第一篇：機電一體化轉(zhuǎn)臺設(shè)計

機電一體化

一維轉(zhuǎn)臺設(shè)計說明書

目 錄

課程設(shè)計的目的1 《機電一體化》設(shè)計任務(wù)及設(shè)計參數(shù)1

一、系統(tǒng)總體改造方案的確定2

二、工作臺旋轉(zhuǎn)機械部分的改進2

三、工作臺升降機械部分改進6

四、最佳方案8

五、其他機械部分改進8

六、控制部分方案設(shè)計11 小

結(jié)14 參考文獻14

設(shè)計過程

課程設(shè)計的目的

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。齒輪同步帶減速裝置、蝸桿副、滾珠絲杠螺母副、直線滾動導(dǎo)軌副等。

3）通過對進給伺服系統(tǒng)的設(shè)計，掌握常用伺服電動機的工作原理、計算選擇方法與控制驅(qū)動方式，學(xué)會選用典型的位移速度傳感器；如交流、步進伺服進給系統(tǒng)，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，直線光柵等。

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)計思路；如控制系統(tǒng)選用原則、CPU選擇、存儲器擴展、I/O接口擴展、A/D與D/A配置、鍵盤與顯示電路設(shè)計等，以及控制系統(tǒng)的管理軟件、伺服電機的控制軟件等。

5）培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹立“系統(tǒng)設(shè)計”的思路。6）鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻資料以及撰寫科技論文的能力。

設(shè)計參數(shù)

設(shè)計名稱

轉(zhuǎn)臺的機電一體化設(shè)計。

設(shè)計任務(wù) 機械部分

說明該機構(gòu)的工作原理、傳動支撐方式、導(dǎo)向方式、預(yù)緊方式等；若有必要，可在提供的CAD圖中按自己認(rèn)為合理的方式進行修改。設(shè)計限位裝置（如接近開關(guān)的安裝支座）控制部分

該裝置由兩臺異步電動機驅(qū)動，其中一臺電機控制工作臺在90度范圍內(nèi)往復(fù)旋轉(zhuǎn)，另一臺電機控制工作臺上的托輥轉(zhuǎn)動，完成工件輸入、停止和輸出的動作。要求用繼電器接觸器控制系統(tǒng)、或PLC、或單片機完成上述動作的控制。

提交的設(shè)計文件 設(shè)計說明書（A4）。相關(guān)電氣參數(shù) 3.1電機

Y系列(IP44)小型三相異步電動機技術(shù)數(shù)據(jù)(380V、50Hz).型號:

Y801-2

額定功率/kW:

0.75

鐵心長度/mm:

氣隙長度/mm:

0.3

定子外徑/mm:

120

定子內(nèi)徑/mm:

定子線規(guī)nc-dc:

1-0.63

每槽線數(shù):

并聯(lián)支路數(shù):

繞組型式:

單層交叉

節(jié)距:

1～9/2～10/18～11

槽數(shù)Z1/Z2:

18/16

轉(zhuǎn)動慣量/(kg·m^2):

0.00075

質(zhì)量/kg:

PLC(參考)FX2N-32MR-001 電源電壓220V AC 輸出電壓 220V AC

一、系統(tǒng)總體改造方案的確定

我這次課程設(shè)計主要針對旋轉(zhuǎn)工作臺機械部分的改造。將原方案中的由原來的通過電機帶動渦輪蝸桿轉(zhuǎn)動是工作臺旋轉(zhuǎn)，由液壓缸伸縮控制工作臺升降；改成由液壓缸升降工作臺使與工作臺固定的軸在特制的套筒按一定的軌跡移動，已達到旋轉(zhuǎn)特定角度且上升到指定高度的目的；工作臺上升高度可以通過手動控制液壓缸的電磁閥控制。這樣不僅簡化了轉(zhuǎn)臺整體結(jié)構(gòu)，降低加工制造成本，而且提高了旋轉(zhuǎn)角度的定位精度。

工作臺傳送工件由電機通過減速器和聯(lián)軸器帶動限力式輥軸的轉(zhuǎn)動，輥軸間通過鏈條連接，已達到傳送工件的目的，而工件的位置則由擋板控制。

二、工作臺旋轉(zhuǎn)機械部分的改進

1、原方案（圖一）

圖一

該方案的工作過程：電動機正轉(zhuǎn)經(jīng)聯(lián)軸器帶動蝸桿渦輪使工作轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)到后，電動機停轉(zhuǎn)，電動機反轉(zhuǎn)時，工作轉(zhuǎn)臺回到原來的位置。分析不合理處：

A、該方案中采用三相異步電動機不合理。在工作中電機需頻繁啟動，很容易使電機損壞。

B、電動機與蝸桿直接用聯(lián)軸器連接不合理。首先，三相異步電機轉(zhuǎn)速都較快，而轉(zhuǎn)臺只需轉(zhuǎn)半圈，則需要較大傳動比的渦輪蝸桿，結(jié)構(gòu)過大，明顯不適合用在此處。其次，若工作過程中發(fā)生卡死故障，由于電動機與蝸桿直接用聯(lián)軸器連接，很可能導(dǎo)致燒壞電機并且有可能引發(fā)安全事故。

C、軸承端沒有擋油環(huán)，不利于潤滑 改進方案

（1）針對A處改進方案 槽輪機構(gòu)

該方案與方案一的類似，不同之處為聯(lián)軸器后面加上了一個槽輪機構(gòu)（圖三），由槽輪帶動渦輪蝸桿轉(zhuǎn)動，從而轉(zhuǎn)動工作臺。其工作原理為撥銷盤以不變的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，撥銷轉(zhuǎn)過2時，槽輪轉(zhuǎn)過相鄰兩槽間的夾角為2，在撥銷轉(zhuǎn)過其余的部分時，即2（），槽輪靜止不動，直到撥銷進入下一個槽內(nèi)，又重復(fù)以上循環(huán)，這樣就將撥銷盤的連續(xù)運動變?yōu)椴圯喌拈g歇運動。

圖二

圖三 槽輪傳動機構(gòu)分析：

采用槽輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)速迅速，從動件能在較短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的較大的角度，傳動效率高，槽輪單位時間內(nèi)與靜止時間比值相等，由于槽輪的角速度不是常數(shù)，轉(zhuǎn)速的開始和結(jié)束有一定大小的速度，從而產(chǎn)生了沖擊，采用鎖緊弧和定位弧定位，其定位精度不是很高，與方案一相比，避免了電機的頻繁啟動，直選首先設(shè)置好時間節(jié)拍即可，保護了電機的及電路，降低了事故發(fā)生的頻率。將三相異步電機換成液壓馬達，因為液壓馬達時將液壓轉(zhuǎn)換成機械能，不會因頻繁啟動而燒壞。

在電機與聯(lián)軸器間增加一個離合器，當(dāng)工作臺達到指定位置時，松開離合器。而電機可以連續(xù)工作。

蝸形凸輪傳動機構(gòu)

蝸形凸輪傳動機構(gòu)

（

1、轉(zhuǎn)盤

2、滾子

3、蝸形凸輪）

圖四、針對B處改進方案

①對于速度較快問題，可以在電機和聯(lián)軸器之間加上減速器，降低輸入軸速度。

②而為防止卡死時電機損壞，我們可以將剛性銷連接改成安全銷連接，其結(jié)構(gòu)如下圖。原理當(dāng)輸出軸扭矩過大時，安全銷會自動切斷，已達到保護電機的效果。還可以在電動機后加一個帶傳動機構(gòu)，當(dāng)發(fā)生卡死時，帶輪會出現(xiàn)打滑。

原方案

改進后

對比分析：

與前兩種方案相比，只是在聯(lián)軸器的后面加上一個蝸形凸輪傳動機構(gòu)，就能得到如下特點：（1）能得到任意轉(zhuǎn)位時間和靜止時間之比，其工作時間系數(shù)K比槽輪機構(gòu)??；（2）能實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤所要求的各種運動規(guī)律;(3)與槽輪機構(gòu)相比，能夠用于工作位數(shù)較多的設(shè)備上，而且不需要加入其它的傳動機構(gòu)；（4）在一般情況下，凸輪棱邊的定位精度已滿足要求，而不需要其它定位裝置；（5）有足夠的剛度和韌性、裝拆方便；而不足之處為成本較高，與前兩種方案相比，造價是最昂貴的，其效果也是最好的，避免了電機的頻繁啟停，保護了電路和電機，更加安全可靠。

三、工作臺升降機械部分改進

1、原方案（圖七）

圖七

工作原理：

液壓缸工作使工作臺上升，直至超過擋板后，電動機的啟動帶動渦輪蝸桿，使工作臺旋轉(zhuǎn)，該方案用液壓缸與驅(qū)動工作臺上升，太復(fù)雜且液壓缸精度要求高，造價昂貴，工作效率不高，耗能大，轉(zhuǎn)動部分采用電動機帶動渦輪蝸桿，從而使工作臺旋轉(zhuǎn)，較復(fù)雜且渦輪蝸桿造價高，不經(jīng)濟。

2、改進方案一的設(shè)計（圖八）

圖八

本方案的工作原理：

液壓缸工作使桿支撐工作太上升，到曲槽剛好到達工作臺高于擋板，桿沿曲槽上升旋轉(zhuǎn)到曲槽頂時，剛好旋轉(zhuǎn)。與原方案相比：

都用了液壓缸，但缺少了電動機帶動渦輪蝸桿使工作臺旋轉(zhuǎn)，用曲槽代替，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約成本，相比第一種方案好。

改進方案二設(shè)計（圖九）

此方案的工作原理：絲桿軸的旋轉(zhuǎn)可使其在水平方向的移動，使支撐桿伸張和收縮，從而使工作臺的上下移動。

圖九

方案比較：

與前兩種方案相比較，用絲桿代替液壓缸，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約成本，操作方便。綜合考慮：

第三種方案最經(jīng)濟，前兩種方案都用了液壓缸，第二種方案比第一種方案好，液壓缸精度高，但效率很低，成本不經(jīng)濟。第三種方案升降部分用絲桿軸的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)部分用電機帶動渦輪蝸桿，從而地使工作臺旋轉(zhuǎn)，沒方案二的旋轉(zhuǎn)部分經(jīng)濟，但整體考慮，方案三比方案二更好。

四、最佳方案

將工作臺的旋轉(zhuǎn)和升降設(shè)計成由一個系統(tǒng)控制如圖，工作原理：當(dāng)液壓缸上升時，工作臺帶動軸上升，而軸由于被限制在套筒中，只能按照套筒上所開的槽的軌跡移動。套筒上的槽形軌道是螺旋上升且只旋轉(zhuǎn)90度。這樣不僅簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少成本；而且滿足旋轉(zhuǎn)精度。

五、其他機械部分改進

1、潤滑密封

原方案中軸的軸承部分（圖十）

圖十

分析：

該方案軸承的下端沒有擋油環(huán)，故潤滑脂很容易漏出來，且會有雜質(zhì)進入潤滑脂中影響軟化效果。

改進后的方案（圖十一）

圖十一

對比分析：

改進后，下端面加擋油環(huán)，潤滑時將潤滑油滴入軸承，影響軸承的運轉(zhuǎn)和壽命，左端增加了一個隙縫密封，在密封隙里加入潤滑脂，在提高密封效果的同時防止了雜質(zhì)進入軸承，以免損壞軸承。

2、導(dǎo)軌部分（圖十二）

圖十二

分析：

該方案溝槽內(nèi)部不方便能潤滑，且旋轉(zhuǎn)是摩擦較大。加工業(yè)不經(jīng)濟，所以得改進。改進后的方案（圖十三）

圖十三

分析對比：

與原方案相比，導(dǎo)軌槽位V型槽，可儲存潤滑劑，加工方便，結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低，降低了摩擦阻力，方向精度高，對溫度變化不敏感，工藝性好。升降導(dǎo)軌的設(shè)計

考慮到工作臺是豎直方向移動，所以，選用閉式矩形導(dǎo)軌或燕尾槽式導(dǎo)軌，由于這里對導(dǎo)向精度沒有較高要求，我這里選擇閉式矩形導(dǎo)軌如圖

閉式矩形導(dǎo)軌

傳送部分機械改進

原方案

有三相異步電動機通過減速機構(gòu)再帶動輥筒轉(zhuǎn)動，使工件達到指定位置，有擋板定位。如圖

這個方案中有擋板定位不夠精確，并且會對擋板產(chǎn)生較大沖擊力，當(dāng)工件到達擋板后電機還會轉(zhuǎn)動，使輥筒與工件之間則會產(chǎn)生較大摩擦力。改進方案

將輥筒用限力式輥筒，當(dāng)工件到達擋板后，電機轉(zhuǎn)動但輥筒外表面不會轉(zhuǎn)動。

六、控制部分方案設(shè)計 工件傳送控制

工件傳送只需控制電機正反轉(zhuǎn)即可，采用接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制。控制原理：

當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB1后，電源相通過熱繼電器FR的動斷接點、停止按鈕SB3的動斷接點、正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB1的動合接點、反轉(zhuǎn)交流接觸器KM2的常閉輔助觸頭、正轉(zhuǎn)交流接觸器線圈KM1，使正轉(zhuǎn)接觸器KM1帶電而動作，其主觸頭閉合使電動機正向轉(zhuǎn)動運行，并通過接觸器KM1的常開輔助觸頭自保持運行。反轉(zhuǎn)啟動過程與上面相似，只是接觸器KM2動作后，調(diào)換了兩根電源線U、W相（即改變電源相序），從而達到反轉(zhuǎn)目的。

互鎖原理 ：

接觸器KM1和KM2的主觸頭決不允許同時閉合，否則造成兩相電源短路事故。為了保證一個接觸器得電動作時，另一個接觸器不能得電動作，以避免電源的相間短路，就在正轉(zhuǎn)控制電路中串接了反轉(zhuǎn)接觸器KM2的常閉輔助觸頭，而在反轉(zhuǎn)控制電路中串接了正轉(zhuǎn)接觸器KM1的常閉輔助觸頭。當(dāng)接觸器KM1得電動作時，串在反轉(zhuǎn)控制電路中的KM1的常閉觸頭分?jǐn)?，切斷了反轉(zhuǎn)控制電路，保證了KM1主觸頭閉合時，KM2的主觸頭不能閉合。同樣，當(dāng)接觸器KM2得電動作時，KM2的常閉觸頭分?jǐn)?，切斷了正轉(zhuǎn)控制電路，可靠地避免了兩相電源短路事故的發(fā)生。這種在一個接觸器得電動作時，通過其常閉輔助觸頭使另一個接觸器不能得電動作的作用叫聯(lián)鎖（或互鎖）。實現(xiàn)聯(lián)鎖作用的常閉觸頭稱為聯(lián)鎖觸頭（或互鎖觸頭）。工作臺升降和旋轉(zhuǎn)控制

工作臺升降和旋轉(zhuǎn)采用三位四通電磁閥控制液壓回路，如圖

工作原理：

當(dāng)有壓力油進入時，回油路的單向閥被打開，壓力油進入工作液壓缸。但當(dāng)三位四通電磁換向閥（Y型）處于中位或液壓泵停止供油時，兩個液控單向閥把工作液壓缸內(nèi)的油液密封在里面，使液壓缸停止在該位置上被鎖住。（如果工作液壓缸和液控單向閥都具有良好的密封性能，即使在外力作用下，回路也能使執(zhí)行元件保持長期鎖緊狀態(tài)）。

在圖示位置時，由于Y型三位四通電磁換向閥處于中位，A、B、T口連通，P口不向工作液壓缸供油，保持壓力，缸兩腔連通。此時，液壓泵輸出油液經(jīng)溢流閥流回油箱，因無控制油液作用，液控單向閥A，B關(guān)閉，液壓缸兩腔均不能進排油，于是，活塞被雙向鎖緊。要使活塞向上運動，則需使換向閥1DT通電，左位接入系統(tǒng)，壓力油經(jīng)液控單向閥A進入液壓缸，同時也進入液控單向閥B的控制油口K，打開閥B，使液壓缸右腔回油經(jīng)閥B及換向閥流回油箱，同時工作液壓缸活塞向右運動。當(dāng)換向閥右位接通，液控單向閥B開啟，壓力油打開閥A的控制口K，工作液壓缸向下行，回油經(jīng)閥A和換向閥T口流回油箱。

當(dāng)工件在工作臺上定位后，液壓缸上升帶動工作臺旋轉(zhuǎn)上升，當(dāng)轉(zhuǎn)到90度后，可以通過液壓缸控制工作臺高度。工件加工完后，液壓缸回油帶動工作臺下降且旋轉(zhuǎn)。

全自動控制方案

在按加工需要工作臺首尾兩端各安裝一個傳感器脈沖開關(guān)SB1、SB2和導(dǎo)軌上下各安裝一個傳感器脈沖開關(guān)SB3、SB4，且每個開關(guān)均有手動控制裝置。用PLC控制，其接線圖如圖

圖中接觸器KM1控制電機正轉(zhuǎn)；接觸器KM2控制電機反轉(zhuǎn)；接觸器KM3控制三位四通電磁閥左位得電，即液壓缸上升；接觸器KM4控制三位四通電磁閥右位得電，即液壓缸下降。

工作原理：

按下啟動按鈕SB1，線圈KM1得電，KM1主觸頭閉合，電機正轉(zhuǎn)；當(dāng)工件接觸到工作臺尾端傳感器，SB2閉合，延時1秒，線圈KM2得電，KM2主觸頭閉合，電磁閥左位得電，液壓缸上升；當(dāng)導(dǎo)軌滑塊接觸導(dǎo)軌上端傳感器，SB3閉合，延時50秒，等待工件加工后，線圈KM3得電，KM3主觸頭閉合，電磁閥右位得電，液壓缸下降；當(dāng)導(dǎo)軌滑塊接觸導(dǎo)軌下端傳感器，SB4閉合，延時一秒，線圈KM4得電，KM4主觸頭閉合，電機反轉(zhuǎn)；當(dāng)工件接觸到工作臺首端傳感器，SB5閉合，延時5秒，返回前面操作。其梯形圖如圖

小 結(jié)

在設(shè)計的過程中，我深刻地體會到機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計，是多學(xué)科的交叉與綜合，涉及了大學(xué)課程里的大部分知識，是對過去所學(xué)知識的一次復(fù)習(xí)、鞏固和實際的操作，強化訓(xùn)練了我們的學(xué)科融合的思維能力，進一步加強了我們對機電一體化系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)總體思想，初步了解到了設(shè)計一個機電一體化系統(tǒng)的方法，培養(yǎng)了一個機電工程師應(yīng)具備的思維能力。在設(shè)計中我學(xué)到了很多從書本上無法體會的東西。學(xué)習(xí)實踐技能得到明顯的提高，使自己的綜合能力得到進一步的提高，從而為自己畢業(yè)后更快地適應(yīng)社會工作打下良好的基礎(chǔ)。但我們還需要在實踐中不斷的學(xué)習(xí)，提高，掌握新概念、新技術(shù)、將來才能成為機電一體化的復(fù)合人才。參考文獻

張建民等，機電一體會系統(tǒng)設(shè)計（第三版）高等教育出版社，2010

王信義，機電一體化技術(shù)手冊（第二版）機械工業(yè)出版社，2000

機械設(shè)計委員會，機械設(shè)計手冊，機械工業(yè)出版社2004

李建勇.機電一體化技術(shù).科學(xué)出版社.2004

徐灝.機械設(shè)計手冊（3）.機械工業(yè)出版社,2003

張建民.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京理工出版社,2004

楊入清.現(xiàn)代機械設(shè)計—系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社,2000

第二篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

1、動力系統(tǒng)（動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動機）等五個子系統(tǒng)組成。

2、系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動、輸送）功能；③儲存（保持、積蓄、記錄）功能。

3的變換、調(diào)整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法通常有：機電互補法、結(jié)合（融合）法和結(jié)合法。

5擦、低慣量、高強度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?/p>

6、為達到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支承、動（靜）壓導(dǎo)向支承等。

2如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動和支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。

3的等效動慣量，盡可能提高加速能力。

5如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。

第三篇：機電一體化

只要你學(xué)會了機電一體化的所有課程已經(jīng)很不錯了，機電一體化課程畫法幾何與機械制圖、工程力學(xué)、電工電子技術(shù)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、液壓傳動、金屬材料與金屬工藝學(xué)、微機原理與接口技術(shù)、C語言程序設(shè)計、自動控制原理、機床電氣控制、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)控系統(tǒng)及應(yīng)用、可編程器原理及應(yīng)用、計算機輔助設(shè)計與制造等，你是學(xué)習(xí)上面這些內(nèi)容嗎？如果是的話，就可以找機電廠，電廠，電氣控制設(shè)備廠，或普通工廠的機電維修等工作，在工作中，就學(xué)點電氣自動化的知識，這樣深化你的機電一體化的知識。只要你認(rèn)真領(lǐng)會了機電一體化化的實踐知識，去到那里都會很容易找到工作的。因為現(xiàn)在的社會都是機電自動化的社會了?，F(xiàn)在中型的小工廠都會用得上 機電一體化，只要有控制機械的工廠都可以去實踐學(xué)習(xí)。剛開始就是不求工資的高低，只要在實踐中深化自己，有了第一次的就業(yè)經(jīng)驗，第二次就也就會很容易了，因為招聘的人一般都會問你第一次在那里工作。工作的情況，經(jīng)驗的，你就要好好展示你的才華了。

管理員也可以呀，專門搞畫法幾何與機械制圖、工程力學(xué)，C語言程序設(shè)計等工作，專門專業(yè)是很不錯的，將來社會所有工廠都會陸續(xù)進行改造為機電一體化控制。前景無限呀。

至今機電一體化發(fā)展已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科,隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展,還將被賦予新的內(nèi)容。對機電一體化技術(shù)的基本與成長進行了簡要介紹,并闡述了機電一體化的發(fā)展進程及未來的發(fā)展趨勢。機電一體化是現(xiàn)代技術(shù)的必然結(jié)果,機電一體化技術(shù)是現(xiàn)代科技發(fā)展的核心技術(shù),機電一體化專業(yè)人才也是現(xiàn)代社會不可或缺的核心人才?，F(xiàn)從機電一體化技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)狀、前景等方面談機電一體化技術(shù)以及培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代社會工業(yè)發(fā)展需要機電一體化專業(yè)高職人才的必要性。機電一體化是我國制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)專業(yè)之一.但我國目前這個專業(yè)高層次人才奇缺,高精尖方向大部分都被國外控制.因此,如果想在這個方面發(fā)展,如果有碩士研究生學(xué)歷,并有實踐經(jīng)驗,甚至是博士研究生,那么前途無量的.機電一體化的未來發(fā)展趨勢探析

【論文關(guān)鍵詞】：光機電一體化；技術(shù)特征；發(fā)展

【論文摘要】：介紹了光機電一體化技術(shù)特征，研究了國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，指出了未來發(fā)展前景和一些重要技術(shù)熱點。

近些年來，光機電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展，在民用工業(yè)和軍事領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。因此，光機電一體化技術(shù)成為當(dāng)今機械工業(yè)技術(shù)發(fā)展的一個主要趨勢。

1.光機電一體化技術(shù)特征

光機電一體化系統(tǒng)主要由動力、機構(gòu)、執(zhí)行器、計算機和傳感器五個部分組成，相互構(gòu)成一個功能完善的柔性自動化系統(tǒng)。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術(shù)的重要組成要素。與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品比較，光機電一體化產(chǎn)品具有以下技術(shù)特征。

1.1 體積小，重量輕，適應(yīng)性強，操作更方便

光機電一體化技術(shù)使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)后頻繁緊張地進行單調(diào)重復(fù)操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產(chǎn)操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動作，可由預(yù)設(shè)的程序一步一步控制實現(xiàn)，甚至實現(xiàn)操作全自動化和智能化。

1.2 功能增加，精度大幅提高

光機電一體化系統(tǒng)包括以激光、電腦等現(xiàn)代技術(shù)集成開發(fā)的自動化、智能化機構(gòu)設(shè)備、儀器儀表和元器件。電子技術(shù)的采用使得包饋控制 水平提高，運算速度加快，通過電子自動控制系統(tǒng)可精確按預(yù)設(shè)動作，其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差，達到靠單純機械方式所不能實現(xiàn)的工作精度。同時，由于機械傳動部件減少，機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。

1.3 部分硬件實現(xiàn)軟件化，智能化程度提高

傳統(tǒng)機械設(shè)備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術(shù)使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調(diào)節(jié)、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結(jié)果。通過改變程序，指令等軟件內(nèi)容而無需改動硬件部分就可變換產(chǎn)品的功能，使機械控制功能內(nèi)容的確定和變化趨勢向“軟件化”和“智能化”。

1.4 產(chǎn)品可靠性得到提高，使用壽命增長

傳統(tǒng)的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，導(dǎo)致可動摩擦、撞擊、振動等加重，嚴(yán)格影響裝置壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關(guān)甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

1.5 融合了多種學(xué)科新技術(shù)，衍生出許多功能更強、性能更好的新產(chǎn)品

光機電一體化產(chǎn)品的研究開發(fā)涉及到許多學(xué)科和專業(yè)知識，包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)、機械工程學(xué)、電力電子學(xué)、電工學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、光學(xué)、控制論、信息論和計算機科學(xué)等。例如人們很熟悉的靜電復(fù)印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)復(fù)合創(chuàng)新的新型產(chǎn)品。光機電一體化技術(shù)將光電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機械技術(shù)各自的優(yōu)勢結(jié)合起來，衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術(shù)裝備。

1.6 產(chǎn)品系統(tǒng)性增強，各部分系統(tǒng)間協(xié)調(diào)性要求提高

光機電一體化是一門學(xué)科的邊緣科學(xué)技術(shù)，多種技術(shù)的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術(shù)及產(chǎn)品更具有系統(tǒng)性、完整性和科學(xué)性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統(tǒng)中相互配合有嚴(yán)格的要求，這就要求各種技術(shù)揚長避短，提高系統(tǒng)協(xié)調(diào)性。

2.研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

2.1研究現(xiàn)狀

自從我國實行改革開放以來，科技領(lǐng)域急起直追，我國的光機電一體化技術(shù)已取得明顯的成效，數(shù)控產(chǎn)品有了很大的提高，尤其是經(jīng)濟型靈敏數(shù)控裝置發(fā)展很快，是我國特有的經(jīng)濟實用產(chǎn)品，不但適用國內(nèi)市場的需要，部分產(chǎn)品還隨主機配套出口。國內(nèi)的機械產(chǎn)品采用可編程控制器（PC）和微電子技術(shù)控制設(shè)備也越來越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設(shè)備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業(yè)機械都是如此，我國自行研制和生產(chǎn)的光機電設(shè)備，在質(zhì)量上也有重大突破，為今后的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

2.2 發(fā)展趨勢

光機電一體化技術(shù)已經(jīng)滲透到各個學(xué)科、領(lǐng)域，成為一種新興的學(xué)科，并逐漸成為一種產(chǎn)業(yè)，而這些產(chǎn)業(yè)作為新的經(jīng)濟增長點越來越受到高度重視。

從世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展情況來看，光機電一體化技術(shù)的未來技術(shù)熱點主要包括：

（1）激光技術(shù)

1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。

2）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導(dǎo)航以及遙控。

3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產(chǎn)生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產(chǎn)品進行特種加工。

4）相干性，由于激光速頻率單

一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學(xué)計算機的研制，而在實際運用中也會通過一些激光技術(shù)改變激光輻射的特性，應(yīng)用范圍更廣。

（2）傳感檢測技術(shù)

1）激光準(zhǔn)直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準(zhǔn)測量。

2）激光測距，其探測距離遠，測距精度高，抗干擾性強，體積小，重量輕，但受天然影響大。

3）光纖探測器，在目標(biāo)很小，間隔受限或危險的環(huán)境中，最常選用的是光纖探測器。

其他還有激光打孔、刻槽=標(biāo)記、光化學(xué)沉積等加工技術(shù)。

（3）激光快速成型技術(shù)

激光快速成型是利用計算機將復(fù)雜的三維物體轉(zhuǎn)化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結(jié)，由點、線構(gòu)造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術(shù)可使新產(chǎn)品及早投放市場，極大地提高了汽車生產(chǎn)企業(yè)對市場的適應(yīng)能力和產(chǎn)品的競爭能力。

（4）光能驅(qū)動技術(shù)

利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人?，F(xiàn)已研制成功一種光致動器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復(fù)地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實現(xiàn)所要求的動作。實驗驗證，該致動器能可在頂面步行。這種狀態(tài)目標(biāo)處于初級階段，如果能發(fā)現(xiàn)具有優(yōu)異光作用特性的動態(tài)物質(zhì)，則可使光能驅(qū)動技術(shù)廣泛應(yīng)用。

3.結(jié)語

技術(shù)上的改革和與之相配套的技術(shù)支持是創(chuàng)新技術(shù)的基礎(chǔ)。開發(fā)光機電一體化產(chǎn)品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術(shù)中恰當(dāng)?shù)匾腚娮蛹夹g(shù)，產(chǎn)品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產(chǎn)品一旦實現(xiàn)光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來巨大的社會經(jīng)濟效益。

參考文獻

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王家淳.激光焊接技術(shù)的發(fā)展與展望.激光技術(shù)，2001（2）

第四篇：機電一體化

第四章機電系統(tǒng)教學(xué)試驗臺

1、機電系統(tǒng)教學(xué)實驗臺的用途（教學(xué)實驗設(shè)備）。

2、機電系統(tǒng)教學(xué)實驗臺的特點（模擬的自動化生產(chǎn)線，集機械、氣動、PLC控制、交流調(diào)速和傳感器等技術(shù)為一體）。

3、機電系統(tǒng)教學(xué)實驗臺的轉(zhuǎn)臺上設(shè)四個工位（第一工位:機械手上下料）；（工位二至四工位:加工工位）。

4、機電系統(tǒng)教學(xué)實驗臺的自動循環(huán)過程:

阻擋塊升起→機械手卸料 →阻擋塊下降→機械手取料 →機械手上料→ 刀具旋轉(zhuǎn)、快進→ 刀具工進 →延時停留→ 刀具快退、停轉(zhuǎn) →工作臺定位銷松開→ 工作臺旋轉(zhuǎn)90°→工作臺定位銷定位鎖緊→推料缸出料。

1）卸料阻擋定位塊升起。2）機械手爪抓取已加工工件、提升、旋轉(zhuǎn)至卸料位，松開工件，工件由坡形滑道滑入工件箱內(nèi)。3）卸料阻擋定位塊下降。4）機械手爪轉(zhuǎn)至取料位、下降、抓取工件、上升并旋轉(zhuǎn)至工作臺的上料位、下降、放入待加工工件。5）刀具旋轉(zhuǎn)、快進。6）刀具工進。7）刀具延時停留。8）刀具快退、停止。9）旋轉(zhuǎn)工作臺定位銷松開。10）工作臺旋轉(zhuǎn)90°11）工作臺定位銷定位鎖緊。12）推料缸送出一個工件至取料位。

5、機電系統(tǒng)教學(xué)實驗臺由主要的（加工單元）、（旋轉(zhuǎn)工作臺）、（搬運機械手）和（料庫部分）部件組成。

6、刀具旋轉(zhuǎn)由一臺（220V、6W的交流電動機）驅(qū)動。

7、氣缸的類型有（導(dǎo)桿氣缸）、（普通氣缸）、（旋轉(zhuǎn)氣缸）、（薄形氣缸）和（手指缸）五種類型。

8、電磁換向閥使用（匯流板）安裝，選用了（兩位五通電磁閥）、（三位五通電磁閥）和（兩位三通電磁閥）。

9、采用的普通的（空氣壓縮機），經(jīng)三聯(lián)件向系統(tǒng)供給壓力空氣。

10、常用的空氣過濾器有（一次過濾器）和（二次過濾器）兩種類型。

11、一次空氣過濾器也稱（簡易濾器）作用：多接于干燥器之后，由（濾網(wǎng)）、（毛氈）、（硅膠）、（焦炭）等材料起吸附過濾作用。

12、二次空氣過濾器作用：（各種分水濾氣器）附過濾作用。

13、（分水濾氣器）與（減壓閥）、（油霧器）一起稱為氣動三大件。

14、油霧器的選用主要根據(jù)氣動系統(tǒng)所需氣體流量（選定通徑）及油霧粒徑大小來確定。

15、一次油霧器的油霧粒徑約辦（25~35μm）。

16、二次油霧器的油霧粒徑可達（5μm）。

第五篇：機電一體化

1, 國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

世界制造業(yè)在20世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國機床行業(yè)從2000年至今已接受3個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。

20世紀(jì)人類社會最偉大的科技成果是計算機的發(fā)明與應(yīng)用，計算機及控制技術(shù)在機械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進步。自從1952年美國第1臺數(shù)控銑床問世至今已經(jīng)歷了50個年頭。數(shù)控設(shè)備包括：車、銑、加工中心、鏜、磨、沖壓、電加工以及各類專機，形成龐大的數(shù)控制造設(shè)備家族，每年全世界的產(chǎn)量有10～20萬臺，產(chǎn)值上百億美元。

世界制造業(yè)在20世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國機床行業(yè)從2000年至今已接受3個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。

我國數(shù)控機床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。但總的來說，技術(shù)水平不高，質(zhì)量不佳，所以在90年代初期面臨國家經(jīng)濟由計劃性經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)移調(diào)整，經(jīng)歷了幾年最困難的蕭條時期，那時生產(chǎn)能力降到50％，庫存超過4個月。從1995年“九五”以后國家從擴大內(nèi)需啟動機床市場，加強限制進口數(shù)控設(shè)備的審批，投資重點支持關(guān)鍵數(shù)控系統(tǒng)、設(shè)備、技術(shù)攻關(guān)，對數(shù)控設(shè)備生產(chǎn)起到了很大的促進作用，尤其是在1999年以后，國家向國防工業(yè)及關(guān)鍵民用工業(yè)部門投入大量技改資金，使數(shù)控設(shè)備制造市場一派繁榮。從2000年8月份的上海數(shù)控機床展覽會和2001年4月北京國際機床展覽會上，也可以看到多品種產(chǎn)品的繁榮景象。但也反映了下列問題：

（1）低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，互相靠壓價促銷；

（2）高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進口；

（3）配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進口；

（4）應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒有完全推廣使用；

（5）自行開發(fā)能力較差，相對有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進圖紙、合資生產(chǎn)或進口件組裝。

當(dāng)今世界工業(yè)國家數(shù)控機床的擁有量反映了這個國家的經(jīng)濟能力和國防實力。目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近300萬臺），但我們的機床數(shù)控化率僅達到1．9％左右，這與西方工業(yè)國家一般能達到20％的差距太大。日本不到80萬臺的機床卻有近10倍于我國的制造能力。數(shù)控化率低，已有數(shù)控機床利用率、開動率低，這是發(fā)展我國21世紀(jì)制造業(yè)必須首先解決的最主要問題。每年我們國產(chǎn)全功能數(shù)控機床3000～4000臺，日本1年產(chǎn)5萬多臺數(shù)控機床，每年我們花十幾億美元進口7000～9000臺數(shù)控機床，即使這樣我國制造業(yè)也很難把行業(yè)中數(shù)控化率大幅度提上去。因此，國家計委、經(jīng)貿(mào)委從“八五”、“九五”就提出數(shù)控化改造的方針，在“九五”期間，我協(xié)會也曾做過調(diào)研。當(dāng)時提出數(shù)控化改造的設(shè)備可達8～10萬臺，需投入80～100億資金，但得到的經(jīng)濟效益將是投入的5～10倍以上。因此，這兩年來承擔(dān)數(shù)控化改造的企業(yè)公司大量涌現(xiàn)，甚至還有美國公司加入?！笆濉眲倓傞_始，國防科工委就明確提出了在軍工企業(yè)中投入6．8億元，用于對1．2～1．8萬臺機床的數(shù)控化改造。

數(shù)控技術(shù)經(jīng)過50年的2個階段和6代的發(fā)展：

第1階段：硬件數(shù)控（NC）

第1代：1952年的電子管

第2代：1959年晶體管分離元件