机电一体化论文成品1

吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 吉林大学网络教育 专专科科生生毕毕业业论论文文 设设计计 中中文文题题目目 机机电电一一体体化化 数数控控机机 床床发发展展前前景景及及其其应应用用 学学生生姓姓名名 专专业业 层层次次年年级级 学学号号 指指导导教教师师 职职称称 学学习习中中心心 江江西西农农业业大大学学 成成绩绩 2012 年年 2 月月 20 日日 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 摘摘 要要 机电一体化是现代科学技术发展的必然结果 本文简述了机电一体化技术的基本概要和发展 背景 综述了国内外机电一体化技术的现状 分析了机电一体化技术的发展趋势 作为机电 系的一名学生 将来工作学习都会以机电为主 所以必须掌握好各种机电的专业知 识 我会本着认真的态度对待专业课的学习 提高自己的专业素养 接下来我将介绍 一下我对电动机的认识 关键词关键词 机电一体化 技术 应用 ABSTRACT 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 KEYWORDSKEYWORDS Mechanical and electrical integration Technology Application 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 1 目 录 中文题目 机电一体化 数控机床发展前景及其应用 I 目 录 2 第一章 数控机床概述 3 1 1 数控机床的产生及发展 3 1 2 数控机床的组成及分类 3 1 2 1 数控机床的组成 3 1 2 2 数控机床的分类 5 1 3 数控机床的特点及应用范围 6 1 3 1 数控机床的特点 6 1 3 2 数控机床的应用范围 6 第二章 机电一体化技术在钢铁企业中应用 7 2 2 分布式控制系统 DCS 7 2 3 开放式控制系统 OCS 7 2 4 计算机集成制造系统 CIMS 8 2 5 现场总线技术 FBT 8 1 现场通信网络 8 2 分散功能块 8 3 通信线供电 9 2 6 流传动技术 9 第三章 典型机电一体化产品的发展趋势 9 3 1 数控机床 9 3 1 1 高速化 9 3 1 2 高精度化 10 3 1 3 复合加工 新结构机床大量出现 10 3 1 4 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床 如虎添翼 10 3 1 5 数控机床的开放性和联网管理 10 3 2 自动机与自动生产线 11 3 3 机电一体化技术的发展趋势 11 3 3 1 光机电一体化方向 11 3 3 2 柔性化方向 11 3 3 3 智能化方向 12 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 2 第一章 数控机床概述 1 1 数控机床的产生及发展 随着社会生产和科学技术的发展 机械产品日趋精密复杂 且需频繁改型 特别是在宇航 造船 军事等领域所需的零件 精度要求高 形状复杂 批量 小 普通机床已不能适应这些需求 为了满足上述要求 一种新型的机床 数字程序控制机床 简称数控机床 应运而生 最早进行数控机床研制的是美国人 1952 年 美国麻省理工学院成功地研 制出一套三坐标联动 利用脉冲乘法器原理的数控机床 但这台数控机床仅是 一台试验性的机床 当时用的电子元件是电子管 直到 1954 年 11 月 第一台 工业用的数控机床才生产出来 从此以后 世界上其他一些工业国家也多开始开发 生产及应用数控机床 我国数控机床的研制是从 1958 年起步的 1965 年国内开始研制晶体管数控系 统 从 70 年代开始 数控技术广泛应用于车 铣 钻 镗 磨 齿轮加工 点 加工等领域 数控加工中心在上海 北京研制成功 在这一时期 数控线切割 机床由于结构简单 使用方便 价格低廉 在模具加工中得到了推广 1985 年 我国数控机床品种有了新的发展 早期的数控机床控制系统采用电子管 体积大 功耗高 只在军事部门应 用 只有在微处理机用于数控机床后 才真正使数控机床得到了普及 目前数 控技术的主要发展趋势是 实现高速度 高可靠性 高精度 大功率 多功能 采用微处理机和微型计算机 向着增强功能 降低造价 方便使用的目标进展 积极应用计算技术 系统工程理论和控制技术的最新成果 像这综合自动化方 向变革 1 2 数控机床的组成及分类 1 2 1 数控机床的组成 数控机床的种类繁多 但从组成一台完整的数控机床上讲 它由控制介质 数控装置 伺服系统和机床本体丝大部分以及辅助设备组成 如图 1 所示 控制介质数控装备 伺服装置 机床本体 辅助装备 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 3 图图 1 11 1 数控机床组成示意图数控机床组成示意图 1 控制介质 控制介质是指零件加工信息传送到数控装置去的信息载体 控制介质有多 种形式 它随着数控装置的类型不同而不同 常用的有穿孔纸带 穿孔卡 磁 带 磁盘等 另外 随着 CAD CAM 技术的发展 有些数控设备利用 CAD CAM 软 件在其他计算机上编程 然后通过计算机与数控系统通信 将程序和数据直接 传送给数控装置 2 数控装备 数控装置是数控机床的控制中心 它由输入装置 控制装置和输出装置等 组成 如图 2 所示 划线框内位数控装置 输入装置受控制介质上的信息 经过识别与译码之后 送到控制运算器 这些信息将作为控制与运算的原始依据 控制运算器根据输入装置送来的信息进行运算 并将控制命令输送往输出 装置 输出装置将控制器发出的控制命令送到伺服系统 经功率放大 驱动机 床完成相应的动作 图图 1 21 2 数控装置组成示意图数控装置组成示意图 3 伺服系统 伺服系统 亦称随动系统 是一种能够跟踪输入的指令信号进行动作 从 而获得精确的位置 速度或力输出的自动控制系统 它是数控机床的执行机构 包括驱动和执行两大部分 伺服系统接受数控系统的指令信息 并按照指令信 息的要求带动机床移动部件运动 以加工出符合要求的零件 指令信息是以脉 冲信息体现的 每一脉冲使机床移动部件产生的位移叫脉冲当量 常用的脉冲当 量为 0 001mm 0 01mm 从自动控制理论的角度来分析 无论多么复杂的伺服系统 都是有一些功 控 制 介 质 阅 读 机 输 入 装 备 控 制 器 输 出 装 置 伺 服 机 构 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 4 能元件组成的 图 3 是由各功能元件组成的伺服系统基本结构方框图 输入 输出量 指令 图图 1 31 3 伺服系统基本结构方框图伺服系统基本结构方框图 目前数控机床的伺服系统中 常用的位移执行机构有功率步进电机 直流 伺服电动机和交流伺服电动机 后两者都带有光电编码器等位置测量元件 4 机床本体 机床本体是数控机床的主体 是用于完成各种切削加工的机械部分 它是 在原有的普通机床的基础上改进而得到的 具有以下特点 1 数控机床采用了高性能的主轴及伺服系统传动系统 机械传动结构简 化 传动链较短 2 数控机床机械结构具有较高的刚度 阻尼精度及耐磨性 热变形小 3 更多地采用高效传动部件 如滚动丝杠副 直线滚动导轨等 除了上述四个主要部分外 数控机床还有一些辅助装置和附属设备 如电 器 液压 气动系统与冷却 排屑 照明 储运等装置以及编程机 对刀块等 1 2 2 数控机床的分类 1 刀具相对于工件移动的轨迹分类 1 点位控制数控机床 点位控制机床的特点是只控制移动部件的终点位 置 即控制移动部件由一个位置到另一个位置的精确定位 而对它们运动过程 中的轨迹没有严格的要求 在移动和定位过程中不进行任何加工 2 点位直线控制数控机床 直线控制数控机床的特点是刀具相对于工件 的运动不仅要控制两点间的准确位置 距离 还要控制两点之间移动的速度和 轨迹 3 轮廓控制数控机床 轮廓控制又称连续控制 大多数数控机床具有轮 廓控制功能 其特点是能同时控制两个以上的轴 具有插补功能 4 执行机构的控制方式分类 2 按驱动装置的特点分类 1 开环控制系统 它是指不带反馈装置的控制系统 它是根据穿孔带上 比较 元件 调节 元件 执行 元件 被控 对象 测量 反馈元件 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 5 的数据指令经过控制运算发出脉冲信号输出到伺服驱动装置 使驱动伺服装置 转过相应的角度 然后经过减速齿轮和丝杠螺母机构 转换为移动部件的直线 位移 2 闭环控制系统 它是指在机床的运动部件上安装位移测量装置 将 加工中测量到的实际位置值反馈到数控装置中 与输入值的指令相比较 用比 较的差值控制移动部件 直到差值为零 即实现移动部件的精确定位 3 半闭环控制系统 它是在开环控制系统的丝杠上或进给电动机的轴 上装有角位移检测装置 通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接测移动部件的 位移 然后将数据反馈给比较器进行比较 输出比较后的差值进行控制 3 按加工方法分类 1 金属切削类数控机床 2 金属成型类数控机床 3 数控特种加工机床 4 其它类的数控机床 4 按数控机床的性能分类 1 低档数控机床 2 中档数控机床 3 高档数控机床 1 3 数控机床的特点及应用范围 1 3 1 数控机床的特点 数控机床是一个装有程序控制系统的机床 它是一种高度机电一体化的产 品 特点如下 1 适应性强 加工精度高 质量稳定 2 生产率高 3 减轻劳动强度 改善劳动条件 4 良好的经济效益 5 有利于生产管理的现代化 1 3 2 数控机床的应用范围 从最经济的方面出发 数控机床适用于加工 1 多品种小批量零件 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 6 2 结构较复杂 精度要求较高的零件 3 需要频繁改型的零件 4 价格昂贵 不容许报废的关键零件 5 需要小生产周期的急需零件 第二章 机电一体化技术在钢铁企业中应用 在钢铁企业中 机电一体化系统是以微处理机为核心 把微机 工控机 数据通讯 显示装置 仪表等技术有机的结合起来 采用组装合并方式 为实 现工程大系统的综合一体化创造有力条件 增强系统控制精度 质量和可靠性 机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面 2 1 智能化控制技术 IC 由于钢铁工业具有大型化 高速化和连续化的特点 传统的控制技术遇到 了难以克服的困难 因此非常有必要采用智能控制技术 智能控制技术主要包 括专家系统 模糊控制和神经网络等 智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产 品设计 生产 控制 设备与产品质量诊断等各个方面 如高炉控制系统 电 炉和连铸车间 轧钢系统 炼钢 连铸 轧钢综合调度系统 冷连轧 等 2 2 分布式控制系统 DCS 分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算 机和智能控制单元 分布式控制系统可以是两级的 三级的或更多级的 利用 计算机对生产过程进行集中监视 操作 管理和分散控制 随着测控技术的发 展 分布式控制系统的功能越来越多 不仅可以实现生产过程控制 而且还可 以实现在线最优化 生产过程实时调度 生产计划统计管理功能 成为一种测 控 管一体化的综合系统 CS 具有特点控制功能多样化 操作简便 系统可 以扩展 维护方便 可靠性高等特点 CS 是监视集中控制分散 故障影响面 小 而且系统具有连锁保护功能 采用了系统故障人工手动控制操作措施 使 系统可靠性高 分布式控制系统与集中型控制系统相比 其功能更强 具有更 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 7 高的安全性 是当前大型机电一体化系统的主要潮流 2 3 开放式控制系统 OCS 开放控制系统 Open Control System 是目前计算机技术发展所引出的新的结 构体系概念 开放 意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持 按此标准 设计的系统 可以实现不同厂家产品的兼容和互换 且资源共享 开放控制系 统通过工业通信网络使各种控制设备 管理计算机互联 实现控制与经营 管 理 决策的集成 通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联 实现测 量与控制一体化 2 4 计算机集成制造系统 CIMS 钢铁企业的 CIMS 是将人与生产经营 生产管理以及过程控制连成一体 用以实现从原料进厂 生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化 控制 目前钢铁企业已基本实现了过程自动化 但这种 自动化孤岛 式的单机 自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理 难以适应现代钢铁生产的 要求 未来钢铁企业竞争的焦点是多品种 小批量生产 质优价廉 及时交货 为了提高生产率 节能降耗 减少人员及现有库存 加速资金周转 实现生产 经营 管理整体优化 关键就是加强管理 获取必须的经济效益 提高了企业 的竞争力 美国 日本等一些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 CIMS 化 2 5 现场总线技术 FBT 现场总线技术是对自动化领域的一场变革 由于现场总线简单 可靠 经 济实用 已成为当今自动化领域发展的热点之 目前 新建的连铸机已经开 始使用现场总线技术 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式 双向传输 多分支结构的通信网络 现场总线的含义主要体现在以下几个方面 1 现场通信网络 传统的分散型控制系统 DCS 通信网络截止于控制站或输入输出单元 现 场仪表仍然是一对一模拟信号传输 现场总线是用于过程自动化和制造自动化 的现场设备或现场仪表互联的现场通信网络 把通信线一直延伸到生产现场或 生产设备 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 8 2 互操作性 互操作性的含义是来自不同制造厂的现场设备 不仅可以相互通信 而且 可以统一组态 构成所需的控制回路 共同实现控制策略 3 分散功能块 现场总线控制系统 FCS 废弃了分散型控制系统 DCS 的输入 输出单元和 控制站 把 DCS 控制站的功能块分散给现场仪表 从而构成虚拟控制站 例如 流量变送器不仅具有流量信号变换 补偿和累加输入功能块 而且有 PID 控制 和运算功能块 4 通信线供电 现场总线的常用传输线是双绞线 通信线供电方式允许现场仪表直接从通 信线上摄取能量 这种低功耗现场仪表可以用于安全环境 与之配套的还有安 全栅 有的企业生产现场有可燃性物质 所有现场设备必须严格遵守安全防爆 标准 现场总线也不例外 2 6 流传动技术 传动技术在钢铁工业中起至关重要的作用 随着电力电子技术和微电子技 术的发展 交流调速技术的发展非常迅速 由于交流传动的优越性 电气传动 技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动 数字技术的发展 使复杂的 矢量控制技术实用化得以实现 交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调 速水平 现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机 实现可逆平滑调速 第三章 典型机电一体化产品的发展趋势 3 1 数控机床 目前我国是全世界机床拥有量最多的国家 近 320 万台 但数控机床只占 约 5 且大多数是普通数控 发达国家数控机床占 10 近些年来数控机床为 适应加工技术的发展 在以下几个技术领域都有巨大进步 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 9 3 1 1 高速化 由于高速加工技术普及 机床普遍提高了各方面的速度 车床主轴转速有 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 12000 40000r min 以上 快速移动速度由过去的 10 20m min 提高到 48m min 60m mni 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 由过去一般机床的 0 5G 重力加速度 提高到 1 5G 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 3 1 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 0 008 左右 亚微米 级机床达到 0 0005mm 左右 纳米级机床达到 0 005 0 01um 最小分辨率为 1nm 0 000001mm 的数控系统和机床已问世 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 以达到 1u 的圆度 插补前多程序预读 大大提高了插补质量 并可进行自动拐 角处理等 3 1 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 同时派生出 各种新颖的机床结构 包括 6 轴虚拟轴机床 串并联绞链机床等 采用特殊机 械结构 数控的特殊运算方式 特殊编程要求 3 1 4 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床 如虎添翼 如内冷转头由于使高压冷却液直接冷却转头切削刃和排除切屑 在转深孔 时大大提高效率 加工刚件切削速度能达 1000m min 加工铝件能达 5000m min 吉林大学网络教育吉林大学网络教育 2012 届专科生毕业论文 设计 10 3 1 5 数控机床的开放性和联网管理 数控机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的基本要求 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 最佳化利用这些 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 并行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来 这必然成为 21 世纪制 造业发展的一个主要潮流 3 2 自动机与自动生产线 在国民经济生产和生活中广泛使用的各种自动机械 自动生产线及各种自 动化设备 是当前机电一体化技术应用的又一具体体现 如 2000 80000 瓶 h 的啤酒自动生产线 18000 120000 瓶 h 的易拉罐灌装生产线 各种高速香烟 生产线 各种印刷包装生产线 邮政信函自动分捡处理生产线 易拉罐自动生 产线 FEBOPP 型三层共挤双向拉伸聚丙烯薄膜生产线等等 这些自动机或生 产线中广泛应用了现代电子技术与传感技术 如可编程序控制器 变频调速器 人机界面控制装置与光电控制系统等 我国的自动机与生产线产品的水平 比 10 多年前跃升了一大步 其技术水平已达到或超过发达国家上一世纪 80 年代 后期的水平 使用这些自动机和生产线的企业越来越多 对维护和管理这些设 备的相关人员的需求也越来越多 3 3 机电一体化技术的发展趋势 以微电子技术 软件技术 计算机技术及通信技术为核心而引发的数字化 网络化 综合化 个性化信息技术革命 不仅深刻地影响着全球的科技 经济 社会和军事的发展 而且也深刻影响着机电一体化的发展趋势