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1、机电一体化系统设计根底课程作业讲评(4)重庆播送电视大学机械工程学院第 5 章 自动把握技术1. 考核学问点：机电一体化自动把握技术概述、计算机把握技术、PCL 的组成。2. 常见错误：PCL 把握系统的设计。第 6 章 机电一体化系统设计与综合1. 考核学问点： 机电一体化系统的设计流程、机电一体化系统的概念设计、机电一体化系统的现代设计方法。2. 常见错误：机电一体化系统的现代设计方法。第 7 章 机电一体化系统设计1. 考核学问点：CNC 数控设备概述、CNC 机床分类。2. 常见错误：CNC 机床分类。以上问题提示答案和解题思路：以教材中的论述和计算方法为主。一、推断题正确的打，错误的
2、打1. 自动把握技术是机电一体化相关技术之一，直接影响系统的把握水平、精度、响应速度和稳定性。 请见教材第 135136 页 5.1 2. 计算机把握系统设计完成后，首先需要对整个系统进展系统调试，然后分别进展硬件和软件的调试。 请见教材第 160 页 (6)说明：计算机把握系统设计完成以后，要对整个系统进展调试。调试步骤为硬件调试软件调试系统调试。故此题的论述时错误的，括号内应填入“”。3. PLC 完善的自诊断功能，能准时诊断出PLC 系统的软件、硬件故障，并能保护故障现场，保证了PLC 把握系统的工作安全性。 请见教材第 161 页 2.(1)中 第 5 行 6 行4. 现场总线系统承受
3、一对一的设备连线，按把握回路分别进展连接，打破了传统把握系统的构造形式。 请见教材第 178179 页 5.7.2第 1 自然段 5. 需求设计是指产品开发的整个生命周期内，从分析用户需求到以具体技术说明书的形式来描述满足用户需求产品的过程。 请见教材第 204 页 倒数第 4 行3 行第 1 页 共 7 页6. 目前，大局部硬件接口和软件接口都已标准化或正在逐步标准化，设计时可以依据需要选择适当的接口，再协作接口编写相应的程序。 7. 计算机把握系统的软件主要分为系统软件和应用软件，应用软件一般不需要用户设计，系统软件都要由用户自行编写，所以软件设计主要是系统软件设计。 请见教材第 159
4、页 (5)第 1 行 4 行8. 反求设计是建立在概率统计根底之上，主要任务是提高产品的牢靠性，延长使用寿命，降低修理费用。 请见教材第 232 页 6.6.3 说明：反求设计是对已有的产品或技术进展分析争论，进而对该系统产品进展剖析、重构、再制造的设计。故论述是错误的，括号内应填入“”号。9. 绿色设计是对已有的产品或技术进展分析争论，进而对该系统产品进展剖析、重构、再制造的设计。 请见教材第 235 页 第 3 行 5 行根本学问: 绿色设计是在产品系统的开发阶段，就考虑其整个生命周期内对环境的影响，从而削减对环境的污染、资源的铺张，消退在使用安全和人类安康等方面所产生的负作用。10. 虚
5、拟设计是在基于多媒体的、交互的、嵌入式的三维计算机关心设计环境中进展实体建模和装配建模，生成准确的系统模型，并在同一环境中进展一些相关分析，从而满足工程设计和应用的需要。 请见教材第 238 页 第 2 行 6 行11. 工业机器人驱动局部在把握信息作用下供给动力，包括电动、气动、液压等各种类型的传动方式。 请见教材第 243 页 (2) 12. 数控机床中的计算机属于机电一体化系统的把握系统，而电机和主轴箱则属于系统的驱动局部。 请见教材第 101 页 4.4.1说明：机电一体化系统主要是由机械本体、动力系统、检测传感系统、执行部件、信息处理及把握系统 5 个根本要素构成。数控机床中的计算机
6、属于机电一体化系统信息处理及把握系统，电机属于动力驱动局部，主轴箱则属于机械本体。因此，此题的论述是错误的，括号内填入“”。二、单项选择题1. 有一脉冲电源，通过环形安排器将脉冲安排给五相十拍通电的步进电机定子励磁绕组，转子有 24 个齿，步进电机的步距角是 C 。A0.6B1.2C1.5D2说 明 ： 步进电机的步距角 a =360ozm， 五相十 拍运行拍 数 m=6 ， 代入计算可知，a =360o= 9 =3 = 1.5 。故括号内应填入“C”。24 1062根本学问：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环把握元件。在非超载的状况下，电机的转速、停顿的位置只取决于脉冲信号的频
7、率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲 信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特 点。使得在速度、位置等把握领域用步进电机来把握变的格外的简洁。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象一般的直流电机，沟通电机在常规下使用。它必需由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成把握系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机 械、电机、电子及计算机等很多专业学问。2. 步进电机转动后，其输出转矩随着工作频率增高而 。 请见教材第 112 页 5第1 行 A上升B下降C不变D前三种状况都有可能3. 承受脉宽调制PWM进展直流电动机调
8、速驱动时，通过转变 A 来转变电枢回路的平均电压，从而实现直流电动机的平滑调速。 请见教材第页 121 第 9 行 A. 脉冲的宽度B脉冲的频率C脉冲的正负D其他参数4. 含有微处理器，可进展程序编制或适应条件变化的接口是 D 。请见教材第 165 页 第 2 行 3 行 A零接口B被动接口C主动接口D智能接口说明：以把握微机微电子系统为动身点，将接口分为人机接口与机电接口两大类。机械系统与微电子系统之间的联系必需通过机电接口进展调整、匹配、缓冲，同时微电子系统的应用使机械系统具有“智 能”，到达了较高的自动化程度，但该系统照旧离不开人的干预，必需在操作者的监控下进展。故括号内应填入“D”。5
9、. HRGP-1A 喷漆机器人中的活塞式液压缸属于系统中的C。 请见教材第 252 页 第 1 行 2 行 A能源局部B测试传感局部C驱动局部D执行机构说明：工业机器人一般由机械系统、驱动系统、把握系统、检测传感系统和人工智能系统等组成，对应上述论述，此题答案为“C”。6. HRGP-1A 喷漆机器人中的手部属于系统中的 D 。 请见教材第 243 页 第 16 行 17 行 A能源局部B测试传感局部C驱动局部D执行机构7. 通常，数控周密镗铣床等高精度数控设备，其伺服系统的把握方式均承受 B 。A开环把握B闭环把握C半闭环把握 D混合把握 请见教材第 255 页 第 3 行说明：随着现代制造
10、业的快速进展，数控机床越来越多地被广泛应用，同时对数控机床定位精度、重复定位精度也日益提高，原来周密滚珠丝杠加编码器式的半闭环把握系统已无法满足用户的需求，因此精 密镗铣床等高精度数控设备均承受闭环把握，以获得很好的精度。因此，此题答案为“ B ”。8. 数控机床进给系统的伺服电机属于设备的 C 。A能源局部B测试传感局部C驱动局部D执行机构三、简答题1. 何谓概念设计？简述概念设计的设计过程。答：概念设计：请见教材第 206 页 第 8 行 10 行概念设计的设计过程：请见教材第 208218 页1. 产品的功能设计(1) 设计任务抽象化确定总功能(2) 总功能的分解削减机械传动部件，使机械
11、构造简洁化，体积减小，提高系统的动态响应性能和运动精度。留意选用标准、通用的功能模块，以避开功能模块在低水平上的重复设计，提高系统在模块级上的牢靠性，加快设计开发速度。充分运用硬件功能软件化原则，使硬件的组成最简化，使系统智能化。以计算机系统为核心的设计策略。(3) 确定功能构造串联构造并联构造环形构造2. 产品的原理方案设计3. 设计方案的评价与筛选2. 如何进展机电一体化系统的牢靠性设计？答：请见教材第 228230 页 6.6.11. (1)现代机械系统的牢靠性设计缩短传动链，削减元件数。必要时增设备用元件或系统。简化构造。标准化程度高、构造简洁的零部件往往工艺性能好，制造和装配的质量易
12、得到保证，故障的潜在因素易得到把握。增加过载保护装置或自动停机装置。设置监控系统。合理地规定修理期。(2)把握系统的牢靠性设计自动把握通过元器件的合理选择提高牢靠性对功率接口承受降额设计提高牢靠性承受监视定时器提高牢靠性实行抗干扰措施提高牢靠性3. 简述HRGP1A 喷漆机器人的示教再现过程。答：请见教材第 249 页 倒数第 5 行 7 行4. 简述数控设备中计算机数控装置的组成和功能。答：数控装置是数控机床的核心，主要是将输入的数据信号进展处理运算，推断。并发出执行命令安排给伺服系统，伺服系统依据命令信号发出执行信号给各个驱动电机，电机带开工作台动作。数控装置的组成：数控装置承受来自信息载
13、体的把握信息并转换成数控设备的操作(指令)信号。数控装置由输入接口、把握器、运算器、存储器和输出接口等五大局部组成。数控设备中计算机数控装置的功能是，读入数控加工程序，将其转换成把握机床运动和关心功能要求 的格式，分别送给进给电机把握单元、主轴电机把握单元和PLC，具有内置PLC 功能的数控装置本身具有规律量解算功能，直接将解算结果送给机床强电把握系统。具有闭环把握功能的数控系统还会读入机床位 置检测装置发出的实际位置信号，与指令位置比较后，用其差值把握机床的移动，可以获得较高的位置控制精度。具有闭环把握功能的数控系统还会读入机床位置检测装置发出的实际位置信号，与指令位置比较 后，用其差值把握
14、机床的移动，可以获得较高的位置把握精度。参考：数控装置的根本功能是：读入零件加工程序，依据加工程序所指定的零件外形，计算出刀具中心的移动轨迹，并依据程序指定的进给速度，求出每个微小的时间段插补周期内刀具应当移动的距离， 把下一个时间段内刀具应当移动的距离送给伺服单元。主要是将输入的数据信号进展处理运算、推断，并 发出执行命令安排给伺服系统，伺服系统依据命令信号发出执行信号给各个驱动电机，电机带开工作台、 刀具或者旋转主轴等动作这些动作包括主轴运动、进给运动或者关心运动。五、综合题1. 某物料搬动机械手的构造如以以下图，动作过程如以以下图，要求机械手的操作方式分为手动方式和 自动方式。机械手有升
15、降、水平移动、手爪夹持等3 个自由度，承受电磁阀把握的气缸驱动，PLC 把握。要求写出物料搬动机械手设计和产品开发的具体工程路线。物料搬动机械手构造原理图解：机电一体化系统的主要设计流程分为五个阶段：产品规划、概念设计、具体设计、设计实施和设计定型阶段。第一阶段：产品规划阶段：进展需求分析和需求设计，以明确设计任务。机械手的用途:物料搬运。工作方式：手动、自动方式。主要技术参数：3 自由度。使用环境要求：生产线。其次阶段：概念设计阶段：在功能分析的根底上，优化筛选取得较抱负的工作原理方案。第三阶段：具体设计阶段。对各功能模块进展细部设计，绘制相应的工程图。该阶段的工作量既包括机械、电气、电子、
16、把握与计算机软件等系统的设计，又包括总装图和零件图的绘制。第四阶段：设计实施阶段。首先依据机械、电气图纸和算法文件，制造、装配和编制各功能模块；然后进展模块的调试；最终进展系统整体的安装调试，复核系统的牢靠性及抗干扰性。第五阶段：设计定型阶段。对调试成功的系统进展工艺定型，整理设计资料。小批量生产，试销。2. 某车间内的两条自动生产线上需要一款搬运机器人，用于生产线间的产品搬运，假设该款机器人承受概念设计，请制订出概念设计的流程。请参见教材第 208 页 6.3.2 答：产品概念设计打算性地影响产品创过程中后续的产品具体设计、产品生产开发、产品市场开发以及企业经营战略目标的实现。包含以下流程：
17、（1） 首先是将设计任务抽象化，确定出系统的总功能；（2） 依据系统的总功能要求和构成系统的功能要素进展总功能分解，划分出各功能模块，将总功能分解为子功能，直到分解到不能再分解的功能元，形成功能树；确定它们之间的规律关系；（3） 对各功能模块输入/输出关系进展分析，确定功能模块的技术参数和把握策略、系统的外观造型和总体构造；（4） 查找子功能功能元的解，并将原理解进展组合，形成多种原理解设计方案，（5） 以技术文件的形式交付设计组争论、审定。由于表达同一功能的产品可以有多种多样的工作原理，（6） 方案进展整体评价：对不同的方案进展整体评价，选择综合指标最优的设计方案。最终选定最正确方案形成概念产品。