淺談機(jī)械設(shè)計(jì)中電氣自動化的應(yīng)用

張朝陽

摘 要：機(jī)械設(shè)計(jì)一直以來是制造業(yè)中的主導(dǎo)，機(jī)械設(shè)計(jì)水平的好壞關(guān)系到整個制造業(yè)的整體水平。在當(dāng)今社會要求高效率、自動化生產(chǎn)的要求下，機(jī)械設(shè)計(jì)逐步引入將電氣自動化知識，形成一套專業(yè)的、有機(jī)的智能解決方案，配套到各個生產(chǎn)系統(tǒng)，使得傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)更多元化與智能化，這也正在慢慢改變著傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)習(xí)慣。隨著智能制造思維的不斷深入，國內(nèi)各大制造企業(yè)紛紛成立研究小組對智能制造技術(shù)進(jìn)行研究，運(yùn)用電氣自動化的相關(guān)知識對智能制造展開分析與討論，并通過機(jī)械設(shè)計(jì)與電氣自動化相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路來開發(fā)新型的自動化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：智能制造 機(jī)械設(shè)計(jì) 自動化技術(shù)

中圖分類號：TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（c）-0053-02

機(jī)械設(shè)計(jì)是一門專業(yè)性很強(qiáng)的學(xué)科，在以前機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)出合理有效的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)某種功能。隨著社會發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)出的純機(jī)械產(chǎn)品越來越難以滿足當(dāng)今社會快速發(fā)展的需求。純機(jī)械產(chǎn)品雖然在可靠性及功能性方面完全能夠滿足使用要求，但是在其快速控制及自動化程度方面很難滿足大部分企業(yè)的要求，因此在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中機(jī)械設(shè)計(jì)工程師開始將電氣自動化的相關(guān)知識應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中去，運(yùn)用電氣自動化中的控制系統(tǒng)理論知識來實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的自動化控制，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動化，在極大提高效率的同時降低了企業(yè)的人工投入，為機(jī)械行業(yè)帶來了大的革新。

1 運(yùn)用電氣自動化的典型案例

1.1 機(jī)械加工方面

機(jī)械加工是機(jī)械行業(yè)的基礎(chǔ)，任何形式的機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品均需通過機(jī)械加工的方式來實(shí)現(xiàn)其成型。最早開始的機(jī)械自動化采用機(jī)械配合電氣的簡單的自動化技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速運(yùn)用到機(jī)械加工設(shè)備進(jìn)而設(shè)計(jì)產(chǎn)生了加工中心、數(shù)控機(jī)床、機(jī)械臂、機(jī)器人、自動軋制設(shè)備、自動卷制設(shè)備及自動倉儲等電氣與機(jī)械相結(jié)合的自動化設(shè)備。

（1）加工中心：加工中心是指在數(shù)控機(jī)床上安裝加工刀具庫和自動換刀裝置。這是一種能夠在工件端面車削后還可在工件端面和外表面進(jìn)行銑削、鉆孔及攻絲等加工的綜合性機(jī)械加工設(shè)備。加工中心是集機(jī)械、電氣及液壓控制為一體的典型機(jī)械加工裝備，是一種自動化程度較高的機(jī)加設(shè)備。

（2）復(fù)合數(shù)控機(jī)床：復(fù)合數(shù)控機(jī)床有很多種，比如車銑數(shù)控復(fù)合機(jī)床、車磨復(fù)合數(shù)控機(jī)床及鉆銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床。車銑數(shù)控復(fù)合機(jī)床的旋轉(zhuǎn)刀具主軸由電機(jī)驅(qū)動，具有加工中心級的切削能力，主要用于零件的車、銑加工；車磨復(fù)合數(shù)控機(jī)床是將倒置式硬車和磨削加工完美結(jié)合的一種數(shù)控機(jī)床，其工作穩(wěn)定性非常好，加工質(zhì)量非常高，它通過電氣系統(tǒng)控制將硬車和精磨有機(jī)結(jié)合；鉆銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床是利用電氣理論控制，實(shí)現(xiàn)銑削、鉆孔、攻絲和倒角的一種復(fù)合型機(jī)床設(shè)備。

1.2 機(jī)械自動控制設(shè)備方面

（1）機(jī)械手：機(jī)械手技術(shù)屬于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)范疇，它是一項(xiàng)綜合了機(jī)器特長及人的靈動性的一種擬人的機(jī)械設(shè)備，它綜合了機(jī)械而設(shè)計(jì)、電氣自動、電子信息技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能。機(jī)械臂的主要技術(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行，主要包括機(jī)械手部分、手腕部分、手臂部分和立柱部分等。而支配機(jī)械臂按照規(guī)定運(yùn)動的動力源是機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)，通常以機(jī)械傳動和電氣傳動為主要傳動源。機(jī)械手的控制系統(tǒng)主要是由程序控制系統(tǒng)和電氣定位裝置組成。

（2）自動倉儲：自動倉儲是一種為了提高倉儲系統(tǒng)效率而設(shè)計(jì)出一套由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制的自動化系統(tǒng)，它利用無人搬運(yùn)車將貨物擺放到制動貨架。自動倉儲設(shè)備的機(jī)構(gòu)原理有機(jī)械工程師完成設(shè)計(jì)，其控制部分由機(jī)電工程師完成匹配，從此角度來講自動倉儲是機(jī)械設(shè)計(jì)與電氣控制相結(jié)合的典型案例，這為企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化及智能化制造提供了有力的技術(shù)支撐。

（3）自動化物流：自動化物流的概念是由歐洲、日本、美國等發(fā)達(dá)國家提出的一種自動化物流控制系統(tǒng)，它主要利用PLC控制技術(shù)、機(jī)電一體化信息技術(shù)和無接觸式供電技術(shù)等技術(shù)經(jīng)過一定的設(shè)計(jì)與整合形成一套完成的自動化物流控制系統(tǒng)。在我國自動化物流設(shè)備和水平雖然仍然處于初級階段，但是隨著電氣工程自動化技術(shù)的不斷提高，自動化物流技術(shù)也在逐步向?qū)I(yè)化水平發(fā)展。

（4）單片機(jī)：單片機(jī)是電氣自動化技術(shù)中一種廣泛應(yīng)用于過程控制的控制器。單片機(jī)以其體積小的優(yōu)勢可應(yīng)用到體積不大的機(jī)械加工設(shè)備，或者空間有限的生產(chǎn)過程。其在較惡劣的環(huán)境中仍然可以工作，在鋼鐵工業(yè)，及機(jī)械制造、化工、紡織等行業(yè)都有著較為廣泛的應(yīng)用，并且近年來逐漸擴(kuò)展到在航空航天、軍事裝備、航海及交通設(shè)備等領(lǐng)域。單片機(jī)是有效整合機(jī)械制造和電氣自動化技術(shù)的重要產(chǎn)物，其在實(shí)現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)中起著非常重要的作用。

2 電氣工程在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用

2.1 在機(jī)械制造業(yè)的應(yīng)用

機(jī)械制造業(yè)范圍極為廣泛，它是機(jī)械加工、機(jī)械制造以及與機(jī)械相關(guān)的配套設(shè)施設(shè)備的總稱。近年來機(jī)械制造業(yè)在整合傳統(tǒng)制造業(yè)的同時，在智能化制造及自動化控制方面有了長足的進(jìn)步，其進(jìn)步主要得益于電氣自動化的快速發(fā)展。電氣工程自動化在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用極為廣泛，比如國內(nèi)工程機(jī)械行業(yè)，各大企業(yè)開始對各種中、大型工程機(jī)械的自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)與運(yùn)用，并取得了一定的成效；在國內(nèi)的大型重卡制造企業(yè)、逐步開始研究輕量化、便捷化、自動化的的操作系統(tǒng)；在汽車造企業(yè)，逐漸開始了無人駕駛系統(tǒng)的研發(fā)與實(shí)驗(yàn)；在鋼鐵制造企業(yè)開始了自動化軋制生產(chǎn)線的研發(fā)與投產(chǎn)；在軍工行業(yè)也開始了無人機(jī)和無人車的研究。綜上所述，國內(nèi)機(jī)械制造也正在以一種新的姿勢朝著更高端、更便捷的方向發(fā)展。伴隨著電氣自動化技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的傳統(tǒng)制造業(yè)也開始進(jìn)行自動化、智能化以及信息化的升級改造，逐步形成一批具有代表性的先進(jìn)技術(shù)水平的中國自動化制造企業(yè)集群，為國內(nèi)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展提供充足的動力和有力的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.2 在機(jī)械加工企業(yè)的應(yīng)用

機(jī)械加工行業(yè)是一個覆蓋面非常大的行業(yè)，也是傳統(tǒng)制造業(yè)的支柱行業(yè)，在科技發(fā)展異常迅速的當(dāng)今社會，機(jī)械加工行業(yè)也在迅猛發(fā)展。近年來越來越多的自動化機(jī)械加工設(shè)備被人們所了解和應(yīng)用，越來越多的自動化程度和智能化程度非常高的機(jī)械加工設(shè)備涌現(xiàn)出來，比如自動卷制機(jī)械、自動軋制機(jī)械、自動機(jī)械加工機(jī)械等，它們都是運(yùn)用了電氣自動化的技術(shù)對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了改造，使其具備自動化控制的水平。

3 結(jié)語

電氣工程及其自動化技術(shù)在機(jī)械行業(yè)有著非常重要的地位，在某種意義下也推動著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。機(jī)械設(shè)備要實(shí)現(xiàn)自動控制，必須要有電氣自動化技術(shù)的支持。在當(dāng)今機(jī)械設(shè)計(jì)過程中首先要考慮的是該設(shè)備或者系統(tǒng)的控制是否能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制，并由專業(yè)的設(shè)計(jì)工程師對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而完成機(jī)械設(shè)備的自動化。因此，機(jī)械行業(yè)中電氣自動化有著不可缺少的作用和存在的意義，電氣自動化的出現(xiàn)極大地推動了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，為機(jī)械行業(yè)朝著高水平、高智能化的方向發(fā)展提供了有力的技術(shù)保障。作為一名合格的機(jī)電自動化技術(shù)從業(yè)者，要不斷用機(jī)電技術(shù)武裝自己，使自己能夠適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，并在今后的工作中結(jié)合機(jī)械相關(guān)知識提高自己的業(yè)務(wù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉濤.對電氣工程及其自動化技術(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析[J].科技視界，2015（26）：336，341.