智能機電裝備系統(tǒng)設(shè)計與實例

第1 章　智能制造裝備概述 1
　1.1　智能制造裝備的概念、組成及特點 2
　　　1.1.1　智能制造裝備的概念 2
　　　1.1.2　智能制造裝備的組成 6
　　　1.1.3　智能制造裝備的特點及關(guān)鍵技術(shù) 7
　　　1.1.4　智能裝備應用領(lǐng)域 11
　1.2　智能制造裝備的發(fā)展概況 16
　　　1.2.1　數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀 17
　　　1.2.2　工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀 19
　　　1.2.3　未來的智能制造裝備發(fā)展 21
　1.3　智能制造裝備研發(fā)內(nèi)容 22
　　　1.3.1　智能機床與基礎(chǔ)制造裝備 22
　　　1.3.2　工業(yè)機器人 23
　　　1.3.3　增材制造 26
　1.4　智能制造裝備的發(fā)展趨勢 29
　　　1.4.1　智能機床裝備 29
　　　1.4.2　智能工程機械 32
　　　1.4.3　智能動力裝備 32
　　　1.4.4　智能機器人 33
　　　1.4.5　智能終端產(chǎn)品 33
　1.5　本章小結(jié) 33

第2 章　智能制造裝備機械本體設(shè)計 34 　
　2.1　機械設(shè)計的基本要求 34
　2.2　智能制造裝備機械本體整體設(shè)計 37
　　　2.2.1　機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務 37
　　　2.2.2　機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點 37
　　　2.2.3　機械結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)要素和設(shè)計方法 38
　2.3　智能制造裝備本體設(shè)計的主要內(nèi)容 39
　　　2.3.1　功能原理設(shè)計 39
　　　2.3.2　方案評價與篩選 42
　　　2.3.3　機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求 44
　　　2.3.4　機械結(jié)構(gòu)基本設(shè)計準則 45
　　　2.3.5　機械結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟 52
　2.4　智能制造裝備進給傳動系統(tǒng)設(shè)計 53
　　　2.4.1　智能制造裝備進給傳動系統(tǒng)的功能要求 53
　　　2.4.2　智能制造裝備進給傳動系統(tǒng)的組成 54
　　　2.4.3　智能制造裝備傳動系統(tǒng)的分析及計算 55
　　　2.4.4　智能制造裝備傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 57
　　　2.4.5　滾動導軌副的設(shè)計 57
　　　2.4.6　滾珠絲杠的設(shè)計 60
　2.5　智能制造裝備支承系統(tǒng)設(shè)計 66
　　　2.5.1　設(shè)計支承系統(tǒng)需注意的問題 66
　　　2.5.2　支承件的設(shè)計 67
　　　2.5.3　旋轉(zhuǎn)支承部件設(shè)計 72
　　　2.5.4　移動支承部件結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 81
　2.6　智能制造裝備執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計 87
　2.7　智能制造裝備本體動態(tài)設(shè)計 99
　　　2.7.1　動態(tài)設(shè)計的原則 99
　　　2.7.2　機體動態(tài)設(shè)計的步驟 99
　　　2.7.3　智能制造裝備本體動態(tài)性能分析 100
　2.8　智能制造裝備本體優(yōu)化設(shè)計 103
　　　2.8.1　本體設(shè)計的主要內(nèi)容 103
　　　2.8.2　結(jié)構(gòu)模塊的優(yōu)化設(shè)計 103
　　　2.8.3　系統(tǒng)模塊的優(yōu)化設(shè)計 104
　　　2.8.4　產(chǎn)品特征的優(yōu)化設(shè)計 104
　　　2.8.5　機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法 106
　2.9　智能制造裝備數(shù)字化設(shè)計 106
　　　2.9.1　數(shù)字化設(shè)計的現(xiàn)狀 107
　　　2.9.2　數(shù)字化設(shè)計的發(fā)展 109
　　　2.9.3　數(shù)字化設(shè)計制造的主要方法和常用文件交換類型 110
　　　2.9.4　數(shù)字化設(shè)計制造的未來趨勢 115
　　　2.9.5　智能制造裝備數(shù)字化設(shè)計 117
　　　2.9.6　綠色設(shè)計 118
　2.10　本章小結(jié) 119

第3 章　智能制造裝備驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 120 　
　3.1　驅(qū)動機構(gòu)的分類和特性 120
　　　3.1.1　驅(qū)動機構(gòu)的分類 120
　　　3.1.2　驅(qū)動機構(gòu)的技術(shù)特性 122
　3.2　電機驅(qū)動系統(tǒng) 124
　　　3.2.1　電機驅(qū)動系統(tǒng)概述 124
　　　3.2.2　步進電機的選擇 137
　　　3.2.3　伺服電機的選擇原則 137
　　　3.2.4　伺服電機選擇注意的問題 139
　　　3.2.5　根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩選擇伺服電機 140
　　　3.2.6　根據(jù)負載慣量選擇伺服電機 141
　　　3.2.7　根據(jù)電機加減速時的轉(zhuǎn)矩選擇伺服電機 142
　　　3.2.8　根據(jù)電機轉(zhuǎn)矩均方根值選擇伺服電機 143
　　　3.2.9　伺服電機選擇的步驟、方法、公式 144
　3.3　液壓驅(qū)動系統(tǒng) 145
　　　3.3.1　概述 146
　　　3.3.2　液壓系統(tǒng)的形式 149
　　　3.3.3　液壓系統(tǒng)性能評價 157
　　　3.3.4　液壓動力系統(tǒng) 158
　　　3.3.5　液壓系統(tǒng)設(shè)計 162
　3.4　氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 165
　3.5　驅(qū)動機構(gòu)的發(fā)展方向 170
　3.6　本章小結(jié) 173

第4 章　智能制造裝備感知系統(tǒng)設(shè)計 174 　
　4.1　傳感器的概念 174
　　　4.1.1　傳感器的概念和組成 174
　　　4.1.2　傳感器的特性 175
　　　4.1.3　智能傳感器的特點和作用 179
　　　4.1.4　傳感器的分類 180
　　　4.1.5　微機電系統(tǒng)（MEMS） 傳感器 182
　　　4.1.6　傳感器的發(fā)展 188
　4.2　智能制造裝備傳感器 189
　　　4.2.1　概述 189
　　　4.2.2　智能制造裝備傳感器的作用 190
　　　4.2.3　智能制造裝備傳感器的分類 191
　　　4.2.4　無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 192
　　　4.2.5　模糊傳感器 194
　4.3　智能制造裝備傳感器的選擇 195
　4.4　智能制造裝備感知系統(tǒng)設(shè)計 198
　　　4.4.1　感知系統(tǒng)定制開發(fā) 198
　　　4.4.2　感知系統(tǒng)定制開發(fā)方式及案例 203
　4.5　工業(yè)機器人的傳感器 207
　　　4.5.1　工業(yè)機器人的感覺系統(tǒng) 207
　　　4.5.2　工業(yè)機器人內(nèi)部傳感器 208
　　　4.5.3　工業(yè)機器人外部傳感器 209
　4.6　智能制造裝備傳感器的發(fā)展趨勢 211
　4.7　本章小結(jié) 213

第5 章　智能制造裝備控制系統(tǒng)設(shè)計 214 　
　5.1　智能控制概述 214
　5.2　智能制造裝備的控制系統(tǒng)分類 217
　　　5.2.1　分級遞階控制系統(tǒng) 217
　　　5.2.2　模糊控制系統(tǒng) 219
　　　5.2.3　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 220
　　　5.2.4　專家控制系統(tǒng) 221
　　　5.2.5　仿人智能控制 222
　　　5.2.6　集成智能控制系統(tǒng) 223
　5.3　智能制造裝備控制系統(tǒng)的硬件平臺設(shè)計 227
　　　5.3.1　概述 227
　　　5.3.2　常見控制系統(tǒng)硬件 229
　　　5.3.3　機器人控制系統(tǒng) 229
　5.4　智能制造裝備控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 232
　　　5.4.1　概述 232
　　　5.4.2　智能控制系統(tǒng)常用的軟件設(shè)計方法 234
　5.5　現(xiàn)代工業(yè)裝備自動控制技術(shù) 235
　　　5.5.1　概述 235
　　　5.5.2　可編程邏輯控制器 236
　　　5.5.3　DCS 控制系統(tǒng) 244
　　　5.5.4　現(xiàn)場總線 250
　　　5.5.5　PC 數(shù)控 260
　　　5.5.6　先進控制技術(shù)方法 263
　5.6　PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 264
　　　5.6.1　PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 265
　　　5.6.2　PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 269
　　　5.6.3　PLC 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 284
　　　5.6.4　PLC 系統(tǒng)的調(diào)試 285
　5.7　電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 286
　　　5.7.1　概述 286
　　　5.7.2　常用的控制線路的基本回路 287
　　　5.7.3　常用保護環(huán)節(jié) 288
　　　5.7.4　故障維修 289
　5.8　本章小結(jié) 290

第6 章　智能物聯(lián)網(wǎng)機電裝備系統(tǒng)的設(shè)計 291 　
　6.1　物聯(lián)網(wǎng)概述 292
　　　6.1.1　物聯(lián)網(wǎng)的主要功能 294
　　　6.1.2　物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù) 295
　　　6.1.3　物聯(lián)網(wǎng)的應用 297
　6.2　物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu) 308
　6.3　物聯(lián)網(wǎng)的終端 310
　　　6.3.1　物聯(lián)網(wǎng)終端的概念 310
　　　6.3.2　物聯(lián)網(wǎng)終端的基本原理及作用 310
　　　6.3.3　物聯(lián)網(wǎng)終端的分類 310
　　　6.3.4　物聯(lián)網(wǎng)終端的標準化 313
　6.4　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在裝備中的應用 313
　6.5　機電裝備物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計 316
　　　6.5.1　概述 316
　　　6.5.2　物聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)設(shè)計過程 316
　6.6　本章小結(jié) 319

第7 章　具有復雜工藝與高性能運動要求的工業(yè)裝備系統(tǒng) 320 　
　7.1　案例一　中空玻璃全自動涂膠機開發(fā) 320
　　　7.1.1　中空玻璃全自動涂膠機機械本體設(shè)計 321
　　　7.1.2　中空玻璃全自動涂膠機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 323
　　　7.1.3　中空玻璃全自動涂膠機控制系統(tǒng) 324
　　　7.1.4　中空玻璃全自動涂膠機下位控制 338
　7.2　案例二　全自動立式玻璃磨邊機開發(fā) 343
　　　7.2.1　全自動立式玻璃磨邊機機械本體設(shè)計 343
　　　7.2.2　全自動立式玻璃磨邊機控制系統(tǒng)設(shè)計 348

附錄　2015 年全國智能制造試點示范典型經(jīng)驗 349 　
　附錄一：2015 年全國智能制造試點示范典型經(jīng)驗（一）——九江石化建設(shè)智能工廠， 培育核心優(yōu)勢 349
　附錄二：2015 年全國智能制造試點示范典型經(jīng)驗（二）——濰柴以智能制造推動企業(yè)快速發(fā)展 351
　附錄三：2015 年全國智能制造試點示范典型經(jīng)驗（三）——海爾智能制造創(chuàng)新實踐 352
　附錄四：2015 年全國智能制造試點示范典型經(jīng)驗（四）——長虹以大規(guī)模個性化定制驅(qū)動產(chǎn)業(yè)智能轉(zhuǎn)型 354
　附錄五：2015 年全國智能制造試點示范典型經(jīng)驗（五）——和利時用智能控制系統(tǒng)助力制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級 355

參考文獻 358