现代机械制造中机电一体化技术的应用及发展趋势

摘要；本文系统探讨机电一体化技术在现代机械制造中的应用及发展趋势。首先阐述机电一体化技术的定义、组成与特点，及其对机械制造行业的关键作用；进而深入分析该技术在数控机床、工业机器人、自动化生产线等领域的具体应用，展现其对提升生产效率、产品精度的显著成效；最后基于技术发展现状，指出其未来朝着智能化、微型化与集成化、绿色化与节能化、网络化与远程化方向发展的趋势。

关键词；机电一体化技术；现代机械制造；技术应用；发展趋势

引言

在科技飞速发展的当下，现代机械制造行业正经历深刻变革。传统机械制造技术逐渐难以满足市场对产品高精度、高效率、多样化的需求，而机电一体化技术凭借其融合机械、电子、信息等多学科的特性，成为推动机械制造行业创新发展的核心力量。

一、机电一体化技术概述

1.1 机电一体化技术的定义

机电一体化技术是机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感检测技术等多学科交叉融合的产物，旨在通过将机械装置与电子系统有机结合，实现设备或系统的自动化、智能化运行。它打破了传统机械工程与电子工程的界限，以系统工程为指导，将机械本体、传感器、控制器、执行器等要素进行优化组合，使产品或设备具备更高效的性能、更精准的控制以及更强的适应能力。

1.2 机电一体化技术的组成与特点

机电一体化系统的组成部分主要有机械本体、传感器、控制器、执行器和接口等。机械本体作为整个系统的支撑和运动平台；传感器作为眼睛，实时感知温度、压力、位置、速度等并将其物理量转换成电量信号输送到控制器；控制器作为控制中枢，根据事先设计好的程序或算法对传感器信息进行处理并作出决策指令；执行器在控制器的指挥下，将电能、液压能等信号转换成机械信号并完成相应的具体任务；接口是各部分进行信号转换和传输，保证系统协调工作的通道。

1.3 机电一体化技术在现代机械制造中的作用

机电一体化技术是机械在当代的发展动力，也是机械的重要动力，他提高了机械的品质，借助于合理的控制和高效的智能优化能够使机械的产品加工精度高，运行速度快，工作更加稳定。应用机电一体化技术进行切削加工的机床速度高，精度高，可以达到微米级精度控制，提高机械设备加工产品的品质。

二、机电一体化技术在现代机械制造中的应用

2.1 在数控机床中的应用

机电一体化技术在机械制造中的典型应用体现在数控机床。伺服系统方面，交流伺服电机加高精度滚珠丝杠，配合先进的伺服控制算法，实现机床各轴的高精度定位及快进给，定位精度±0.001mm、最高进给速度60m/min。数控系统作为机床的大脑，采用了开放性的系统结构，内嵌了计算机技术、网络通信技术，有较强编程、运算和控制功能，能实现复杂零件的自动编程和加工路线的规划。刀具自动交换系统按照机电一体化设计，将刀具快而准地进行更换，换刀时间可缩短到1～2s，提高了加工效率。

2.2 在工业机器人中的应用

工业机器人研发、应用技术的研发、工业控制技术是基于机电一体化技术。在机械部分中，高强度轻型材料的应用、精密切削传动单元，如谐波减速器、RV减速器，保障机器人运动的平顺性、精度；在驱动部分中，伺服电机与伺服驱动技术的结合，保证关节的精确驱动及高速响应；在控制部分中，传感器技术、人工智能算法的应用，将机器人装上的力传感器、视觉传感器实时感知工作环境、操作对象，结合深度学习算法，使机器人具有自主的决策能力和自适应性。

2.3 在自动化生产线中的应用

自动化生产线采用了机电一体化的物料输送、加工装配、质量检测等作业的自动化流程。物料输送由带式输送机、AGV等负责物料的自动输送、装卸、定位，借助传感器、控制系统完成；加工装配由数控机床、工业机器人等组成，根据产品工艺流程，完成相应的加工、装配工作；质量检测通过机器视觉、在线检测传感器对产品尺寸、外观、性能等质量控制指标实时检测，同时，产品的不合格，可通过报警、分拣等过程执行。

2.4 在其他机械制造领域的应用

机电一体化技术运用于工程机械的挖掘机、装载机设备中，利用机电一体化技术控制设备实现远程监控技术，设备上配置的各种传感器能够对设备中各个工作参数进行监测，通过物联网将各种数据信息传递给监控中心，工人远距离操作设备，系统中还能监控设备中各个子系统的故障问题进行警告报警提示。机电一体化技术应用于航空航天飞机中的发动机系统控制、飞机控制系统，达到飞机发动机高效率工作、飞机高效率飞行的效果。

三、现代机械制造中机电一体化技术的发展趋势

3.1 智能化发展

人工智能技术与机电一体化技术必将进一步深度融合，前者将深入到机电一体化技术中。机器学习、深度学习算法将普及机械制造系统中的设备，实现机器设备的自主学习与自主决策；智能机床可以通过分析加工物料、刀具磨损情况自主调整切削参数；通过视觉识别以及语义理解实现工业机器人的自主规划作业路线。虚拟仿真技术与数字孪生技术将实现对机械制造过程的动态仿真与优化，可以将发现的问题提前规划，更好地预判与改进；生产效率将提升，产品质量也将保障。

3.2 微型化与集成化

MEMS（MicroElectroMechanicalSystems）的发展，将使机电一体化的产品逐步实现微型化、集成化。MEMS传感器/执行器的小型化、高性能化可被集成在芯片级的装置，如应用在生物医学、精密仪器等设备中。微型的加速度传感器可用于可穿戴设备的运动监测；集成化的微流控芯片可用于生物样品的快速检测。

3.3 绿色化与节能化

在世界可持续发展的前提下，机电一体化在研发驱动系统和控制算法上将进一步追求节能、绿色环保。研发高效节能的驱动设备和控制算法，节能设备可以节约相应的能量，如设计永磁同步电机取代传统的异步电机可节约20%—30%能量的消耗，推广环保设计和可以回收的设计的材料，尽可能使机械制造对环境的破坏减小，进一步使机械制造生产过程中节约能源，使机械制造生产资源高效利用，绿色化机械制造。

3.4 网络化与远程化

工业互联网、5G等技术的应用，使得机电一体化设备实现网络化与远程化，设备通过网络互联互通，数据共享、协同作业，形成智能化生产网络。远程监控和远程故障诊断系统使得工程师可以通过互联网远程实时查看设备运行工况，远程实现参数调整、故障诊断、排除，降低停机时间、提升设备维护效率，大型机组通过远程监控系统，实时掌握设备运行数据，及早发现问题，避免重大事故的发生。

结语

机电一体化技术作为现代机械制造行业的核心技术，在提升产品性能、优化生产流程、增强企业竞争力等方面发挥着不可替代的作用。从数控机床到工业机器人，从自动化生产线到各细分制造领域，其应用不断拓展与深化。展望未来，智能化、微型化与集成化、绿色化与节能化、网络化与远程化将成为机电一体化技术的重要发展方向。机械制造行业应紧跟技术发展趋势，加大研发投入，推动机电一体化技术创新应用，助力我国从制造大国向制造强国迈进。

参考文献

[1]赵安静，单智习.现代机械制造中机电一体化技术的应用及发展趋势[J].造纸装备及材料，2021，50（10）：80-82.

[2]戚涛.现代机械制造中机电一体化技术的作用及发展趋势[J].南方农机，2020，51（02）：153.