機(jī)械設(shè)計(jì)制造中機(jī)電一體化的應(yīng)用研究

李智杰 趙中華

摘? ?要：機(jī)電一體化就是電子技術(shù)與機(jī)械裝置構(gòu)成系統(tǒng)的總稱，近些年在我國各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展背景下，依據(jù)系統(tǒng)化觀點(diǎn)，要合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)、電力電子技術(shù)等，對(duì)各個(gè)功能單元合理配置與控制，對(duì)系統(tǒng)多功能與高質(zhì)量價(jià)值進(jìn)行分析，促使機(jī)電系統(tǒng)工程技術(shù)能合理優(yōu)化。通過硬件實(shí)現(xiàn)各類高新功能應(yīng)用，使得硬件數(shù)控保障產(chǎn)品各項(xiàng)組成技術(shù)全面發(fā)展，實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)與微處理器能有效配合應(yīng)用。這樣便于機(jī)械制造過程中各類產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)與重復(fù)性基礎(chǔ)上獲取較大競(jìng)爭(zhēng)力，機(jī)械裝置軟件通過數(shù)控功能應(yīng)用價(jià)值來全面實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造? 機(jī)電一體化? 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TH-39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）05（b）-0085-02

機(jī)電一體化是以微型計(jì)算機(jī)以及大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的微電子技術(shù)，屬于社會(huì)發(fā)展新型技術(shù)，對(duì)全面推動(dòng)社會(huì)多領(lǐng)域發(fā)展具有重要作用。其中在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，機(jī)械設(shè)備利用價(jià)值更高。為了促使現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)效率能全面提升，要強(qiáng)化應(yīng)用機(jī)械創(chuàng)新性研究，實(shí)現(xiàn)我國工業(yè)化全面發(fā)展。

1? 機(jī)電一體化基本內(nèi)涵

機(jī)電一體化屬于綜合性專業(yè)，其中融入了較多應(yīng)用技術(shù)，比如信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、軟件編程、傳感技術(shù)等，屬于新型技術(shù)形式。大規(guī)模集成微型計(jì)算機(jī)與電路，將其有效融入到工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展中，能全面優(yōu)化傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展基本形式。在機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用中，能將機(jī)械設(shè)備主體、驅(qū)動(dòng)單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感測(cè)試原件、加工線路、傳輸電線、接口元件等全面配置，通過不同硬件設(shè)備有效連接能發(fā)揮出軟件程序應(yīng)用價(jià)值，使得多個(gè)組成部分能相互融合。機(jī)電一體化技術(shù)在具體應(yīng)用中，逐步產(chǎn)生以微電子技術(shù)為主體，現(xiàn)代化高新技術(shù)的機(jī)電一體化系統(tǒng)。以此類系統(tǒng)為主體的機(jī)械產(chǎn)品就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，能全面提升機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率[1]。

2? 控制系統(tǒng)各個(gè)功能元件應(yīng)用原理與功能

單片機(jī)基于并行8255接口擔(dān)負(fù)控制系統(tǒng)各類信號(hào)處理任務(wù)，接受系統(tǒng)主要對(duì)三相PWM波發(fā)生器要應(yīng)用的控制信號(hào)進(jìn)行處理，IPM通過模擬輸入口能獲取不同電流檢測(cè)信號(hào)。模擬法電路對(duì)系統(tǒng)基本應(yīng)用性能具有較大限制性，可以選用微處理器對(duì)完整的系統(tǒng)進(jìn)行有效檢測(cè)。目前在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中大多都是選用差動(dòng)變壓器，但是由于電位器精度值有待提升，所以選用的位置傳感器在精確度以及溫度限制方面具有較大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。通過電流互感器對(duì)三相電流進(jìn)行有效檢測(cè)，其中電子監(jiān)控功能可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化報(bào)警與故障診斷，機(jī)械系統(tǒng)發(fā)生異常運(yùn)行問題之后，能精確化判定故障發(fā)生主要位置，這樣能對(duì)系統(tǒng)維護(hù)工作進(jìn)行有效簡(jiǎn)化，對(duì)檢修費(fèi)用與消耗的時(shí)間量進(jìn)行控制，保障設(shè)備停機(jī)維修時(shí)間能有效縮短，延長設(shè)備應(yīng)用壽命。

選用卡特電子效率控制應(yīng)用系統(tǒng)，能全面提升各類機(jī)械能量利用效率，借助發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合化控制，使得機(jī)械生產(chǎn)效率能全面提升。其次是合理應(yīng)用微機(jī)控制電子稱量系統(tǒng)，使得建筑設(shè)備能自動(dòng)化應(yīng)用。自動(dòng)找平系統(tǒng)主要是應(yīng)用超聲波技術(shù)自動(dòng)供料系統(tǒng)，使得各類機(jī)械產(chǎn)品能自動(dòng)化調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)，降低相關(guān)技術(shù)人員操作任務(wù)量。通過合理應(yīng)用電子控制自動(dòng)變速器，能借助外負(fù)荷變化情況對(duì)傳統(tǒng)系統(tǒng)傳動(dòng)比進(jìn)行有效優(yōu)化，能發(fā)揮燃油經(jīng)濟(jì)特征，提升工程機(jī)械應(yīng)用性能[2]。

3? 機(jī)械設(shè)計(jì)制造中機(jī)電一體化的應(yīng)用表現(xiàn)

3.1 機(jī)械一體化數(shù)控技術(shù)應(yīng)用

機(jī)械設(shè)備在制造生產(chǎn)階段，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用范圍在逐步擴(kuò)大，比如數(shù)控激光加工機(jī)床、數(shù)控齒輪機(jī)床等，都是應(yīng)用不同技術(shù)工藝綜合而成。各類應(yīng)用設(shè)備性能的有效發(fā)揮，能使得各類機(jī)械實(shí)現(xiàn)智能化應(yīng)用，比如旋轉(zhuǎn)主軸頭、自動(dòng)換刀等，能提升生產(chǎn)加工智能化程度，強(qiáng)化工作效率。比如西門子880系統(tǒng)控制軸應(yīng)用與發(fā)展，促使較多機(jī)械設(shè)備能有效實(shí)現(xiàn)數(shù)控，促使CAM以及CAD技術(shù)等朝著實(shí)用化方向全面發(fā)展，數(shù)控軸可以達(dá)到24軸。早期實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用主要是發(fā)揮出各類簡(jiǎn)單技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，在數(shù)據(jù)技術(shù)長期發(fā)展過程中，能為其智能化發(fā)展提供重要保障。數(shù)控技術(shù)促使人工智能以及實(shí)時(shí)系統(tǒng)全面發(fā)展，使得CAM以及CAD能有效結(jié)合[3]。

3.2 機(jī)械一體化技術(shù)在動(dòng)力部分的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)備動(dòng)力部分中合理應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)主要是為了對(duì)生產(chǎn)率進(jìn)行控制，全面降低能耗問題。在傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展中應(yīng)用的各類設(shè)備能耗較大，生產(chǎn)效率較低，獲取的綜合效率較低。在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)與制造過程中，要對(duì)能源消耗問題進(jìn)行全面控制。通過優(yōu)化機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用對(duì)能源消耗問題進(jìn)行控制，提升機(jī)械設(shè)備動(dòng)力效率。比如液壓機(jī)屬于傳統(tǒng)化的工業(yè)機(jī)械設(shè)備，此類設(shè)備產(chǎn)生的能耗較大，但是能量整體利用效率較低。從過去傳統(tǒng)工程機(jī)械應(yīng)用現(xiàn)狀來看，液壓機(jī)能量利用率為達(dá)到30%，其整體生產(chǎn)效率較低。在機(jī)械行業(yè)中合理應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，要在液壓挖掘機(jī)中補(bǔ)充安裝電子調(diào)速器，促使機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中能對(duì)壓力值以及轉(zhuǎn)速等進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)控，使得設(shè)備能耗問題有效控制。但是當(dāng)前大多數(shù)機(jī)械設(shè)備都選用柴油，選用可以在柴油機(jī)中加設(shè)電子調(diào)速器，柴油機(jī)通過分析工作現(xiàn)狀對(duì)運(yùn)行模式進(jìn)行調(diào)控，能提升柴油機(jī)運(yùn)行效率[4]。

3.3 在傳感器方面的應(yīng)用

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器是信息傳輸重要組成部分，將系統(tǒng)中各類型號(hào)傳遞到不同組成元件中，啟動(dòng)元件穩(wěn)定運(yùn)行。在傳感器數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)上，能保障信息數(shù)據(jù)安全快速傳遞，能對(duì)傳遞過程中各類錯(cuò)誤發(fā)生概率進(jìn)行控制。在傳遞過程中，傳感器系統(tǒng)要集成通訊系統(tǒng)，還要和執(zhí)行系統(tǒng)有效融合。信號(hào)在傳遞過程中，到達(dá)指定位置之后，可以自動(dòng)化啟動(dòng)元件，達(dá)到各項(xiàng)動(dòng)作指令基本要求。例如在各類切削機(jī)械應(yīng)用中，機(jī)電一體化技術(shù)有效應(yīng)用能全面提升傳感器檢測(cè)敏感度。對(duì)運(yùn)行機(jī)械設(shè)備有效檢測(cè)過程中，要重點(diǎn)做好溫度、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、軸承檢測(cè)。比如某機(jī)械在運(yùn)行過程中，獲取運(yùn)行階段實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)。正常情況下切削功率計(jì)算公式是p=P×N×K，其中P與N、K分別表示主電機(jī)運(yùn)行功率、主傳動(dòng)系統(tǒng)總功率、進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)。如果此類機(jī)械主電機(jī)功率值為11kW，N與K的取值設(shè)為0.8與0.96。借助傳感器應(yīng)用能將各類數(shù)據(jù)傳遞到指令中心。其次，針對(duì)被加工工件精度值、機(jī)床基本狀態(tài)等，數(shù)據(jù)也能有效傳遞到機(jī)械控制系統(tǒng)中，對(duì)機(jī)械設(shè)備應(yīng)用進(jìn)行全面監(jiān)控[5]。

3.4 在監(jiān)控系統(tǒng)中的有效應(yīng)用

機(jī)械設(shè)備在長期應(yīng)用中會(huì)發(fā)生較多突發(fā)問題，比如設(shè)備應(yīng)用故障以及原材料供應(yīng)不足等問題。發(fā)生此類突發(fā)問題之后，需要及時(shí)對(duì)問題進(jìn)行處理，停止機(jī)械設(shè)備運(yùn)行，避免出現(xiàn)更多安全隱患。當(dāng)前為了保障機(jī)械設(shè)備能有效應(yīng)用不同故障，需要強(qiáng)化監(jiān)控系統(tǒng)建立，通過監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)故障，對(duì)部分故障問題進(jìn)行集中控制。機(jī)電一體化技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中有效應(yīng)用，主要是集中在故障診斷系統(tǒng)以及自動(dòng)化報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)中?；谧詣?dòng)化報(bào)警系統(tǒng)以及故障判定系統(tǒng)，能對(duì)工程機(jī)械傳感系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)全面監(jiān)控。發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備存在故障問題之后，需要對(duì)故障位置進(jìn)行判定，分析故障主要類型，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警。監(jiān)控系統(tǒng)故障警報(bào)是在監(jiān)控系統(tǒng)中建立完善的設(shè)備本體結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)組成部分進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中要將不同元件實(shí)際情況傳遞到信息中心，系統(tǒng)獲取信息之后對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，和各類參數(shù)進(jìn)行有效對(duì)比。發(fā)現(xiàn)差異性問題之后要及時(shí)進(jìn)行響應(yīng)，避免故障問題逐步擴(kuò)大。將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械制造中，能提升設(shè)備應(yīng)用效率，減緩人員操作任務(wù)量，對(duì)設(shè)備損壞幾率進(jìn)行控制，延長設(shè)備應(yīng)用周期[6]。

3.5 液壓技術(shù)的應(yīng)用

液壓技術(shù)主要是選取科學(xué)技術(shù)含量較高的水壓系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與控制技術(shù)能有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造集成化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化方向全面發(fā)展。液壓技術(shù)應(yīng)用具有諸多應(yīng)用價(jià)值，能在機(jī)械制造行業(yè)中廣泛應(yīng)用，在工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、裝配機(jī)械方面具有較大應(yīng)用成就。液壓技術(shù)在工程機(jī)械中對(duì)各類器件應(yīng)用效率具有要求，在變速調(diào)速中各類傳動(dòng)方式應(yīng)用需要滿足工程機(jī)械行走驅(qū)動(dòng)應(yīng)用要求。工程機(jī)械行走系統(tǒng)中應(yīng)用機(jī)械傳動(dòng)，電力傳動(dòng)以及液壓傳動(dòng)方式說明此項(xiàng)科學(xué)技術(shù)具有重要推動(dòng)作用。正常狀態(tài)下機(jī)械傳動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)平均負(fù)荷值較低，所以正常情況下僅僅能進(jìn)行有級(jí)變速，要配置動(dòng)力換擋式機(jī)械變速器，對(duì)動(dòng)力參數(shù)壓力值與參數(shù)流量進(jìn)行控制。

4? 結(jié)語

機(jī)電一體化在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用具有重要作用，在設(shè)備設(shè)計(jì)制造過程中，機(jī)電一體化主要集中體現(xiàn)在動(dòng)力部分、機(jī)械本體部分、傳感部分等。在機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)制造過程中，要強(qiáng)化機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用，提升機(jī)械設(shè)備應(yīng)用效率。

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