機電一體化總體設計
機械與電子
作者：李恩平 成學武
【摘 要】機電一體化設計是機床設計環節是一個重要內容，總體設計應該從總體機械結構出發，綜合考慮驅動方案和係統的可靠性，選擇最合理的方案，實現機電一體化產品整體的優化設計。
【關鍵詞】主體機械結構；驅動方案；可靠性
1 主體機械結構
主體機械結構方案包括：機械的主要幾何尺寸確定、布局、作業空間的確定、運動自由度數的確定。
機床主體在設計時候要遵循以下幾點原則：
明確——結構方案應能明確體現各個方麵的設計指標。首先是所選方案的工作原理要明確，才能使所設計的結構能可靠地實現所要求的目標；其次，要明確工作條件，如載荷情況和運行速度；還要明確作業空間參數和使用條件。
簡單——滿足設計目標要求的條件下，係統結構盡量簡單。
安全可靠——包括機器的工作安全性和操作安全性兩方麵內容，是總體結構方案設計必須考慮的內容。
例如，在機械行業中最有名氣的車床CA6140，它在主體設計時車床的床身、床腳、油盤等采用整體鑄造結構，剛性高，抗震性好，符合高速切削機床的特點；車機床潤滑係統設計合理可靠，車頭箱、進給箱、溜板箱均采用體內飛濺潤滑，並增設線泵、柱塞泵對特殊部位進行自動強製潤滑。
2 驅動方案設計
直線驅動元件直接驅動：
直線步進電機其結構比較複雜，傳感器采用磁電式或直接開環控製，控製特點是使用專用傳感器，開環控製位置精度高，低速振動較大，直線步進電機適用場合為並聯機器人，成本較高。
氣壓缸結構簡單，傳感器是直接型位移傳感器，控製特點是使用氣壓控製閥控製，快速性好，負載能力差，適用場合為包裝機，成本較低。
液壓缸，結構較複雜，傳感器為直接型位移傳感器，控製特點是使用電液伺服閥控製，快速性好，負載能力強，適用場合為並聯機器人和包裝機，成本較高。
3 控製係統方案設計
機床的控製係統是非常重要的，如果沒有控製係統，那麼機床就是一個不完整的，說嚴重一些就是一個廢品，那麼機床也不可能為人們服務了。
機床控製係統按原理分為：開環、半閉環和閉環控製。
開環控製係統也就是沒有反饋元件。
閉環控製係統是有反饋元件，反饋元件直接安裝在最終的運動部件上。
半閉環控製係統是檢測元件安裝在機床的中間環節上。
4 可靠性設計
4.1 可靠度函數與失效概論
可靠度函數是產品在規定的條件下和規定的時間t內，完成規定功能的概率，以R（t）表示；反之，不能完成規定功能的概率稱為失效概率，以F（t）表示。