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1、材料加工设备与自动化研究室Tel Fax 010 82316482 82338598 材料加工设备与自动化第一章概论 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化 图1低压铸造的工艺示意图1一保温炉2一液体金属3一坩埚4一升液管5一浇口6一密封盖7一下型8一型腔9一上型10一顶杆11一项杆板12一气缸13一石棉密封垫 低压铸造独特的优点表现在以下几个方面 1 液体金属充型比较平稳 2 铸件成形性好 有利于形成轮廓清晰 表面光洁的铸件 对于大型薄壁铸件的成形更为有利 3 铸件组织致密 机械性能高 4 提高了金属液的工艺收得率 一般情况下不需要冒口 使金属液的收得率大大提高 收得率一般可达90 此
2、外 劳动条件好 设备简单 易实现机械化和自动化 也是低压铸造的突出优点 第一章概论 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化 图1计算机控制系统原理图 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化机电一体化的基本概念机电一体化系统的功能构成及定义 机电一体化 一词 Mecharonics 在20世纪70年代起源于日本 它取英语Mechanies 机械学 的前半部和
3、Electronics 电子学 的后半部分拼成一个新词 即机械电子学或机电一体化 但是 机电一体化 并非是机械技术与电子技术的简单相加 发展到今日它己成为一门有着自身体系的新型学科 可以说 机电一体化 是机械技术 微电子技术相互交叉 融合的产物 机电一体化是在机械主功能 动力功能 信息功能和控制功能上引进微电子技术 并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化机电一体化的基本概念机电一体化系统的功能构成及定义机电一体化系统由机械本体 机构 信息处理与控制部分 计算机 能源部分 动力源 检测部分 传感器 驱动部分 如电动机 等子系统组成
4、第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化机电一体化的基本概念机电一体化系统的功能构成及定义 1 机械本体机电一体化产品中一定有运动机械 包括传动机构和运动机械本体 采用电子技术使运动机械实现柔性化和智能化 实现在重载条件下的微小运动和复杂运动 是机电一体化追求的目标 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化机电一体化的基本概念机电一体化系统的功能构成及定义 2 驱动部分驱动部分根据信息处理部分的指令 驱动运动机械动作完成规定的机械运动 有气动 电动和液压等不同驱动方式 3 检测部分检测部分主要功能是检测运动机构或其他需要检测的物理量 并将信息送回信息处理与控制部分 作为发送控制信息的依
5、据 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化机电一体化的基本概念机电一体化系统的功能构成及定义 4 信息处理与控制部分信息处理与控制部分是进行信息处理与控制的核心 犹如人的大脑 其中软件和硬件的功能对系统的功能具有重要影响 它将传感器检测的信号 根据一定算法 对数据和信息进行存储 变换等处理 再通过接口向执行机构发出执行命令 以完成规定动作 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化机电一体化的基本概念机电一体化系统的功能构成及定义 5 能源部分能源部分负责为系统提供能量和动力功能 包括电动 气动以及液压 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化机电一体化的基本概念机电一体化系统的功
6、能构成及定义 图示的是一个通过传感器直接检测目标运动并进行反馈的全闭环控制系统 通过传感器检测某一部位运动并进行反馈 间接控制目标运动的系统称为半闭环系统 机电一体化系统的基本特征是给机械添加了头脑 计算机信息处理与控制 第一章概论 1 1材料加工方法 设备与自动化机电一体化的基本概念机电一体化系统的功能构成及定义 基本的含义可概括为 机电一体化是基于系统集成的 建立在机械技术 微电子技术 计算机与信息处理技术 自动控制技术 传感与测试技术 伺服驱动技术 系统总体技术等现代高新技术群体基础之上的一种高新技术 机电一体化涵盖 技术 和 产品 两个方面 机电一体化产品是指机械系统和微电子系统有机结
7、合 从而赋予新的功能和性能的新产品 第一章概论 1 2机电一体化关键技术 机电一体化系统曾以机械为主要产品 如机床 汽车 缝纫机 打字机 照相机等 由于应用了微型计算机等微电子技术 它们都提高了性能并增添了 头脑 这种将微型计算机等微电子技术用于机械并给机械以智能的技术革新潮流称为 机电一体化技术革命 机电一体化是一门新兴的边缘学科 它是由多种技术相互交叉 相互渗透而形成的 所涉及的技术领域非常广泛 要掌握机电一体化 开发机电一体化产品 就必须了解并掌握这些相关技术 概括起来 机电一体化共性关键技术主要有6大技术 第一章概论 1 2机电一体化关键技术机械设计技术 机械技术是机电一体化的基础 机
8、电一体化产品中的主功能和构造功能 往往是以机械技术为主实现的 在机械与电子相互结合的实践中 不断对机械技术提出更高的要求 使现代机械技术相对于传统机械技术发生了很大变化 新材料 新工艺 新原理 新机构等不断出现 现代设计方法不断发展和完善 特别是关键部件 如导轨 滚珠丝杠 轴承 传动部件等 满足了机电一体化产品的性能 控制精度等多方面的要求 第一章概论 1 2机电一体化关键技术计算机与信息处理技术 信息处理技术包括信息的输入 识别 变换 运算 存储及输出技术 它们大都依靠计算机来进行 因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的 信息处理技术包括信息的交换 存取 运算 判断和决策等 实现信息处理的
9、主要工具是计算机 计算机技术包括计算机硬件技术和软件技术 网络与通信技术 数据库技术等 机电一体化系统中主要采用工业控制机 包括可编程控制器 总线式工业控制机 分布式计算机测控系统等 进行信息处理 在机电一体化产品中 计算机与信息处理装置指挥整个产品的运行 信息处理是否正确 及时 直接影响到产品工作的质量和效率 因此 计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术和产品发展的最活跃的要素 第一章概论 1 2机电一体化关键技术自动控制技术 自动控制技术就是通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行 机电一体化系统中自动控制技术主要包括位置控制 速度控制 最优控制 模糊控制 自适应控制等
10、 主要以传递函数为基础 研究单输入 单输出一类线性自动控制系统分析与设计问题的古典控制技术发展较早 且已日臻成熟 自动控制技术的难点在于自动控制理论的工程化与实用化 这是由于现实世界中的被控对象往往与理论上的控制模型之间存在较大差距 使得从控制设计到控制实施往往要经过多次反复调试与修改 才能获得比较满意的结果 由于微型机的广泛应用 自动控制技术越来越多地与计算机控制技术联系在一起 成为机电一体化中十分重要的关键技术 第一章概论 1 2机电一体化关键技术传感与检测技术 检测传感技术是机电一体化的关键技术 它将所测得的各种参量如位移 位置 速度 加速度 力 温度 酸度和其他形式的信号等转换为统一规
11、格的电信号输入到信息处理系统中 并由此产生出相应的控制信号以决定执行机构的运动形式和动作幅度 传感器检测的精度 灵敏度和可靠性将直接影响到机电一体化的性能 第一章概论 1 2机电一体化关键技术执行与驱动技术 伺服驱动技术的主要研究对象是执行元件及其驱动装置 执行元件分为电动 气动 液压等多种类型 机电一体化产品中多采用电动式执行元件 驱动装置主要指各种电动机的驱动电源电路 伺服驱动技术主要是指在控制指令的指挥下控制驱动元件 使机械的运动部件按照指令的要求进行运动 并具有良好的动态性能 执行机构主要包括电磁铁 伺服电动机 步进电动机 液压电动机 液压缸与气压缸等 伺服驱动技术是直接执行操作的技术
12、 对机电一体化产品的动态性能 稳态精度 控制质量等具有决定性的影响 第一章概论 1 2机电一体化关键技术机电一体化总体设计技术 系统总体技术是一种从整体目标出发 用系统工程的观点和方法 将系统总体分解成相互有机联系的若干功能单元 并以功能单元为子系统继续分解 直至找到可实现的技术方案 然后再把功能和技术方案组合成总体设计方案 形成经过分析 评价和优选的综合应用技术 系统总体技术所包含的内容很多 接口技术是重要内容之一 机电一体化产品的各功能单元通过接口连接成一个有机的整体 接口技术是将机电一体化产品的各个部分有机地连接成一体 中央控制器发出的指令必须经过接口设备的转换才能变成机电一体化产品的实
13、际动作 而由外部输入的检测信号也只有先通过接口设备才能为中央控制器所识别 第一章概论 1 3机电一体化的发展概况国内外机电一体化发展状况 任何事物的产生和发展都离不开科技进步和社会需求这两大前提 科技进步是新事物产生的基础 社会需求则是其产生的诱因和发展动力 机电一体化的产生和发展也不例外 机械技术 计算机技术 微电子技术等的发展为机电一体化的产生奠定了良好的基础 人们对生产和生活产品在质量和品种上的要求不断提高是机电一体化蓬勃发展的动力 第一章概论 1 3机电一体化的发展概况数控技术与机器人技术 数控机床数控技术 利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法 用数控技术实施加工控制
14、的机床 或者说装备了数控系统的机床称为数控 NC 机床 数控系统包括数控装置 可编程控制器 主轴驱动器及进给装置等部分 现代数控机床是机电一体化的典型产品 是新一代生产技术 计算机集成制造系统等的技术基础 第一章概论 1 3机电一体化的发展概况数控技术与机器人技术 工业机器人机器人技术是综合了计算机 控制论 机构学 信息和传感技术 人工智能 仿生学等多学科而形成的高新技术 应用日益广泛 机器人应用情况是一个国家工业自动化水平的重要标志 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动 而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置 既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力 又有机器可长时间持续工作 精确度高 抗恶劣环境的能力 工业机器人由操作机 机械本体 控制器 伺服驱动系统和检测传感装置构成 是一种仿人操作 自动控制 可重复编程 能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备 特别适合多品种 变批量的柔性生产 它对稳定 提高产品质量 提高生产效率 改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用 材料加工设备与自动化研究室Tel Fax 010 82316482 82338598 思考练习1 什么是机电一体化 机电一体化系统的功能构成和定义是什么 2 简要叙述机电一体化系统的共性关键技术
