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1、一个结构工程师所需要的知识机电设备知识1机器是一种人为实物组合的具有确定机械运动的装置，它用来完成有用功、转换能量或处理信息，以代替或减轻人类的劳作。2构件是机器中的运动单元，零件是制造单元。机构由假设干构件组成，各个构件之间具有确定的相对运动，并能实现运动和动力的传递。机器和机构一样，由假设干构件组成，各个构件之间具有确定的相对运动，能实现运动和动力的传递，并且能够实现机械能和其他形式能量的转换。机械是机器和机构的总称。3毛坯指供进一步加工的对象。铸造是将熔化的液体金属浇铸到与零件形状相似的铸型型腔中，冷却凝固后，获得毛坯的方法。压力加工是利用外力使金属材料产生永久变形，制成所需尺寸和形状毛
2、坯或零件的加工方法。焊接是通过加热或加压(或二者并用)使两个分开的物体连接成为一个整体的加工方法。4加工精度系指零件加工后，其实际几何参数(尺寸、形状何位置)与理想几何参数符合的程度。加工误差则指实际几何参数与理想几何参数的偏离程度。5尺寸精度是指零件表面本身的尺寸精度和表面间互相距离尺寸的精度。尺寸公差是同意尺寸的变动量。它等于最大极限尺寸减去最小极限尺寸之差，或上偏差减去下偏差之差。尺寸公差带是指代表上下偏差的两条直线所限定的区域，也是最大极限尺寸和最小极限尺寸所限定的区域。尺寸公差带由公差带大小和公差带位置两个要素确定。国家规定尺寸公差有IT01-ITl8共有20个等级。其中，1T01精
3、度最高、ITl8精度最低。6形状和位置公差研究的对象是机械零件的几何要素，几何要素是构成机械零件几何特征的点、线、面的统称。形位公差是指实际被测要素的同意变动量。形位公差带是限制实际要素变动的区域。形位公差带由公差带形状、公差带大小、公差带方向和公差带位置四个要素确定。形位公差特征项目一共14种。其中：形状公差4种，即直线度、平面度、圆度、圆柱度。位置公差8种，即平行度、垂直度、倾斜度、对称度、同轴度、位置度、圆跳动和全跳动。形状或位置公差2种：线轮廓度和面轮廓度。除圆度、圆柱度外，各种形位公差均分为12级，最高为1级，最低为12级。圆度和圆柱度增加了0级，为最高级。形位公差对机械产品的工作精
4、度、连接强度、运动平稳性、密封性、耐磨性、配合性质、可装配性乃至机器寿命等都会产生影响。7表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距的峰谷所组成的微观集合形状特性。常用轮廓的算术平均偏差来衡量，即在一定测量长度内，轮廓上各点至中线距离绝对值的算术平均值，记为Ra，单位为Ra值越小，被测表面越平滑；反之，Ra值越大，表面越粗糙。表面粗糙度对机器零件的配合性质、耐磨性、工作精度、耐腐蚀性等有较大影响。8配合：基本尺寸相同，互相结合的孔和轴的公差带之间的关系。间隙配合：孔的公差带在轴的公差带之上，任取加工合格的孔和轴配合一定产生间隙，包括最小间隙为零的配合。过盈配合：孔的公差带在轴的公差带之下，任取加工合
5、格的孔和轴配合一定产生过盈，包括最小过盈为零的配合。过渡配合：孔的公差带与轴的公差带交叠，任取加工合格的孔和轴配合可能产生间隙也可能产生过盈的配合。不管是计算间隙还是过盈，一律是用孔的尺寸减去轴的尺寸。差值为正时是间隙，反之是过盈。9生产纲领，即合格产品的年产量。生产类型分为单件生产、成批生产和大量生产三种。10工艺成本：与工艺方案有关的费用总和，包括可变费用和不可变费用。其中，可变费用与产量成正比，包括材料费、机床工人工资、机床电费、万能机床折旧费、万能夹具维护折旧费、万能刀具维护与折旧费等。不可变费用指完全或基本与产品数量无关，包括专用机床维护折旧费、专用夹具维护折旧费用、调整工人工资与调
6、整杂费等。年度工艺成本Cn与年产量Q为直线关系。单件工艺成本Cd与产品年产量Q成双曲线关系。1机床的技术经济指标主要有：(1)工艺的可能性；(2)加工精度和表面粗糙度；(3)生产率；(4)系列化、通用化、标准化程度；(5)寿命。2机床的工作运动可分为主运动和进给运动。主运动是形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动；进给运动是使工件的多余材料不断被去除的工作运动。切削过程中主运动只有一个，进给运动可以是一个或多于一个。机床的运动除工作运动外，还有一些实现机床切削过程的辅助工作而必需进行的辅助运动。3车床是用车刀在工件上加工旋转表面的机床，车床加工范围较广，主要有车外圆、车端面、切槽、钻孔、镗孔
7、、车锥面、车螺纹、车成形面、钻中心孔及滚花等。一般车床的加工精度可达ITl0-IT7，表面粗糙度Ra值可达。一般车床由主轴箱、进给箱、丝杠、光杠、溜板箱、刀架、尾架和床身组成。一般车床的主参数为床身上最大工件回转直径。常见的其他车床有立式车床、六角车床等。4钻床的特点是加工中工件不动，而让刀具移动，将刀具中心对正待加工孔中心，并使刀具转动(主运动)、刀具移动(进给运动)来加工孔。钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。钻床加工精度可达ITl2，表面粗糙度Ra值可达。5镗床主要完成精度高、孔径大或孔系的加工，此外，还可铣平面、沟槽、钻孔、扩孔、铰孔和车端面、外圆、内外环形槽及车螺纹等。常见的镗床有卧
8、式镗床、坐标镗床和金刚镗床等。6刨床、插床和拉床的共同特点是主运动都是直线运动。常见的刨床有牛头刨床和龙门刨床。插床实际上是一种立式刨床。拉床是用拉刀加工工件各种内外成形表面的机床，拉削时机床只有拉刀的直线运动，它是主运动。拉床一般是液压传动。7铣床是利用铣刀在工件上加工各种表面的机床。铣床加工范围与刨床相近，但比刨床加工范围广，生产率也较高。常见的铣床有卧式铣床、立式铣床和龙门铣床。8磨床是用磨具或磨料加工工件各种表面的精密加工机床，通常，磨具旋转为主运动。常见的一般磨床有外圆磨床和平面磨床。9特种加工机床是利用电能、电化学能、光能、声能等特种加工方法加工工件的机床。主要用于一般切削方法难以
9、加工(如材料性能特别、形状复杂)的工件。10组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或假设干种工件按预定的工序进行加工的机床。由假设干台组合机床及辅助设备组成的自动化生产线称为组合机床自动线。1数控机床使传统的机械加工工艺发生了质的变化，它具有一系列的优点。按照能够控制刀具与工件间相对运动的轨迹，可把数控机床分为点位控制数控机床和轮廓控制数控机床。按照伺服系统的控制方式可把数控机床分为开环控制、闭环控制和半闭环控制数控机床。按照加工方式，可把数控机床分为金属切削类、金属成型类、特种加工类和其他类数控机床。按照CNC装置的功能水平可把数控机床分为高、中、低三档。2数控机床由CNC系统和
10、机床主机及辅助装置组成。CNC系统由程序、输入输出设备、CNC装置及主轴、进给驱动装置组成，其中CNC装置是CNC系统的核心部件。为了满足数控机床高自动化、高效率、高精度、高速度、高可靠性的要求，与一般机床相比，数控机床主机的机械结构具有高刚度和高抗振性、小的机床热变形等要求，为此在结构制定及材料选用上采用一系列措施；此外，在数控机床中多采纳高效率、无间隙、低摩擦传动，并尽量简化机械传动结构。3CNC装置是在硬件支持下，执行软件来进行工作的。CNC装置的硬件有单微处理器和多微处理器结构两种结构形式。单微处理器结构CNC装置按印刷电路板插接方式的不同分为大板结构和模块化结构；按CNC装置制造方式
11、不同，又可将其分为专用型CNC装置和通用型CNC装置。多微处理器结构CNC装置采纳模块化结构，基本功能模块有六种。进一步扩展功能，可增加相应模块。CNC软件要处理两种信息，即低速辅助信息和高速轨迹信息，CNC系统软件需要完成多项任务，在许多状况下CNC装置中的管理和控制的某些工作必需同时进行，即所谓的并行处理。4正因为可编程序控制器具有可贵的特点(如控制程序可变，具有合格的柔性；采纳面向过程的语言，编程方便；功能完善；扩展方便，配置灵活；系统构成简单，安装调试方便；可靠性高等)，才成为CNC装置不可缺少的组成部分。可编程序控制器应用于数控机床中有两种型式，即内装型PLC和独立型PLC。内装型P
12、LC的特点是：(1)其性能指标由所属的CNC装置的性能规格确定。它的硬件和软件被作为CNC装置的基本功能统一制定，具有结构紧凑、适配性强等优点。(2)它有与CNC共用微处理器和具有专用微处理器两种类型。前者利用CNC微处理器的余力来完成PLC的功能，IO点数较少；后者由于有独立的微处理器，多用于顺序程序复杂及动作速度要求快的场合。(3)它与CNC其他电路同装在一个机箱内，共用一个电源和地线。(4)它的硬件电路可与CNC其他电路制作在同一块印刷电路板上，也可以单独制成一块附加印刷电路板。(5)它对外没有单独配置的I0接口电路，而是使用CNC装置本身的I0接口电路。(6)采纳内装型PLC，扩展了C
13、NC内部直接处理的窗口通信功能，可以采纳梯形图编辑和传送高级控制功能，且造价低，提升了CNC的性能价格比。独立型PLC的特点是：(1)可依据数控机床对控制功能的要求灵活选购或自行开发。(2)有自己的IO接口电路，PLC与CNC装置、PLC与机床侧的连接都通过I0接口电路连接。PLC本身采纳模块化结构，装在插板式笼箱内，I?O点数可通过IO模块或插板的增减灵活配置。(3)可以扩展CNC的控制功能，可以形成两个以上的附加轴控制。(4)在性能价格比上不如内装型PLC。5数控机床的进给伺服驱动系统应该满足高精度、快速响应、调速范围宽、低速大转矩、可靠性高等要求。数控机床的主轴驱动系统不仅应该具有宽的调
14、速范围，而且能在尽可能宽的调速范围内坚持恒功率输出。另外，为了满足不同数控机床的加工要求，主轴驱动系统还应该满足一些特别要求。6步进电动机具有独特的优点。永磁感应子式步进电动机与反应式步进电动机在结构上有许多相似之处。但永磁感应子式步进电动机的磁路内含有永久磁钢，故当定子绕组断电后仍具有一定的定位转矩。步进电动机的步距角用下式计算：步进电动机的转速用下式计算：步进电动机的运行性能是步进电动机和驱动电源的综合体现。驱动电源应满足必要的基本要求。，驱动电源由环行分配器和功率驱动器组成。7直流主轴电动机的结构和一般直流电动机的结构基本相同，其主要区别是：在主磁极上除了绕有主磁极绕组外，还绕有补偿绕组
15、，以便抵消转子反应磁动势对气隙主磁通的影响，改善电动机的调速性能；直流主轴电动机都采纳轴向强迫通风冷却或热管冷却，以改善冷却效果。直流主轴电动机在基本速度以下为恒转矩范围，在基本速度以上为恒功率范围。直流主轴电动机采纳双域调速系统调速。永磁直流伺服电动机的定子磁极是一个永磁体，其转子分为一般型和小惯量型两类。一般型转子永磁直流电动机和小惯量型转子直流电动机各有其自己的特点。永磁直流伺服电动机需用特性曲线和数据表描述其性能。用于数控机床进给伺服系统中的永磁直流伺服电动机主要采纳晶体管脉宽调制调速系统调速。8交流主轴电动机是经过专门制定的鼠笼式三相异步电动机。与直流主轴电动机相类似，在基本速度以下为恒转矩区，在基本速度以上为恒功率区。恒功率的速度范围只有1：3的速度比，当速度超过一定值后，功率一速度特性曲线会向下倾斜。交流主轴电动机广泛采纳矢量控制调速方法进行速度控制。永磁同步交流伺服电动机的定子与一般感应电动机的定子相似，不过其外表面呈多边形，且无外壳，转子由多块永久磁铁和冲片组成。与直流伺服电动机一样，交流伺服电动机的性能也需用数据表和特性曲线来描述。永磁同步交流伺服电动机可以通过改变电动机电源频率来调速。9工业机器人由操作机、驱动装置和控制系统三部分组成。工业机器人可按坐标形式、驱动方式
