2023年谈机电体化技术的发展趋势.doc

谈机电一体化技术的开展趋势 目 录： 机电一体化的开展历程 机电一体化技术 典型机电一体化产品及其开展趋势 我国“机电一体化〞工作面临的形势 关键词： 机电一体化 机电一体化技术 开展 前景 任务 形势 一、 机电一体化技术的开展历程 1、.数控机床的问世,写下了"机电一体化"历史的第一页; 2、.微电子技术为"机电一体化''带来勃勃生机; 3、.可编程序控制器、"电力电子"等的开展为"机电一体化"提供了坚强根底; 4、.激光技术、模糊技术、信息技术等新技术使"机电一体化"跃上新台阶 二、 机电一体化技术 随和经济的开展和科技的进步，越来越多的产品智能化、自动化、网络化，这些产品除了要用到机械驱壳，还需要用电路来控制，电的局部已经不再是简单的开关电路，而是用大规模的集成电路，单片机、传感器、可编程控制器等智能元件被用来和设备的机械局部想结合。单纯的机械活着单纯的电子已经不能适应行业开展的需要，渐渐地就出现了机电一体化这个学科。机电一体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，到目前这个学科已经逐渐成熟了。 　　机电一体化技术包含六个局部，它们分别是：第一， 机械技术。 机械技术是机电一体化的根底，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。第二， 计算机与信息技术 。其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。 第三， 系统技术 。系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的假设干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，它是实现系统各局部有机连接的保证。 第四， 自动控制技术 。其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。 第五，传感检测技术。传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统到达高水平的保证。 第六， 伺服传动技术。 包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。[1] 机电一体化系统主要由五个局部组成：机械本体、检测传感局部、电子控制单元、执行器和动力源。机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的根底，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。与纯粹的机械产品相比，机电一体化系统的技术性能得到提高、功能得到增强，这就要求机械本体在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应，具有高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观的特点；检测传感局部包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制；电子控制单元又称ECU〔Electrical Control Unit 〕，是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行；执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式；动力源是机电一体化产品能量供给局部，其作用是按照系统控制要求向机械系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能，以电能为主。 三、典型机电一体化产品及其开展趋势 机电一体化产品分系统(整机)和根底元、部件两大类。典型的机电一体化系统有：数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD／CAM系统等。典型的机电一体化元、部件有：电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。这些典型的机电一体化产品的技术现状、开展趋势、市场前景分析从略 1, 国内外数控技术开展状况 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的上升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2023年至今已接受3个月以后的订货合同，生产任务饱满。 20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的创造与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业开展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的上升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2023年至今已接受3个月以后的订货合同，生产任务饱满。 我国数控机床制造业在80年代曾有过高速开展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由方案性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50％，库存超过4个月。从1995年“九五〞以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从2023年8月份的上海数控机床展览会和2023年4月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。但也反映了以下问题： 〔1〕 低技术水平的产品竞争剧烈，互相靠压价促销； 〔2〕 高技术水平、全功能产品主要靠进口； 〔3〕 配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口； 〔4〕 应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用； 〔5〕 自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。 当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。目前我国是全世界机床拥有量最多的国家〔近300万台〕，但我们的机床数控化率仅到达1．9％左右，这与西方工业国家一般能到达20％的差距太大。日本不到80万台的机床却有近10倍于我国的制造能力。数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是开展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。每年我们国产全功能数控机床3000～4000台，日本1年产5万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口7000～9000台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。因此，国家计委、经贸委从“八五〞、“九五〞就提出数控化改造的方针，在“九五〞期间，我协会也曾做过调研。当时提出数控化改造的设备可达8～10万台，需投入80～100亿资金，但得到的经济效益将是投入的5～10倍以上。因此，这两年来承当数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司参加。“十五〞刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入6．8亿元，用于对1．2～1．8万台机床的数控化改造。 数控技术经过50年的2个阶段和6代的开展： 第1阶段：硬件数控〔NC〕 第1代：1952年的电子管 第2代：1959年晶体管别离元件 第3代：1965年的小规模集成电路 第2阶段：软件数控〔CNC〕 第4代：1970年的小型计算机 第5代：1974年的微处理器 第6代：1990年基于个人PC机〔PC－BASEO〕 第6代的系统优点主要有： 〔1〕 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可到达5万小时以上； 〔2〕 基于PC平台，技术进步快，升级换代容易； 〔3〕 提供了开放式根底，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域〔如CAD、CAM、CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等〕； 〔4〕 对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40％左右，其次是德国的西门子公司约占15％以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲地亚，法国的NUM，日本的三菱、安川。 国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过300～400套。 近10年数控机床为适应加工技术开展，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，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由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12023r／min、24000r／min、40000r／min以上快速移动速度由过去的10～20m／min提高到48m／min、60m／min、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，其已由过去一般机床的0．5G〔重力加速度〕提高到1．5～2G，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0．008mm左右，亚微米级机床到达0．0005mm左右，纳米级机床到达0．005～0．01μm，最小分辨率为1nm〔0．000001mm〕的数控系统和机床已有产品。 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到达1μ的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，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。也派生出各新颖的机床结构，包括6轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。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〞。如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。加工钢件切削速度能达1000m／min，加工铝件能达5000m／min。 〔5〕 数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的根本要求，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、最正确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、异行工程等等各种新技术都在数控机床根底上开展起来，这必然成为21世纪制造业开展的一个主要潮流。 2, 数控技术的开展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断开展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业〔IT、汽