機械專業(yè)講座

1、機械專業(yè)講座第一講,機械工程是人類進步的動力,機械工程的歷史和發(fā)展現(xiàn)代機械工程的內(nèi)容和主要任務(wù)先進制造技術(shù)帶來的革命機械工程人才的基本素質(zhì),機械工程與制造業(yè),制造活動是人類的主要活動之一 1/4的人口從事各種形式的制造活動 在非制造業(yè)部門，1/2的人口的工作與制造業(yè)有關(guān) 創(chuàng)造價值、生產(chǎn)物質(zhì)財富和新的知識 美國 68%的財富來自制造業(yè) 日本 49%的國民經(jīng)濟總產(chǎn)值 中國 40%的工業(yè)總產(chǎn)值 （19

2、95） 機械工程為國民經(jīng)濟各個部門（包括國防和科學(xué)技術(shù)的進步與發(fā)展）提供先進手段和裝備中國的制造業(yè)面臨從制造大國向制造強國發(fā)展的挑戰(zhàn),機械發(fā)展的歷史回顧,1797年，莫茲利 首創(chuàng)螺紋車床。,1914年，福特流水生產(chǎn)線，大量生產(chǎn)汽車。,19世紀末，泰勒 “科學(xué)管理法”的出現(xiàn),,從手工作坊到機械工廠,,從單件小批到大量生產(chǎn),分工可以提高工作效率,機械化生產(chǎn)可以實現(xiàn)零件互換,大量生產(chǎn)可以降低成本、提高質(zhì)量,,

3、由集中動力源驅(qū)動的架空天軸,變速用的 多級帶輪,帶傳動,工人操作車床,工人勞動強度大,工作環(huán)境不安全,擁擠、昏暗、嘈雜,,帶傳動,架空天軸,車 床,砂輪機,鋸 床,銑 床,直流發(fā)電機 --電動機組,將動力分配到不同設(shè)備,摩登時代：人是機器的奴隸？,科學(xué)發(fā)展觀以人為本，可持續(xù)發(fā)展,傳統(tǒng)的機械加工,數(shù)控加工中心,現(xiàn)代機械工程的內(nèi)容和任務(wù),機械工程應(yīng)用領(lǐng)域,動力機械（風(fēng)、水、熱、電、化學(xué)、原子能等）交通運輸（汽車、輪船、飛機

4、及相應(yīng)設(shè)施、倉儲物流等）裝備技術(shù)（農(nóng)、林、礦山、冶金、化工、紡織、食品、印刷等制造設(shè)備）工作母機、儀表儀器等通風(fēng)取暖、醫(yī)療器械、家用器械、環(huán)保設(shè)備等民生機械國防武器等,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷給機械科技提出新課題機械科技的發(fā)展成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ),,運用數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)理論和有關(guān)機械方面的專門知識，結(jié)合生產(chǎn)實際經(jīng)驗，有判斷地、經(jīng)濟有效地解決在設(shè)計、研究、制造和運行各種機械中遇到的實際問題。,對傳統(tǒng)的機械工程的理解：,力學(xué),經(jīng)驗,＋

5、,,,以信息為核心，以機電為基礎(chǔ)，交叉融合材料、信息、計算機、自動化等領(lǐng)域的先進理論和技術(shù)。實現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品在功能、質(zhì)量、效率、成本等各方面整體、最優(yōu)的系統(tǒng)工程技術(shù)。,對現(xiàn)代機械工程的理解：,機械原理電子電工原理傳感測試原理微機原理控制原理,現(xiàn)代先進技術(shù),＋,內(nèi)容 Contents,,在機械技術(shù)中融合電子信息技術(shù),1,,現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法,2,,關(guān)于機電一體化技術(shù),2,機械專業(yè)講座在機械技術(shù)中融合電子信息技術(shù),在機械

6、技術(shù)中融合電子信息技術(shù),典型案例1：電子凸輪,典型案例2: 并聯(lián)機床,典型案例3: 靜電復(fù)印機,典型案例4: 誤差分離技術(shù),傳統(tǒng)凸輪及其局限性,1.制造和裝配誤差的調(diào)整比較困難，費時、費力。2.高副點線接觸，接觸應(yīng)力較大，無法傳遞較大的功率。高速運行中，磨損快，運動失真。3.存在壓力角的問題，緊湊性不好。4.一個凸輪只能固定實現(xiàn)一種預(yù)定運動規(guī)律，缺乏靈活性。,電子凸輪,什么是電子凸輪？電子凸輪(electronic ca

7、m—ECAM)：運動定義的計算機程序和高質(zhì)量伺服執(zhí)行機構(gòu)的統(tǒng)一體。,控制系統(tǒng)+普通馬達+凸輪機構(gòu),,基于單片機的電子凸輪,EXAMPLE1 SHRINK PACKAGE,進瓶帶→分瓶器A,B→分瓶桿(送紙板)→送膜→包膜→加熱收縮,EXAMPLE1,包裝機系統(tǒng)PACKAGE SYSTEM,,SHRINK PACKAGE 薄膜包裝機,,Wrapping machines are deemed to be a focus amon

8、gst the abundance of different parceling machines offered on the market. Wrapping machines wrap the goods or stacks to be packed either completely or partially with flexible packing material. The general language usage d

9、ifferentiates between wrap-around machines andfoil/paper wrapping machines.,,PACKAGE,EXAMPLE1 外觀圖,EXAMPLE1,EXAMPLE1 工作流程,,,,多列瓶子進來,經(jīng)過分瓶器分成3*3一組作為一個包裝個體,,,紙板彈出并嵌入瓶底,EXAMPLE1,EXAMPLE1工作流程,送膜并剪切，然后膜包桿牽引膜進行環(huán)包,進入烘爐進行加 熱收縮,,,

10、,EXAMPLE1,EXAMPLE1 系統(tǒng)配置圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,EXAMPLE1,傳統(tǒng)機床和并聯(lián)運動機床,,,Stewart 運動平臺,,,動平臺,固定平臺,球鉸鏈,伸縮桿,球鉸鏈,Stewart 平臺是6 根可伸縮的桿件通過12個球鉸鏈連接固定平臺和動平臺的 空間并聯(lián)機構(gòu),全自動潔凈操作,特點,并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)的以笛卡爾坐標為基礎(chǔ)的串聯(lián)運動機床,有

11、很大不同：,其具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、動態(tài)性能好、速度快、可重構(gòu)等優(yōu)點,易于實現(xiàn)較復(fù)雜的空間運動，適用于加工復(fù)雜零件,并聯(lián)運動機床以空間并聯(lián)機構(gòu)為基礎(chǔ)，充分利用計算機數(shù)字控制的潛力，以軟件代替部分硬件，以電氣裝置和電子器件取代部分機械傳動,并聯(lián)機床的數(shù)控系統(tǒng),傳統(tǒng)機床加工軌跡控制概念是以直線運動和某一坐標上的微小增量來逼近曲線和曲面的。,而并聯(lián)機床的軌跡控制是由若干桿件空間運動綜合的。,線性直接驅(qū)動技術(shù),線性直接驅(qū)動技術(shù)

12、——采用沿直線導(dǎo)軌移動的直線電動機直接驅(qū)動固定或可變長度的桿件,可以減少傳動的慣性矩，提高系統(tǒng)的運動速度、加速度和精度，避免振動的產(chǎn)生,機械執(zhí)行機構(gòu)和聯(lián)軸器的誤差、間隙和柔性，使伺服軸產(chǎn)生成帶狀分布的運動誤差和失動，而不是一個恒值，嚴重影響伺服軸的運動精度和系統(tǒng)快速性。,把伺服電機直接耦合或融入到負載上，即直接驅(qū)動技術(shù)，以消除間隙、柔性和其它與機械傳送相關(guān)的問題，以滿足超高精度的數(shù)控系統(tǒng)對精度和快速性的要求。,直線運動部件,,球鉸

13、,,電主軸,其電動機轉(zhuǎn)子與主軸是一體的，無需任何機械連接。改變供電的頻率，就可實現(xiàn)主軸調(diào)速。,應(yīng)用領(lǐng)域,應(yīng)用領(lǐng)域,,模具制造,汽缸體和傳動箱體,飛機零件，特別是大型結(jié)構(gòu)零件,應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,從目前情況來看，并聯(lián)運動機床最適合于高速切削加工：,并聯(lián)機構(gòu)應(yīng)用前景廣泛,運動模擬器工業(yè)機器人醫(yī)用機器人微定位機器人天文望遠鏡繩索機器人吊車——飛毯并聯(lián)運動機床,運動模擬器,,醫(yī)用機器人,并聯(lián)機器人,并聯(lián)機器人,德國洪堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院手術(shù)室,

14、醫(yī)用機器人模型,并聯(lián)機器人,內(nèi)窺鏡,患 者,患 者,并聯(lián)機器人,醫(yī)用機器人的動畫仿真,Delta機器人,天文望遠鏡,繩索機器人吊車,動平臺,操作器,典型案例3: 靜電復(fù)印機,復(fù)印機的歷史,,,,,,,,,,,模擬復(fù)印與數(shù)碼復(fù)印,914型復(fù)印機-卡爾松,,熱敏復(fù)印機,活字印刷術(shù)、復(fù)印紙,靜電復(fù)印機基本原理,模擬,?充電,?嚗光,?顯影,?轉(zhuǎn)印,?定影,?定影,復(fù)印機的轉(zhuǎn)印過程,,,,,,,,,(1)充電,(2)曝光,(4)轉(zhuǎn)印,(5)放電

15、,(3)上炭粉,數(shù)碼復(fù)印機基本原理,,?CCD讀取,?數(shù)碼的轉(zhuǎn)換,?數(shù)碼信號的處理,?嚗光,顯影、轉(zhuǎn)印、定影,Charge Coupled Device （CCD） 電荷耦合器件。一種半導(dǎo)體裝置，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。,,模擬、數(shù)碼復(fù)印機信息傳遞過程,,,,,,數(shù)碼功能的說明,原稿圖像通過 CCD 被分解成很小的點，并被轉(zhuǎn)換成數(shù)碼信號,由此我們可以得到以下效果：,高品質(zhì)副本數(shù)碼信號的處理記憶儲存,,,,高品質(zhì)副本,超高解

16、像度 : 600dpi,,,,,黑,高品質(zhì)副本,,,,具有X－Y獨立變倍、正負反轉(zhuǎn)、鏡像等功能,,,X-Y獨立變倍,數(shù)碼信號的處理,,,,鏡像效果,,,數(shù)碼信號的處理,,,,,黑白反轉(zhuǎn),數(shù)碼信號的處理,,,,能實現(xiàn)一次掃描多次復(fù)印,記憶體,,記憶的儲存,,,３,２,１,3,2,1,3,2,１,3,2,１,能實現(xiàn)一次掃描多次復(fù)印,,記憶體,記憶的儲存,www.themegallery.com,,,,大幅減少噪音及能源消耗無需等候復(fù)印工作

17、的完成雙面復(fù)印時無需核對原稿數(shù)量,記憶的儲存,,,,具有電子分頁功能,3,3,3,2,2,2,１,１,１,,,,,,,,３,２,１,３,２,１,3,2,1,3,2,１,3,2,１,機械式分頁,電子分頁,模擬復(fù)印機,記憶的儲存,,,,交叉分頁,３,２,１,３,２,１,３,２,１,,,記憶的儲存,典型案例4: 誤差分離技術(shù),,,,,工件圓度 工作臺不圓度 偏心度,,,,,,,S1,S3,S2,誤差分離技術(shù),第1組數(shù)

18、據(jù)為 S11＝W1＋E1＋B1 S21＝W4＋E4＋B1 S31＝W7＋E7＋B1第2組數(shù)據(jù)為 S12＝W2 ＋E2＋B2 S22＝W5＋E5＋B2 S31＝W8＋E8＋B2第 3 組數(shù)據(jù)為 S13＝W3＋E3＋B3

19、 S23＝W6＋E6＋B3 S33＝W9＋E9＋B3比較第 3 組數(shù)據(jù)和起始位置P0的數(shù)據(jù)，可以得到：S13—S20＝S23—S30＝B3—B0,在測量的起始位置P0，三個傳感器的讀數(shù)分別為 S10＝W0＋E0＋B0S20＝W3＋E3＋B0S30＝W6＋E6＋B0,www.themegallery.com,誤差分離技術(shù),,假設(shè)1：在布置傳

20、感器時均需使某一或一些被測誤差量，在傳感器中的反映可以借助于測量系統(tǒng)配置的幾何特征，表述為該被測誤差量在測量空間中的“時延”。 假設(shè)2：根據(jù)幾何量測量的Abbe原理，傳感器的測量方向應(yīng)在被測誤差量的延長線上，因此該誤差量在傳感器中的傳遞是1：l的。 假設(shè)3：其它諸項不能表述為測量空間的時延或相移的誤差量，則通過處理測量系統(tǒng)的幾何關(guān)系，使之加權(quán)后反映到不同位置的測量傳感器中。這些誤差量可以是確定性的，也可以是

21、隨機性的。,物聯(lián)網(wǎng),,物理系統(tǒng)——傳感器——信息中心物聯(lián)網(wǎng)基本技術(shù)：物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型建立，傳感器的小型化，信息的傳遞，系統(tǒng)分析技術(shù)。,機械專業(yè)講座關(guān)于機電一體化技術(shù),解讀機電一體化,,機電一體化內(nèi)涵,1,1，機電一體化技術(shù)（方法） 從系統(tǒng)工程觀點出發(fā)，應(yīng)用機械、電子等有關(guān)技術(shù)，使機械、電子有機結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機電一體化技術(shù)，主要包括技術(shù)原理和使機電一體化產(chǎn)品(或系統(tǒng))得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的

22、技術(shù)。機電一體化技術(shù)是一個技術(shù)群(族)的總稱。,解讀機電一體化,,機電一體化內(nèi)涵,2，機電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品） 由若干具有特定功能的機械和電子要素組成的有機整體，具有滿足人們使用要求的最佳功能。機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)，主要是指機械系統(tǒng)(或部件)與微電子系統(tǒng)(或部件)有機結(jié)合，從而賦予新的功能和性能的新一代產(chǎn)品，具有良好的人機協(xié)作關(guān)系。,1,解讀機電一體化,,機電一體化內(nèi)涵,3，機電一體化工程（機械電子工程） 機械工程與電子工程

23、的綜合集成。即為給定機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)“目的功能”與“規(guī)格”后，機電一體化技術(shù)人員利用機電一體化技術(shù)進行設(shè)計、制造的整個過程體系。機電一體化工程是系統(tǒng)工程在機電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)的設(shè)計、制造中的具體應(yīng)用。,1,解讀機電一體化,,機電一體化內(nèi)涵,4，機電一體化思想 體現(xiàn)了“系統(tǒng)設(shè)計原理”和“綜合集成技巧”。系統(tǒng)工程、控制論和信息論是機電一體化技術(shù)的方法論。從某種意義上講，機電一體化的“一體化”思想，帶來了諸如：光電機一體化、

24、機電液一體化、科工貿(mào)一體化及人機一體化等。,3,1,解讀機電一體化,1,,一體化理論和設(shè)計思想,2,《機電一體化原理》從一體化理論出發(fā)研究現(xiàn)代機械系統(tǒng)的組成原理和優(yōu)化方法。 1．質(zhì)、能、信息一體化設(shè)計2．功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計3．廣義機電一體化設(shè)計4．虛實一體化設(shè)計5．人、機、環(huán)境一體化設(shè)計,3,解讀機電一體化,1,1.現(xiàn)代機械的功能模塊2. 現(xiàn)代機械系統(tǒng)的組成要素,,現(xiàn)代機械的構(gòu)成,3,解讀機電一體化,1，現(xiàn)代機械的功能模

25、塊自動化軋鋼系統(tǒng),,,,,解讀機電一體化,1，現(xiàn)代機械的功能模塊,,機械專業(yè)講座現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法,機器人的開發(fā)實例,機器人步態(tài)分析,樣機,倒啤酒的智能機器人,靈活的機器手,機械專業(yè)講座現(xiàn)代機械人才的素質(zhì)與社會需求,從產(chǎn)品生命周期和價值比例看機械人才的需求,產(chǎn)品生命周期和價值比例 傳統(tǒng)制造業(yè),現(xiàn)代制造業(yè),,數(shù)控制造技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化制造總部經(jīng)濟經(jīng)營模式,從產(chǎn)品生命周期和價值比例看機械人才的需求,機械工程人才的素質(zhì),一

26、工程型人才的特征,知識結(jié)構(gòu),思維特點,工作環(huán)境,人文素質(zhì),扎實的理論基礎(chǔ)及廣泛專業(yè)知識,邏輯思維和形象思維結(jié)合,大生產(chǎn)與大市場,工程文化—創(chuàng)新力和凝聚力,,,,,嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng),良好的團隊精神,誠實守信的道德風(fēng)范,精益求精的人生追求,,,,,,機械工程人才的素質(zhì),二 機械工程人才的知識結(jié)構(gòu)和能力,系統(tǒng)的理論知識和學(xué)習(xí)的能力,歸納實踐經(jīng)驗的能力,交流能力和組織能力,基本的工藝知識和動手能力,,工程規(guī)劃和策劃的能力,機械工程人才的素質(zhì),三

27、 機械工程人才的人生規(guī)劃,學(xué)習(xí)、實踐----用身體換技術(shù),經(jīng)營---到市場上去獲取財富,參謀---為企業(yè)決策者作顧問，提供咨詢,管理---組織大家一起完成工程任務(wù),,決策---領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)的經(jīng)營,20~30歲,30~40歲,40~50歲,50~60歲,60~70歲,祝同學(xué)們健康成才！愿中國制造傲立世界之林！,1：舉例說明： 現(xiàn)代機械是構(gòu)筑在現(xiàn)代科技發(fā)展基礎(chǔ)上的，而現(xiàn)代科技的發(fā)展不斷給機械科技提出新的課題。2：如何理解現(xiàn)代機械和傳統(tǒng)