摘 要：，機(jī)電一體化是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)及信息技術(shù)相互交叉、融合（有機(jī)結(jié)合）的產(chǎn)物。隨著社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)在越來越多的學(xué)科得到應(yīng)用與發(fā)展。本文通過對機(jī)電一體化技術(shù)的研究，探討其發(fā)展應(yīng)用前景，分析了機(jī)電一體化技術(shù)在未來的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 機(jī)電一體化；發(fā)展趨勢；應(yīng)用

一、機(jī)電一體化技術(shù)的基本概要

機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。

二、機(jī)電一體化的發(fā)展歷程

1、數(shù)控機(jī)床的問世，寫下了機(jī)電一體化歷史的第一頁；

2、微電子技術(shù)為機(jī)電一體化帶來勃勃生機(jī)；

3、可編程序控制器、電力電子等的發(fā)展為機(jī)電一體化提供了堅(jiān)強(qiáng)基礎(chǔ)；

4、激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使機(jī)電一體化躍上新臺階。

三、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

（1）智能化。智能化是 21 世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化方面的研究日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。

（2）網(wǎng)絡(luò)化。20 世紀(jì) 90 年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?；诰W(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。如利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)已成現(xiàn)實(shí)。

（3）微型化。微型化興起于 20 世紀(jì) 80 年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。國外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng) （MEMS），泛指幾何尺寸不超過 1 cm的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小 、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢。

（4）綠色化。綠色機(jī)電一體化產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高，使用時(shí)也不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后又能回收利用。

（5）系統(tǒng)化。系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)。

四、機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用研究

為了提高機(jī)電產(chǎn)品的性能品質(zhì)，發(fā)展高新技術(shù)，現(xiàn)在有許多零件要求制造精度越來越高，形狀也越來越復(fù)雜，為了提高零件的效率，減少阻力和降低噪聲，往往被設(shè)計(jì)成復(fù)雜的空間曲面，如螺桿壓縮機(jī)包絡(luò)成型螺旋曲面，膨脹機(jī)的葉輪葉片，飛機(jī)螺旋槳、潛水艇的推進(jìn)器等都具有極其復(fù)雜的空間曲面；現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞也不是圓柱形，而是要求具有橢圓鼓形；為提高強(qiáng)度和使用壽命，機(jī)械軸也不再是圓柱形，而是由幾段圓弧組成的復(fù)合圓柱體；衛(wèi)星天線中饋源要求有方與圓光滑過渡實(shí)體；而各類特殊刀具與模具，其型面也極其復(fù)雜，所有這些，都要求新一代機(jī)電一體化技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)朝著高性能、智能化、系統(tǒng)化以及輕量化、微型化方向發(fā)展。下面是機(jī)電一體化技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。

4.1 數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床及相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過40年的發(fā)展，在結(jié)構(gòu)、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現(xiàn)在：

1）總線式、模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，即采用多CPU，多主總線的體系結(jié)構(gòu)。

2）開放性設(shè)計(jì)，即硬件體系結(jié)構(gòu)和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標(biāo)準(zhǔn)，能最大限度地提高用戶的使用效益。

3） WOP技術(shù)和智能化。系統(tǒng)能提供面向車間的編程技術(shù)和實(shí)現(xiàn)二、三維加工過程的動(dòng)態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機(jī)制。

4）大容量存儲器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計(jì)，不僅豐富了數(shù)控功能，同時(shí)也加強(qiáng)了CNC系統(tǒng)的控制功能。

5）能實(shí)現(xiàn)多過程、多通道控制，即具有一臺機(jī)床同時(shí)完成多個(gè)獨(dú)立加工任務(wù)或控制多臺和多種機(jī)床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運(yùn)、機(jī)械手等控制都集成到系統(tǒng)中去。

6）系統(tǒng)的多級網(wǎng)絡(luò)功能，加強(qiáng)了系統(tǒng)組合及構(gòu)成復(fù)雜加工系統(tǒng)的能力。

7）以單板、單片機(jī)作為控制機(jī)，加上專用芯片及模板組成結(jié)構(gòu)緊湊的數(shù)控裝置。

4.2 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

CIMS的實(shí)現(xiàn)不是現(xiàn)有各分散系統(tǒng)的簡單組合，而是全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制/物流0和/信息流0，實(shí)現(xiàn)從經(jīng)營決策、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)經(jīng)營管理的有機(jī)結(jié)合。企業(yè)集成度的提高可以使各種生產(chǎn)要素之間的配置得到更好的優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力可以得到更大的發(fā)揮。

4.3 柔性制造系統(tǒng)（FMS）

柔性制造系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)化的制造系統(tǒng)，主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、料盤、自動(dòng)搬運(yùn)小車和自動(dòng)化倉庫等組成。它可以隨機(jī)地、實(shí)時(shí)地、按量地按照裝配部門的要求，生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設(shè)計(jì)更改頻繁的離散零件的批量生產(chǎn)。

4.4 工業(yè)機(jī)器人

第1代機(jī)器人亦稱示教再現(xiàn)機(jī)器人，它們只能根據(jù)示教進(jìn)行重復(fù)運(yùn)動(dòng)，對工作環(huán)境和作業(yè)對象的變化缺乏適應(yīng)性和靈活性；第2代機(jī)器人帶有各種先進(jìn)的傳感元件，能獲取作業(yè)環(huán)境和操作對象的簡單信息，通過計(jì)算機(jī)處理、分析，做出一定的判斷，對動(dòng)作進(jìn)行反饋控制，表現(xiàn)出低級智能，以開始走向?qū)嵱没?；?代機(jī)器人即智能機(jī)器人，具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)立行動(dòng)，與第5代計(jì)算機(jī)關(guān)系密切。

五、應(yīng)用實(shí)例

以數(shù)控激光雕刻機(jī)為載體，綜合應(yīng)用CAD /CAM，軟件編程、電氣設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、數(shù)控編程等技術(shù)，進(jìn)行數(shù)控機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)踐，開展機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用。數(shù)控激光雕刻機(jī)綜合運(yùn)用機(jī)電一體化的各種知識，充分體現(xiàn)軟件、硬件等信息技術(shù)與制造技術(shù)的聯(lián)系。

5.1 總體設(shè)計(jì)

總的說來數(shù)控激光雕刻機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它由機(jī)械部分、電氣部分、軟硬件部分以及計(jì)算機(jī)控制等級部分組成，框架圖如圖1。目的就是實(shí)現(xiàn)球面的激

光雕刻。

5.2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)現(xiàn)球面的激光雕刻的目的，選擇了兩個(gè)直導(dǎo)軌和一個(gè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌。首先確定基本尺寸，利用當(dāng)前比較流行三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行了干涉檢查，最后對主要零部件進(jìn)行校核。設(shè)計(jì)完成的效果

5.3 電氣部分設(shè)計(jì)

電氣部分主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：

1）控制交流伺服系統(tǒng)，包括上電、下電和使能控制；

2）軸流風(fēng)機(jī)的控制；

3）急停鍵的控制。

結(jié)論

機(jī)電一體化是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然，隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)也在不斷的發(fā)展進(jìn)步，并向綜合運(yùn)用各學(xué)科最新成果、利用微電子技術(shù)等方面發(fā)展。數(shù)控雕刻機(jī)就是綜合應(yīng)用CAD /CAM、軟件編程、電氣設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、數(shù)控編程等技術(shù)，開展機(jī)電一體化技術(shù)的最好證明。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉大鵬. 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2004（04）

[2] 李瑞琴，鄒慧君. 機(jī)電一體化產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)理論研究現(xiàn)狀與發(fā)展展望[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與研究. 2003（03）

[3] 李麗. 淺談機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）. 2009（09）