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第1章 概论1

1.1 从机械到机械电子1

目录1

1.2 机械电子制造系统与机械电子产品系统2

1.3 从机械产品到机械电子产品3

1.4 机械电子产品的解耦与耦合5

1.4.1 机械电子产品是复杂系统5

1.4.2 工程冲突5

1.4.3 机械电子产品中的解耦系统与耦合系统6

第2章 机械电子制造系统7

2.1 引言7

2.2 三种不同的自动化及有关的制造系统8

2.3.1 丰田生产系统的起源9

2.3 丰田生产系统9

2.3.2 丰田生产系统的两支柱10

2.3.3 看板系统11

2.3.4 快速生产准备19

2.4 精益生产23

2.4.1 引言23

2.4.2 MP的起落与LP的奇迹23

2.4.3 LP中的设计与制造两大要素26

2.4.4 产生LP与MP之间区别的可能因素分析31

2.5 敏捷制造33

2.5.1 敏捷制造的产生背景33

2.5.2 时间的重要性34

2.5.3 敏捷企业的四要素35

2.6.1 约束理论的起源36

2.6 同步制造与约束理论36

2.6.2 约束理论与MRP的区别37

2.6.3 同步制造的排序方法38

2.6.4 同步制造的理论基础39

2.6.5 同步制造的决策程序43

2.7 全面质量管理44

2.7.1 质量管理44

2.7.2 统计过程控制46

2.7.3 抽样与验收检验47

2.7.4 质量工程47

第3章 机械电子产品系统48

3.1 机械电子产品设计中的系统观点48

3.2 机械电子产品的一体化设计方法50

3.3 公理化设计原理52

3.4 机械电子产品设计原理53

3.5 单元化的设计61

第4章 机械电子产品的总体设计63

4.1 机械电子系统的组成63

4.1.1 机械本体部分63

4.1.2 执行部分63

4.1.3 传感部分63

4.1.4 信息处理部分63

4.1.5 功率驱动部分63

4.2 机械电子产品的结构层次64

4.2.1 MEE64

4.2.2 MEE的特点65

4.2.3 典型的MEE66

4.3 产品设计总体结构图66

4.4 设计制造流程分析67

4.5.1 需求分析68

4.5 目标分析68

4.5.2 方法分析71

4.5.3 输入分析72

4.5.4 输出分析73

4.6 参数分析74

4.6.1 参数种类分析74

4.6.2 参数的时变性分析74

4.7 实例76

4.7.1 需求分析76

4.7.2 方法分析78

4.7.3 输入分析78

4.7.4 输出分析78

5.2 位移单元的元部件79

5.2.1 电机79

第5章 位移单元79

5.1 位移单元的结构与分类79

5.2.2 电机驱动器及电源81

5.2.3 运动控制器81

5.2.4 传动机构82

5.2.5 导向机构82

5.2.6 反馈部分82

5.3 位移单元的主要技术指标82

5.3.1 最大行程82

5.4.1 元部件尽量选用现成产品83

5.4 位移单元的设计原则83

5.3.7 共振点83

5.3.6 承载能力83

5.3.5 精度（定位精度和重复精度）83

5.3.4 分辨率83

5.3.3 最大运动加速度83

5.3.2 最大运动速度83

5.4.2 最佳搭配原则84

5.4.3 尽量采用开环系统84

5.5 设计应用实例84

5.5.1 多点定位单元84

5.5.2 实验用回转台单元85

5.5.3 激光快速原型制造系统的扫描系统85

第6章 力单元87

6.1 力单元的典型结构88

6.2 力单元的分类89

6.2.1 按加载时间函数分类89

6.2.2 按加载位移函数分类90

6.2.3 按力值产生的方式分类92

6.3 主要性能指标93

6.3.1 力值93

6.3.2 精度93

6.3.3 幅值与平均值93

6.3.4 行程94

6.3.5 速度94

6.3.6 保压-卸压时间和载荷稳定性94

6.4 设计原则94

6.4.1 选择适合的力单元94

6.4.2 最短载荷传递链原则95

6.4.3 剖分组合原理95

7.1.2 温度单元的结构97

7.1.1 温度单元的定义97

第7章 温度单元97

7.1 结构与分类97

7.1.3 温度单元的分类98

7.2 主要性能指标98

7.2.1 性能价格比98

7.2.2 组装性98

7.2.3 变送器的性能指标98

7.2.4 控制器的仪表精度98

7.2.5 控制指标98

7.3 特殊问题99

7.4 控制器设计原则99

7.2.6 无故障工作时间99

7.5 控制算法的选择100

7.5.1 PID控制算法100

7.5.2 理想微分PID控制100

7.5.3 实际微分PID控制101

7.5.4 数字PID控制算式的改进102

7.5.5 数字PID算法的参数整定102

7.5.6 数字PID控制参数的自整定103

7.5.7 模糊控制104

7.5.8 PID-模糊控制104

7.6 传感器的选择、封装和安装104

7.6.6 特殊要求105

7.6.5 成本要求105

7.7.1 加热元件的功率105

7.7.2 响应速度105

7.7 驱动器的选择105

7.6.4 接口要求105

7.6.3 响应速度的要求105

7.6.2 安装要求105

7.6.1 精度要求105

7.8 加热方式和元件的选择106

7.9 主要部件和产品介绍106

7.9.1 温度传感器106

7.9.2 温度控制器109

7.9.3 其他温控器112

第8章 输入／输出单元113

8.1 输入／输出单元的结构与分类113

8.2 输入／输出单元的元部件产品113

8.2.1 传感器113

8.2.2 信号变换117

8.2.3 信号匹配121

8.3 输入／输出单元的抗干扰技术125

8.3.1 外来干扰及抑制125

8.3.2 内部干扰及其消除125

8.4 输入／输出单元的主要性能指标125

8.4.1 抗干扰性能125

8.4.2 输入输出路数126

8.4.3 信号变换精度126

8.4.4 动态响应速度126

8.4.5 输出驱动能力126

8.5 输入／输出单元设计原则126

8.5.1 信号匹配原则126

8.6.2 F-260熔积成型系统输入／输出单元设计127

8.6.1 F-260熔积成型系统输入／输出单元设计基本需求127

8.6 输入／输出单元设计实例127

8.5.4 减小对外干扰127

8.5.2 隔离原则127

8.5.3 提高抗干扰能力127

第9章 激光单元129

9.1 激光单元的定义129

9.2 激光器分类129

9.3 激光单元的结构130

9.3.1 激光单元的执行体130

9.3.2 控制器131

9.3.3 激光电源131

9.3.4 反馈器131

9.4.1 模式132

9.4.2 光束直径132

9.4 激光单元的主要性能指标132

9.4.3 激光电源的性能指标133

9.4.4 激光光路中光学器件的性能指标133

9.4.5 控制体的性能指标133

9.5 激光单元的设计原则135

9.6 应用实例——激光单元输出功率与其他参数的匹配问题136

第10章 解耦与耦合137

10.1 解耦137

10.1.1 平面扫描机构的分析137

10.1.2 自动多向模锻液压机139

10.1.3 激光分层实体制造设备141

10.1.4 自动导引车143

10.1.5 小结144

10.2.2 跟踪耦合145

10.2.1 耦合的目的145

10.2 耦合145

10.2.3 分配耦合147

10.2.4 协同耦合150

10.2.5 顺序耦合153

10.2.6 各种耦合的比较154

10.2.7 耦合设计实例155

第11章 机械电子系统应用实例164

（RP技术）164

11.1 现代成型学164

11.2 材料成型方法164

11.2.1 受迫成型165

11.2.2 去除成型165

11.2.3 堆积成型165

11.3.2 背景166

11.3.3 发展166

11.3 RPM的原理166

11.3.1 基本概念166

11.3.4 主要技术方法167

11.4 RPM的应用170

11.4.1 RPM是现代产品开发技术中的核心技术170

11.4.2 RPM的应用领域172

11.5 RPM设备176

11.5.1 分层实体制造（SSM）快速原型／零件制造系统176

11.5.2 熔融沉积制造（MEM）快速原型／零件制造系统176

11.5.3 M-RPMS多功能快速原型／零件制造系统177

11.5.4 批量生产的3New多功能激光快速成型系统178

参考文献182