内 容 简 介

本书详细介绍了机电一体化系统的基本知识，系统地阐述了数控铣床、线切割机床、车削中心、

工业机器人、CIMS、PLC与纵剪流水线等典型的机电一体化系统。具有取材新颖、系统性好、实用

性强等特点。

本书适用于从事机电工程技术应用、开发的技术人员，亦可作为数控技术、机电一体化技术等

中、高级培训班教材，或大专院校机械与机电工程专业师生的参考书。

目 录

第一章 绪论

1.1 机电一体化技术及其重要地位和作用

1.2 机电一体化的发展概况

1.2.1国外发展概况

1.2.2国内发展概况

1.3 机电一体化系统的组成与作用

1.3.1机械载体

1.3.2能量单元

1.3.3信息传感

1.3.4伺服驱动与执行机构

1.3.5信息处理与控制

1.4 机电一体化系统的分类

1.4.1产业类机电一体化系统

1.4.2消费类机电一体化系统

第二章 机电—体化系统基本知识

2.1 运动轨迹跟踪控制原理

2.1.1逐点比较法

2.1.2最小偏差距离法

2.1.3数学积分法

2.1.4比较积分法

2.1.5空间圆弧轨迹跟踪控制原理

2.2 常用驱动单元

2.2.1步进电机

2.2.2直流伺服电机

2.2.3交流伺服电机

2.2.4组合执行元件

2.2.5SSR固态继电器

2.3 常用信号检测传感器

2.3.1位置（移）传感器

2.3.2仿生传感器

第三章 数控铣床

3.1 概述

3.1.1数控机床的分类

3.1.2NT－J320A型数控铣床的性能与特点

3.2 编程方法

3.2.1G功能与编程

3.2.2M辅助功能与编程

3.2.3铣削加工与编程技巧

3.3 主轴部件

3.3.1主轴无级变速系统

3.3.2主轴部件

3.4 伺服驱动的系统

3.4.1伺服系统的工作原理

3.4.2NT－J320A伺服驱动装置

3.5 滚珠丝杠螺母副

3.5.1概述

3.5.2滚珠丝杠的结构和类型

3.5.3主要技术指标

3.5.4安装与制动方式

3.5.5润滑与防护

第四章 线切割机床

4.1 概述

4.1.1引言

4.1.2线切割应用范围

4.1.3数字程序控制线切割机

4.2 高频电源

4.2.1电蚀原理

4.2.2晶体管式高频电源

4.2.3电火花加工的规律及工作液体

4.2.4使用时加工电规准的选择

4.3 机床

4.3.1机床的功用与要求

4.3.2DK7740线切割机床结构特点

4.3.3其它结构形式简介

4.4 DK7740线切割机床传动系统

4.5 机床电气

4.5.1概述

4.5.2工作原理

4.6 线切割机床双坐标联动与锥度控制原理

4.6.1双坐标联动

4.6.2锥度控制原理

4.7 CNC8控制系统

4.7.1CNC－8线切割控制器控制功能简介

4.7.2加工数据结构

4.7.3CNC－8线切割机控制器的使用

第五章 车削中心

5.1 概述

5.1.1加工中心的分类

5.1.2车削中心的布局和结构特点

5.1.3TC1210u－A950车削中心简介

5.2 车削中心程序编制

5.2.1车削中心基本知识

5.2.2车削中心的数控指令

5.2.3车削中心编程实例

5.3 车削中心的传动系统

5.3.1主传动系统

5.3.2主轴部件

5.3.3C轴传动系统

5.3.4进给系统

5.3.5刀架系统

5.3.6动力刀具驱动

5.4 车削中心附件

5.4.1动力卡盘

5.4.2摇摆式尾架

5.4.3刀具测头

5.4.4工件测头

5.4.5刀具状态监控仪

第六章 机器人技术

6.1 绪论

6.2 工业机器人基本结构形式

6.2.1典型机器人结构形式

6.2.2机器人腕部结构形式

6.2.3终端手爪结构形式

6.3 工业机器人的主要性能指标

6.3.1自由度数

6.3.2工作空间

6.3.3精度

6.3.4工作速度

6.3.5承载能力

6.4 工业机器人位姿描述基础

6.4.1齐次变换矩阵

6.4.2几种典型的齐次变换

6.4.3终端效应器的姿势

6.5 机器人的运动和力分析

6.5.1运动分析

6.5.2力分析

6.6 机器人的控制

6.6.1轨迹规划

6.6.2轨迹控制

6.6.3作用力控制

6.6.4自适应控制

6.6.5双机器人手臂协调控制

6.6.6一个工业机器人控制系统结构

6.7 机器人语言

6.7.1机器人语言的发展及分类

6.7.2机器人语言的结构

6.7.3一种机器人语言举例

6.8 机器人的工业应用

第七章 计算机集成制造系统

7.1 概述

7.1.1CIM的概念

7.1.2计算机集成制造系统（CIMS）

7.2 CIMS的构成

7.2.1四个功能分系统

7.2.2二个支撑分系统

7.3 制造系统中的计算机递阶控制与数据库

7.3.1计算机递阶控制

7.3.2制造数据库

7.4产品与制造过程设计

7.4.1产品设计

7.4.2CAD系统

7.4.3成组技术

7.4.4工艺过程设计

7.5生产计划与生产控制

7.5.1主生产进度计划

7.5.2物料需求计划

7.5.3制造资源计划

7.5.4负荷平衡

7.5.5可选制造设备的调度

7.6柔性制造系统

7.6.1机械加工模块

7.6.2物料流和贮存模块

7.6.3装配模块

7.6.4质量控制模块

7.7质量控制

7.7.1质量控制的系统概念

7.7.2质量控制计划

7.7.3质量控制功能

7.7.4质量控制方法及测试程序

7.8CIMS应用实例

7.8.1日本山崎铁工所的CIMS

7.8.2日本法纳克（FANUC）公司的CIMS

7.8.3德国西门子公司奥斯堡工厂的CIMS

7.8.4德国发动机和涡轮机联合公司（MTU）的CIMS

7.8.5日本冲（OKI）电气工业公司的CIMS

7.8.6日本横河HP公司（YHP）八王子工厂的CIMS

7.8.7中国CIMS实验工程

第八章 纵剪生产线与可编程序控制器

8.1 概述

8.1.1纵剪的用途及性能

8.1.2纵剪机电一体化系统的组成及工艺过程

8.2 PC及其对纵剪生产过程的控制

8.2.1PC的结构及工作原理

8.2.2PC的程序及程序控制

8.2.3PC对纵剪生产过程的控制

8.3 剪切速度及重卷速度的调节

8.3.1双闭环数字直流调速系统

8.3.2直流电动机的磁场调节与卷曲的张力控制

8.3.3生产线速度、剪切速度、重卷速度的整步

8.4开卷装置及其剪切张力的控制

8.4.1开卷装置的机械结构

8.4.2开卷张力的作用及其形成

8.4.3开卷张力恒值控制系统

8.5带材的边部导向控制

8.5.1带材边部导向的作用与工作原理

8.5.2边部导向的自动调节系统

第一章 绪论

机电一体化技术是一项将精密机械技术、电子技术和信息处理技术等综合应用的系统性技术。

机电一体化不是机械与电子技术的简单叠加，而是有机的融合，将电子技术应用于机械系统中，使

得系统具有如下优点：①功能增强；②性能提高；③产品的结构更加简化；④可靠性大大提高；⑤节

约能源和材料；⑥使系统的操作性能大大改善，工人劳动强度大大降低。

机电一体化系统的发展，根据电子技术在机械系统中应用和结合的程序，一般来说，可分为三

个阶段：初级阶段：机电一体化系统采用微电子技术产品代替和完善机械产品中部分装置，从而提

高产品性能，提高社会经济效益；中级阶段：机电一体化系统综合利用先进的机电一体化技术使系

统实现自动化、数字化，智能化，在性能和功能方面达到质的飞跃；高级阶段：机电一体化系统具有

丰富的灵活性与适应性，高度依赖于信息，硬件与软件共存，传感器，中央处理器及执行机构集成为

一自治单元而不可分割，从而更逼近于生命机体的特性。

机电一体化将先进的机械技术与电子技术相融合形成了一种新型的机械电子边缘学科，并代

表了正在形成中的新一代生产技术，目前已显示出并越来越显示出它强大的生命力及其美好的未

来，从社会经济到生产生活，从简单的消费品到复杂的生产管理系统，机电一体化技术几乎“无微不

至，无孔不入”，形成了工厂自动化（FA）、办公自动化（OA）和社会服务自动化（SA）的重要基本条

件。促进产业结构、产品结构、生产方式和管理体系发生深刻变化。促进了新兴产业的发展，进而必

将引起经济和社会结构的巨大变革。纵观历史的发展，没有一种技术能象机电一体化技术这样影响

广泛而深刻，机电一体化技术的发展，具有重要的历史作用和战略地位。

1.1 机电一体化技术及其重要地位和作用

我国机械工业已形成一个门类较齐全，具有一定规模和水平的机械制造工业体系，在满足国民

经济和人民生活需要方面起了重要作用，但与工业发达国家相比，因为技术和装备落后，造成机电

产品质量差，生产效率低，产品成本高，在国际市场上缺乏竞争能力，在国内市场上挡不住进口的冲

击，因此改造传统的机械工业已成当务之急。

机电一体化技术在国内外已显示出强大的生命力。它顺应了当今科学技术发展的规律，使机电

产品具有机械与电子技术结合的整体优势，给传统工业带来革命性变革和惊人效益。机电一体化技

术对机械产品的主要影响是：

（1）性能提高，功能增强 如精密机床利用机械校正机构只能校正机床的系统误差，而数控机

床可实现机床误差的预报和自动校正，达到前所未有的高精度。

（2）产品结构简化 如采用单片微处理机在电传打字机中可取代936个机械零部件，在缝纫机

中可取代350个机械零部件，其结构大为简化，且易于维修。

（3）可靠性提高 采用自诊断等新技术，使产品可靠性大幅度提高。一般说，机电产品采用微机

控制后，可靠性可提高5～10倍。

（4）节约能源和材料 用微电子技术改造锅炉节能效果十分显著，汽车采用电子控制燃油喷射

可节油10％～20％。

（5）操作性能改善 机电一体化产品具有不同程度的自动控制功能，有的还具有自适应性和智

能化特征，使操作方法大大简化，操作人员不需特殊培训即可操作。

根据我国国情，电机一体化在我国具有特殊的重要作用，主要体现在下列几个方面：

（1）发展机电一体化是振兴我国机电工业的必由之路 机械电子工业的科技水平和规模是衡

量国家科技水平和经济实力的重要标志。目前我国的机电工业产品缺门较多，配套不全，特别是国

民经济各部门的成套装备中的高技术产品仍然主要依靠国外进口。从1986～1988年，我国机电产

品的进出口逆差平均达到150～200亿美元，相当于1987年全国机电工业的总产值，这种状况长期

继续下去，不但我国的机电工业发展不起来，国力也是承受不了的。因而发展机电一体化，不但是当

今世界机电工业技术和产品的主要发展趋向，也是振兴我国机电工业的必由之路。

（2）采用机电一体化技术，使产品结构和功能发生质的变化 我国机电工业制造技术落后，长

期以来主要靠手工操作或单机单工序的生产方式，生产效率低，产品质量也难以保证。从产品本身

来看，主要差距在电子元器件、检测和控制装置水平方面。采用机电一体化技术能对传统的机电工

业技术装备和生产手段进行改造，生产方式逐步向“柔性”转化，向综合自动化发展，使产品的结构

和功能发生质的变化，使我国的制造技术和产品登上一个新的台阶。

（3）充分发挥机械技术和电子技术的综合优势，促使产品升级换代。我国机电工业长期处于仿

制国外淘汰产品的局面，因而无法与国外产品竞争。只有充分发挥机械技术和电子技术的综合优

势，促使传统产品升级换代，才能提高我国机电产品的竞争能力，达到挡住进口扩大出口的目的。

1.2 机电一体化的发展概况

1.2.1国外发展概况

国外机电一体化技术应用十分广泛，其典型产品有数控机床、自动化工业窑炉、电子化汽车和

拖拉机，电子化高效节能电机，机器人。电子化高低压电器，电子化印刷机械，电子化工程运输机械，

办公自动化机械等，并已大量进入人们生活领域，如各种带电脑的家用电器（电冰箱、自动洗衣机，

录像机、照相机等）。在军工方面，由于光、机、电等的综合应用，出现很多先进的机电一体化产品，如

战略导弹实时测控装置，微机舰炮指挥仪等。机电一体化产品种类繁多，现着重简介如下：（1）数

控机床 自1952年美国推出第一台数控机床后，其数控系统随着计算机，微电子技术、自控技术的

不断发展，由第一代演变到1974年采用微处理器的第五代数控系统。进入80年代后，为适应

FMC、FMS及无人化工厂的发展需要，数控系统进而采用大规模集成电路，大容量磁泡存贮器，增

强单机标准化，加工柔性等，发展为第八代系统（1986）年。机床结构也作了大量改进，提高了柔性、

功能和效率。机电一体化技术的应用，使数控机床继续向前发展：

①采用交流伺服代替直流伺服的发展 现代交流电机伺服系统的恒功率范围已可做到1：4

调速范围可达1：10000，基本与直流伺服相当。体积小，价格低，将逐渐得到推广。

②机床结构向模块化、少齿轮化方向发展 为增加柔性、降低成本，发挥机电一体化的优势，国

外正致力于结构的标准化、模块化工作，还向少齿轮或无齿轮化的方向努力，用调速电机代替齿轮

箱的研究正在进展中。

③高功能的数控系统向大网络和高度自动化管理方向发展 为适应FMS，CIMS，无人化工厂

的要求，发展与机器人，自动化小车，自动诊断跟踪监视系统等相联合的复合化系统。还有经济型数

控向功能少、成本低，编程简化、操作简单方向发展等。

世界各国中，日本数控化发展最快，工作机械数控化率1981年为3.6％，而1987年增加到

11.3％。产量数控化率达30％，产值数控化率达70％。