機(jī)電技術(shù)概論（第2版）電子課件

機(jī)電技術(shù)概論目錄CONTENTS02機(jī)電產(chǎn)品的主要制造技術(shù)簡介03機(jī)電產(chǎn)品與系統(tǒng)的應(yīng)用與維護(hù)簡介01機(jī)電技術(shù)概述04機(jī)電技術(shù)應(yīng)用的職業(yè)面向與職業(yè)發(fā)展01機(jī)電技術(shù)概述1.1機(jī)電技術(shù)的基本概念機(jī)電技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際中去的綜合技術(shù)。如圖1.1.1所示，現(xiàn)代化的自動化生產(chǎn)設(shè)備都是機(jī)電一體化的設(shè)備，機(jī)電一體化設(shè)備廣泛地應(yīng)用于各個行業(yè)，企業(yè)為了在日益激烈的市場競爭中占有一席之地，大量引進(jìn)高新技術(shù)設(shè)備，因此，對人才的需求量大增，尤其是機(jī)電技術(shù)應(yīng)用的人才需求量更大。1.2機(jī)電一體化設(shè)備的構(gòu)成與主要特點1.2.2動力單元動力單元主要是為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供能量。它是機(jī)電一體化產(chǎn)品的能量供應(yīng)部分，其作用就是按照系統(tǒng)控制要求向機(jī)器系統(tǒng)提供能量和動力，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。提供的能量類型包括電能、氣壓能和液壓能。以電能為例，除了要求可靠性好以外，機(jī)電一體化產(chǎn)品還要求動力源的效率高，即用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功率輸出。1.2.3傳感檢測單元傳感檢測單元包括各種傳感器組成的信號檢測電路，其作用就是監(jiān)測系統(tǒng)工作過程中本身和外界環(huán)境有關(guān)的參量的變化，并將檢測信息傳遞給電子控制單元，電子控制單元根據(jù)檢測到的信息向執(zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的控制指令。機(jī)電一體化系統(tǒng)要求傳感器及其信號檢測電路的精度、靈敏度、響應(yīng)速度和信噪比高，而且需要設(shè)備漂移小，穩(wěn)定性、可靠性好；不易受被測對象特征（如電阻、磁導(dǎo)率等）的影響；對抗惡劣環(huán)境的能力強(qiáng)；體積小、量小、對整機(jī)的適應(yīng)性好；受外部環(huán)境干擾的影響??；操作性能好，便于現(xiàn)場維修；價格低廉。1.2機(jī)電一體化設(shè)備的構(gòu)成與主要特點1.2.4執(zhí)行單元執(zhí)行單元是驅(qū)動機(jī)械裝置運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，作用是根據(jù)電子控制單元的指令來驅(qū)動機(jī)械部件的運(yùn)動。執(zhí)行器是運(yùn)動部件，通常采用電力電子執(zhí)行裝置、氣動執(zhí)行裝置和液壓執(zhí)行裝置幾種方式。機(jī)電一體化系統(tǒng)對執(zhí)行器的要求一方面要響應(yīng)速度快、效率高；另一方面對溫度、油、塵埃等外部環(huán)境的適應(yīng)性好、可靠性高。電力電子執(zhí)行裝置可實現(xiàn)高速、高精度控制；氣動執(zhí)行裝置適用于對較輕的物體進(jìn)行推拉等簡單操作；液壓執(zhí)行裝置適用于實現(xiàn)大功率驅(qū)動。1.2.5控制單元機(jī)電一體化系統(tǒng)對控制和信息處理單元的基本要求是：提高信息處理速度，提高可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力以及完善系統(tǒng)自診斷功能，實現(xiàn)信息處理智能化和小型、輕量、標(biāo)準(zhǔn)化等。1.2機(jī)電一體化設(shè)備的構(gòu)成與主要特點1.2.6驅(qū)動單元驅(qū)動單元的功能是在控制信息作用下，驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種動作和功能。機(jī)電一體化技術(shù)一方面要求驅(qū)動單元具有高頻率和快速響應(yīng)等特性，同時又要求其對水、油、溫度、塵埃等外部環(huán)境具有適應(yīng)性和可靠性；另一方面由于受幾何上動作范圍狹窄等限制，還需考慮維修方便，并且盡可能實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。隨著電力電子技術(shù)的高度發(fā)展，高性能步進(jìn)電動機(jī)、直流和交流伺服電動機(jī)將大量應(yīng)用于機(jī)電一體化系統(tǒng)。1.2.7接口機(jī)電一體化系統(tǒng)由許多組成部分或子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)之間要能順利地進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的傳遞和交換，必須在各組成部分或各子系統(tǒng)的相接處具備一定的連接部件，這個連接部件稱為接口。接口的作用是將各組成部分或子系統(tǒng)連接成為一個有機(jī)整體，使各個功能環(huán)節(jié)有目的地協(xié)調(diào)一致運(yùn)動，從而形成機(jī)電一體化的系統(tǒng)工程。接口的基本功能主要有三個：一是變換，在需要進(jìn)行信息交換和傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)之間，由于信號的模式不同（如數(shù)字量與模擬量、串行碼與并行碼、連續(xù)脈沖與序列脈沖等）無法直接實現(xiàn)信息或能量的交流，必須通過接口完成信號或能量的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一；二是放大，在兩個信號強(qiáng)度相差懸殊的環(huán)節(jié)間，經(jīng)接口放大，達(dá)到能量匹配；三是傳遞，變換和放大后的信號要在環(huán)節(jié)間能可靠、快速、準(zhǔn)確地交換，必須遵循協(xié)調(diào)一致的時序、信號格式和邏輯規(guī)范。接口具有保證信息傳遞的邏輯控制功能，使信息按規(guī)定模式進(jìn)行傳遞。1.3典型機(jī)電一體化產(chǎn)品簡介如圖1.3.1所示，浙江亞龍公司YL-235A型光機(jī)電一體化實訓(xùn)裝置包含了機(jī)電專業(yè)所涉及的電機(jī)驅(qū)動、機(jī)械傳動、氣動、觸摸屏控制、可編程控制器、傳感器，變頻調(diào)速等多項基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，模擬了當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)在企業(yè)中的實際應(yīng)用。它為學(xué)生提供了一個典型的、可進(jìn)行綜合訓(xùn)練的工程環(huán)境，為學(xué)生構(gòu)建了一個可充分發(fā)揮潛能和創(chuàng)造力的實踐平臺。1.3典型機(jī)電一體化產(chǎn)品簡介如圖1.3.2所示，天煌THMDZW-2型機(jī)電設(shè)備安裝與維修綜合實訓(xùn)平臺是一臺典型的機(jī)電技術(shù)應(yīng)用設(shè)備。本實訓(xùn)平臺包括電氣控制部分和機(jī)械裝調(diào)部分，主要由實訓(xùn)臺、電氣控制柜（包括電源控制模塊、可編程控制器模塊、變頻器模塊、觸摸屏模塊、步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動模塊、伺服電動機(jī)驅(qū)動模塊、電氣擴(kuò)展模塊等）、動力源（包括三相交流電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)、伺服電動機(jī)等）、氣動定位裝置、二維送料機(jī)構(gòu)（十字滑臺）、轉(zhuǎn)塔部件、模具、自動沖壓機(jī)構(gòu)、自動上下料機(jī)構(gòu)（倉庫）、裝調(diào)工具、常用量具、鉗工臺、型材電腦桌等組成。1.3典型機(jī)電一體化產(chǎn)品簡介如圖1.3.3所示，工業(yè)機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動執(zhí)行工作，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。1.4機(jī)電產(chǎn)品的主要技術(shù)與要求1.4.1檢測傳感技術(shù)檢測傳感技術(shù)是指與傳感器及其信號檢測裝置相關(guān)的技術(shù)。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，傳感器就像人體的感覺器官，將各種內(nèi)、外部信息通過相應(yīng)的信號檢測裝置感知并反饋給控制及信息處理裝置，因此檢測與傳感是實現(xiàn)自動控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。機(jī)電一體化要求傳感器能快速、精確地獲取信息并經(jīng)受各種嚴(yán)酷環(huán)境的考驗。由于目前檢測與傳感技術(shù)還不能與機(jī)電一體化的發(fā)展相適應(yīng)，不少機(jī)電一體化產(chǎn)品不能達(dá)到滿意的效果或無法實現(xiàn)設(shè)計，因此，大力開展檢測與傳感技術(shù)的研究對發(fā)展機(jī)電一體化具有十分重要的意義。

1.4.2信息處理技術(shù)信息處理技術(shù)包括信息的交換、存取、運(yùn)算、判斷和決策等，實現(xiàn)信息處理的主要工具是計算機(jī)，因此計算機(jī)技術(shù)與信息處理技術(shù)密切相關(guān)。計算機(jī)技術(shù)包括計算機(jī)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，計算機(jī)與信息處理裝置指揮整個產(chǎn)品的運(yùn)行，信息處理是否正確、及時，直接影響產(chǎn)品工作的質(zhì)量和效率。因此，計算機(jī)應(yīng)用及信息處理技術(shù)已成為促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展的最活躍的因素。人工智能、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都屬于計算機(jī)與信息處理技術(shù)。1.4機(jī)電產(chǎn)品的主要技術(shù)與要求1.4.3自動控制技術(shù)自動控制技術(shù)范圍很廣，包括自動控制理論、控制系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)仿真、現(xiàn)場調(diào)試、可靠運(yùn)行等。由于被控對象種類繁多，所以控制技術(shù)的內(nèi)容極其豐富，包括高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷、校正、補(bǔ)償、示教再現(xiàn)、檢索等控制技術(shù)，自動控制技術(shù)的難點在于自動控制理論的工程化與實用化，這是由于現(xiàn)實世界中的被控對象往往與理論上的控制模型之間存在較大差距，使得從控制設(shè)計到控制實施往往要經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)試與修改，才能獲得比較滿意的結(jié)果。由于微型機(jī)的廣泛應(yīng)用，自動控制技術(shù)越來越多地與計算機(jī)控制技術(shù)聯(lián)系在一起，成為機(jī)電一體化中十分重要的關(guān)鍵技術(shù)。1.4.4伺服驅(qū)動技術(shù)伺服驅(qū)動技術(shù)的主要研究對象是執(zhí)行元件及其驅(qū)動裝置。執(zhí)行元件有電動、氣動、液壓等多種類型，機(jī)電一體化產(chǎn)品中多采用電動式執(zhí)行元件，其驅(qū)動裝置主要是指各種電動機(jī)的驅(qū)動電源電路，目前多采用電力電子器件及集成化的功能電路。執(zhí)行元件一方面通過電氣接口向上與微型機(jī)相連，以接受微型機(jī)的控制指令；另一方面又通過機(jī)械接口向下與機(jī)械傳動和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，以實現(xiàn)規(guī)定的動作。因此，伺服驅(qū)動技術(shù)是直接執(zhí)行操作的技術(shù)，對機(jī)電一體化產(chǎn)品的動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)精度、控制質(zhì)量等具有決定性的影響。常見的伺服驅(qū)動裝置有電液電動機(jī)、脈沖液壓缸、步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)。1.4機(jī)電產(chǎn)品的主要技術(shù)與要求1.4.5機(jī)械技術(shù)機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)。機(jī)電一體化產(chǎn)品中的主功能和構(gòu)造功能往往是以機(jī)械技術(shù)為主實現(xiàn)的。在機(jī)械與電子相互結(jié)合的實踐中，機(jī)電一體化產(chǎn)品不斷對機(jī)械技術(shù)提出更高的要求，使現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)相對于傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)而發(fā)生了很大變化。新機(jī)構(gòu)、新原理、新材料、新工藝等不斷出現(xiàn)，現(xiàn)代設(shè)計方法不斷發(fā)展和完善，以滿足機(jī)電一體化產(chǎn)品對減小質(zhì)量、縮小體積、提高精度和剛度、改善性能等多方面的要求。1.4.6系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)是一種從整體目標(biāo)出發(fā)，用系統(tǒng)工程的觀點和方法，將系統(tǒng)總體分解成有機(jī)聯(lián)系的若干功能單元，并以功能單元為子系統(tǒng)繼續(xù)分解，直至找到可實現(xiàn)的技術(shù)方案，然后把功能和技術(shù)方案組合成方案組進(jìn)行分析、評價和優(yōu)選的綜合應(yīng)用技術(shù)。系統(tǒng)總體技術(shù)所包含的內(nèi)容很多，接口技術(shù)是其重要內(nèi)容之一，機(jī)電一體化產(chǎn)品的各功能單元通過接口連接成一個有機(jī)的整體。接口包括電氣接口、機(jī)械接口、人機(jī)接口。電氣接口實現(xiàn)系統(tǒng)間電信號連接；機(jī)械接口則完成機(jī)械與機(jī)械部分、機(jī)械與電氣裝置部分的連接；人機(jī)接口提供了人與系統(tǒng)間的交互界面。系統(tǒng)總體技術(shù)是最能體現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計特點的技術(shù)，其原理和方法還在不斷地發(fā)展和完善之中。1.4機(jī)電產(chǎn)品的主要技術(shù)與要求1.4.7可靠性與抗干擾技術(shù)機(jī)電一體化系統(tǒng)及產(chǎn)品要能正常發(fā)揮其功能，首先必須穩(wěn)定、可靠的工作?？煽啃允窍到y(tǒng)和產(chǎn)品的重要屬性之一，是考慮到時間因素的產(chǎn)品質(zhì)量，對于提高系統(tǒng)的有效性、降低壽命期費(fèi)用和防止產(chǎn)品發(fā)生故障具有重要意義。可靠性高，意味著故障少、壽命長、維修費(fèi)用低；可靠性低，意味著故障多、壽命短、維修費(fèi)用高。任何機(jī)電一體化系統(tǒng)都在一定的電磁環(huán)境中工作。電磁干擾現(xiàn)象在我們的日常生活中是常見的。例如，附近的汽車點火系統(tǒng)會使電視機(jī)的圖像跳動并出現(xiàn)爆裂聲；使用電鉆或電焊機(jī)會使計算機(jī)運(yùn)行不正常；接通或斷開電源開關(guān)時會使收音機(jī)發(fā)出“撲撲”的聲音等。因此，要使機(jī)電一體化系統(tǒng)正常的工作，達(dá)到預(yù)期的功能，具有較高的可靠性，必須保證設(shè)備具有較高的抗干擾性能。特別是工業(yè)用機(jī)電一體化系統(tǒng)及產(chǎn)品，大多工作在干擾彌漫的車間現(xiàn)場，電磁環(huán)境惡劣，對其抗干擾性能要求更高。1.5機(jī)電技術(shù)的發(fā)展趨勢和展望1.5.1智能化智能化是２１世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。1.5.2模塊化模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品的種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電動機(jī)于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣，可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。1.5機(jī)電技術(shù)的發(fā)展趨勢和展望1.5.3網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育以及人們的日常生活都帶來了巨大的變革。各種網(wǎng)絡(luò)將全球經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)連成一片，企業(yè)間的競爭也將全球化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來，只要其功能獨到、質(zhì)量可靠，很快就會暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢，利用家庭網(wǎng)絡(luò)（homenet）將各種家用電器連接成以計算機(jī)為中心的計算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使人們在家里就可以分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。1.5.4微型化微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過１cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。1.5機(jī)電技術(shù)的發(fā)展趨勢和展望1.5.5綠色化工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來了巨大變化：一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小，資源利用率極高。設(shè)計綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前途。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。1.5.6系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)，一般除RS232外，還有RS485、CAN、DCS等。未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。機(jī)電一體化的人格化有兩層含義：一層是機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來越重要，特別是對家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化；另一層是模仿生物機(jī)理，研制各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是人們受動物的啟發(fā)研制出來的。02機(jī)電產(chǎn)品的主要制造技術(shù)簡介2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)2.1.1機(jī)電設(shè)備裝調(diào)的基礎(chǔ)知識1.裝配的概念2.生產(chǎn)類型及組織形式生產(chǎn)類型一般可分為三類：單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)。單件生產(chǎn)：件數(shù)很少，甚至完全不重復(fù)生產(chǎn)的，單個制造的一種生產(chǎn)方式。成批生產(chǎn)：每隔一定時期后，成批地制造相同的產(chǎn)品。大量生產(chǎn)：產(chǎn)品的制造數(shù)量很龐大，各工作地點經(jīng)常重復(fù)地完成某一工序，并有嚴(yán)格的節(jié)奏性。單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)、大量生產(chǎn)都有各自的裝配組織形式。裝配組織形式有固定式和移動式兩種。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)3.裝配的工藝過程（１）研究和熟悉產(chǎn)品裝配圖及有關(guān)的技術(shù)資料，了解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、各零件的作用、相互關(guān)系及連接方法。（２）確定裝配方法。（３）劃分裝配單元，確定裝配順序。（４）選擇準(zhǔn)備裝配時所需的工具、量具和輔具等。（５）確定裝配工藝卡片。（６）采取安全措施。4.裝配順序的安排原則（１）去掉工件毛刺與飛邊，并預(yù)先進(jìn)行清洗、防銹、防腐、干燥處理和防磕碰處理（裝配前準(zhǔn)備）。（２）先基礎(chǔ)重大件，后其他輕量件（如機(jī)床底座）。（３）先復(fù)雜、精密件，后簡單、一般件（如主軸件）。（４）裝配時有沖擊的、需加壓的、加熱的先裝。（５）使用相同設(shè)備和工藝裝備的裝配和有共同特殊裝配環(huán)境的裝配集中安排。（６）電氣線路、油氣管路的安裝應(yīng)與相應(yīng)的工序同時進(jìn)行。（７）易燃、易爆、易碎、有毒的后裝（如集中潤滑系統(tǒng)）。（８）前道裝配工序應(yīng)不影響后面裝配工序的進(jìn)行，后面的工序應(yīng)不損壞前面工序的質(zhì)量。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)5.裝配精度（１）零部件間的配合精度是指配合面間達(dá)到規(guī)定的間隙或過盈的要求，它影響配合性質(zhì)和配合質(zhì)量，已由相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化。（２）零部件間的接觸精度是指配合表面、接觸表面和連接表面達(dá)到規(guī)定的接觸面積大小和接觸點分布的情況。（３）零部件間的位置尺寸精度是指零部件間的距離精度。（４）零部件間的位置精度是指平行度、垂直度、同軸度和各種跳動。（５）相對運(yùn)動精度是指機(jī)器中有相對運(yùn)動的零部件間在運(yùn)動方向和運(yùn)動位置上的精度。（６）裝配精度和零件精度有密切的關(guān)系，多數(shù)情況下，機(jī)器的裝配精度由與它相關(guān)的若干零件、部件的加工精度決定。6.裝配工作的相關(guān)內(nèi)容１）零件的清理和清洗目的：去除黏附在零件上的灰塵、切屑和油污，并使零件具有一定的防銹能力。原因：如果零部件裝配面表面存留有雜質(zhì)，會迅速磨損機(jī)器的摩擦表面，嚴(yán)重的會使機(jī)器在很短的時間內(nèi)損壞，特別是軸承、密封件、轉(zhuǎn)動件等。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)２）零件的連接零件的連接包括可拆連接（用螺紋、鍵、銷連接等）和不可拆連接（膠水黏合、鉚接和過盈配合等）兩種。３）校正、調(diào)整與配作、精度檢驗校正：指裝配連接過程中相關(guān)零、部件相互位置的找正、找直、找平及相應(yīng)的調(diào)整工作。調(diào)整：指調(diào)節(jié)零件或機(jī)構(gòu)的相對位置、配合間隙和結(jié)合松緊等，如軸承間隙、齒輪嚙合的相對位置和摩擦離合器松緊的調(diào)整（位置精度調(diào)整），傳動軸裝配時的同軸度調(diào)整，徑向跳動和軸向竄動調(diào)整。配作：指幾個零件配鉆、配鉸、配刮和配磨等，裝配過程中附加的一些機(jī)械加工和鉗工操作。其中，配鉆和配鉸要在校正、調(diào)整，并緊固連接螺栓后再進(jìn)行。精度檢驗：就是用檢測工具，對產(chǎn)品的工作精度、幾何精度進(jìn)行檢驗，直至達(dá)到技術(shù)要求為止。４）平衡對轉(zhuǎn)速較高、旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)性要求較高的機(jī)器，為防止其在工作時出現(xiàn)不平衡的離心力和振動，應(yīng)對其旋轉(zhuǎn)零部件進(jìn)行平衡。５）試車與驗收（測試）試車與驗收（測試）是機(jī)器裝配后，按設(shè)計要求進(jìn)行的運(yùn)轉(zhuǎn)試驗，其內(nèi)容包括運(yùn)轉(zhuǎn)靈活性、工作時升溫、密封性、轉(zhuǎn)速、功率、振動和噪聲等。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)2.1.2主要機(jī)械部件的裝調(diào)技術(shù)1.裝配時常用的工具１）一字螺絲刀２）十字螺絲刀2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)３）梅花形螺絲刀４）內(nèi)六角扳手2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)５）活動扳手６）呆扳手７）梅花扳手2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)８）套筒扳手（犜形扳手）９）扭力扳手2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)10）其他裝卸工具2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)１１）電動工具１２）氣動工具2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)2.螺紋連接１）螺紋連接的裝配技術(shù)要求（１）擰緊力矩的大小。為了達(dá)到連接可靠和緊固目的，裝配時要有一定的擰緊力矩，使螺紋間產(chǎn)生足夠的預(yù)緊力和摩擦力矩。預(yù)緊力的大小是根據(jù)裝配要求確定的。一般緊固螺紋無預(yù)緊力的要求，由裝配者按經(jīng)驗控制。（２）控制螺紋預(yù)緊力的方法。①利用專用的裝配工具，如測力扳手，定扭矩扳手，電動、風(fēng)動扳手等。其中測力扳手是常用的一種。②測量螺栓的伸長法。擰緊前先測出螺栓伸出長度犾１，再根據(jù)預(yù)緊力犘０擰緊螺母。這時螺栓受拉伸長為犾２，即犾２－犾１＝伸長數(shù)，根據(jù)伸長數(shù)便可確定擰緊力矩是否正確。③扭角法。其原理與測量螺栓伸長法相同，只是將伸長量折算成螺母在原始擰緊位置上（各被連接件貼緊后），再擰轉(zhuǎn)一個角度。④螺栓不應(yīng)有歪斜或者彎曲現(xiàn)象，螺母應(yīng)與被連接件接觸良好。⑤被連接件平面要有一定的緊固力，并且受力均勻、連接牢固。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)２）雙頭螺柱連接的裝配方法（１）雙螺母擰緊法。（２）螺母擰緊法。３）螺栓、螺釘、螺母裝配的注意事項（１）單獨螺栓、螺釘、螺母的裝配比較簡單，首先零件裝配處的平面應(yīng)經(jīng)過加工。裝配前，要將螺栓、螺釘、螺母和零件的表面擦凈；螺孔內(nèi)的臟物應(yīng)清理干凈。（２）裝配后螺栓、螺釘、螺母的表面必須與零件平面緊密貼合，以保證連接牢固可靠。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)（３）一組螺栓、螺釘、螺母裝配成直線形與長方形分布時，先將螺母分別擰到貼近零件表面，然后按圖2.1.17的順序，從中間開始，向兩邊對稱地依次擰緊。（４）擰緊成組螺母時要做到分次逐步擰緊，一般不少于三次，并且必須按一定的擰緊力矩擰緊。若有定位銷，擰緊要從定位銷附近開始。４）螺紋連接常用的防松裝置螺紋連接一般都具有自鎖性，在靜荷載作用下或者是工作溫度變化不大時，一般不會自行松脫。但是在沖擊、振動或者是工作溫度變化很大時，螺紋連接就能松動。為了保證螺紋連接可靠，就必須采用防松裝置。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)3.鍵連接１）松鍵連接的裝配（１）裝配前要清理鍵和鍵槽的銳邊、毛刺以防裝配時造成過大的過盈。（２）對重要的鍵連接，裝配前應(yīng)檢查鍵的直線度、鍵槽對稱度和傾斜度。（３）用鍵頭與軸槽試配松緊，應(yīng)能使鍵緊緊地嵌在軸槽中。鍵的頂面與軸槽之間應(yīng)有0.3~0.5ｍｍ間隙。（４）銼配鍵長，鍵寬與軸鍵槽間應(yīng)留０．１ｍｍ左右的間隙。（５）在配合面涂上機(jī)油，用銅棒或臺虎鉗（鉗口上應(yīng)加銅皮墊）將鍵壓裝在軸槽中，直至與槽底面接觸。（６）試配并安裝套件，安裝套件時要用塞尺檢查非配合面間隙，以保證同軸度要求。（７）對于導(dǎo)向平鍵，裝配后應(yīng)滑動自如，為了拆卸方便，設(shè)有起鍵螺釘，但不能搖晃，以免引起沖擊和振動。２）緊鍵連接的裝配（１）去除鍵與鍵槽的銳邊、毛刺。（２）將輪裝在軸上，并對正鍵槽。（３）鍵上和鍵槽內(nèi)涂機(jī)油，用銅棒將鍵打入，兩側(cè)要有一定的間隙，鍵的底面與頂面要緊貼。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)（４）配鍵時，要用涂色法檢查斜面的接觸情況，若配合不好，可用銼刀、刮刀修整鍵或鍵槽。（５）若是鉤頭緊鍵，不能使鉤頭貼緊套件的端面，必須留有一定距離，以便拆卸。３）花鍵連接的裝配（１）固定套連接的裝配要點。①檢查軸、孔的尺寸是否在允許過盈量的范圍內(nèi)。②裝配前必須清除軸、孔的銳邊和毛刺。③裝配時可用銅棒等軟材料輕輕打入，但不得過緊，否則會拉傷配合表面。④過盈量要求較大時，可將花鍵套加熱（80℃～120℃）后再進(jìn)行裝配。（２）滑動套連接的裝配要點。①檢查軸孔的尺寸是否在允許的間隙范圍內(nèi)。②裝配前必須清除軸、孔的銳邊和毛刺。③用涂色法修正各齒間的配合，直到花鍵套在軸上能自動滑動，沒有阻滯現(xiàn)象，但不應(yīng)有徑向間隙感覺。④套孔徑若有較大縮小現(xiàn)象，可用花鍵推刀修整。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)１）圓柱銷的裝配（１）圓柱銷一般多用于各種機(jī)件的定位（如夾具、各類沖模等）。裝配前應(yīng)檢查銷釘與銷孔是否有合適的過盈量，一般過盈量在０．０１ｍｍ左右適宜。（２）為保證連接質(zhì)量，應(yīng)將連接件兩孔一起鉆鉸。（３）裝配時，銷上應(yīng)涂機(jī)油潤滑。（４）裝入時，應(yīng)用軟金屬墊在銷子端面上，然后用錘子將銷子打入孔中，也可用壓入法裝入。（５）在打不通孔的銷孔前，應(yīng)先用帶切銷錐的鉸刀最后鉸到底，同時在銷釘外圓用油石磨一通氣平面，否則由于空氣排不出，銷釘打不進(jìn)去。２）圓錐銷的裝配（１）將被連接工件的兩孔一起鉆鉸。（２）邊鉸孔，邊用錐銷試測孔徑，以銷能自由插入銷長的８０％為宜。（３）銷錘入后，一般銷子的大頭以露出工件表面或使之一樣平為準(zhǔn)。（４）不通錐孔內(nèi)應(yīng)裝帶有螺孔的錐銷，以免取出困難。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)5.管道連接的裝配１）管道連接的技術(shù)要求（１）管道的選擇應(yīng)該根據(jù)壓力和使用場所的不同來進(jìn)行。要保證有足夠的強(qiáng)度、內(nèi)壁光滑、清潔、無砂眼、無銹蝕、無氧化皮等缺陷。（２）對有腐蝕的管道，在配管作業(yè)時要進(jìn)行酸洗、中和、清洗、干燥、涂油、試壓等工作，直到合格才能使用。（３）管子切斷時，斷面要與軸線垂直。（４）管子彎曲時，不能把管子壓扁。（５）管道每隔一定的長度要有支撐，用管夾頭牢固固定，以防振動。（６）管道在安裝時，應(yīng)保證壓力損失最小。（７）在管路的最高部分應(yīng)裝設(shè)排氣裝置。（８）管道中，任何一段管道或者元件都能單獨拆裝，且不影響其他元件，便于修理。（９）安裝好管道后，應(yīng)再拆下來，經(jīng)過清洗干燥、涂油及試壓，再進(jìn)行二次安裝，以免污物進(jìn)入管道。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)２）管道接頭的裝配及維修（１）擴(kuò)口薄管接頭的裝配。（２）球形管接頭的裝配。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)（３）高壓膠管接頭的裝配。（４）管道連接的維修。6.過盈連接的裝配１）圓柱面過盈連接的技術(shù)要求（１）裝配后最小實際過盈量，要能保證兩個零件相互之間的準(zhǔn)確位置和一定的緊密度。（２）裝配后最大的實際過盈量要保證不會使零件遭到損傷，甚至破裂。（３）為了便于裝配，包容件的孔端和被包容件的進(jìn)端要適當(dāng)?shù)菇牵?°～10°）。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)２）圓柱面過盈連接的方法及場合（１）壓入法。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)（２）熱脹配合法。（３）冷縮配合法。（４）液壓套合法。３）圓錐面過盈連接的裝配４）過盈連接的裝配要點（１）相配合的表面粗糙度應(yīng)符合要求。（２）相配合的表面要求十分清潔。（３）經(jīng)加熱或冷卻的配合件在裝配前要擦拭干凈。（４）裝配時配合表面必須用潤滑油，以免裝配時擦傷表面。（５）裝壓過程要保持連續(xù)，速度不宜太快，一般以２～４ｍｍ／ｓ為宜。（６）壓入時，特別是在開始壓入階段必須保持軸與孔的中心線一致，不允許有傾斜現(xiàn)象。（７）對細(xì)長的薄壁件（如管件）要特別注意檢查其過盈量和形狀誤差，裝配要盡量采用垂直壓入，以防變形。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)7.軸承的裝配用來支承軸或軸上的旋轉(zhuǎn)零件的部件稱為軸承。軸承分為如下幾類：（１）按摩擦性質(zhì)分：①滑動軸承；②滾動軸承（按摩擦性質(zhì)分）。（２）按受力方向不同分：①徑向軸承———承受徑向力；②推力軸承———承受軸向力（按受力方向不同分）。１）滑動軸承的裝配軸與軸承孔進(jìn)行滑動摩擦的一種軸承，稱滑動軸承。剖分式滑動軸承（圖2.1.32）的裝配。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)２）滾動軸承的裝配（１）滾動軸承的選擇。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)（２）滾動軸承游隙和預(yù)緊。對預(yù)緊力較小的滾動軸承游隙一般用手撥和棒撥方法調(diào)整，如圖2.1.36所示。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)實現(xiàn)滾動軸承預(yù)緊的方法有徑向預(yù)緊和軸向預(yù)緊兩種，具體方法如下：徑向預(yù)緊：利用圓錐孔內(nèi)圈在軸上做軸向移動時，使軸承內(nèi)圈脹大來達(dá)到預(yù)緊的目的。軸向預(yù)緊：使軸承內(nèi)外圈做軸向相對移動。具體方法是用軸承內(nèi)、外墊圈厚度差，實現(xiàn)預(yù)緊，如圖2.1.38所示。磨削成對軸承內(nèi)、外圈的方法，如圖3.1.39所示。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)（３）滾動軸承的裝配方法。（４）軸承的固定方法。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)（５）滾動軸承裝配時的注意點如下：①軸承打印號的端面一般朝外，以便更換時檢查號碼。②裝配好的軸承端面，應(yīng)與軸肩或孔的支承面貼靠，用手轉(zhuǎn)動應(yīng)無卡阻現(xiàn)象。③在裝配軸承的過程中，應(yīng)嚴(yán)格保持清潔，防雜物進(jìn)入軸承。④裝配好的軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中應(yīng)無噪聲，工作溫度不超過５０℃。（６）滾動軸承密封裝置的裝配。密封裝置的作用是防止?jié)櫥土魇Ш突覊m、雜物、水分等侵入。密封裝置分為接觸式和非接觸式兩類。①接觸式密封。

a.圈密封裝置。結(jié)構(gòu)簡單、摩擦磨損較大，用在低速清潔的場合下密封潤滑脂，如圖2.1.43所示。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)b.碗式密封裝置，如圖2.1.44所示。②非接觸式密封。a.間隙式密封裝置。b.迷宮式密封裝置。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)8.軸的裝配軸是機(jī)械中的重要零件，所有帶孔的傳動零件，如齒輪、帶輪、蝸輪以及一些工作零件如葉輪、活塞等都要裝到軸上才能工作。軸、軸上零件與兩端支承的組合稱軸組。為了保證軸及其上面的零件、部件能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，要求軸本身具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并必須能滿足一定的加工精度要求。１）影響主軸部件旋轉(zhuǎn)精度的因素（１）影響主軸徑向圓跳動的因素。①主軸本身的精度（如主軸軸頸同軸度、錐度以及圓度等）。②軸承本身的精度（主要是指軸承內(nèi)滾道表面的圓度）。③主軸箱殼體前后軸承孔的同軸度、錐度與圓度。（２）影響主軸軸向竄動的因素。①主軸軸頸肩后面的垂直度與徑向圓跳動。②緊固軸承的螺母、襯套、墊圈等端面圓跳動和平行度。③軸承本身的端面圓跳動和軸向竄動。④主軸箱殼體孔的端面圓跳動。（３）影響主軸部件旋轉(zhuǎn)均勻性和平穩(wěn)性的因素。①主軸及軸上傳動零件（如齒輪、帶輪等）精度和裝配質(zhì)量。②外界振源（如電動機(jī)、鍛錘等）引起主軸振動。2.1機(jī)械裝調(diào)技術(shù)３）軸的裝配（１）裝配前，進(jìn)行清洗，去除毛刺，并按圖樣檢查軸的精度。（２）軸的預(yù)裝：由于軸類零件一般都要經(jīng)過高頻感應(yīng)加熱、淬火等熱處理，軸的尺寸和形狀，在控制過程中和運(yùn)輸過程中會產(chǎn)生毛刺和磕碰痕跡，所以先要進(jìn)行修整，可以用條形磨石或整形銼將輪和軸的棱邊倒角，然后清洗預(yù)裝。（３）著色法修正：輪和軸的試裝多采用著色法修整。（４）裝配：如果在齒輪上裝有變速用的滑塊或撥叉和滑塊還要預(yù)先放置好。（５）裝配到位后，扳動手柄，齒輪應(yīng)滑動自如，手感受力均勻。持錘子的手，應(yīng)感到錘有很大的回彈力，并發(fā)出清脆的回聲。再檢查軸承內(nèi)環(huán)與軸肩貼合是否緊密，手柄的定位，齒輪的嚙合是否完全正確等。由于軸的裝配精度直接影響整個機(jī)器的質(zhì)量，所以在裝配過程中對各因素都要考慮周密，并且格外細(xì)心。2.2傳感檢測技術(shù)2.2.1機(jī)電產(chǎn)品中的常用傳感器簡介傳感器（Sensor）也稱變換器（Transducer），是將非電量（物理量、化學(xué)量等）等按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量、傳輸和控制的電量或另一種非電量的元器件或裝置，如圖2.2.1所示。它是利用物理、化學(xué)學(xué)科的某些效應(yīng)（如壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)）、守恒原理（如動量、電荷量）、物理定律（如歐姆定律、胡克定律）及材料特性按一定工藝實現(xiàn)的。2.2傳感檢測技術(shù)2.2.1機(jī)電產(chǎn)品中的常用傳感器簡介1.傳感器的組成１）敏感元件2.2傳感檢測技術(shù)２）轉(zhuǎn)換元件2.2傳感檢測技術(shù)３）信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路４）電源電源的作用是為傳感器提供能源。需要外部接電源的稱為無源傳感器，不需要外部接電源的稱為有源傳感器。如電阻式傳感器、電感式傳感器和電容式傳感器就是無源傳感器，工作時需要外部電源供電，而壓電式傳感器、熱電偶是有源傳感器，工作時不需要外部電源供電。2.2傳感檢測技術(shù)2.傳感器的分類和命名１）按被測物理量性質(zhì)（輸入量）分類２）按工作原理（轉(zhuǎn)換原理）分類2.2傳感檢測技術(shù)３）按能量的傳遞方式分類（１）有源元件是一種能量轉(zhuǎn)換器，可將非電能量轉(zhuǎn)換成電能量。（２）無源元件本身不是換能器，如圖2.2.11所示。2.2傳感檢測技術(shù)3.傳感器的主要性能指標(biāo)１）靈敏度２）線性度2.2傳感檢測技術(shù)３）遲滯４）重復(fù)性５）分辨力與分辨率分辨力是指傳感器能夠測量到的最小輸入變化值，它代表了傳感器的最小量程，與輸入量同量綱。對于數(shù)字式儀表，其分辨力通常為該表最后一位數(shù)字所表示的數(shù)值；一般的模擬式儀表，則是用儀表最小刻度分格值的1/2。分辨率表示傳感器的分辨能力，用分辨力除以儀表滿量程得到，主要用于說明其分辨質(zhì)量。2.2傳感檢測技術(shù)4.常見的傳感器１）位移傳感器２）速度、加速度傳感器（１）速度傳感器。（２）加速度傳感器。2.2傳感檢測技術(shù)３）力、扭矩傳感器（１）力傳感器。（２）扭矩傳感器。４）接近開關(guān)（１）接近開關(guān)的定義。接近開關(guān)又稱無觸點行程開關(guān)，它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內(nèi)檢測有無物體靠近。當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時，就可以發(fā)出“動作”信號，而不像機(jī)械式行程開關(guān)那樣，需要施加機(jī)械力。多數(shù)接近開關(guān)具有較大的負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動中間繼電器。2.2傳感檢測技術(shù)（２）接近開關(guān)的外形。接近開關(guān)的外形如圖2.2.22所示，可以分成圓柱形、平面安裝形、方形、槽形和貫穿形。圓柱形安裝方便，便于調(diào)整與被測物的距離。平面安裝形和方形可用于板材的檢測，槽形和貫穿形可用于線材的檢測。（３）接近開關(guān)的特點。與機(jī)械開關(guān)相比，接近開關(guān)具有以下優(yōu)點：接近開關(guān)的缺點主要是觸點容量小，短路時易燒毀。2.2傳感檢測技術(shù)2.2.2機(jī)電產(chǎn)品中常用傳感器的選擇和應(yīng)用1.機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的選擇

傳感器的基本要求：體積小、質(zhì)量小、適應(yīng)性好；精度和靈敏性高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高；安全可靠、壽命長；便于與計算機(jī)對接；不易被檢測對象和外部環(huán)境影響；環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；現(xiàn)場安裝、處理簡單、操作方便、價格便宜。現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧p小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。１）確定傳感器的類型２）靈敏度的選擇３）響應(yīng)特性（反應(yīng)時間）４）線性范圍５）穩(wěn)定性６）精度2.2傳感檢測技術(shù)2.傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用１）電渦流式接近開關(guān)（俗稱電感接近開關(guān)）2.2傳感檢測技術(shù)２）電容式接近開關(guān)2.2傳感檢測技術(shù)３）霍爾接近開關(guān)2.2傳感檢測技術(shù)４）光電開關(guān)2.2傳感檢測技術(shù)2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)2.3.1接口的含義、功能與分類1.接口技術(shù)的含義在機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)中，“接口技術(shù)”是指系統(tǒng)中各個器件及計算機(jī)間的連接技術(shù)。對于微處理器來說，CPU是整個系統(tǒng)的核心器件，CPU與其他外圍電路和部件相互連接的部分就是接口。接口是CPU與外界進(jìn)行信息交換的中轉(zhuǎn)站。接口又分為硬件部分和軟件部分，所謂硬件接口是指兩個部件實體之間的連線和邏輯電路；而軟件接口則是指為了實現(xiàn)信息交換而設(shè)計的程序。外圍電路是指除CPU之外的所有設(shè)備或電路，包括存儲器、I/O設(shè)備、控制設(shè)備、測量設(shè)備、通信設(shè)備、A/D和D/A等。2.接口的功能與分類2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)１）接口的功能２）接口的分類（１）存儲器接口與I/O外設(shè)接口。（２）串行接口與并行接口。（３）模擬接口與數(shù)字接口。（４）高速接口和低速接口。2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)2.3.2數(shù)字量輸入輸出接口技術(shù)1.數(shù)字量輸入接口2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)2.3.3A/D轉(zhuǎn)換接口1.典型的計算機(jī)自動控制系統(tǒng)2.模／數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的主要性能參數(shù)１）分辨率２）量化誤差３）轉(zhuǎn)換時間４）絕對精度５）相對精度2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)3.ADC0809模／數(shù)轉(zhuǎn)換器１）模／數(shù)轉(zhuǎn)換器原理２）ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖其主要技術(shù)指標(biāo)如下：2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)ADC0809內(nèi)部各單元的功能如下：2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)圖2.3.12所示為ADC0809轉(zhuǎn)換器的引腳圖，各引腳功能如下：３）ADC0809與CPU的連接及其應(yīng)用2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)２）逐次比較型（如TLC0831）逐次比較型包括反饋比較式、計數(shù)比較式、眼隙比較式、無反饋比較式、串聯(lián)比較式、串并聯(lián)比較式等。３）并行比較型／串并行比較型（如TLC5510）并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器采用多個比較器，僅做一次比較而實行轉(zhuǎn)換，又稱Flash（快速）型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，狀位的轉(zhuǎn)換需要２n-1個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也高，只適用于視頻A/D轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。４）Σ－Δ（Sigma／FONT＞delta）調(diào)制型（如A／D7705）Σ－Δ型Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器由積分器、比較器、１位Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間（脈沖寬度）信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率，其主要用于音頻和測量。５）電容陣列逐次比較型電容陣列逐次比較型Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器在內(nèi)置Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器中多數(shù)電阻的值必須一致，在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器。最近的逐次比較型Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器大多為電容陣列式的。６）壓頻變換型（如A／D650）2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)3.多路轉(zhuǎn)換器2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)2.3.5D/A轉(zhuǎn)換接口1.數(shù)／模轉(zhuǎn)換器（DAC）１）參數(shù)（１）分辨率。（２）線性誤差。（３）建立時間。（４）溫度靈敏度。（５）輸出電平。2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)２）原理2.DAC0832數(shù)／模轉(zhuǎn)換器１）DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)２）DAC0832的工作模式DAC0832可在三種不同的工作模式下工作：（１）直通方式。（２）單緩沖方式。（３）雙緩沖方式。３）DAC0832與CPU的連接及其應(yīng)用2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)2.3.6接口技術(shù)在機(jī)電產(chǎn)品中的應(yīng)用實例1.交流開關(guān)量變送器１）輸入方式（１）電壓輸入（AC0~600V、45~55Hz）。（２）電流輸入（0～15Ａ，45～55Hz）。（３）輔助電源：DC5V、12Ｖ、24Ｖ。（４）工頻耐壓：輸入／輸出，輸入／電源間：AC2ｋＶ／min，漏電流１mA。（５）絕緣強(qiáng)度：≥２０ＭΩ。（６）工作環(huán)境：溫度，－10℃～50℃；濕度，10％～90％（無凝露）。（７）外形尺寸：YWE－K１，45ｍｍ×75ｍｍ×70ｍｍ。YWE－Ｋ３，110ｍｍ×75ｍｍ×70ｍｍ。２）使用條件（１）輸入與輸出必須成一一對應(yīng)關(guān)系。（２）使用環(huán)境應(yīng)無導(dǎo)電塵埃、無腐蝕金屬和破壞絕緣的氣體存在，海拔高度應(yīng)小于2500ｍ。2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)（３）輸入都存在抖動問題。①濾波消抖。濾波消抖電路如圖2.3.23所示。②雙穩(wěn)態(tài)消抖。雙穩(wěn)態(tài)消抖電路如圖2.3.24所示。③軟件消抖2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)2.大功率輸入調(diào)理電路

在大功率電路中，不僅有抖動，也有電磁干擾、火花等，電平邏輯也不一樣這時需要電氣隔離。光電隔離電路如圖2.3.25所示。使用74LS04直接翻轉(zhuǎn)（0.8Ｖ、2.0Ｖ），使用一個施密特觸發(fā)器有0.4Ｖ滯后。翻轉(zhuǎn)器電路如圖2.3.26所示。2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)3.電平轉(zhuǎn)換電路在現(xiàn)場環(huán)境中，壓力、溫度等報警電壓邏輯是不一定的，這時就要使用比較器。接負(fù)端，大于報警；接正端，小于報警。電平轉(zhuǎn)換電路如圖2.3.37所示。4.輸出驅(qū)動電路１）小功率驅(qū)動電路（１）功率晶體管輸出驅(qū)動電路如圖2.3.29所示。2.3機(jī)電一體化接口技術(shù)（２）達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動電路如圖2.3.30所示。２）大功率交流驅(qū)動電路大功率交流驅(qū)動電路采用的繼電器為固態(tài)繼電器，如圖2.3.31所示。2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)2.4.1單片機(jī)控制技術(shù)1.單片機(jī)概述單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計，包括系統(tǒng)的要求、控制方案的選擇以及工藝參數(shù)的測量范圍等；選擇各參數(shù)檢測元件及變送器；建立數(shù)學(xué)模型及確定控制算法；選擇單片機(jī)，并決定是自行設(shè)計還是購買成套設(shè)備；系統(tǒng)硬件設(shè)計，包括接口電路、邏輯電路及操作面板；系統(tǒng)軟件設(shè)計，包括管理、監(jiān)控程序以及應(yīng)用程序的設(shè)計，系統(tǒng)的調(diào)試與試驗。2.單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計確定單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計最重要、最關(guān)鍵的一步?？傮w方案的好壞，直接影響整個控制系統(tǒng)的性能及實施細(xì)則。總體方案的設(shè)計主要根據(jù)被控對象的任務(wù)及工藝要求而確定。設(shè)計方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定系統(tǒng)是采用開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。3.單片機(jī)控制系統(tǒng)中控制算法１）直接數(shù)字控制當(dāng)被控對象的數(shù)學(xué)模型能夠確定時，可采用直接數(shù)字控制。所謂數(shù)學(xué)模型就是系統(tǒng)動態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它表示系統(tǒng)輸入輸出及其內(nèi)部狀態(tài)之間的關(guān)系。一般多用實驗的方法測出系統(tǒng)的特性曲線，然后由此曲線確定出其數(shù)學(xué)模型。2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)２）數(shù)字化PID控制由于被控對象是復(fù)雜的，因此并非所有的系統(tǒng)均可求出數(shù)學(xué)模型，有些即使可以求出來，但由于被控對象環(huán)境的影響，許多參數(shù)經(jīng)常變化，因此很難直接進(jìn)行數(shù)字控制。此時最好選用數(shù)字化ＰＩＤ（比例積分微分）控制。4.單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計一個獨立的單片機(jī)核心系統(tǒng)，一般由時鐘電路、地址鎖存器電路、地址譯碼器、存儲器擴(kuò)展、模擬量輸入通道的擴(kuò)展、模擬量輸出通道的擴(kuò)展、開關(guān)量的Ｉ／Ｏ接口設(shè)計、鍵盤輸入和顯示電路等組成。１）存儲器擴(kuò)展２）模擬量輸入通道的擴(kuò)展３）模擬量輸出通道的擴(kuò)展４）開關(guān)量的I/O接口設(shè)計５）操作面板６）系統(tǒng)速度匹配７）系統(tǒng)負(fù)載匹配2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)5.單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計一般分兩類：系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件設(shè)計。軟件設(shè)計的幾個方面如下：（１）可行性設(shè)計為保證系統(tǒng)軟件的可靠性，通常設(shè)計一個自診斷程序，定時對系統(tǒng)進(jìn)行診斷。（２）軟件設(shè)計與硬件設(shè)計的統(tǒng)一性在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中，通常一個同樣的功能，通過硬件和軟件都可以實現(xiàn)，確定哪些由硬件完成，哪些由軟件完成，這就是軟件、硬件的折中問題。（３）應(yīng)用軟件的特點。①實時性：由于工業(yè)過程控制系統(tǒng)是實時控制系統(tǒng)，所以對應(yīng)用軟件的執(zhí)行速度都有一定的要求，即能夠在被控對象允許的時間間隔內(nèi)對系統(tǒng)進(jìn)行控制、計算和處理。②通用性：在應(yīng)用程序設(shè)計中，為了節(jié)省內(nèi)存和具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，通常要求程序有一定的靈活性和通用性。（４）軟件開發(fā)步驟。2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)6.單片機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試１）硬件調(diào)試（１）脫機(jī)檢查：用萬能表或邏輯測試筆逐步按照邏輯圖檢查機(jī)中各器件的電源及各引腳的連接是否正確，檢查數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線是否有短路等故障。（２）仿真調(diào)試：暫時排除目標(biāo)板的CPU和EPROM，將樣機(jī)接上仿真機(jī)的40芯仿真插頭進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試各部分接口電路是否滿足設(shè)計要求。２）軟件調(diào)試軟件調(diào)試根據(jù)開發(fā)的設(shè)備情況不同有以下方法。（１）交互匯編（２）用匯編語言（３）手工匯編以上三種方法調(diào)試完成以后，即可通過EPROM寫入器，將目標(biāo)代碼寫入EPROM，并將其插至機(jī)器的相應(yīng)插座上，系統(tǒng)便可投入運(yùn)行。３）硬件、軟件仿真調(diào)試經(jīng)過硬件、軟件單獨調(diào)試后，即可進(jìn)入硬件、軟件聯(lián)合仿真調(diào)試階段，找出硬件、軟件之間不相匹配的地方，反復(fù)修改和調(diào)試。2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)2.4.2可編程控制器（PLC）控制技術(shù)1.PLC概述１）PLC的定義可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入／輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。２）PLC的三大流派（１）自美國DEC公司1969年生產(chǎn)世界第一臺PLC至今，美國已具有100多家生產(chǎn)廠家，可生產(chǎn)200多種PLC產(chǎn)品。（２）日本日立公司1971年生產(chǎn)亞洲第一臺PLC至今，亞洲已具有60～70家生產(chǎn)廠家，可生產(chǎn)200余種PLC產(chǎn)品。（３）德國西門子公司于1973年生產(chǎn)歐洲第一臺PLC至今，歐洲現(xiàn)已具有幾十家生產(chǎn)廠家，可生產(chǎn)幾十種PLC產(chǎn)品。2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)３）PLC控制系統(tǒng)的硬件組成（１）CPU模塊。（２）I/O模塊。2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)（３）電源單元。（４）I/O擴(kuò)展接口。（５）編程單元。４）PLC的軟件系統(tǒng)PLC的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和用戶軟件。（１）系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件是用于系統(tǒng)管理、監(jiān)控自檢以及對用戶程序做編譯處理等的程序。（２）用戶程序。用戶程序是可編程控制器的使用者針對具體控制要求編制的程序。2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)５）PLC的工作原理（１）PLC的等效電路，如圖2.4.7所示。（２）PLC基本工作原理。2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)（３）用戶程序循環(huán)如圖2.4.9所示。６）PLC的分類（１）按結(jié)構(gòu)形式分類。（２）按I/O點數(shù)和程序容量分類。2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)７）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域（１）開關(guān)量的邏輯控制。（２）模擬量控制。（３）運(yùn)動控制。（４）過程控制。（５）數(shù)據(jù)處理。（６）通信及聯(lián)網(wǎng)。８）PLC未來展望

21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，產(chǎn)品會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，也會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)2.4.3工控機(jī)簡介1.工控機(jī)的概念工控機(jī)（IndustrialPersonalComputer，IPC）即工業(yè)控制計算機(jī)，是一種采用總線結(jié)構(gòu)，對生產(chǎn)過程及機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測與控制的工具總稱。工控機(jī)具有重要的計算機(jī)屬性和特征，如具有計算機(jī)ＣＰＵ、硬盤、內(nèi)存、外設(shè)及接口，并有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計算能力、友好的人機(jī)界面。工控行業(yè)的產(chǎn)品和技術(shù)非常特殊，屬于中間產(chǎn)品，是為其他各行業(yè)提供可靠、嵌入式、智能化的工業(yè)計算機(jī)。2.工控機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域IPC已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及人們生活的方方面面。例如，控制現(xiàn)場、路橋控制收費(fèi)系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、環(huán)境保護(hù)監(jiān)測、通信保障、智能交通管控系統(tǒng)、樓宇監(jiān)控安防、語音呼叫中心、排隊機(jī)、POS柜臺收銀機(jī)、數(shù)控機(jī)床、加油機(jī)、金融信息處理、石化數(shù)據(jù)采集處理、物探、野外便攜作業(yè)、環(huán)保、軍工、電力、鐵路、高速公路、航天、地鐵、智能樓宇、戶外廣告等。3.工控機(jī)的主要分類１）工業(yè)PC2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)２）可編程序控制器（PLC）３）分散型控制系統(tǒng)（DCS）４）現(xiàn)場總線系統(tǒng)（FCS）５）數(shù)控系統(tǒng)（CNC）2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)4.工控機(jī)軟件系統(tǒng)編輯2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)5.工控機(jī)的主要結(jié)構(gòu)１）全鋼機(jī)箱（１）工控機(jī)箱臥式尺寸。高度一般分１U（44ｍｍ×430ｍｍ×××）、2U（88ｍｍ×430ｍｍ×××）、3Ｕ、4Ｕ（176ｍｍ×430ｍｍ×××）、5Ｕ、6Ｕ、7Ｕ、8Ｕ等，一個１U的高度是44ｍｍ，其他高度依次類推。（２）壁掛式機(jī)箱。（３）內(nèi)部結(jié)構(gòu)。①硬盤架、光驅(qū)架：硬盤架一般分兩種，一種是分拆式；一種是壓卡式。品質(zhì)優(yōu)異的機(jī)箱一般都帶金屬彈簧防振功能；安裝硬盤數(shù)量一般為４～15個。②底板：底板的規(guī)格有多種，主要以主板的規(guī)格來劃分。③壓卡條：主要起固定作用。④后槽的擴(kuò)展：有7槽或14槽兩種；14槽的背板主要的用途是安裝多路視頻卡，比如有些大型的監(jiān)控系統(tǒng)，則要64路或者128路時，必須要換成14槽的背板。（４）導(dǎo)熱、抗振與電磁屏蔽。①工控機(jī)箱的導(dǎo)熱②工控機(jī)箱的抗振2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)２）無源底板３）工業(yè)電源４）CPU卡５）其他配件6.工控機(jī)的主要特點2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)7.工控機(jī)的日常維護(hù)１）機(jī)箱２）主板３）硬盤、光驅(qū)、軟驅(qū)４）各種板卡8.工控機(jī)的發(fā)展前景１）DCS（集散控制系統(tǒng)）的發(fā)展趨勢（１）向綜合方向發(fā)展（２）向智能化方向發(fā)展（３）工業(yè)ＰＣ化（４）專業(yè)化２）數(shù)控裝置的發(fā)展趨勢（１）ＰＣ化（２）交流伺服化（３）高功能的數(shù)控系統(tǒng)向綜合自動化方向發(fā)展（４）方便使用（５）柔性化和系統(tǒng)化2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)（６）高精度（７）機(jī)械智能化（８）診斷維修智能化9.工控機(jī)的國內(nèi)市場（１）從工控機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展來講，“嵌入式系統(tǒng)”“無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)”“機(jī)箱散熱”“固態(tài)硬盤”“箱式”“平板式”等新技術(shù)、新產(chǎn)品的應(yīng)用，適應(yīng)了自動化產(chǎn)品“小型化”“智能化”“低功耗”的發(fā)展趨勢，已經(jīng)大大提高了工控機(jī)的系統(tǒng)穩(wěn)定性，也降低了制造和應(yīng)用成本。（２）從工控機(jī)產(chǎn)品的形態(tài)來講，工控機(jī)產(chǎn)品的定義范疇日益擴(kuò)大，甚至與商用ＰＣ、商用工作站等其他計算機(jī)產(chǎn)品之間的概念區(qū)分逐漸模糊；工控機(jī)產(chǎn)品除了傳統(tǒng)的４Ｕ機(jī)架式工控機(jī)之外，箱式、面板式、單板式、嵌入式、便攜式、行業(yè)專用等其他工控機(jī)產(chǎn)品形式也得到了許多客戶的接受認(rèn)可和大量市場應(yīng)用。（３）從工控機(jī)產(chǎn)品的銷售渠道模式來講，一些供應(yīng)商變更了原有的銷售渠道及模式，調(diào)整了直銷分銷的銷售策略側(cè)重，也變革了原裝整機(jī)、組裝整機(jī)、板卡的出貨配額。這些調(diào)整變革的背后，是各家供應(yīng)商為適應(yīng)市場發(fā)展的新形勢、提高客戶滿意度、搶占市場份額的深層考慮和市場反應(yīng)行為。（４）從工控機(jī)下游應(yīng)用行業(yè)來看，一些工控機(jī)傳統(tǒng)的優(yōu)勢應(yīng)用行業(yè)正在遭遇商用ＰＣ、商用工作站的挑戰(zhàn)，大有沒落甚至被取代的趨勢；而一些新興的應(yīng)用市場卻不斷涌現(xiàn)，且2.4機(jī)電產(chǎn)品的常用控制技術(shù)呈現(xiàn)快速增長的趨勢。10.工控機(jī)的外部影響原因分析（１）空氣中的可吸入顆粒物多（２）供電電壓波動大、易停電（３）環(huán)境濕度不適宜（４）地面振感大2.4.4典型工控機(jī)系統(tǒng)介紹1.西門子工控機(jī)介紹西門子工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域是工業(yè)生產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸、樓宇和照明技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的全球領(lǐng)先供應(yīng)商，在“服務(wù)客戶零距離”這一原則指導(dǎo)下，公司致力于通過創(chuàng)新產(chǎn)品、集成化系統(tǒng)和一流的專門知識，助力工業(yè)生產(chǎn)提高生產(chǎn)率、效率和靈活性。2.西門子工業(yè)計算機(jī)的主要型號主要型號：SIMATICHMIIPC477C、SIMATICHMIIPC577C、SIMATICHMIIPC677C、SIMAICPanelPC677B、HMIPanelPCEx2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介2.5.1常見執(zhí)行機(jī)構(gòu)（裝置）簡介1.執(zhí)行裝置及其分類在電動執(zhí)行裝置中，有直流（ＤＣ）電動機(jī)、交流（ＡＣ）電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)和直接驅(qū)動（ＤＤ）電動機(jī)等實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的電動機(jī)，以及實現(xiàn)直線運(yùn)動的直線電動機(jī)。此外，還有實現(xiàn)直線運(yùn)動的螺線管和可動線圈。由于電動執(zhí)行裝置的能源容易獲得，使用方便，所以得到了廣泛的應(yīng)用。液壓執(zhí)行裝置有液壓油缸、液壓馬達(dá)等，這些裝置具有體積小、輸出功率大等特點。氣動執(zhí)行裝置有氣缸、氣動馬達(dá)等，這些裝置具有質(zhì)量小、價格低廉等特點。2.典型的電動執(zhí)行裝置示例2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介2.5.2三相交流異步電動機(jī)的控制與調(diào)速1.三相異步電動機(jī)的特點和用途（１）特點：具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉、維護(hù)方便、效率較高、體積小、質(zhì)量小等一系列優(yōu)點，缺點是功率因數(shù)較低，啟動和調(diào)速性能不如直流電動機(jī)。（２）用途：廣泛應(yīng)用于對調(diào)速要求不高的場合，在中小企業(yè)中應(yīng)用特別多，可用于普通機(jī)床、起重機(jī)、生產(chǎn)線、鼓風(fēng)機(jī)、水泵以及各種農(nóng)副產(chǎn)品的加工機(jī)械等，如圖2.5.3所示。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介2.三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)１）定子2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介２）轉(zhuǎn)子2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介3.三相異步電動機(jī)的銘牌（１）型號。（２）電壓。（３）頻率。（４）功率。（５）電流。（６）絕緣等級。（７）轉(zhuǎn)速。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介4.三相異步電動機(jī)的工作原理１）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介２）工作原理三相定子繞組中通入三相對稱電流后，定子、轉(zhuǎn)子鐵芯及其之間的空氣隙中產(chǎn)生一個同步轉(zhuǎn)速為n０的旋轉(zhuǎn)磁場，靜止的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生相對運(yùn)動，因而轉(zhuǎn)子按旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動。３）極數(shù)與轉(zhuǎn)差率極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。2.5.3步進(jìn)電動機(jī)的控制與應(yīng)用1.步進(jìn)電動機(jī)基礎(chǔ)知識１）認(rèn)識步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電動機(jī)件。在非超載的情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，接收到的脈沖信號就驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步進(jìn)角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電動機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介２）步進(jìn)電動機(jī)分類（１）永磁式步進(jìn)電動機(jī)。（２）反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。（３）混合式步進(jìn)電動機(jī)。３）動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語（１）步進(jìn)角精度（２）失步（３）失調(diào)角（４）最大空載啟動頻率（５）最大空載運(yùn)行頻率（６）運(yùn)行矩頻特性（７）電動機(jī)的共振點（８）電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制４）步進(jìn)電動機(jī)特點（１）一般步進(jìn)電動機(jī)的精度為步進(jìn)角的3％～5％，且不累積。（２）步進(jìn)電動機(jī)溫度過高首先會使電動機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至失步，因此電動機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電動機(jī)磁性材料的退磁點。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介（３）步進(jìn)電動機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。（４）步進(jìn)電動機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。2.步進(jìn)電動機(jī)應(yīng)用方法１）步進(jìn)電動機(jī)應(yīng)用的主要參數(shù)（１）電動機(jī)固有步進(jìn)角。（２）步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)。（３）保持轉(zhuǎn)矩。２）步進(jìn)電動機(jī)的工作原理2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介３）步進(jìn)電動機(jī)的使用步進(jìn)電動機(jī)的使用，一是要注意正確安裝，二是要注意正確接線。４）步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動裝置2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介５）使用步進(jìn)電動機(jī)應(yīng)注意的問題步進(jìn)電動機(jī)失步包括丟步和越步。使機(jī)械手返回原點的操作，常常會出現(xiàn)越步情況。2.5.4伺服系統(tǒng)簡介1.伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介2.伺服系統(tǒng)的分類1.伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成（１）根據(jù)使用能量的不同，可以將伺服驅(qū)動系統(tǒng)分為電氣式、液壓式和氣壓式等幾種類型，如圖2.5.18所示。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介（２）按控制方式劃分，可以將伺服驅(qū)動系統(tǒng)分為開環(huán)伺服系統(tǒng)和閉環(huán)伺服系統(tǒng)。2.5.5直流伺服電動機(jī)簡介1.直流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介2.直流伺服電動機(jī)的驅(qū)動原理無刷直流伺服電動機(jī)特點：電動機(jī)體積小、質(zhì)量小、出力大、響應(yīng)快、速度高、慣量小、轉(zhuǎn)動平滑、力矩穩(wěn)定；容易實現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相；電動機(jī)免維護(hù)，不存在碳刷損耗的情況，效率很高，運(yùn)行溫度低，噪聲小，電磁輻射很小，壽命長，可用于各種環(huán)境。3.直流伺服電動機(jī)的種類直流伺服電動機(jī)按電動機(jī)慣量大小可分為：4.直流伺服電動機(jī)的基本特性（１）機(jī)械特性：在輸入的電樞電壓Uａ保持不變時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速狀隨電磁轉(zhuǎn)矩M變化而變化的規(guī)律，稱為直流電動機(jī)的機(jī)械特性。（２）調(diào)節(jié)特性：直流電動機(jī)在一定的電磁轉(zhuǎn)矩M（或負(fù)載轉(zhuǎn)矩）下電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n隨電樞的控制電壓Uａ變化而變化的規(guī)律，稱為直流電動機(jī)的調(diào)節(jié)特性。（３）動態(tài)特性：從原來的穩(wěn)定狀態(tài)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，存在一個過渡過程，這就是直流電動機(jī)的動態(tài)特性。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介5.直流伺服電動機(jī)調(diào)整系統(tǒng)的組成（圖2.5.22）控制回路：速度環(huán)、電流環(huán)、觸發(fā)脈沖發(fā)生器等。主回路：可控硅整流放大器等。速度環(huán)：速度調(diào)節(jié)，它有好的靜態(tài)、動態(tài)特性。電流環(huán)：電流調(diào)節(jié)，它有加快響應(yīng)、啟動、低頻穩(wěn)定等特性。觸發(fā)脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生移相脈沖，使可控硅觸發(fā)角前移或后移?？煽毓枵鞣糯笃鳎赫?、放大、驅(qū)動，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介2.5.6交流伺服電動機(jī)簡介1.永磁交流同步伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理為了在電動機(jī)內(nèi)形成一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，要求激磁電壓Uｆ和控制電壓Uｋ之間有90°的相位差，常用的方法有：2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介2.交流同步伺服電動機(jī)的主要類型１）異步型異步型交流伺服電動機(jī)指的是交流感應(yīng)電動機(jī)，它有三相和單相之分，也有鼠籠式和線繞式，通常多用鼠籠式三相感應(yīng)電動機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡單，與同容量的直流電動機(jī)相比，質(zhì)量?。保玻瑑r格僅為直流電動機(jī)的１／３。缺點是不能經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)范圍很廣的平滑調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收滯后的勵磁電流，因而電網(wǎng)功率因數(shù)變大。２）同步型同步型交流伺服電動機(jī)雖較感應(yīng)電動機(jī)復(fù)雜，但比直流電動機(jī)簡單。它的定子與感應(yīng)電動機(jī)一樣，都在定子上裝有對稱三相繞組。3.交流伺服電動機(jī)的優(yōu)點（１）無電刷和換向器，因工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。（２）定子繞組散熱比較方便。（３）慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。（４）適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。4.交流伺服電動機(jī)的主要參數(shù)１）精度2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介２）矩頻特性３）過載能力４）加速性能5.交流伺服電動機(jī)的應(yīng)用場合１）物料計量２）橫封裝置３）供送物料6.交流伺服電動機(jī)與步進(jìn)電動機(jī)的性能比較與區(qū)別１）精度不同２）低頻不同３）矩頻不同４）過載不同５）運(yùn)行不同６）響應(yīng)不同2.5.7液壓傳動控制技術(shù)簡介1.液壓傳動控制技術(shù)發(fā)展歷程2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介第一次世界大戰(zhàn)（1914—1918）后液壓傳動廣泛應(yīng)用，特別是1920年以后，發(fā)展更為迅速。第二次世界大戰(zhàn)（1941—1945）期間，30％的美國機(jī)床應(yīng)用了液壓傳動。日本液壓傳動的發(fā)展較歐美等國家晚了20多年。在1955年前后，日本迅速發(fā)展液壓傳動，1956年成立了“液壓工業(yè)會”。2.液壓傳動控制技術(shù)的基本原理及應(yīng)用１）工作原理2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介２）應(yīng)用領(lǐng)域3.液壓系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（１）液壓傳動系統(tǒng)（２）液壓控制系統(tǒng)2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介4.液壓系統(tǒng)的組成１）動力元件２）執(zhí)行元件（１）液壓缸。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介（２）氣（液）壓馬達(dá)。３）液壓控制元件（１）方向控制閥。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介（２）流量控制閥。（３）壓力控制閥。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介（４）輔助元件。除了上述元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件，這些元件包括壓力表、濾油器、冷卻器、管件、管路、管接頭、油箱、蓄能器和密封裝置等。（５）工作介質(zhì)。工作介質(zhì)是指各類液壓傳動中的液壓油或乳化液，它經(jīng)過油泵和液動機(jī)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。5.優(yōu)缺點１）液壓傳動的優(yōu)點（１）體積小、質(zhì)量小，因此慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時，不會發(fā)生大的沖擊，如圖2.5.41所示。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介（２）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)地自動調(diào)節(jié)牽引速度并可實現(xiàn)無級調(diào)速。（３）換向容易，在不改變電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動的轉(zhuǎn)換。（４）液壓泵和液壓馬達(dá)之間用油管連接，在空間布置上彼此不受嚴(yán)格限制。（５）由于油液為工作介質(zhì)，元件相對運(yùn)動表面間能自行潤滑，磨損小，使用壽命長。（６）操縱控制簡便，自動化程度高。（７）容易實現(xiàn)過載保護(hù)。２）液壓傳動的缺點（１）使用液壓傳動對維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔。（２）對液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高。（３）液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平。（４）用油作工作介質(zhì)，工作面存在火災(zāi)隱患。（５）傳動效率低。2.5.8氣動技術(shù)簡介1.氣動技術(shù)基本知識2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介１）氣壓傳動的定義氣壓傳動與液壓傳動統(tǒng)稱為流體傳動，都是利用有壓流體（液體或氣體）作為工作介質(zhì)來傳遞動力或控制信號的一種傳動方式。它們的基本工作原理是相似的，都是執(zhí)行元件在控制元件的控制下，將傳動介質(zhì)（壓縮空氣或液壓油）的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而實現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的控制。２）氣動控制裝置的特點（１）工作介質(zhì)是空氣，取之不盡、用之不竭。氣體不易堵塞流動通道，用過后可將其隨時排入大氣中，不污染環(huán)境。（２）相對液壓傳動而言，氣動動作迅速、反應(yīng)快，一般只需0.02～0.3ｓ就可達(dá)到工作壓力和速度。液壓油在管路中的流動速度一般為1～5

ｍ/ｓ，氣體最小流速也大于10ｍ/ｓ，有時甚至達(dá)到音速，排氣時達(dá)到超音速。（３）氣體壓力具有較強(qiáng)的自保持能力，即使壓縮機(jī)停機(jī)，關(guān)閉氣閥，但裝置中仍然可以維持一個穩(wěn)定的壓力。液壓系統(tǒng)要保持壓力，一般需要能源泵繼續(xù)工作或另加蓄能器，而氣體通過自身的膨脹性來維持承載缸的壓力不變。（４）氣動元件可靠性高、壽命長。電氣元件可運(yùn)行百萬次，而氣動元件可運(yùn)行2000～4000萬次。（５）工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動等惡劣環(huán)境中，比液壓、電子、電氣傳動和控制優(yōu)越。（６）氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護(hù)方便、過載能自動保護(hù)。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介３）氣動系統(tǒng)的組成（１）氣源裝置。（２）空氣處理裝置。（３）控制元件。（４）邏輯元件。（５）執(zhí)行元件。（６）輔助元件。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介2.常用的氣動模塊與元件１）氣壓發(fā)生裝置2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介２）空氣處理元件（１）空氣過濾器。（２）油霧分離器。（３）空氣干燥器。（４）油霧器。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介（５）調(diào)壓閥。（６）空氣處理裝置。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典型執(zhí)行裝置簡介３）氣動執(zhí)行元件（１）單作用氣缸。2.5機(jī)電產(chǎn)品的典