機電一體化課程設(shè)計大綱

件4：課程教學(xué)大綱編號：01022920南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院課程設(shè)計教學(xué)大綱課程設(shè)計名稱：機電一體化技術(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)計的目標和能力培養(yǎng)要求（黑體，小四）1.課程設(shè)計的目標：（宋體，小四，1.5倍行距）機電一體化技術(shù)又稱為機械電子技術(shù)，它不是一門獨立的工程學(xué)科，是機械技術(shù)、電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的綜合，機電一體化課程設(shè)計是針對機電一體化系列課程的要求，繼機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)課程后的一門設(shè)計實踐性課程。它是理論與實踐的結(jié)合，是培養(yǎng)學(xué)生機電一體化產(chǎn)品綜合設(shè)計能力必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)，屬機械電子工程專業(yè)教育平臺課中的綜合實踐課程。主要目的是：（1）學(xué)習(xí)機電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計方案擬定、分析與比較的方法。（2）通過對機械系統(tǒng)的設(shè)計，掌握幾種典型傳動元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計計算方法與選用原則。（3）通過對伺服系統(tǒng)的設(shè)計，掌握常用伺服電機的工作原理、計算選擇方法與控制驅(qū)動方式，學(xué)會選用典型的傳感器、光電編碼器、交流/步進伺服系統(tǒng)等。（4）通過對控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握一些典型硬件電路的設(shè)計方法和控制軟件的設(shè)計思想。如控制系統(tǒng)選用、單片機控制、PLC控制等。2.能力培養(yǎng)要求：（1）培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的理論知識與實踐技能，獨立分析與解決問題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹立“系統(tǒng)設(shè)計”的思想。（2）通過設(shè)計實踐，熟悉設(shè)計過程，學(xué)會設(shè)計資料的正確使用，鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊和標準、查閱文獻資料以及撰寫科技論文的能力；掌握機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算方法、控制系統(tǒng)的設(shè)計、檢測模塊和動力驅(qū)動模塊的計算和選用及工程圖紙的繪制等，從而在機電一體化產(chǎn)品設(shè)計基本技能的運用上得到訓(xùn)練。（3）為學(xué)生提供一個較為充分的設(shè)計空間，使其在鞏固所學(xué)知識的同時，強化創(chuàng)新意識，在設(shè)計實踐中深刻領(lǐng)會機電一體化課程設(shè)計的內(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)計選題要求（宋體，小四，1.5倍行距）以典型的機電一體化產(chǎn)品或系統(tǒng)為設(shè)計案例（從題庫中任選一題），討論其機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計步驟、設(shè)計方法、電機的選用和相關(guān)參數(shù)的設(shè)計計算，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)計說明書等。使學(xué)生通過機電一體化課程設(shè)計，掌握機電一體化產(chǎn)品設(shè)計的全過程。1.課程設(shè)計內(nèi)容有：（1）設(shè)計任務(wù)分析。查閱相關(guān)文獻資料，對資料進行分析總結(jié)。（2）總體方案論證。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的具體要求，擬定設(shè)計對象的技術(shù)參數(shù)、運動形式、驅(qū)動方案、傳動方案、控制方案等。（3）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。將設(shè)計對象分解為動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和支承等若干部分，根據(jù)設(shè)計時間，取其中的部分傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行詳細設(shè)計并校核，繪制相關(guān)零部件圖。（4）控制方案設(shè)計。基于單片機、可編程控制器或工控機控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。（5）編制課程設(shè)計說明書。2.課程設(shè)計說明書的內(nèi)容設(shè)計計算說明書作為產(chǎn)品設(shè)計的重要技術(shù)文件之一，是圖樣設(shè)計的基礎(chǔ)和理論依據(jù)，也是進行設(shè)計審核的依據(jù)。因此，編寫設(shè)計說明書是設(shè)計工作的重要環(huán)節(jié)之一。（1）前言。前言主要是對設(shè)計背景、設(shè)計目的和意義進行總體描述。（2）目錄。目錄應(yīng)列出說明書中的各項內(nèi)容標題和頁次，包括附錄。（3）正文。說明書正文為設(shè)計的依據(jù)和過程，主要包括①設(shè)計任務(wù)書，一般應(yīng)附設(shè)計目標、使用條件和主要設(shè)計參數(shù)；②總體方案論證，根據(jù)設(shè)計要求以及給定的動力和運動要求，進行功能原理方案設(shè)計，包括各功能單元方案的詳細論證，并針對多種方案的可行性進行比較，通過方案比較、擇優(yōu)，尋找出一種比較好的方案；③詳細設(shè)計部分的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計。在功能原理方案確定的基礎(chǔ)上，進行機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，即傳動零件等設(shè)計計算，標準件的選擇，繪制相關(guān)的零部件圖；詳細設(shè)計部分的控制系統(tǒng)設(shè)計。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)計計算，控制系統(tǒng)的軟件流程圖及源代碼等。（4）參考文獻。參考文獻將設(shè)計中所用到的參考書、手冊、樣本等資料列出。（5）附錄。附錄中列出在設(shè)計過程中使用的非通用設(shè)計資料、圖表、計算程序等。3.題庫如下：（1）自動立體倉庫系統(tǒng)設(shè)計要求：①實現(xiàn)功能：將物料塊由進出貨緩沖區(qū)放入指定的某一庫位。②機械部分結(jié)構(gòu)：倉庫具有一個進料緩沖區(qū)、6個料位，X、Y軸采用電機加絲杠組成的傳動機構(gòu)，Z軸由氣缸驅(qū)動，以完成物料的入庫和出庫。請完成機械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計，并繪制結(jié)構(gòu)示意圖，并說明主要機械部件選型結(jié)果及選型依據(jù)。③控制部分：控制核心為PLC，X、Y軸執(zhí)行機構(gòu)為步進電機，Z軸為氣缸。請完成控制部分：MCGS組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計、PLC硬件接線圖設(shè)計、PLC軟件程序設(shè)計、MCGS組態(tài)監(jiān)控界面與PLC軟件程序聯(lián)機調(diào)試。（2）FMS教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)移動小車站設(shè)計要求：①實現(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）送入指定倉庫進出貨緩沖區(qū)（合格品入合格品庫，不合格品入廢品庫）。②機械部分結(jié)構(gòu)：移動小車由步進電機驅(qū)動滾珠絲杠，帶動工作臺上的機械手平移至不同位置，并在此位置下實現(xiàn)物料由傳送帶抓取至對應(yīng)倉庫的物料緩沖區(qū)（或反之）。請完成機械部分（特別是機械手）結(jié)構(gòu)設(shè)計，并繪制結(jié)構(gòu)示意圖，并說明主要機械部件選型依據(jù)及選型結(jié)果。③控制部分：控制核心為PLC，執(zhí)行機構(gòu)：2臺步進電機（小車前行、機械手旋轉(zhuǎn)）、1臺升降汽缸。需完成的設(shè)計內(nèi)容有：MCGS組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計、PLC硬件接線圖設(shè)計、PLC軟件程序設(shè)計、MCGS組態(tài)監(jiān)控界面與PLC軟件程序聯(lián)機調(diào)試。注：本選題設(shè)計內(nèi)容較多，可由兩名同學(xué)組合完成，一人完成機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，一人完成控制系統(tǒng)設(shè)計。（3）物料自動分揀系統(tǒng)設(shè)計（磁性金屬與非磁性金屬識別）要求：①實現(xiàn)功能：識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/紅不同顏色的物料識別）并用汽缸將其推送入不同的料庫中，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)行機構(gòu)：普通減速電機。注：本選題重點為控制系統(tǒng)設(shè)計，通過變頻器調(diào)整減速電機轉(zhuǎn)速進而實現(xiàn)輸送線速的調(diào)整，需完成的設(shè)計內(nèi)容有：MCGS組態(tài)監(jiān)控界面設(shè)計、PLC硬件接線圖設(shè)計、PLC軟件程序設(shè)計、MCGS組態(tài)監(jiān)控界面與PLC軟件程序聯(lián)機調(diào)試。（4）數(shù)字測速系統(tǒng)設(shè)計要求：①實現(xiàn)功能：利用光電編碼器或其它檢測器件，采用M/T法對電機轉(zhuǎn)速進行測量并顯示相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，同時還可實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的啟動、停止及加減速控制。②控制部分：控制核心為單片機。電機可采用步進電機或直流電機。注：本選題需完成的設(shè)計內(nèi)容有：控制板電路圖設(shè)計、PCB布線設(shè)計、PCB制作，調(diào)試。（5）自擬題目。學(xué)生可結(jié)合自已的專業(yè)所長和興趣愛好，自擬題目（推薦典型的機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品，如微型數(shù)控機床、工業(yè)機器人、三坐標測量機、自動檢測儀、自動售貨機等）并經(jīng)指導(dǎo)老師確認通過后即可按自擬題目開展設(shè)計工作。三、課程設(shè)計任務(wù)及進程安排01仔細閱讀設(shè)計任務(wù)書，了解并明確設(shè)計任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題的能力102收集資料，對資料進行分析總結(jié)，分析研究設(shè)計對象的工作原理與基本結(jié)構(gòu)，準備設(shè)計工具書鍛煉提高學(xué)生查閱資料、應(yīng)用手冊和標準的能力103總體方案論證：提出不同的設(shè)計方案，經(jīng)分析比較確定最佳方案，繪制總體設(shè)計圖初步培養(yǎng)學(xué)生機電一體化“系統(tǒng)思想”設(shè)計能力204機械結(jié)構(gòu)設(shè)計：完成機械系統(tǒng)裝配圖設(shè)計，完成主要零件圖設(shè)計鍛煉提高學(xué)生在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械制圖的能力，熟悉并正確使用標準的能力505電氣控制系統(tǒng)設(shè)計：電氣原理圖、接線圖等設(shè)計，編寫相應(yīng)的控制軟件，條件允許則進行調(diào)試鍛煉提高學(xué)生使用PLC、單片機、MCGS組態(tài)等先進控制技術(shù)的能力606整理設(shè)計文件，編寫課程設(shè)計說明書培養(yǎng)學(xué)生科技論文的寫作能力207課程設(shè)計答辯培養(yǎng)學(xué)生語言表達能力、歸納總結(jié)能力1四、課程設(shè)計的考核方式與評分標準1.考核方式：學(xué)生在規(guī)定時間完成設(shè)計任務(wù)后，應(yīng)通過教研室組織的小組答辯。2.評分標準：（按優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五級計分）表1-1機電一體化課程設(shè)計成績評定標準評價單元評價要素評價內(nèi)涵滿分知識水平60%文獻查閱與分析總結(jié)能力能獨立查閱文獻資料，能對文獻中的內(nèi)容進行系統(tǒng)的分析、總結(jié)，并合理地運用到課程設(shè)計之中。10課程設(shè)計方案設(shè)計能力能獨立完成課程設(shè)計任務(wù)書中要求的全部內(nèi)容；整體思路清晰，設(shè)計方案合理可行；能夠綜合所學(xué)的理論知識，并運用于課程設(shè)計；設(shè)計計算數(shù)據(jù)準確；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，語言表達準確，綜合概括能力強。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%工作量能按時完成課程設(shè)計規(guī)定的工作量。10學(xué)習(xí)態(tài)度學(xué)習(xí)態(tài)度認真，作風(fēng)嚴謹，按時完成課程設(shè)計規(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、簡明扼要、重點突出。8回答問題思路清晰，結(jié)果正確。12注：五級制評定成績：優(yōu)（90-100分），良（80-89分）、中（70-79分）、及格（