传统机床向机械电子方向靠拢的必然趋势及其改造策略

【摘要】随着电子技术和信息技术的不断发展，工业生产已经由传统机械化操作转变为了机电一体化控制，工业生产效益得到了本质上的转变。在机床改造的过程中，人员应用机械电子及其自动化技术基础，对大规模集成电路及超大规模集成电路进行合理应用，将电子技术、信息技术、机械技术等融合、交叉，为传统机床向机械电子方向靠拢铺平了道路。文章从机械电子内容着手，对传统机床改造的原因进行探究。与此同时，文章还研究了传统机床的改造策略，从其特征及优势出发，对其今后发展方向进行浅析，现结果如下。

【关键词】机械电子;传统机床;趋势;改造策略;发展方向

1.机械电子概述

机械电子又称机电一体化，在应用的过程中需要根据系统功能及系统需求实施对应构建，达到组织、结构、效益等内容的优化。机械电子能够将机构得主功能、信息处理功能、动力功能、控制功能集成在一个系统中，达到运行-控制-反馈-调节一体化，大大降低了系统处理的工作量及难度。

机械电子构建的过程中要依照机械系统理念，从各个层次、各个单元着手，将机械装置与电子化软件结合，实现微电子技术、信息变换技术、传感可控技术、信息技术、电子电力技术、软件编程技术等的集成应用。机械电子将技术与产品融合，在产品的基础上对技术进行融入，将技术发展核心立于产品上，对产品的创新及发展具有至关重要的作用。机床向机械电子方向的发展主要指通过机械电子内容对传统机床进行优化和提升的过程。在该过程中，机床能够在保证组织及系统功能前提下实现科学布局，实现最佳配置，提升系统操作的可行性、安全性、准确性。与此同时，机床还能够最大限度降低能耗，减少工艺成本，能够从本质上提升机床价值，实现机床加工效益最大化。

2.传统机床向机械电子方向靠拢的必然趋势

20世纪中期西方国家开始对机床机电一体化方面内容进行研究，开始将机械电子机床的构建提上日程。随着时间的推移，机床机械电子研究不断深入，其发展效果得到了本质上的转变，主要可以划分为3个阶段（具体见表1）。

表1 传统机床向机械电子方向发展的阶段及特点

阶段 时期 特征

初级阶段 20世纪60

年代以前 处于自发状态，机电一体化水平较低，研究内容片面，电子技术及机械技术组合效益欠佳，产品经济效益低下。

蓬勃发展阶段 20世纪60年

代～80年代 世界各国逐渐认识并接受机械电子技术及产品，机床数控技术、计算机技术得到延伸，大规模及超大规模集成电路发展起来。

深入发展阶段 20世纪90年

代以后 机床机械电子技术开始向智能化、模块化迈进，建模、分析、集成等内容较为完善，出现光电及细微机床机械电子方向两方面分支，发展更为深入。

我国对机床机械电子方向发展的研究起于20世纪80年代，改革开放后，其机床部分技术已经达到了国际水平，提升了精细、复杂、大量的零件加工效益，零件加工水平已经得到了根本上的转变。但是在上述发展的过程中，受到费用、技术等影响，数控机床生产也受到非常大的制约：

（1）数控机床价格高昂，在进行使用的过程中需要投入大量的资金，成本巨大。这种状况导致小型或中小型企业难以承受，造成机床购置难度加大。

（2）在当前发展的过程中我国企业主要以普通机床为主，数量较为庞大。在使用数控机床代替的过程中操作难度较大，实现成本高昂。除此之外，当实现了数控机床替代后，普通机床资源闲置量大大上升，资源浪费现象较为严重，直接导致企业经济效益受损。

（3）国内数控机床在购置的过程中时间周期较长，重新购置周期直接制约了企业的生产效益，很容易造成企业无法满足自身生产要求，导致企业发展受到制约。

（4）当前国内零件加工的过程中零件较为单一，数控机床许多功能闲置，很容易导致机床资源浪费，造成投入生产使用后的使用效益大打折扣。

因此，在机床发展的过程中相关人员应做好数控机床技术研究，在传统机床技术上实施部分机械电子改造，从数控系统着手，将机械电子与传统机床融合在一起，实现机械加工的快速、精确、安全、高效，最大限度提升传统机床向机械电子方向靠拢的经济效益。

3.传统机床的改造策略分析

在传统机床发展中融入数控技术，实现机械电子方向改造，以改造代替购置，这种方法不仅能够改善传统机床的使用效益，还可以提升机械电子技术应用质量，已经成为机床改造的策略核心。

在实施传统机械加工机床改造的过程中，人员要从机械加工机床机械电子方向发展趋势的优势着手，将改造特征与改造优势有机结合在一起，合理配置机械电子技术，完成系统的自动化及数控化。

3.1 传统机械加工机床的改造策略分析

传统机械加工机床在改造的过程中要注意控制好对特定部位的改造。该过程中应加强对微机控制系统的设计及研究，实现传统机床加工过程中的“加工”、“分析”、“处理”，提升系统控制的智能化水平。当前传统机械加工机床向机械电子方向靠拢的特征及优势主要表现在以下几方面。

（1）传统机械加工机床改造后交货周期较短，可以最大限度缩短机床改造到投入应用的时间，降低了由于数控机床购置周期长导致的企业经济损失。相关资料显示：传统机械加工机床向机械电子方向改造的成本仅为数控机床购置成本的20%～40%，企业成本大幅降低。

（2）传统机械加工机床在改造的过程中选取铸造件一般较为精密且质量较高。该铸造件使用过程中常通常不是焊接构件，在改造使用后能够大大提升传统机械加工机床的机械稳定性。上述改造后的机床质量较高，性能得到大幅改善，部分设备甚至可以当做新机床使用，提升了原有传统机械加工机床的使用空间及使用价值。

（3）传统机械加工机床数控改造的过程中人员对机床了解较为深入，改造维修操作难度较低。相对于购置数控机床而言，机床改造更加符合零部件加工要求，可以最大限度降低改造人员、加工人员、维修人员的工作量。传统机械加工机床使用时间较长，相关人员对机床各部分结构、零件、特性较为熟知，改造、使用、维修过程中培训时间、培训投入可以大大减少且质量较高，改造完成后即可投入使用，缩短了由人员数控机床培训导致的加长周期。

3.2 经济型数控机床改造策略分析

经济型数控机床主要是依照当前生产现状要求，在原有生产功能基础上最大限度降低生产成本的一项设备。该机床在我国应该用较为普遍，整体操作性、实用性较强。随着机械电子技术的不断发展和提升，经济型数控机床已经得到了本质上的转变，成本控制效益大幅提升，其具体特征及优势主要表现在以下几方面。

（1）经济型数控机床性能能较高且价格适中，可以大幅降低企业经济负担，缩小企业开支。相对于进口数控机床动辄几十万元甚至几百万元的成本投入，经济型数控机床只需要几万元即可。该机床使用性能与数控机床相差不大，单其成本远远小于数控机床。

（2）经济型数控机床能够满足产品自动化需求，可以适应各种环境。在工作的过程中可以仅仅通过转变加工程序实现新功能的加入，缩短了投入使用的时间，对工作适应质量具有非常重要的意义。与此同时，经济型数控机床还可以有效降低加工成本，无需工装就可以完成处理操作。该机床应用时能智能化处理，简化操作，具有非常高的加工精度，减少了产品的废品率。

（3）经济型数控机床对工作人员工作素质要求较高，需要人员能够不断调整自身对科学技术的认识，这对企业人力资源具有非常好的提升。在上述过程中，经济型数控机床拓展了工作人员的视野，为工作人员智能化学习创造了良好的环境空间，提升了人员技能水平。除此之外，经济型数控机床还降低了人员的工作量和工作强度，激发了人员的工作兴趣及工作积极性，对企业核心凝聚力的形成具有非常好的促进作用。

4.机械电子背景下机床的发展方向

随着我国机械电子工程及自动化内容的不断丰富及完善，机床改造已经出现了翻天覆地的变化，各项内容已经出现了本质上的转变。在机械电子背景下，机床必将快速化、智能化、环保化、个性化，必将越来越符合工业生产需求。

（1）快速化：该趋势在当前的机床发展过程中非常明显。截止目前为止，数控机床中车床主轴转速已经在10000r/min以上，转动速度已经远远超过传统机床。与此同时，数控机床的快速移动速度也达到了120m/min以上，其加速度增幅达到原有加速度的3～4倍，速度持续增长且增长幅度不断加大。机床的快速化已经成为机械电子背景下发展的主要方向之一，尤其是在近年来纳米技术研究拓展的过程中。相关资料显示：纳米机床精度可以在0.05～0.01nm之间，运转速度及加速度将得到质的飞跃。虽然该机床还没有区域性投入使用，但在不久的将来一定会大幅提升零件加工效益，在零件处理中“大放异彩”。

（2）智能化：数控机床主要通过智能化手段达到对技术的分析、应用，实现零件处理。在上述过程中，机床需要具有与人相似的功能，在数据采集、集中的基础上实施分析，实现自主决策。这对智能化需求较高且智能化水平越高决策越有效。与此同时，信息时代环境下，机床的产品观念及模式将会出现一定转变，对工作效益提升需求更高。因此，在机械电子背景下，机床必将越来越智能化、集成化，越来越虚拟生产、智能生产、精益生产。

（3）环保化：随着可持续发展的不断深入，我国对企业生产的可持续化需求不断上升，实现企业环保化已成为发展的必然。在上述环境下，绿色化产品观念随之而生。机床环保化改造的过程中将产品设计、生产、使用、销毁过程紧密串联成一个整体，对各项危害环境的操作进行剔除，消除了可能出现的噪音污染、废料污染等，最大限度提升了资源的利用率。这种发展方向与企业环保需求一致，是今后机床改造过程的必然之路。

5.总结

在实施传统机械加工机床改造的过程中，人员要从机械加工机床机械电子方向发展趋势的优势着手，将改造特征与改造优势有机结合在一起，合理配置机械电子技术，完成系统的自动化及数控化;要从改造策略中总结经验，在改造策略上设计具体改造操作，分层落实，逐层递进，最大限度提升传统机床向机械电子方向靠拢的质量及效果。在今后的机床改造研究中，人们需要加强对机械电子的分析，从更深层次研究，探讨更高效、更完善的改造策略。

参考文献

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[4]张寒松.浅析机电一体化技术的发展及其在钢铁行业中的应用[J].机械制造，2012（12）.

[5]陈志彪.浅论“机电一体化技术”的内涵及发展方向[J].科技创新导报，2010（14）.

作者简介：

谭翰声（1993―），男，辽宁辽阳人，大学本科，现就读于东北林业大学机电工程学院，研究方向：机械电子工程。

邢思远（1994―），男，河北保定人，大学本科，现就读于东北林业大学机电工程学院，研究方向：机械电子工程。