机械工程与机电一体化 [机电一体化技术在机械工程上的应用及发展趋势探析]

  【摘 要】在21世纪的机械工程领域内,重点研究和飞速发展的核心课题之一就是机电一体化技术。机电一体化技术促进了机械工程的高速发展,使机械工程的应用更加全面,在根本上改变了机械工程的科学面貌,提高了机电方面产品的定位及性能和使用,让机械工程的发展变得简单、快速,适用性、可靠性更强。
  【关键词】机电一体化;机械工程;发展
  1 机电一体化的基本知识
  1.1 机电一体化概念
  机电一体化的概念,就是指在机械的功能设计和应用里,在机械结构的主功能、信息处理、功能控制等方面,将控制装置安装电子化集成和控制软件等进行有机结合形成统一的系统,系统通过引进电子技术,使装置在程序预定的操作功能下,综合运用机械技术、微电子技术以及电力电子技术,再配合系统布局的各个功能单元里配置,完成机械系统智能性控制,实现机械设备多功能、高质量、低能耗、环保和运行可靠性高的效果。机电一体化技术就是将以上的技术有机结合在一起来实现设备的机械性能综合技术应用,机电一体化技术不是简单将机械技术和微电子技术组合一下就完成的,是一个友好的复杂的系统结合技术过程。我们如果能正确的应用机电一体化技术,就能在取代原有传统机械的功能外,还会增加自动检测和处理信息、自动调节与控制、自动诊断和保护等很多新功能。传统机械与现代机械的本质区别就表现在这些功能上。
  1.2 机电一体化的特征
  机电一体化主要有四个特征:第一个特征是广而强的应用性。机电一体化技术是以机械为基础来研究机电的过程并实现机电产品性能的一系列开发的技术,这种技术是不受任何行业、机械种类的限制,渗透到各个专业系统和产品的应用、开发技术中,它的应用性因此广而且强;第二个特征就是突出的系统化。机电一体化是将各种技术协同合作和集成应用,产品和过程综合在一起形成一个完整且功能完全的系统。它主要强调的是层次化和系统化;第三个特征就是整体的最优化。整体最优化主要是指机电一体化的附加值高、效率高、性能高,材料、能源省,消耗以及污染低,充分利用机电一体化的技术,综合运用,达到整体最优化;第四个特征就是操作简单、清晰化。机电产品使用简单化对于那些不精通机电原理、技术知识的普通用户来说,操作简便的特性能让普通的用户熟练使用机电产品强大的功能。
  2 机电一体化技术在机械工程中的应用
  机电一体化技术是在1960年以后才开始在工程领域慢慢得到应用,高速发展的新技术不断促进了机械制造业的创新和变革。在机械工程领域由于计算机和微处理技术、信息处理技术方面的应用,改变了机械工程原来的面貌,并让其彻底焕然一新,不仅提高了机电产品的综合性能,而且提升科技含量,促进机械工程走上了高速发展的全新道路。
  2.1 机电一体化技术在改造机床上的应用
  数控机床对工作台和机床上的刀具的运动要求很严格,必须保证它们精确的运动路线,偏差率要控制在允许的范围内,保证被加工件的精确性。由于开环伺服系统结构简单、故障易诊断、排除、维修简单和易调整等特性,并且价格低廉,因此被广泛的使用。滚珠丝杠副具有传动效率高、摩擦损失小、运动很平稳等优点,将滚珠丝杠适当的正向拧紧一下,就可以消除螺母和丝杠的间隙;如果反向拧紧,就可以将空间的死区消除,达到精确定位。鉴于以上的优点在选用机构传动方式时总是选用滚珠丝杠副传动。随着科技发展,今天的数控机床都采用微机对数据和信息进行处理,按功能需要和技术要求选用。如果机床存在误差需要调整,要尽可能保留原来的操作系统,在改动最少的前提下对机床进行调整,降低改造成本。做到用最少的代价、最少的改动取得最好的收益。
  2.2 机电一体化技术在包装机械方面应用
  包装机械,机械部分一般多采用传统的凸轮构造、控制连杆等机构,控制系统用控制电路、控制连杆组成,结构复杂、维修困难,调试和操作非常不便。包装机械采用机电一体化技术之后,由于控制系统采用了微机、专业计算机,控制系统形成了模块化管理,使之前庞大、复杂的传统传感技术和传动技术的设备体积大大缩小,设备的零件也越来越精密,能源的消耗也大大减少,做到节能环保,在一定程度上增加了企业效益。
  2.3 机电一体化在产品开发上凸显的特点
  总体来说,机电一体化产品在开发商机上潜力无限,不仅因为其使产品功能具有有灵活多变的特性和可靠性,还能通过运用微电子技术和微处理器来特定的提升机械产品的某一特定的功能,使其真正做到物尽其用。机电一体化产品发展和应用最大的特点是让普通的机械产品实现了从半智能向智能化、自动化改革性的突破,提升了产品的价值和科技含量,将机械的经济、技术价值提升到了很高的水平。
  3 在工程领域内,机电一体化的发展趋势
  机电一体化技术和应用根据近几年国内外的统计和研究,正往以下几个方面发展。
  (1)个性化。这是所有产品必须具备的固有特性,市场化的经济决定了市场必将被个性十足的产品所充斥,在如今信息时代,机电一体化产品若想立足市场,在保证产品质量精益求精的前提下,一定会向个性化的方向发展。
  (2)智能化。机电一体化的显著特点是智能化,是与传统机械最本质的区别,是分水岭,是其他技术和产品不能与之抗衡的根本亮点。随着科技的发展,机电一体化还会大大提高它的智能化水平,使其在以后能模仿人类的智能,科学、准确生产。
  (3)高性能化。机电一体化产品的高性能化主要表现在产品运行速度、精度、效率以及稳定性和可靠性,这些性能,保证机电产品可以实行多数据、多任务、多系统的操作,并且在系统发生故障时,使用人员会根据提示在短时间内修理和调整好机器,保证机电一体化产品的高性能。相信在不久的将来,机电一体化产品的性能还会有很大的变革。
  (4)绿色化。绿色化将不仅是机电一体化产品的特色,这将会变成所有产品共同的特性。走可持续发展之路是我国发展的指导思想,今后的产品都将会在制造、使用的过程中避免污染、减少污染环境,在使用期限到期后还能回收利用。
  (5)网络化。网络的普及,使得所有产品都在向网络化发展,机电一体化的产品也不例外,在某些工程领域,特别是精密仪器和检测设备方面,已经实现联网,利用网络技术进行远程诊断和控制等,相信不久的将来,所有的机电产品能够联网,实现真正意义上的远程控制,这将使产品实现真正的机电一体化,这也是机电一体化产品最终的奋斗目标。
  (6)机电液一体化。由于液压传动的平稳性、可靠性、柔缓性、安全性和压力大且均衡的特性,必将和机电一体化技术一起引发机械工程的革命,而且在尖端科技中已得到了应用。
  4 结束语
  当今世界机械工程最终发展趋势就是实现机电液一体化,机电一体化的发展和应用必将会引起社会各方面的变革,不仅在机械工程领域,而且在农业、科技、军事上都得到广泛的应用。我国的机械工业发展起步较晚,要借鉴国外先进的技术和经验,完成我国的机械工业发展和振兴之路。
  参考文献:
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