2.2 机械设备模块间的协调配合

在传统的机械设备中，通常用一个大功率的电动机驱动整个机器。多个具有不同工艺功能的机械部分利用机械的方式（如机械长轴、凸轮、齿轮等）耦合在一起，以确保机器各部分能够按照机器设计的要求相互协调（如各部分动作的时间关系、转速比等运动关系）地工作，实现机器的完整工艺功能。如本章2.1节中所述，对机器实施模块化后，机器的不同功能模块由各自的电动机驱动。在这种情况下，如何保证机器各模块之间工作的协调配合呢？这是机电一体化技术需要解决的一个重要问题。

随着电子技术、电气技术、信息技术及软件的发展，运动控制器、伺服驱动器及伺服电动机已经越来越普及。利用机电一体化技术方案（包括运动控制器、软件、伺服驱动器、伺服电动机和传感器等）取代机器中的联轴器、凸轮、齿轮等机械部分，同样可以实现多个机器模块之间的复杂运动关系（如凸轮关系、齿轮关系等）。当需要改变机器各部件之间的运动关系参数（如齿轮传动比、凸轮曲线的形状）时，采用机电一体化技术相比采用前面所述的机械方法具有明显的优势。如要改变齿轮传动比，只需在运动控制器中改变齿轮传动比参数即可，而无需任何机械改动，非常方便且迅速。在这样的大背景下，传统机器中的齿轮、凸轮、联轴器等机械部件已经越来越多地被电子、电气部件和软件所取代，如图2-3所示。

还需指出的是，在许多机械模块内部，也可能存在多轴之间相互的运动关系。如在某些机器的加工工艺过程中，需要在连续运动的物料上按照设定的等间距钻孔，如图2-4所示。在这个加工过程中，被钻孔的物料是以一定的速度连续向前运动的，这就要求钻头在旋转且向下垂直运动的同时，还要以同样的速度跟随物料进行向前的水平移动。注意：在图2-4中没有标出钻头旋转运动的驱动电动机。

随着电子技术、电气技术、信息技术及软件的发展和普及，运动控制器、伺服驱动器及伺服电动机的价格在逐步走低；与此相反，机械部件和人工劳动力的价格却在逐步走高。这样的变化趋势进一步促进了机电一体化技术的发展和实际应用。

在生产机械的控制和驱动方式上，机电一体化方案与传统机械方案相比，具有非常明显的优势。为实现不同产品（或产品形式）的生产，机电一体化方案可以快速且方便地对机器进行相应的调整或转换。机电一体化方案还可以降低机器的噪声，解决机械磨损带来的机器稳定性差、加工精度低等问题。这些优点正好顺应了当前市场对生产机械的要求。关于运动控制系统的原理、产品和软件等方面的知识，不在本书介绍的范围之内，如有需要，可参考这方面的专业书籍。

根据上述讲解可以看出，采用模块化设计和机电一体化技术，可使生产机械能够快速地进行调整或变换，以实现加工多种不同产品（或产品形式）的目的。这样就可以使产品生产商更好地适应小批量、多品种的市场需求，且更容易地应对产品生命周期缩短的市场发展趋势。对于机械设备制造商而言，利用模块化设计和机电一体化技术，可以更快地开发出符合市场需要、灵活性更好的新机型。 vF6xXt8cTzOm7P7+92NP99UAKIAJB+JrFaYhRCE3W3bzqfPmKpR2oc5QkJxblmmh