機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的發(fā)展應(yīng)用探討

威海職業(yè)學(xué)院（威海市技術(shù)學(xué)院） 陳安民

引言

隨著我國的經(jīng)濟(jì)在改革開放中迅速發(fā)展，加上科技的高速發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械工程在發(fā)展過程中受到科技發(fā)展的瓶頸，而機(jī)電一體化在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，尤其是在機(jī)械設(shè)備當(dāng)中的運(yùn)用，能夠很好地解決當(dāng)前工程機(jī)械發(fā)展過程中所面對(duì)的問題，當(dāng)機(jī)電一體化運(yùn)用到現(xiàn)代工程機(jī)械當(dāng)中時(shí)，能夠大幅度提高工程機(jī)械的功能，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用從某種程度上來說，對(duì)我國的科技發(fā)展，社會(huì)建設(shè)都有著積極的推動(dòng)作用，從而也體現(xiàn)了機(jī)電一體化在現(xiàn)代工程機(jī)制中發(fā)展的重要意義。

1 機(jī)電一體化在現(xiàn)代工程機(jī)制中的應(yīng)用方式探析

1.1 機(jī)電一體化在機(jī)床中的應(yīng)用

Z80-CPU應(yīng)用軟件在機(jī)電一體化當(dāng)中的應(yīng)用是最為常見的，在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中，采取這種軟件的應(yīng)用是基于它的系統(tǒng)，開發(fā)和應(yīng)用上相對(duì)其他軟件來說更容易，因此Z80-CPU應(yīng)用軟件得到許多開發(fā)者的歡迎，尤其是在機(jī)床中對(duì)這種軟件的應(yīng)用，更能夠突顯其特點(diǎn)，數(shù)控機(jī)床上大多數(shù)是采用Z80-CPU應(yīng)用軟件來進(jìn)行控制和運(yùn)用[1]。Z80-CPU應(yīng)用軟件的優(yōu)點(diǎn)還包括：它所配套的芯片相對(duì)于其它產(chǎn)品來說有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)；其次它的應(yīng)用范圍又很廣，相對(duì)于其它更專業(yè)的軟件來說，會(huì)更加符合數(shù)控機(jī)床的需要。Z80-CPU應(yīng)用軟件維修會(huì)更加方便，同時(shí)更可靠。在Z80系列微機(jī)的指令當(dāng)中，它有自己特有的I/O指令，而I/O接口的譯碼非常簡單，在執(zhí)行時(shí)間上相對(duì)也很短，尤其是指令的格式與其它軟件比起來會(huì)更短，這種響應(yīng)指令的高速度會(huì)縮短掃描機(jī)床工作的狀況，從而對(duì)數(shù)控機(jī)床的周期性生產(chǎn)非常有幫助。這些特點(diǎn)使Z80-CPU應(yīng)用軟件能夠得到更多的推廣。Z80-CPU作為機(jī)電一體化在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，對(duì)數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)功能能夠起到很好的輔助作用，因?yàn)樵跀?shù)控機(jī)床當(dāng)中，對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)床的工作臺(tái)要求相當(dāng)高，在工作臺(tái)中的主要運(yùn)行的工具是工作刀具，數(shù)控機(jī)電的工作臺(tái)和工具刀是在坐標(biāo)軸來進(jìn)行一定的軌跡運(yùn)行的，因此，這就需要機(jī)電一體化在數(shù)控車床連續(xù)控制方式上有一個(gè)良好的性能。它要具備以下的功能才能滿足數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)功能，首先，在副傳動(dòng)率方面要有高效率的運(yùn)行，這樣才能滿足適當(dāng)?shù)念A(yù)緊，保證運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。其次，在導(dǎo)軌采用的材料上要選用氟塑貼面導(dǎo)軌，選取這種材質(zhì)的導(dǎo)軌有一定的耐磨性，同時(shí)它的摩擦系數(shù)相對(duì)來說更小，更加適合機(jī)床的工作臺(tái)在坐標(biāo)軸中不停地運(yùn)行降低所形成的磨損，優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)，一是抗撕能力更強(qiáng)，二是降低了成本，三是流暢地運(yùn)行，避免由于摩擦力增加發(fā)生低速爬行的現(xiàn)象，四是定位精準(zhǔn)，因?yàn)樵诜聪驎r(shí)消除了空間的盲區(qū)。五是因?yàn)槁菽概c絲杠螺紋之間容易產(chǎn)生間隙，采用滾珠絲杠副傳動(dòng)時(shí)，會(huì)大大消除這樣的間隙，因此，機(jī)電一體化在機(jī)床中的應(yīng)用還是會(huì)產(chǎn)生許多實(shí)際效果。

1.2 在自動(dòng)化和半自動(dòng)化當(dāng)中的應(yīng)用

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工程機(jī)械也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，工程機(jī)械在科技的力量下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)有許多，首先降低了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大降低了勞動(dòng)力成本，使企業(yè)能夠獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)在進(jìn)行了自動(dòng)化或半動(dòng)化后，機(jī)械的工作效率在單位時(shí)間內(nèi)大幅提高。同時(shí)，由于傳統(tǒng)的機(jī)械操作是由人工參與的操作，這樣就很容易造成人為主觀上的錯(cuò)誤，導(dǎo)致人工在進(jìn)行機(jī)械操作的過程當(dāng)中，精度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，其次會(huì)造成許多潛在的安全隱患[2]。因此，機(jī)電一體化應(yīng)用在自動(dòng)化與半自動(dòng)化時(shí)能夠?qū)C(jī)械進(jìn)行更加高效的控制。例如三菱公司的挖掘機(jī)，利用機(jī)電一體化來實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘機(jī)行駛軌跡的控制，從而進(jìn)行精準(zhǔn)的開挖。具體的操作是，工作人員將軌跡設(shè)定好之后，挖掘機(jī)當(dāng)中的操作系統(tǒng)利用不同角度采集的信號(hào)進(jìn)行反饋收集，從而實(shí)行自動(dòng)控制挖掘機(jī)的不同結(jié)構(gòu)設(shè)備，包括鏟刀，動(dòng)臂和斗桿之類，從而使挖掘機(jī)在具體的作業(yè)過程當(dāng)中，能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)斜坡以及不同溝槽進(jìn)行開挖。

機(jī)電一體化在現(xiàn)代工程機(jī)械中的應(yīng)用除了以上在機(jī)床和自動(dòng)化和半自動(dòng)化設(shè)備當(dāng)中應(yīng)用之外，還可以應(yīng)用在化纖行業(yè)當(dāng)中，在化纖的機(jī)械設(shè)備中運(yùn)用現(xiàn)代的機(jī)電一體化，可以實(shí)現(xiàn)工作效率的最大化。如在化纖行業(yè)當(dāng)中的精密卷繞控制系統(tǒng)當(dāng)中，對(duì)摩擦棍和變頻器以及金屬導(dǎo)紗器電機(jī)，都有著較高的要求，這些控制器當(dāng)中還附加了更多的傳感器以及速度控制器，利用機(jī)電一體化之后，可以實(shí)行卷繞交叉的變化控制，使卷線筒能夠更加積極地進(jìn)行傳動(dòng)，還能使導(dǎo)絲器與筒子在固定值內(nèi)實(shí)現(xiàn)往復(fù)頻率的運(yùn)行。機(jī)電一體化還可以應(yīng)用于推土機(jī)，裝載機(jī)等方面，從而能夠?qū)崿F(xiàn)這些機(jī)械在生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)功率的最大化，同時(shí)也可以降低這些機(jī)械設(shè)備的油耗實(shí)現(xiàn)更多的節(jié)能減排，操作也更加簡單，為企業(yè)增加了一定的經(jīng)濟(jì)效益，主要是因?yàn)樵谶@些機(jī)械設(shè)備當(dāng)中采用機(jī)電一體化技術(shù)，采用相對(duì)電子控制的自動(dòng)控制，可以提高機(jī)械設(shè)備在使用過程中的使用效果。

2 未來機(jī)電一體化在工程機(jī)械中的發(fā)展方向

2.1 高性能化

在對(duì)工程機(jī)械設(shè)備實(shí)行機(jī)電一體化以來，帶動(dòng)了機(jī)械技術(shù)的革新化發(fā)展，同時(shí)對(duì)機(jī)械工程的發(fā)展也起到了推動(dòng)的作用，在工程機(jī)械設(shè)備上采用機(jī)電一體化，可以為傳統(tǒng)的工程機(jī)械帶來革命性的改變，不但提高了工作效率，還提高了機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品的性能。機(jī)電一體化在現(xiàn)代工程機(jī)械當(dāng)中的應(yīng)用已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，它勢(shì)必會(huì)影響著工程機(jī)械的發(fā)展。首先在未來的發(fā)展過程當(dāng)中，機(jī)電一體化在現(xiàn)代工程機(jī)械中的發(fā)展中一定會(huì)往高性能化方向去發(fā)展，它的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，高可靠性、高效率性、高精度和高速運(yùn)行這幾種模式，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化在應(yīng)用過程中的高性能化[3]。當(dāng)前這四高模式已經(jīng)在CNC系統(tǒng)當(dāng)中得到有效的利用，從而來滿足了生產(chǎn)的需要，CNC系統(tǒng)是用CPU結(jié)構(gòu)，然后通過更多的總線進(jìn)行連接而產(chǎn)生的。這種系統(tǒng)的指令更加精簡，因此在同一時(shí)間對(duì)多個(gè)任務(wù)進(jìn)行處理時(shí)會(huì)有更加優(yōu)良的發(fā)揮，使得機(jī)電一體化的高性能得到更多的保證。

2.2 在微型化上的發(fā)展

未來的機(jī)電一體化一定在微型化上有所發(fā)展，也是機(jī)電一體化發(fā)展的方向，國外已經(jīng)將機(jī)電一體化在微型設(shè)備上的應(yīng)用達(dá)到了納米的水準(zhǔn)，從而研究出了微電子機(jī)械系統(tǒng)，使得微型電機(jī)利用機(jī)電一體化與電子技術(shù)進(jìn)行相互的融合，在微型機(jī)電設(shè)備當(dāng)中，設(shè)備的體積大小應(yīng)該在1CM左右，這些機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，也是其它機(jī)械設(shè)備所無法比擬的，最主要的它應(yīng)用于軍事領(lǐng)域較多，以及生物醫(yī)療方面[4]。機(jī)電一體化應(yīng)用在這些小型機(jī)械設(shè)備上時(shí)能夠顯現(xiàn)許多的優(yōu)點(diǎn)，首先它體積小，能夠在一些特殊的領(lǐng)域發(fā)揮作用，其次它能量損耗也非常小，能夠進(jìn)行更加持久地運(yùn)行，第三運(yùn)動(dòng)的方式更加靈活，使這些小型機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用前景更加廣泛，同時(shí)機(jī)電一體化在小型機(jī)械設(shè)備當(dāng)中的應(yīng)用也是未來發(fā)展的趨勢(shì)。

2.3 智能化方向發(fā)展

在機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在工程機(jī)械中時(shí)，主要運(yùn)用了控制的理論從而來實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化或半自動(dòng)化的發(fā)展，由此可以推測(cè)在未來的機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展過程當(dāng)中，智能化的發(fā)展也是一個(gè)趨勢(shì)，在提高機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化水平的同時(shí)，加入人工智能，使機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的過程中更加智能，從而為人類服務(wù)。傳統(tǒng)的工程機(jī)械與智能化的工程機(jī)械有著明顯的區(qū)別，主要有以下的特征，智能化的技術(shù)它是融合了生理學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)，將各個(gè)學(xué)科的科技含量結(jié)合在一起，然后通過智能產(chǎn)生出的思想、方法，從而對(duì)人類進(jìn)行智力模擬，這種人工智能在當(dāng)前我國的科技力量的攻堅(jiān)下，已經(jīng)取得了不小的成果，尤其是當(dāng)前我國提出科技興國的戰(zhàn)略，許多科技都走在了世界的前列，包括5G技術(shù)的全面突破，為機(jī)電一體化技術(shù)在應(yīng)用和發(fā)展中的智能化提供了技術(shù)支持，并且將這種智能化設(shè)備變成了可能，對(duì)我國的社會(huì)發(fā)展有著舉足輕重的作用和實(shí)際意義。

2.4 環(huán)保化發(fā)展

工程機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行對(duì)環(huán)保有一定的影響，隨著人們的生活水平越來越高，人們對(duì)生活的質(zhì)量也提出了更高要求，因此對(duì)環(huán)保的理念也越來越強(qiáng)烈，而可持續(xù)化發(fā)展一直是環(huán)保發(fā)展的基礎(chǔ)理念，因此就要求相關(guān)的企業(yè)在生產(chǎn)過程中要遵守環(huán)保規(guī)定，在機(jī)械工程設(shè)備生產(chǎn)的過程當(dāng)中，避免給社會(huì)環(huán)境帶來污染，在這種社會(huì)大背景之下，就需要對(duì)工程機(jī)械在進(jìn)行機(jī)電一體化過程當(dāng)中，控制污染源，避免對(duì)環(huán)境造成污染，最大限度地將能源收集，可以做到循環(huán)利用，這樣既符合企業(yè)的價(jià)值，也符合社會(huì)環(huán)保的要求。

3 結(jié)語

機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的發(fā)展是我國科技強(qiáng)國的關(guān)鍵一步，在應(yīng)用工程機(jī)械領(lǐng)域包括對(duì)機(jī)床的應(yīng)用與創(chuàng)新，以及在自動(dòng)化和半自動(dòng)化的應(yīng)用，在化纖行業(yè)以及推土機(jī)械和裝載機(jī)等設(shè)備方面的應(yīng)用都很廣泛，機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的發(fā)展方向上，首先要突出高性能化，機(jī)電一體化在現(xiàn)代工程機(jī)械中的發(fā)展一定會(huì)往高性能化方向去發(fā)展，它的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，高可靠性、高效率性、高精度和高速運(yùn)行這幾種模式，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化在應(yīng)用過程中的高性能化。其次是微型化，還有智能化以及環(huán)保化，尤其是微型化方面，它應(yīng)用的領(lǐng)域大多在軍事領(lǐng)域和醫(yī)療領(lǐng)域，當(dāng)前我國利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)正在進(jìn)行攻關(guān)研究，并取得了不小的成果，機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的發(fā)展應(yīng)用對(duì)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了促進(jìn)的作用，同時(shí)在未來的發(fā)展過程當(dāng)中，也將幫助我國可持續(xù)發(fā)展下去。