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个人收集整理 勿做商业用途谈机电一体化技术的发展趋势目 录： 机电一体化的发展历程 机电一体化技术 典型机电一体化产品及其发展趋势 我国“机电一体化工作面临的形势 关键词： 机电一体化 机电一体化技术 发展 前景 任务 形势 一、 机电一体化技术的发展历程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 二、 机电一体化技术 随和经济的发展和科技的进步，越来越多的产品智能化、自动化、网络化，这些产品除了要用到机械驱壳，还需要用电路来控制，电的部分已经不再是简单的开关电路,而是用大规模的集成电路，单片机、传感器、可编程控制器等智能元件被用来和设备的机械部分想结合。单纯的机械活着单纯的电子已经不能适应行业发展的需要,渐渐地就出现了机电一体化这个学科。机电一体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，到目前这个学科已经逐渐成熟了。机电一体化技术包含六个部分，它们分别是：第一， 机械技术。 机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应,利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等,形成新一代的机械制造技术。第二, 计算机与信息技术 。其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。 第三， 系统技术 。系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元,接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。 第四, 自动控制技术 。其范围很广，在控制理论指导下,进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。 第五，传感检测技术。传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验,它是机电一体化系统达到高水平的保证。 第六， 伺服传动技术. 包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。1机电一体化系统主要由五个部分组成:机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器和动力源。机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的机械产品相比,机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强,这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点；检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制;电子控制单元又称ECU（Electrical Control Unit ），是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果,按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行；执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式；动力源是机电一体化产品能量供应部分，其作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电能为主.本文为互联网收集，请勿用作商业用途个人收集整理，勿做商业用途三、典型机电一体化产品及其发展趋势机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类.典型的机电一体化系统有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CADCAM系统等。典型的机电一体化元、部件有：电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些典型的机电一体化产品的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略1， 国内外数控技术发展状况 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动,从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受3个月以后的订货合同,生产任务饱满。 20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族,每年全世界的产量有1020万台,产值上百亿美元。 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复,曾一度几乎快成为夕阳工业,所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组.如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受3个月以后的订货合同,生产任务饱满. 我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段,许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说,技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%,库存超过4个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场,加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用,尤其是在1999年以后,国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣.从2000年8月份的上海数控机床展览会和2001年4月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。但也反映了下列问题： （1） 低技术水平的产品竞争激烈，互相靠压价促销； （2） 高技术水平、全功能产品主要靠进口； (3) 配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口； （4） 应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用； （5) 自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。 当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家(近300万台）,但我们的机床数控化率仅达到19左右，这与西方工业国家一般能达到20的差距太大。日本不到80万台的机床却有近10倍于我国的制造能力。数控化率低,已有数控机床利用率、开动率低,这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床30004000台，日本1年产5万多台数控机床,每年我们花十几亿美元进口70009000台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从“八五、“九五”就提出数控化改造的方针,在“九五”期间，我协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达810万台，需投入80100亿资金,但得到的经济效益将是投入的510倍以上。因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。“十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入68亿元，用于对1218万台机床的数控化改造。 数控技术经过50年的2个阶段和6代的发展： 第1阶段：硬件数控（NC） 第1代:1952年的电子管 第2代：1959年晶体管分离元件 第3代:1965年的小规模集成电路 第2阶段:软件数控（CNC） 第4代:1970年的小型计算机 第5代：1974年的微处理器 第6代:1990年基于个人PC机（PCBASEO） 第6代的系统优点主要有： （1) 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到5万小时以上； （2） 基于PC平台,技术进步快,升级换代容易; （3) 提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如CAD、CAM、CAPP,连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）； (4） 对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。 目前,国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统,占世界市场约40左右，其次是德国的西门子公司约占15以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲地亚，法国的NUM，日本的三菱、安川。 国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过300400套。 近10年数控机床为适应加工技术发展,在以下几个技术领域都有巨大进步。 （1） 高速化 由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由30004000rmin提高到800010000rmin，铣床和加工中心主轴转速由40008000rmin提高到12000rmin、24000rmin、40000rmin以上快速移动速度由过去的1020mmin提高到48mmin、60mmin、80mmin、120mmin在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的05G（重力加速度)提高到152G，最高可达15G,直线电机在机床上开始使用,主轴上大量采用内装式主轴电机。 （2) 高精度化 数控机床的定位精度已由一般的001002mm提高到0008mm左右，亚微米级机床达到00005mm左右，纳米级机床达到0005001m，最小分辨率为1nm（0000001mm）的数控系统和机床已有产品. 数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到1的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。 （3） 复合加工、新结构机床大量出现 如5轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类异形零件.也派生出各新颖的机床结构,包括6轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。采用特殊机械结构,数控的特殊运算方式，特殊编程要求。 （4） 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑,在钻深孔时大大提高效率.加工钢件切削速度能达1000mmin，加工铝件能达5000mmin。 （5） 数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段,而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法.因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流. 2, 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面18。 21 高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆,而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从EMO2001展会情况来看,高速加工中心进给速度可达80m/min,甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床.美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g,主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面,近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心则从35m，提高到11。5m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0。01m）。 在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。 为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 2。2 5轴联动加工bsp; 采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削,不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为,1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益.但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大,制约了5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小.因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床)的发展。 在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制. 2。3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC（The Next Generation Work-Station/Machine Control）、欧共体的OSACA（Op 和复合加工机床en System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC（Open Numerical Control System）等.数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元.国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机,如在EMO2001展中，日本山崎马扎克(Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”(智能生产控制中心，简称CPC);日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场）；德国西门子（Siemens）公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理,来源于网络四 我国“机电一体化工作面临的形势 1. 我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度 2。 我国用机电一体化技术加速产品更新换代，提高市场占有率的呼声高，有压力。 3。 我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高，污染、扰民产品的责任重，有意义。在我国工业系统中,能耗、耗水大户,对环境污染严重的企业还占相当大的比重。近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整,但由于多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业的“故土难离”“死守故业问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中意的产品问题.上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备.这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时,可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来,实现文明生产。 另外,从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长,差距较大,许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展. （二) 我国“机电一体化”工作的任务 我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话:一句话是广泛深入地用机电一体化技术改造传统产业；另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品，促进机电产品的更新换代。总的目的是促进机电一体产业的形成、为我国产业结构和产品结构调整作贡献。 总之,机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力,又是开启我国机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。 四、我国发展“机电一体化的对策 （一)加强统筹安排，协调发展计划 目前，我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。各自都有一套自己的发展策略。各单位的计划由于受各自立足点、着眼点的限制,难免只考虑局部利益，各主管部门的有关计划和规划,也有统一考虑不足,统筹安排不够的问题，同时缺少综观全局的有权威性的发展计划和战略规划.因此，建议各主管部门责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上,制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上撞车! (二)强化行业管理，发挥“协会作用 目前，我国“机电一体化较热，而按目前的行业划分方法和管理体制，“政出多门是难哆的。因此，我国有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构，根据目前国家政治体制改革和经济体制改革的精神,以及机电一体化行业特点，我们建议，尽快加强北京机电一体化协会的建设，赋予其行业管理职能。“协会”要进一步扩大领导机构理事会的代表层面和复盖面，要加强办公室、秘书处的建设；要通过其精明干练的办事机构、经济实体，组织“行业”发展计划、战略规划的拟制;指导行业布点布局的调整，进行发展突破口的选择，抓好重点工程的试点和有关项目的发标、招标工作 （三)优化发展环境、增大支持力度 优化发展环境指通过宣传群众,造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电一体化”发展的氛围，如尽快为外商到我国投资发展“机电一体化产业提供方便；尽可能为兴办开发、生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯；尽力为开发、生产机电一体化产品调配好资源要素等. 增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展，对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰；大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造，对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造,对有关技术开发、应用项目优先立项、优先支持，对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰奖励等。 (四）突出发展重点，兼顾“两个层次” 机电一体化产业复盖面非常广，而我们的财力、人力和物力是有限的，因此我们在抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙，而应分清主次，大胆取舍，有所为,有所不为。要注意抓两个层次上的工作。第一个层次是“面上”的工作，即用电子信息技术对传统产业进行改造，在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子(计算机)装置，使“机械和“电子”技术在浅层次上结合。第二个层次是“提高”工作，即在新产品设计之初，就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑，使“机械”与“电子”密不可分,深度结合，生产出来的新产品起码正做到机电一体化。 文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理，勿做商业用途结束语:本论文在各位老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和工作期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向指导老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成,也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现.同时我在网上也搜集了不少资料，才使我的毕业论文工作顺利完成.在此向机电工程系的全体老师表示由衷的谢意。 参考文献：殷际英。光机电一体化实用技术。北京：化学工业出版,2003芮延年。机电一体化系统设计。北京：机械工业出版，2004万遇良.二十一世纪的机电一体化技术.机电信息，2005.