机电一体化系统的创新设计

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑机电一体化系统的创新设计 机电一体化是电子技术向传统机械工程渗透相互融合的产物，是一门融机械技术、微电子技术、信息技术等多种技术为一体的新兴学科。其实质是一种机械技术的创新。机械系统按其运动是否具有可掌握性可以分为两大类：刚性机械系统和柔性机械系统。刚性机械系统是指由机械装置与电气装置独立组合，只有简洁的开、关、正反转、停止等掌握要求的机械系统。柔性机械系统通常指那些需借助传感器或掌握电路，通过计算机按位置、位移、速度、压力、温度等实施智能化掌握的机械系统。典型的如数控机床、机器人都属于这类机械系统。 图1示出了机械系统的演化过程：图为典型的刚性机械系统；图

2、为改进的刚性机械系统，其特点是以电子掌握的控速电动机取代了机械变速装置；图由于采纳了伺服电动机和伺服掌握系统，实现了机械系统运动的可控性，使系统成为了柔性机械系统；图为直接驱动式的柔性机械系统，由于该系统中省去了传动机构，大大提高了系统的运动精度，其应用日益广泛。 图1 机械系统分类）刚性机械系统 ）改进刚性机械系统）伺服掌握系统 ）柔性机械系统1、机电一体化技术的进展对机械设计的创新：增加了产品的新功能。由于机电有机的结合、相互补充，开创了机械产品一些新的应用领域，研发出大批新的机电产品。例如：传真机、复印机、打印机、ct机、工业机器人等等，可以预言，随着机电一体化技术的进一步进展，会有更多

3、、更新、更先进的机电产品消失在市场上。结构更简洁。例如：电脑缝纫机比传统的机械机可削减机械零件约350个；一台插齿机假如省去传动部分可削减30的零部件。加工精度更高。由于机电一体化设备使用的少，因此运动的累积误差小，加上系统中使用计算机误差校正和补偿系统，可以达到单纯机械加工方法难以达到的加工精度。例如：在大型铣、镗床中安装感应同步器数显设备，可使机床的加工精度从0.06mm/1000mm提高到0.02mm/1000mm。使工艺过程柔性化。采纳由微机掌握的机电一体化设备组成的工艺系统，只需要转变计算机程序就能快速地转变设备的加工力量和工艺流程，从而能快速适应市场对产品的多方面的简洁要求。操作、

4、修理更便利。由机电一体化设备组成的机械系统的运动规律、工艺过程、工艺参数均可以通过程序掌握来实现和调整，从而很简单实现各机械设备运动的相互协调协作和实现机械加工的全部自动化，使机械设备的操作更加简便，同时由于可以通过掌握程序来转变工作方式和运动过程，因此，设备的调整、修理也非常便利。2、机电一体化产品的方案创新设计方法主要有三种：机电一体化系统的最基本的特征是给机械增加了“头脑”计算机信息处理与掌握系统。从系统分析的观点看，机电一体化系统是由很多联系各子系统的条件接口将各子系统联接在一起，实现物质、能量和信息流的传递与交换，是机械、电子和信息等功能各异的技术融合为一体的综合系统（其组成结构示意

5、图见图2），其综合性能的好坏除了各子系统和接口的创新外，在很大程度上取决于机电一体化系统的方案的制造性。 图2 机电一体化系统组成结构示意图机电互补法也可以称为替代法。其方法的特点是利用通用或专用电子部件取代传统机械产品中简单的机械部件或某些功能子系统，以提高产品的质量或弥补其性能的不足。结合法也称融合法。它是将组成产品的机、电部分制造性地结合在一起，使之融合为一体，成为一个专用或通用的功能部件的方法。例如：激光打印机中的激光扫描镜，就是将电动机的转轴与扫描镜的转轴完全融合为一体形成一个专用产品的例子。组合法这种方法采纳组合制造原理将结合法制成的功能部件子系统、功能模块，像积木一样组合在一起，

6、形成一个机电一体化产品。例如：将伺服电动机轴与传动机构、编码器、检测掌握元件和掌握电路板组成一个机电一体化的机器人关节运动功能部件，将若干功能部件再进行组合可形成机器人的腰、肩、肘、腕的各个运动关节。变换各种关节的组合形式便可形成不同用途的工业机器人。3、举例目前在我国的机械加工制造业当中，老式机床较多，实现这一类机械机电一体创新改造设计的方法主要有两种：一是以微机为中心，设计相应的掌握部件，这种方法需要重新设计掌握系统，设计比较简单；另一种方法是选用国内标准化的微机掌握系统，如单板机、单片机、驱动电源、步进电机及相应的掌握程序组成开环掌握。这种方法简洁，价格也低廉。其掌握过程一般是由单板机或

7、单片机按加工程序进行补插运算，每完成一次补插，就执行一次延时程序，完成一次进给，并由延时程序掌握进给速度。例如：车床上的手动转位刀架改成自动转位刀架。图3a中，1电动机、2平安离合器、3蜗轮蜗杆、4内装信号盒、5刀架、6螺母、7端齿盘。图3b中，1电动机、2销钉盘、3十字槽轮、4刀架。 将图中的转位机构进行变异创新，还可以设计出图、所示的槽轮式自动转位刀架、凸轮棘爪式自动转位刀架和电磁式自动转位刀架。图所示凸轮棘爪式自动转位刀架的工作原理是：电动机收到转位指令后，经蜗轮副带动凸轮、相对构件转动，将刀架抬起使上下定位齿分别，这时棘齿推动装在刀架上的棘爪使刀架作转位运动，当刀架转位到要求角度时，利

8、用接触开关或其他传感器发出信号使电机反转带动刀架复位、锁定。图所示的自动转位刀架是利用具有左右拉力的电磁线圈来取代机械式锁紧机构（其定位仍旧用上下齿盘定位），结构相对较为简洁，但电器掌握部分要简单一些。 a)螺旋转位刀架；b)槽轮转位刀架电动机 平安离合器 蜗轮蜗杆 电动机 销钉盘内装信号盘 刀架 螺母 端齿盘 十字槽轮 刀架 ）端面棘轮转位刀架）电磁转位刀架电动机 蜗轮蜗杆 棘轮 电动机 蜗轮蜗杆 刀架下端齿盘 上端齿盘 刀架 下线圈 上线圈 上凸轮 下凸轮 棘轮 图3 机电一体化自动转位刀架工作原理 例如，假如将车床上的手动转位刀架改成自动转位刀架，可采纳图1所示结构。电动机在接到转位指令后，经弹簧平安离合器、蜗轮副带动螺母转动，从而将刀架托起，带动定位上齿盘向上运动。当定位齿盘上、下齿分别后，刀架随螺母一齐转动。当刀架上安装的信号盘（图中未画出）发出到位信号后，刀架旋转停止，电动机同时反转使上、下齿盘合拢、锁定，完成刀架的自动转位运动。 例 随着微电子技术的进展，人们制造性地使照相机中的调光