机电一体化课程设计大纲

件4：课程教学大纲编号：01022920南京理工大学泰州科技学院课程设计教学大纲课程设计名称：机电一体化技术与系统课程学分：2学分适用专业：机械电子工程执笔人：孙松丽审定人：陆宝春修（制）订日期：2017年2月一、课程设计的目标和能力培养要求（黑体，小四）1.课程设计的目标：（宋体，小四，1.5倍行距）机电一体化技术又称为机械电子技术，它不是一门独立的工程学科，是机械技术、电子技术、信息技术、自动控制技术等相关技术的综合，机电一体化课程设计是针对机电一体化系列课程的要求，继机电一体化技术与系统课程后的一门设计实践性课程。它是理论与实践的结合，是培养学生机电一体化产品综合设计能力必不可少的教学环节，属机械电子工程专业教育平台课中的综合实践课程。主要目的是：（1）学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。（2）通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。（3）通过对伺服系统的设计，掌握常用伺服电机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式，学会选用典型的传感器、光电编码器、交流/步进伺服系统等。（4）通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思想。如控制系统选用、单片机控制、PLC控制等。2.能力培养要求：（1）培养学生综合运用所学的理论知识与实践技能，独立分析与解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。（2）通过设计实践，熟悉设计过程，学会设计资料的正确使用，锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力；掌握机械传动系统的设计计算方法、控制系统的设计、检测模块和动力驱动模块的计算和选用及工程图纸的绘制等，从而在机电一体化产品设计基本技能的运用上得到训练。（3）为学生提供一个较为充分的设计空间，使其在巩固所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机电一体化课程设计的内涵，培养学生的专业技术能力和综合素质。二、课程设计选题要求（宋体，小四，1.5倍行距）以典型的机电一体化产品或系统为设计案例（从题库中任选一题），讨论其机械传动系统的设计步骤、设计方法、电机的选用和相关参数的设计计算，控制器的选择及控制方案的制订，工程图的绘制、电气硬件的选型、电气硬件接线、控制器软件编程及编写设计说明书等。使学生通过机电一体化课程设计，掌握机电一体化产品设计的全过程。1.课程设计内容有：（1）设计任务分析。查阅相关文献资料，对资料进行分析总结。（2）总体方案论证。根据设计任务书的具体要求，拟定设计对象的技术参数、运动形式、驱动方案、传动方案、控制方案等。（3）机械结构设计。将设计对象分解为动力系统、传动系统、执行机构和支承等若干部分，根据设计时间，取其中的部分传动系统和执行机构进行详细设计并校核，绘制相关零部件图。（4）控制方案设计。基于单片机、可编程控制器或工控机控制系统的硬件和软件设计。（5）编制课程设计说明书。2.课程设计说明书的内容设计计算说明书作为产品设计的重要技术文件之一，是图样设计的基础和理论依据，也是进行设计审核的依据。因此，编写设计说明书是设计工作的重要环节之一。（1）前言。前言主要是对设计背景、设计目的和意义进行总体描述。（2）目录。目录应列出说明书中的各项内容标题和页次，包括附录。（3）正文。说明书正文为设计的依据和过程，主要包括①设计任务书，一般应附设计目标、使用条件和主要设计参数；②总体方案论证，根据设计要求以及给定的动力和运动要求，进行功能原理方案设计，包括各功能单元方案的详细论证，并针对多种方案的可行性进行比较，通过方案比较、择优，寻找出一种比较好的方案；③详细设计部分的机械结构设计。在功能原理方案确定的基础上，进行机械结构的设计，即传动零件等设计计算，标准件的选择，绘制相关的零部件图；详细设计部分的控制系统设计。包括按制方案的选择，硬件系统框图、原理图，元器件的选择、相关的设计计算，控制系统的软件流程图及源代码等。（4）参考文献。参考文献将设计中所用到的参考书、手册、样本等资料列出。（5）附录。附录中列出在设计过程中使用的非通用设计资料、图表、计算程序等。3.题库如下：（1）自动立体仓库系统设计要求：①实现功能：将物料块由进出货缓冲区放入指定的某一库位。②机械部分结构：仓库具有一个进料缓冲区、6个料位，X、Y轴采用电机加丝杠组成的传动机构，Z轴由气缸驱动，以完成物料的入库和出库。请完成机械部分结构设计，并绘制结构示意图，并说明主要机械部件选型结果及选型依据。③控制部分：控制核心为PLC，X、Y轴执行机构为步进电机，Z轴为气缸。请完成控制部分：MCGS组态监控界面设计、PLC硬件接线图设计、PLC软件程序设计、MCGS组态监控界面与PLC软件程序联机调试。（2）FMS教学型柔性制造系统移动小车站设计要求：①实现功能：将传送带上的物料根据其性质（合格品或不合格品）送入指定仓库进出货缓冲区（合格品入合格品库，不合格品入废品库）。②机械部分结构：移动小车由步进电机驱动滚珠丝杠，带动工作台上的机械手平移至不同位置，并在此位置下实现物料由传送带抓取至对应仓库的物料缓冲区（或反之）。请完成机械部分（特别是机械手）结构设计，并绘制结构示意图，并说明主要机械部件选型依据及选型结果。③控制部分：控制核心为PLC，执行机构：2台步进电机（小车前行、机械手旋转）、1台升降汽缸。需完成的设计内容有：MCGS组态监控界面设计、PLC硬件接线图设计、PLC软件程序设计、MCGS组态监控界面与PLC软件程序联机调试。注：本选题设计内容较多，可由两名同学组合完成，一人完成机械结构设计，一人完成控制系统设计。（3）物料自动分拣系统设计（磁性金属与非磁性金属识别）要求：①实现功能：识别出传送带上的物料材质（两种模式：磁性金属或非磁性金属、白/蓝/红不同颜色的物料识别）并用汽缸将其推送入不同的料库中，皮带线转速可调。其中，传感器选型依据和结果应详述。②控制核心为PLC，执行机构：普通减速电机。注：本选题重点为控制系统设计，通过变频器调整减速电机转速进而实现输送线速的调整，需完成的设计内容有：MCGS组态监控界面设计、PLC硬件接线图设计、PLC软件程序设计、MCGS组态监控界面与PLC软件程序联机调试。（4）数字测速系统设计要求：①实现功能：利用光电编码器或其它检测器件，采用M/T法对电机转速进行测量并显示相对应的转速，同时还可实现对电机转速的启动、停止及加减速控制。②控制部分：控制核心为单片机。电机可采用步进电机或直流电机。注：本选题需完成的设计内容有：控制板电路图设计、PCB布线设计、PCB制作，调试。（5）自拟题目。学生可结合自已的专业所长和兴趣爱好，自拟题目（推荐典型的机电一体化系统或产品，如微型数控机床、工业机器人、三坐标测量机、自动检测仪、自动售货机等）并经指导老师确认通过后即可按自拟题目开展设计工作。三、课程设计任务及进程安排01仔细阅读设计任务书，了解并明确设计任务培养学生独立分析问题的能力102收集资料，对资料进行分析总结，分析研究设计对象的工作原理与基本结构，准备设计工具书锻炼提高学生查阅资料、应用手册和标准的能力103总体方案论证：提出不同的设计方案，经分析比较确定最佳方案，绘制总体设计图初步培养学生机电一体化“系统思想”设计能力204机械结构设计：完成机械系统装配图设计，完成主要零件图设计锻炼提高学生在机械结构设计、机械制图的能力，熟悉并正确使用标准的能力505电气控制系统设计：电气原理图、接线图等设计，编写相应的控制软件，条件允许则进行调试锻炼提高学生使用PLC、单片机、MCGS组态等先进控制技术的能力606整理设计文件，编写课程设计说明书培养学生科技论文的写作能力207课程设计答辩培养学生语言表达能力、归纳总结能力1四、课程设计的考核方式与评分标准1.考核方式：学生在规定时间完成设计任务后，应通过教研室组织的小组答辩。2.评分标准：（按优秀、良好、中等、及格和不及格五级计分）表1-1机电一体化课程设计成绩评定标准评价单元评价要素评价内涵满分知识水平60%文献查阅与分析总结能力能独立查阅文献资料，能对文献中的内容进行系统的分析、总结，并合理地运用到课程设计之中。10课程设计方案设计能力能独立完成课程设计任务书中要求的全部内容；整体思路清晰，设计方案合理可行；能够综合所学的理论知识，并运用于课程设计；设计计算数据准确；图纸质量、数量符合要求。25写作水平逻辑结构合量，层次分明，思路清晰，语言表达准确，综合概括能力强。20写作规范图表、公式、单位及各种资料引用符合规范。10学习表现15%工作量能按时完成课程设计规定的工作量。10学习态度学习态度认真，作风严谨，按时完成课程设计规定的阶段性任务。5答辩表现20%答辩自述自述思路清晰、简明扼要、重点突出。8回答问题思路清晰，结果正确。12注：五级制评定成绩：优（90-100分），良（80-89分）、中（70-79分）、及格（