基于机电一体化技术的机械设计制造与应用

2022-11-01张盼盼王宇蓝建华

电动工具 2022年5期

张盼盼，王宇，蓝建华

（浙江金象科技有限公司，浙江东阳 322100 ）

0 引言

随着科技水平不断提高和信息时代迅猛发展，机电一体化技术应用于机械制造领域，取得了良好的应用效果，实现了传统工业生产模式的改革与创新，提升了机械设计制造整体效率。本文提出基于机电一体化技术的机械设计制造方案，确保其可靠性和可行性，旨在提高机械设计制造水平。

1 概述

机电一体化技术主要是指在应用传统机械技术的基础上，通过计算机信息技术、机械技术、伺服传动技术和传感器检测技术，进行综合应用后而出现的一种新型、先进的智能化生产技术[1]。该技术在具体的运用中，可以促进传统生产模式向智能化生产模式的转变和发展。目前，机电一体化技术主要应用于工业制造企业以及大型生产领域中，能够对人脑思维模式进行真实化模拟和利用，为促进企业生产流程的动态化、智能化、信息化监测和判断提供了重要的技术支持。

机电一体化技术将电子技术、机械技术和相关软硬件设备有效结合，为促进整个系统结构向信息化、最优化方向发展提供了重要的技术支持，因此，结构最优化逐渐成为了机电一体化技术的重要特征[2]。近年来，机械制造系统在具体的应用中，逐渐改变和淘汰了人工操作方式，最大化地降低了工作人员的劳动强度[3]，为进一步提高产品生产效率和效果创造了良好的条件。此外，通过将机电一体化技术应用于机械制造领域中，可事先根据系统使用需求，采用智能化操作方式，对整个产品生产流程进行统一调整和控制，以发挥出系统多种自动化控制功能，如信息自动化处理功能、信息自动化修改功能、故障信息自动化监测功能等[4]。

2 系统设计

2.1 设计原理

将电子技术与机械控制充分融合的机电一体化设计原理，如图1所示。在这个过程中，利用传感器对机械的运动情况进行检测[5]，将检测到的信息数据安全可靠地传输到计算机，获得相应控制信号，智能化控制执行装置。

图1 机电一体化设计原理图

2.2 结构设计

机电一体化系统构成图如图2所示，从图2中可以看到，系统由受控对象和控制器组成。为确保系统运行性能，需要从多方面入手，加强各功能模块的科学设计和实现。

图2 机电一体化系统构成图

1）机械本体。机械本体作为受控对象的重要组成部分，主要由传动机构和运动机械本体组成。机械本体利用电子技术，实现运动机械的智能化功能和柔性化功能，同时，充分利用了新型材料和复合材料[6]，确保机电一体化产品向小型化、智能化、数字化方向发展，提高产品的硬度和刚性，以保证产品的可靠性和安全性。

2）驱动部分。针对新型处理相关指令信息，严格按照驱动运动相关标准和要求，实现对机械运动的相关规范操作。驱动方式包含气动、液压和电动。根据实际设计需求，选用合适的驱动方式可提高产品生产效率。

3）检测部分。对运动机构进行相关检测，检测结果传输至信息处理及控制部分，为后期处理相关控制信息提供重要依据和参考[7]。该部分设计可保证系统运行的可靠性和安全性。

4）信息处理与控制部分。作为整个系统的核心，其功能设计水平直接影响系统运行性能。该部分在具体的运用中，需要采用机械运动方式，借助传感器应用优势实现相关信号的检测，做好信息数据的整理和存储。利用相关接口，将执行命令发送到执行机构，按照机械运动相关规范和要求，完成一系列的机械运动[8]。

5）能源部分。根据系统运行需求，持续提供动力能量，如电动能量、气动能量和液压能量，确保系统可靠、稳定、安全运行。

3 应用方向

为促使机电一体化技术与机械设计制造有效融合，保证机械设计制造水平，本文开展以智能机器人、柔性制造系统、自动化生产控制、数控机床为对象的应用方向探讨。

3.1 智能机器人设计制造

智能机器人设计和制造的过程中，应用各领域知识如电子技术、机械技术以及仿生学技术等，借助机电一体化技术，不断提高设备的智能化、自动化特征。此外，智能机器人具体的设计制造中，还将传感技术、信息技术和控制技术进行了充分整合和利用，不仅实现了人们思维活动的有效模仿和学习，也完成了对相关信息数据的精准识别和科学判断。同时，借助人类行为特征，发出相关操作指令以实现对整个生产流程的科学把控。在机械制造领域中，利用智能机器人，可以最大限度地简化工作人员的手工操作流程，从而降低工作人员的工作强度，将时间和精力投入到信息化操作工作中。此外，在智能机器人的应用背景下，可以促进产品生产流程向智能化、规范化和标准化方向不断发展，避免因人工操作不规范而影响产品的生产质量和效率。

3.2 柔性制造系统设计制造

对于柔性制造系统而言，主要由数字控制子系统、物料储运子系统和信息控制子系统组成，具有功能强大、实用性强等特征。该系统在具体的运用中，以操作加工对象为手段，突出系统的自动转换特征，纳入智能化机械系统的领域和范畴。将柔性制造系统应用于机械制造领域，可以确保相关作业人员在充分了解和掌握产品生产流程的基础上，科学合理地选用合适的物料储运系统。借助计算机系统的应用优势，促进产品生产流程向自动化、智能化、信息化方向不断发展。同时，在柔性制造系统的应用背景下，技术人员可以实现对产品生产流程的改进和优化，提高生产资源的利用率。

3.3 自动化生产控制设计制造

该技术在具体运用中，需要借助机电一体化技术的应用优势，以促进机械制造的自动化、智能化发展。利用各个控制装置，完成对企业自动化生产流程的优化和完善，如人机交互控制装置、可编程序控制装置等。在机械制造中，任何产品的生产线都离不开对自动化生产控制技术的应用。此外，如图3所示的生产过程跟踪控制系统的设计和开发过程中，也充分利用了自动化生产控制技术，从数据采集、数据存储和数据处理环节入手，实现对产品制造流程的优化和完善，利用系统庞大的管理功能，为促进制造行业向智能化、自动化和信息化方向不断发展提供有力保障。

图3 生产过程跟踪控制系统整体架构设计

3.4 数控机床设计制造

数控技术属于机械设计制造最早应用的技术之一。对于数控机床而言，在具体生产中借助机电一体化系统，加强对数控技术的应用，以达到智能化控制数控机床生产环节的目的。此外，利用总主线模式的应用优势，促进整个生产向智能化、自动化、数字化方向不断发展。同时，采用模拟控制技术与三维控制技术相结合的方式，对数控生产流程进行动态化、标准化、自动化控制，利于技术人员及时发现和解决制造工艺中出现的问题和不足，为促进制造工艺的不断修改、优化和完善提供正确的指导和方向。