導語：機電一體化技術的發(fā)展趨勢研究論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】機電一體化技術是跨學科技術，近年來發(fā)展迅速。其發(fā)展趨勢是光機電一體化、柔性化、智能化、仿生物系統(tǒng)化、微型化。

【關鍵詞】機電一體化技術；信息技術；發(fā)展趨勢

機電一體化技術是面向應用的跨學科的技術，它是機械技術、微電子技術、信息技術和控制技術等有機融合、相互滲透的結果。今天機電一體化技術發(fā)展飛速，機電一體化產(chǎn)品更新日新月異。

一、機電一體化技術的發(fā)展歷程

“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業(yè)注冊時最先創(chuàng)用的。當時及70年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結合。國內(nèi)早期將“機電一體化技術”與“機械電子學”并用，近年來“機電一體化”更流行使用。

80年代，信息技術嶄露頭角。微處理機的性能提高，為更高級的機電一體化產(chǎn)品所采用，典型的機電一體化產(chǎn)品如數(shù)控機床、工業(yè)機器人和汽車的電子控制系統(tǒng)等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統(tǒng)后，使機械—電子系統(tǒng)在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。

信息技術驅(qū)使機械系統(tǒng)在不同程度上利用數(shù)據(jù)庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數(shù)據(jù)庫驅(qū)動系統(tǒng)。這樣，對機電一體化的系統(tǒng)設計方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設計和控制的實施日顯重要。此外，光學也進入了機電一體化，產(chǎn)生了“光機電一體化”的新領域。

進入90年代，通信技術進入了機電一體化，機器可像機器人系統(tǒng)那樣遙控和虛擬現(xiàn)實多媒體等技術緊密聯(lián)系的計算機控制的網(wǎng)絡化機電一體化日益普及。有些機電一體化機械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執(zhí)行器技術的發(fā)展，和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統(tǒng)機電一體化微型化方法的結合，開創(chuàng)了以精密工程和系統(tǒng)集成為特點的機電一體化新分支“微機電一體化”。雖然微加工方法尚未成熟，但將逐漸成為集成控制系統(tǒng)的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發(fā)展而日益發(fā)展，穩(wěn)步進入了21世紀。

二、典型機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展趨勢

（一）數(shù)控機床

目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數(shù)控機床只占約5％且大多數(shù)是普通數(shù)控（發(fā)達國家數(shù)控機床占10％）。近些年來數(shù)控機床為適應加工技術的發(fā)展，在以下幾個技術領域都有巨大進步。

1．高速化。由于高速加工技術普及，機床普遍提高了各方面的速度。車床主軸轉(zhuǎn)速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；銑床和加工中心主軸轉(zhuǎn)速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移動速度由過去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同時要求提高運動部件起動的加速度，由過去一般機床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，最高可達15G；直線電機在機床上開始使用，主軸上大量采用內(nèi)裝式主軸電機。

2．高精度化。數(shù)控機床的定位精度已由一般的0.01～0.02mm提高到0.008左右；亞微米級機床達到0.0005mm左右；納米級機床達到0.005～0.01um；最小分辨率為1nm（0.000001mm）的數(shù)控系統(tǒng)和機床已問世。

數(shù)控中兩軸以上插補技術大大提高，納米級插補使兩軸聯(lián)動出的圓弧都可以達到1u的圓度，插補前多程序預讀，大大提高了插補質(zhì)量，并可進行自動拐角處理等。

3．復合加工，新結構機床大量出現(xiàn)。如5軸5面體復合加工機床，5軸5聯(lián)動加工各類異形零件。同時派生出各種新穎的機床結構，包括6軸虛擬軸機床，串并聯(lián)絞鏈機床等，采用特殊機械結構，數(shù)控的特殊運算方式，特殊編程要求。

4．使用各種高效特殊功能的刀具使數(shù)控機床“如虎添翼”。如內(nèi)冷轉(zhuǎn)頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉(zhuǎn)頭切削刃和排除切屑，在轉(zhuǎn)深孔時大大提高效率。加工剛件切削速度能達1000m/min，加工鋁件能達5000m/min。

5．數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理。數(shù)控機床的開放性和聯(lián)網(wǎng)管理已是使用數(shù)控機床的基本要求，它不僅是提高數(shù)控機床開動率、生產(chǎn)率的必要手段，而且是企業(yè)合理化、最佳化利用這些制造手段的方法。因此，計算機集成制造、網(wǎng)絡制造、異地診斷、虛擬制造、并行工程等等各種新技術都在數(shù)控機床基礎上發(fā)展起來，這必然成為21世紀制造業(yè)發(fā)展的一個主要潮流。

（二）自動機與自動生產(chǎn)線

在國民經(jīng)濟生產(chǎn)和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產(chǎn)線及各種自動化設備，是當前機電一體化技術應用的又一具體體現(xiàn)。如：2000～80000瓶/h的啤酒自動生產(chǎn)線；18000～120000瓶/h的易拉罐灌裝生產(chǎn)線；各種高速香煙生產(chǎn)線；各種印刷包裝生產(chǎn)線；郵政信函自動分撿處理生產(chǎn)線；易拉罐自動生產(chǎn)線；FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產(chǎn)線等等，這些自動機或生產(chǎn)線中廣泛應用了現(xiàn)代電子技術與傳感技術。如可編程序控制器，變頻調(diào)速器，人機界面控制裝置與光電控制系統(tǒng)等。我國的自動機與生產(chǎn)線產(chǎn)品的水平，比10多年前躍升了一大步，其技術水平已達到或超過發(fā)達國家上一世紀80年代后期的水平。使用這些自動機和生產(chǎn)線的企業(yè)越來越多，對維護和管理這些設備的相關人員的需求也越來越多。

三、機電一體化技術的發(fā)展趨勢

以微電子技術、軟件技術、計算機技術及通信技術為核心而引發(fā)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、綜合化、個性化信息技術革命，不僅深刻地影響著全球的科技、經(jīng)濟、社會和軍事的發(fā)展，而且也深刻影響著機電一體化的發(fā)展趨勢。專家預測，機電一體化技術將向以下幾個方向發(fā)展：

（一）光機電一體化方向

一般機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源（下轉(zhuǎn)第80頁）（上接第81頁）（動力）系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結構等部件組成。引進光學技術，利用光學技術的先天特點，就能有效地改進機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。

（二）柔性化方向

未來機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發(fā)事件，被設計成“自律分配系統(tǒng)”。在這系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務，同時具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同環(huán)境條件做出不同反應。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具有“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。

（三）智能化方向

今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術與信息技術（尤其是軟件及芯片技術）的發(fā)展。

四、仿生物系統(tǒng)化方向

今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并且往往在結構上處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，但在動態(tài)（工作）時卻是穩(wěn)定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(tǒng)（大腦）工作時，生物就很有活力。就目前情況看，機電一體化產(chǎn)品雖然有仿生物系統(tǒng)化方向發(fā)展的趨勢，但還有一段很漫長的道路要走。

五、微型化方向

目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。當這一成果用于實際產(chǎn)品時，就沒有必要再區(qū)分機械部分和控制器部分了。那時，機械和電子完全可以“融合”機體，執(zhí)行結構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型化是機電一體化的重要發(fā)展方向。

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