机械专业讲座讲解

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1、LOGO 机械专业讲座 第一讲 机械工程是人类进步的动力 v机械工程的历史和发展 v现代机械工程的内容和主要任务 v先进制造技术带来的革命 v机械工程人才的基本素质 机械工程与制造业 v制造活动是人类的主要活动之一 1/4的人口从事各种形式的制造活动 在非制造业部门，1/2的人口的工作与制造业 有关 v创造价值、生产物质财富和新的知识 美国 68%的财富来自制造业 日本 49%的国民经济总产值 中国 40%的工业总产值 （1995） v机械工程为国民经济各个部门（包括国防和科 学技术的进步与发展）提供先进手段和装备 v中国的制造业面临从制造大国向制造强国发展 的挑战 机械发展的历史回顾 n17

2、97年，莫兹利 首创螺纹车床。 n1914年，福特流水 生产线，大量生产 汽车。 n19世纪末，泰勒 “科学管理法”的出现 从手工作坊到机械工厂从手工作坊到机械工厂 从单件小批到大量生产从单件小批到大量生产 分工可以提高工作效率分工可以提高工作效率 机械化生产可以实现零件互换机械化生产可以实现零件互换 大量生产可以降低成本、提高质量大量生产可以降低成本、提高质量 由集中动力源由集中动力源 驱动的架空天驱动的架空天 轴轴 变速用的变速用的 多级带轮多级带轮 带传动带传动 工人操作车工人操作车 床床 工人劳动强度大工人劳动强度大 工作环境不安全工作环境不安全 拥挤、昏暗、嘈杂拥挤、昏暗、嘈杂 带传

3、动带传动 架空天架空天 轴轴 车车 床床 砂轮机砂轮机 锯锯 床床 铣铣 床床 直流发电机直流发电机 - -电动机组电动机组 将动力分配将动力分配 到不同设备到不同设备 摩登时代：人是机器的奴隶？ 科学发展观 以人为本，可持续发展 传统的机械加工 数控加工中心 现代机械工程的内容和任务 n建立和发展应用了机械工程的基础理论及利用新 技术改造传统技术 n机械产品的正规生产，包括设计、生产准备、加 工、计划调度、装配调试、包装运输及质量控制等 n各类机械系统的运行，包括设备的选购、安装、 调试、操作、监控、诊断、以至整个企业经营管理 n机械对自然环境的污染、自然资源的过度消耗、 社会安全等问题的预

4、防和处理 n研究开发新的机械产品及制造装备满足人们当前 和将来的需要 机械工程应用领域 v 动力机械（风、水、热、电、化学、原子能等） v 交通运输（汽车、轮船、飞机及相应设施、仓储 物流等） v 装备技术（农、林、矿山、冶金、化工、纺织、 食品、印刷等制造设备） v 工作母机、仪表仪器等 v 通风取暖、医疗器械、家用器械、环保设备等民 生机械 v 国防武器等 科学技术的发展不断给机械科技提出新课题 机械科技的发展成为科学技术发展的基础 运用数学、物理等基础理 论和有关机械方面的专门知识 ，结合生产实际经验，有判断 地、经济有效地解决在设计、 研究、制造和运行各种机械中 遇到的实际问题。 对传

5、统的机械工程的理解： 力学 经验 以信息为核心，以机电 为基础，交叉融合材料、信 息、计算机、自动化等领域 的先进理论和技术。实现系 统或产品在功能、质量、效 率、成本等各方面整体、最 优的系统工程技术。 对现代机械工程的理解： 机械原理 电子电工原理 传感测试原理 微机原理 控制原理 现代先进技术 Contents 在机械技术中融合电子信息技术1 现代机械的机电一体化创新方法 2 关于机电一体化技术2 LOGO 机械专业讲座 在机械技术中融合电子信息技术 在机械技术中融合电子信息技术 典型案例1：电子凸轮 典型案例2: 并联机床 典型案例3: 静电复印机 典型案例4: 误差分离技术 典型案例

6、1：电子凸轮 传统凸轮及其局限性 v 1.制造和装配误差的调 整比较困难，费时、费 力。 v 2.高副点线接触，接触 应力较大，无法传递较 大的功率。高速运行中 ，磨损快，运动失真。 v 3.存在压力角的问题， 紧凑性不好。 v 4.一个凸轮只能固定实 现一种预定运动规律， 缺乏灵活性。 电子凸轮 什么是电子凸轮？ 电子凸轮(electronic camECAM)： 运动定义的计算机程序和高质量伺服执行 机构的统一体。 控制系统+普通马达+凸轮机构 基于单片机的电子凸轮 EXAMPLE1 SHRINK PACKAGE 进瓶带分瓶器A,B分瓶杆(送纸板)送膜包膜加热收缩 EXAMPLE1 PAC

7、KAGE SYSTEM SHRINK PACKAGE 薄膜包装机 Wrapping machines are deemed to be a focus amongst 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

8、ifferentiates between wrap-around machines and foil/paper wrapping machines. PACKAGE EXAMPLE1 外观图 主传输 分瓶器B 传送膜 推杆 送纸板 包膜杆 进瓶瓶带 分瓶器A 烘炉 EXAMPLE1 EXAMPLE1 工作流程 多列瓶子进来 经过分瓶器分成3*3一 组作为一个包装个体 纸板弹出并嵌入瓶底 EXAMPLE1 EXAMPLE1工作流程 送膜并剪切，然 后膜包杆牵引膜 进行环包 进入烘炉进行加 热收缩 EXAMPLE1 EXAMPLE1 系统配置图 12 34 56789 10 11 12 14

9、13 15 EXAMPLE1 传统机床和并联运动机床 Prof. Shu Zhang Institute on Advanced Manufacturing Technology, Tongji University Stewart Stewart 运动平台运动平台 动平台动平台 固定平台固定平台 球铰链球铰链 伸缩杆伸缩杆 球铰链球铰链 Stewart Stewart 平台是平台是 6 6 根可伸缩的杆件根可伸缩的杆件 通过通过1212个球铰链连接个球铰链连接 固定平台和动平台的固定平台和动平台的 空间并联机构空间并联机构 全自动洁净操作 特点 并联运动机床与传统的以笛卡尔坐标为基础的串联运

10、动机床,有很大不同： 其具有结构简单、刚度高、动态性能好、速度快、可重构等优点 易于实现较复杂的空间运动，适用于加工复杂零件 并联运动机床以空间并联机构为基础，充分利用计算机数字控制的潜力， 以软件代替部分硬件，以电气装置和电子器件取代部分机械传动 并联机床的数控系统 传统机床加工轨迹控制概念是以直线运动和某一坐标上的 微小增量来逼近曲线和曲面的。 而并联机床的轨迹控制是由若干杆件空间运动综合的。 线性直接驱动技术 线性直接驱动技术 采用沿直线导轨移动的直线电动机直 接驱动固定或可变长度的杆件 可以减少传动的惯性矩，提 高系统的运动速度、加速度和 精度，避免振动的产生 机械执行机构和联轴器的误

11、差、间隙和柔性，使伺服轴产生成带状分布的运 动误差和失动，而不是一个恒值，严重影响伺服轴的运动精度和系统快速性。 把伺服电机直接耦合或融入到负载上，即直接驱动技术，以消除间隙、 柔性和其它与机械传送相关的问题，以满足超高精度的数控系统对精度和快 速性的要求。 直线运动部件 球铰 电主轴 其电动机转子与主轴是一体的，无需任何机械 连接。改变供电的频率，就可实现主轴调速。 应用领域 应用领域 模具制造 汽缸体和传动箱体 飞机零件，特别是大型结构零件 应用于工业领域应用于工业领域 从目前情况来看，并联运动机床最适合于高速切削加工： 并联机构应用前景广泛并联机构应用前景广泛 运动模拟器运动模拟器 工业

12、机器人工业机器人 医用机器人医用机器人 微定位机器人微定位机器人 天文望远镜天文望远镜 绳索机器人吊车绳索机器人吊车飞毯飞毯 并联运动机床并联运动机床 运动模拟器 飞机驾驶员模拟器飞机驾驶员模拟器 高速列车驾驶员高速列车驾驶员 培训模拟器培训模拟器 驾驶座椅模拟器驾驶座椅模拟器 （坦克、军舰等）（坦克、军舰等） 骑马师培训模拟器骑马师培训模拟器 赛车运动员培训模拟器赛车运动员培训模拟器 医用机器人 并联机器人并联机器人 并联机器人并联机器人 德国洪堡大学医学院手术室德国洪堡大学医学院手术室医用机器人模型 医用机器人模型 并联机器人并联机器人 内窥镜内窥镜 患患 者者 患患 者者 并联机器人并联

13、机器人 LOGO Prof. Shu Zhang Institute on Advanced Manufacturing Technology, Tongji University 医用机器人的动画仿真医用机器人的动画仿真 DeltaDelta机器人机器人 天文望远镜 绳索机器人吊车 动平台动平台 操作器操作器 典型案例3: 静电复印机 复印机的历史 现代复印技术 近代复印技术 早期复印技术 原始复印技术 模拟复印与数码复印 914型复印机-卡尔松 热敏复印机 活字印刷术、复印纸 静电复印机基本原理 模拟 充电 嚗光 显影 转印 定影定影 复印机的转印过程 (1)充电 (2)曝光 (4)转印

14、(5)放电(3)上炭粉 数码复印机基本原理 CCD读取数码的转换数码信号的处理 嚗光 显影、转印、定影 Charge Coupled Device （CCD） 电荷耦合器件。 一种半导体装置，能够把光学影像转化为数字信号。 模拟、数码复印机信息传递过程 模拟机模拟机 原 稿 副 本 感光鼓 聚焦镜 反射镜 反射镜 曝光灯 影像处理部分 激光二级管 硬盘 接线板 打印接口 传真卡 数码机数码机 原 稿 打印卡 副 本 多边反射镜 CCD 记忆体感光鼓 反射镜 聚焦镜 曝光灯 数码功能的说明数码功能的说明 原稿图像通过 CCD 被分解成很小的点，并被 转换成数码信号,由此我们可以得到以下效果： 1

15、.1. 高品质副本高品质副本 2.2. 数码信号的处理数码信号的处理 3.3. 记忆储存记忆储存 高品质副本高品质副本 超高解像度超高解像度 : : 600600dpidpi 黑 256级灰度 白白 高品质副本高品质副本 5.5. 具有具有X XY Y独立变倍、正负反转、镜像等功能独立变倍、正负反转、镜像等功能 X-YX-Y独立变倍独立变倍 数码信号的处理数码信号的处理 镜像效果镜像效果 数码信号的处理数码信号的处理 正向正向反向反向 黑白反转黑白反转 数码信号的处理数码信号的处理 能实现一次扫描多次复印能实现一次扫描多次复印 内置记忆体 可将数据整 理及储存, 令工作效率 大大提高! 记忆体记忆体 记忆的储存记忆的储存 3 2 1 3 2 3 2 能实现一次扫描多次复印能实现一次扫描多次复印 记忆体 记忆的储存记忆的储存 大幅减少噪音及能源消耗大幅减少噪音及能源消耗 无需等候复印工作的完成无需等候复印工作的完成 双面复印时无需核对原稿数量双面复印时无需核对原稿数量 3页 扫描次数扫描次数 数码机数码机 模拟机模拟机 原稿页数原稿页数 X 复印份数复印份数 100份 3次 300次次! 记忆的储存记忆的储存 具有电子分页功能具有电子分页功能 3 3 3 2 2 2 3 2 1 3 2 3 2 机械式分页机械式分页电子分页电子分页 模拟模拟