论文部分内容阅读
摘 要：，机电一体化是机械技术、微电子技术及信息技术相互交叉、融合（有机结合）的产物。随着社会的进步，机电一体化技术在越来越多的学科得到应用与发展。本文通过对机电一体化技术的研究，探讨其发展应用前景，分析了机电一体化技术在未来的实际应用。
关键词： 机电一体化；发展趋势；应用
一、 机电一体化技术的基本概要
机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
二、 机电一体化的发展历程
1、数控机床的问世，写下了机电一体化历史的第一页；
2、微电子技术为机电一体化带来勃勃生机；
3、可编程序控制器、电力电子等的发展为机电一体化提供了坚强基础；
4、激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上新台阶。
三、 机电一体化的发展趋势
（1）智能化。智能化是 21 世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化方面的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。
（2）网络化。20 世纪 90 年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。如利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统已成现实。
（3）微型化。微型化兴起于 20 世纪 80 年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统 （MEMS），泛指几何尺寸不超过 1 cm的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小 、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。
（4）绿色化。绿色机电一体化产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高，使用时也不污染生态环境，报废后又能回收利用。
（5）系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强。
四、 机电一体化技术的应用研究
为了提高机电产品的性能品质，发展高新技术，现在有许多零件要求制造精度越来越高，形状也越来越复杂，为了提高零件的效率，减少阻力和降低噪声，往往被设计成复杂的空间曲面，如螺杆压缩机包络成型螺旋曲面，膨胀机的叶轮叶片，飞机螺旋桨、潜水艇的推进器等都具有极其复杂的空间曲面；现代汽车发动机的活塞也不是圆柱形，而是要求具有椭圆鼓形；为提高强度和使用寿命，机械轴也不再是圆柱形，而是由几段圆弧组成的复合圆柱体；卫星天线中馈源要求有方与圆光滑过渡实体；而各类特殊刀具与模具，其型面也极其复杂，所有这些，都要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展。下面是机电一体化技术的主要应用领域。
4.1 数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：
1）总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU，多主总线的体系结构。
2）开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。
3） WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。
4）大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。
5）能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
6）系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。
7）以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
4.2 计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制/物流0和/信息流0，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
4.3 柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
4.4 工业机器人
第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，以开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。
五、 应用实例
以数控激光雕刻机为载体，综合应用CAD /CAM，软件编程、电气设计、运动控制、电机驱动、数控编程等技术，进行数控机械创新设计的实践，开展机电一体化技术的应用。数控激光雕刻机综合运用机电一体化的各种知识，充分体现软件、硬件等信息技术与制造技术的联系。
5.1 总体设计
总的说来数控激光雕刻机是一种典型的机电一体化产品，它由机械部分、电气部分、软硬件部分以及计算机控制等级部分组成，框架图如图1。目的就是实现球面的激
光雕刻。
5.2 机械部分设计
根据实现球面的激光雕刻的目的，选择了两个直导轨和一个旋转导轨。首先确定基本尺寸，利用当前比较流行三维设计软件Pro/E进行初步设计，然后进行了干涉检查，最后对主要零部件进行校核。设计完成的效果
5.3 电气部分设计
电气部分主要实现以下几个功能：
1）控制交流伺服系统，包括上电、下电和使能控制；
2）轴流风机的控制；
3）急停键的控制。
结论
机电一体化是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然，随着社会的进步，科学技术的发展，机电一体化技术也在不断的发展进步，并向综合运用各学科最新成果、利用微电子技术等方面发展。数控雕刻机就是综合应用CAD /CAM、软件编程、电气设计、运动控制、电机驱动、数控编程等技术，开展机电一体化技术的最好证明。
参考文献：
[1] 叶大鹏. 计算机仿真技术在《机电一体化系统设计》教学中的应用[J]. 福建农林大学学报（自然科学版）. 2004（04）
[2] 李瑞琴，邹慧君. 机电一体化产品概念设计理论研究现状与发展展望[J]. 机械设计与研究. 2003（03）
[3] 李丽. 浅谈机电一体化技术的应用现状及发展趋势[J]. 中小企业管理与科技（上旬刊）. 2009（09）
关键词： 机电一体化；发展趋势；应用
一、 机电一体化技术的基本概要
机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。
二、 机电一体化的发展历程
1、数控机床的问世，写下了机电一体化历史的第一页；
2、微电子技术为机电一体化带来勃勃生机；
3、可编程序控制器、电力电子等的发展为机电一体化提供了坚强基础；
4、激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使机电一体化跃上新台阶。
三、 机电一体化的发展趋势
（1）智能化。智能化是 21 世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化方面的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。
（2）网络化。20 世纪 90 年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。如利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统已成现实。
（3）微型化。微型化兴起于 20 世纪 80 年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统 （MEMS），泛指几何尺寸不超过 1 cm的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小 、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。
（4）绿色化。绿色机电一体化产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高，使用时也不污染生态环境，报废后又能回收利用。
（5）系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强。
四、 机电一体化技术的应用研究
为了提高机电产品的性能品质，发展高新技术，现在有许多零件要求制造精度越来越高，形状也越来越复杂，为了提高零件的效率，减少阻力和降低噪声，往往被设计成复杂的空间曲面，如螺杆压缩机包络成型螺旋曲面，膨胀机的叶轮叶片，飞机螺旋桨、潜水艇的推进器等都具有极其复杂的空间曲面；现代汽车发动机的活塞也不是圆柱形，而是要求具有椭圆鼓形；为提高强度和使用寿命，机械轴也不再是圆柱形，而是由几段圆弧组成的复合圆柱体；卫星天线中馈源要求有方与圆光滑过渡实体；而各类特殊刀具与模具，其型面也极其复杂，所有这些，都要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展。下面是机电一体化技术的主要应用领域。
4.1 数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：
1）总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU，多主总线的体系结构。
2）开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。
3） WOP技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。
4）大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了CNC系统的控制功能。
5）能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。
6）系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。
7）以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
4.2 计算机集成制造系统（CIMS）
CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制/物流0和/信息流0，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
4.3 柔性制造系统（FMS）
柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。
4.4 工业机器人
第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，以开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。
五、 应用实例
以数控激光雕刻机为载体，综合应用CAD /CAM，软件编程、电气设计、运动控制、电机驱动、数控编程等技术，进行数控机械创新设计的实践，开展机电一体化技术的应用。数控激光雕刻机综合运用机电一体化的各种知识，充分体现软件、硬件等信息技术与制造技术的联系。
5.1 总体设计
总的说来数控激光雕刻机是一种典型的机电一体化产品，它由机械部分、电气部分、软硬件部分以及计算机控制等级部分组成，框架图如图1。目的就是实现球面的激
光雕刻。
5.2 机械部分设计
根据实现球面的激光雕刻的目的，选择了两个直导轨和一个旋转导轨。首先确定基本尺寸，利用当前比较流行三维设计软件Pro/E进行初步设计，然后进行了干涉检查，最后对主要零部件进行校核。设计完成的效果
5.3 电气部分设计
电气部分主要实现以下几个功能：
1）控制交流伺服系统，包括上电、下电和使能控制；
2）轴流风机的控制；
3）急停键的控制。
结论
机电一体化是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然，随着社会的进步，科学技术的发展，机电一体化技术也在不断的发展进步，并向综合运用各学科最新成果、利用微电子技术等方面发展。数控雕刻机就是综合应用CAD /CAM、软件编程、电气设计、运动控制、电机驱动、数控编程等技术，开展机电一体化技术的最好证明。
参考文献：
[1] 叶大鹏. 计算机仿真技术在《机电一体化系统设计》教学中的应用[J]. 福建农林大学学报（自然科学版）. 2004（04）
[2] 李瑞琴，邹慧君. 机电一体化产品概念设计理论研究现状与发展展望[J]. 机械设计与研究. 2003（03）
[3] 李丽. 浅谈机电一体化技术的应用现状及发展趋势[J]. 中小企业管理与科技（上旬刊）. 2009（09）