《光机电一体化》课程论文
光机电一体化技术在机械专业中的应用
学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 学生姓名：
2013年6月8日
光机电一体化技术在机械专业中的应用
引言：光机电一体化技术
光机电一体化技术是由机械技术与激光－微电子等技术揉合融汇在一起的新兴技术。光机电一体化是一个总的技术指导思想，它不仅体现在一些机电一体化的单机产品之中，而且贯穿于工程系统设计之中。从简单的单台光机电一体化产品，到现代工业中的柔性加工系统；从简单的单参数显示，到复杂的多参数、多级控制；从机械零部件连续自动热处理生产线，到各种现代高速重型机械自动化生产线等，光机电一体化技术都有不同层次、覆盖面很广的应用领域。对于工程系统，需成套地进行开发和制造。 光机电一体化技术
在国民经济和社会生活中的作用—发展高新技术产业的基础
光机电一体化是由光学、微电子、信息和机械及其他相关技术交叉与融合而构成的综合性高新技术，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。
1 机电一体化技术的发生与发展
要明确什么是机电一体化，就得先了解机电一体化技术的来龙去脉。“机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上一世纪60年代末作商业注册时最先创用的。当时及70年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合，那时的许多机电一体化产品如自动门、自动售货机、自动对焦照相机和自动飞行器控制系统等大多与提高性能的伺服技术有关，比较简单，但却是先进控制方法的先河。
80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，因而为更高级的机电一体化产品所采，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械-电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。进入90年代，通信技术进入了机电一体化，机器可像机器人系统那样遥控。和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微传感器和执行器技术的发展，和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合，开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。虽然微加工方法尚未成熟，但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后，机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展，稳步进入了2l世纪。
2 光机电一体化系统的应用
目前国际先进制造业不断改善光电子自动控制系统、提高传统制造业的技术水平和市场竞争力；光机电一体化产业结构不断调整，各行业不断融合，数控技术趋于模块化、网络化、多媒体和智能化。现场总线是当前自动化控制与仪器仪表领域技术发展的第一热点。电力电子技术成为改造传统产业的基础，它拓宽了微电子技术的应用领域，为光机电一体化、新能源技术、核技术、航天技术、超导应用、激光装置、生物工程、新材料技术提供了高性能、高精度、高效率和高质量小型的电控设备和电源设备，成为发展高新技术的基础。
世纪之交，国际经济发展异常迅速，对全球经济起推动作用的高新技术产业正逐步成为各国经济的主导。光机电一体化产业以其特有的技术带动性、融合性和广泛适用性将成为高新技术产业中的主导产业，并将成为新世纪经济发展的重要支柱之一。韩文德(北京决策咨询中心副主任 高级工程师) 摘要：介绍了光机电一体化技术特征，研究了国内外技术现状和发展趋势，指出了未来发展前景和一些重要技术热点。
近些年来，光机电一体化技术得到迅猛发展，在民用工业和军事领域得到广泛地应用。因此，光机电一体化技术成为当今机械工业技术发展的一个主要趋势。
1、体积小，重量轻，适应性强，操作更方便 2、功能增加，精度大幅提高
3、部分硬件实现软件化，智能化程度提 4、产品可靠性得到提高，使用寿命增长
5、产品系统性增强，各部分系统间协调性要求提高
自从我国实行改革开放以来，科技领域急起直追，我国的光机电一体化技术已取得明显的成效，数控产品有了很大的提高，尤其是经济型灵敏数控装置发展很快，是我国特有的经济实用产品，不但适用国内市场的需要，部分产品还随主机配套出口。
3 数控机床及其工作原理
数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，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。
3.1 数控机床的组成及工作原理
数控机床原理数控机床一般由信息载体、数控装置、伺服系统和机床本体等四部分组成。信息载体即穿孔纸带、穿孔卡、磁带和磁盘等，用于记录程序编制的内容，并通过光电纸带阅读机、磁带机和磁盘驱动器等读入装置输送给数控装置。数控装置是数控机床的核心，也就是常说的N C（普通数控装置）或C N C（计算机数控装置），N C是数控机床发展初期的一种形式，现在的数控机床大多使用C N C系统。数控装置的作用是接受读入装置输入的加工信息，经过译码处理和运算，发出相应的指令脉冲给伺服系统，完成零件加工。伺服系统是数控机床的执行部分，由电动机和传动装置组成。伺服系统接受数控装置传来的指令脉冲信号，控制机床执行件（工作台或刀架）运动的位移和速度。机床本体主要是机械部件，包括主运动部件、进给运动部件和支承部件等。对于数控机床部件来讲，机械部件结构较通用机床简单，但其各项技术指标要求比通用机床要高。在数控机床上进行加工时，首先根据零件图编制程序，编程的代码和指令格式大多符合I S O标准和相应的国家标准。然后将程序通过信息载体输入到N C或C N C中，由数控系统根据程序内容发出指令，一方面由伺服系统中的电动机通过传动装置控制机床执行件的运动，另一方面控制机床的其它辅助运动，如主轴转速、转向选择，冷却泵的开停等。两方面协同动作，共同完成加工内容。数控机床加工零件的过程如图1所示。
3.2 数控机床的运动方式
按控制运动的方式分类分为点位控制、直线控制和轮廓控制三种。点位控制数控机床在加工平面内只控制刀具相对于工件的定位点的坐标位置，而对定位移动的轨迹不作要求。这类控制系统主要用于数控钻床、数控镗床、数控冲床和测量机等。直线控制数控机床能控制刀具或工件的适当的进给运动，沿平行于坐标轴的方向进行直线移动和加工，或者控制两个坐标轴以相同的速度运动，沿4 5°斜线进行切削加工。这类控制系统主要用于数控车床、数控镗铣床以及某些加工中心。轮廓控制数控机床能同时控制两个或两个以上坐标轴，使刀具与工件作相对运动，加工复杂零件。单纯的点位控制和直线控制机床很少，大部分为轮廓控制数控机床。轮廓控制数控机床能够实现联动加工，也能进行点位和直线控制。这类控制系统主要用于数控车床、数控铣床、数控磨床以及加工中心机床。
4 光机电一体化的发展趋势
光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域，成为一种新兴的学科，并逐渐成为一种产业，而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。从世界科学技术的发展情况来看，光机电一体化技术的未来技术热点主要包括激光技术 、传感检测技术 。 技术上的改革和与之相配套的技术支持是创新技术的基础。开发光机电一体化产品有不同的层次和灵活的自由度。在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益。
5 感想与体会
5.1 通过本课程学习所得到体会与启示
由于种种系统越来越大，越来越复杂，所以，机电一体化在系统分析和集成
方面的作用越显重要。机电一体化是一种以实践即产品为基础的技术，这是它和任何其它技术不一样的地方。它从系统工程的观点出发，使产品与系统实现整体优化。机电一体化技术给传统的机械产业和制造业从产业结构、生产方式和管理体制等诸方面都带来深刻的变化，是当今机械工业技术和产品发展的主要趋势，也是我国机械工业振兴与发展的必由之路。随着机电一体化产品占有额的迅速增大，机电一体化技术的重要性将日益为人们所认识。比如机器人，只是机电一体化广阔领域的一个部分，就具有100亿美元的市场，而整个机电一体化的市场则要大10倍。所以，对机电一体化技术的需求与日俱增。机电一体化技术应用于我们生产和生活的方方面面。因机电一体化技术应用领域的不同而使机电一体化专业派生出许多专门化，例如数控技术应用、机电一体化设备的制造与维修、自动机和自动线、制冷与空调、机器人等。
5.2 对本课程教学的建议与期望
通过一个学期对光机电一体化这门课程的学习，老师在教学期间通过PPT以及通过视频讲解有关这门科的有关入门知识。课程生动有趣，上课期间同学们都对光机电一体化这门选修课很感兴趣，特别是放映的“汽车百年”这部纪录片，让我们了解人类在追求进步过程中表现的强大精神以及科技给人类带来的进步。可惜没看完这部纪录片，没有看到有关关于光机电一体化的这部分，以导致于本选修课无关，希望老师下次讲解的时候选短一点的视频，这样更有利于对学生教化。
参考文献
[1]宋云夺编译.光机电一体化业的未来. 光机电信息；2003（12） [2]梁进秋.微光机电系统国内外研究进展. 光机电信息；2000（8） [3]王家淳.激光焊接技术的发展与展望. 激光技术。 2001（2）