机电一体化技术在机械设计制造中的应用研究

机电一体化技术在机械设计制造中的应用研究

李学彬

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摘要：科技的发展，促进了我国机电一体化技术的发展，并在机械设计制造中得到了广泛的应用。以机电一体化作为切入点，本文首先分析了机电一体化技术，其次探讨了机械设计制造环节中机电一体化技术的实际应用，最后就机电一体化技术融入机械设计制造环节的未来融合发展方向进行研究，以供参考。

关键词：机电一体化技术；机械设计制造；应用

引言

近年来，随着机械电子工程的蓬勃发展，机电一体化概念被提出，在机械设计制造领域中展露出广泛应用前景，被业界一致视为创新旧有机械设计制造模式、实现智慧制造目标的关键。与此同时，机电一体化概念与相应技术的问世时间较晚，虽然得到大规模应用推广，但机电一体化技术价值仍旧存在深度挖掘的空间，本文就此开展研究。

1机电一体化技术

机电一体化是多种先进技术有机结合的产物，包括机械技术、微电子技术、传感器技术、接口技术及信息技术等，在各个领域中应用的自动生产设备均可以归入机电一体化设备的范畴，如数控机床、工业机器人等，是机电一体化的典型设备。机电一体化产品的特点体现在如下方面:功能增强，适用范围更广;工作精度大幅度提高;安全性和可靠性显著提升;操作过程得以简化。机电一体化技术在企业生产中的应用，使作业效率和安全性得到提升，对于企业的发展具有促进作用。

2机械设计制造环节中机电一体化技术的实际应用

2.1故障诊断技术的应用

基于机电一体化技术的工程机械运行效率较高，存在噪声低、稳定可靠等特点。功能层面的提升丰富了工程机械的配套技术，技术融合时，可能出现协调不佳或其他方面的问题。此时，相关技术人员需要建立安全容错体系，帮助工程机械规避风险，保证机械运行的安全性和稳定性。故障自诊断功能模块属于工程机械的重要组成部分，可以及时发现设备异常，基于算法确定故障的具体部位，对故障形成正确的认识，及时定位和修复设备故障。电子故障诊断技术体系中，根据实际需求灵活选用红外线分光光度仪、金属微粒含量分析仪、超声波探伤仪等仪器。

2.2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5μm水准，超精密级数控机床的加工精度更是提升至0.01μm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。

2.3专家控制

专家控制系统简称ECS，是专为解决工业控制难题而提出的一种智能控制方法，在过程控制中的应用较为广泛。ECS应用AI和计算机技术，按某领域专家提供的知识与经验，以推理判断的方式，对专家的决策过程进行模拟，为复杂问题的解决与处理提供依据。专家控制系统由知识库、数据库、推理机、解释程序等组成，该系统对数学模型的依赖程度较低，基本不会受到被控对象参数变化的影响，通过对专家行为的模拟，依托智能化的操作与控制方式，能使控制系统的性能得到全面提升，机械制造精度随之提高。

2.4在柴油机自动控制中的应用

工程机械的运行负荷较大，对机械的动力核心提出较高的要求，为顺利推动机械运行，通常配套柴油机。技术人员通过降低柴油机污染物等级和提高燃油效率等方法，实现柴油机运行状态的优化。机电一体化技术为柴油机的自动控制提供可能，在合理的控制机制下，可以降低柴油机日常运行中的废气排放量，提高其动力性能；能够及时监测工程机械的运行状态，进行合理的调整，保持运行全程的最优化，使用自动控制调速器能够保证柴油机的合理运行。在动态化调控机制下，柴油机的经济效益和生态环境效益均提升。

2.5CAD的应用

自动化技术在机械设计方面的应用，主要体现在一些软件中，笔者在此以CAD为例进行了一个简单的介绍。CAD对于机械设计的平面图开发有着极为显著的帮助，是设计人员在平面设计最为常用的一种软件。设计人员可以通过CAD软件强大的图形处理能力，呈现出一个高质量的绘图工作，而且这种高质量的绘图还不需要手动制作，可以极大的节省了工作人员的时间和经历。同时，借助CAD软件进行机械设计，还可以做到随时随地的修改，一旦发现出现设计不合理或者是漏洞，那么就可以进行修改，通过云端下载的方式，将之前的设计图下载下来，在此基础上进行修改保存，对于出现错误的也不要删除，也要进行保存，通过对比，去寻找更多的不足和可以进步的地方。

3机电一体化技术融入机械设计制造环节的未来融合发展方向

3.1智能化

作为计算机技术发展环节的新学科，人工智能俨然已经成为智能制造未来的主要发展方向。如此一来，机械设计制造的全过程将表现出智能化的发展特征，进而模拟出与实际机械操作相关的操作者行为逻辑，并逐渐形成信息自助获取与决策判断的能力。智能化的机械制造发展方向，是我国机械设计制造行业获得可持续性发展的重要基础。

3.2模块化

制造企业应推动机电一体化技术向模块化方向发展，统一各企业所开发机电一体化系统的规格标准，优先使用标准化与通用型号的机械本体、电子元件、零部件，企业可根据机械设计制造需要，选择相应的机械本体、电子元件和现有软件程序，将三者进行拼接组装，即可搭建一套功能完善、运行稳定、具备良好扩展性能的机电一体化系统。同时，在所制造机械产品种类型号发生改变时，仅需对软件程序和系统功能结构进行一定程度的调整，或是在系统中更换其他款式的电子元件、软件程序，即可重新组装成一套满足实际制造需要的机电一体化系统。

3.3控制方式综合

随着机电一体化对智能控制要求的不断提高，单一的控制方式将无法满足应用需要，为提高控制水平，可将多种控制方式综合到一起，发挥出各自的优势，达到预期的控制效果。在综合多种控制方式的过程中，要不断引入新的技术和成果，通过试验研究，分析技术综合的可行性，为控制方式的综合提供支撑。

结语

综上所述，机电一体化技术的出现，为机械设备发挥其功能优势奠定了基础。相信在未来，随着机电一体化技术应用流程与方案的不断更新，其必然能够在材料应用、资源节约以及环境保护等领域，发挥出更大的应用价值，继而实现我国机械设计制造行业的可持续性绿色化发展目标。

参考文献

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[2]程尤亚，王明月.机电一体化技术在机械设计制造中的应用研究[J].南方农机，2020，51（20）：141-142.

[3]袁海梅,丁文开,谷春华.机电一体化在工程机械中的技术应用分析[J].内燃机与配件,2021(17):200-201.