第一篇：機電一體化本科畢業論文

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數控機床精度調整與恢復 / 37 [在此處鍵入]

摘要

在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階。技術的飛速發展，極大地提高了勞動生產率； 提高了產品的質量； 減輕了人們的勞動強度，使人們從繁重的勞動中解放出來，去從事更有效的勞動；由于技術的發展的需要，許多生產過程依靠人們的腦力和體力直接操作是難以實現的，還有許多生產過程則因人的生理所限而不能由人工操作。在這種情況下，自動控制更加顯示出其巨大的作用，本文以數控機床的自動控制為主，精度補償為輔，深入淺出的介紹了一些知識，希望能在今后的工作中對大家有所幫助

關鍵詞：機電一體化；自動控制技術；精度補償 / 37 [在此處鍵入]

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 第一章緒論

1.1引言

1.2機電一體化概要

第二章典型機電一體化產品的發展趨勢

1數控機床

2自動機與自動生產線 3機電一體化技術的發展趨勢

第三章機電一體化技術在機械加工企業中應用

1FIDIA系統在加工中的優勢 2什么是FIDIA高速銑削 3FIDIA刀具技術 4FIDIA機床技術 5FIDIA數控系統性能 6FIDIA加工工藝 / 37

第四章雷尼紹激光干涉儀

1激光干涉儀測量原理 2激光干涉儀的硬件組成 3激光干涉儀的軟件組成 4激光干涉儀光路調整 5激光干涉儀生成檢測程序

第五章FIDIA數控機床的精度補償

1.數控機床精度檢測補償步驟步驟 2.選擇儀器進行測量

3.檢測螺距誤差使用的測量方法 4.選擇補償方法進行數據分析 5.實例

結論 參考文獻 致謝/ 37

第一章 緒論

1.1引言

現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，數控機床是機電一體化的集中體現，其高速化和高精度化再與編程軟件相互配合可以完成復雜型面的3D加工，但是在長期的工作中我們發現當數控機床使用一段時間以后由于各傳動部件的磨損（主要是滾珠絲杠上面的滾珠磨損）造成機床精度的下降，進而影響到產品的合格率，所以定期檢查回復出廠精度是機床的精度是最終產品是否合格的關鍵，也是數控機床的重要組成部分，本文以機電一體化所學習的知識為基礎，以用雷尼紹激光干涉儀為測量工具對FIDIA系統數控機床為對象對數控機床的激光檢查和補償，恢復出廠精度胃實例，寫出此論文，希望可以在今后的工作中對大家有所幫助。

1.2機電一體化概要

機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。

機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。

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品所采用，典型的機電一體化產品如數控機床、工業機器人和汽車的電子控制系統等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統后，使機械—電子系統在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。/ 37

信息技術驅使機械系統在不同程度上利用數據庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數據庫驅動系統。這樣，對機電一體化的系統設計方法的探索、成型和系統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那樣遙控和虛擬現實多媒體等技術緊密聯系的計算機控制的網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行器技術的發展，和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的結合，開創了以精密工程和系統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的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發展而日益發展，穩步進入了21世紀。機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化 / 37

第二章典型機電一體化產品的發展趨勢

1數控機床

目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數控機床只占約5％且大多數是普通數控（發達國家數控機床占10％）。近些年來數控機床為適應加工技術的發展，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。車床主軸轉速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；銑床和加工中心主軸轉速由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，主軸上大量采用內裝式主軸電機。

（2）高精度化

數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）的數控系統和機床已問世。

數控中兩軸以上插補技術大大提高，納米級插補使兩軸聯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

如5軸5面體復合加工機床，5軸5聯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，串并聯絞鏈機床等，采用特殊機械結構，數控的特殊運算方式，特殊編程要求。

（4）使用各種高效特殊功能的刀具使數控機床“如虎添翼 / 37

如內冷轉頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉頭切削刃和排除切屑，在轉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）數控機床的開放性和聯網管理

數控機床的開放性和聯網管理已是使用數控機床的基本要求，它不僅是提高數控機床開動率、生產率的必要手段，而且是企業合理化、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控機床基礎上發展起來，這必然成為21世紀制造業發展的一個主要潮流。

2.自動機與自動生產線

在國民經濟生產和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產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。如：2000～80000瓶/h的啤酒自動生產線；18000～120000瓶/h的易拉罐灌裝生產線；各種高速香煙生產線；各種印刷包裝生產線；郵政信函自動分撿處理生產線；易拉罐自動生產線；FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產線等等，這些自動機或生產線中廣泛應用了現代電子技術與傳感技術。如可編程序控制器，變頻調速器，人機界面控制裝置與光電控制系統等。我國的自動機與生產線產品的水平，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線的企業越來越多，對維護和管理這些設備的相關人員的需求也越來越多。

3.機電一體化技術的發展趨勢

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的數字化、網絡化、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、經濟、社會和軍事的發展，而且也深刻影響著機電一體化的發展趨勢。專家預測，機電一體化技術將向以下幾個方向發展：

（1）光機電一體化方向 / 37

一般機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、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的傳感系統、能源系統和信息處理系統。

（2）柔性化方向

未來機電一體化產品，控制和執行系統有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在這系統中，各子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律性”，可根據不同環境條件做出不同反應。其特點是子系統可產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的能力（柔性），又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

（3）智能化方向

今后的機電一體化產品“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）的發展。/ 37

第三章機電一體化技術在機械加工企業中應用

隨著科學技術的飛速發展，社會對機械產品的結構、性能、精度、效率和品種的要求越來越高，單件與中小批量產品的比重越來越大（目前已占到以上），傳統的通用專用機床和工藝裝備已經不能很好地適應高質量、高效率、多樣化加工的要求，因而，以微電子技術和計算機技術為基礎的數控技術，將機械技術、現代控制技術、傳感檢測技術、信息處理技術、網絡通信技術和成組技術等有機地結合在一起，使機器制造行業的生產方式和機器制造技術發生了深刻的、革命性的變化。當今機床行業的計算機數控化已成為技術進步的大趨勢。數控機床是電子信息技術和傳統機械加工技術結合的產物，它集現代精密機械、計算機、通訊、液壓氣動、光電等多學科有效提高了加工質量和效率，實現了柔性自動化（相對于傳統技術基礎上的大批量生產的剛性自動化），并向智能化、集成化方向發展。所以，可以毫不夸張地說，（計算機）數控技術，是現代先進制造技術的基礎和核心。數控機床在機械制造業中得到日益廣泛的應用（美國的數控機床已占機床總數的80%以上），是因為它有效地解決了復雜、精密、小批多變的零件加工問題，能滿足高質量、高效益和技術的趨勢與潮流，也是現代機械制造企業在市場競爭激烈的條件下生存與發展的必然要求。在數控機床發展過程中，值得一提的是數控加工中心的出現。這是一種具有自動換刀裝置的數控機床，它能實現一次裝夾并進行多工序加工。這種機床在刀庫中裝有鉆頭、絲錐、鉸刀、鏜刀等刀具，通過程序指令自動選擇刀具，并利 用機械手將刀具裝在主軸上，這樣可大大縮短零件裝卸時間和換刀時間。數控加工中心現在用機械手將刀具裝在主軸上，這樣可大大縮短零件裝卸時間和換刀時間。數控加工中心現在用機械手將刀具裝在主軸上，這樣可大大縮短零件裝卸時間和換刀時間。數控加工中心現在已已經成為數控機床中一個非常重要的品種，不僅有立式、臥式等鏜銑類加工中心用于箱體類零件的加工，還有車削加工中心用于回轉體零件加工以及磨削加工中心等。這些高性能、高精度、高自動化的數控機床就組成了完整的數控機床家族隨著社會生產和科學技術的進步，數控技術不僅應用于機床的控制，還用于控制其他的設。備，諸如數控線切割機、數控繪圖機、數控測量機、數控沖剪機等，僅數控機床就有數控車床、數控銑床、數控鉆床、數控磨床、數控鏜床以及數控加工中心等。/ 37

器機軸模塊x412PE1124x主22電W6PAPM2頭碼1VMD1銑編D62U側軸主塊模源電wk55214x塊器模碼5P11軸EMP124xP編主機2軸DMDWA電12主1V頭62U銑立塊模源電wk55B1GT41RxRC131x121xUPC CMM141x151xUPC CLP軸1111x121x131x141xC113x123x33x機電機軸電u軸W軸1W3UPC CN113x123x3x器碼編軸1園111x121x3131x141xU113x123x3機x電軸軸CcGNIE軸14RL31ZUU111x121x131x141x113x123x39xESDXAOEEMM T機IUC12141x121x131x141x113x123xRIC121x419EXE12 / 37

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起源于意大利的FIDIA數控系統是基于WINDOWS平臺的操作系統，由于系統屬于開放式系統，安裝使用及編程操作都非常簡單方便，由于有以上優點在我國的軍事設備加工企業使用比較廣泛。

1.FIDIA系統在加工中的優勢

今天的機械加工行業，競爭日趨激烈，產品更新加快、模具交貨期愈短、使用材料更加復雜，這些已成為機械加工中最為顯著的特征。高速銑削作為模具制造中最為重要也是最為先進的一項制造技術，集高效、優質、低耗于一身，在機械行業中受到的重視程度不言而喻。國內只有為數不多的機械企業，對高速銑削設備、技術有實際的應用，而部分已使用高速銑削的企業因技術人員沒有真正掌握相關技術，造成加工效果不甚理想。而高速銑削的優勢到底體現在哪？高速銑削又有哪些特點？高速銑削能給我們帶來哪些好處？下面結合FIDIA高速機床的特點簡要介紹一下。/ 37

2.什么是FIDIA高速銑削

高速銑削不能按照任何特定的速度值來定義，獲得很高數值的轉速或線速度不是它本身的目標。與之相反，高速銑削描述了使用速度的方法。在高速銑削加工里，速度是一種催化劑。當高速主軸和高進給下的精確定位有機結合時，高速切削開始顯現出實用價值。在模具加工里，高速切削讓使用小直徑刀具和小切深成為現實，所以槽和復雜細節的加工可通過銑削來代替EDM。此外，高速切削加工獲得的光潔表面使得取消手工拋光成為可能。

高速銑削應用要求的不僅是機床的速度，而且還在于使用的工藝。這個工藝與傳統切削要求有顯著區別，高速銑削涉及到CNC機床、刀柄刀具、冷卻系統及CAM數控編程等諸多因素。這個工藝甚至涉及到更綜合更全面地了解機床在不同速度下的行為特征。下面從刀具技術、機床技術、數控系統性能和加工工藝等幾個方面分析高速加工與普通加工的異同。

3.FIDIA刀具技術

高速加工用的刀具必須與工件材料的化學親和力小，具有優良的力學性能，化學穩定性和熱穩定性，良好的抗沖擊和熱疲勞特性。普通加工的刀具夾緊技術也不再符合高速加工，FIDIA 機床采用HSK刀柄。刀柄錐部和端面同時與主軸內錐孔和端面接觸雙定位，且此類刀柄采用的是內漲式夾緊技術，保障了主軸高速運轉的安全性。

4.FIDIA機床技術

高速加工機床為了適應高速加工時主軸轉速高，進給速度快，機床運動部件加速度高等要求，在主軸單元、進給系統、CNC系統和機械系統等方面比普通數控機床具有更高的要求。FIDIA 高速銑削加工中心具備卓越的系統功能和很好的機械結構，為加工高質量的模具提供了可靠的保證。典型的金字塔式結構，寬的導軌和低的重心，適合線性軸的高速運動。坐標的運動速度可在0.1秒內由0加速到30m/min。FIDIA高速機床采用FIDIA傳統式的工作臺固定不動。這樣機床承重比同規格的運動式工作臺要大；機床的運動單元的慣量是常數，線性軸電機一直在最佳的工作狀態下運行，即不因改變加工模具/ 37

的大小而改變電機的特性；還有就是考慮到高速運動的特殊性，在保證機床足夠剛性的前提下盡量減少運動慣量，以便最大程度提高坐標固有頻率，從而得到更高的閉環增益，使得機床在高速加工中的跟蹤誤差趨于最小值，最終提高加工的精度和質量。FIDIA高速加工機床在數控系統、驅動系統、轉動擺頭及反饋光柵都應用FIDIA技術。FIDIA作為最終用戶的源供應商，確保了整機的質量和可靠性。

5.FIDIA數控系統性能

FIDIA在數控系統及計算、數字化仿形的系統集成技術、復雜型面的銑削加工等方面一直處于市場領先地位。從1974年開始FIDIA就致力于開發新的CNC算法以提高銑加工的性能。在過去十幾年中，FIDIA一直在對軸控制技術進行改進以減少加工過程中的軌跡誤差。通過這些算法從而減少了加工時的動態誤差，同時也提高了加工進給速度和表面加工質量。

Look-ahead（向前看）功能可根據不同條件進行調整：機床類型、加工工件的類型、加工要求（粗加工、半精加工或精加工）?？梢酝ㄟ^G代碼來調用不同的動態參數從而優化加工性能。

通過Active Tuning(主動調協)、Active Damping（有源阻尼）、Jerk Control(階躍控制)等功能，能優化和增強高速切削機床加工性能，減少加工時間和提高工件表面加工質量。

這些功能能減小動態軌跡誤差，能在高速進給速度的條件下提高加工精度和完美的表面加工質量。

Active Tuning和Active Damping能設置與高速機床特性相匹配的最佳數值并且不會在控制回路中產生失穩。

“階躍”式的加速度會引起振蕩，FIDIA引入“Jerk Control（跳動控制）”技術提供漸變的坐標加速度?？焖倨交募铀倌芴岣呒铀賲^域加工質量。

6.FIDIA加工工藝

和普通加工相比，可以縮短加工時間，提高生產效率和機床利用率，工件熱變形小，加工精度高，表面質量好，加工工藝范圍廣，適合加工薄壁、剛性較差、容易產生熱變形/ 37

的零件。FIDIA 高速加工機床刀具冷卻采用油霧半干式冷卻，使用非毒性的植物潤滑油，最小潤滑油供量。在工件表面形成一層薄薄的油膜，與傳統的使用冷卻液或氣冷的方式相比，可大大提高工件表面質量。

近十年來，FIDIA在驅動技術和控制系統的長足進步，推動了自身高速加工中心結構的不斷創新和性能的不斷提高。對提高加工中心的高速度、高動態和高精度起了決定性的作用。在模具加工機床的多種結構創新中，不僅應用回轉工作臺，而且還應用擺動和回轉主軸頭，由此構成各種不同類型的五軸加工中心。FIDIA五軸龍門式高速精密銑削中心為加工大型模具提供了技術支持。/ 37

第四章雷尼紹激光干涉儀

1.激光干涉儀測量原理

ML10 激光器的光束會射入線性干涉鏡，再分為兩道光束。一道光束（稱為參考光束）射向連接分光鏡的反射鏡，而第二道光束（測量光束）則通過分光鏡射入第二個反射鏡。這兩道光束回再反射回分光鏡，重新匯聚之后返回激光頭，其中會有一個探測器監控兩道光束間的干涉。在線性測量時，其中一個光學元件保持不變，而另一個則沿著線性軸移動。定位測量是通過監控測量及參考光束間光路差異的變化來執行的（請注意，兩個光學元件間的差分測量與 ML10 激光器的位置無關）。此種測量可與待測機床的標尺讀數比較，獲得機床精度的任何誤差。/ 37

通常，反射鏡設置為移動的光學元件，而干涉鏡則作為固定的元件，這些元件可以調換，但會縮小測量的最大量程，從 40 m(133 ft)縮小為 15 m(49 ft)。因此在長軸上，線性干涉鏡通常保持固定，而移動其它反射鏡以執行測量。在較短的軸上，如果方便，這些角色可以互相交換

2.激光干涉儀的硬件組成

本次我們使用的儀器為：Renishaw 激光器測量系統

ML10 是一種單頻HeNe激光器，內含對輸出激光束穩頻的電子線路及對由測量光學鏡產生的干涉條紋進行細分和計數處理。其主要作用簡單概括為：發射紅外線以及返收紅外線供特定的軟件做分析，記錄相關的數據

（1）三腳架

三腳架及云臺可用來安裝 ML10 激光器，將 ML10 激光器設置在不同的高度，并充分控制ML10 激光束的準直。對于大多數機床校準設置，建議將 ML10 激光器安裝在三腳架和云臺上。三腳架、安裝云臺和 ML10 激光器三合一體，可為 ML10 光束準直提供下列調整： ?高度調整 ?水平平移調整 ?角度偏轉偏轉調整 ?角度俯仰調整

（2）EC10 環境補償裝置

EC10 環境補償裝置可以補償激光器光束波長在氣溫、氣壓、及相對濕度影響之下的變化。大多數機床會隨著溫度變化膨脹或收縮，可能導致校準發生誤差，為了避免校準誤差，線性測量軟件納入一種稱為熱膨脹補償或“歸一化”的數學修正，應用在線性激光讀數上。軟件使用膨脹系數將測量加以歸一（膨脹系數需手動輸入），并使用 EC10 來測量平均機床溫度。/ 37

修正的目的是要評估在 20 °C(68 °F)的溫度下執行校準時應得的激光器校準結果?？捎脕磔斎氡恍实臋C床或對象的熱膨脹

系數。通常都會輸入機床反饋系統的膨脹系數。例如，11.7ppm/°C(6.50ppm/°F)是使用鋼制滾珠絲杠及園編碼器反饋系統的一個典 型數值。

（3）線性測量鏡組

線性測量鏡組可用于測量線性定位精度。線性測量鏡組組件包括下列要件 分光鏡 兩個線性反射鏡

兩個光靶以助于光學準直

注：當您組合一個分光鏡和線性反射鏡后，便成為一個線性干涉鏡。（4）用于將鏡組安裝到機床機床上的安裝組件

鏡組安裝組件是用來將 Renishaw 測量鏡組安裝到CMM 或機床上。本系統的設計可以輕易地交換不同的測量鏡組，無需重新準直激光器。其它組件包括：

三個安裝桿（安裝桿有 M8 螺絲釘可擰上底板、標準磁基或其它 Renishaw 裝置）M8 適配器（可連接標準磁基或 Renishaw 的 CMM 探頭）兩個底板

兩個安裝塊和安裝螺釘（可將光學元件連接至安裝桿）

鏡組安裝組件不包括任何可將安裝的鏡組夾上待測機床的元件，要這么做需視不同的機床而異。一種通用的方式是用磁性安裝塊直接將鋼制底板或/和安裝桿裝上機床。安裝組件的安裝桿和底板都是磁性不銹鋼所制，因此可以用磁性安裝塊來加以牢固。/ 37

3.激光干涉儀的軟件組成

（1）Renishaw Laser10 是配套Renishaw 激光器測量系統的軟件

此軟件的資源管理器窗口：這里面包括該儀器所有功能的配套軟件，其中線性測長是我們本次研究的軟件。

（2）線性測量軟件

用戶通過有關數據采集設置程序，顯示目標生成，采集初始化和自動數據采集對話框。倘若您已在會話中定義了目標，就可以選 擇創建新目標或者修改既有的目標。目標

目標設置對話框。倘若您已在會話中定義了目標，您可以選擇創建新目標或者修改已有的目標。編輯

會顯示編輯目標數值對話框，容許您更改已定義的目標位置。保存

會顯示另存為對話框，容許您給要保存的目標設置定義一個文件 開始

在您定義目標并設置自動采集后開始數據采集過程。繼續在中斷后繼續數據采集過程。環境設置

會顯示環境設置對話框，容許您手動設定環境參數或選擇使用 EC10裝置進行自動補償。自動采集設置

會顯示自動數據采集設置對話框，容許您在其中輸入數據采集參數，如最小暫停期間以及過速步長尺寸。/ 37

數據

會顯示數據編輯對話框，容許您在其中編輯在每一個目標按運行或按目標位置所記錄的誤差值。

分析啟動 Renishaw Laser10 分析軟件。

附加功能/將角度轉換為直線度是一個 DOS 實用程序，可將角度數據文件轉換為直線度 數據文件。

附加功能/轉換數據文件是一個 DOS 實用程序，可從采集的數據中去除斜率。它也能夠縮放及給所采集的數據添加偏移量。附加功能/將數據文件轉換為電子表格一個 DOS 實用程序，可將數據文件從 Renishaw 文件格式轉換為 Lotus 123 電子表格。該格式也能用Microsoft Excel 讀取。附加功能/環境監控軟件一個 DOS 實用程序，可顯示材料溫度、氣溫、氣壓和濕度并以電子數據表格式記錄。組件/將數據采集到 Lotus 123 電子數據表文件

選中時，會加載一個軟件組件，可用于將激光讀數、誤差、環境數據等數據以電子數據表文件格式保存。每一次數據采集軟件內采集到一個數據點時，便會記錄該數據。通信/設置 RS232 會顯示Renishaw 通信對話框，您便能夠按機床所配備的控制器類型設置通信參數。通信/終端

會顯示Renishaw 通信終端窗口，您便能夠測試及監控通過 RS232 接口的文件傳送。

配置

數據文件目錄容許您定義保存 Renishaw 數據文件的默認目錄。環境設置

會顯示環境設置對話框，容許您定義默認的膨脹系數值以及用來顯示環境參數的單位。測量單位 / 37

會顯示單位設置對話框，容許您定義單位類型（英制或公制），以及用來顯示激光測量值及誤差值讀數的分辨率。角度因子僅適用于角度測量模式。

會顯示角度因子對話框，容許您在其中輸入有關所用角度鏡組的詳細信息。工具欄

會顯示一個對話框，容許您在其中更改工具欄的外觀。您可以添加或刪除按鈕并更改它們的顯示順序。

設備選擇 Renishaw PC10 或 PCM10 配 ML10 PC10/ML10 仿真

GPIB 接口通過串口的Bobe盒Federal Gauge/RS232容許您選擇計算機上所連接或安裝的接口類型。接口地址

會顯示端口地址選擇對話框，容許您給計算機上所配備的接口卡設定端口地址。加載配置文件

當開始一個采集會話時，軟件會從默認文件CURRENT.RCF 內讀取配置。該選項會顯示打開對話框，容許您在其中從自己先前創建的文件中選擇一個配置。保存配置文件

該選項會顯示另存為對話框，容許您在其中將一個自定義配置保存到與CURRENT.RCF 文件相同的目錄。語言選擇

該選項容許您用不同的語言，如中文、德語、英語、法語、意大利語、或西班牙語等等

4.激光干涉儀光路調整 / 37

4.1水平光束調整

沿著運動軸將機床推離激光頭，直到您看到光束開始移開光靶。當只有一半的光束仍然擊中白點時停止移動機床。請注意光束現在偏離中心多遠。用三腳架臺左后方的小旋鈕，調整激光頭的角度偏轉，以使光

束橫掃過白色光靶。繼續移動光束，直到它位于相反方向離中心的距離相同

現在，用三腳架臺左邊中間的大旋鈕，調整激光頭水平平移，使光束返回光靶的水平中心線。

4.2垂直光束調整

請注意激光束在目標上的垂直位置。

使用激光頭后方的指形輪組來調整，使光束垂直掃過目標。調整指形輪組，直到光束位于相反方向離目標中心的距離相同的位置

現在，使用三腳架中心主軸上的高度調整輪來將激光頭上下移動，直到光束再一次擊中目標中心。注：此時，可能有必要進行另外一次較小的水平回轉調整，以使激光束返回到該目標的中心。/ 37

現在沿著運動軸繼續推離機床。當您看到激光頭移開目標時再一次停止。重復激光器準直調整，直到您達到軸的末端。

達到軸的末端時，將機床移回激光器，來到軸的起點。

若光束不再位于光靶中心，則水平平移激光器，使光束回到光靶的垂直中心線。然后，垂直平移激光頭，使光束回到光靶的中心。注：此時，可能有必要進行另外一個較小的水平回轉調整，以使激光束返回到該光靶的中心。重復步驟，直到光束在整個運動軸范圍內都能保持在光靶的中心。

提示：若光線已經與待校準軸平行，只需將激光頭水平平移用于擊準光靶的中心，那么我們可以使用手輪微調鏡子的位子來實現；若是垂直平移，我們可以手動調整鏡子的高度來實現。（不過這個調整必須很小心，若光束回到光靶中心則馬上固定）5.激光干涉儀生成檢測程序

激光干涉儀在檢測的時候時按照我們在第一步設定的目標點運動的，即從0 到450MM 每30MM為一個點，因此機床在運動的時候必須和軟件設置的一致，所以我們必須生成檢測程序。

程序的生成方法圖下：

選擇定義工具欄下的零件程序下的產生按鍵

在彈出的窗口中輸入文件名，并且選擇程的序存放路徑按保存 需要我們選擇的為：數控系統的型號。

我們針對我們當前檢測機床的數控系統型號作正確的選擇，接著彈，這個窗口要求我們填寫與程序相關的數據，我們如下所示填寫： 程序號：0001 軸名為：Z 運行次數為：1 選擇方向為：雙向 / 37

暫停周期為：4 秒 越程為：4.0000 毫米 零件程序類型：線性

進給量：1500 ；軸方式為：普通 名詞解釋： 程序號 該程序的序號 軸名

待校準軸的名稱這里記住是大寫運行次數：我們希望該程序運行多少次 選擇方向

在軸上行走的方向時一來一回的間隔點還是只去這樣走回時不走暫停周期：等待軟件記錄數據的時間，這里要根據電腦的性能作調整 越程

這里是為了消除方向間隙而設置的，一般選擇默認，也可以自行設置 零件程序類型

選擇運行的方式，因為我們是走直線的所以我們選擇線性

進給量 機床運動的速度

到這里的時候我們已經完成了程序的生成，我們使用文本格式打開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.激光干涉儀分析測得的數據

程序會自動檢測和記錄數據，檢測完畢后我們的任務是分析數據，下圖是我們檢測Z軸得到的數據圖：

打開一個文件進行分析。打印出選中的分析圖。

復制一個選中的分析圖或數據表頁，將它粘貼入另一個文件，如在 Microsoft Word 內創建的文本報告。/ 37

繪制圖按鈕用分析菜單選中的類型顯示一個分析圖副件。若按下單一/多重繪制圖按鈕，您可以顯示一個以上的分析圖副本，如您可以同時顯示一個標準 ISO 230-2 1997 分析圖以及一個 ISO 230-2 1997 三聯體繪制圖。

按下時，會激活鼠標的“抓取最靠近的目標”光標功能。讓您設定 X 和Z軸的顯示單位類型。讓您設定 X 軸和Z軸的刻度值。

這些都是縮放按鈕，可用來設定顯示選中繪制圖的放大倍數。會顯示一個幫助窗口，其中包含本 Renishaw Laser10 校準系統用戶手冊的信息庫。退出分析軟。

數據分析軟件位于Renishaw Laser10 文件夾中 我們分析速據的時候在軟件中的操作如下：

先打開保存好的數據文件，之后選擇菜單欄上的數據分析如下圖所示： / 37

之后我們選擇速據分析欄下的誤差補償圖標，如上圖所示，接著會彈出一個窗口如下圖/ 37

名詞解釋

圖表型選擇：各點的補償值以什么形式出現

補償類型選擇：這個是根據數控系統自身的情況定的 補償分辨率：最小數值顯示到多少位

正負符號轉換：選擇顯示的為補差值還是誤差值 參考點位置：我們作為參考點的位置離開始點多遠 補償起點：從什么地方開始補償 補償終點：補償的終止點

補償間隔：這個和我們的移動間隔是一致的 我們這里將這里的數據設置為： 圖表型選擇：各自補償 補償類型選擇：絕對補償 補償分辨率：1 正負符號轉換：誤差值 參考點位置：0 補償起點：0 補償終點：-450 補償間隔：30 / 37

第五章 FIDIA數控機床的精度補償

數控機床的定位精度主要取決于高精度的滾珠絲杠。但絲杠總有一定螺距誤差，因此在加工過程中會造成零件的外形輪廓偏差。

螺距誤差是指由螺距累積誤差引起的常值系統性定位誤差。檢測螺距誤差之后將檢測得到的數據進行分析，最后將分析得到的數據存放到數控系統中。這樣做的目的在于減少加工過程中造成零件的外形輪廓偏差，——提高機床的精度。

螺距誤差補償的基本原理就是將數控機床某軸上的指令位置與高精度位置測量系統所測得的實際位置相比較，計算出在數控加工全行程上的誤差分布曲線，再將誤差以表格的形式輸入數控系統中。這樣數控系統在控制該軸的運動時，會自動考慮到誤差值，并加以補償。采用螺距誤差補償功能應注意：螺距誤差補償功能的實現方法又有增量型和絕對型之分。所謂補償就是指通過特定方法對機床的控制參數進行調整，其參數調整方法也依各數控系統不同而各有差異。

1.數控機床精度檢測補償步驟步驟

安裝高精度位移檢測裝置。

編制簡單的程序，在整個行程中順序定位于一些位置點上。所選點的數目及距離則受數控系統的限制。

記錄運動到這些點的實際精確位置。

將各點處的誤差標出，形成不同指令位置處的誤差表。多次測量，取平均值。

將該表輸入數控系統，數控系統將按此表進行補償。檢測補正效果

2.選擇儀器進行測量

我們選擇的儀器為：Renishaw 激光器測量系統，此儀器檢測的范圍包括：

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(1)線性測量(2)角度測量(3)平面度測量(4)直線度測量(5)垂直度測量(6)平行度測量

3.檢測螺距誤差使用的測量方法

線性測量正符合我們檢測螺距誤差的要求。因此，我們此次使用的 檢測方法——線性測量.線性測量

是激光器最常見的一種測量。激光器系統會比較軸位置數顯上的讀數位置與激光器系統測量的實際位置，以測量線性定位精度及重復性。線性測量的光學設置要設置線性測量，將一個線性反射鏡連接到具有兩個緊螺紋的分光鏡上。這個組合要件被稱為“線性干涉鏡”，可以作為激光束的參考路徑。線性干涉鏡位于 ML10 激光器和線性反射鏡之間的光束路徑，如分光鏡管上標有兩個箭頭以顯示其方位。箭頭應指向兩個反射鏡.激光由發生器產生后經過線性反射鏡折返被激光干涉儀接收原件所接收經過儀器分析后產生數值并顯示出來。

4.選擇補償方法進行數據分析

（1）增量型誤差

增量型誤差是指：以被補償軸上相鄰兩個補償點間的誤差差值為依據來進行補償

（2）絕對型誤差

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絕對型是誤差是指：以被補償軸上各個補償點的絕對誤差值為依據來進行補償 檢測機床的螺距誤差。因此我們主要的任務在于：

我們在檢測螺距誤差時，必須先將反向間隙測出來，等補上反向誤差后再檢測螺距誤差，這樣才能準確卻的檢測螺誤差。

注意：方向間隙在檢測的時候我們只雙向檢測一次，但螺距誤差我們一般是雙向檢測3—5 次 取平均值。

我們在補正螺距誤差或者是反向間隙后，一般做兩次驗證，看是否還存在誤差，若在5 個微米的范圍內微正常數據。

5.實例

以本公司FIDIA系統的MECOF龍門銑床X軸補償程序為例 當激光干涉儀調試完成后

（1）用機床執行本程序

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）執行程序后根據激光測距儀生成的誤差補償文件進行補償（3）再次用機床執行本程序

（4）補償前一定注意先清除以前的補償文件

結論

從數據中得知機床反向間隙在沒有補償之前的數據為26 個微米，補償后為0 個微米

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螺距離誤差在補償之前的誤差范圍在5～-20 之間，補償后在3～-8 之間。精度得到了大大的提升，因此激光干涉儀在提高機床精度方面的功能是無可厚非的。

由于不同類型的數控系統都有自己獨特的地方，所以我在調試之前必須對該系統的螺距誤差的相關參數做一番研究和了解，這樣才能順利的完成。本文僅以FIDIA系統為藍本分析了數控機床精度補償的過程，希望同學們在學習知識的同時能夠鍛煉數控技術實踐操作能力，以便能夠在以后的工作學習中盡快地掌握數控機床技術，更快更好地適應機械行業發展的需要。由于我的能力有限，不足之處請各位老師多加指正。

綜上所述，機電一體化的出現不是孤立的，從本文中可以發現它是許多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。當然，與機電一體化相關的技術還有很多，本文中論述的數控機床精度補償恢復只是一個實例，并且隨著科學技術的發展，各種技術相互融合的趨勢將越來越明顯，機電一體化技術的廣闊發展前景也將越來越光明。

但是隨著科學技術的進步，對人才的要求會越來越高，例如數控機床只是機電一體化的一個分支，但是它又要求我們對機械、液壓、PLC、編程、傳感器、計算機、網絡等技術都有一定的了解。這就要求我們要不斷的學習知識不斷地充實自己，只有自己不斷地進步才能不被社會所淘汰。

參考文獻

激光干涉儀說明書北京Renishawbeijing@renishaw.com

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激光干涉儀參考手冊北京Renishaw beijing@renishaw.com 飛陽i5 系統安裝與維護手冊沈陽機床股份有限公司 F0系統安裝與維護手冊

FIDIA S.p.A.San Mauro Torinese意大利第五版2003年1月 菲迪亞M 級菲迪亞C 級用戶及編程手冊

FIDIA S.p.A.San Mauro Torinese意大利第三版2007年1月 張玉龍，李萍.泡沫塑料加工350問.北京：中國紡織出版社 張宇.機械工程英語.北京：機械工業出版社 丁學恭.PLC控制系統設計.機電工程技術第35卷 廖常初.可編程序控制器應用技術.重慶：重慶大學出版社

董景新，趙長德，郭美鳳，等.控制工程基礎（第三版）.北京：清華大學出版社 可編程序控制器SN系列用戶手冊（第一版）.江蘇：光洋電子（無錫）有限公司 阮龍德.PLC、變頻器、觸摸屏綜合應用實訓.中國電力出版社

方大千，朱麗寧.變頻器、軟啟動器及PLC實用技術手冊.北京：化學工業出版社 周美蘭，周封，王岳宇.PLC電氣控制與組態設計（第二版）.北京：科學出版社 顏聲遠.人機界面設計與評價.北京：國防工業出版社 馮清秀，鄧星鐘.機電傳動控制.武漢：華中師范大學出版社，胡學林.可編程控制器原理及應用（第二版）.北京：電子工業出版社 黃惟一，胡生清.控制技術與系統（第二版）.北京：機械工業出版社 呂強，孫銳，李學生.機電一體化原理及應用.北京：國防工業出版社

致謝

在論文完成之際，我的心情萬分激動。從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫編排整個過程中，我得到了許多的熱情幫助。本課題在選題及研究過程中得到牛老師的悉心指

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導。牛老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。牛老師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時數月，卻給以終生受益無窮之道。對牛老師的感激之情是無法用言語表達的。

首先要感謝我的導師牛玉成老師以及學校、學院的各級領導。是牛玉成將我領入了數控機床精度恢復的大門，并對我的研究提出了很多寶貴的意見，使我的研究工作有了目標和方向；同時，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。而院、校各級領導也在我設計的進行過程中給予了諸多關注，讓我時刻充滿動力。

時光匆匆如流水，轉眼便是電大學畢業時節，春夢秋云，聚散真容易。離校日期已日趨臨近，畢業論文的的完成也隨之進入了尾聲。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學、父母及朋友給我熱情的幫助，在這里請再次接受我誠摯的謝意！

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第二篇：機電一體化畢業論文

淺談機電一體化的就業方向及課程存在的誤區

前言

機械工業舉足輕重，隨著社會的發展和科學技術的進步，機電一體化技術的應用與發展對我國經濟建設所起到的促進作用越來越明顯。現代化設備逐漸發展成為集光、電、機、氣、聲、像、磁、熱等技術于一體的智能化系統，機電一體化產品幾乎貫穿到國民經濟的所有行業。當前，機電一體化產品已經進入發展成熟期，高速率、高精確度的智能系統越來越成為機械制造業的主流。隨著我國后經濟危機時代產業結構調整與升級大潮的來臨，企業產品、設備正在經歷一個更新換代的頻繁時期，因此對高技能的機電一體化人才和高技術含量的機電產品需求越來越大。高職機電一體化技術專業是為生產第一線的高級技能型崗位培養人才，但是目前我國高職院校培養的機電一體化專業的學生與社會、市場的需要還有不小的距離，因此，機電一體化技術教學改革勢在必行。

有關研究報告顯示“機電一體化”一詞最早是日本提出的，在上世紀80年代初，日本名古屋大學最早設置了“機電一體化”專業。我國是從20世紀80年代初才開始在這方面研究和應用。國務院成立了機電一體化領導小組并將該技術列入“863計劃”中。機電一體化專業是精密機械——電子技術(含電力電子)——計算機技術等多門學科交叉融合的產物，屬高新技術，也是當前發展最快的技術之一，它是先進制造技術的主要組成部分。它的發展推動了當前制造技術的迅速更新換代，是產品向高、精、快迅速邁進，使勞動生產率迅速提高。由于我國逐漸成為世界制造業基地加上傳統企業面臨大規模的技術改造與設備更新，國內急需大量先進制造技術專業人才。而“十二五”時期貴州將重點實施工業強省戰略，因此我校機電一體化專業的畢業生可以立足貴州，放眼全國，就業前景很好，而且往屆畢業生普遍反應待遇較好。畢業生主要在各行政、企業、事業單位從事機械、電氣工程、常用電器的維修、安裝與調試以及技術管理等工作。市場調研發現機電一體化專業是一個寬口徑專業，適應范圍很廣。我校該專業學生在校期間除學習各種機械、電工電子、計算機技術、控制技術、檢測傳感等理論知識外，還將參加各種技能培訓和國家職業資格證書考試，如維修電工，PLC程序設計師，CAD制圖員等國家級職業技能鑒定考試，學生必須考取相應的技能證書后才能取得畢業證，充分體現重視技能培養的特點。歷屆學生畢業后主要面向珠江三角洲各企業、公司，從事加工制造業，家電生產和售后服務，數控加工機床設備使用維護，物業自動化管理系統，機電產品設計、生產、改造、技術支持，以及機電設備的安裝、調試、維護、銷售、經營管理等等。

一、機電一體化的就業方向

1、機電一體化專業

1.1從事機電一體化液體灌裝生產線及商品包裝自動化機械運行、維護、管理、技術改造等工作的機電一體化高等技術應用性專門人才。可在大型啤酒、飲料、食品及商品包裝生產企業從事現代化自動機與生產線的維護和管理工作，也可在相關的自動機與生產線的生產廠家或設計部門、營銷單位從事技術工作。

1.2 機電一體化專業（計算機輔助設計與制造方向）

從事機電產品的計算機輔助設計（CAD）與計算機輔助制造（CAM），并熟練使用和維修數控加工設備的機電一體化高等技術應用性專門人才。

可在模具設計及制造、機械加工、塑料、五金、電子產品、計算機生產等企業從事數控機床的加工工藝設計編程，數控機床的調試、維護及加工操作，從事生產和技術管理工作，也可以從事國內外數控設備的營銷工作。

1.3 機電一體化專業(模具CAD/CAM方向）

從事利用計算機技術和數控加工技術對模具進行設計和制造等工作的機電一體化高等技術應用性專門人才。

可在模具、機械、五金、塑料、家電等生產企業從事模具計算機輔助設計與制造等方面的技術工作，也可在企事業單位從事與本專業有關的經營、管理工作。

1.4 機電一體化專業（機電CAD技術方向）

在機電一體化產品、設備的設計、制造、維修、管理、技術改造與服務過程中專門從事用電腦繪圖設計、信息處理和資料管理的高等技術應用性專門人才?？稍跈C械設計、制造與裝備行業、模具制造業，輕工、家用電器、電子制造業從事設計、制造、技術改造、產品營銷、設備管理與維護等工作。

二、目前課程設置存在的誤區

1、重“機”輕“電” 由于目前不少學校的機械電子工程專業是由機械院系主辦，因傳統學科專業認識的偏向性，使很多學校制定的教學計劃也是以機械學為主，占用了多半的教學時間，由此造成微電子及相關課程安排的不足，形成了一種重機械而輕電子的現象。這顯然與機械電子工程專業的內涵不相符，也是對機電一體化技術發展總趨勢認識不足的一種表現。

2、重“電”輕“機” 也有一些學校的機械電子工程專業是由電信院系主辦，開設計算機應用、電子線路設計等純“電”課程相對較多。這多半是因為電子產品的設計和制造具有封閉性的特點，可以獨立完成一個小型電子產品的設計、元器件的采購和裝配調試全過程，時間短、見效快。電子學、計算機方面知識可以在學校里得到充分鍛煉，學生容易較快成材，成效立竿見影。機械產品的設計和制造則需要多人配合，過程長，機械設計和制造方面知識的掌握特別強調實踐環節，需要實際鍛煉，在這些方面存在不足。

2.1明確本專業的特點，選準重點方向。本專業的重點學習知識應該是在控制及與控制相關的學科方面。

2.2明確認識本專業學生的畢業就業方向?，F在許多由機械院系主導的機械電子工程專業，是以數控技術為主要培養和發展方向的，這順應了社會發展的一種需要，但體現的是把機電一體化技術狹義化。作為機械電子工程專業的學生，由于必學知識的多樣性，使其不可能在機械加工方面有很深的造詣，特別是要對機電一體化產品有全面的了解與掌握，必須學習大量非機械類的課程。那么，機電一體化培養的學生的就業流向如何呢? 由實際就業趨勢可以得出：他們主要是在機械行業和其他與機械相關的行業內面對機電產品設計和制造，機電一體化設備（系統）調試、檢測和維護，生產管理和經營銷售等方面的工作。

2.3正確把握學生所學的專業課程的深度和廣度。以鹽城工學院為例，該學院機械電子工程專業除了學習必要的文化知識外，應以安排專業基礎學科為主。按教育部對普通本科院校學生教學時數指導意見的要求，結合本專業的實際情況，主要安排3個學科領域的教學實踐活動，這主要包括機械學、電工電子學、計算機應用等學科。

總之，培養機電一體化人才應抓住“以機為主、以電為用、機電結合”的方向，從應用的角度講授電工電子知識，強調機械、電子、計算機和自動控制相結合，提高學生從系統工程的角度，綜合解決機械行業及其相關行業中機電一體化問題的能力

三、機電一體化課程體系的實施

目前，廣州市工貿技師學院機電一體化專業的四年制預備技師班、三年制高級技工班均采用工學結合的一體化課程體系實施教學，其教學效果得到廣大師生的一致認可。主要體現在以下四點：（1）新課程不僅讓學生掌握知識和技能，而且注重培養學生的信息處理能力、與人合作能力等關鍵能力，有利于學生持久的職業生涯發展；（2）新教學模式基本扭轉了學生被動聽課的習慣，使學生轉變成為探究知識的主體，可以提高學習主動性，增加學習興趣；（3）學生的創造能力、工作能力、應變能力都能通過課堂學習得到鍛煉，對培養學生的成就感、承受挫折能力等有較大幫助；（4）學校的學習工作站比較類似企業的實際工作環境，能夠滿足學習需求。

通過一個周期的實施，總結出課程實施要重點從教學組織模式、師資團隊建設及學習工作環境建設三方面考慮，才能保證課程構建和實施均能取得成功。教學組織模式課程實施應該以學生為中心，即學習的主體是學生，學生學習的目的就是勝任工作、適應社會和職業發展，因此必須將學習作為工作過程（即教學過程）的中心，以學生自主理解和完成工作任務作為教學的基本手段，并指導學生將理解和完成具體工作任務的能力轉化成為適應變化的策略。學校的一切資源，包括教師資源都是學生實現這一完整過程的基礎，都應服務于學生的學習過程（即工作過程）。按照完成一項工作的基本思路，課程實施應具有完整的工作過程：獲取信息——制定計劃——做出決策——實施計劃——檢查控制——評價反饋。

師資團隊建設由于工學結合的一體化課程強調學生自主完成若干完整的學習任務，學習任務由工作任務轉化而來，在課程實施過程中，教師僅僅起到引導和服務的作用，因此，對教師的工作實踐經驗，對工作的認識和理解均提出了較高要求。目前，職業教育界的教師多來自大專院校，缺乏企業實際工作經驗的占大多數，勢必對工學結合的一體化課程實施帶來影響，所以，學校在考慮推一體化課程實施的同時，要在學校與企業之間建立一個長期合作的師資培養通道，讓教師適應并逐漸勝任新課程的實施。

學習工作環境建設一體化課程實施需要與學習任務相匹配的教學媒體和設施設備，創設盡量真實的學習工作環境，讓學生有機會完成與典型工作任務內容相一致的學習任務，因此，學習工作環境的建設并不僅僅是為了技能的重復操作訓練而購置大量的設備，要從完成一項工作任務所需的綜合性資源建設的角度出發，從促進學生自主學習的學習資源建設的角度出發，規劃設計學習工作環境，也叫學習工作站。機電一體化專業的學習工作環境建設中，每一學習工作站均劃

分信息檢索區、學習區、實訓區、工具區、學業成果展示區等五大區域，方便學生自主檢索學習工作過程所需的資源，養成遵循企業工作規范和作業流程的習慣，并能夠在這個環境中實現學生之間的互動交流，互相學習。

當前高職機電一體化教育存在的問題

3.1 課程設置不合理

當前高職院校課程設置不合理主要表現在兩個方面：首先，重理論輕實踐。很多學校的課程設置和教學內容將重點放在追求知識和理論的體系的完整上，這對學生系統地掌握理論知識，開發設計產品是有利的。但是，也存在嚴重不足，學生畢業后大多被分配在生產一線，所從事的工作是操作設備、設定工藝、查找并排除故障，而不是研究、開發、設計等，在學校學的理論知識很多用不上，而實際工作所必需的實踐能力又不具備。其次，教學內容落后。由于機電一體化是多種技術交叉融合的產物，相關技術的發展都在推動著機電一體化的發展。因此，其發展是日新月異的，這就必然導致課程設置與教學內容與其發展不相適應。例如，當前很多高職院校的單片機課程的教學內容是仍以MCS-51單片機為主，而實際生產中新的單片機層出不窮，種類繁多。

3.2 教學模式單一，實踐教學比例較低

傳統的教學模式，往往只注重理論教學和課堂說教，輕視了實踐能力和職業素養的培養。很多學校的課程設置和教學內容將重點放在追求知識和理論的體系的完整上，這對學生系統地掌握理論知識，開發設計產品是有利的。但是，這種教學模式也存在嚴重不足之處，學生畢業后大多被分配在生產一線，所從事的工作是操作設備、設定工藝、查找并排除故障，而不是研究、開發、設計等，在學校學的理論知識很多用不上，而實際工作所必需的實踐能力又不具備。

3.3 教材建設落后

高等職業的教材建設仍是當前高職教育的薄弱環節并嚴重影響了高職教學質量。現在機電一體化的一些教材過于偏重理論、脫離實際、缺乏實用性、部分教材內容陳舊、嚴重落后于現實，各科教材之間存在銜接性差、內容重復或內容脫節等現象。這些問題給教學帶來了很多不便，也在一定程度上影響了學生的學習積極性，制約了教學質量的保證和提高。

3.4 教學、實習設施不夠先進

目前很多學校的教學、實習設備缺乏且嚴重落后。只有少數條件較好的高職院校配備有為數不多的數控車床、銑床、線切割機床、電火花成型機，很多學校的學生一學期只有三四次操作設備的機會，并且這些設備又比較落后，學生難以學到真正有用的技能。

3.5 優秀教師隊伍缺乏

教師是教學質量的關鍵和第一保證，但是當前的機電一體化教學的教師隊伍并不能達到教學的需要。一些老教師知識結構陳舊且更新緩慢，還有一些年輕教師也是剛從學校畢業，缺乏足夠的實踐經驗，都不能很好的教授學生以適應社會工作需要的知識和實踐技能

第三篇：機電一體化畢業論文

機 電 一 體 化 的 發 展 和 應 用

長春工業大學機電一體化2009級

阿拉騰那木日

內容摘要 ；現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透,引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域,由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化,使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化,使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

迄今為止，世界各國都在大力推廣機電一體化技術。在人們生活的各個領域已得到廣泛的應用，并以蓬勃的生機向前發展，不僅深刻地影響著全球的科技、經濟、社會和軍事的發展，而且也深刻影響著機電一體化的發展趨勢。

關鍵詞：歷史、應用、發展趨勢

一、機電一體化技術發展歷程

自電子技術一問世,電子技術與機械技術的結合就開始了,只是出現了半導體集成電路,尤其是出現了以微處理器為代表的大規模集成電路以后,“機電一體化”技術之后有了明顯進展,引起了人們的廣泛注意.“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業注冊時最先創用的。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品所采用，典型的機電一體化產品如數控機床、工業機器人和汽車的電子控制系統等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統后，使機械-電子系統在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。

從系統科學的觀點來看，機電一體化產品又可稱之為機電一體化系統，它是集機械元件和電子元件于一體的復合系統。

信息技術驅使機械系統在不同程度上利用數據庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數據

庫驅動系統。這樣，對機電一體化的系統設計方法的探索、成型和系統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那樣遙控和虛擬現實多媒

體等技術緊密聯系的計算機控制的網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行器技術的發展，和半導體技術以光

刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的結合，開創了以精密工程和系統集成為

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的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發展而日益發展，穩步進入

了21世紀

1.光機電一體化.一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機

械結構等部件組成的.因此,引進光學技術,實現光學技術的先天優點是能有效地改進機電一

體化系統的傳感系統、能源(動力)系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產品發展的重

要趨勢。

2.自律分配系統化——柔性化.未來的機電一體化產品,控制和執行系統有足夠的“冗

余度”，有較強的“柔性”，能較好地應付突發事件，被設計成“自律分配系統”。在自律

分配系統中，各個子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務，同時具有本身的“自律

性”，可根據不同的環境條件作出不同反應。其特點是子系統可產生本身的信息并附加所給

信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統的適應能力

(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個系統。

3.全息系統化——智能化。今后的機電一體化產品“全息”特征越來越明顯，智能化水

平越來越高。這主要收益于模糊技術、信息技術(尤其是軟件及芯片技術)的發展。除此之外，其系統的層次結構，也變簡單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗余度的雙向聯系。

4.“生物一軟件”化—仿生物系統化。今后的機電一體化裝置對信息的依賴性很大，并

且往往在結構上是處于“靜態”時不穩定，但在動態(工作)時卻是穩定的。這有點類似于活的生物：當控制系統(大腦)停止工作時，生物便“死亡”，而當控制系統(大腦)工作時，生

物就很有活力。仿生學研究領域中已發現的一些生物體優良的機構可為機電一體化產品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研究。這一研究領域稱為“生物——軟件”或“生物——系統”，而生物的特點是硬件(肌體)——軟件(大腦)一體，不可分割。看來，機電一體化產品雖然有向生物系統化發展趨，但有一段漫長的道路要走。

5.微型機電化——微型化。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。當將這一成果用于實際產品時，就沒有必要區分機械部分和控制器了。屆時機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、CPU等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。這種微型機械學是機電一體化的重要發展方向。

二、機電一體化技術的主要應用領域

1、數控機床

數控機床及相應的數控技術經過40年的發展,在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現在:

總線式、模塊化、緊湊型的結構,即采用多C PU、多主總線的體系結構。

開放性設計,即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準,能最大限度地提高用戶的使用效益。

能實現多過程、多通道控制,即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力,并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。系統的多級網絡功能,加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。

以單板、單片機作為控制機,加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。

2、計算機集成制造系統(CIMS)

C IM S的實現不是現有各分散系統的簡單組合,而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線,以制造為基干來控制“物流”和“信息流”,實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化,各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。

3、柔性制造系統(FMS)

柔性制造系統是計算機化的制造系統,主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求,生產其能力范圍內的任何工件,特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。

4、工業機器人

第1代機器人亦稱示教再現機器人,它們只能根據示教進行重復運動,對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性;第2代機器人帶有各種先進的傳感元件,能獲取作業環境和操作對象的簡單信息,通過計算機處理、分析,做出一定的判斷,對動作進行反饋控制,表現出低級智能,已開始走向實用化;第3代機器人即智能機器人,具有多種感知功能,可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策,在作業環境中獨立行動,與第5代計算機關系密切。三機電一體化技術的發展前景

縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向,機電一體化將朝著以下幾個方向發展。

1、智能化

智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一,也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年,處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件,有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能,具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。

2、系統化

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態,進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強,一般除R S232等常用通信方式外,實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系,如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體,使其向著生物系統化方向發展。

3、微型化

微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術,是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm 3,并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點,可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作,故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域,都有廣闊的應用前景。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。

4、模塊化

模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢,是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多,研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事,它需要制訂一系列標準,以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品,同時也可以不斷擴大生產規模。

5、網絡化

網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響,使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多,面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及,基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾,而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。

6、綠色化

工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少,生態環境受到嚴重污染,于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢,其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中,對生態環境無危害或危害極小,資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境,報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。

五、我國發展“機電一體化”面臨的形勢和任務

機電一體化工作主要包括兩個層次：一是用微電子技術改造傳統產業，其目的是節能、節材，提高工效，提高產品質量，把傳統工業的技術進步提高一步；二是開發自動化、數字化、智能化機電產品，促進產品的更新換代。

四、我國“機電一體化”面臨的形勢及任務與其相應對策

一、形勢：我國用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣，有難度

我國用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。

我國用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在我國工業系統中，能耗、耗水大戶，對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重。近年來我國的工業結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業的“故土難離”“死守故業”問題，但不可否認也有優化不出理想的產業，優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前，這就是發展機電一體化，開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統的機械工業注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。

另外，從市場需求的角度看，由于我國研制、開發機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發展。二，任務

我國在機電一體化方面的任務可以概括為兩句話：一句話是廣泛深入地用機電一體化技術改造傳統產業；另一句話是大張旗鼓地開發機電一體化產品，促進機電產品的更新換代。總的目的是促進機電一體產業的形成、為我國產業結構和產品結構調整作貢獻。

總之，機電一體化技術既是振興傳統機電工業的新鮮血液和源動力，又是開啟我國機電行業產品結構、產業結構調整大門的鑰匙。

三，對策

1、加強統籌安排，協調發展計劃

目前，我國從事“機電一體化”研究開發及生產的單位很多。各自都有一套自己的發展策略。各單位的計劃由于受各自立足點、著眼點的限制，難免只考慮局部利益，各主管部門的有關計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問題，同時缺少綜觀全局的有權威性的發展計劃和戰略規劃。因此，建議各主管部門責成有關單位在進行深入調查研究、科學分析的基礎上，制定出統管全局的“機電一體化”研究、開發、生產計劃和規劃，避免開發上重復，生產上撞車!

2、強化行業管理，發揮“協會”作用

目前，我國“機電一體化”較熱，而按目前的行業劃分方法和管理體制，“政出多門”是難哆的。因此，我國有必要明確一個“機電一體化”行業的統管機構，根據目前國家政治體制改革和經濟體制改革的精神，以及機電一體化行業特點，我們建議，盡快加強北京機電一體化協會的建設，賦予其行業管理職能?！皡f會”要進一步擴大領導機構——理事會的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書處的建設；要通過其精明干練的辦事機構、經濟實體，組織“行業”發展計劃、戰略規劃的擬制；指導行業布點布局的調整，進行發展突破口的選擇，抓好重點工程的試點和有關項目的發標、招標工作??

3、優化發展環境、增大支持力度

優化發展環境指通過宣傳群眾，造成一種社會上下、企業內外都重視、支持“機電一體化”發展的氛圍，如盡快為外商到我國投資發展“機電一體化”產業提供方便；盡可能為興辦開發、生產機電一體化產品的高新技術企業開綠燈；盡力為開發、生產機電一體化產品調配好

資源要素等。

增大支持力度，在技術政策上，要嚴格限制耗材高的傳統產品的發展，對未采用機電一體化技術落后產品限制強制淘汰；大力提倡用機電一體化技術對傳統產業進行改造，對有關機電一體化技術對傳統產業乾地改造，對有關技術開發、應用項目優先立項、優先支持，對在技術開發、應用中做出貢獻的單位領導、科技人員進行表彰獎勵等。

4、突出發展重點，兼顧“兩個層次”

機電一體化產業復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在抓機電一體化產業發展時不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍，有所為，有所不為。要注意抓兩個層次上的工作。第一個層次是“面上”的工作，即用電子信息技術對傳統產業進行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使“機械”和“電子”技術在淺層次上結合。第二個層次是“提高”工作，即在新產品設計之初，就把“機械”與“電子”統一起來進行考慮，使“機械”與“電子”密不可分，深度結合，生產出來的新產品起碼正做到機電一體化。

參考文獻

1.機電一體化技術，李建永，北京：科學出版社，2004

2.機電控制，李運華，北京：北京航空航天大學出版社，2003

3.微光機電系統國內外研究進展，光機電信息，梁進秋，2000，4.宋云奪編譯，光機電一體化業的未來，光機電信息，2003

第四篇：機電一體化畢業論文

畢業設計（論文）

學 號：

鄭州華信學院畢業論文

論文題目：淺談機電一體化技術及應用研究

姓名：常魯豫

班級：機電五班

學號：09020541

專業：機電一體化

指導教師：王麗娟老師

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：機電一體化畢業論文

電氣工程系畢業論文

論文題目： 淺談機電一體化技術及應用研究

畢 業 生 姓 名： XXX

指導教師、職稱：XXX助教

學

號：

專

業

名

稱：機電一體化

畢業設計（論文）

摘要

機電一體化是現代科學技術發展的必然結果,本文簡述了機電一體化技術的基本概要和發展背景。綜述了國內外機電一體化技術的現狀，分析了機電一體化技術的發展趨勢。作為機電系的一名學生，將來工作學習都會以機電為主，所以必須掌握好各種機電的專業知識。我會本著認真的態度對待專業課的學習，提高自己的專業素養.接下來我將介紹一下我對電動機的認識。關鍵詞：機電一體化，技術，應用。I

畢業設計（論文）

目錄

摘要.........................................................................................................................................目錄…………………………………………………………………………………………..引言..............................................................................................................................................................第一章機電一體化概要.........................................................................................................第二章機電一體化技術發展.................................................................................................1數字化..............................................................................................................................................2智能化..............................................................................................................................................3模塊化..............................................................................................................................................4網絡化..............................................................................................................................................5人性化..............................................................................................................................................6微型化..............................................................................................................................................7集成化..............................................................................................................................................8帶源化..............................................................................................................................................第三章機電一體化技術在鋼鐵企業中應用.................................................................................................1智能化控制技術(IC).......................................................................................................................2分布式控制系統(DCS)....................................................................................................................3開放式控制系統(OCS)....................................................................................................................4計算機集成制造系統(CIMS)..........................................................................................................5現場總線技術(ＦBT).......................................................................................................................第四章

機電一體化技術在鋼鐵企業中應用.......................................................................結束語.....................................................................................................................................致謝.........................................................................................................................................參考文獻.................................................................................................................................I

畢 業 設 計（論文）

引言

現代科學技術的不斷發展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

第一章 機電一體化概要

機電一體化是指在機構得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。機電一體化發展至今也已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術的不但發展，還將被賦予新的內容。但其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運用機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子技術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。

畢 業 設 計（論文）

第二章 機電一體化技術發展

“機電一體化”這個詞是日本安川電機公司在上世紀60年代末作商業注冊時最先創用的。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品所采用，典型的機電一體化產品如數控機床、工業機器人和汽車的電子控制系統等。微機作為關鍵技術引入了飛行器系統后，使機械—電子系統在高度控制、排氣控制、振動控制和保險氣袋等方面獲得廣泛應用。

信息技術驅使機械系統在不同程度上利用數據庫，連洗衣機和其他消費品也用上了數據庫驅動系統。這樣，對機電一體化的系統設計方法的探索、成型和系統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那樣遙控和虛擬現實多媒體等技術緊密聯系的計算機控制的網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行器技術的發展，和半導體技術以光刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的結合，開創了以精密工程和系統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的一個組成部分。之后，機電一體化隨著自動化技術的發展而日益發展，穩步進入了21世紀。機電一體化是機械、微電子、控制、計算機、信息處理等多學科的交叉融合，其發展和進步有賴于相關技術的進步與發展，其主要發展方向有數字化、智能化、模塊化、網絡化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化

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1.數字化

微控制器及其發展奠定了機電產品數字化的基礎，如不斷發展的數控機床和機器人；而計算機網絡的迅速崛起，為數字化設計與制造鋪平了道路，如虛擬設計、計算機集成制造等。數字化要求機電一體化產品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護性、自診斷能力以及友好人機界面。數字化的實現將便于遠程操作、診斷和修復。

2.智能化

智能化是21世紀機電一體化技術發展的一個重要發展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。誠然，使機電一體化產品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產品賦有低級智能或人的部分智能，則是完全可能而又必要的。

3.模塊化

模塊化是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、環境接口的機電一體化產品單元是一項十分復雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調速、電機于一體的動力單元，具有視覺、圖像處理、識別和測距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機械裝置。這樣，可利用標準單元迅速開發出新產品，同時也可以擴大生產規模。這需要制定各項標準，以便各部件、單元的匹配和接口。由于利益沖突，近期很難制定國際或國內這方面的標準，但可以通過組建一些大企業逐漸形成。顯然，從電氣產品的標準化、系列化帶來的好處可以肯定，無論是對生產標準機電一體化單元的企業還是對生產機電一體化產品的企業，規?；瘜⒔o機電一體化企業帶來美好的前程。

4.網絡化

20世紀 90年代，計算機技術等的突出成就是網絡技術。網絡技術的興起4

畢 業 設 計（論文）

和飛速發展給科學技術、工業生產、政治、軍事、教育義舉人么日常生活都帶來了巨大的變革。各種網絡將全球經濟、生產連成一片，企業間的競爭也將全球化。機電一體化新產品一旦研制出來，只要其功能獨到，質量可靠，很快就會暢銷全球。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品?，F場總線和局域網技術是家用電器網絡化已成大勢，利用家庭網絡(home net)將各種家用電器連接成以計算機為中心的計算機集成家電系統(computer integrated appliance system, CIAS)，使人們在家里分享各種高技術帶來的便利與快樂。因此，機電一體化產品無疑朝著網絡化方向發展。

5.人性化

機電一體化產品的最終使用對象是人，如何給機電一體化產品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機電一體化產品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環境相協調，使用這些產品，對人來說還是一種藝術享受，如家用機器人的最高境界就是人機一體化。

6.微型化

微型化是精細加工技術發展的必然，也是提高效率的需要。微機電系統(Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱MEMS)是指可批量制作的，集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統。自1986年美國斯坦福大學研制出第一個醫用微探針，1988年美國加州大學Berkeley分校研制出第一個微電機以來，國內外在MEMS工藝、材料以及微觀機理研究方面取得了很大進展，開發出各種MEMS器件和系統，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計、微觸覺傳感器），各種微構件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機器人等）。

7.集成化

集成化既包含各種技術的相互滲透、相互融合和各種產品不同結構的優化與復合，又包含在生產過程中同時處理加工、裝配、檢測、管理等多種工序。為了實現多品種、小批量生產的自動化與高效率，應使系統具有更廣泛的柔性。首5

畢 業 設 計（論文）

先可將系統分解為若干層次，使系統功能分散，并使各部分協調而又安全地運轉，然后再通過軟、硬件將各個層次有機地聯系起來，使其性能最優、功能最強。

8.帶源化

是指機電一體化產品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對于運動的機電一體化產品，自帶動力源具有獨特的好處。帶源化是機電一體化產品的發展方向之一。

第三章典型機電一體化產品的發展趨勢

1數控機床

目前我國是全世界機床擁有量最多的國家（近320萬臺），但數控機床只占約5％且大多數是普通數控（發達國家數控機床占10％）。近些年來數控機床為適應加工技術的發展，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。車床主軸轉速有3000～4000r/min提高到8000～10000r/min；銑床和加工中心主軸轉速由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，主軸上大量采用內裝式主軸電機。（2）高精度化

數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）的數控系統和機床已問世。

數控中兩軸以上插補技術大大提高，納米級插補使兩軸聯動出的圓弧都可以達到1u的圓度，插補前多程序預讀，大大提高了插補質量，并可進行自動拐角6

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處理等。

（3）復合加工，新結構機床大量出現

如5軸5面體復合加工機床，5軸5聯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，串并聯絞鏈機床等，采用特殊機械結構，數控的特殊運算方式，特殊編程要求。

（4）使用各種高效特殊功能的刀具使數控機床“如虎添翼

如內冷轉頭由于使高壓冷卻液直接冷卻轉頭切削刃和排除切屑，在轉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）數控機床的開放性和聯網管理

數控機床的開放性和聯網管理已是使用數控機床的基本要求，它不僅是提高數控機床開動率、生產率的必要手段，而且是企業合理化、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控機床基礎上發展起來，這必然成為21世紀制造業發展的一個主要潮流。

2.自動機與自動生產線

在國民經濟生產和生活中廣泛使用的各種自動機械、自動生產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。如：2000～80000瓶/h的啤酒自動生產線；18000～120000瓶/h的易拉罐灌裝生產線；各種高速香煙生產線；各種印刷包裝生產線；郵政信函自動分撿處理生產線；易拉罐自動生產線；FEBOPP型三層共擠雙向拉伸聚丙烯薄膜生產線等等，這些自動機或生產線中廣泛應用了現代電子技術與傳感技術。如可編程序控制器，變頻調速器，人機界面控制裝置與光電控制系統等。我國的自動機與生產線產品的水平，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線的企業越來越多，對維護和管理這些設備的相關人員的需求也越來越多。

3.機電一體化技術的發展趨勢

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的數字化、網絡化、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、經濟、社會和軍事的發展，而且也深刻影響著機電一體化的發展趨勢。專家預測，機電7

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一體化技術將向以下幾個方向發展：（1）光機電一體化方向

一般機電一體化系統是由傳感系統、能源（下轉第80頁）（上接第81頁）（動力）系統、信息處理系統、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的傳感系統、能源系統和信息處理系統。

第四章 機電一體化技術在鋼鐵企業中應用

在鋼鐵企業中，機電一體化系統是以微處理機為核心，把微機、工控機、數據通訊、顯示裝置、儀表等技術有機的結合起來，采用組裝合并方式，為實現工程大系統的綜合一體化創造有力條件，增強系統控制精度、質量和可靠性。機電一體化技術在鋼鐵企業中主要應用于以下幾個方面：

1.智能化控制技術(IC)

由于鋼鐵工業具有大型化、高速化和連續化的特點，傳統的控制技術遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術。智能控制技術主要包括專家系統、模糊控制和神經網絡等，智能控制技術廣泛應用于鋼鐵企業的產品設計、生產、控制、設備與產品質量診斷等各個方面，如高爐控制系統、電爐和連鑄車間、軋鋼系統、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調度系統、冷連軋等。

2.分布式控制系統(DCS)分布式控制系統采用一臺中央計算機指揮若干臺面向控制的現場測控計算機和智能控制單元。分布式控制系統可以是兩級的、三級的或更多級的。利用計算機對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制。隨著測控技術的發展，分布式控制系統的功能越來越多。不僅可以實現生產過程控制，而且還可以實現在線最優化、生產過程實時調度、生產計劃統計管理功能，成為一種測、控、管一體化的綜合系統。ＤCS具有特點控制功能多樣化、操作簡便、系統可以擴展、維護方便、可靠性高等特點。ＤCS是監視集中控制分散，故障影響面小，而且系統具有連鎖保護功能，采用了系統故障人工手動控制操作措施，使系統可靠性高。分布式控制系統與集中型控制系統相比，其功能更強，具有更高的安全性，8

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是當前大型機電一體化系統的主要潮流。

3.開放式控制系統(OCS)

開放控制系統(Open Control System)是目前計算機技術發展所引出的新的結構體系概念?！伴_放”意味著對一種標準的信息交換規程的共識和支持，按此標準設計的系統，可以實現不同廠家產品的兼容和互換，且資源共享。開放控制系統通過工業通信網絡使各種控制設備、管理計算機互聯，實現控制與經營、管理、決策的集成，通過現場總線使現場儀表與控制室的控制設備互聯，實現測量與控制一體化。

4.計算機集成制造系統(CIMS)鋼鐵企業的CIMS是將人與生產經營、生產管理以及過程控制連成一體，用以實現從原料進廠，生產加工到產品發貨的整個生產過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業已基本實現了過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產過程的統一管理，難以適應現代鋼鐵生產的要求。未來鋼鐵企業競爭的焦點是多品種、小批量生產，質優價廉，及時交貨。為了提高生產率、節能降耗、減少人員及現有庫存，加速資金周轉，實現生產、經營、管理整體優化，關鍵就是加強管理，獲取必須的經濟效益，提高了企業的競爭力。美國、日本等一些大型鋼鐵企業在20世紀80年代已廣泛實現CIMS化。

5.現場總線技術(FBT)

現場總線技術是對自動化領域的一場變革。由于現場總線簡單、可靠、經濟實用，已成為當今自動化領域發展的熱點之—。目前，新建的連鑄機已經開始使用現場總線技術。現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡?，F場總線的含義主要體現在以下幾個方面：

(1)現場通信網絡

傳統的分散型控制系統(DCS)通信網絡截止于控制站或輸入輸出單元，現場儀表仍然是一對一模擬信號傳輸?，F場總線是用于過程自動化和制造自動化的現場設備或現場儀表互聯的現場通信網絡，把通信線一直延伸到生產現場或生產設備。

(2)互操作性

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互操作性的含義是來自不同制造廠的現場設備，不僅可以相互通信，而且可以統一組態，構成所需的控制回路，共同實現控制策略。

(3)分散功能塊

現場總線控制系統(FCS)廢棄了分散型控制系統(DCS)的輸入／輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散給現場儀表，從而構成虛擬控制站。例如流量變送器不僅具有流量信號變換、補償和累加輸入功能塊，而且有PID控制和運算功能塊。

結束語

綜上所述, 經過20多年的發展，機電一體化技術已經成為當今世界最熱門、最重要的技術發展方向之一，并影響到幾乎全部的工業行業。我國從80年代初對機電一體化技術和產品開始予以重視，先后在國家科技攻關計劃、863高科技計劃和國家自然科學基金中列專項對機電一體技術加以研究，并取得了一系列重大科技成果。1990年，國家將用電子技術改造傳統產業列為“八五”及本世紀后十年發展全民經濟的重要戰略技術措施，機電一體化技術的推廣應用已取得相當進展。

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致謝

三年時光，匆匆，太匆匆。一切恍如昨日歷歷在目，轉眼間，各走天涯。回首3年的點點滴滴生活，感慨萬分，萬千思緒在心頭。說不出，道不盡，心中多少歡樂與憂愁。我的指導老師辛鶴老師在大學三年里給了我莫大的幫助，無論是在學習上還是在生活里的過程中都教會了我許多許多。他不僅教授我專業知識，更教會了我很多為人處世的道理，在他的悉心指導下，我也慢慢地理解了更多的專業知識。在我論文的整個寫作過程中，他從論文的選題、提綱的撰寫、格式的要求、內容的修改甚至標點符號各個方面都給了詳細的意見和修改，使我能夠按時按照學院要求順利地完成整篇論文。我很慶幸在大學里遇上這樣一位好老師，感謝老師！。

學生：XXX

201 年

月

日

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