機(jī)械電子工程導(dǎo)論

機(jī)械電子工程導(dǎo)論機(jī)械電子工程概覽與個(gè)人規(guī)劃院系:機(jī)電工程學(xué)院專業(yè):機(jī)械電子工程姓名:陳瑞鋒學(xué)號(hào):2023年7月08日摘要機(jī)械電子工程是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，業(yè)以傳統(tǒng)機(jī)械為基礎(chǔ)，著重現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)。其知識(shí)體系是機(jī)械、電子、控制、信息、計(jì)算機(jī)、人工智能、管理等諸多理論體系的集合。擁有機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、動(dòng)控制技術(shù)、測(cè)傳感技術(shù)、息解決技術(shù)、服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、系統(tǒng)總體技術(shù)等核心技術(shù)。機(jī)械電子技術(shù)的應(yīng)用廣泛，典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品如數(shù)控機(jī)。關(guān)鍵詞:機(jī)械電子工程、數(shù)控機(jī)床、職業(yè)規(guī)劃。目錄摘要··························································（01）1專業(yè)研究?jī)?nèi)容1.1概述·····················································(03)1.1.1微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）································(03)1.1.2傳感與測(cè)控技術(shù)···································(03)1.1.3數(shù)字化加工技術(shù)···································(03)2知識(shí)結(jié)構(gòu)體系2.1知識(shí)體系·················································(03)2.2主干課程·················································(04)3關(guān)鍵技術(shù)3.1機(jī)械技術(shù)··················································(04)3.2電子技術(shù)··················································(04)3.3自動(dòng)控制技術(shù)··············································(04)3.4檢測(cè)傳感技術(shù)··············································(04)3.5信息解決技術(shù)··············································(04)3.6伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)··············································(05)3.7系統(tǒng)總體技術(shù)··············································(05)4應(yīng)用領(lǐng)域5典型機(jī)電一體化產(chǎn)品5.1數(shù)控機(jī)床·················································(05)5.1.1重要特點(diǎn)·········································(05)5.1.2基本組成·········································(06)6個(gè)人規(guī)劃6.1專業(yè)前景分析··············································(07)6.2目的設(shè)定··················································(07)6.2.1專業(yè)能力·········································(07)6.2.2綜合素質(zhì)·········································(07)6.3行動(dòng)與方案················································(07)專業(yè)研究?jī)?nèi)容1.1概述機(jī)械電子工程重要研究機(jī)械制造、電子和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，與這三個(gè)學(xué)科不同的是，機(jī)械電子工程人才應(yīng)當(dāng)具有通才的素質(zhì)，對(duì)項(xiàng)目和問題有決策和協(xié)調(diào)能力。機(jī)械電子工程專業(yè)可細(xì)分為機(jī)械電子系統(tǒng)（傳動(dòng)和模擬技術(shù)，機(jī)器和設(shè)備，機(jī)器人技術(shù)及其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，傳感和執(zhí)行元件技術(shù)，測(cè)量技術(shù)和圖像解決等），微型、超微型機(jī)械（微系統(tǒng)技術(shù)，微型和精密儀器的功能組，微系統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)等）和生物機(jī)械（機(jī)器人技術(shù)，生物系統(tǒng)，仿生執(zhí)行技術(shù)，控制和設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)等）。1.2研究方向1.1.1微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）MEMS是20世紀(jì)末誕生的新興、前沿和交叉學(xué)科，它一誕生就引起各國(guó)科學(xué)家、政府和產(chǎn)業(yè)部門的高度重視，被稱為是當(dāng)今十大科技之一。1.1.2傳感與測(cè)控技術(shù)壓電式傳感器及其測(cè)力儀的研究與開發(fā)屬我國(guó)起步最早的學(xué)科之一。在壓電基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面取得多項(xiàng)具有開創(chuàng)性的理論研究成果，其中壓電效應(yīng)研究已構(gòu)建成新的理論框架和體系。開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的傳感器與測(cè)力儀的系列新產(chǎn)品，銷往國(guó)內(nèi)外。先后獲省部委科技進(jìn)步獎(jiǎng)13項(xiàng)，2023年以來(lái)獲發(fā)明專利5項(xiàng)。在智能測(cè)控方面，創(chuàng)建了新的時(shí)頻分析方法，實(shí)現(xiàn)了時(shí)頻信號(hào)的自適應(yīng)時(shí)頻分解,其故障特性提取技術(shù)處在國(guó)際先進(jìn)水平。開發(fā)出具有獨(dú)立版權(quán)“PDM2023設(shè)備預(yù)知維修和故障診斷系統(tǒng)”，被譽(yù)為國(guó)內(nèi)唯一能與進(jìn)口儀器抗衡的并可替代進(jìn)口的故障診斷產(chǎn)品。1.1.3數(shù)字化加工技術(shù)本學(xué)科自50年代起從事數(shù)控技術(shù)研究，70年代后期研制成功用于航空工業(yè)的大型數(shù)控壁板銑床，為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)并獲1980年全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)勵(lì)。先后承擔(dān)國(guó)家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)、航天部“862”等項(xiàng)目，研制的復(fù)雜曲面加工設(shè)備已用于生產(chǎn)并出口。所研發(fā)的FCS—2023大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管五坐標(biāo)數(shù)控仿形機(jī)床為“澳星”發(fā)射作出突出奉獻(xiàn)，1994年獲航天工業(yè)總公司科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。研發(fā)的蜂窩型面數(shù)控、數(shù)字化配對(duì)加工系統(tǒng)和設(shè)備為“長(zhǎng)征系列火箭”和“神舟號(hào)”飛船關(guān)鍵部件加工作出奉獻(xiàn)。研發(fā)出具有國(guó)際先進(jìn)水平的天線罩幾何厚度及外廓形測(cè)量?jī)x，2023年獲中國(guó)高?？茖W(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。知識(shí)結(jié)構(gòu)體系2.1知識(shí)體系機(jī)械電子工程的知識(shí)體系來(lái)源于學(xué)科間的交叉融合。它是機(jī)械、電子、控制、信息、計(jì)算機(jī)、人工智能、管理等諸多理論體系的集合。其特點(diǎn)是知識(shí)結(jié)構(gòu)龐大、理論豐富、應(yīng)用范圍廣泛。現(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)的機(jī)械電子專業(yè)課程重要是由機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及控制工程中的部分課程整合而成。2.2主干課程電工與電子技術(shù)、機(jī)械制圖、工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械原理、機(jī)械制造基礎(chǔ)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、電氣控制與PLC、單片機(jī)原理與接口技術(shù)、數(shù)控原理與維修、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、先進(jìn)制造技術(shù)導(dǎo)論、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)。關(guān)鍵技術(shù)3.1機(jī)械技術(shù)作為機(jī)械電子工程的支撐學(xué)科與關(guān)鍵技術(shù)，機(jī)械制造技術(shù)是其最為重要的影響元素。可以說(shuō)，它是一個(gè)載體或“母體”。機(jī)械電子工程可看做是多種技術(shù)向機(jī)械技術(shù)滲透的結(jié)果。但是，機(jī)械電子產(chǎn)品及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維、設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法與機(jī)械制造技術(shù)有很大區(qū)別。所以，對(duì)于機(jī)電行業(yè)人員來(lái)說(shuō)，從傳統(tǒng)的機(jī)械思維模式向機(jī)電思維模式的轉(zhuǎn)變是尤為重要的[1]。3.2電子技術(shù)電子技術(shù)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)定，應(yīng)用電子學(xué)理論，運(yùn)用電子器件與機(jī)械元件，采用某種控制策略，設(shè)計(jì)和制造出滿足需求并實(shí)現(xiàn)特定功能的電路或電子系統(tǒng)，從而投入到機(jī)械電子系統(tǒng)或產(chǎn)品之中[1]。3.3自動(dòng)控制技術(shù)當(dāng)代的自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、軍事、管理、教育等各個(gè)領(lǐng)域。自動(dòng)控制技術(shù)就好比一顆粒子，附到某種物質(zhì)上，它就具有某種物質(zhì)特定的性質(zhì)。在機(jī)械電子工程中，自動(dòng)控制技術(shù)是控制理論的實(shí)踐應(yīng)用，其通過系統(tǒng)已存在的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，結(jié)合多種技術(shù)，選擇控制方式來(lái)完畢某種控制任務(wù)，保證某個(gè)過程按照預(yù)想進(jìn)行，或者實(shí)現(xiàn)某個(gè)預(yù)設(shè)的目的[1]。3.4檢測(cè)傳感技術(shù)檢測(cè)是指在各類生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域，為及時(shí)獲得被測(cè)、被控對(duì)象的有關(guān)信息而實(shí)時(shí)地對(duì)一些參量進(jìn)行定性檢查和定量測(cè)量。檢測(cè)傳感技術(shù)的日益發(fā)展提高了機(jī)械電子工程的智能化水平，它的精度將直接影響系統(tǒng)的響應(yīng)特性[1]。3.5信息解決技術(shù)為了更進(jìn)一步地發(fā)展機(jī)械電子工程，必須提高信息解決設(shè)備的可靠性、加快解決速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問題[1]。3.6伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)要實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子工程全面、高速、準(zhǔn)確地發(fā)展，毋庸置疑，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)具有很重要的地位。近年來(lái)，隨著工業(yè)自動(dòng)化的飛速發(fā)展，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)也在朝著變頻化和交流化邁進(jìn)。伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)直接決定了機(jī)電系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、快速性以及靈活性[1]。3.7系統(tǒng)總體技術(shù)系統(tǒng)總體技術(shù)是一種運(yùn)用宏觀方法和思緒，從整體目的出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)總體進(jìn)行研究的綜合應(yīng)用技術(shù)。系統(tǒng)總體技術(shù)加強(qiáng)了機(jī)械電子系統(tǒng)的宏觀性，增長(zhǎng)了機(jī)電產(chǎn)品的穩(wěn)定性[1]。應(yīng)用領(lǐng)域機(jī)械工程所研究的領(lǐng)域非常廣泛，不僅僅涉及機(jī)械意義自身，例如熱力發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)床、工作機(jī)械(車床、打字機(jī)等)、自動(dòng)裝置、機(jī)器人等，還涉及所有類型的運(yùn)載工具、交通技術(shù)、公用設(shè)施技術(shù)、生產(chǎn)工藝技術(shù)(設(shè)備技術(shù))、核反映技術(shù)等，以及精密儀器技術(shù)所制造的產(chǎn)品(各類電器和電子儀器)。在所有的領(lǐng)域中，制造過程的自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的作用越來(lái)越大，機(jī)械電子是一門包含多學(xué)科知識(shí)的專業(yè)，內(nèi)容涉及機(jī)械工程、電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)。機(jī)械工程領(lǐng)域的多樣性使其劃分出許多方向完全不同的專業(yè)，例如印刷工程和媒體技術(shù)、車輛工程、精密儀器技術(shù)、食品工程、航空航天工程、機(jī)械電子、生產(chǎn)技術(shù)和材料和原料學(xué)，材料工藝，建筑材料和造紙工藝等。典型機(jī)電一體化產(chǎn)品5.1數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computernumericalcontrolmachinetools）的簡(jiǎn)稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)可以邏輯地解決具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，用代碼化的數(shù)字表達(dá)，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算解決由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號(hào)，控制機(jī)床的動(dòng)作，按圖紙規(guī)定的形狀和尺寸，自動(dòng)地將零件加工出來(lái)。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。5.1.1重要特點(diǎn)a.具有高度柔性在數(shù)控機(jī)床上加工零件，重要取決于加工程序，它與普通機(jī)床不同，不必制造，更換許多模具、夾具，不需要經(jīng)常重新調(diào)整機(jī)床。因此，數(shù)控機(jī)床合用于所加工的零件頻繁更換的場(chǎng)合，亦即適合單件，小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)及新產(chǎn)品的開發(fā)，從而縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，節(jié)省了大量工藝裝備的費(fèi)用。b.加工精度高數(shù)控機(jī)床的加工精度一般可達(dá)0.05—0.1MM，數(shù)控機(jī)床是按數(shù)字信號(hào)形式控制的，數(shù)控裝置每輸出一脈沖信號(hào)，則機(jī)床移動(dòng)部件移動(dòng)一具脈沖當(dāng)量（一般為0.001MM），并且機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向間隙與絲桿螺距平均誤差可由數(shù)控裝置進(jìn)行曲補(bǔ)償，因此，數(shù)控機(jī)床定位精度比較高。c.加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠加工同一批零件，在同一機(jī)床，在相同加工條件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀軌跡完全相同，零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定。d.生產(chǎn)率高數(shù)控機(jī)床可有效地減少零件的加工時(shí)間和輔助時(shí)間，數(shù)控機(jī)床的主軸聲速和進(jìn)給量的范圍大，允許機(jī)床進(jìn)行大切削量的強(qiáng)力切削。數(shù)控機(jī)床正進(jìn)入高速加工時(shí)代，數(shù)控機(jī)床移動(dòng)部件的快速移動(dòng)和定位及高速切削加工，極大地提高了生產(chǎn)率。此外，與加工中心的刀庫(kù)配合使用，可實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行多道工序的連續(xù)加工，減少了半成品的工序間周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。e.改善勞動(dòng)條件數(shù)控機(jī)床加工前是經(jīng)調(diào)整好后，輸入程序并啟動(dòng)，機(jī)床就能有自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行加工，直至加工結(jié)束。操作者要做的只是程序的輸入、編輯、零件裝卸、刀具準(zhǔn)備、加工狀態(tài)的觀測(cè)、零件的檢查等工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大減少，機(jī)床操作者的勞動(dòng)趨于智力型工作。此外，機(jī)床一般是結(jié)合起來(lái)，既清潔，又安全。f.運(yùn)用生產(chǎn)管理現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床的加工，可預(yù)先精確估計(jì)加工時(shí)間，對(duì)所使用的刀具、夾具可進(jìn)行規(guī)范化，現(xiàn)代化管理，易于實(shí)現(xiàn)加工信息的標(biāo)準(zhǔn)化，已與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，是現(xiàn)代化集成制造技術(shù)的基礎(chǔ)。5.1.2基本組成a.加工程序載體數(shù)控機(jī)床工作時(shí)，不需要工人直接去操作機(jī)床，要對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制，必須編制加工程序。零件加工程序中，涉及機(jī)床上刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、工藝參數(shù)（進(jìn)給量主軸轉(zhuǎn)速等）和輔助運(yùn)動(dòng)等。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲(chǔ)在一種程序載體上，如穿孔紙帶、盒式磁帶、軟磁盤等，通過數(shù)控機(jī)床的輸入裝置，將程序信息輸入到CNC單元。b.數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心?，F(xiàn)代數(shù)控裝置均采用CNC（ComputerNumericalControl）形式，這種CNC裝置一般使用多個(gè)微解決器，以程序化的軟件形式實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，因此又稱軟件數(shù)控（SoftwareNC）。CNC系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)，它是根據(jù)輸入數(shù)據(jù)插補(bǔ)出抱負(fù)的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件加工出所需要的零件。因此，數(shù)控裝置重要由輸入、解決和輸出三個(gè)基本部分構(gòu)成。而所有這些工作都由計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)程序進(jìn)行合理地組織，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。c.伺服與測(cè)量反饋系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統(tǒng)的作用是把接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大、整形解決后，轉(zhuǎn)換成機(jī)床執(zhí)行部件的直線位移或角位移運(yùn)動(dòng)。由于伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的最后環(huán)節(jié)，其性能將直接影響數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)，因此，對(duì)數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)裝置，規(guī)定具有良好的快速反映性能，準(zhǔn)確而靈敏地跟蹤數(shù)控裝置發(fā)出的數(shù)字指令信號(hào)，并能忠實(shí)地執(zhí)行來(lái)自數(shù)控裝置的指令，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跟隨特性和靜態(tài)跟蹤精度。d.機(jī)床主體機(jī)床主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體。它涉及床身、底座、立柱、橫梁、滑座、工作臺(tái)、主軸箱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、刀架及自動(dòng)換刀裝置等機(jī)械部件。它是在數(shù)控機(jī)床上自動(dòng)地完畢各種切削加工