淺談機械設計中電氣自動化的應用

張朝陽

摘 要：機械設計一直以來是制造業中的主導，機械設計水平的好壞關系到整個制造業的整體水平。在當今社會要求高效率、自動化生產的要求下，機械設計逐步引入將電氣自動化知識，形成一套專業的、有機的智能解決方案，配套到各個生產系統，使得傳統機械設計更多元化與智能化，這也正在慢慢改變著傳統機械設計的設計思路和設計習慣。隨著智能制造思維的不斷深入，國內各大制造企業紛紛成立研究小組對智能制造技術進行研究，運用電氣自動化的相關知識對智能制造展開分析與討論，并通過機械設計與電氣自動化相結合的設計思路來開發新型的自動化技術。

關鍵詞：智能制造 機械設計 自動化技術

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

機械設計是一門專業性很強的學科，在以前機械設計的目的是設計出合理有效的結構實現某種功能。隨著社會發展，機械設計出的純機械產品越來越難以滿足當今社會快速發展的需求。純機械產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的要求，因此在機械設計過程中機械設計工程師開始將電氣自動化的相關知識應用到機械設計中去，運用電氣自動化中的控制系統理論知識來實現機械設計產品的自動化控制，從而實現設備的自動化，在極大提高效率的同時降低了企業的人工投入，為機械行業帶來了大的革新。

1 運用電氣自動化的典型案例

1.1 機械加工方面

機械加工是機械行業的基礎，任何形式的機械設計產品均需通過機械加工的方式來實現其成型。最早開始的機械自動化采用機械配合電氣的簡單的自動化技術，隨著計算機技術的發展，計算機技術迅速運用到機械加工設備進而設計產生了加工中心、數控機床、機械臂、機器人、自動軋制設備、自動卷制設備及自動倉儲等電氣與機械相結合的自動化設備。

（1）加工中心：加工中心是指在數控機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行銑削、鉆孔及攻絲等加工的綜合性機械加工設備。加工中心是集機械、電氣及液壓控制為一體的典型機械加工裝備，是一種自動化程度較高的機加設備。

（2）復合數控機床：復合數控機床有很多種，比如車銑數控復合機床、車磨復合數控機床及鉆銑復合數控機床。車銑數控復合機床的旋轉刀具主軸由電機驅動，具有加工中心級的切削能力，主要用于零件的車、銑加工；車磨復合數控機床是將倒置式硬車和磨削加工完美結合的一種數控機床，其工作穩定性非常好，加工質量非常高，它通過電氣系統控制將硬車和精磨有機結合；鉆銑復合數控機床是利用電氣理論控制，實現銑削、鉆孔、攻絲和倒角的一種復合型機床設備。

1.2 機械自動控制設備方面

（1）機械手：機械手技術屬于工業機器人技術范疇，它是一項綜合了機器特長及人的靈動性的一種擬人的機械設備，它綜合了機械而設計、電氣自動、電子信息技術、傳感技術和人工智能。機械臂的主要技術由機械設計的執行機構執行，主要包括機械手部分、手腕部分、手臂部分和立柱部分等。而支配機械臂按照規定運動的動力源是機械手的驅動系統，通常以機械傳動和電氣傳動為主要傳動源。機械手的控制系統主要是由程序控制系統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效率而設計出一套由計算機控制系統控制的自動化系統，它利用無人搬運車將貨物擺放到制動貨架。自動倉儲設備的機構原理有機械工程師完成設計，其控制部分由機電工程師完成匹配，從此角度來講自動倉儲是機械設計與電氣控制相結合的典型案例，這為企業實現自動化及智能化制造提供了有力的技術支撐。

（3）自動化物流：自動化物流的概念是由歐洲、日本、美國等發達國家提出的一種自動化物流控制系統，它主要利用PLC控制技術、機電一體化信息技術和無接觸式供電技術等技術經過一定的設計與整合形成一套完成的自動化物流控制系統。在我國自動化物流設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的不斷提高，自動化物流技術也在逐步向專業化水平發展。

（4）單片機：單片機是電氣自動化技術中一種廣泛應用于過程控制的控制器。單片機以其體積小的優勢可應用到體積不大的機械加工設備，或者空間有限的生產過程。其在較惡劣的環境中仍然可以工作，在鋼鐵工業，及機械制造、化工、紡織等行業都有著較為廣泛的應用，并且近年來逐漸擴展到在航空航天、軍事裝備、航海及交通設備等領域。單片機是有效整合機械制造和電氣自動化技術的重要產物，其在實現自動化控制系統中起著非常重要的作用。

2 電氣工程在機械行業的應用

2.1 在機械制造業的應用

機械制造業范圍極為廣泛，它是機械加工、機械制造以及與機械相關的配套設施設備的總稱。近年來機械制造業在整合傳統制造業的同時，在智能化制造及自動化控制方面有了長足的進步，其進步主要得益于電氣自動化的快速發展。電氣工程自動化在機械制造行業的應用極為廣泛，比如國內工程機械行業，各大企業開始對各種中、大型工程機械的自動化控制系統進行開發與運用，并取得了一定的成效；在國內的大型重卡制造企業、逐步開始研究輕量化、便捷化、自動化的的操作系統；在汽車造企業，逐漸開始了無人駕駛系統的研發與實驗；在鋼鐵制造企業開始了自動化軋制生產線的研發與投產；在軍工行業也開始了無人機和無人車的研究。綜上所述，國內機械制造也正在以一種新的姿勢朝著更高端、更便捷的方向發展。伴隨著電氣自動化技術的快速發展，越來越多的傳統制造業也開始進行自動化、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技術水平的中國自動化制造企業集群，為國內機械行業的發展提供充足的動力和有力的技術基礎。

2.2 在機械加工企業的應用

機械加工行業是一個覆蓋面非常大的行業，也是傳統制造業的支柱行業，在科技發展異常迅速的當今社會，機械加工行業也在迅猛發展。近年來越來越多的自動化機械加工設備被人們所了解和應用，越來越多的自動化程度和智能化程度非常高的機械加工設備涌現出來，比如自動卷制機械、自動軋制機械、自動機械加工機械等，它們都是運用了電氣自動化的技術對機械設備進行了改造，使其具備自動化控制的水平。

3 結語

電氣工程及其自動化技術在機械行業有著非常重要的地位，在某種意義下也推動著機械行業的發展。機械設備要實現自動控制，必須要有電氣自動化技術的支持。在當今機械設計過程中首先要考慮的是該設備或者系統的控制是否能夠實現自動控制，并由專業的設計工程師對自動控制系統進行設計，從而完成機械設備的自動化。因此，機械行業中電氣自動化有著不可缺少的作用和存在的意義，電氣自動化的出現極大地推動了機械行業的發展，為機械行業朝著高水平、高智能化的方向發展提供了有力的技術保障。作為一名合格的機電自動化技術從業者，要不斷用機電技術武裝自己，使自己能夠適應行業的發展，并在今后的工作中結合機械相關知識提高自己的業務水平。

參考文獻

[1] 劉濤.對電氣工程及其自動化技術的設計與應用分析[J].科技視界，2015（26）：336，341.