机电一体化本科毕业论文

第一篇：机电一体化本科毕业论文

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数控机床精度调整与恢复 / 37 [在此处键入]

摘要

在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶。技术的飞速发展，极大地提高了劳动生产率； 提高了产品的质量； 减轻了人们的劳动强度，使人们从繁重的劳动中解放出来，去从事更有效的劳动；由于技术的发展的需要，许多生产过程依靠人们的脑力和体力直接操作是难以实现的，还有许多生产过程则因人的生理所限而不能由人工操作。在这种情况下，自动控制更加显示出其巨大的作用，本文以数控机床的自动控制为主，精度补偿为辅，深入浅出的介绍了一些知识，希望能在今后的工作中对大家有所帮助

关键词：机电一体化；自动控制技术；精度补偿 / 37 [在此处键入]

ABSTRACT

In the field of mechanical engineering, because of the rapid development of microelectronics technology and computer technology & the electromechanical integration which formed by permeation of mechanicalindustry, these made the technology structure of mechanical industry、industrial organization、function and composition、production mode and managementsystem got the great changes, made industrialproduction step into a newdevelopmentstage which is characterizedby “electromechanicalintegration” from the stage of “Mechanical electrification”.The rapid development of technology, improved the labor productivity greatly;improved the quality of the products;reduced the labor intensity of people, made people liberated from the heavy labor and engaged in a more effective work;due to the need of the development of technology, many production processes which relied on people's physical strength mental to operate directly is very difficult, and there are many production processes cannot be operated manually because of the physiology.In this situation, the automatic control shows its important role, this article is centered on automatic control of CNC machine, supplementedby precision compensation, introduces some knowledge, hope it can be help in your future work.Keywords: electromechanicalintegration;automatic control technology;precision compensation / 37

摘要 ABSTRACT 第一章绪论

1.1引言

1.2机电一体化概要

第二章典型机电一体化产品的发展趋势

1数控机床

2自动机与自动生产线 3机电一体化技术的发展趋势

第三章机电一体化技术在机械加工企业中应用

1FIDIA系统在加工中的优势 2什么是FIDIA高速铣削 3FIDIA刀具技术 4FIDIA机床技术 5FIDIA数控系统性能 6FIDIA加工工艺 / 37

第四章雷尼绍激光干涉仪

1激光干涉仪测量原理 2激光干涉仪的硬件组成 3激光干涉仪的软件组成 4激光干涉仪光路调整 5激光干涉仪生成检测程序

第五章FIDIA数控机床的精度补偿

1.数控机床精度检测补偿步骤步骤 2.选择仪器进行测量

3.检测螺距误差使用的测量方法 4.选择补偿方法进行数据分析 5.实例

结论 参考文献 致谢/ 37

第一章 绪论

1.1引言

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，数控机床是机电一体化的集中体现，其高速化和高精度化再与编程软件相互配合可以完成复杂型面的3D加工，但是在长期的工作中我们发现当数控机床使用一段时间以后由于各传动部件的磨损（主要是滚珠丝杠上面的滚珠磨损）造成机床精度的下降，进而影响到产品的合格率，所以定期检查回复出厂精度是机床的精度是最终产品是否合格的关键，也是数控机床的重要组成部分，本文以机电一体化所学习的知识为基础，以用雷尼绍激光干涉仪为测量工具对FIDIA系统数控机床为对象对数控机床的激光检查和补偿，恢复出厂精度胃实例，写出此论文，希望可以在今后的工作中对大家有所帮助。

1.2机电一体化概要

机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。

机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：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。

80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械—电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。/ 37

信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。此外，光学也进入了机电一体化，产生了“光机电一体化”的新领域。

进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术的发展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后，机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入了21世纪。机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化 / 37

第二章典型机电一体化产品的发展趋势

1数控机床

目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近320万台），但数控机床只占约5％且大多数是普通数控（发达国家数控机床占10％）。近些年来数控机床为适应加工技术的发展，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，机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；铣床和加工中心主轴转速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移动速度由过去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，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0.01～0.02mm提高到0.008左右；亚微米级机床达到0.0005mm左右；纳米级机床达到0.005～0.01um；最小分辨率为1nm（0.000001mm）的数控系统和机床已问世。

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1u的圆度，插补前多程序预读，大大提高了插补质量，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。同时派生出各种新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等，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 / 37

如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时大大提高效率。加工刚件切削速度能达1000m/min，加工铝件能达5000m/min。

（5）数控机床的开放性和联网管理

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、并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.自动机与自动生产线

在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如：2000～80000瓶/h的啤酒自动生产线；18000～120000瓶/h的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线；FEBOPP型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光电控制系统等。我国的自动机与生产线产品的水平，比10多年前跃升了一大步，其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪80年代后期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。

3.机电一体化技术的发展趋势

以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测，机电一体化技术将向以下几个方向发展：

（1）光机电一体化方向 / 37

一般机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。

（2）柔性化方向

未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具有“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

（3）智能化方向

今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。/ 37

第三章机电一体化技术在机械加工企业中应用

随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高，单件与中小批量产品的比重越来越大（目前已占到以上），传统的通用专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求，因而，以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术，将机械技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和成组技术等有机地结合在一起，使机器制造行业的生产方式和机器制造技术发生了深刻的、革命性的变化。当今机床行业的计算机数控化已成为技术进步的大趋势。数控机床是电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，它集现代精密机械、计算机、通讯、液压气动、光电等多学科有效提高了加工质量和效率，实现了柔性自动化（相对于传统技术基础上的大批量生产的刚性自动化），并向智能化、集成化方向发展。所以，可以毫不夸张地说，（计算机）数控技术，是现代先进制造技术的基础和核心。数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用（美国的数控机床已占机床总数的80%以上），是因为它有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能满足高质量、高效益和技术的趋势与潮流，也是现代机械制造企业在市场竞争激烈的条件下生存与发展的必然要求。在数控机床发展过程中，值得一提的是数控加工中心的出现。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现一次装夹并进行多工序加工。这种机床在刀库中装有钻头、丝锥、铰刀、镗刀等刀具，通过程序指令自动选择刀具，并利 用机械手将刀具装在主轴上，这样可大大缩短零件装卸时间和换刀时间。数控加工中心现在用机械手将刀具装在主轴上，这样可大大缩短零件装卸时间和换刀时间。数控加工中心现在用机械手将刀具装在主轴上，这样可大大缩短零件装卸时间和换刀时间。数控加工中心现在已已经成为数控机床中一个非常重要的品种，不仅有立式、卧式等镗铣类加工中心用于箱体类零件的加工，还有车削加工中心用于回转体零件加工以及磨削加工中心等。这些高性能、高精度、高自动化的数控机床就组成了完整的数控机床家族随着社会生产和科学技术的进步，数控技术不仅应用于机床的控制，还用于控制其他的设。备，诸如数控线切割机、数控绘图机、数控测量机、数控冲剪机等，仅数控机床就有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控镗床以及数控加工中心等。/ 37

器机轴模块x412PE1124x主22电W6PAPM2头码1VMD1铣编D62U侧轴主块模源电wk55214x块器模码5P11轴EMP124xP编主机2轴DMDWA电12主1V头62U铣立块模源电wk55B1GT41RxRC131x121xUPC CMM141x151xUPC CLP轴1111x121x131x141xC113x123x33x机电机轴电u轴W轴1W3UPC CN113x123x3x器码编轴1园111x121x3131x141xU113x123x3机x电轴轴CcGNIE轴14RL31ZUU111x121x131x141x113x123x39xESDXAOEEMM T机IUC12141x121x131x141x113x123xRIC121x419EXE12 / 37

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起源于意大利的FIDIA数控系统是基于WINDOWS平台的操作系统，由于系统属于开放式系统，安装使用及编程操作都非常简单方便，由于有以上优点在我国的军事设备加工企业使用比较广泛。

1.FIDIA系统在加工中的优势

今天的机械加工行业，竞争日趋激烈，产品更新加快、模具交货期愈短、使用材料更加复杂，这些已成为机械加工中最为显著的特征。高速铣削作为模具制造中最为重要也是最为先进的一项制造技术，集高效、优质、低耗于一身，在机械行业中受到的重视程度不言而喻。国内只有为数不多的机械企业，对高速铣削设备、技术有实际的应用，而部分已使用高速铣削的企业因技术人员没有真正掌握相关技术，造成加工效果不甚理想。而高速铣削的优势到底体现在哪？高速铣削又有哪些特点？高速铣削能给我们带来哪些好处？下面结合FIDIA高速机床的特点简要介绍一下。/ 37

2.什么是FIDIA高速铣削

高速铣削不能按照任何特定的速度值来定义，获得很高数值的转速或线速度不是它本身的目标。与之相反，高速铣削描述了使用速度的方法。在高速铣削加工里，速度是一种催化剂。当高速主轴和高进给下的精确定位有机结合时，高速切削开始显现出实用价值。在模具加工里，高速切削让使用小直径刀具和小切深成为现实，所以槽和复杂细节的加工可通过铣削来代替EDM。此外，高速切削加工获得的光洁表面使得取消手工抛光成为可能。

高速铣削应用要求的不仅是机床的速度，而且还在于使用的工艺。这个工艺与传统切削要求有显著区别，高速铣削涉及到CNC机床、刀柄刀具、冷却系统及CAM数控编程等诸多因素。这个工艺甚至涉及到更综合更全面地了解机床在不同速度下的行为特征。下面从刀具技术、机床技术、数控系统性能和加工工艺等几个方面分析高速加工与普通加工的异同。

3.FIDIA刀具技术

高速加工用的刀具必须与工件材料的化学亲和力小，具有优良的力学性能，化学稳定性和热稳定性，良好的抗冲击和热疲劳特性。普通加工的刀具夹紧技术也不再符合高速加工，FIDIA 机床采用HSK刀柄。刀柄锥部和端面同时与主轴内锥孔和端面接触双定位，且此类刀柄采用的是内涨式夹紧技术，保障了主轴高速运转的安全性。

4.FIDIA机床技术

高速加工机床为了适应高速加工时主轴转速高，进给速度快，机床运动部件加速度高等要求，在主轴单元、进给系统、CNC系统和机械系统等方面比普通数控机床具有更高的要求。FIDIA 高速铣削加工中心具备卓越的系统功能和很好的机械结构，为加工高质量的模具提供了可靠的保证。典型的金字塔式结构，宽的导轨和低的重心，适合线性轴的高速运动。坐标的运动速度可在0.1秒内由0加速到30m/min。FIDIA高速机床采用FIDIA传统式的工作台固定不动。这样机床承重比同规格的运动式工作台要大；机床的运动单元的惯量是常数，线性轴电机一直在最佳的工作状态下运行，即不因改变加工模具/ 37

的大小而改变电机的特性；还有就是考虑到高速运动的特殊性，在保证机床足够刚性的前提下尽量减少运动惯量，以便最大程度提高坐标固有频率，从而得到更高的闭环增益，使得机床在高速加工中的跟踪误差趋于最小值，最终提高加工的精度和质量。FIDIA高速加工机床在数控系统、驱动系统、转动摆头及反馈光栅都应用FIDIA技术。FIDIA作为最终用户的源供应商，确保了整机的质量和可靠性。

5.FIDIA数控系统性能

FIDIA在数控系统及计算、数字化仿形的系统集成技术、复杂型面的铣削加工等方面一直处于市场领先地位。从1974年开始FIDIA就致力于开发新的CNC算法以提高铣加工的性能。在过去十几年中，FIDIA一直在对轴控制技术进行改进以减少加工过程中的轨迹误差。通过这些算法从而减少了加工时的动态误差，同时也提高了加工进给速度和表面加工质量。

Look-ahead（向前看）功能可根据不同条件进行调整：机床类型、加工工件的类型、加工要求（粗加工、半精加工或精加工）。可以通过G代码来调用不同的动态参数从而优化加工性能。

通过Active Tuning(主动调协)、Active Damping（有源阻尼）、Jerk Control(阶跃控制)等功能，能优化和增强高速切削机床加工性能，减少加工时间和提高工件表面加工质量。

这些功能能减小动态轨迹误差，能在高速进给速度的条件下提高加工精度和完美的表面加工质量。

Active Tuning和Active Damping能设置与高速机床特性相匹配的最佳数值并且不会在控制回路中产生失稳。

“阶跃”式的加速度会引起振荡，FIDIA引入“Jerk Control（跳动控制）”技术提供渐变的坐标加速度。快速平滑的加速能提高加速区域加工质量。

6.FIDIA加工工艺

和普通加工相比，可以缩短加工时间，提高生产效率和机床利用率，工件热变形小，加工精度高，表面质量好，加工工艺范围广，适合加工薄壁、刚性较差、容易产生热变形/ 37

的零件。FIDIA 高速加工机床刀具冷却采用油雾半干式冷却，使用非毒性的植物润滑油，最小润滑油供量。在工件表面形成一层薄薄的油膜，与传统的使用冷却液或气冷的方式相比，可大大提高工件表面质量。

近十年来，FIDIA在驱动技术和控制系统的长足进步，推动了自身高速加工中心结构的不断创新和性能的不断提高。对提高加工中心的高速度、高动态和高精度起了决定性的作用。在模具加工机床的多种结构创新中，不仅应用回转工作台，而且还应用摆动和回转主轴头，由此构成各种不同类型的五轴加工中心。FIDIA五轴龙门式高速精密铣削中心为加工大型模具提供了技术支持。/ 37

第四章雷尼绍激光干涉仪

1.激光干涉仪测量原理

ML10 激光器的光束会射入线性干涉镜，再分为两道光束。一道光束（称为参考光束）射向连接分光镜的反射镜，而第二道光束（测量光束）则通过分光镜射入第二个反射镜。这两道光束回再反射回分光镜，重新汇聚之后返回激光头，其中会有一个探测器监控两道光束间的干涉。在线性测量时，其中一个光学元件保持不变，而另一个则沿着线性轴移动。定位测量是通过监控测量及参考光束间光路差异的变化来执行的（请注意，两个光学元件间的差分测量与 ML10 激光器的位置无关）。此种测量可与待测机床的标尺读数比较，获得机床精度的任何误差。/ 37

通常，反射镜设置为移动的光学元件，而干涉镜则作为固定的元件，这些元件可以调换，但会缩小测量的最大量程，从 40 m(133 ft)缩小为 15 m(49 ft)。因此在长轴上，线性干涉镜通常保持固定，而移动其它反射镜以执行测量。在较短的轴上，如果方便，这些角色可以互相交换

2.激光干涉仪的硬件组成

本次我们使用的仪器为：Renishaw 激光器测量系统

ML10 是一种单频HeNe激光器，内含对输出激光束稳频的电子线路及对由测量光学镜产生的干涉条纹进行细分和计数处理。其主要作用简单概括为：发射红外线以及返收红外线供特定的软件做分析，记录相关的数据

（1）三脚架

三脚架及云台可用来安装 ML10 激光器，将 ML10 激光器设置在不同的高度，并充分控制ML10 激光束的准直。对于大多数机床校准设置，建议将 ML10 激光器安装在三脚架和云台上。三脚架、安装云台和 ML10 激光器三合一体，可为 ML10 光束准直提供下列调整： •高度调整 •水平平移调整 •角度偏转偏转调整 •角度俯仰调整

（2）EC10 环境补偿装置

EC10 环境补偿装置可以补偿激光器光束波长在气温、气压、及相对湿度影响之下的变化。大多数机床会随着温度变化膨胀或收缩，可能导致校准发生误差，为了避免校准误差，线性测量软件纳入一种称为热膨胀补偿或“归一化”的数学修正，应用在线性激光读数上。软件使用膨胀系数将测量加以归一（膨胀系数需手动输入），并使用 EC10 来测量平均机床温度。/ 37

修正的目的是要评估在 20 °C(68 °F)的温度下执行校准时应得的激光器校准结果。可用来输入被校准的机床或对象的热膨胀

系数。通常都会输入机床反馈系统的膨胀系数。例如，11.7ppm/°C(6.50ppm/°F)是使用钢制滚珠丝杠及园编码器反馈系统的一个典 型数值。

（3）线性测量镜组

线性测量镜组可用于测量线性定位精度。线性测量镜组组件包括下列要件 分光镜 两个线性反射镜

两个光靶以助于光学准直

注：当您组合一个分光镜和线性反射镜后，便成为一个线性干涉镜。（4）用于将镜组安装到机床机床上的安装组件

镜组安装组件是用来将 Renishaw 测量镜组安装到CMM 或机床上。本系统的设计可以轻易地交换不同的测量镜组，无需重新准直激光器。其它组件包括：

三个安装杆（安装杆有 M8 螺丝钉可拧上底板、标准磁基或其它 Renishaw 装置）M8 适配器（可连接标准磁基或 Renishaw 的 CMM 探头）两个底板

两个安装块和安装螺钉（可将光学元件连接至安装杆）

镜组安装组件不包括任何可将安装的镜组夹上待测机床的元件，要这么做需视不同的机床而异。一种通用的方式是用磁性安装块直接将钢制底板或/和安装杆装上机床。安装组件的安装杆和底板都是磁性不锈钢所制，因此可以用磁性安装块来加以牢固。/ 37

3.激光干涉仪的软件组成

（1）Renishaw Laser10 是配套Renishaw 激光器测量系统的软件

此软件的资源管理器窗口：这里面包括该仪器所有功能的配套软件，其中线性测长是我们本次研究的软件。

（2）线性测量软件

用户通过有关数据采集设置程序，显示目标生成，采集初始化和自动数据采集对话框。倘若您已在会话中定义了目标，就可以选 择创建新目标或者修改既有的目标。目标

目标设置对话框。倘若您已在会话中定义了目标，您可以选择创建新目标或者修改已有的目标。编辑

会显示编辑目标数值对话框，容许您更改已定义的目标位置。保存

会显示另存为对话框，容许您给要保存的目标设置定义一个文件 开始

在您定义目标并设置自动采集后开始数据采集过程。继续在中断后继续数据采集过程。环境设置

会显示环境设置对话框，容许您手动设定环境参数或选择使用 EC10装置进行自动补偿。自动采集设置

会显示自动数据采集设置对话框，容许您在其中输入数据采集参数，如最小暂停期间以及过速步长尺寸。/ 37

数据

会显示数据编辑对话框，容许您在其中编辑在每一个目标按运行或按目标位置所记录的误差值。

分析启动 Renishaw Laser10 分析软件。

附加功能/将角度转换为直线度是一个 DOS 实用程序，可将角度数据文件转换为直线度 数据文件。

附加功能/转换数据文件是一个 DOS 实用程序，可从采集的数据中去除斜率。它也能够缩放及给所采集的数据添加偏移量。附加功能/将数据文件转换为电子表格一个 DOS 实用程序，可将数据文件从 Renishaw 文件格式转换为 Lotus 123 电子表格。该格式也能用Microsoft Excel 读取。附加功能/环境监控软件一个 DOS 实用程序，可显示材料温度、气温、气压和湿度并以电子数据表格式记录。组件/将数据采集到 Lotus 123 电子数据表文件

选中时，会加载一个软件组件，可用于将激光读数、误差、环境数据等数据以电子数据表文件格式保存。每一次数据采集软件内采集到一个数据点时，便会记录该数据。通信/设置 RS232 会显示Renishaw 通信对话框，您便能够按机床所配备的控制器类型设置通信参数。通信/终端

会显示Renishaw 通信终端窗口，您便能够测试及监控通过 RS232 接口的文件传送。

配置

数据文件目录容许您定义保存 Renishaw 数据文件的默认目录。环境设置

会显示环境设置对话框，容许您定义默认的膨胀系数值以及用来显示环境参数的单位。测量单位 / 37

会显示单位设置对话框，容许您定义单位类型（英制或公制），以及用来显示激光测量值及误差值读数的分辨率。角度因子仅适用于角度测量模式。

会显示角度因子对话框，容许您在其中输入有关所用角度镜组的详细信息。工具栏

会显示一个对话框，容许您在其中更改工具栏的外观。您可以添加或删除按钮并更改它们的显示顺序。

设备选择 Renishaw PC10 或 PCM10 配 ML10 PC10/ML10 仿真

GPIB 接口通过串口的Bobe盒Federal Gauge/RS232容许您选择计算机上所连接或安装的接口类型。接口地址

会显示端口地址选择对话框，容许您给计算机上所配备的接口卡设定端口地址。加载配置文件

当开始一个采集会话时，软件会从默认文件CURRENT.RCF 内读取配置。该选项会显示打开对话框，容许您在其中从自己先前创建的文件中选择一个配置。保存配置文件

该选项会显示另存为对话框，容许您在其中将一个自定义配置保存到与CURRENT.RCF 文件相同的目录。语言选择

该选项容许您用不同的语言，如中文、德语、英语、法语、意大利语、或西班牙语等等

4.激光干涉仪光路调整 / 37

4.1水平光束调整

沿着运动轴将机床推离激光头，直到您看到光束开始移开光靶。当只有一半的光束仍然击中白点时停止移动机床。请注意光束现在偏离中心多远。用三脚架台左后方的小旋钮，调整激光头的角度偏转，以使光

束横扫过白色光靶。继续移动光束，直到它位于相反方向离中心的距离相同

现在，用三脚架台左边中间的大旋钮，调整激光头水平平移，使光束返回光靶的水平中心线。

4.2垂直光束调整

请注意激光束在目标上的垂直位置。

使用激光头后方的指形轮组来调整，使光束垂直扫过目标。调整指形轮组，直到光束位于相反方向离目标中心的距离相同的位置

现在，使用三脚架中心主轴上的高度调整轮来将激光头上下移动，直到光束再一次击中目标中心。注：此时，可能有必要进行另外一次较小的水平回转调整，以使激光束返回到该目标的中心。/ 37

现在沿着运动轴继续推离机床。当您看到激光头移开目标时再一次停止。重复激光器准直调整，直到您达到轴的末端。

达到轴的末端时，将机床移回激光器，来到轴的起点。

若光束不再位于光靶中心，则水平平移激光器，使光束回到光靶的垂直中心线。然后，垂直平移激光头，使光束回到光靶的中心。注：此时，可能有必要进行另外一个较小的水平回转调整，以使激光束返回到该光靶的中心。重复步骤，直到光束在整个运动轴范围内都能保持在光靶的中心。

提示：若光线已经与待校准轴平行，只需将激光头水平平移用于击准光靶的中心，那么我们可以使用手轮微调镜子的位子来实现；若是垂直平移，我们可以手动调整镜子的高度来实现。（不过这个调整必须很小心，若光束回到光靶中心则马上固定）5.激光干涉仪生成检测程序

激光干涉仪在检测的时候时按照我们在第一步设定的目标点运动的，即从0 到450MM 每30MM为一个点，因此机床在运动的时候必须和软件设置的一致，所以我们必须生成检测程序。

程序的生成方法图下：

选择定义工具栏下的零件程序下的产生按键

在弹出的窗口中输入文件名，并且选择程的序存放路径按保存 需要我们选择的为：数控系统的型号。

我们针对我们当前检测机床的数控系统型号作正确的选择，接着弹，这个窗口要求我们填写与程序相关的数据，我们如下所示填写： 程序号：0001 轴名为：Z 运行次数为：1 选择方向为：双向 / 37

暂停周期为：4 秒 越程为：4.0000 毫米 零件程序类型：线性

进给量：1500 ；轴方式为：普通 名词解释： 程序号 该程序的序号 轴名

待校准轴的名称这里记住是大写运行次数：我们希望该程序运行多少次 选择方向

在轴上行走的方向时一来一回的间隔点还是只去这样走回时不走暂停周期：等待软件记录数据的时间，这里要根据电脑的性能作调整 越程

这里是为了消除方向间隙而设置的，一般选择默认，也可以自行设置 零件程序类型

选择运行的方式，因为我们是走直线的所以我们选择线性

进给量 机床运动的速度

到这里的时候我们已经完成了程序的生成，我们使用文本格式打开文件可以看到程序如下：

:G01 G90 F1500 G01 Z004.000 / 37

G04 F1.G01 Z000.000 G04 F4.G01 Z-030.000 G04 F4.G01 Z-60.000 G04 F4.G01 Z-90.000 G04 F4.G01 Z-95 G04 F1.G01 Z-090.000 G04 F4.G01 Z-060.000 G04 F4.G01 Z-030.000 G04 F4.G01 Z000.000 G04 F4.M30

6.激光干涉仪分析测得的数据

程序会自动检测和记录数据，检测完毕后我们的任务是分析数据，下图是我们检测Z轴得到的数据图：

打开一个文件进行分析。打印出选中的分析图。

复制一个选中的分析图或数据表页，将它粘贴入另一个文件，如在 Microsoft Word 内创建的文本报告。/ 37

绘制图按钮用分析菜单选中的类型显示一个分析图副件。若按下单一/多重绘制图按钮，您可以显示一个以上的分析图副本，如您可以同时显示一个标准 ISO 230-2 1997 分析图以及一个 ISO 230-2 1997 三联体绘制图。

按下时，会激活鼠标的“抓取最靠近的目标”光标功能。让您设定 X 和Z轴的显示单位类型。让您设定 X 轴和Z轴的刻度值。

这些都是缩放按钮，可用来设定显示选中绘制图的放大倍数。会显示一个帮助窗口，其中包含本 Renishaw Laser10 校准系统用户手册的信息库。退出分析软。

数据分析软件位于Renishaw Laser10 文件夹中 我们分析速据的时候在软件中的操作如下：

先打开保存好的数据文件，之后选择菜单栏上的数据分析如下图所示： / 37

之后我们选择速据分析栏下的误差补偿图标，如上图所示，接着会弹出一个窗口如下图/ 37

名词解释

图表型选择：各点的补偿值以什么形式出现

补偿类型选择：这个是根据数控系统自身的情况定的 补偿分辨率：最小数值显示到多少位

正负符号转换：选择显示的为补差值还是误差值 参考点位置：我们作为参考点的位置离开始点多远 补偿起点：从什么地方开始补偿 补偿终点：补偿的终止点

补偿间隔：这个和我们的移动间隔是一致的 我们这里将这里的数据设置为： 图表型选择：各自补偿 补偿类型选择：绝对补偿 补偿分辨率：1 正负符号转换：误差值 参考点位置：0 补偿起点：0 补偿终点：-450 补偿间隔：30 / 37

第五章 FIDIA数控机床的精度补偿

数控机床的定位精度主要取决于高精度的滚珠丝杠。但丝杠总有一定螺距误差，因此在加工过程中会造成零件的外形轮廓偏差。

螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差。检测螺距误差之后将检测得到的数据进行分析，最后将分析得到的数据存放到数控系统中。这样做的目的在于减少加工过程中造成零件的外形轮廓偏差，——提高机床的精度。

螺距误差补偿的基本原理就是将数控机床某轴上的指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在数控加工全行程上的误差分布曲线，再将误差以表格的形式输入数控系统中。这样数控系统在控制该轴的运动时，会自动考虑到误差值，并加以补偿。采用螺距误差补偿功能应注意：螺距误差补偿功能的实现方法又有增量型和绝对型之分。所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数进行调整，其参数调整方法也依各数控系统不同而各有差异。

1.数控机床精度检测补偿步骤步骤

安装高精度位移检测装置。

编制简单的程序，在整个行程中顺序定位于一些位置点上。所选点的数目及距离则受数控系统的限制。

记录运动到这些点的实际精确位置。

将各点处的误差标出，形成不同指令位置处的误差表。多次测量，取平均值。

将该表输入数控系统，数控系统将按此表进行补偿。检测补正效果

2.选择仪器进行测量

我们选择的仪器为：Renishaw 激光器测量系统，此仪器检测的范围包括：

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(1)线性测量(2)角度测量(3)平面度测量(4)直线度测量(5)垂直度测量(6)平行度测量

3.检测螺距误差使用的测量方法

线性测量正符合我们检测螺距误差的要求。因此，我们此次使用的 检测方法——线性测量.线性测量

是激光器最常见的一种测量。激光器系统会比较轴位置数显上的读数位置与激光器系统测量的实际位置，以测量线性定位精度及重复性。线性测量的光学设置要设置线性测量，将一个线性反射镜连接到具有两个紧螺纹的分光镜上。这个组合要件被称为“线性干涉镜”，可以作为激光束的参考路径。线性干涉镜位于 ML10 激光器和线性反射镜之间的光束路径，如分光镜管上标有两个箭头以显示其方位。箭头应指向两个反射镜.激光由发生器产生后经过线性反射镜折返被激光干涉仪接收原件所接收经过仪器分析后产生数值并显示出来。

4.选择补偿方法进行数据分析

（1）增量型误差

增量型误差是指：以被补偿轴上相邻两个补偿点间的误差差值为依据来进行补偿

（2）绝对型误差

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绝对型是误差是指：以被补偿轴上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿 检测机床的螺距误差。因此我们主要的任务在于：

我们在检测螺距误差时，必须先将反向间隙测出来，等补上反向误差后再检测螺距误差，这样才能准确却的检测螺误差。

注意：方向间隙在检测的时候我们只双向检测一次，但螺距误差我们一般是双向检测3—5 次 取平均值。

我们在补正螺距误差或者是反向间隙后，一般做两次验证，看是否还存在误差，若在5 个微米的范围内微正常数据。

5.实例

以本公司FIDIA系统的MECOF龙门铣床X轴补偿程序为例 当激光干涉仪调试完成后

（1）用机床执行本程序

G01 G90 F1000 G01 X-4.0 G04 H1 G01 X0.0 G04 H3 G01 X100.0 G04 H3 G01 X105 G04 H1 G01 X100.0 G04 H3 G01 X0.0 G04 H3

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M99（2）执行程序后根据激光测距仪生成的误差补偿文件进行补偿（3）再次用机床执行本程序

（4）补偿前一定注意先清除以前的补偿文件

结论

从数据中得知机床反向间隙在没有补偿之前的数据为26 个微米，补偿后为0 个微米

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螺距离误差在补偿之前的误差范围在5～-20 之间，补偿后在3～-8 之间。精度得到了大大的提升，因此激光干涉仪在提高机床精度方面的功能是无可厚非的。

由于不同类型的数控系统都有自己独特的地方，所以我在调试之前必须对该系统的螺距误差的相关参数做一番研究和了解，这样才能顺利的完成。本文仅以FIDIA系统为蓝本分析了数控机床精度补偿的过程，希望同学们在学习知识的同时能够锻炼数控技术实践操作能力，以便能够在以后的工作学习中尽快地掌握数控机床技术，更快更好地适应机械行业发展的需要。由于我的能力有限，不足之处请各位老师多加指正。

综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，从本文中可以发现它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要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，本文中论述的数控机床精度补偿恢复只是一个实例，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

但是随着科学技术的进步，对人才的要求会越来越高，例如数控机床只是机电一体化的一个分支，但是它又要求我们对机械、液压、PLC、编程、传感器、计算机、网络等技术都有一定的了解。这就要求我们要不断的学习知识不断地充实自己，只有自己不断地进步才能不被社会所淘汰。

参考文献

激光干涉仪说明书北京Renishawbeijing@renishaw.com

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激光干涉仪参考手册北京Renishaw beijing@renishaw.com 飞阳i5 系统安装与维护手册沈阳机床股份有限公司 F0系统安装与维护手册

FIDIA S.p.A.San Mauro Torinese意大利第五版2003年1月 菲迪亚M 级菲迪亚C 级用户及编程手册

FIDIA S.p.A.San Mauro Torinese意大利第三版2007年1月 张玉龙，李萍.泡沫塑料加工350问.北京：中国纺织出版社 张宇.机械工程英语.北京：机械工业出版社 丁学恭.PLC控制系统设计.机电工程技术第35卷 廖常初.可编程序控制器应用技术.重庆：重庆大学出版社

董景新，赵长德，郭美凤，等.控制工程基础（第三版）.北京：清华大学出版社 可编程序控制器SN系列用户手册（第一版）.江苏：光洋电子（无锡）有限公司 阮龙德.PLC、变频器、触摸屏综合应用实训.中国电力出版社

方大千，朱丽宁.变频器、软启动器及PLC实用技术手册.北京：化学工业出版社 周美兰，周封，王岳宇.PLC电气控制与组态设计（第二版）.北京：科学出版社 颜声远.人机界面设计与评价.北京：国防工业出版社 冯清秀，邓星钟.机电传动控制.武汉：华中师范大学出版社，胡学林.可编程控制器原理及应用（第二版）.北京：电子工业出版社 黄惟一，胡生清.控制技术与系统（第二版）.北京：机械工业出版社 吕强，孙锐，李学生.机电一体化原理及应用.北京：国防工业出版社

致谢

在论文完成之际，我的心情万分激动。从论文的选题、资料的收集到论文的撰写编排整个过程中，我得到了许多的热情帮助。本课题在选题及研究过程中得到牛老师的悉心指

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导。牛老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。牛老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时数月，却给以终生受益无穷之道。对牛老师的感激之情是无法用言语表达的。

首先要感谢我的导师牛玉成老师以及学校、学院的各级领导。是牛玉成将我领入了数控机床精度恢复的大门，并对我的研究提出了很多宝贵的意见，使我的研究工作有了目标和方向；同时，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。而院、校各级领导也在我设计的进行过程中给予了诸多关注，让我时刻充满动力。

时光匆匆如流水，转眼便是电大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、父母及朋友给我热情的帮助，在这里请再次接受我诚挚的谢意！

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第二篇：机电一体化毕业论文

浅谈机电一体化的就业方向及课程存在的误区

前言

机械工业举足轻重，随着社会的发展和科学技术的进步，机电一体化技术的应用与发展对我国经济建设所起到的促进作用越来越明显。现代化设备逐渐发展成为集光、电、机、气、声、像、磁、热等技术于一体的智能化系统，机电一体化产品几乎贯穿到国民经济的所有行业。当前，机电一体化产品已经进入发展成熟期，高速率、高精确度的智能系统越来越成为机械制造业的主流。随着我国后经济危机时代产业结构调整与升级大潮的来临，企业产品、设备正在经历一个更新换代的频繁时期，因此对高技能的机电一体化人才和高技术含量的机电产品需求越来越大。高职机电一体化技术专业是为生产第一线的高级技能型岗位培养人才，但是目前我国高职院校培养的机电一体化专业的学生与社会、市场的需要还有不小的距离，因此，机电一体化技术教学改革势在必行。

有关研究报告显示“机电一体化”一词最早是日本提出的，在上世纪80年代初，日本名古屋大学最早设置了“机电一体化”专业。我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列入“863计划”中。机电一体化专业是精密机械——电子技术(含电力电子)——计算机技术等多门学科交叉融合的产物，属高新技术，也是当前发展最快的技术之一，它是先进制造技术的主要组成部分。它的发展推动了当前制造技术的迅速更新换代，是产品向高、精、快迅速迈进，使劳动生产率迅速提高。由于我国逐渐成为世界制造业基地加上传统企业面临大规模的技术改造与设备更新，国内急需大量先进制造技术专业人才。而“十二五”时期贵州将重点实施工业强省战略，因此我校机电一体化专业的毕业生可以立足贵州，放眼全国，就业前景很好，而且往届毕业生普遍反应待遇较好。毕业生主要在各行政、企业、事业单位从事机械、电气工程、常用电器的维修、安装与调试以及技术管理等工作。市场调研发现机电一体化专业是一个宽口径专业，适应范围很广。我校该专业学生在校期间除学习各种机械、电工电子、计算机技术、控制技术、检测传感等理论知识外，还将参加各种技能培训和国家职业资格证书考试，如维修电工，PLC程序设计师，CAD制图员等国家级职业技能鉴定考试，学生必须考取相应的技能证书后才能取得毕业证，充分体现重视技能培养的特点。历届学生毕业后主要面向珠江三角洲各企业、公司，从事加工制造业，家电生产和售后服务，数控加工机床设备使用维护，物业自动化管理系统，机电产品设计、生产、改造、技术支持，以及机电设备的安装、调试、维护、销售、经营管理等等。

一、机电一体化的就业方向

1、机电一体化专业

1.1从事机电一体化液体灌装生产线及商品包装自动化机械运行、维护、管理、技术改造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才。可在大型啤酒、饮料、食品及商品包装生产企业从事现代化自动机与生产线的维护和管理工作，也可在相关的自动机与生产线的生产厂家或设计部门、营销单位从事技术工作。

1.2 机电一体化专业（计算机辅助设计与制造方向）

从事机电产品的计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM），并熟练使用和维修数控加工设备的机电一体化高等技术应用性专门人才。

可在模具设计及制造、机械加工、塑料、五金、电子产品、计算机生产等企业从事数控机床的加工工艺设计编程，数控机床的调试、维护及加工操作，从事生产和技术管理工作，也可以从事国内外数控设备的营销工作。

1.3 机电一体化专业(模具CAD/CAM方向）

从事利用计算机技术和数控加工技术对模具进行设计和制造等工作的机电一体化高等技术应用性专门人才。

可在模具、机械、五金、塑料、家电等生产企业从事模具计算机辅助设计与制造等方面的技术工作，也可在企事业单位从事与本专业有关的经营、管理工作。

1.4 机电一体化专业（机电CAD技术方向）

在机电一体化产品、设备的设计、制造、维修、管理、技术改造与服务过程中专门从事用电脑绘图设计、信息处理和资料管理的高等技术应用性专门人才。可在机械设计、制造与装备行业、模具制造业，轻工、家用电器、电子制造业从事设计、制造、技术改造、产品营销、设备管理与维护等工作。

二、目前课程设置存在的误区

1、重“机”轻“电” 由于目前不少学校的机械电子工程专业是由机械院系主办，因传统学科专业认识的偏向性，使很多学校制定的教学计划也是以机械学为主，占用了多半的教学时间，由此造成微电子及相关课程安排的不足，形成了一种重机械而轻电子的现象。这显然与机械电子工程专业的内涵不相符，也是对机电一体化技术发展总趋势认识不足的一种表现。

2、重“电”轻“机” 也有一些学校的机械电子工程专业是由电信院系主办，开设计算机应用、电子线路设计等纯“电”课程相对较多。这多半是因为电子产品的设计和制造具有封闭性的特点，可以独立完成一个小型电子产品的设计、元器件的采购和装配调试全过程，时间短、见效快。电子学、计算机方面知识可以在学校里得到充分锻炼，学生容易较快成材，成效立竿见影。机械产品的设计和制造则需要多人配合，过程长，机械设计和制造方面知识的掌握特别强调实践环节，需要实际锻炼，在这些方面存在不足。

2.1明确本专业的特点，选准重点方向。本专业的重点学习知识应该是在控制及与控制相关的学科方面。

2.2明确认识本专业学生的毕业就业方向。现在许多由机械院系主导的机械电子工程专业，是以数控技术为主要培养和发展方向的，这顺应了社会发展的一种需要，但体现的是把机电一体化技术狭义化。作为机械电子工程专业的学生，由于必学知识的多样性，使其不可能在机械加工方面有很深的造诣，特别是要对机电一体化产品有全面的了解与掌握，必须学习大量非机械类的课程。那么，机电一体化培养的学生的就业流向如何呢? 由实际就业趋势可以得出：他们主要是在机械行业和其他与机械相关的行业内面对机电产品设计和制造，机电一体化设备（系统）调试、检测和维护，生产管理和经营销售等方面的工作。

2.3正确把握学生所学的专业课程的深度和广度。以盐城工学院为例，该学院机械电子工程专业除了学习必要的文化知识外，应以安排专业基础学科为主。按教育部对普通本科院校学生教学时数指导意见的要求，结合本专业的实际情况，主要安排3个学科领域的教学实践活动，这主要包括机械学、电工电子学、计算机应用等学科。

总之，培养机电一体化人才应抓住“以机为主、以电为用、机电结合”的方向，从应用的角度讲授电工电子知识，强调机械、电子、计算机和自动控制相结合，提高学生从系统工程的角度，综合解决机械行业及其相关行业中机电一体化问题的能力

三、机电一体化课程体系的实施

目前，广州市工贸技师学院机电一体化专业的四年制预备技师班、三年制高级技工班均采用工学结合的一体化课程体系实施教学，其教学效果得到广大师生的一致认可。主要体现在以下四点：（1）新课程不仅让学生掌握知识和技能，而且注重培养学生的信息处理能力、与人合作能力等关键能力，有利于学生持久的职业生涯发展；（2）新教学模式基本扭转了学生被动听课的习惯，使学生转变成为探究知识的主体，可以提高学习主动性，增加学习兴趣；（3）学生的创造能力、工作能力、应变能力都能通过课堂学习得到锻炼，对培养学生的成就感、承受挫折能力等有较大帮助；（4）学校的学习工作站比较类似企业的实际工作环境，能够满足学习需求。

通过一个周期的实施，总结出课程实施要重点从教学组织模式、师资团队建设及学习工作环境建设三方面考虑，才能保证课程构建和实施均能取得成功。教学组织模式课程实施应该以学生为中心，即学习的主体是学生，学生学习的目的就是胜任工作、适应社会和职业发展，因此必须将学习作为工作过程（即教学过程）的中心，以学生自主理解和完成工作任务作为教学的基本手段，并指导学生将理解和完成具体工作任务的能力转化成为适应变化的策略。学校的一切资源，包括教师资源都是学生实现这一完整过程的基础，都应服务于学生的学习过程（即工作过程）。按照完成一项工作的基本思路，课程实施应具有完整的工作过程：获取信息——制定计划——做出决策——实施计划——检查控制——评价反馈。

师资团队建设由于工学结合的一体化课程强调学生自主完成若干完整的学习任务，学习任务由工作任务转化而来，在课程实施过程中，教师仅仅起到引导和服务的作用，因此，对教师的工作实践经验，对工作的认识和理解均提出了较高要求。目前，职业教育界的教师多来自大专院校，缺乏企业实际工作经验的占大多数，势必对工学结合的一体化课程实施带来影响，所以，学校在考虑推一体化课程实施的同时，要在学校与企业之间建立一个长期合作的师资培养通道，让教师适应并逐渐胜任新课程的实施。

学习工作环境建设一体化课程实施需要与学习任务相匹配的教学媒体和设施设备，创设尽量真实的学习工作环境，让学生有机会完成与典型工作任务内容相一致的学习任务，因此，学习工作环境的建设并不仅仅是为了技能的重复操作训练而购置大量的设备，要从完成一项工作任务所需的综合性资源建设的角度出发，从促进学生自主学习的学习资源建设的角度出发，规划设计学习工作环境，也叫学习工作站。机电一体化专业的学习工作环境建设中，每一学习工作站均划

分信息检索区、学习区、实训区、工具区、学业成果展示区等五大区域，方便学生自主检索学习工作过程所需的资源，养成遵循企业工作规范和作业流程的习惯，并能够在这个环境中实现学生之间的互动交流，互相学习。

当前高职机电一体化教育存在的问题

3.1 课程设置不合理

当前高职院校课程设置不合理主要表现在两个方面：首先，重理论轻实践。很多学校的课程设置和教学内容将重点放在追求知识和理论的体系的完整上，这对学生系统地掌握理论知识，开发设计产品是有利的。但是，也存在严重不足，学生毕业后大多被分配在生产一线，所从事的工作是操作设备、设定工艺、查找并排除故障，而不是研究、开发、设计等，在学校学的理论知识很多用不上，而实际工作所必需的实践能力又不具备。其次，教学内容落后。由于机电一体化是多种技术交叉融合的产物，相关技术的发展都在推动着机电一体化的发展。因此，其发展是日新月异的，这就必然导致课程设置与教学内容与其发展不相适应。例如，当前很多高职院校的单片机课程的教学内容是仍以MCS-51单片机为主，而实际生产中新的单片机层出不穷，种类繁多。

3.2 教学模式单一，实践教学比例较低

传统的教学模式，往往只注重理论教学和课堂说教，轻视了实践能力和职业素养的培养。很多学校的课程设置和教学内容将重点放在追求知识和理论的体系的完整上，这对学生系统地掌握理论知识，开发设计产品是有利的。但是，这种教学模式也存在严重不足之处，学生毕业后大多被分配在生产一线，所从事的工作是操作设备、设定工艺、查找并排除故障，而不是研究、开发、设计等，在学校学的理论知识很多用不上，而实际工作所必需的实践能力又不具备。

3.3 教材建设落后

高等职业的教材建设仍是当前高职教育的薄弱环节并严重影响了高职教学质量。现在机电一体化的一些教材过于偏重理论、脱离实际、缺乏实用性、部分教材内容陈旧、严重落后于现实，各科教材之间存在衔接性差、内容重复或内容脱节等现象。这些问题给教学带来了很多不便，也在一定程度上影响了学生的学习积极性，制约了教学质量的保证和提高。

3.4 教学、实习设施不够先进

目前很多学校的教学、实习设备缺乏且严重落后。只有少数条件较好的高职院校配备有为数不多的数控车床、铣床、线切割机床、电火花成型机，很多学校的学生一学期只有三四次操作设备的机会，并且这些设备又比较落后，学生难以学到真正有用的技能。

3.5 优秀教师队伍缺乏

教师是教学质量的关键和第一保证，但是当前的机电一体化教学的教师队伍并不能达到教学的需要。一些老教师知识结构陈旧且更新缓慢，还有一些年轻教师也是刚从学校毕业，缺乏足够的实践经验，都不能很好的教授学生以适应社会工作需要的知识和实践技能

第三篇：机电一体化毕业论文

机 电 一 体 化 的 发 展 和 应 用

长春工业大学机电一体化2009级

阿拉腾那木日

内容摘要 ；现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

迄今为止，世界各国都在大力推广机电一体化技术。在人们生活的各个领域已得到广泛的应用，并以蓬勃的生机向前发展，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。

关键词：历史、应用、发展趋势

一、机电一体化技术发展历程

自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,“机电一体化”技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意.“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。当时及70年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。国内早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用，近年来“机电一体化”更流行使用。

80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械-电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。

从系统科学的观点来看，机电一体化产品又可称之为机电一体化系统，它是集机械元件和电子元件于一体的复合系统。

信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据

库驱动系统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设

计和控制的实施日显重要。此外，光学也进入了机电一体化，产生了“光机电一体化”的新

领域。进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒

体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两

用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术的发展，和半导体技术以光

刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为

特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后，机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入

了21世纪

1.光机电一体化.一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机

械结构等部件组成的.因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一

体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品发展的重

要趋势。

2.自律分配系统化——柔性化.未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的“冗

余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在自律

分配系统中，各个子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律

性”，可根据不同的环境条件作出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给

信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的适应能力

(柔性)，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

3.全息系统化——智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水

平越来越高。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。

4.“生物一软件”化—仿生物系统化。今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并

且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态(工作)时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统(大脑)停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统(大脑)工作时，生

物就很有活力。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物——软件”或“生物——系统”，而生物的特点是硬件(肌体)——软件(大脑)一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。

5.微型机电化——微型化。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。

二、机电一体化技术的主要应用领域

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:

总线式、模块化、紧凑型的结构,即采用多C PU、多主总线的体系结构。

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。

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。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。

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。

2、计算机集成制造系统(CIMS)

C IM S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”和“信息流”,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。

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、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,已开始走向实用化;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。三机电一体化技术的发展前景

纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向,机电一体化将朝着以下几个方向发展。

1、智能化

智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一,也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年,处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件,有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。

2、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,进行任意的剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强,一般除R S232等常用通信方式外,实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体,使其向着生物系统化方向发展。

3、微型化

微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术,是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm 3,并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点,可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作,故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。

4、模块化

模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事,它需要制订一系列标准,以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品,同时也可以不断扩大生产规模。

5、网络化

网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响,使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多,面向网络的方式也不同。由于网络的普及,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。

6、绿色化

工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少,生态环境受到严重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极小,资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境,报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。

五、我国发展“机电一体化”面临的形势和任务

机电一体化工作主要包括两个层次：一是用微电子技术改造传统产业，其目的是节能、节材，提高工效，提高产品质量，把传统工业的技术进步提高一步；二是开发自动化、数字化、智能化机电产品，促进产品的更新换代。

四、我国“机电一体化”面临的形势及任务与其相应对策

一、形势：我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度

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。

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，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。

三，对策

1、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!

2、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„„

3、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。

4、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。

参考文献

1.机电一体化技术，李建永，北京：科学出版社，2004

2.机电控制，李运华，北京：北京航空航天大学出版社，2003

3.微光机电系统国内外研究进展，光机电信息，梁进秋，2000，4.宋云夺编译，光机电一体化业的未来，光机电信息，2003

第四篇：机电一体化毕业论文

毕业设计（论文）

学 号：

郑州华信学院毕业论文

论文题目：浅谈机电一体化技术及应用研究

姓名：常鲁豫

班级：机电五班

学号：09020541

专业：机电一体化

指导教师：王丽娟老师

I

Abstract

The development of modern science and technology, a strong impetus to the different disciplines of cross-cutting and infiltration, resulting in the project areas and the transformation of the technological revolution.In the field of mechanical engineering, microelectronics and computer due to the rapid development of technology and industrial machinery to the infiltration formed by mechanical and electrical integration, machinery industry technical structure, product structure, functions and composition, mode of production and management system has undergone enormous changes, industrial production from the“ electric machinery” has entered a“ mechanical and electrical integration” for the characteristics of the development stage.The so-called automation technology, refers to human use a variety of technical means and methods to replace people to complete a variety of testing, analysis, judgment and control work, with realistic expectations of the target, function.An automated system usually consists of a plurality of link elements, in order to complete the information acquisition, information transmission, information conversion, information processing and information executive functions, finally realizes the automatic operation of the target.The electromechanical integration refers to the mechanism of function, power function, winner of information processing and control functions, the introduction of the electronic technology, mechanical devices and electronic design and software combined with the constraints of the system collectively.The parade of lack of talent, the company hired the electromechanical integration professionals, in the Shenzhen region for example: Foxconn, Samsung, Huawei, such as first-line enterprise has a large number of well-paid job employment prospects.The following is composed of the industrial control industry network for you to carry out integrated mechanical and electrical specialized employment prospect direction analysis.Mechanical and electrical integration of modern science and technology is the inevitable result of the development, this article summarizes Mechatronics basic outline and the development background.At home and abroad was summarized the integration of machinery technology present situation, has analyzed the integration of machinery technology development trend.As the electrical and Mechanical Services Department of a student, future work will study mainly to electrical and mechanical, it is necessary to master the various electrical and mechanical expertise.I will be in a serious attitude towards the professional courses of study, improve their professional quality.I will introduce my understanding of motor.Key words: mechanical and electrical integration, technology, application.

第五篇：机电一体化毕业论文

电气工程系毕业论文

论文题目： 浅谈机电一体化技术及应用研究

毕 业 生 姓 名： XXX

指导教师、职称：XXX助教

学

号：

专

业

名

称：机电一体化

毕业设计（论文）

摘要

机电一体化是现代科学技术发展的必然结果,本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展背景。综述了国内外机电一体化技术的现状，分析了机电一体化技术的发展趋势。作为机电系的一名学生，将来工作学习都会以机电为主，所以必须掌握好各种机电的专业知识。我会本着认真的态度对待专业课的学习，提高自己的专业素养.接下来我将介绍一下我对电动机的认识。关键词：机电一体化，技术，应用。I

毕业设计（论文）

目录

摘要.........................................................................................................................................目录…………………………………………………………………………………………..引言..............................................................................................................................................................第一章机电一体化概要.........................................................................................................第二章机电一体化技术发展.................................................................................................1数字化..............................................................................................................................................2智能化..............................................................................................................................................3模块化..............................................................................................................................................4网络化..............................................................................................................................................5人性化..............................................................................................................................................6微型化..............................................................................................................................................7集成化..............................................................................................................................................8带源化..............................................................................................................................................第三章机电一体化技术在钢铁企业中应用.................................................................................................1智能化控制技术(IC).......................................................................................................................2分布式控制系统(DCS)....................................................................................................................3开放式控制系统(OCS)....................................................................................................................4计算机集成制造系统(CIMS)..........................................................................................................5现场总线技术(ＦBT).......................................................................................................................第四章

机电一体化技术在钢铁企业中应用.......................................................................结束语.....................................................................................................................................致谢.........................................................................................................................................参考文献.................................................................................................................................I

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引言

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

第一章 机电一体化概要

机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：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。

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第二章 机电一体化技术发展

“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。当时及70年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。国内早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用，近年来“机电一体化”更流行使用。

80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械—电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。

信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。此外，光学也进入了机电一体化，产生了“光机电一体化”的新领域。

进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术的发展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后，机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入了21世纪。机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化

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1.数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

2.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建设者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。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

3.模块化

模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

4.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。网络技术的兴起4

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和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，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。现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)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(computer integrated appliance system, CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

5.人性化

机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

6.微型化

微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。

7.集成化

集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首5

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先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

8.带源化

是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。

第三章典型机电一体化产品的发展趋势

1数控机床

目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近320万台），但数控机床只占约5％且大多数是普通数控（发达国家数控机床占10％）。近些年来数控机床为适应加工技术的发展，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，机床普遍提高了各方面的速度。车床主轴转速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；铣床和加工中心主轴转速由4000～8000r/min提高到12000～40000r/min以上；快速移动速度由过去的10～20m/min提高到48m/min，60m/mni，80m/min，120m/min；在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，由过去一般机床的0.5G（重力加速度）提高到1.5G～2G，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0.01～0.02mm提高到0.008左右；亚微米级机床达到0.0005mm左右；纳米级机床达到0.005～0.01um；最小分辨率为1nm（0.000001mm）的数控系统和机床已问世。

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1u的圆度，插补前多程序预读，大大提高了插补质量，并可进行自动拐角6

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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。同时派生出各种新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等，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

如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深孔时大大提高效率。加工刚件切削速度能达1000m/min，加工铝件能达5000m/min。（5）数控机床的开放性和联网管理

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、并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.自动机与自动生产线

在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械、自动生产线及各种自动化设备，是当前机电一体化技术应用的又一具体体现。如：2000～80000瓶/h的啤酒自动生产线；18000～120000瓶/h的易拉罐灌装生产线；各种高速香烟生产线；各种印刷包装生产线；邮政信函自动分捡处理生产线；易拉罐自动生产线；FEBOPP型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等，这些自动机或生产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术。如可编程序控制器，变频调速器，人机界面控制装置与光电控制系统等。我国的自动机与生产线产品的水平，比10多年前跃升了一大步，其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪80年代后期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的需求也越来越多。

3.机电一体化技术的发展趋势

以微电子技术、软件技术、计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化、网络化、综合化、个性化信息技术革命，不仅深刻地影响着全球的科技、经济、社会和军事的发展，而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势。专家预测，机电7

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一体化技术将向以下几个方向发展：（1）光机电一体化方向

一般机电一体化系统是由传感系统、能源（下转第80页）（上接第81页）（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成。引进光学技术，利用光学技术的先天特点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。

第四章 机电一体化技术在钢铁企业中应用

在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：

1.智能化控制技术(IC)

由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢———连铸———轧钢综合调度系统、冷连轧等。

2.分布式控制系统(DCS)分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。ＤCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。ＤCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，8

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是当前大型机电一体化系统的主要潮流。

3.开放式控制系统(OCS)

开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。

4.计算机集成制造系统(CIMS)钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。

5.现场总线技术(FBT)

现场总线技术是对自动化领域的一场变革。由于现场总线简单、可靠、经济实用，已成为当今自动化领域发展的热点之—。目前，新建的连铸机已经开始使用现场总线技术。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线的含义主要体现在以下几个方面：

(1)现场通信网络

传统的分散型控制系统(DCS)通信网络截止于控制站或输入输出单元，现场仪表仍然是一对一模拟信号传输。现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互联的现场通信网络，把通信线一直延伸到生产现场或生产设备。

(2)互操作性

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互操作性的含义是来自不同制造厂的现场设备，不仅可以相互通信，而且可以统一组态，构成所需的控制回路，共同实现控制策略。

(3)分散功能块

现场总线控制系统(FCS)废弃了分散型控制系统(DCS)的输入／输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散给现场仪表，从而构成虚拟控制站。例如流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加输入功能块，而且有PID控制和运算功能块。

结束语

综上所述, 经过20多年的发展，机电一体化技术已经成为当今世界最热门、最重要的技术发展方向之一，并影响到几乎全部的工业行业。我国从80年代初对机电一体化技术和产品开始予以重视，先后在国家科技攻关计划、863高科技计划和国家自然科学基金中列专项对机电一体技术加以研究，并取得了一系列重大科技成果。1990年，国家将用电子技术改造传统产业列为“八五”及本世纪后十年发展全民经济的重要战略技术措施，机电一体化技术的推广应用已取得相当进展。

毕 业 设 计（论文）

致谢

三年时光，匆匆，太匆匆。一切恍如昨日历历在目，转眼间，各走天涯。回首3年的点点滴滴生活，感慨万分，万千思绪在心头。说不出，道不尽，心中多少欢乐与忧愁。我的指导老师辛鹤老师在大学三年里给了我莫大的帮助，无论是在学习上还是在生活里的过程中都教会了我许多许多。他不仅教授我专业知识，更教会了我很多为人处世的道理，在他的悉心指导下，我也慢慢地理解了更多的专业知识。在我论文的整个写作过程中，他从论文的选题、提纲的撰写、格式的要求、内容的修改甚至标点符号各个方面都给了详细的意见和修改，使我能够按时按照学院要求顺利地完成整篇论文。我很庆幸在大学里遇上这样一位好老师，感谢老师！。

学生：XXX

201 年

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毕 业 设 计（论文）

参考文献

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