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第1章 机电一体化含述1

1.1 机电一体化的产生及含义1

1.2 机电一体化系统的基本组成3

1.2.1 机电一体化系统的功能组成3

1.2.2 机电一体化系统的构成要素5

1.2.3 机电一体化系统的接口8

1.3 机电一体化系统的分类9

1.4 机电一体化系统的优点与效益10

1.5 机电一体化的理论基础及共性关键技术12

1.5.1 机电一体化的理论基础12

1.5.2 机电一体化的共性关键技术13

1.6 机电一体化的发展状况和发展趋势16

1.6.1 机电一体化的发展状况16

1.6.2 机电一体化的发展趋势17

思考题18

第2章 机电一体化系统设计基础20

2.1 机电一体化系统设计概述20

2.1.1 机电一体化系统设计流程20

2.1.2 设计方法、类型、准则和规律21

2.2 机电一体化产品（系统）规划23

2.2.1 产品规划23

2.2.2 需求分析24

2.2.3 需求设计26

2.3 机电一体化系统概念设计27

2.3.1 概念设计的内涵和特征27

2.3.2 概念设计的过程29

2.3.3 产品的功能-原理-结构设计30

2.4 机电一体化系统接口设计43

2.4.1 接口设计的要求43

2.4.2 人机接口设计44

2.4.3 机电接口设计49

2.5 机电一体化系统造型与环境设计53

2.5.1 艺术造型设计53

2.5.2 人-机-环境系统设计55

2.6 机电一体化系统评价与决策57

2.6.1 系统的评价57

2.6.2 系统的决策67

2.7 机电一体化产品试制与调试69

2.7.1 系统调试的一般规律69

2.7.2 系统在线调试69

2.7.3 故障诊断的方法70

2.8 机电一体化系统现代设计方法71

2.8.1 可靠性设计71

2.8.2 优化设计79

2.8.3 反求设计82

2.8.4 绿色设计84

2.8.5 虚拟设计86

思考题88

第3章 典型机电一体化产品规划和概念设计89

3.1 概述89

3.2 数控机床的产品规划89

3.2.1 数控机床的需求分析89

3.2.2 数控机床的需求设计90

3.3 数控铣床的概念设计90

3.3.1 数控铣床的功能设计92

3.3.2 数控铣床的原理设计92

3.3.3 数控铣床的结构设计92

3.3.4 数控铣床的评价与决策93

思考题94

第4章 机电一体化机械系统设计95

4.1 机械系统设计概述95

4.1.1 机电一体化的机械系统主要内容95

4.1.2 机电一体化机械系统设计特点95

4.2 机械传动机构96

4.2.1 机械传动机构性能要求96

4.2.2 无侧隙齿轮传动机构97

4.2.3 丝杆螺母传动机构98

4.2.4 同步带传动机构111

4.2.5 联轴器传动机构112

4.3 支撑与导向机构113

4.3.1 回转运动支撑的性能及特点113

4.3.2 直线运动导向支撑的性能及特点114

4.3.3 直线滚动导轨选择计算116

4.4 机座机架122

4.4.1 机座机架的基本要求122

4.4.2 材料和热处理123

4.5 数控机床机械系统设计124

4.5.1 主轴系统设计124

4.5.2 进给传动系统设计126

4.5.3 导轨系统设计130

4.6 机电一体化新机械装置135

4.6.1 钢带传动135

4.6.2 谐波减速器136

4.6.3 精密行星齿轮减速器137

4.6.4 直线运动滚柱导轨138

思考题138

第5章 机电一体化传感器检测系统设计139

5.1 传感器检测系统设计概述139

5.1.1 传感检测技术及特点139

5.1.2 传感器检测系统的构成140

5.1.3 信号处理141

5.1.4 数据采集142

5.1.5 标度变换142

5.1.6 数字滤波144

5.1.7 测量系统非线性特性的线性化145

5.1.8 测量系统的温度误差补偿149

5.1.9 传感器检测系统设计基本要求及步骤149

5.2 常用传感器分类、工作原理及应用150

5.3 数控机床传感检测系统设计150

5.3.1 光电编码器原理152

5.3.2 机床进给轴检测系统设计152

5.4 机电一体化新的传感装置154

5.4.1 CCD图像传感器154

5.4.2 光纤传感器155

5.4.3 声表面波传感器156

5.4.4 微波传感器157

思考题158

第6章 机电一体化伺服驱动系统设计159

6.1 伺服驱动系统概述159

6.1.1 伺服驱动系统的概念159

6.1.2 伺服系统的分类159

6.1.3 对伺服系统的基本要求161

6.2 机电一体化系统常用伺服执行元件162

6.2.1 执行元件的分类及特点162

6.2.2 机电一体化系统对伺服执行元件的基本要求163

6.2.3 交流伺服系统164

6.2.4 直线电动机174

6.3 数控机床伺服驱动系统设计175

6.3.1 主轴伺服驱动系统设计176

6.3.2 进给伺服驱动系统设计177

6.4 机电一体化新执行装置180

6.4.1 磁致伸缩执行装置180

6.4.2 压电执行装置182

6.4.3 热变形执行装置184

6.4.4 形状记忆合金执行装置184

6.4.5 静电执行装置185

思考题186

第7章 机电一体化控制系统设计187

7.1 机电一体化控制系统设计概述187

7.1.1 控制系统分类187

7.1.2 控制系统的基本要求和设计方法188

7.1.3 控制系统的组成模式188

7.2 机电一体化系统建模191

7.2.1 模型的基本概念191

7.2.2 机电一体化系统的数学模型191

7.2.3 数控机床伺服进给系统的建模194

7.3 机床数字控制系统的设计200

7.3.1 CNC装置的组成201

7.3.2 数控机床硬件结构的几种形式201

7.3.3 数控机床的软件结构205

7.3.4 数控铣床控制系统设计实例207

7.4 机电一体化控制系统的发展趋势208

思考题210

附录211

附录1 滚珠丝杆公称直径与公称导程组合211

附录2 制造范围211

附录3 定位滚珠丝杆有效行程与行程变动量212

附录4 理论动态预紧转矩与动态、预紧转矩公差212

附录5 G、GD系列滚珠丝杆副213

参考文献214