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【摘 要】机电一体化设计是机床设计环节是一个重要内容,总体设计应该从总体机械结构出发,综合考虑驱动方案和系统的可靠性,选择最合理的方案,实现机电一体化产品整体的优化设计.
【关 键 词】主体机械结构；驱动方案；可靠性
1主体机械结构
主体机械结构方案包括：机械的主要几何尺寸确定、布局、作业空间的确定、运动自由度数的确定.
机床主体在设计时候要遵循以下几点原则：
明确――结构方案应能明确体现各个方面的设计指标.首先是所选方案的工作原理要明确,才能使所设计的结构能可靠地实现所要求的目标；其次,要明确工作条件,如载荷情况和运行速度；还要明确作业空间参数和使用条件.
简单――满足设计目标要求的条件下,系统结构尽量简单.
安全可靠――包括机器的工作安全性和操作安全性两方面内容,是总体结构方案设计必须考虑的内容.
例如,在机械行业中最有名气的车床CA6140,它在主体设计时车床的床身、床脚、油盘等采用整体铸造结构,刚性高,抗震性好,符合高速切削机床的特点；车机床润滑系统设计合理可靠,车头箱、进给箱、溜板箱均采用体内飞溅润滑,并增设线泵、柱塞泵对特殊部位进行自动强制润滑.
2驱动方案设计
直线驱动元件直接驱动：
直线步进电机其结构比较复杂,传感器采用磁电式或直接开环控制,控制特点是使用专用传感器,开环控制位置精度高,低速振动较大,直线步进电机适用场合为并联机器人,成本较高.
气压缸结构简单,传感器是直接型位移传感器,控制特点是使用气压控制阀控制,快速性好,负载能力差,适用场合为包装机,成本较低.
液压缸,结构较复杂,传感器为直接型位移传感器,控制特点是使用电液伺服阀控制,快速性好,负载能力强,适用场合为并联机器人和包装机,成本较高.
3控制系统方案设计
机床的控制系统是非常重要的,如果没有控制系统,那么机床就是一个不完整的,说严重一些就是一个废品,那么机床也不可能为人们服务了.
机床控制系统按原理分为：开环、半闭环和闭环控制.
开环控制系统也就是没有反馈元件.
闭环控制系统是有反馈元件,反馈元件直接安装在最终的运动部件上.
半闭环控制系统是检测元件安装在机床的中间环节上.
4可靠性设计
4.1可靠度函数与失效概论
可靠度函数是产品在规定的条件下和规定的时间t内,完成规定功能的概率,以R（t）表示；反之,不能完成规定功能的概率称为失效概率,以F（t）表示.
产品工作到t时刻时,单位时间内失效数与t时刻尚存的有效产品数R（t）的比称为失效率,以λ（t）表示,反映任意时刻失效概率的变化情况.
4.2系统可靠性
可靠性预测,通过预测,对新产品设计的可靠性做出估计,提供方案修改、调整及优选的依据,并可由此对产品的维修费用以至全寿命运行费用做出估计.
包括元件可靠性预测和系统可靠性预测.
（1）元件可靠性预测包括以下两种方法：
实验统计法―通过模拟实验,确定元件在任何规定的使用时间内的可靠性.
经验法―查可靠性手册或根据类似元件的使用经验积累的可靠性数据,考虑在新产品设计中的使用条件,估计出元件的可靠性水平.
（2）系统的可靠度主要取决于元件的可靠度和元件的组合方式两个因素.最基本的组合方式为串联和并联,串联系统的可靠度R,等于各组成单元可靠度Ri的乘积.
4.3优化指标
设某个产品共有m个可行的方案,每个方案都选定n个评价指标；Kij为第i个方案中第j项评价指标值；Kmaxj是第j项指标在各方案中的最大值；Wj是第j项指标的加权值,它反映了这项指标在该产品中相对于其它各项指标的重要程度,且满足：
Wj等于10≤Wj≤1（1）
则采i个方案的综合评价指标（即评价函数）为：
Hi等于Wj,i等于1,2..,m（2）
求出各方案的最佳评价函数值Himax：
Hmax等于max{Himax,（i等于1,2..,m）}（3）
通过（1）,（2）,（3）求出数据,通过下列方案进行对比选出最佳方案.
可行方案1,失效率Ki1/10-6h-1为120,成本Ki2为7千元,模块化程度Ki3是0.5,评价函数Himax是-0.46,权重系数Wj为0.5.
可行方案2,失效率Ki1/10-6h-1为170,成本Ki2为4千元,模块化程度Ki3是0.8,评价函数Himax是-0.37,权重系数Wj为0.3.
可行方案3,失效率Ki1/10-6h-1为180,成本Ki2为4千元,模块化程度Ki3是0.7,评价函数Himax是-0.42,权重系数Wj为0.2.
可行方案4,失效率Ki1/10-6h-1为210,成本Ki2为3千元,模块化程度Ki3是0.5,评价函数Himax是-0.50.
[责任编辑：丁艳]