机械电子工程导论董骄阳书屋

机械电子工程专业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: 董鑫博 学号: 16020517103 2017年7月10日教学d摘 要机械电子工程专业主要包括基础理论知识和机械设计制造方法，计算机软硬件应用能力，能承担各类机电产品以及系统的设计、制造、试验和开发工作。机械电子工程也是机械工程与自动化的一种。机械电子工程是科技高速发展以及学科相互链接的一种极其重要的产物，它将传统的生产技术与新时代产生的新技术融为一体，发展成了一套独有的技术。它的出现代表着新技术、新思想、新研究方式和新研究目标的产生。现如今各个国家的科研人员们一直致力于对这门新生领域的研究，估算机电产业对国家和社会所代来的价值，并对机械电子学科的未来发展做出研究。关键词:专业的认识 专业的内容 相关知识结构 关键技术 知识体系 应用领域 个人学习计划目 录 摘要 （01） 1 专业研究内容及个人认识1.1个人认识 （03）1.2概述（03）2 知识结构体系及主干课程（03）2.1 传感器与检测技术（04）2.2 液压与气压传动（04）2.3 金属切削机床与数控机床（04）2.4 可编程序控制器原理及应用（05）2.5 机械制造工艺学（05）2.6单片机原理及应用（05）2.7数控原理及编程（05）3 关键技术3.1机械技术(06)3.2电子技术(06)3.3自动控制技术(06)3.4检测传感技术(06)3.5信息处理技术(06)3.6伺服驱动技术(06)3.7系统总体技术(06)4 应用领域（07）5 典型机电一体化产品5.1数控机床 (07)5.1.1主要特点(07)5.1.2基本组成(08)5.2工业机器(08)6个人规划6.1专业能力(09)6.2各学年目标(09)7结束语（10）8感谢（10）1 专业研究内容及个人认识1.1个人认识 机械电子工程就是将机械与电子系统完美的结合，发挥各项的长处去对生产生活进行优化，机械电子工程是时代发展的必然产物，有纯机械化转换为电子时代的中间产物，但它并不只是一种过渡，而是一种全新的领域，需要现如今的学者们去不断的开发探索，在学习相关知识后，了解到机械电子工程专业是机械工程下的一个二级学科。机械电子工程专业俗称机电一体化，是机械工程与自动化的一种，在未来的发展中也十分有前景。机械电子工程专业包括基础理论知识和机械设计制造方法，计算机软硬件应用能力，能承担各类机电产品和系统的设计、制造、试验和开发工作。1.2概述1.2.1.机电系统测控技术本研究方向致力于机械工程领域各类参数的静态、动态测试方面的研究。静态测试主要包括机械零件各类几何误差的测量方法研究、测量装置的研制、精度理论研究及误差补偿等;动态测试主要针对各种机械量(振动、位移、压力、流量、温度、应力等)展开研究，包括测试及测控系统的研发、数字信号分析与处理等。研究过程中，主要涉及机械、电工电子学、光学、计算机、虚拟仪器、信号与系统等方面的专业知识。1.2.2.设备在线监测与故障诊断本研究方向主要研究机械动态信号处理方法、设备故障机理及其特征提取、人工智能技术基础及智能诊断理论。重点研究包括小波分析、希尔伯特-黄变换等非平稳信号分析方法以及人工神经网络等智能诊断技术，及其特征提取方法;旋转机械故障机理;基于网络的远程测控与诊断技术等。1.2.3.机电系统计算机仿真本研究方向主要研究机电系统的建模及仿真技术、研究机电系统的仿真设计方法。重点研究机电系统建模、动态特性分析、仿真与系统设计、计算机仿真等理论方法，对实际机电系统进行分析、评价和优化。1.2.4.机器人技术 本研究方向主要研究机器人机构学、机器人控制技术和工业机器人应用技术等。重点研究机器人机构创新与理论，结合生产应用研发新型工业机器人;研究机器人智能控制理论和控制方法;研究工业机器人应用和加工技术.2 知识结构体系及主干课程2.1 传感器与检测技术目的要求：使学生掌握各类传感器的基本结构，掌握测量中常用的各种传感器的工作原理、主要性能及其特点，使学生合理地选择和使用传感器，使学生掌握常用传感器的工程设计方法和实验研究方法。主要内容：各类传感器的结构，工作原理，选择及其应用等。先修课程：电工技术、电子技术、普通物理等。2.2 液压与气压传动目的要求：通过本课程的学习，使学生掌握液压与气压传动的基础知识。掌握各种液压、气压元件的工作原理、特点、应用和选用方法，熟悉各类液压与气动基本回路的功能、组成和应用场合，了解国内外先进技术成果在机械设备中的应用。主要内容：液压 流体力学基础，液压系统常用元件、基本回路，液压系统的设计计算，气压传动基本回路，气动逻辑系统设计等。先修课程： 工程制图、 工程力学、机械设计基础等。2.3 金属切削机床与数控机床目的要求：通过课程的学习，让学生了解切削机床的基本结构，熟知各类切削机床的用途，掌握数控机床的工作原理、典型结构的故障排除，从而为培养学生的工艺技能和对机床的调试维修奠定一定的基础。主要内容：机床传动的基础知识，各类机床的性能、用途及主要部件，机床的安装、使用和调试。数控机床的工作原理、结构特点及使用、调试方法等。先修课程：机械制图、机械设计基础。2.4 可编程序控制器原理及应用目要求的：通过本课程的学习，使学生掌握 可编程控制器原理在 自动控制系统中的应用，培养学生使用可编程控制器改造 继电控制系统，维护与管理自动化生产线的基本能力，并对今后从事现代软生产线 控制技术的应用与开发打下良好的基础。主要内容：PLC基本原理、PLC的指令系统、梯形图、功能图、PLC的应用等。先修课程：电工技术、电子技术等。2.5 机械制造工艺学目的要求：使学生掌握 机械零件加工工艺编制理论和专用夹具的设计方法。主要内容：机械加工工艺规程制定的基本知识，常见零件的工艺规程的分析和制定，零件加工的质量分析，专用夹具设计理论、定位和夹紧；专用夹具的设计方法和步骤，常用切削机床的夹具设计等。先修课程： 工程制图、金属工艺学、 机械设计技术、 公差配合与测量技术、 金属切削机床与数控机床。2.6单片机原理及应用目的要求：通过本课程的学习，使学生掌握单片机的结构、原理，指令系统，掌握单片机的汇编语言程序设计等。能够独立设计单片机的硬件线路和编制软件。主要内容：单片机相关芯片的结构特点和引脚功能，寻址方式及指令系统，应实例， 仿真开发系统的使用。先修课程：电子技术等。2.7数控原理及编程目的要求：通过课程的学习，使学生掌握数控系统硬件控制，软件控制的基本理论和实践能力及数控机床的编程方法。主要内容：数控系统的分类及特点，输入装置，点位/直线控制，连续切削控制，数控指令及编程。先修课程：金属切削机床及数控机床等。3 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要求，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，选择控制方式来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标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升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信息处理技术为了更进一步地发展机械电子工程，必须提高信息处理设备的可靠性、加快处理速度，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路，从整体目标出发，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，增加了机电产品的稳定性1。4 应用领域1.开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。2.总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多CPU、多主总线的体系结构。3.能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。4.智能化设计。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。5.以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。5 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（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。5.1.1主要特点a.具有高度柔性 在数控机床上加工零件，主要取决于加工程序，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，数控机床适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0.050.1MM，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），而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。另外，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、零件的检验等工作，劳动强度大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是结合起来，既清洁，又安全。f.利用生产管理现代化 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，包括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（Computer Numerical Control）形式，这种CNC装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控功能，因此又称软件数控（Software NC）。CNC系统是一种位置控制系统，它是根据输入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数控装置主要由输入、处理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、整形处理后，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，要求具有良好的快速反应性能，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。它包括床身、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成各种切削加工的机械部分。e.数控机床辅助装置 辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括：气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照明等各种辅助装置。5.2工业机器人(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。当前，对全球机器人6 个人规划6.1专业能力1.具有较强的数控机床操作、调试、维修、维护等实际操作技能。2.制图、机电信号采集转换与检测、机电系统微机与PLC控制、文献检索等基本技能。3.有机电产品的开发运用能力。4.具备运用现代技术手段测试机电参数、合理运用机电设备的能力。5.具有机械、电子、数码等产品结构研发设计的能力。6.具有机械、电子相关生产企业及研发机构的管理能力。6.2各学年目标大一：努力学习相关的基础知识，为后来更加深入的学习进行理论上的铺垫。找到志同道合的同学组建学习小组，增加相互的协作能力，相互帮助相互学习。大二：更加深入地去学习专业知识，积极与相应学科老师进行沟通，并根据自己的实际情况去确立自己的目标，并着手向目标去努力。大三：不断地通过实验去实践自己的能力，查漏补缺找到自己的不足，根据相应的不足去进行改正。不断充实自己，到相关机构去尝试事件。大四：提出自己的一些设计，并尽力做出模型，与指导老师去沟通并改正缺陷。7 结束语机械制造业是制造业的重要组成部分，是国家工业体系的重要基础和国民经济各部门的装备部。机械制造技术水平的提高与进步对整个国民经济的发展，以及科技、国防实力的提高有着直接的重要的影响，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志之一。先进制造技术在传统制造业基础上不断吸收机械、电子、信息、材料及现代管理等方面的最新成果，将其综合应用于制造的全过程，以实现优质、高效、低消耗、敏捷及无污染生产的前沿制造技术。当今制造技术的主要发展趋势是：制造技术向着自动化、集成化和智能化的方向发展；制造技术向高精度方向发展；综合考虑社会、环境要求及节约资源的可持续发展的制造技术将越来越受到重视，其核心技术是数字化制造技术。我国机电制造业的发展前景广阔，在今后相当长的一段时期内，机电工业的发展会不断加快，国家对机电工业的支持也会不断加强。同时，机电工业的发展，也使社会对机电人才的需求不断增长。8 感谢本文从定题开始，受到了我的专业导论老师尚雅层老师的无私指导。在论文的写作过程中，身边的同学给了我许多帮助，并且在老师的细心授课下，我不仅学到了更多的专业知识，还对已有的知识近进行了巩固。对老师治学严谨、工作认真负责的态度，给我留下深刻的印象，也使我受益匪浅。在此，我向老师表示衷心的感谢和深深的敬意和对同学们表示衷心的感谢。感谢本文中文献涉及到的作者。本文引用了大量的研究文献，如果没有这些学者的研究成果，我将很难完成论文的写作。感谢我的同学们，他们为我提供了很多的论文素材和收集资料的途径，并在写作过程中给我提出了许多宝贵的意见与建议。参考文献1 百度文库，百度百科专业：机械电子工程姓名：董鑫博学号：16020517103教学d