機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

推移式除草機(jī)的設(shè)計(jì)割草機(jī)是農(nóng)、牧、園藝和園林等行業(yè)必備的一種常用機(jī)械,但適合面積狹小、形狀不規(guī)則或地形復(fù)雜的地段且操作使用便捷、靈活的小型推移式割草機(jī)卻很少見。為此,在研究我國(guó)廣泛應(yīng)用的一些割草機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單實(shí)用的推移式割草機(jī),其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、工作頭前伸和支架高度可調(diào);本文介紹了:推移式割草機(jī)的總體結(jié)構(gòu)、工作原理、電機(jī)選擇及傳動(dòng)比的計(jì)算相關(guān)機(jī)構(gòu)的校核。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該機(jī)具有操作容易、使用和攜帶方便、轉(zhuǎn)向靈活等特點(diǎn),能有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度。推移式割草機(jī)的使用設(shè)計(jì)用途目前，大型生態(tài)園的綠地設(shè)計(jì)已是房地產(chǎn)開發(fā)團(tuán)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，草地是綠化的一種重要形式。目前，庭院里修整草地通常使用身背柴油機(jī)作動(dòng)力，采用尼龍繩甩打草葉；或者是使用電動(dòng)、柴油機(jī)的割草機(jī)，這種割草機(jī)體積大、噪音大，適用于空曠大草坪，易夾草出故障，遇到石塊可能使刀片斷裂，發(fā)生事故。隨著國(guó)內(nèi)人們生活水平的提高，人們對(duì)居住的綠化水平要求越來越高，尤其帶花園的別墅不斷增加，更需要開發(fā)一種適合小面積草地、無噪音的手推式割草機(jī)。本次設(shè)計(jì)的手推割草機(jī)是專為家庭庭院及私人花園設(shè)計(jì)的，不適用于公共設(shè)施、公園、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、道路、農(nóng)場(chǎng)和林場(chǎng)等場(chǎng)合。注意事項(xiàng)1）不可以將手動(dòng)割草機(jī)用于割除攀藤植物、屋頂或陽臺(tái)上的青草等，那樣有可能傷害到身體。2）每次使用之前都需要進(jìn)行一次檢查，確認(rèn)所有的螺栓、螺母、工具都沒有磨損或損壞，對(duì)于磨鈍或損壞了的刀片應(yīng)當(dāng)更換。3）再檢查一下要割草的草坪表面，要清除干凈石頭、木塊、電線等其他堅(jiān)硬的物體，這些物品碰到刀具時(shí)會(huì)飛甩出去而無法控制。4）旁邊有人，尤其是兒童和動(dòng)物的時(shí)候，不要使用該割草機(jī)。5）割草時(shí)一定要穿用防滑底做成的結(jié)實(shí)靴子。6）旋轉(zhuǎn)的刀片轉(zhuǎn)筒可能會(huì)造成人身傷害，刀片轉(zhuǎn)筒和操作人員之間的安全距離是通過導(dǎo)桿隔開的，一定要一直保持這個(gè)安全距離。在堤岸或斜坡上割草時(shí)尤其要注意，一定要順著斜坡的方向割。7）當(dāng)后退拉動(dòng)割草機(jī)時(shí)要特別小心，有絆倒的危險(xiǎn)。8）任何時(shí)候都不要將手或腳放在運(yùn)動(dòng)部件的上方或下方。9）如果刀具或割草機(jī)遇到障礙或堅(jiān)硬的物體時(shí)，一定要適當(dāng)全面地檢查割草機(jī)。10）只有在能見度好，視野清晰的時(shí)候才可以進(jìn)行工作。[5]]圖2-1割草機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖Fig2-1Lawnmowerinternalstructureschematicdrawing推移式割草機(jī)的工作原理割草機(jī)以移動(dòng)式汽油機(jī)作為動(dòng)力，由汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪和割草裝置。行走機(jī)構(gòu)采用手推車架。汽油機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)長(zhǎng)軸，長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到弧形齒輪，兩個(gè)呈角度的弧形齒輪改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，最后轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到割草裝置，割草裝置通過安裝在軸上的割刀盤帶動(dòng)割刀旋轉(zhuǎn)完成割草作業(yè)。3）本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是：（1）.操作容易、使用和攜帶方便；（2）.轉(zhuǎn)向靈活,能有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度；（3）.整機(jī)重量較低。（4）.傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。（5）.割草動(dòng)作沒有撕扯，對(duì)草坪更有益。割草機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)和動(dòng)力機(jī)的選擇動(dòng)力機(jī)的選擇選用的汽油機(jī)1E139F參數(shù)如下汽油機(jī)型號(hào)1E139F汽油機(jī)型式單缸、風(fēng)冷二沖程最大功率1.4/6500kw/r/min噪聲101dB(A)

最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速9000r/min排量33.6cc

油箱容積1.0L點(diǎn)火方式無觸點(diǎn)

化油器型式膜片式起動(dòng)方式反沖起動(dòng)

傳動(dòng)軸型式硬軸背帶型式雙肩背帶

凈重

7.7kg汽油機(jī)包裝箱尺寸（mm）330×302×300割草機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的推移式割草機(jī)的傳動(dòng)部分主要是長(zhǎng)軸帶動(dòng)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，錐齒輪帶動(dòng)另一錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)并且改變方向，最后傳到到割刀轉(zhuǎn)動(dòng)，將草坪上多余高度的草割斷。傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)主要是對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)。齒輪傳動(dòng)的類型齒輪傳動(dòng)就裝置形式分：1）開式、半開式傳動(dòng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡(jiǎn)易的機(jī)械設(shè)備中，有一些齒輪傳動(dòng)沒有防塵罩或機(jī)殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)不僅外界雜物極易侵入，而且潤(rùn)滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只宜用于低速傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)裝有簡(jiǎn)單的防護(hù)罩，有時(shí)還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動(dòng)。它工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴(yán)密防止外界雜物侵入，潤(rùn)滑條件也不算最好。2）閉式傳動(dòng)

而汽車、機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等所用的齒輪傳動(dòng)，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體(機(jī)匣)的，這稱為閉式齒輪傳動(dòng)(齒輪箱)。它與開式或半開式的相比，潤(rùn)滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場(chǎng)合。本次設(shè)計(jì)的推移式割草機(jī)割草總成部分尺寸比較小，傳動(dòng)齒輪尺寸和質(zhì)量比較小，轉(zhuǎn)速比較高，且沒有防護(hù)罩，如果選用開式容易損壞其壽命，因此齒輪傳動(dòng)選用閉式傳動(dòng)。齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪傳動(dòng)是靠齒與齒的嚙合進(jìn)行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等。齒輪傳動(dòng)的失效形式不大可能同時(shí)發(fā)生，但卻是互相影響的。例如齒面的點(diǎn)蝕會(huì)加劇齒面的磨損，而嚴(yán)重的磨損又會(huì)導(dǎo)致輪齒折斷。在一定條件下，由于上述第一、二種失效形式是主要的，因此設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作條件分析其可能發(fā)生的主要失效形式，以確定相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式進(jìn)行的。對(duì)一般齒輪傳動(dòng)，目前廣泛采用的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度兩種計(jì)算方法足以確定其承載能力。1）、閉式齒輪傳動(dòng)軟齒面（HB≤350）閉式齒輪傳動(dòng)：一般失效形式是點(diǎn)面點(diǎn)蝕，故通常先按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)幾何尺寸，然后用彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算其承載能力。硬齒面（HB≥350）閉式齒輪傳動(dòng)：一般失效形式是齒根折斷，故通常先按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)幾何尺寸，然后用齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算其承載能力。2）、開式齒輪傳動(dòng)對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)一般以齒根折斷和齒面磨損而失效。但目前尚無完善的磨損計(jì)算方法，故僅以齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)幾何尺寸或驗(yàn)算其承載能力，并在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)用適當(dāng)加大模數(shù)（增大10%或15%）的辦法來考慮磨損因素的影響。[2]由于本次設(shè)計(jì)的手推割草機(jī)的齒輪傳動(dòng)屬閉式傳動(dòng)且屬于高速傳動(dòng)的硬齒面，因此需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。4.4齒輪精度的選擇各類機(jī)器所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍列于下表中，按載荷及速度推薦的齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)如下圖所示。各類機(jī)器所用齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍：表齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)Table4-1Geartransmissionaccuracylevel機(jī)器名稱精度等級(jí)機(jī)器名稱精度等級(jí)汽輪機(jī)3～6拖拉機(jī)6～8金屬切削機(jī)床3～8通用減速器6～8航空發(fā)動(dòng)機(jī)4～8鍛壓機(jī)床6～9輕型汽車5～8起重機(jī)7～10載重汽車7～9農(nóng)業(yè)機(jī)器8～11手推割草機(jī)屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械，速度、精度要求都不高，故選用6級(jí)精度（GB10095——88）。按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)齒坯基本參數(shù)的確定：按照格利森的制度1）、軸交角與傳動(dòng)比，是根據(jù)齒輪副的傳動(dòng)要求確定的。2）、根據(jù)齒輪副所要傳遞的功率、扭矩，利用經(jīng)驗(yàn)公式或圖表確定小輪外端的節(jié)圓直徑和小輪齒數(shù)（不小于5）。弧齒錐齒輪的外端模數(shù)m可以根據(jù)公式確定。3）、大輪的齒數(shù)計(jì)算后圓整，且大輪與小輪的齒數(shù)之和不小于40。4）、齒面寬b的確定。查表，一般選擇為外錐距。5）、根據(jù)大輪和小輪的旋轉(zhuǎn)方向確定齒輪的旋向。齒輪的旋轉(zhuǎn)方向是根據(jù)傳動(dòng)要求確定的，它的選擇要保證齒輪副在嚙合的過程中有互相推開的軸向力。6）、為了保證齒輪副具有一定的重合度，應(yīng)選擇合適的螺旋角，一般選擇位35度?？梢愿鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)表格來選取適當(dāng)?shù)穆菪?，并可根?jù)公式計(jì)算相應(yīng)的重合度。B為齒寬，為外錐距，為中點(diǎn)錐距，為內(nèi)錐距，為端面重合度。7）、壓力角的確定。壓力角一般有16、19、20、21.5、22.5、25度等，弧齒錐齒輪一般用20度。壓力角太小減小了齒輪的強(qiáng)度，并容易發(fā)生根切，但柔性增大；壓力角太大容易使得齒頂變尖，降低重合度。小轎車為了降低噪聲、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，采用小壓力角。載重汽車一般用大的壓力角，以增大齒輪的強(qiáng)度。8）、齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)與側(cè)隙。查表，一般當(dāng)小輪齒數(shù)12時(shí)，齒頂高系數(shù)為0.85，頂隙為0.188，則工作齒高系數(shù)為1.7，全齒高系數(shù)為1.888。側(cè)隙查表選取。9）、變位系數(shù)的選擇。根據(jù)傳動(dòng)比與齒輪的齒數(shù)查表。參數(shù)確定如下：1）選用弧齒錐齒輪傳動(dòng);齒輪精度為8級(jí);選擇大小齒輪材料均為20CrMnTi，滲碳后淬火處理，強(qiáng)度極限為1100Mpa，屈服極限為850Mpa，齒芯部硬度為300HBS。;閉式齒輪傳動(dòng)一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性，減小沖擊振動(dòng)，大齒輪的齒數(shù)為Z2=20，小齒輪的齒數(shù)Z1=16，傳動(dòng)比為i=0.8，軸交角為120°。2）計(jì)算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。由于汽油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速n1=6500r/min，根據(jù)傳動(dòng)比i12=0.8，則小齒輪的轉(zhuǎn)速為n2=65000.8=5200r/min，大齒輪功率近似P=1.4kw根據(jù)公式算得：查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》圖5.6-11和5.6-12，確定節(jié)圓直徑d2=24，d1=30模數(shù)m=1.53）由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》按以上步驟確定弧齒其它參數(shù)如下齒輪小齒輪大齒輪螺旋角35°35°齒形角20°20°工作齒高系數(shù)1.7齒頂高系數(shù)0.850.425壓力角20°20°頂隙系數(shù)0.1888齒寬811變位系數(shù)0參數(shù)如圖齒輪參數(shù)Fig4-1Gearparameters割草機(jī)割草機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)推移式割草機(jī)的割草機(jī)構(gòu)如圖所示圖5-1刀片F(xiàn)ig5-1blade圖托盤壓盤割草機(jī)割草機(jī)構(gòu)由壓盤、托盤和刀片組成，刀片在壓盤和托盤中間，在壓盤外面，由螺母扭緊固定。刀片材料的選擇割草機(jī)刀片必須采用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼材，經(jīng)過特殊熱處理工藝保證刀片有較高的強(qiáng)度、鋒利度、耐磨性、抗沖擊韌性。刀架及刀片外形應(yīng)該符合空氣動(dòng)力學(xué)要求，盡量減少運(yùn)動(dòng)時(shí)的空氣阻力，以降低功率消耗。裝配、調(diào)整刀具時(shí)，必須保證兩端力矩平衡，以減少振動(dòng)和噪聲。刀片材料選用優(yōu)質(zhì)合金鋼。在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素而構(gòu)成的鐵碳合金。根據(jù)添加元素的不同，并采取適當(dāng)?shù)募庸すに?，可獲得高強(qiáng)度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。刀片的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)多種形式的刀片以適應(yīng)不同的割草環(huán)境。一些刀片如圖5-3圖不同樣式的刀片各種割草機(jī)刀片用途：

1）2齒刀片：適用于切割較低軟的雜草，切割直徑大（菱形刀片在操作中比較安全）

2）3齒刀片：適用于切割較高軟的雜草，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠

3）4齒刀片：適用于切割較高軟的雜草（平衡，震動(dòng)小，切割效果比較平整）

4）8齒刀片：適用于切割較低軟的雜草（平衡，震動(dòng)小，切割效果比較平整）

5）40齒刀片：適用于切割較硬的雜草和灌木（灌木直徑1.5-2.0厘米）

6）80齒刀片：適用于切割較硬的雜草和灌木（平衡，振動(dòng)小，切割效果比較平整）刀片的切割過程：在刀片割草的過程中，刀片和草是一對(duì)矛盾。要弄清切割過程的實(shí)質(zhì)，必須先了解這兩方面的性質(zhì)和特點(diǎn)，才能進(jìn)一步分析它們的相互作用。草的橫截面呈扁平或槽型。非均勻體在不同方向上的機(jī)械性能并不相同（稱為各向異性），這是與均勻材料（各向同性）顯著不同的特點(diǎn)。草的剛度很小，極易彎曲，到一定撓度時(shí)，就會(huì)失去穩(wěn)定而彎折。利用工具所施加的壓力來破壞材料相互之間聯(lián)系使之分離的機(jī)械加工過程，都稱之為“切”。刀片的切割過程同刀具切削金屬的過程及沖模沖剪材料的過程本質(zhì)是不同的。刀片的斷面呈薄的楔形，前后兩個(gè)刃磨面組成的楔角的頂部就是刃口。刀片的“切割”過程同“切削”及“沖剪”之不同，在于前者是利用刃口對(duì)材料產(chǎn)生很大的單位應(yīng)力，使刃口穿透入被切材料之中來破壞材料。齒刀片的切割過程是，刀片以齒尖刺穿草面，將其斷面分割開；隨著齒尖的繼續(xù)插入，由于草的強(qiáng)度各向異性的特點(diǎn)，纖維之間很容易沿橫向被撕開，因而受到削弱。草被齒尖刺入后也不會(huì)再沿刀刃向外滑出，所以被割斷。軸的設(shè)計(jì)軸的概述軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。因此，軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。按照承受載荷的不同，軸可以分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。工作中既能承受彎矩又能承受扭矩的稱為轉(zhuǎn)軸。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動(dòng)軸。還有很多種不同的分類方法，在此就不一一列出。軸的設(shè)計(jì)軸的設(shè)計(jì)也和其它零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需要對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。而對(duì)于剛性要求較高的軸（如車床主軸）和受力大的細(xì)長(zhǎng)軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過大的彈性變形。對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又包括制定處合理的外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)結(jié)的方法；載荷性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。而影響軸的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)時(shí)，必須使軸滿足以下條件：軸和軸上工作的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝卸和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝等。軸的材料選擇軸的材料選用調(diào)制鋼40Cr，這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后用于制造承受中等負(fù)荷及中等速度工作的機(jī)械零件，如汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)、后半軸以及機(jī)床上的齒輪、軸、蝸桿、花鍵軸、頂尖套等；經(jīng)淬火及中溫回火后用于制造承受高負(fù)荷、沖擊及中等速度工作的零件，如齒輪、主軸、油泵轉(zhuǎn)子、滑塊、套環(huán)等；經(jīng)淬火及低溫回火后用于制造承受重負(fù)荷、低沖擊及具有耐磨性、截面上實(shí)體厚度在25mm以下的零件，如蝸桿、主軸、軸、套環(huán)等；經(jīng)調(diào)質(zhì)并高頻表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而無很大沖擊的零件，如齒輪、套筒、軸、主軸、曲軸、心軸、銷子、連桿、螺釘、螺帽、進(jìn)氣閥等。此外，這種鋼又適于制造進(jìn)行碳氮共滲處理的各種傳動(dòng)零件，如直徑較大和低溫韌性好的齒輪和軸。長(zhǎng)軸的校核長(zhǎng)軸只受到扭轉(zhuǎn)的作用，因此需按扭轉(zhuǎn)應(yīng)力來校核軸的強(qiáng)度。長(zhǎng)軸的扭矩：由強(qiáng)度條件，，最小截面為邊長(zhǎng)為5的正方形截面。查《材料力學(xué)》p96表得a=0.208對(duì)于鋼材來說，許用剪應(yīng)力一般按（0.6--0.8）δb/n，n為安全系數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》P770表得40Cr的δb=750Mpa計(jì)算得，滿足強(qiáng)度條件。故長(zhǎng)軸安全。談?wù)剬?duì)機(jī)電一體化的看法摘要：隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展和完善，機(jī)電一體化產(chǎn)品的概念已不再局限于某一具體產(chǎn)品的范圍，而是逐步擴(kuò)大到控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)品制造和過程控制的大系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床就是機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)床領(lǐng)域的具體應(yīng)用。關(guān)鍵字：機(jī)電一體化數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)機(jī)電一體化產(chǎn)品（或系統(tǒng)）是指機(jī)械系統(tǒng)和微電子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，從而產(chǎn)生新功能和新性能的新產(chǎn)品。此類產(chǎn)品和傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)相比，其主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了機(jī)電系統(tǒng)在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上的信息驅(qū)動(dòng)，在工作過程中可以對(duì)本身和外界環(huán)境的各種信息驚醒采集，處理和分析，系統(tǒng)的行為則完全取決于在信息分析基礎(chǔ)上所做出的控制決策。微電子技術(shù)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)信息采集，處理，分析和智能化控制決策的根本保證。機(jī)電一體化的最大優(yōu)點(diǎn)就在于其的生產(chǎn)能力和工作質(zhì)量的提高。機(jī)電一體化產(chǎn)品大都具有信息自動(dòng)處理和自動(dòng)控制功能，其控制和檢測(cè)的靈敏度，精度以及范圍都有很大程度的提高，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)可精確地保證機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照設(shè)計(jì)的要求完成預(yù)定的動(dòng)作，使之不受機(jī)械操作者主觀因素的影響，從而實(shí)現(xiàn)最佳操作，保證最佳的工作質(zhì)量和較高的產(chǎn)品合格率。同時(shí)，由于機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了工作的自動(dòng)化，使得生產(chǎn)能力大大提高。例如，數(shù)控機(jī)床對(duì)工件的加工穩(wěn)定性大大提高，生產(chǎn)效率比普通機(jī)床提高5~6倍，柔性制造系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備利用率可提高1.5~3.5倍，機(jī)床數(shù)量可減少約50%,節(jié)省操作人員數(shù)量約50%，縮短生產(chǎn)周期40%，使加工成本降低50%左右。此外，由于機(jī)電一體化工作方式具有可通過調(diào)整軟件來適應(yīng)需求的良好柔性，特別適合于多品種小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，是縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，加速更新?lián)Q代的重要途徑。數(shù)控機(jī)床是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，是機(jī)電一體化的典型應(yīng)用，國(guó)際信息處理聯(lián)盟第五技術(shù)委員會(huì)，對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義：數(shù)控機(jī)床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床。該控制系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號(hào)碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控化設(shè)備，一般由信息載體，計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)和機(jī)床本體四部分組成。數(shù)控機(jī)床的研制最早是從美國(guó)開始的。1948年，美國(guó)帕森斯公司在研制加工直升飛機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時(shí)，提出了研制時(shí)空機(jī)床的初始設(shè)想。1949年，在美國(guó)空軍部門的支持下，帕森斯公司正式接受委托，于麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)過三年時(shí)間的研究，于1952年試制成功世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)型樣機(jī)。后又經(jīng)過三年的改進(jìn)和自動(dòng)編程研究，于1955年進(jìn)入實(shí)用階段。一直到20世紀(jì)50年代末，由于價(jià)格和技術(shù)上的原因，數(shù)控機(jī)床僅局限在航空工業(yè)中應(yīng)用，品種也多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了20世紀(jì)60年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價(jià)格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多數(shù)是鉆床，沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機(jī)，火焰切割機(jī)等，是數(shù)控技術(shù)不斷地?cái)U(kuò)展其應(yīng)用范圍。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征；而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,他對(duì)國(guó)際民生的一些重要行業(yè)（IT，汽車，輕工，醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì)。當(dāng)前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備的發(fā)展呈現(xiàn)如下發(fā)展趨勢(shì)。高速，高精密化新一代數(shù)控機(jī)床（含加工中心）只有通過高速化大幅度縮短切削工時(shí)，才可能進(jìn)一步提高其生產(chǎn)率。超高速加工，特別是超高速銑削，與新一代高速數(shù)控機(jī)床，特別是高速加工中心的開發(fā)，應(yīng)用緊密相關(guān)。20世紀(jì)90年代以來，歐，美，日各國(guó)爭(zhēng)相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。依靠快速，準(zhǔn)確的數(shù)字量傳遞技術(shù)，對(duì)高性能的機(jī)床執(zhí)行部件進(jìn)行高精密度，高響應(yīng)速度的實(shí)時(shí)處理。效率和質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速，高精度加工技術(shù)可極大地提高效率，產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。為此，日本先端技術(shù)研究所將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。高可靠性高可靠性是指數(shù)控系統(tǒng)的可靠性，要高于被控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因?yàn)槭巧唐?，受性能價(jià)格比的約束。數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)CAD化隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。CAD不僅可以替代人工完成浩繁的繪圖工作，更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選拔和大件整機(jī)的靜，動(dòng)態(tài)特性的分析，計(jì)算，預(yù)測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對(duì)整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)階段就可以看到產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用CAD還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計(jì)的一次成功率，從而縮短試制周期，降低成本，增加產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)要求較高，綜合性強(qiáng)，工作量大的工作，故應(yīng)用CAD技術(shù)就更有必要和迫切。.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化任何一類機(jī)床都是由若干基礎(chǔ)件，標(biāo)準(zhǔn)件和功能部件組成的，盡管在同一類機(jī)床中有規(guī)格大小和立，臥等形式之分，但大體上功能部件都是相似的。為便于發(fā)展同系列和跨系列變形品種，滿足用戶市場(chǎng)的需要，現(xiàn)在許多機(jī)床生產(chǎn)廠家都在發(fā)展自己產(chǎn)品的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。.數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)技術(shù)重大突破的突出表現(xiàn),是近年來已出現(xiàn)的所謂6條“腿”支撐，并連接上平臺(tái)與下平臺(tái)的構(gòu)架結(jié)構(gòu)形式。隨著這種結(jié)構(gòu)技術(shù)的成熟和發(fā)展，預(yù)示著數(shù)控機(jī)床技術(shù)將進(jìn)入一個(gè)有重大變革和創(chuàng)新的時(shí)代。.數(shù)控機(jī)床功能的多樣化隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的功能越來越多，具體體現(xiàn)在以