速机构驱动主轴，其传动路线表达式是
拟定转速图如图2-5所示，从图中可知，主轴共得到四段转速:
1.3 车床数控化改装主传动系统方案设计
将06140卧式车床改造成用MCS-51系列单片机控制的经济型数控车床，采用步进电动机开环控制，纵向和横向均具有直线和圆弧插补功能。将原来的主传动系统改装为主变速系统。一般的卧式车床在改装为经济型数控车床时，主传动系统和变速操纵机构是不动的，可利用暂停指令进行手动变速换挡，然后再继续加工。如果要提高机床的自动化程度或者所加工工件的直径相差较大，在加工过程中需要自动变速时，可考虑设置加工过程中的自动变速装置，本任务即后一种情况。
将机械主传动系统改装为自动变速装置的几种方案说明见下文介绍。1.采用多速电动机改装
目前采用多速电动机对主传动系统进行改装，一般是将主电动机更换为双速或四速电动机，由微机系统信号自动控制切换电动机的转速。这样做的好处是机床性能良好，主传动链改装量较少，但多速电动机的功率是随着转速的变化而变化的，所以电动机功率要选的大一些，同时电动机的尺寸一也大，因此还要增加一套电动机变速系统。2.主变速系统改装
对主轴箱内变速系统进行改装，一般是将滑移齿轮变速改为电磁离合变速。这种变速机构仍为有级变速，一般变速级数不超过四级。3.采用直流主轴电动机或交流主轴电动机改装
改装后，机床主轴由直流主轴电动机(或交流主轴电动机)通过皮带直接带动，并通过电气系统实现无级变速。
采用直流主轴电动机或交流主轴电动机改装，其改装成本高，但效果好，能获得满意的速度，而且由于传动链中没有齿轮，故噪声很小。另外在改装中要注意，主轴电动机的选择要与进给系统电动机配套，以利于使用CNC系统。图1-5所示为本任务改装后的主传动系统示意。拆下原操纵手柄，装上齿轮2;以一个180 W的交流小电动机8通过蜗轮副7和齿轮3, 2将运动传给手柄轴1，带动主轴箱内的拨叉和滑块进行变速。另外将手柄轴接长，在接长轴4上安装带单个压块6的圆盘，并在附加的机壳上固定一个装有6个微动开关的圆盘5, 6个微动开关的位置与6级变速挡位对应。当手柄轴带动圆盘转动时，压块6依次压下6个微动开关，发出6个不同信号，数控系统通过对电路信号的识别来控制变速。
自动变速过程如下:当变速电动机接到S指令后，便开始转动，通过传动装置使手柄轴带动拨叉滑块使变速齿轮移位。与此同时，在速度继电器的控制下，主电动机低速点动，以便滑移齿轮顺利地进人啮合位片。当压块压下的触点信号与数控系统S指令信号相符时，小电动机制动，主运动变速完成。这种方案保留了原主轴箱的结构，改装量小，但只适合于06140型车床。
1.3.2主传动系统设计过程 1.明确已知条件，草拟转速图 拟定转速图的一般步骤如下:(i)确定变速组数及各变速组的传动副数;(2)安排变速组的传动顺序，拟定结构式(网);(3)分配传动副传动比.绘制转凉图 2.齿轮齿数的确定
齿轮的齿数取决于传动比和径向尺寸要求。在同一变速组中，若模数相同且不采用变位齿轮，则传动副的齿数和相同;若模数不同，则齿数和S与模数m,成反比，即:
对于三联滑移齿轮，当采用标准齿轮且模数相同时，最大齿轮与次大齿轮的齿数差应大于4，以避免滑移过程中的齿顶干涉。
当传动比i采用标准公比的整数次方时，齿数和S及小齿轮齿数可以从表1一1中查得。
1.4 实训准备
1.项目任务单
项日任务单见附录二。2.项目要求
学完基础知识及实例后，学生自主分析数控车床主轴箱实物，熟悉内部组成，然后分组制订设计方案，方案合格后，开始具体设计。3.仪器与设备(1)CAK4085数控车床6(2)《机床设计手册》若干。(3)扳手、钳子、直尺。4.实训步骤
(1)学生分组，并在现场分析数控车床主轴箱实物。(2)学生分组，制定任务实施方案。
(3)根据任务实施方案，学生将任务实施过程填入记录表1一2中。1.4.2项目评价
项日的整体评价如表1-3所示。
图1一1数控机床主传动的配置方式
图1-2直流和交流调速电动机的功率转矩特性
图1-4 CK3263B主传动系统
图1-5改装后主传动系统示意图
表1一1常见传动比的适用齿数
表1一2项目实施过程记录表
表1-3项目评价表
项目二数控车床导轨副设计 2.1.1导轨副设计步骤
(1)根据已知的工作条件，选择合适的导轨类型，常见导轨形式见表2-1.(2)选择导轨截面形状与组合方式。常见导轨截面形状见表2一2。1)双三角形导轨。如图2-1所示，双三角形导轨导向性和精度保持性都很高，磨损后能自动下沉补偿磨损量。两条三角形导轨副同时起支撑和导向作用，由于结构对称，两条导轨磨损均匀，故接触刚度好。但由于超定位，加工、检验、维修都较困难，而且当量摩擦系数也高，因此适于精度高的场合。例如丝杠车床、单柱坐标锁床的导轨副等。2)双矩形导轨。
如图2一2所示，双矩形导轨的刚度高，当量摩擦系数比双三角形导轨低，承载能力强，加工、检验、维修都较方便，因此被广泛使用，例如数控机床的导轨副。双矩形导轨承载面和导向面是分开的，存在侧向间隙，必须用镶条调节。
如图2一2(a)所示，用两外侧面做导向面时，间距大、热变形大、间隙大，因而导向精度低、承载能力大;如图2-2(b)所示，以内外侧面做导向面时，间距小、热变形小、间隙小，因而导向精度高、易获得较高的平行度;如图2一2(c)所示，用两内侧面做导向面时，由于导轨面对称分布在导轨中部，当传动件位于对称中心线上时，避免了由于牵引力与导向中心线不合而引起的偏转，不致在改变运动方向时引起位置误差，故导向精度高。3)三角形与矩形组合。
如图2-3(a)和图2-3(b)所示，三角形与矩形组合导轨兼有三角形导轨的良好导向性及矩形导轨的制造方便、刚性好等优点，并避免了由于热变形所引起的配合变化。其缺点是三角形导轨比矩形导轨磨损快，易造成磨损不均匀，磨损后又不能通过调节来补偿，故对位置精度有影响。
三角形与矩形组合导轨兼有导向性好、制造方便和刚度高等诸多优点，因此被广泛使用，例如车床、磨床、龙门刨床、龙门铣床、滚齿机、坐标锁床的导轨副等。4)双燕尾形导轨。
如图2一4(a)所示，它的高度较小，可以承受颠覆力矩，是闭式导轨中接触面最少的一种结构。间隙调整方便，用一根镶条就可以调节各接触面的间隙。这种导轨刚度较差，加工、检验、维修都不大方便，适用于受力小、层次多、要求间隙调整方便的场合，例如牛头刨床和插床的滑枕导轨、升降台铣床的床身导轨、车床刀架导轨副和仪表机床导轨等。5)矩形与燕尾形导轨组合。
如图2一4(b)所示，由于它兼有调整方便、能承受较大力矩的优点，故多用于横梁、立柱和摇臂的导轨副。6)双圆柱导轨组合。圆柱导轨具有制造方便、不宜积存较大切屑的优点，但间隙难以调整，磨损后一也不易补偿，因此适用于移动件只受轴向力的场合，例如攻螺纹机、机械手的导轨副等。(3)通过计算选择结构参数。
1)计算额定动载荷Ca’(单位N)。
式中: KW—负荷系数，按表2一3选取;KH----硬度系数，按表2一4选取;KT—温度系数，按表2一5选取;KC—接触系数，按表2一6选取;K—寿命系数，一般取K=50;2)依据 的原则，选择结构参数。(4)其他参数选择。1)导轨材料选择。
铸铁耐磨性好，热稳定性高，减振性好，成本低，易于加工，在滑动导轨中应用广泛。淬硬的钢导轨耐磨性好。镶装塑料导轨具有耐磨性好，动、静摩擦系数接近，化学稳定性好，抗振性好，抗撕伤能力强，工作范围广，成本低等诸多优点。在选材时，支撑导件与运动件应选不同的材料，其热处理的方式一也有所不同。2)调整装置。
导轨工作时会产生间隙，间隙过小会增加摩擦阻力，间隙过大会降低导向精度，所以应选择合适的调整装置进行调整。例如滑动导轨副采用压板和镶条两种方法调整。①镶条。
镶条用来调整矩形导轨、燕尾形导轨的侧隙，以保证导轨面能正常接触。镶条应放在导轨受力较小的一侧，常用的有平镶条和楔形镶条两种。
平镶条如图2一5所示，它是靠调整螺钉1移动镶条2的位置来调整间隙的，图2一5(c)所示为在间隙调整好后，再用螺钉3将镶条2紧固。平镶条调整方便，制造容易，图2一5(a)和图2一5(b)所示的镶条较薄，而且只在与螺钉接触的几个点上受力，容易变形，刚度较低，日前较少使用。楔形镶条如图2一6所示，镶条的两个面分别与动导轨和支撑导轨均匀接触，所以比平镶条刚度高，但加工较困难。
楔形镶条的斜度为1 : 100一1:40,镶条越长，斜度应越小，以免两端厚度相差太大。如图2一6(a)所示的调整方法是用调节螺钉1带动镶条2做纵向移动以调节间隙。镶条上的沟槽a在刮配好后加工，这种方法构造简单，但螺钉头凸肩和镶条上沟槽之间的间隙会引起镶条在运动中窜动。图2一6(b)所示为从两端用螺钉3和5调节，避免了镶条4的窜动，性能较好。图2一6(c)所示为通过螺钉6和螺母7调节，镶条8上的圆孔在刮配好后加工，这种调节方法方便，且能防止镶条8的窜动，但其纵向尺寸较长。②压板。
压板用来调整辅助导轨面的间隙和承受的颠覆力矩，如图2一7所示。
2.2.1选择导轨副
1.确定最大载荷F-max 已知作用在单滑座上的最大载荷Fmax，滑座数M=4，工作台受到进给方向的载荷(与丝杠轴线平行)Ff= 1 401 N，工作台受到横向的载荷(与丝杠轴线垂直)F-n= 337 N ,工作台受到垂直方向的载荷(与工作台面垂直)Fe=512 N，移动部件总重量G =736 N。单滑块所受的最大垂直
2.确定额定工作时间寿命孔 要求该导轨副每天开机6h，每年工作300个工作日，且工作8年以上，则额定工作时间寿命:
3.确定行程长度系数TS 要求单向行程长度LS = 0.52m，每分钟往返次数为3，则额定行程长度系数: 4.计算额定动载荷Ca’(单位为N)要求工作温度不超过120 0C，工作速度为40 m/min，滚道表面硬度取60 HRC。由前面的计算结果得额定工作时间寿命Th = 14 400 h。则:
表2一7为JSA一KL型直线滚动导轨副(宽型螺孔)尺寸参数，图2一8所示为其外形图;表28 JSA-ZL型直线滚动导轨副尺寸参数
表2-9项目实施过程记录表
表2-10项目评价表
项目三 简易机电产品设计与制作
3.1.1设计原则
一方面，在保证产品完成规定功能的前提下，通过对构成各子系统的方案进行优化组合，降低成本，使系统功能平稳、准确、快速，以满足用户的要求。机电一体化产品的主要特征是自动化操作，功能是产品的生命，只有功能可靠，产品才具有价值。另一方面，要使功能达到最佳，机械子系统、电子信息处理子系统、动力子系统、传感检测子系统和执行机构子系统5部分构成要素的匹配、相互协调和相互补充也极为重要。而通过降低成本，并且使系统功能达到稳、准、快，又增强了产品的市场竞争力。
3.1.2设计工作流程
一个全新的机电一体化产品的正向设计和开发过程大体可以分为产品规划、概念设计和详细设计三个阶段。1.产品规划阶段
产品规划包括需求分析、市场预测和技术可行性分析，最后确定设计参数及设计制约条件，提出设计要求，并将其作为设计、评价和决策的依据。(1)需求分析。
需求分析从需求识别开始，认识需求是一种创造性工作，设计人员应深人实际，细致观察，敏锐捕捉市场的需求，并及时完成产品的开发和试制工作。(2)市场预测。
市场预测是产品的前期调研工作，调研内容主要有以下三方面: 1)面向用户的产品市场调研:主要有产品销售对象的可能销售量，用户对产品的功能、性能、质量、使用维护、包装及价格等方面的要求。此外，还应了解竞争产品的种类、优缺点和市场占有率等情况。
2)面向产品设计的技术调研:主要有行业和专业技术发展动态，相关理论的研究成果和新材料、新器件的发展动态，竞争企业、竞争产品的技术特点分析等。此外，还要了解本单位的生产基础条件。
3)面向产品生命周期的社会环境调研:主要有产品生产和目标市场所在地的经济技术政策(如产业发展政策、投资动向、环境保护及安全法规等)，产品的种类、规模及分布，社会的风俗习惯，社会人员构成状况及消费水平、消费心理和购买能力等。
通过调研应确定开发产品的必要性、种类和生命周期，预测产品的技术水平、经济效益和社会效益等，确定用户对产品的功能、性能、质量、外观和价格等方面的要求，即形成产品的初步概念，然后进行技术可行性分析。(3)技术可行性分析。
技术可行性分析包括以下几个方面: 1)关键技术和技术线路:研究本产品需要的关键技术，指明产品实现的技术路线和技术标准。例如，一个新概念汽车，采用什么样的发动机、什么样的控制总线和什么样的人机接口等。所使用的关键性技术应该是比较成熟的、成本和技术风险容易控制的。如果要采用比较前沿的新技术，则需要在市场和成本方面多做考虑。
2)可选技术方案:同样的产品可能有多种技术方案可选择，设计人员必须根据一定的准则从中选择一个最合适的方案或将这些方案进行综合处理。
3)主要性能指标及技术规格的可行性:产品的性能指标及技术规格对产品的成本和市场竞争力至关重要。性能指标和技术规格越高，产品的成本就越高，价格也就越高。但市场竞争力不完全由技术性能决定，还与其价格、品牌等许多因素有关。用户往往追求性价比高的产品。因此制定产品的规格和性能指标需要综合考虑各方面的因素，突出产品的特色，力争做到高性能、低价格。在制定主要产品的规格和性能指标时还要充分参考竞争对手的产品及发展趋势，制定最合理的参数。
4)主要技术风险:综合分析产品功能、技术规格及性能指标实现的可能性，分析产品开发、生产中可能存在的各种问题和风险，以及这些问题与风险的解决和规避方法。如果不充分考虑这些问题和风险，产品开发时间则可能拖延，从而错过市场最佳时机，使产品的成本过高、质量和成品率低或者大规模地更换生产设备等。因此，必须提前对这些问题进行充分的评估，使产品开发和生产能顺利进行。
5)成本分析:根据所制定的产品技术规格和技术路线，综合分析产品成本，包括技术成本、原材料成本、制造成本和人力成本等，为产品的立项提供决策支持。
6)结论和建议:根据产品的成本分析和技术风险分析，对产品的技术规格、性能指标和市场定位等参数提出修改建议，确定产品是否立项。产品立项应给出生产设计要求表，表中所列要求分为特征指标、优化指标和寻常指标，各项要求应尽可能量化，并按重要程度分出等级。2.概念设计阶段
在概念设计阶段输人生产设计要求表，输出总体方案。该方案主要包括产品外观和结构布置方案、产品部件或子系统划分以及设计目标、各部件或子系统的接口设计等三个方面，并制订详细设计任务书、验收规范及进度计划。
3.3案例导入
(3)确定小带轮齿数Z1和小带轮节圆直径d1.应使小带轮齿数，而带轮最小许用齿数Z min可查表3一3获得。当带速和安装尺比寸允许时，Z1尽可能选用较大值，初步选取Z1=12。(4)确定大带轮齿数Z2和大带轮节圆直径d2(5)初选中心距久ao、带的节线长度Lop、带的齿数Zb。
根据表9-4选取接近标准的节线长度Lp=381mm，相应齿数Zb= 40。(6)计算实际中心距a。
设计同步带传动时，中心距a应该可以调整，以便获得适当的张紧力。(7)校验带与小带轮的啮合齿数Zm 啮合齿数:(8)计算基准额定功率P0
(9)确定实际所需的同步带宽度bs。
式中bs0—选定型号的基准宽度，由表9-5可查得bs0 = 25.4mm;Kz—小带轮啮合齿数系数，由表9-6可查得K, = 0.8。10)带的工作能力验算。
根据下式计算同步带额定功率P的精确值，若结果满足 率)，则带的工作能力合格。
带的设计功
同步带传动示意简图如图3-9所示。(11)结果整理。
同步带:选用L型同步带，订购型号为150 L100
最后，经过厂家订购与协商，确定带轮及带，零件如图3一
10、图3一11所示，同步带传动效果如图3一12所示。3.3.3锥齿轮传动设计
(1)确定齿轮材料及精度等级。
锥齿轮材料选择45 #钢调质，齿面硬度为217~225 HBS。经过计算齿轮传动的最大圆周速度为4.19 m/s，查表3一8可确定锥齿轮精度等级为7级)(2)确定模数及齿数。(3)计算相关参数。
根据以上尺寸画出小锥齿轮零件(见图3一13)和大锥齿轮零件图(见图3一14)。锥齿轮传动啮合部分三维造型如图3一15所示。3.3.4计数系统设计 在啤酒、汽水和罐头等灌装生产线上，常常需要对随传送带传送到包装处的成品瓶进行自动计数，以便统计产量或为计算机管理系统提供数据。光电计数器是通过红外线发射和接收进行计数的，有直射式和反射式两种。直射式的发射、接收分体，发生器和接收器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线反射到接收器上，接收器收到发射来的红外线，经相反处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收机失去红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。发射式是发射、接收同体，置流水线一边，前面没有工件往下流时，发射器发出的红外线直接射出没有反射，接收器没有接收到反射来的红外线信号则没有输出。有工件经过时，其将挡住光电路使发射器发出的红外线信号反射到接收器上，接收器接收到反射来的红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。本项目的设计日的是每推一个料，计数器显示一个数，逐次递增。整体方案是:通过传感器(光电开关或磁性开关)检测到推杆动作，将信号传到单片机，单片机输出，并令数码管显示推出工件个数)其结构如图3一16所示。
本设计是两种传感器均可，接线图如图3一17所示。
本设计中的计数器、光电开关、磁性开关均需外购，其外形如图3一18所示。
3.4.1实训准备
1.项目目的
(1)使学生具备一般机电产品方案的设计能力。(2)熟练掌握同步带设计方法。(3)学会查《机械设计手册》。2.项目要求
每组学生自行设计同步带系统和计数系统。3.仪器与设备
(1)电脑若干(二维设计软件、三维设计软件必有)。(2)《机械设计手册》若干。4.实训步骤(1)学生分组设计方案。
(2)两位指导教师及各组组长审核方案。
(3)方案通过后，具体设计，学生将项目实施过程填入记录表3-9中。3.4.2项目评价
项目的整体评价见表3一10。
图3一1机电一体化系统设计流程
图3一2常用电子类组装工具
图3一4方案一草图
图3一5风能供料装置结构示意
图3一6风能供料装置主要部件示意
图3一7同步带
表3-1同步带载荷修正系数KA
表3一3带轮最小许用齿数Zmin
表3一4同步带节线长度L P
表3-5同步带在基准带宽下的许用工作拉力和线密度
表3一6小带轮啮合齿数系数
图3-9同步带传动示意简图
图3一10小带轮零件
图3一11大带轮零件
图3一12同步带传动效果
求机电一体化课程设计 篇7
关键词：机电一体化系统设计,教学改革,教学效果
“机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的, 涉及机械学、电子学和信息科学的新兴交叉学科[1]。作为机械类专业的一门重要课程, 《机电一体化系统设计》对培养学生的创新能力和机电产品设计能力具有重要作用[2]。由于综合了多门学科, 该课程所涉及的知识点量多面广, 而且有些内容学生在相关的课程中接触过, 如果在教学过程中不加注意, 容易使本门课程变成“炒剩饭”, 影响学生的学习兴趣和教学效果。本文针对课程学习中存在的问题, 结合作者多年的教学经验, 从教学内容、教学方式两个方面提出了改革措施。
一、课程存在问题
《机电一体化系统设计》的教学内容各部分内容差别很大, 连续性差, 教师在讲授过程中, 必须将各个章节的内容有机联系起来;此外, 各部分内容又相对独立, 若讲授时一视同仁, 不分主次, 往往给学生造成是在重温旧知识的感觉, 甚至搞不懂学习这门课程的真正目的是什么[3]。《机电一体化系统设计》的主要任务是使学生树立正确的系统设计思想, 培养理论联系实际、调查研究、刻意创新的能力, 使学生掌握机电有机结合的理论、机电一体化系统设计的基本规律及基本方法, 具备机电一体化产品的设计能力。仅靠传统的课堂授课是无法实现这个任务目标的, 必须从教学内容和教学方式上作出改革。
二、教学内容改革
1. 以系统设计思想为主线。
机电一体化的目的是提高产品或系统的附加价值, 即多功能、高效率、高可靠性、省材料、省能源, 并使产品结构向轻、薄、短、小化方向发展, 从而不断满足人们生活的多样化和生产的省力化、自动化需求。因此, 机电一体化的研究方法不能只是简单拼凑, 应该从系统设计方案开始到各元部件选择到系统最终成形的全过程都要贯彻系统设计的思想。首先是从整体角度及可行性方面对系统进行多种整体方案设计;然后对其机械机构、执行元件、微机控制系统、检测传感装置等组成部分及相关接口进行细节设计;最后对系统性价比进行衡量, 得出优化设计方案, 选择原则是在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。以上三个环节相互影响, 一般在绪论里讲第一个环节, 在此环节让学生了解一个典型的机电一体化系统或产品整体上的五大功能构成和五大功能要素, 在进行系统整体方案设计时可能有多种选择, 需要结合系统的功能要求、技术指标和成本控制多方面因素进行综合评价, 优化出最佳的方案。以设计精密数控机床为例, 从总体上对其五大功能和功能要素进行分解, 分解的结果可以用功能矩阵来表示[4], 最终设计方案的选择取决于能否提高产品或系统的附加价值。第二个环节分别讲述构成机电一体化的功能要素, 尽管每一功能要素在内容上相对独立, 但它们作为机电一体化系统或产品组成部分, 通过广义接口联系在一起, 彼此相互影响, 学生只有认识了这一点, 才能从总体上把握机电一体化的系统设计思想。还以设计精密数控机床为例, 为了达到高精度, 可以选用精密机械, 但这势必造成系统成本的增加, 而且, 成本有可能随着精度要求的提高成几何倍数增加。另一个可行的方法是采用软件补偿来提高精度, 但这会对微机控制系统和传感检测系统提出新的要求。第三个环节是对系统性能的综合评价, 评价的结果不符合要求时还有可能需要对整体方案或各个功能要素重新选择, 直至满足要求为止。在课程讲述过程中, 仅仅介绍系统设计思想, 既抽象又枯燥, 若能结合实际案例, 学生就会在潜移默化中逐渐领略机电一体化系统设计方法的精髓。一般教材在后面的章节中都会给出很多的案例, 建议这些案例不要都放在最后讲, 找出一个或几个典型案例, 在讲授每一部分内容时都结合该案例, 并将系统设计方法融于其中, 既利于学生对知识的掌握, 又能起到举一反三的作用, 便于学生分析和设计其他的机电一体化产品。
2. 以理论联系实际为导向。
高等学校培养的是具有创新能力的高级应用型人才, 即具有较高的综合素质, 宽厚扎实的专业理论, 并能将理论应用于解决实际问题, 且有创新实践能力的高级专门人才。机电一体化系统设计综合性较高, 知识点量多面广, 并且内容抽象, 学生很难在有限的课时内完全掌握;而对于从事该门课程教学的教师来讲, 不能只注重理论知识的讲解, 要以理论联系实际为导向。为此, 课前要做大量的准备, 广泛积累素材以丰富课堂教学效果, 将抽象的道理通俗化、形象化, 加深学生的印象。如有时教材上只介绍某些元部件的工作原理, 学生即使明白其工作原理了, 但对其长什么样却知之甚少, 更谈不上怎么用了。可以利用网络平台下载很多产品样本, 产品样本主要是推销产品用, 一般会详细介绍产品的外形和应用, 将教材和样本二者结合在一起讲述, 无形中就将理论和实际联系在一起了。此外, 还可以在授课过程中加强演示验证内容, 俗话说百闻不如一见, 有的知识应用性较强, 理论比较抽象, 很难通过讲的方式让学生掌握, 但通过实验或者观看视频等, 立刻就拨开云雾见晴天了。如在讲光电编码器时提到, 光电编码器的输出信号可以经过2倍频或4倍频以提高检测分辨率, 用语言描述时学生不容易理解, 把光电编码器信号引出来, 用示波器一看, 一目了然。当然也可以通过《机电一体化系统设计》课程设计, 让学生利用所学亲自参与机电一体化产品设计, 在设计过程中通过查阅资料、技术调研、设计加工、组装调试等可进一步加强学生理论联系实际的能力。
三、教学方式改革
明确了教学内容, 还要通过适当的方式将知识传授给学生。首先要培养学生的学习兴趣, 学生对某一学科有兴趣, 才会不知疲倦, 才会有灵感, 才会乐在其中, 既能提高学习效果, 又能成为创新的动力和源泉。如在讲述第一章绪论时, 在引出机电一体化的概念和内涵后, 不是把重点放在对概念的进一步解释上, 而是以图片或录像的方式列举了大量机电一体化产品实例。这些实例中大部分来自生活或生产实践, 学生在观看这些实例的过程中, 对这些产品的神奇功能产生了浓厚的兴趣, 自然就会产生探个究竟甚至亲自进行设计的愿望。其次, 要重视学生的基础知识, 如果说兴趣是前进的动力, 那么基础知识就是成功的基石, 学生要想真正掌握这门技术, 必须拥有牢固的基础知识。在讲数控部分内容时, 很多同学说参加过数控编程的实习活动, 会用G代码编程, 当问到编程的几个坐标系时, 却没有几个人真正明白, 但数控机床的坐标系是编程的基础, 是数控加工的参照, 如果连参照都不知道在哪儿, 怎么能真正掌握数控技术呢?最后, 对授课内容要“避轻就重”, 机电一体化作为综合学科, 包含的内容较多, 不同专业培养目标不同, 讲课的重点也不应一样, 在讲述时要结合专业“避轻就重”。“避轻”就是对学生有一定基础的内容少讲, “就重”就是对学生难以理解、接触较少的内容重点讲。机械类专业的学生机械基础较好, 对机构的力传递、运动传递容易掌握, 对执行元件的学习基础较弱, 但这部分内容在机电一体化系统中有重要的地位, 因此要重点讲述。
机电一体化是一门不断发展、高技术密集的新型交叉学科, 所涉及的知识量多面广, 本文针对课程存在的问题, 基于作者的教学实践经历, 从教学内容、教学方式提出了改革措施, 在教学内容上强调以系统设计方法为主线, 以理论联系实际为导向, 在教学方式中重视培养学生的学习兴趣和基础知识, 对授课的内容不是一刀切, 而是避轻就重。通过这些改革措施, 取得了较为满意的教学质量和效果。
参考文献
[1]张建民.机电一体化系统设计[M].北京:高等教育出版社, 2007.
[2]赵江铭, 杨杰伟, 白国长.《机电一体化系统设计》教学改革探讨[J].科技信息, 2011, (25) :168.
[3]文振华, 尹欣, 孙新.机电一体化课程教学探讨[J].管理工程师, 2011, (5) .
机电一体化专业与课程建设及改革 篇8
【关键词】机电一体化；课程建设；改革
1.机电一体化专业课程教学现状分析
1.1院校对专业定位模糊
在中职院校机电一体化教学目标是以学生又懂得机械又懂电气来定位的。但是在实际的教学过程中，机械和电气是两个非常庞大的学科，单独将任何一个学科拿出来学习都需要学习几年，而要想中职学生在短短的两年时间内完成机械和电气的学习是完全不可能的。中职院校的领导和教师往往受到上述教学目标的定位的影响，使得学生机械和电气都学不懂的情况，失去了机电一体化本身的教学意义。机电一体化其真正的定位应该是以机械为主或者电气为主的定位。
1.2教师队伍力量相对薄弱
由于受到某些条件的限制，目前中职院校的机电一体化教师队伍相对薄弱。一些理论教师其实践操作能力不足，而一些实践教师其理论知识相对不足。同时由于条件的限制，一些教师不能进一步的进行学习和培养，导致教师的教授的内容和知识与社会产生巨大的差别，进而导致了学生在毕业之后不能适应社会的情况发生。
1.3实践培训基地、器材相对落后
我国大部分中职院校虽然具备一些实践基地和实验器材，但是在实际的操作过程中只是进行简单的操作和演示。相比于企业中一些专业性较强的器材还有极大的差距，对学生实践操作和理解能力的提高带来了极大的阻碍。针对上述情况，院校领导与企业可采取校企合作模式来对上述情况进行解决，提高学生的实践操作能力。
1.4机电一体化课程有待改革
大部分中职院校对机电一体化的教学往往对机械的教学过于重视，导致学生的电气和计算机方面的知识相对薄弱。因此，中职院校要加大电气和计算机方面的课程设置比例，实现电气、机械和计算机三足鼎立的课程设置。
1.5专业教材有待进一步开发
目前大部分中职院校机电一体化的教材的内容大都是社会上多淘汰的技术知识，内容陈旧各个课程之间也缺乏必要的联系，相关知识不能融合到一体。进而使得学生认为机电一体化的专业课程学习起来异常的困难。
2.专业改革与课程体系构建
2.1设立多专业化的方向
中职教育要想培养出应用型人才，除了要保持自身的教学特色之后还要积极的结合中职院校自身的教育特色设立多专业化的方向。现阶段，中职院校机电一体化的毕业生面对的问题是就业范围广但工作针对性较强的矛盾，为解决上述中的问题可将机电一体化专业设置成以下几个专业化方向：电气自动化技术、电气工程及其自动化以及机械自动化等。通过这些专业课程的设置，可有针对性的来进行就业。
2.2重新构建专业课程体系
中职教育的课程体系设置应该从提高学生的实践应用为主，以正式工作后的岗位来进行知识和能力的教授。因此，中职院校要对传统的课程设置进行创新和整合，结合中职院校自身的实际情况来对机电一体化专业课程进行设置。首先要加大学生基础课程的教学力度，其次根据专业知识进行有针对性的专业化教学，建立一个针对性强适应性广的教学平台。
在课程的设置过程中，要将机电一体化专业的教学目标融入到每个课堂当中。在教学的过程中教师要让每一堂课承担起应有的目标和教学内容。一些关联性较强的知识点和内容往往在教学过程中会出现重复的现象，因此，教师在教学过程中要有针对性和选择性的进行教学，对教课内容进行合理的优化设置。理论教学和实验教学要相互协调，理论知识和实践知识往往联系非常紧密，所以教学时要将实验和理论完美的结合起来。整个专业的课程设置要充分体现出系统性和综合性。
根据上述分析，对机电一体化专业的课程设置方面要从综合化课程和专业化课程两个方面进行设置：
2.2.1综合化课程设置
在机械制图课程设置上，除了让学生充分理解和学会机械图的绘制，还要让学生熟练的应用计算机进行机械图的绘制和操作。
在机械设计基础课程设置上，让学生了解和认识工程力学、机械原理以及热处理等方面的知识，培养学生初步的机械知识和兴趣。
在控制工程基础课程设置上，主要包括电子技术、电气控制与电机拖动技术等等，使机械与电气充分的结合起来。
在计算机应用技术方面，主要涉及到计算机的原理、信息处理方法以及编程三个方面，培养学生计算机的基础知识和操作能力。
机电一体化的系统设计，主要培养学生的实践创新能力，在课程设置时要充分体现出综合性、实践性以及实用性等专业特征。
2.2.2专业化模块课程设置
专业化模块的课程设置是以专业化的发展方面为基础、结合专业的实际发展状况为标准来完成专业化模块的课程设置。专业化模块的课程设置主要目标为实现毕业生的上岗培训，为学生适应社会做好充分的准备。
如果条件允许可让学生在学校内完成专业化模块的课程设置。其具体的操作步骤是根据学生自身的学习能力分成几个小组，每个小组由学生自主选择出组长对该小组进行负责。教师根据每个小组学生的实际情况来分配课题设计题目，各个小组在进行课题设计时可以相互合作也可以相互独立完成。教师所分配的课题设计按照专业分为：开发设计类、加工制造类以及综合制造类三大类型。开发设计类的课题设计可以根据每个系统的电路来控制方式来进行相关程序的编程设计；加工设计类课程设计主要是针对以给出的零件图纸来进行加工和制作；综合制造类主要是让学生亲自完成一个电子类产品的生产制造的全部过程。
在新生入学之后要对其进行专业课程的介绍和讲解，进而激发学生学习的主动性和学习兴趣，这就需要教师能够对机电一体化专业有足够的认识和充分的了解。在对专业课程进行初步教学时，要将教学内容和实验实例等方式进行有机的结合。
如果中职院校不具备培养学生实训的基地和条件，可以与当地企业开展校企合作模式。开展校企合作的根本目的就是为了学生更好的发展，在开展校企合作的过程中，学生即提高了自身的技能有为企业创造了不菲的价值。既能解决高校实训经验不足的为问题，同时为企业提供了大量的劳动力和新鲜的血液，进而达到了学校与企业之间的双赢。在对这宗校企合作加以肯定的同时，也要充分认清这种模式存在的制约因素，就是这种校企合作模式中企业技术人员的教学水平和语言的表达能力是否合格，能否得到理想的教学效果，这与企业参与的技术人员的能力有莫大的关系。
2.2.3实践教学课时的设置原则
实践教学课时的设置原则要遵循保量和适时两个原则。保量原则就是对课时进行保量，专业课程的教学课时要占到总教学课时的五分之二以上，同时还要保证较高的教学质量。适时原则就是根据各个环节的知识以及能力的教学要求，适时的跟上教学环节，将知识与能力有机的结合起来，增强实践教学的效率。
【参考文献】
[1]虞付进.高职高专机电一体化专业建设与课程体系构建[J].浙江师范大学高等技术学院学报，2011（10）.
[2]罗洪波.机电一体化技术专业课程建设与改革[J].四川职业技术学院学报，2012（03）.