机械设计制造中机电一体化的应用

机械设计制造中机电一体化的应用

郭玉龙

宁夏力成电气集团有限公司，宁夏银川750021

摘要:机电一体化技术在机械设计制造领域具有良好的应用效果，其能够积极影响机械生产效率及安全性，保障生产效益。因此应充分掌握该项技术手段，并结合规范标准及具体状况对机电一体化技术进行科学利用，体现其应用优势，进而为机械企业实现高质量发展创设良好条件。

关键词：机械设计；制造；机电一体化

引言

机电一体化技术的问世，推动我国从制造大国迈向制造强国，也为制造业产业结构升级转型提供了新的契机。制造企业务必对机电一体化技术予以高度重视，深入了解机电一体化基础技术及应用价值等各个地方的技术，对机电一体化技术有着全面、直观且清晰的认识，在数控机床、运动控制、机械节能、质量检测等场景中做到对技术的落地应用，依托技术打造一套全新的机械设计制造体系。

1 机电一体化技术应用优势

1.1 产品小型化

作为当下机械设计制造流程的优化方向，产品小型化由于其占地面积更小使得其未来规模化使用成为可能，是充分反映不同生产阶段制造技术水平的突出表现。在融合应用机电一体化技术后，从机械设备应用的角度来看，控制系统与人为干预等部分功能的加入获得了足够的空间条件，体积小、重量轻的机械产品特征，为其充分发挥应用优势奠定了基础。伴随电子技术的更新与进步，电路芯片制造取得了极大突破，超高规模的制造方案为全面施行机械产品小型化方案提供了完备条件。如此一来，对应的机械设备结构获得了进一步优化的机会，无论是其自身重量还是体积，均达到了有效控制目的，进而预留出大量机械协同工作空间，是促进大规模生产制造的重要基础。

1.2 生产力增强

操作人员的自身水平决定了传统机械设备的应用效率与实际工作能力，对人力操作依赖较大且过程中所耗费的操作时间过多。而若将机电一体化技术融入机械设备，则将表现出其超高的自动化程度，并根据预先设定程序执行对应操作任务，原本的人力操作环节代替为计算机控制，能够根据材料特性与环境变化情况作出迅速反应。不仅将整体生产效率加快，同样保证了性能指标与生产环境和制造标准之间的匹配度，消除了以往由于人为操作所带来的产品差异隐患，是提升整体生产力的关键因素。

2机械设计制造中机电一体化的应用

2.1 数控机床

早期数控机床设备普遍存在功能单一、自动化程度低下、操作繁琐的问题，要求工作人员手动完成排屑、更换刀具、主轴转速参数调节等操作，数控机床使用效率低下，生产能力存在进一步提升的空间。对此，需要在数控机床场景中应用机电一体化系统，从技术层面上满足数控机床自动化生产的前提条件，并在数控机床上加装相应执行机构，由系统直接向各处执行机构下达控制指令，替代人工完成操作，把普通级数控机床加工精度提升至5 μm水准，超精密级数控机床的加工精度更是提升至0.01 μm水准。

例如，某制造企业在推行机电一体化系统的前提下，对老旧型号数控机床进行升级改造，加装自动排屑装置、变频电动机、自动回转刀架、伺服电机、编程控制器等硬件设备，由工作人员在编程控制器中设定加工信息，信息提交至逻辑电路中进行整合处理，转换为控制信号。随后，再将信号发送至自动回转刀架、自动排屑装置等执行机构，自动控制数控机床执行排屑、回转刀架、更换刀具等操作，确保数控机床在无人工直接干预条件下可以连续完成工件的多道加工任务，这对提升机床数控化率、核心零部件加工效率乃至机械制造精度都有着十分重要的现实意义。

2.2 运动控制

在运动控制场景中，机电一体化系统结构中加装PLC 可编程逻辑控制器与传感器，由传感器上传实时监测信号，对信号进行扫描读取并存入I/O 映象区，获取逻辑运算结果，准确描述机械设备执行机构的实时位置，再由PLC 控制器下达对应的控制指令，控制信号经由锁存电路驱动执行机构，完成点对点运动、补间运动、多轴联动或是螺线型运动的控制过程，控制执行机构以平稳状态运行到指定位置。例如，由PLC 控制器同时向多个机械轴下达运动控制指令，控制一定数量的机械臂按预定轨迹移动至特定位置，保持各机械臂的协作状态，避免机械臂相互碰撞、卡位，还可以通过调整运动速度等参数，确保各机械臂在同一时间抵达预定位置。

2.3 机械节能

在传统机械制造模式中，采取人工控制方式，由工作人员根据自身工作经验来主观判断现场环境、机械设备运行需要，对压力、电流、电机转速等运行参数进行调节，或是对机械设备运行模式进行切换。根据实际制造情况来看，受人为因素影响，部分运行参数没有被调节至最佳数值，机械设备长时间处于满载、超载运行状态，设备实际运行能耗远超过标准能耗，造成不必要的电力浪费，也在间接上增加了机械制造成本。

对此，需要应用到机电一体化技术，系统凭借传感检测、逻辑分析控制等功能，持续感知外部环境与设备运行状态，自动下达控制指令来调节运行模式及参数量，实现能量调配、功率调节等目的，在不影响机械制造活动正常开展的前提下，将机械设备运行能耗控制在合理范围内。与此同时，在机械设计期间，也可依托机电一体化系统来改善所研制机械产品的节能效果。

3机电一体化技术在机械工程中的发展趋势

3.1智能化

近年来，人工智能与机电一体化技术的融合受到充分重视，逐渐产生了数控机床智能化与机器人等。具体来讲，就是将计算机科学、人工智能、模糊数学等先进思想与方法综合运用，对人类智能进行模拟，以便进一步优化机械设备的判断推理、决策控制等功能。就目前来讲，人工智能与机电一体化技术的融合还处于初步发展阶段，相关工作者要深化研究工作，逐步拓展二者的融合深度，提升机械工程的智能化水平。

3.2模块化

就现阶段而言，机电一体化产品具有繁多的种类，不同产品在接口方面存在着较大的差异，对生产规模的扩大以及机械工程的发展造成了不利影响。面对这种情况，需坚持模块化发展理念，逐步对各类机电一体化产品的机械接口、电气接口、动力接口等进行统一。通过对标准单元进行研发，可促使机械新产品的开发速度得到加快，机械生产规模也能够显著扩大。在具体实践中，要与机械工程领域的大企业联合起来，统一制定各项标准，促使机电一体化技术的模块化得到实现。

3.3网络化

网络技术是计算机技术的重要分支，随着网络技术的广泛应用，深刻影响到科学技术、工业生产及人们的生产生活。网络技术有效连接了全球经济与生产，当研制出具有可靠质量、独特功能的机电一体化新产品后，将会在短时间内向全球范围内普及。同时，网络技术也催生了远程控制及监控技术，而机电一体化产品则是远程控制的终端设备。基于网络技术的支持，能够利用现场总线、局域网等连接生产设备，将计算机集成设备系统建设起来，有助于提高设备运行效率。在未来发展过程中，机电一体化技术的网络化发展趋势将会明显增强。

结束语

机电设备一体化在我国机械工程行业具有重要的技术价值。技术的科学应用对中国社会经济生产的未来发展具有重要的社会影响。在机械工程专业应用过程中，充分有效地提高了企业的生产效率，大大提高了特种机械工程生产材料的工作精度，充分保障了生产工人的人身安全。随着现代信息的不断进步和蓬勃发展，机电设备一体化将越来越广泛地应用于机械工程中。将继续发挥自身优势，促进机电工程的持续发展，为社会发展带来更大的经济效益。

参考文献：

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