机电技术在机械设计制造中的运用

引言

在制造业向智能化、高效化转型的背景下，机械设计制造作为工业体系的核心组成，其技术水平直接决定产业发展质量。然而，传统机械设计制造模式存在显著局限：设计环节中机械与电气设计脱节，导致功能集成性差、后期调整成本高；制造环节依赖人工操作，不仅生产效率低，还易因人为因素引发加工精度偏差与安全风险，难以满足现代工业对高精度、高稳定性、高自动化的生产需求。

一、核心概念与技术基础

1.1 机械设计制造范畴

机械设计制造以全流程闭环、多维度保障为核心，涵盖五大核心环节与四大关键要求。核心环节形成完整产业链路：方案设计阶段聚焦产品功能定位与结构规划，明确机械整体框架；零部件研发针对核心组件开展性能与尺寸优化，确保部件适配性；工艺规划制定加工与装配流程，规范生产标准；整机装配将零部件按工艺整合，形成完整机械产品；质量检测贯穿全流程，验证设计与制造是否达标。关键要求紧扣产业需求：精度保障机械运行稳定性，避免部件配合误差；效率提升生产与作业节奏，适配规模化制造；可靠性确保机械长期稳定运行，减少故障风险；功能性满足多样化应用场景，覆盖不同行业操作需求，四者共同构成机械设计制造的核心目标。

1.2 机电技术核心构成

机电技术以机、电、控协同为核心，由五大关键技术协同构成。机械结构设计是基础，负责搭建机械产品的物理框架，保障结构稳定性与空间合理性；电气控制技术是中枢，通过编程与电路设计实现机械动作的精准调控，主导自动化逻辑；传感器技术是感知器官，实时采集位置、压力、温度等数据，为控制提供依据；自动化驱动系统是动力源，依托电机、液压等装置驱动机械运转，保障运行效率；人机交互技术搭建操作桥梁，通过控制面板、触控屏等实现人与机械的便捷互动，降低操作门槛，五类技术融合形成完整的机电技术体系。

1.3 机电技术与机械设计制造的适配性

机电技术特性与机械设计制造需求高度契合，形成精准适配关系。电气控制技术通过程序化指令替代人工操作，适配机械制造对自动化生产的需求，减少人为干预导致的效率损耗；传感器技术实时捕捉加工与装配过程中的精度数据，如零部件尺寸偏差、装配位置偏移，及时反馈至控制系统进行调整，适配机械制造对精度把控的严格要求；自动化驱动系统可根据生产需求调节运行速度与动力输出，在保障加工质量的同时提升运转效率，适配机械制造对高效生产的追求，三者协同推动机械设计制造向自动化、精准化、高效化转型。

二、机电技术在机械设计环节的具体运用

2.1 机电一体化设计

机电一体化设计打破传统机械与电气设计分离的局限，实现结构、控制协同优化。设计过程中，机械结构设计与电气控制系统同步推进：在规划机械框架时，同步预留电气元件的安装空间，避免后期因空间冲突重新调整结构；在设计传动机构时，结合电气控制逻辑确定电机选型、传动比参数，确保机械动作与电气指令精准匹配。例如设计自动化生产线输送设备时，机械轨道的长度、承重能力需与伺服电机的功率、调速范围协同设计，同时优化线路布局与机械部件的空间排布，减少干涉问题。

2.2 智能化功能设计

智能化功能设计通过融入传感器与控制模块，赋予机械产品主动感知与精准调控能力。在设计阶段，根据机械作业需求嵌入对应传感器，如温度传感器监测设备运行温度、位置传感器定位部件运动轨迹，传感器实时采集数据并传输至控制模块；控制模块通过预设程序分析数据，自动触发调控动作，例如当加工设备的刀具温度过高时，控制模块可自动降低切削速度或启动冷却系统，避免刀具损坏；针对需要精准定位的机械，则集成位移传感器与伺服控制模块，实现毫米级精度的位置调控，大幅提升机械作业的准确性与稳定性，满足高精度制造需求。2.3 仿真与优化

仿真与优化借助机电协同仿真工具，提前预判设计风险并优化方案。设计完成后，搭建包含机械结构、电气控制逻辑的数字化仿真模型，模拟机械实际运行场景，如模拟自动化装配线的部件传输路径、机械臂的抓取与对接动作，通过仿真观察机电系统的协同运行状态，识别潜在问题。针对机械的动力输出、能耗表现等指标开展仿真分析，例如调整驱动电机参数或优化机械传动结构，对比不同方案的运行效果，筛选出效率更高、能耗更低的设计方案。通过仿真优化，可在物理样机制造前解决多数设计缺陷，减少后期调试迭代次数，降低研发成本。

三、机电技术在机械制造环节的具体运用

3.1 自动化生产设备

自动化生产设备通过机电协同替代传统人工操作，重塑机械制造流程。机电一体化机床整合机械加工结构与电气控制系统，可按预设程序自动完成切削、钻孔、打磨等多道工序，无需人工频繁调整刀具与工件位置，大幅减少人为操作误差；机器人装配线依托机电协同的机械臂，能精准完成零部件抓取、对接与紧固，尤其适用于重型机械或精密部件的装配，既降低人工劳动强度，又提升装配效率；自动输送系统则通过机电联动的传送带与定位装置，实现工件在各加工工位间的自动转运，配合生产节奏动态调节传输速度，避免工件堆积或输送滞后，让机械生产更连贯高效。

3.2 精准控制与调节

精准控制与调节借助机电技术保障制造精度，减少产品偏差。PLC 控制系统作为核心中枢，可将机械制造的各道工序转化为程序化指令，自动控制设备启停、工序切换与参数调整，例如在机械零部件加工中，能按设定流程依次触发机床的切削、冷却动作，实现工序自动化衔接；伺服驱动系统则聚焦加工精度把控，通过实时接收位置、速度反馈信号，动态调节电机运转状态，确保机械刀具或工件的运动轨迹精准贴合设计要求，即使在负载变化时也能维持稳定运行，避免因动力输出波动导致的加工尺寸偏差，保障机械产品的精度一致性。

3.3 生产过程监控

生产过程监控通过机电协同的感知与预警机制，保障制造过程稳定安全。在制造设备关键部位嵌入传感器，可实时采集温度、压力、振动等运行数据，如在机械加工机床中，温度传感器监测主轴温度、振动传感器捕捉设备运行振幅；这些数据实时传输至电气控制系统，系统通过预设阈值比对分析，当数据超出正常范围时，会立即触发预警信号，同时联动设备暂停运行或启动保护机制，避免设备因持续异常运行造成损坏，也防止不合格产品流入下一道工序，实现机械制造过程的动态监管与风险前置防控。

结语

机电技术通过设计环节的协同优化、制造环节的自动化赋能，有效解决了传统机械设计制造中协同性差、精度低、效率不足等问题，可深化机电技术与新兴技术融合，完善行业应用标准，持续助力机械设计制造产业高质量发展，适配现代工业多元化需求。

参考文献

[1]林坚.机电技术在机械设计制造中的运用分析[J].中国设备工程,2023,(14):210-212.

[2]李海峰.机电技术在机械设计制造中的应用研究——评《机电设备与机械电子制造》[J].铸造,2021,70(04):514.