什么是光機(jī)電一體化技術(shù)以及他的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀.doc
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1、什么是光機(jī)電一體化技術(shù)及其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀專業(yè):機(jī)械制造及其自動(dòng)化姓名:王路路學(xué)號(hào):s摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,機(jī)電一體化的概念被我們廣泛地接受和普遍應(yīng)用并為之發(fā)展。從系統(tǒng)科學(xué)的觀點(diǎn)來看,機(jī)電一體化產(chǎn)品又可稱之為機(jī)電一體化系統(tǒng),它是集機(jī)械元件和電子元件于一體的復(fù)合系統(tǒng)。信息技術(shù)驅(qū)使機(jī)械系統(tǒng)在不同限度上運(yùn)用數(shù)據(jù)庫,連洗衣機(jī)和其他消費(fèi)品也用上了數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這樣,對(duì)機(jī)電一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的探索、成型和系統(tǒng)集成以及并行工程設(shè)計(jì)和控制的實(shí)行日顯重要?,F(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù),是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合,可以充足發(fā)揮這些
2、技術(shù)的各自的長處和特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化,并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)。此外,光學(xué)也進(jìn)入了機(jī)電一體化,產(chǎn)生了“光機(jī)電一體化”的新領(lǐng)域?,F(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備幾乎都是機(jī)電一體化的設(shè)備。 機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)即機(jī)械電子學(xué)系統(tǒng)重要由機(jī)械主體、傳感器、信息解決和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。較高級(jí)的系統(tǒng)不僅有硬件,并且尚有相應(yīng)的軟件,運(yùn)用軟件技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)硬件難以實(shí)現(xiàn)的功能,使機(jī)械系統(tǒng)增長柔性。典型的機(jī)械電子系統(tǒng)有數(shù)控機(jī)床、加工中心、工業(yè)機(jī)器人等。機(jī)械電子學(xué)技術(shù)除用于單個(gè)機(jī)器、設(shè)備或一般的生產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)改造之外,還用于柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等方面。關(guān)鍵字:光機(jī)電一
3、體化;機(jī)械;特點(diǎn);光學(xué);電子;應(yīng)用;發(fā)展現(xiàn)狀1、 機(jī)電一體化技術(shù)的概念: 光機(jī)電一體化技術(shù)是指將光學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、信息解決和控制及專用軟件等當(dāng)代各種新技術(shù)進(jìn)行綜合集成的一種群體技術(shù)。光機(jī)電一體化系統(tǒng)重要有五個(gè)組成部分:動(dòng)力、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器、計(jì)算機(jī)和傳感器,組成一個(gè)功能完善的柔性自動(dòng)化系統(tǒng),其中計(jì)算機(jī)、傳感器和計(jì)算機(jī)軟件是光機(jī)電一體化技術(shù)的重要組成要素。2、光機(jī)電一體化技術(shù)特點(diǎn):采用光機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)相比,可以簡化結(jié)構(gòu)、提高精度、增強(qiáng)功能、提高穩(wěn)定性和使用壽命,具體分析如下。2.1 結(jié)構(gòu)簡化,操作方便光機(jī)電一體化技術(shù)改變以往靠機(jī)械傳動(dòng)鏈連接的各個(gè)相關(guān)動(dòng)作部分,改用幾臺(tái)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)
4、,或用電力電子器件,或用電子電控裝置進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作的控制來實(shí)現(xiàn),使得機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡化,甚至使有些機(jī)械結(jié)構(gòu)“脫胎換骨”,產(chǎn)生了質(zhì)的變化。光機(jī)電一體化技術(shù)使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)拍頻繁緊張地進(jìn)行單調(diào)反復(fù)操作的工作方式,可以靈活方便地按需控制和改變生產(chǎn)操作程序。任何一臺(tái)光機(jī)電一體化裝置或系統(tǒng)各個(gè)相關(guān)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作及功能協(xié)調(diào)關(guān)系,可由預(yù)設(shè)的程序一步一步地由電子控制系統(tǒng)指揮,如數(shù)控機(jī)床、柔性加工系統(tǒng)(FMS)等。有些光機(jī)電一體化裝置,可實(shí)現(xiàn)操作全自動(dòng)化,如工業(yè)機(jī)器人、印制電路板數(shù)控高速鉆床等。有些更高級(jí)的光機(jī)電一體化系統(tǒng),還可通過被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型以及根據(jù)任何時(shí)刻外界各種參數(shù)的變化情況
5、,隨機(jī)自尋最佳工作程序、動(dòng)作限度和快慢以及協(xié)調(diào)關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化工作及最佳操作,例如微機(jī)控制的熱連軋機(jī)鋼板測(cè)厚自控系統(tǒng)、電梯群控系統(tǒng),智能機(jī)器人等。2.2 精度提高,功能增強(qiáng)光機(jī)電一體化技術(shù)由于采用了電力電子技術(shù),反饋控制水平的提高并能進(jìn)行高速解決,可通過電子自動(dòng)控制系統(tǒng)精確地按預(yù)設(shè)量使相應(yīng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作,因各種干擾因素導(dǎo)致的誤差,又可通過自控系統(tǒng)自行診斷、校正、補(bǔ)償去達(dá)成靠單純機(jī)械方式所不能實(shí)現(xiàn)的工作精度。因而光機(jī)電一體化產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?,合用面廣,易于滿足各種需要。電子技術(shù)的引入,使產(chǎn)品面貌發(fā)生巨大變化,電子裝置能按照人的意圖進(jìn)行自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)、信息采集及解決、調(diào)節(jié)、修正、補(bǔ)償、自診斷、自動(dòng)保
6、護(hù)直至自動(dòng)記錄、顯示,打印工作結(jié)果等等。2.3 可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命大大提高傳統(tǒng)的機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)部分,一般都隨著著磨損及運(yùn)動(dòng)部件配合間隙所引起的動(dòng)作誤差,而發(fā)出由于可動(dòng)摩擦、撞擊、振動(dòng)等引起的噪聲,這顯然影響裝置的壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用,可以運(yùn)用激光加工、激光檢測(cè)、激光清洗和激光成型,使裝置的可動(dòng)部件減少,磨損也大為減少。因此,裝置的壽命提高,故障率減少,從而提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。有些光機(jī)電一體化產(chǎn)品甚至做到不需維修或者具有自診斷功能。3、光機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用:光機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用重要涉及在設(shè)計(jì)中和在加工制造中的運(yùn)用。光機(jī)電一體化技術(shù)在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用也就是光
7、機(jī)電一體化設(shè)計(jì),它規(guī)定設(shè)計(jì)者不僅要熟悉光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感學(xué)、信息解決和控制等方面的知識(shí),并且要熟悉計(jì)算機(jī)的硬件接口和軟件設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。光機(jī)電一體化技術(shù)在加工制造中的運(yùn)用重要涉及各種激光加工技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)過程控制和精密檢測(cè)技術(shù)。3.1 設(shè)計(jì)中的運(yùn)用對(duì)于光機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì),需注意其從整體到局部的設(shè)計(jì)原則,應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)功能和設(shè)計(jì)規(guī)定提出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總?cè)蝿?wù),并進(jìn)行系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計(jì);然后,將總體框圖分解成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的框圖,可分解為光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械與執(zhí)行機(jī)構(gòu)、光電傳感、信號(hào)采集與解決、驅(qū)動(dòng)與控制、軟件設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)及其接口等分框圖,然后再進(jìn)一步設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)制作完畢后,先對(duì)光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)
8、構(gòu)、計(jì)算機(jī)及其接口、軟件進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試,然后再將它們裝配起來進(jìn)行光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)聯(lián)調(diào)5。3.2 制造中的運(yùn)用1)激光加工技術(shù)(1)金屬表面的激光強(qiáng)化(a)激光淬火,其特點(diǎn)是淬硬層深度可精確控制,易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控,可實(shí)行自冷淬火,只要光束能照到的部位均可進(jìn)行解決。在汽車生產(chǎn)中,如鋼套、曲軸、活塞環(huán)和齒輪等經(jīng)激光熱解決后,不必再進(jìn)行后解決,可直接送到裝配線上安裝;(b激光合金化與熔覆,是將一種或多種合金元素與基材表面快速融凝,從而使基材表層具有預(yù)定的高合金特性的技術(shù);(c)激光表面非晶化和微晶化,非晶材料以其異常的電磁、機(jī)械和化學(xué)性能日益受到普遍關(guān)注,激光非晶化是用激光作用于材料,使材料表面滿足形成非
9、晶的急冷條件。(2)激光焊接激光焊接在汽車工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝。激光用于車身面板的焊接可將不同厚度和具有不同表面涂鍍層的金屬板焊在一起,然后再進(jìn)行沖壓,這樣制成的面板結(jié)構(gòu)能達(dá)成最合理的金屬組合。采用激光焊接,可以減少搭接寬度和一些加強(qiáng)部件。激光焊接可由CNC控制,一天可連續(xù)運(yùn)營24h。激光也解決了異種金屬焊接的難題。激光焊接還可以在焊條和電子束無法到達(dá)的三維構(gòu)件內(nèi)部細(xì)微區(qū)域中實(shí)行。(3)激光切割激光切割的重要特點(diǎn)有:(a)割縫窄,節(jié)省材料,還可割盲縫;(b)切割速度快,熱影響區(qū)小,因而熱畸變限度低;(c)割縫邊沿垂直度好,切邊光滑,可直接焊接;(d)可切割各種不同性質(zhì)材料;(e)光束無慣性,可
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