浅谈机械设计中电气自动化的应用

张朝阳

摘 要：机械设计一直以来是制造业中的主导，机械设计水平的好坏关系到整个制造业的整体水平。在当今社会要求高效率、自动化生产的要求下，机械设计逐步引入将电气自动化知识，形成一套专业的、有机的智能解决方案，配套到各个生产系统，使得传统机械设计更多元化与智能化，这也正在慢慢改变着传统机械设计的设计思路和设计习惯。随着智能制造思维的不断深入，国内各大制造企业纷纷成立研究小组对智能制造技术进行研究，运用电气自动化的相关知识对智能制造展开分析与讨论，并通过机械设计与电气自动化相结合的设计思路来开发新型的自动化技术。

关键词：智能制造 机械设计 自动化技术

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（c）-0053-02

机械设计是一门专业性很强的学科，在以前机械设计的目的是设计出合理有效的结构实现某种功能。随着社会发展，机械设计出的纯机械产品越来越难以满足当今社会快速发展的需求。纯机械产品虽然在可靠性及功能性方面完全能够满足使用要求，但是在其快速控制及自动化程度方面很难满足大部分企业的要求，因此在机械设计过程中机械设计工程师开始将电气自动化的相关知识应用到机械设计中去，运用电气自动化中的控制系统理论知识来实现机械设计产品的自动化控制，从而实现设备的自动化，在极大提高效率的同时降低了企业的人工投入，为机械行业带来了大的革新。

1 运用电气自动化的典型案例

1.1 机械加工方面

机械加工是机械行业的基础，任何形式的机械设计产品均需通过机械加工的方式来实现其成型。最早开始的机械自动化采用机械配合电气的简单的自动化技术，随着计算机技术的发展，计算机技术迅速运用到机械加工设备进而设计产生了加工中心、数控机床、机械臂、机器人、自动轧制设备、自动卷制设备及自动仓储等电气与机械相结合的自动化设备。

（1）加工中心：加工中心是指在数控机床上安装加工刀具库和自动换刀装置。这是一种能够在工件端面车削后还可在工件端面和外表面进行铣削、钻孔及攻丝等加工的综合性机械加工设备。加工中心是集机械、电气及液压控制为一体的典型机械加工装备，是一种自动化程度较高的机加设备。

（2）复合数控机床：复合数控机床有很多种，比如车铣数控复合机床、车磨复合数控机床及钻铣复合数控机床。车铣数控复合机床的旋转刀具主轴由电机驱动，具有加工中心级的切削能力，主要用于零件的车、铣加工；车磨复合数控机床是将倒置式硬车和磨削加工完美结合的一种数控机床，其工作稳定性非常好，加工质量非常高，它通过电气系统控制将硬车和精磨有机结合；钻铣复合数控机床是利用电气理论控制，实现铣削、钻孔、攻丝和倒角的一种复合型机床设备。

1.2 机械自动控制设备方面

（1）机械手：机械手技术属于工业机器人技术范畴，它是一项综合了机器特长及人的灵动性的一种拟人的机械设备，它综合了机械而设计、电气自动、电子信息技术、传感技术和人工智能。机械臂的主要技术由机械设计的执行机构执行，主要包括机械手部分、手腕部分、手臂部分和立柱部分等。而支配机械臂按照规定运动的动力源是机械手的驱动系统，通常以机械传动和电气传动为主要传动源。机械手的控制系统主要是由程序控制系统和电气定位装置组成。

（2）自动仓储：自动仓储是一种为了提高仓储系统效率而设计出一套由计算机控制系统控制的自动化系统，它利用无人搬运车将货物摆放到制动货架。自动仓储设备的机构原理有机械工程师完成设计，其控制部分由机电工程师完成匹配，从此角度来讲自动仓储是机械设计与电气控制相结合的典型案例，这为企业实现自动化及智能化制造提供了有力的技术支撑。

（3）自动化物流：自动化物流的概念是由欧洲、日本、美国等发达国家提出的一种自动化物流控制系统，它主要利用PLC控制技术、机电一体化信息技术和无接触式供电技术等技术经过一定的设计与整合形成一套完成的自动化物流控制系统。在我国自动化物流设备和水平虽然仍然处于初级阶段，但是随着电气工程自动化技术的不断提高，自动化物流技术也在逐步向专业化水平发展。

（4）单片机：单片机是电气自动化技术中一种广泛应用于过程控制的控制器。单片机以其体积小的优势可应用到体积不大的机械加工设备，或者空间有限的生产过程。其在较恶劣的环境中仍然可以工作，在钢铁工业，及机械制造、化工、纺织等行业都有着较为广泛的应用，并且近年来逐渐扩展到在航空航天、军事装备、航海及交通设备等领域。单片机是有效整合机械制造和电气自动化技术的重要产物，其在实现自动化控制系统中起着非常重要的作用。

2 电气工程在机械行业的应用

2.1 在机械制造业的应用

机械制造业范围极为广泛，它是机械加工、机械制造以及与机械相关的配套设施设备的总称。近年来机械制造业在整合传统制造业的同时，在智能化制造及自动化控制方面有了长足的进步，其进步主要得益于电气自动化的快速发展。电气工程自动化在机械制造行业的应用极为广泛，比如国内工程机械行业，各大企业开始对各种中、大型工程机械的自动化控制系统进行开发与运用，并取得了一定的成效；在国内的大型重卡制造企业、逐步开始研究轻量化、便捷化、自动化的的操作系统；在汽车造企業，逐渐开始了无人驾驶系统的研发与实验；在钢铁制造企业开始了自动化轧制生产线的研发与投产；在军工行业也开始了无人机和无人车的研究。综上所述，国内机械制造也正在以一种新的姿势朝着更高端、更便捷的方向发展。伴随着电气自动化技术的快速发展，越来越多的传统制造业也开始进行自动化、智能化以及信息化的升级改造，逐步形成一批具有代表性的先进技术水平的中国自动化制造企业集群，为国内机械行业的发展提供充足的动力和有力的技术基础。

2.2 在机械加工企业的应用

机械加工行业是一个覆盖面非常大的行业，也是传统制造业的支柱行业，在科技发展异常迅速的当今社会，机械加工行业也在迅猛发展。近年来越来越多的自动化机械加工设备被人们所了解和应用，越来越多的自动化程度和智能化程度非常高的机械加工设备涌现出来，比如自动卷制机械、自动轧制机械、自动机械加工机械等，它们都是运用了电气自动化的技术对机械设备进行了改造，使其具备自动化控制的水平。

3 结语

电气工程及其自动化技术在机械行业有着非常重要的地位，在某种意义下也推动着机械行业的发展。机械设备要实现自动控制，必须要有电气自动化技术的支持。在当今机械设计过程中首先要考虑的是该设备或者系统的控制是否能够实现自动控制，并由专业的设计工程师对自动控制系统进行设计，从而完成机械设备的自动化。因此，机械行业中电气自动化有着不可缺少的作用和存在的意义，电气自动化的出现极大地推动了机械行业的发展，为机械行业朝着高水平、高智能化的方向发展提供了有力的技术保障。作为一名合格的机电自动化技术从业者，要不断用机电技术武装自己，使自己能够适应行业的发展，并在今后的工作中结合机械相关知识提高自己的业务水平。

参考文献

[1] 刘涛.对电气工程及其自动化技术的设计与应用分析[J].科技视界，2015（26）：336，341.