機(jī)械專(zhuān)業(yè)講座

1、機(jī)械專(zhuān)業(yè)講座第一講,機(jī)械工程是人類(lèi)進(jìn)步的動(dòng)力,機(jī)械工程的歷史和發(fā)展現(xiàn)代機(jī)械工程的內(nèi)容和主要任務(wù)先進(jìn)制造技術(shù)帶來(lái)的革命機(jī)械工程人才的基本素質(zhì),機(jī)械工程與制造業(yè),制造活動(dòng)是人類(lèi)的主要活動(dòng)之一 1/4的人口從事各種形式的制造活動(dòng) 在非制造業(yè)部門(mén)，1/2的人口的工作與制造業(yè)有關(guān) 創(chuàng)造價(jià)值、生產(chǎn)物質(zhì)財(cái)富和新的知識(shí) 美國(guó) 68%的財(cái)富來(lái)自制造業(yè) 日本 49%的國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值 中國(guó) 40%的工業(yè)總產(chǎn)值 （19

2、95） 機(jī)械工程為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)（包括國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展）提供先進(jìn)手段和裝備中國(guó)的制造業(yè)面臨從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)發(fā)展的挑戰(zhàn),機(jī)械發(fā)展的歷史回顧,1797年，莫茲利 首創(chuàng)螺紋車(chē)床。,1914年，福特流水生產(chǎn)線，大量生產(chǎn)汽車(chē)。,19世紀(jì)末，泰勒 “科學(xué)管理法”的出現(xiàn),,從手工作坊到機(jī)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(jī)械化生產(chǎn)可以實(shí)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(dòng)力源驅(qū)動(dòng)的架空天軸,變速用的 多級(jí)帶輪,帶傳動(dòng),工人操作車(chē)床,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,工作環(huán)境不安全,擁擠、昏暗、嘈雜,,帶傳動(dòng),架空天軸,車(chē) 床,砂輪機(jī),鋸 床,銑 床,直流發(fā)電機(jī) --電動(dòng)機(jī)組,將動(dòng)力分配到不同設(shè)備,摩登時(shí)代：人是機(jī)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(jī)械加工,數(shù)控加工中心,現(xiàn)代機(jī)械工程的內(nèi)容和任務(wù),機(jī)械工程應(yīng)用領(lǐng)域,動(dòng)力機(jī)械（風(fēng)、水、熱、電、化學(xué)、原子能等）交通運(yùn)輸（汽車(chē)、輪船、飛機(jī)

4、及相應(yīng)設(shè)施、倉(cāng)儲(chǔ)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(jī)、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(jī)械國(guó)防武器等,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不斷給機(jī)械科技提出新課題機(jī)械科技的發(fā)展成為科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ),,運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)理論和有關(guān)機(jī)械方面的專(zhuān)門(mén)知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，有判斷地、經(jīng)濟(jì)有效地解決在設(shè)計(jì)、研究、制造和運(yùn)行各種機(jī)械中遇到的實(shí)際問(wèn)題。,對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械工程的理解：,力學(xué),經(jīng)驗(yàn),＋

5、,,,以信息為核心，以機(jī)電為基礎(chǔ)，交叉融合材料、信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等領(lǐng)域的先進(jìn)理論和技術(shù)。實(shí)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(duì)現(xiàn)代機(jī)械工程的理解：,機(jī)械原理電子電工原理傳感測(cè)試原理微機(jī)原理控制原理,現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù),＋,內(nèi)容 Contents,,在機(jī)械技術(shù)中融合電子信息技術(shù),1,,現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化創(chuàng)新方法,2,,關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù),2,機(jī)械專(zhuān)業(yè)講座在機(jī)械技術(shù)中融合電子信息技術(shù),在機(jī)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(jī)床,典型案例3: 靜電復(fù)印機(jī),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(fèi)時(shí)、費(fèi)力。2.高副點(diǎn)線接觸，接觸應(yīng)力較大，無(wú)法傳遞較大的功率。高速運(yùn)行中，磨損快，運(yùn)動(dòng)失真。3.存在壓力角的問(wèn)題，緊湊性不好。4.一個(gè)凸輪只能固定實(shí)現(xiàn)一種預(yù)定運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)定義的計(jì)算機(jī)程序和高質(zhì)量伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一體。,控制系統(tǒng)+普通馬達(dá)+凸輪機(jī)構(gòu),,基于單片機(jī)的電子凸輪,EXAMPLE1 SHRINK PACKAGE,進(jìn)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(jī)系統(tǒng)PACKAGE SYSTEM,,SHRINK PACKAGE 薄膜包裝機(jī),,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(jìn)來(lái),經(jīng)過(guò)分瓶器分成3*3一組作為一個(gè)包裝個(gè)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(jìn)行環(huán)包,進(jìn)入烘爐進(jìn)行加 熱收縮,,,

10、,EXAMPLE1,EXAMPLE1 系統(tǒng)配置圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,EXAMPLE1,傳統(tǒng)機(jī)床和并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床,,,Stewart 運(yùn)動(dòng)平臺(tái),,,動(dòng)平臺(tái),固定平臺(tái),球鉸鏈,伸縮桿,球鉸鏈,Stewart 平臺(tái)是6 根可伸縮的桿件通過(guò)12個(gè)球鉸鏈連接固定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的 空間并聯(lián)機(jī)構(gòu),全自動(dòng)潔凈操作,特點(diǎn),并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床與傳統(tǒng)的以笛卡爾坐標(biāo)為基礎(chǔ)的串聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床,有

11、很大不同：,其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度高、動(dòng)態(tài)性能好、速度快、可重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn),易于實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)，適用于加工復(fù)雜零件,并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床以空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，充分利用計(jì)算機(jī)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(jī)械傳動(dòng),并聯(lián)機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng),傳統(tǒng)機(jī)床加工軌跡控制概念是以直線運(yùn)動(dòng)和某一坐標(biāo)上的微小增量來(lái)逼近曲線和曲面的。,而并聯(lián)機(jī)床的軌跡控制是由若干桿件空間運(yùn)動(dòng)綜合的。,線性直接驅(qū)動(dòng)技術(shù),線性直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)

12、——采用沿直線導(dǎo)軌移動(dòng)的直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)固定或可變長(zhǎng)度的桿件,可以減少傳動(dòng)的慣性矩，提高系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度、加速度和精度，避免振動(dòng)的產(chǎn)生,機(jī)械執(zhí)行機(jī)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(yùn)動(dòng)誤差和失動(dòng)，而不是一個(gè)恒值，嚴(yán)重影響伺服軸的運(yùn)動(dòng)精度和系統(tǒng)快速性。,把伺服電機(jī)直接耦合或融入到負(fù)載上，即直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，以消除間隙、柔性和其它與機(jī)械傳送相關(guān)的問(wèn)題，以滿足超高精度的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)精度和快速性的要求。,直線運(yùn)動(dòng)部件,,球鉸

13、,,電主軸,其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸是一體的，無(wú)需任何機(jī)械連接。改變供電的頻率，就可實(shí)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(dòng)箱體,飛機(jī)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(lái)看，并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床最適合于高速切削加工：,并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用前景廣泛,運(yùn)動(dòng)模擬器工業(yè)機(jī)器人醫(yī)用機(jī)器人微定位機(jī)器人天文望遠(yuǎn)鏡繩索機(jī)器人吊車(chē)——飛毯并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床,運(yùn)動(dòng)模擬器,,醫(yī)用機(jī)器人,并聯(lián)機(jī)器人,并聯(lián)機(jī)器人,德國(guó)洪堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院手術(shù)室,

14、醫(yī)用機(jī)器人模型,并聯(lián)機(jī)器人,內(nèi)窺鏡,患 者,患 者,并聯(lián)機(jī)器人,醫(yī)用機(jī)器人的動(dòng)畫(huà)仿真,Delta機(jī)器人,天文望遠(yuǎn)鏡,繩索機(jī)器人吊車(chē),動(dòng)平臺(tái),操作器,典型案例3: 靜電復(fù)印機(jī),復(fù)印機(jī)的歷史,,,,,,,,,,,模擬復(fù)印與數(shù)碼復(fù)印,914型復(fù)印機(jī)-卡爾松,,熱敏復(fù)印機(jī),活字印刷術(shù)、復(fù)印紙,靜電復(fù)印機(jī)基本原理,模擬,?充電,?嚗光,?顯影,?轉(zhuǎn)印,?定影,?定影,復(fù)印機(jī)的轉(zhuǎn)印過(guò)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(jī)基本原理,,?CCD讀取,?數(shù)碼的轉(zhuǎn)換,?數(shù)碼信號(hào)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(hào)。,,模擬、數(shù)碼復(fù)印機(jī)信息傳遞過(guò)程,,,,,,數(shù)碼功能的說(shuō)明,原稿圖像通過(guò) CCD 被分解成很小的點(diǎn)，并被轉(zhuǎn)換成數(shù)碼信號(hào),由此我們可以得到以下效果：,高品質(zhì)副本數(shù)碼信號(hào)的處理記憶儲(chǔ)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(dú)立變倍、正負(fù)反轉(zhuǎn)、鏡像等功能,,,X-Y獨(dú)立變倍,數(shù)碼信號(hào)的處理,,,,鏡像效果,,,數(shù)碼信號(hào)的處理,,,,,黑白反轉(zhuǎn),數(shù)碼信號(hào)的處理,,,,能實(shí)現(xiàn)一次掃描多次復(fù)印,記憶體,,記憶的儲(chǔ)存,,,３,２,１,3,2,1,3,2,１,3,2,１,能實(shí)現(xiàn)一次掃描多次復(fù)印,,記憶體,記憶的儲(chǔ)存,www.themegallery.com,,,,大幅減少噪音及能源消耗無(wú)需等候復(fù)印工作

17、的完成雙面復(fù)印時(shí)無(wú)需核對(duì)原稿數(shù)量,記憶的儲(chǔ)存,,,,具有電子分頁(yè)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(jī)械式分頁(yè),電子分頁(yè),模擬復(fù)印機(jī),記憶的儲(chǔ)存,,,,交叉分頁(yè),３,２,１,３,２,１,３,２,１,,,記憶的儲(chǔ)存,典型案例4: 誤差分離技術(shù),,,,,工件圓度 工作臺(tái)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(cè)量的起始位置P0，三個(gè)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(shí)均需使某一或一些被測(cè)誤差量，在傳感器中的反映可以借助于測(cè)量系統(tǒng)配置的幾何特征，表述為該被測(cè)誤差量在測(cè)量空間中的“時(shí)延”。 假設(shè)2：根據(jù)幾何量測(cè)量的Abbe原理，傳感器的測(cè)量方向應(yīng)在被測(cè)誤差量的延長(zhǎng)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(xiàng)不能表述為測(cè)量空間的時(shí)延或相移的誤差量，則通過(guò)處理測(cè)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(cè)量傳感器中。這些誤差量可以是確定性的，也可以是

21、隨機(jī)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(jī)械專(zhuān)業(yè)講座關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù),解讀機(jī)電一體化,,機(jī)電一體化內(nèi)涵,1,1，機(jī)電一體化技術(shù)（方法） 從系統(tǒng)工程觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)用機(jī)械、電子等有關(guān)技術(shù)，使機(jī)械、電子有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)，主要包括技術(shù)原理和使機(jī)電一體化產(chǎn)品(或系統(tǒng))得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的

22、技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)技術(shù)群(族)的總稱(chēng)。,解讀機(jī)電一體化,,機(jī)電一體化內(nèi)涵,2，機(jī)電一體化系統(tǒng)（產(chǎn)品） 由若干具有特定功能的機(jī)械和電子要素組成的有機(jī)整體，具有滿足人們使用要求的最佳功能。機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)，主要是指機(jī)械系統(tǒng)(或部件)與微電子系統(tǒng)(或部件)有機(jī)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(jī)協(xié)作關(guān)系。,1,解讀機(jī)電一體化,,機(jī)電一體化內(nèi)涵,3，機(jī)電一體化工程（機(jī)械電子工程） 機(jī)械工程與電子工程

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

24、機(jī)電液一體化、科工貿(mào)一體化及人機(jī)一體化等。,3,1,解讀機(jī)電一體化,1,,一體化理論和設(shè)計(jì)思想,2,《機(jī)電一體化原理》從一體化理論出發(fā)研究現(xiàn)代機(jī)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(jì)2．功能結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)3．廣義機(jī)電一體化設(shè)計(jì)4．虛實(shí)一體化設(shè)計(jì)5．人、機(jī)、環(huán)境一體化設(shè)計(jì),3,解讀機(jī)電一體化,1,1.現(xiàn)代機(jī)械的功能模塊2. 現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的組成要素,,現(xiàn)代機(jī)械的構(gòu)成,3,解讀機(jī)電一體化,1，現(xiàn)代機(jī)械的功能模

25、塊自動(dòng)化軋鋼系統(tǒng),,,,,解讀機(jī)電一體化,1，現(xiàn)代機(jī)械的功能模塊,,機(jī)械專(zhuān)業(yè)講座現(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化創(chuàng)新方法,機(jī)器人的開(kāi)發(fā)實(shí)例,機(jī)器人步態(tài)分析,樣機(jī),倒啤酒的智能機(jī)器人,靈活的機(jī)器手,機(jī)械專(zhuān)業(yè)講座現(xiàn)代機(jī)械人才的素質(zhì)與社會(huì)需求,從產(chǎn)品生命周期和價(jià)值比例看機(jī)械人才的需求,產(chǎn)品生命周期和價(jià)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(jì)經(jīng)營(yíng)模式,從產(chǎn)品生命周期和價(jià)值比例看機(jī)械人才的需求,機(jī)械工程人才的素質(zhì),一

26、工程型人才的特征,知識(shí)結(jié)構(gòu),思維特點(diǎn),工作環(huán)境,人文素質(zhì),扎實(shí)的理論基礎(chǔ)及廣泛專(zhuān)業(yè)知識(shí),邏輯思維和形象思維結(jié)合,大生產(chǎn)與大市場(chǎng),工程文化—?jiǎng)?chuàng)新力和凝聚力,,,,,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng),良好的團(tuán)隊(duì)精神,誠(chéng)實(shí)守信的道德風(fēng)范,精益求精的人生追求,,,,,,機(jī)械工程人才的素質(zhì),二 機(jī)械工程人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力,系統(tǒng)的理論知識(shí)和學(xué)習(xí)的能力,歸納實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的能力,交流能力和組織能力,基本的工藝知識(shí)和動(dòng)手能力,,工程規(guī)劃和策劃的能力,機(jī)械工程人才的素質(zhì),三

27、 機(jī)械工程人才的人生規(guī)劃,學(xué)習(xí)、實(shí)踐----用身體換技術(shù),經(jīng)營(yíng)---到市場(chǎng)上去獲取財(cái)富,參謀---為企業(yè)決策者作顧問(wèn)，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(yíng),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(guó)制造傲立世界之林！,1：舉例說(shuō)明： 現(xiàn)代機(jī)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(jī)械科技提出新的課題。2：如何理解現(xiàn)代機(jī)械和傳統(tǒng)