機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)大綱

件4：課程教學(xué)大綱編號(hào)：01022920南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱課程設(shè)計(jì)名稱：機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程學(xué)分：2學(xué)分適用專業(yè)：機(jī)械電子工程執(zhí)筆人：孫松麗審定人：陸寶春修（制）訂日期：2017年2月一、課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)和能力培養(yǎng)要求（黑體，小四）1.課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)：（宋體，小四，1.5倍行距）機(jī)電一體化技術(shù)又稱為機(jī)械電子技術(shù)，它不是一門獨(dú)立的工程學(xué)科，是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的綜合，機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)是針對(duì)機(jī)電一體化系列課程的要求，繼機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程后的一門設(shè)計(jì)實(shí)踐性課程。它是理論與實(shí)踐的結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)電一體化產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)能力必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)，屬機(jī)械電子工程專業(yè)教育平臺(tái)課中的綜合實(shí)踐課程。主要目的是：（1）學(xué)習(xí)機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案擬定、分析與比較的方法。（2）通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握幾種典型傳動(dòng)元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算方法與選用原則。（3）通過(guò)對(duì)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電機(jī)的工作原理、計(jì)算選擇方法與控制驅(qū)動(dòng)方式，學(xué)會(huì)選用典型的傳感器、光電編碼器、交流/步進(jìn)伺服系統(tǒng)等。（4）通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握一些典型硬件電路的設(shè)計(jì)方法和控制軟件的設(shè)計(jì)思想。如控制系統(tǒng)選用、單片機(jī)控制、PLC控制等。2.能力培養(yǎng)要求：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐技能，獨(dú)立分析與解決問(wèn)題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹立“系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的思想。（2）通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，熟悉設(shè)計(jì)過(guò)程，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)資料的正確使用，鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料以及撰寫科技論文的能力；掌握機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、檢測(cè)模塊和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模塊的計(jì)算和選用及工程圖紙的繪制等，從而在機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)基本技能的運(yùn)用上得到訓(xùn)練。（3）為學(xué)生提供一個(gè)較為充分的設(shè)計(jì)空間，使其在鞏固所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中深刻領(lǐng)會(huì)機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技術(shù)能力和綜合素質(zhì)。二、課程設(shè)計(jì)選題要求（宋體，小四，1.5倍行距）以典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)為設(shè)計(jì)案例（從題庫(kù)中任選一題），討論其機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)方法、電機(jī)的選用和相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，控制器的選擇及控制方案的制訂，工程圖的繪制、電氣硬件的選型、電氣硬件接線、控制器軟件編程及編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書等。使學(xué)生通過(guò)機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電一體化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程。1.課程設(shè)計(jì)內(nèi)容有：（1）設(shè)計(jì)任務(wù)分析。查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)資料進(jìn)行分析總結(jié)。（2）總體方案論證。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的具體要求，擬定設(shè)計(jì)對(duì)象的技術(shù)參數(shù)、運(yùn)動(dòng)形式、驅(qū)動(dòng)方案、傳動(dòng)方案、控制方案等。（3）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。將設(shè)計(jì)對(duì)象分解為動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和支承等若干部分，根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)間，取其中的部分傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)并校核，繪制相關(guān)零部件圖。（4）控制方案設(shè)計(jì)。基于單片機(jī)、可編程控制器或工控機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。（5）編制課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。2.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書的內(nèi)容設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要技術(shù)文件之一，是圖樣設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和理論依據(jù)，也是進(jìn)行設(shè)計(jì)審核的依據(jù)。因此，編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書是設(shè)計(jì)工作的重要環(huán)節(jié)之一。（1）前言。前言主要是對(duì)設(shè)計(jì)背景、設(shè)計(jì)目的和意義進(jìn)行總體描述。（2）目錄。目錄應(yīng)列出說(shuō)明書中的各項(xiàng)內(nèi)容標(biāo)題和頁(yè)次，包括附錄。（3）正文。說(shuō)明書正文為設(shè)計(jì)的依據(jù)和過(guò)程，主要包括①設(shè)計(jì)任務(wù)書，一般應(yīng)附設(shè)計(jì)目標(biāo)、使用條件和主要設(shè)計(jì)參數(shù)；②總體方案論證，根據(jù)設(shè)計(jì)要求以及給定的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)要求，進(jìn)行功能原理方案設(shè)計(jì)，包括各功能單元方案的詳細(xì)論證，并針對(duì)多種方案的可行性進(jìn)行比較，通過(guò)方案比較、擇優(yōu)，尋找出一種比較好的方案；③詳細(xì)設(shè)計(jì)部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在功能原理方案確定的基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即傳動(dòng)零件等設(shè)計(jì)計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)件的選擇，繪制相關(guān)的零部件圖；詳細(xì)設(shè)計(jì)部分的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括按制方案的選擇，硬件系統(tǒng)框圖、原理圖，元器件的選擇、相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算，控制系統(tǒng)的軟件流程圖及源代碼等。（4）參考文獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)將設(shè)計(jì)中所用到的參考書、手冊(cè)、樣本等資料列出。（5）附錄。附錄中列出在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的非通用設(shè)計(jì)資料、圖表、計(jì)算程序等。3.題庫(kù)如下：（1）自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：①實(shí)現(xiàn)功能：將物料塊由進(jìn)出貨緩沖區(qū)放入指定的某一庫(kù)位。②機(jī)械部分結(jié)構(gòu)：倉(cāng)庫(kù)具有一個(gè)進(jìn)料緩沖區(qū)、6個(gè)料位，X、Y軸采用電機(jī)加絲杠組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，Z軸由氣缸驅(qū)動(dòng)，以完成物料的入庫(kù)和出庫(kù)。請(qǐng)完成機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制結(jié)構(gòu)示意圖，并說(shuō)明主要機(jī)械部件選型結(jié)果及選型依據(jù)。③控制部分：控制核心為PLC，X、Y軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)，Z軸為氣缸。請(qǐng)完成控制部分：MCGS組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)、PLC硬件接線圖設(shè)計(jì)、PLC軟件程序設(shè)計(jì)、MCGS組態(tài)監(jiān)控界面與PLC軟件程序聯(lián)機(jī)調(diào)試。（2）FMS教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)移動(dòng)小車站設(shè)計(jì)要求：①實(shí)現(xiàn)功能：將傳送帶上的物料根據(jù)其性質(zhì)（合格品或不合格品）送入指定倉(cāng)庫(kù)進(jìn)出貨緩沖區(qū)（合格品入合格品庫(kù)，不合格品入廢品庫(kù)）。②機(jī)械部分結(jié)構(gòu)：移動(dòng)小車由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)工作臺(tái)上的機(jī)械手平移至不同位置，并在此位置下實(shí)現(xiàn)物料由傳送帶抓取至對(duì)應(yīng)倉(cāng)庫(kù)的物料緩沖區(qū)（或反之）。請(qǐng)完成機(jī)械部分（特別是機(jī)械手）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制結(jié)構(gòu)示意圖，并說(shuō)明主要機(jī)械部件選型依據(jù)及選型結(jié)果。③控制部分：控制核心為PLC，執(zhí)行機(jī)構(gòu)：2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)（小車前行、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)）、1臺(tái)升降汽缸。需完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容有：MCGS組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)、PLC硬件接線圖設(shè)計(jì)、PLC軟件程序設(shè)計(jì)、MCGS組態(tài)監(jiān)控界面與PLC軟件程序聯(lián)機(jī)調(diào)試。注：本選題設(shè)計(jì)內(nèi)容較多，可由兩名同學(xué)組合完成，一人完成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一人完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（3）物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)（磁性金屬與非磁性金屬識(shí)別）要求：①實(shí)現(xiàn)功能：識(shí)別出傳送帶上的物料材質(zhì)（兩種模式：磁性金屬或非磁性金屬、白/藍(lán)/紅不同顏色的物料識(shí)別）并用汽缸將其推送入不同的料庫(kù)中，皮帶線轉(zhuǎn)速可調(diào)。其中，傳感器選型依據(jù)和結(jié)果應(yīng)詳述。②控制核心為PLC，執(zhí)行機(jī)構(gòu)：普通減速電機(jī)。注：本選題重點(diǎn)為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)變頻器調(diào)整減速電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸送線速的調(diào)整，需完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容有：MCGS組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)、PLC硬件接線圖設(shè)計(jì)、PLC軟件程序設(shè)計(jì)、MCGS組態(tài)監(jiān)控界面與PLC軟件程序聯(lián)機(jī)調(diào)試。（4）數(shù)字測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：①實(shí)現(xiàn)功能：利用光電編碼器或其它檢測(cè)器件，采用M/T法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量并顯示相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的啟動(dòng)、停止及加減速控制。②控制部分：控制核心為單片機(jī)。電機(jī)可采用步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)。注：本選題需完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容有：控制板電路圖設(shè)計(jì)、PCB布線設(shè)計(jì)、PCB制作，調(diào)試。（5）自擬題目。學(xué)生可結(jié)合自已的專業(yè)所長(zhǎng)和興趣愛好，自擬題目（推薦典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品，如微型數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)儀、自動(dòng)售貨機(jī)等）并經(jīng)指導(dǎo)老師確認(rèn)通過(guò)后即可按自擬題目開展設(shè)計(jì)工作。三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)及進(jìn)程安排01仔細(xì)閱讀設(shè)計(jì)任務(wù)書，了解并明確設(shè)計(jì)任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題的能力102收集資料，對(duì)資料進(jìn)行分析總結(jié)，分析研究設(shè)計(jì)對(duì)象的工作原理與基本結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)工具書鍛煉提高學(xué)生查閱資料、應(yīng)用手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)的能力103總體方案論證：提出不同的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)分析比較確定最佳方案，繪制總體設(shè)計(jì)圖初步培養(yǎng)學(xué)生機(jī)電一體化“系統(tǒng)思想”設(shè)計(jì)能力204機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：完成機(jī)械系統(tǒng)裝配圖設(shè)計(jì)，完成主要零件圖設(shè)計(jì)鍛煉提高學(xué)生在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖的能力，熟悉并正確使用標(biāo)準(zhǔn)的能力505電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：電氣原理圖、接線圖等設(shè)計(jì)，編寫相應(yīng)的控制軟件，條件允許則進(jìn)行調(diào)試鍛煉提高學(xué)生使用PLC、單片機(jī)、MCGS組態(tài)等先進(jìn)控制技術(shù)的能力606整理設(shè)計(jì)文件，編寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書培養(yǎng)學(xué)生科技論文的寫作能力207課程設(shè)計(jì)答辯培養(yǎng)學(xué)生語(yǔ)言表達(dá)能力、歸納總結(jié)能力1四、課程設(shè)計(jì)的考核方式與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)1.考核方式：學(xué)生在規(guī)定時(shí)間完成設(shè)計(jì)任務(wù)后，應(yīng)通過(guò)教研室組織的小組答辯。2.評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：（按優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五級(jí)計(jì)分）表1-1機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)單元評(píng)價(jià)要素評(píng)價(jià)內(nèi)涵滿分知識(shí)水平60%文獻(xiàn)查閱與分析總結(jié)能力能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料，能對(duì)文獻(xiàn)中的內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的分析、總結(jié)，并合理地運(yùn)用到課程設(shè)計(jì)之中。10課程設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)能力能獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)書中要求的全部?jī)?nèi)容；整體思路清晰，設(shè)計(jì)方案合理可行；能夠綜合所學(xué)的理論知識(shí)，并運(yùn)用于課程設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；圖紙質(zhì)量、數(shù)量符合要求。25寫作水平邏輯結(jié)構(gòu)合量，層次分明，思路清晰，語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，綜合概括能力強(qiáng)。20寫作規(guī)范圖表、公式、單位及各種資料引用符合規(guī)范。10學(xué)習(xí)表現(xiàn)15%工作量能按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)規(guī)定的工作量。10學(xué)習(xí)態(tài)度學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)規(guī)定的階段性任務(wù)。5答辯表現(xiàn)20%答辯自述自述思路清晰、簡(jiǎn)明扼要、重點(diǎn)突出。8回答問(wèn)題思路清晰，結(jié)果正確。12注：五級(jí)制評(píng)定成績(jī)：優(yōu)（90-100分），良（80-89分）、中（70-79分）、及格（