机电一体化技术在机械设计制造中的应用探究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 24 日 作者简介：廖勇（1989），男，汉族，江西丰城人，本科，中级工程师，研究方向为机械设计制造、机电一体化。-85-机电一体化技术在机械设计制造中的应用探究 廖 勇 江西省抚州比亚迪实业有限公司，江西 抚州 344000 摘要：摘要：机电一体化技术作为一种全新的微电子技术，在诸多行业中的应用日益深入，在机械设计制造过程中发挥了重要作用，开展该技术的应用研究，对于提高机械设计制造质量，推进机械制造行业的发展具有重要意义。但部分行业在应用该技术的过程中，仍存在基础设施落后、技术应用观念陈旧等问题，对该技术的应用造成了阻碍，因此加强该技术的应用研究显得尤为重要。本文结合机械设计制造的实际情况，对机电一体化技术的应用展开研究，旨在为相关技术的应用提供参考。关键词：关键词：机电一体化技术；机械设计制造；应用；研究 中图分类号：中图分类号：TH-39 0 引言 在当前时代下，信息技术飞速发展，推进了生产技术和生产设备的更新，机电一体化技术作为信息技术发展衍生的产物，在诸多行业中的应用愈发广泛，成为行业生产和管理的有效工具。在机械设计制造工作中，合理发挥机电一体化技术的优势，能够推进机械设计制造模式的转变，大幅提升机械设计制造的效率与质量，加强对该技术的应用研究，不仅能够推动机械设计制造行业的转型与升级，同时也能为其他行业的生产和管理提供参考。1 机电一体化技术的概述及构成 合理应用机电一体化技术，能够构建专业化的机电一体化系统，该系统是机械设计制造中的核心与桥梁，能够高效完成信息处理、环境感知等任务，与传统的生产技术相比，整个设计和制造过程不需要过多的人工参与，只需要执行预先设定好的控制指令，就可对数控机床和工业机器人进行控制，达到生产管理和控制的理想目标，不仅大幅提升了设备的生产效率与质量，同时也降低了相关技术人员的生产工作压力。针对不同的应用场景，机电一体化可细分为感知、运动、结构、动力和职能五项核心要素。感知主要体现为多类摄像头和传感器，是系统信息获取的主要来源；运动大多为机械臂等执行设备，是控制命令执行的主体；结构作为系统的硬件基础，主要包括控制器、机械本体和机械轴；职能要素则可细分为信息处理模块和控制器，完成设备状态监测和自动控制等操作。2 机电一体化在机械设计制造领域中的应用意义 2.1 降低生产成本 机电一体化技术的应用需要实现软硬件的统一发展，相关企业在技术应用前期需要投入一定的资金用于配备专业的硬件设备，以传感器和工业摄像头为主，基于企业的生产需求，引入专业化的操作系统和软件程序，对于企业的经济实力有着一定的要求。但从长远角度来看，机电一体化系统的引入终将代替传统的人工生产模式，对于降低企业生产的人力成本具有重要意义，有效降低机械设计制造的成本，同时，发挥机电一体化系统的优势，能够提升产品的生产质量，进一步增强企业的市场竞争力。2.2 保障生产安全 安全是推进后续生产工作的基础与前提，也成为机电一体化技术应用中的关键任务，结合机械设计制造工作来看，现场环境较为复杂，存在的风险因素较为多样，包括设备因素和人为操作等，风险因素容易引发严重的机械伤害，不仅会阻碍生产工作的推进，同时也会造成不必要的人员伤亡。在机电一体化技术得以广泛应用后，工业机器人逐渐取代人工，成为生产的主体力量，技术人员不必再长期工作于一线，只需要完成生产参数和程序的设定，就可以实现自动化生产，有效减少了生产过程中的风险因素，对于保障生产安全有着巨大帮助。2.3 提高制造精度 中国科技期刊数据库 工业 A-86-受人工生产局限性的影响，在以往的机械设计生产中，生产周期相对较短，生产效率难以提高，同时，生产技术人员的误操作较为常见，不仅影响到产品的生产效率，同时也引发了一些生产安全隐患。在应用机电一体化技术后，该种情况得到了有效的改善，不仅能够完成基础性的生产任务，该系统还具有一定的生产修正功能，借助多样化的传感器和摄像头，监控机械臂的姿态、位置和运动轨迹，将预先设计的参数与产品的生产进行对比，下达特定的纠偏指令，可避免参数误差累计，影响产品的设计和制造质量。2.4 适应作业需求 伴随科学技术的发展，机械产品趋于复杂化，对于机械设计制造工作提出了全新的要求。结合机械设计制造工作来看，当前的机械产品内部构造更为复杂，结构组件也较为多样，在机械设计制造过程中，技术人员需要不断调整设计制造条件，这就涉及到大量的设备调试和人员调整工作，不仅会影响生产线的正常运转，同时也会增大资源的消耗量。在应用机电一体化技术后，该种情况得到了有效的改善，可以借助集成制造等多种技术方式，基于生产需求自动调整工业机器人的生产姿态和运动轨迹，避免了生产线的长期停滞。3 机电一体化的常见技术 3.1 总线技术 总线技术主要用于机械设计制造现场的控制，充分发挥总线技术的作用，能够对施工现场内的施工设备和仪器进行管理和操作，达到自动化控制的目标。在机械设计制造中，如果无法实现对设备的有效控制，不仅会影响产品的设计和生产，同时也会降低生产工作的效率与质量。传统的信号控制和管理技术逐渐难以满足工业生产的实际需求，总线技术的应用为机械设计制造创造了巨大的变化，不仅能够达到理想的信号控制和管理目标，也能进一步降低信号传输中的能量损耗，为后续生产工作的推进创造了巨大的便利。3.2 交流传动技术 在机械设计制造过程中，可以选用的生产技术较为多样，交流传动技术也是其中的代表，与其他技术相比，交流传动技术的优势在于良好的适应性，能够满足不同产品的设计和制造需求，对于进一步强化信号传输能力也有着较大的帮助。此外，交流传动技术的利用，能够大幅降低信号的干扰度，使得生产技术人员获取客观准确的信息，对于保障现场设备的稳定运行具有重要作用，也是提升机械设计制造质量的有效途径。3.3 集成制造技术 计算机的信息处理和分析能力在机械设计制造中具有广泛的应用前景，集成制造技术就是计算机技术与机械设计制造需求有机结合的产物，该技术可以发挥自身的信息处理优势，对大量的信息和数据进行整合，利用专业的模拟，为后续测试和生产工作的推进创造便利。结合机械设计制造工作的实际情况来看，生产技术人员需要基于生产需求，合理选用设计制造材料，加强设计制造管理，推进自动化和信息化处理，机械设计制造和信息管理成为一个整体，不仅能够促进信息和数据之间的交流与共享，同时也能保障机械设计制造的统一性，是提升机械设计制造质量的有效途径。4 机电一体化在机械设计制造领域中的主要应用场景 4.1 运动控制 在机械设计制造的实际场景中，得益于 PLC 可编程逻辑控制器和大量的传感器设备，能够完成检测信号的实时传输和控制，并将其存入 I/O 映象区，通过数据的分析与处理，得到较为客观的处理结构，随后对执行设备的位置进行描述，由 PLC 控制器下达相应的控制指令，譬如 PLC 可向多个机械轴下达运动控制指令，保障机械臂能够按照预定轨迹进行运动，优化不同机械臂之间的协作，不仅能够避免出现机械臂的碰撞和卡位，同时也能促进生产资源的优化配置。此外，机电一体化还可用于机械设计领域的运动控制场景中，在完成电信号的接收后进入用户程序执行和输出刷新阶段。4.2 质量检测 自动检测功能与传统的人工检测模式相比，检测周期大幅延长，检测效率得到显著提升。为达到理想的质量检测目标，生产技术人员需要科学引入工业摄像机和传感器等多种专业生产设备，促进硬件设备和软件的有效融合，满足行业的自动化生产需求。相关中国科技期刊数据库 工业 A-87-装置可用于机械产品成品几何参数和外观质量的检测，通过结果的对比判断产品质量是否达标，生成全面的质量检测报告，详细记录机械产品的质量问题，譬如工件表面疵点。以往的质量检测工作以电子检测仪检测为主，逐项对机械产品和加工件进行测量读数，但是该种检测方式的检测效率相对较低，同时容易受到人为主观影响，难以发现工件疵点。4.3 数控机床 传统的数控机床由于自动化水平较低，对于生产技术人员的依赖性比较大，生产效率受生产人员专业素质影响，存在操作繁琐等常见问题，此外，功能也比较单一，难以满足日益多样化的生产需求，很多工作都需要人工完成，譬如参数调节、排屑、更换刀具等。在应用机电一体化技术后，该种情况得到了有效的改善，生产技术人员可以结合实际的生产需求，综合考虑建设成本、生产成本和管理成本等多项因素，促进数控机床与机电一体化技术的有效融合，在数控机床上加装执行机构，随后向不同的执行结构下达控制指令，大部分数控机床的加工精度提升至5m水准，部分超精密级数控机床的加工精度提升至 0.01m 水准。一些制造企业充分发挥机电一体化技术的优势，加装新型的自动回转刀架、伺服电机和编程控制器等硬件设备，对于提升产品的加工精度有着巨大帮助。4.4 机械节能 过去的机械设计制造模式对于人力资源的的依赖性比较大，大部分的设计制造任务都需要人工完成，技术人员在设计制造过程中主要凭借自身的经验积累对工作环境和生产需求进行分析，实现对电机转速、电流和电压的控制，同时也包括具体的生产模式。但是该种生产模式具有很大的局限性，部分技术人员在设计制造过程中受自身主观因素的影响，无法实现对设计制造参数的合理调整，生产设备长期处于高负荷状态，最终的设计制造效果也难以达到预期目标。应用机电一体化设备后，可利用大量的传感器和监控设备，对设备的运行状态进行实时监控，合理开展设备的能量调配和功率调节工作，有利于大幅提升机械生产设备的节能效果和运行效率。5 机电一体化技术在机械设计制造中的应用策略 5.1 转变技术应用观念 以往的机械设计制造中，机械设计与电气控制是分开进行的，而机电一体化技术提倡将机械和电气整体考虑。企业应转变技术应用观念，通过整体优化，实现机械结构与电气控制的协同工作，提高系统性能；机电一体化技术强调数据在机械设计和电气控制之间的集成与共享，企业应采用统一的数据标准和平台，实现设计、制造、测试等各环节的数据无缝衔接，减少信息传递误差；引入机电一体化技术，应注重人机协同设计，利用虚拟现实、人机界面等技术，使工程师更直观地理解整个系统，提高设计质量，缩短产品开发周期。5.2 更新行业生产设备 机电一体化技术的应用需要企业引入智能制造设备，包括具有自动调整和学习能力的机械设备和电气控制系统，类似的设备能够更好地适应复杂多变的生产环境，提高生产灵活性；数字化车间是机电一体化技术应用的基础，企业应推动车间信息化建设，实现设备之间的信息互通，促进生产过程的可视化、透明化，提高生产调度的精准度；机电一体化技术与先进的制造技术相辅相成，企业应整合先进的制造技术，包括三维打印、数控加工等，实现灵活的定制化生产；引入机电一体化技术的同时，企业还应实施设备的远程监控，借助物联网技术，实现对设备状态、生产数据等的远程实时监测，及时发现问题并进行远程调整。5.3 培养专业技术人才 机电一体化技术的应用需要跨足机械工程、电气工程等多个领域的知识。企业应构建跨学科团队，汇聚不同专业的人才，实现机械设计和电气控制的深度融合；企业应加强机电一体化技术方面的人才培训机制，包括内部培训和外部培训，培训内容应包括机械设计、电气控制、数据分析等方面的知识，以提高员工的综合素质；企业需与高校建立紧密的合作关系，共同开设相关课程、组织实习和项目合作，以培养适应机电一体化技术应用的高水平专业人才；机电一体化技术的应用需要丰富的工程实践经验，企业应鼓励员工参与实际项目，通过实践积累经验，提高解决实际问题的能力。6 结束语 中国科技期刊数据库 工业 A-88-机电一体化技术在机械设计制造中的深入应用，将进一步推动我国从制造大国迈向制造强国，为我国制造业的转型与升级注入持续的动力，制造业需要加大对机电一体化技术的重视，基于自身的生产需求，构建专业的机电一体化系统，针对机械节能、数控机床、质量检测等不同的应用场景，通过转变技术应用观念、更新行业生产设备、培养专业技术人才等技术应用策略，有序推进机电一体化技术的应用，打造安全、高效、稳定的机械设计制造体系，全面推动相关行业的生产和发展。参考文献 1汪小海.机电一体化技术在机械设计制造中的应用探讨J.模具制造,2023,23(09):199-201.2赵志勇,韩芳.机电一体化技术的系统设计及在机械设计制造中的应用方向 J.造纸装备及材料,2023,52(06):113-115.3沈阳.机电一体化技术在机械设计制造中的应用研究J.时代汽车,2023,(10):128-130.4张雪洋.机电一体化数控技术在机械加工与制造中的应用研究J.造纸装备及材料,2023,52(01):93-95.5刘辉.机电一体化数控技术在机械制造中的应用分析J.造纸装备及材料,2022,51(12):105-107.6王健,孙远.机械设计制造中机电一体化的应用研究J.中国设备工程,2022,(23):213-215.7何爱睿.机电一体化技术在机械制造中的应用分析J.科技创新与应用,2022,12(31):151-153+157.