机械电子工程导论

机械电子工程导论机械电子工程概览与个人规划院系:机电工程学院专业:机械电子工程姓名:陈瑞锋学号:2023年7月08日摘要机械电子工程是一门综合性较强的学科，业以传统机械为基础，着重现代计算机与信息技术。其知识体系是机械、电子、控制、信息、计算机、人工智能、管理等诸多理论体系的集合。拥有机械技术、电子技术、动控制技术、测传感技术、息解决技术、服驱动技术、系统总体技术等核心技术。机械电子技术的应用广泛，典型的机电一体化产品如数控机。关键词:机械电子工程、数控机床、职业规划。目录摘要··························································（01）1专业研究内容1.1概述·····················································(03)1.1.1微机电系统（MEMS）································(03)1.1.2传感与测控技术···································(03)1.1.3数字化加工技术···································(03)2知识结构体系2.1知识体系·················································(03)2.2主干课程·················································(04)3关键技术3.1机械技术··················································(04)3.2电子技术··················································(04)3.3自动控制技术··············································(04)3.4检测传感技术··············································(04)3.5信息解决技术··············································(04)3.6伺服驱动技术··············································(05)3.7系统总体技术··············································(05)4应用领域5典型机电一体化产品5.1数控机床·················································(05)5.1.1重要特点·········································(05)5.1.2基本组成·········································(06)6个人规划6.1专业前景分析··············································(07)6.2目的设定··················································(07)6.2.1专业能力·········································(07)6.2.2综合素质·········································(07)6.3行动与方案················································(07)专业研究内容1.1概述机械电子工程重要研究机械制造、电子和计算机科学领域，与这三个学科不同的是，机械电子工程人才应当具有通才的素质，对项目和问题有决策和协调能力。机械电子工程专业可细分为机械电子系统（传动和模拟技术，机器和设备，机器人技术及其运动系统，传感和执行元件技术，测量技术和图像解决等），微型、超微型机械（微系统技术，微型和精密仪器的功能组，微系统的测量技术等）和生物机械（机器人技术，生物系统，仿生执行技术，控制和设计，控制系统等）。1.2研究方向1.1.1微机电系统（MEMS）MEMS是20世纪末诞生的新兴、前沿和交叉学科，它一诞生就引起各国科学家、政府和产业部门的高度重视，被称为是当今十大科技之一。1.1.2传感与测控技术压电式传感器及其测力仪的研究与开发属我国起步最早的学科之一。在压电基础理论与应用方面取得多项具有开创性的理论研究成果，其中压电效应研究已构建成新的理论框架和体系。开发出具有自主知识产权的传感器与测力仪的系列新产品，销往国内外。先后获省部委科技进步奖13项，2023年以来获发明专利5项。在智能测控方面，创建了新的时频分析方法，实现了时频信号的自适应时频分解,其故障特性提取技术处在国际先进水平。开发出具有独立版权“PDM2023设备预知维修和故障诊断系统”，被誉为国内唯一能与进口仪器抗衡的并可替代进口的故障诊断产品。1.1.3数字化加工技术本学科自50年代起从事数控技术研究，70年代后期研制成功用于航空工业的大型数控壁板铣床，为国内首创并获1980年全国科学大会奖励。先后承担国家“八五”重点科技攻关、航天部“862”等项目，研制的复杂曲面加工设备已用于生产并出口。所研发的FCS—2023大型火箭发动机喷管五坐标数控仿形机床为“澳星”发射作出突出奉献，1994年获航天工业总公司科技进步一等奖。研发的蜂窝型面数控、数字化配对加工系统和设备为“长征系列火箭”和“神舟号”飞船关键部件加工作出奉献。研发出具有国际先进水平的天线罩几何厚度及外廓形测量仪，2023年获中国高校科学技术进步一等奖。知识结构体系2.1知识体系机械电子工程的知识体系来源于学科间的交叉融合。它是机械、电子、控制、信息、计算机、人工智能、管理等诸多理论体系的集合。其特点是知识结构庞大、理论丰富、应用范围广泛。现如今，国内外许多大学的机械电子专业课程重要是由机械工程、电子工程、计算机科学以及控制工程中的部分课程整合而成。2.2主干课程电工与电子技术、机械制图、工程力学、机械设计基础、机械原理、机械制造基础、液压与气动技术、机械制造技术基础、电气控制与PLC、单片机原理与接口技术、数控原理与维修、机电一体化系统设计、先进制造技术导论、C语言程序设计、理论力学、材料力学。关键技术3.1机械技术作为机械电子工程的支撑学科与关键技术，机械制造技术是其最为重要的影响元素。可以说，它是一个载体或“母体”。机械电子工程可看做是多种技术向机械技术渗透的结果。但是，机械电子产品及系统的设计思维、设计理念、设计方法与机械制造技术有很大区别。所以，对于机电行业人员来说，从传统的机械思维模式向机电思维模式的转变是尤为重要的[1]。3.2电子技术电子技术根据系统规定，应用电子学理论，运用电子器件与机械元件，采用某种控制策略，设计和制造出满足需求并实现特定功能的电路或电子系统，从而投入到机械电子系统或产品之中[1]。3.3自动控制技术当代的自动控制技术应用于生产、生活、军事、管理、教育等各个领域。自动控制技术就好比一颗粒子，附到某种物质上，它就具有某种物质特定的性质。在机械电子工程中，自动控制技术是控制理论的实践应用，其通过系统已存在的硬件设备和软件系统，结合多种技术，选择控制方式来完毕某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目的[1]。3.4检测传感技术检测是指在各类生产、科研、实验等领域，为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时地对一些参量进行定性检查和定量测量。检测传感技术的日益发展提高了机械电子工程的智能化水平，它的精度将直接影响系统的响应特性[1]。3.5信息解决技术为了更进一步地发展机械电子工程，必须提高信息解决设备的可靠性、加快解决速度，并解决抗干扰及标准化问题[1]。3.6伺服驱动技术要实现机械电子工程全面、高速、准确地发展，毋庸置疑，伺服驱动技术具有很重要的地位。近年来，随着工业自动化的飞速发展，伺服驱动技术也在朝着变频化和交流化迈进。伺服驱动技术直接决定了机电系统的准确性、快速性以及灵活性[1]。3.7系统总体技术系统总体技术是一种运用宏观方法和思绪，从整体目的出发，对系统总体进行研究的综合应用技术。系统总体技术加强了机械电子系统的宏观性，增长了机电产品的稳定性[1]。应用领域机械工程所研究的领域非常广泛，不仅仅涉及机械意义自身，例如热力发动机、机床、工作机械(车床、打字机等)、自动装置、机器人等，还涉及所有类型的运载工具、交通技术、公用设施技术、生产工艺技术(设备技术)、核反映技术等，以及精密仪器技术所制造的产品(各类电器和电子仪器)。在所有的领域中，制造过程的自动化和计算机应用的作用越来越大，机械电子是一门包含多学科知识的专业，内容涉及机械工程、电子工程和计算机科学专业的基础知识。机械工程领域的多样性使其划分出许多方向完全不同的专业，例如印刷工程和媒体技术、车辆工程、精密仪器技术、食品工程、航空航天工程、机械电子、生产技术和材料和原料学，材料工艺，建筑材料和造纸工艺等。典型机电一体化产品5.1数控机床数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统可以逻辑地解决具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表达，通过信息载体输入数控装置。经运算解决由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸规定的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。5.1.1重要特点a.具有高度柔性在数控机床上加工零件，重要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造，更换许多模具、夹具，不需要经常重新调整机床。因此，数控机床合用于所加工的零件频繁更换的场合，亦即适合单件，小批量产品的生产及新产品的开发，从而缩短了生产准备周期，节省了大量工艺装备的费用。b.加工精度高数控机床的加工精度一般可达0.05—0.1MM，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一脉冲信号，则机床移动部件移动一具脉冲当量（一般为0.001MM），并且机床进给传动链的反向间隙与丝杆螺距平均误差可由数控装置进行曲补偿，因此，数控机床定位精度比较高。c.加工质量稳定、可靠加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。d.生产率高数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴声速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削。数控机床正进入高速加工时代，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，极大地提高了生产率。此外，与加工中心的刀库配合使用，可实现在一台机床上进行多道工序的连续加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产率。e.改善劳动条件数控机床加工前是经调整好后，输入程序并启动，机床就能有自动连续地进行加工，直至加工结束。操作者要做的只是程序的输入、编辑、零件装卸、刀具准备、加工状态的观测、零件的检查等工作，劳动强度大减少，机床操作者的劳动趋于智力型工作。此外，机床一般是结合起来，既清洁，又安全。f.运用生产管理现代化数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，对所使用的刀具、夹具可进行规范化，现代化管理，易于实现加工信息的标准化，已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代化集成制造技术的基础。5.1.2基本组成a.加工程序载体数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。零件加工程序中，涉及机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数（进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将程序信息输入到CNC单元。b.数控装置数控装置是数控机床的核心。现代数控装置均采用CNC（ComputerNumericalControl）形式，这种CNC装置一般使用多个微解决器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控（SoftwareNC）。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出抱负的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数控装置重要由输入、解决和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行工作。c.伺服与测量反馈系统伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形解决后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的伺服驱动装置，规定具有良好的快速反映性能，准确而灵敏地跟踪数控装置发出的数字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态跟踪精度。d.机床主体机床主机是数控机床的主体。它涉及床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完毕各种切削加工