機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)講座

機(jī)械制造與自動(dòng)化專業(yè)講座第一頁(yè)，共90頁(yè)。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)帶來的革命機(jī)械工程人才的基本素質(zhì)第二頁(yè)，共90頁(yè)。制造活動(dòng)是人類的主要活動(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，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（1995）機(jī)械工程為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門（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)

第三頁(yè)，共90頁(yè)。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(jì)末，泰勒“科學(xué)管理法”的出現(xiàn)第四頁(yè)，共90頁(yè)。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)量第五頁(yè)，共90頁(yè)。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)工人操作車床工人勞動(dòng)強(qiáng)度大工作環(huán)境不安全擁擠、昏暗、嘈雜第六頁(yè)，共90頁(yè)。帶傳動(dòng)架空天軸車床砂輪機(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)備第七頁(yè)，共90頁(yè)。第八頁(yè)，共90頁(yè)。第九頁(yè)，共90頁(yè)。第十頁(yè)，共90頁(yè)。第十一頁(yè)，共90頁(yè)。建立和發(fā)展應(yīng)用了機(jī)械工程的基礎(chǔ)理論及利用新技術(shù)改造傳統(tǒng)技術(shù)機(jī)械產(chǎn)品的正規(guī)生產(chǎn)，包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工、計(jì)劃調(diào)度、裝配調(diào)試、包裝運(yùn)輸及質(zhì)量控制等各類機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行，包括設(shè)備的選購(gòu)、安裝、調(diào)試、操作、監(jiān)控、診斷、以至整個(gè)企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理機(jī)械對(duì)自然環(huán)境的污染、自然資源的過度消耗、社會(huì)安全等問題的預(yù)防和處理研究開發(fā)新的機(jī)械產(chǎn)品及制造裝備滿足人們當(dāng)前和將來的需要第十二頁(yè)，共90頁(yè)。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、輪船、飛機(jī)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)第十三頁(yè)，共90頁(yè)。運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)理論和有關(guān)機(jī)械方面的專門知識(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)際問題。對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械工程的理解：力學(xué)經(jīng)驗(yàn)＋第十四頁(yè)，共90頁(yè)。

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)＋第十五頁(yè)，共90頁(yè)。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第十六頁(yè)，共90頁(yè)。第十七頁(yè)，共90頁(yè)。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)

第十八頁(yè)，共90頁(yè)。

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。第十九頁(yè)，共90頁(yè)。

什么是電子凸輪？電子凸輪(electroniccam—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。第二十頁(yè)，共90頁(yè)。第二十一頁(yè)，共90頁(yè)。第二十二頁(yè)，共90頁(yè)。進(jìn)瓶帶→分瓶器A,B→分瓶桿(送紙板)→送膜→包膜→加熱收縮EXAMPLE1

第二十三頁(yè)，共90頁(yè)。SHRINKPACKAGE薄膜包裝機(jī)Wrappingmachinesaredeemedtobeafocusamongsttheabundanceofdifferentparcelingmachinesofferedonthemarket.Wrappingmachineswrapthegoodsorstackstobepackedeithercompletelyorpartiallywithflexiblepackingmaterial.Thegenerallanguageusagedifferentiatesbetweenwrap-aroundmachinesandfoil/paperwrappingmachines.PACKAGE第二十四頁(yè)，共90頁(yè)。主傳輸分瓶器B傳送膜推桿送紙板包膜桿進(jìn)瓶瓶帶分瓶器A烘爐EXAMPLE1

第二十五頁(yè)，共90頁(yè)。多列瓶子進(jìn)來經(jīng)過分瓶器分成3*3一組作為一個(gè)包裝個(gè)體紙板彈出并嵌入瓶底EXAMPLE1

第二十六頁(yè)，共90頁(yè)。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EXAMPLE1

第二十七頁(yè)，共90頁(yè)。123456789101112141315EXAMPLE1

第二十八頁(yè)，共90頁(yè)。第二十九頁(yè)，共90頁(yè)。Prof.ShuZhangInstituteonAdvancedManufacturingTechnology,TongjiUniversityStewart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)第三十頁(yè)，共90頁(yè)。第三十一頁(yè)，共90頁(yè)。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)第三十二頁(yè)，共90頁(yè)。

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。第三十三頁(yè)，共90頁(yè)。線性直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)——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。

第三十四頁(yè)，共90頁(yè)。第三十五頁(yè)，共90頁(yè)。第三十六頁(yè)，共90頁(yè)。 其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與主軸是一體的，無需任何機(jī)械連接。改變供電的頻率，就可實(shí)現(xiàn)主軸調(diào)速。第三十七頁(yè)，共90頁(yè)。第三十八頁(yè)，共90頁(yè)。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)域從目前情況來看，并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床最適合于高速切削加工：第三十九頁(yè)，共90頁(yè)。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——飛毯并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床第四十頁(yè)，共90頁(yè)。飛機(jī)駕駛員模擬器高速列車駕駛員培訓(xùn)模擬器駕駛座椅模擬器（坦克、軍艦等）騎馬師培訓(xùn)模擬器賽車運(yùn)動(dòng)員培訓(xùn)模擬器第四十一頁(yè)，共90頁(yè)。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)器人第四十二頁(yè)，共90頁(yè)。Prof.ShuZhangInstituteonAdvancedManufacturingTechnology,TongjiUniversity醫(yī)用機(jī)器人的動(dòng)畫仿真Delta機(jī)器人第四十三頁(yè)，共90頁(yè)。第四十四頁(yè)，共90頁(yè)。動(dòng)平臺(tái)操作器第四十五頁(yè)，共90頁(yè)。復(fù)印機(jī)的歷史現(xiàn)代復(fù)印技術(shù)近代復(fù)印技術(shù)早期復(fù)印技術(shù)原始復(fù)印技術(shù)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)印紙第四十六頁(yè)，共90頁(yè)。靜電復(fù)印機(jī)基本原理模擬充電嚗光顯影轉(zhuǎn)印定影定影第四十七頁(yè)，共90頁(yè)。

(1)充電

(2)曝光

(4)轉(zhuǎn)印

(5)放電(3)上炭粉第四十八頁(yè)，共90頁(yè)。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、定影第四十九頁(yè)，共90頁(yè)。第五十頁(yè)，共90頁(yè)。模擬機(jī)原稿副本感光鼓聚焦鏡反射鏡反射鏡曝光燈影像處理部分激光二級(jí)管硬盤接線板打印接口傳真卡數(shù)碼機(jī)原稿打印卡副本多邊反射鏡CCD記憶體感光鼓反射鏡聚焦鏡曝光燈第五十一頁(yè)，共90頁(yè)。數(shù)碼功能的說明原稿圖像通過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)存第五十二頁(yè)，共90頁(yè)。高品質(zhì)副本超高解像度:600dpi第五十三頁(yè)，共90頁(yè)。黑256級(jí)灰度白高品質(zhì)副本第五十四頁(yè)，共90頁(yè)。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)的處理第五十五頁(yè)，共90頁(yè)。鏡像效果數(shù)碼信號(hào)的處理第五十六頁(yè)，共90頁(yè)。正向反向黑白反轉(zhuǎn)數(shù)碼信號(hào)的處理第五十七頁(yè)，共90頁(yè)。能實(shí)現(xiàn)一次掃描多次復(fù)印內(nèi)置記憶體可將數(shù)據(jù)整理及儲(chǔ)存,令工作效率大大提高!記憶體記憶的儲(chǔ)存第五十八頁(yè)，共90頁(yè)。３２１32132１32１能實(shí)現(xiàn)一次掃描多次復(fù)印記憶體記憶的儲(chǔ)存第五十九頁(yè)，共90頁(yè)。大幅減少噪音及能源消耗無需等候復(fù)印工作的完成雙面復(fù)印時(shí)無需核對(duì)原稿數(shù)量3頁(yè)掃描次數(shù)數(shù)碼機(jī)模擬機(jī)原稿頁(yè)數(shù)X復(fù)印份數(shù)100份3次300次!記憶的儲(chǔ)存第六十頁(yè)，共90頁(yè)。具有電子分頁(yè)功能333222１１１３２１３２１32132１32１機(jī)械式分頁(yè)電子分頁(yè)模擬復(fù)印機(jī)記憶的儲(chǔ)存第六十一頁(yè)，共90頁(yè)。交叉分頁(yè)３２１３２１３２１記憶的儲(chǔ)存第六十二頁(yè)，共90頁(yè)。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S1S3S2第六十三頁(yè)，共90頁(yè)。第1組數(shù)據(jù)為S11＝W1＋E1＋B1S21＝W4＋E4＋B1S31＝W7＋E7＋B1第2組數(shù)據(jù)為S12＝W2＋E2＋B2S22＝W5＋E5＋B2S31＝W8＋E8＋B2第3組數(shù)據(jù)為S13＝W3＋E3＋B3S23＝W6＋E6＋B3S33＝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第六十四頁(yè)，共90頁(yè)。

假設(shè)1：在布置傳感器時(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，也可以是隨機(jī)性的。第六十五頁(yè)，共90頁(yè)。

物理系統(tǒng)——傳感器——信息中心物連網(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)。

第六十六頁(yè)，共90頁(yè)。第六十七頁(yè)，共90頁(yè)。機(jī)電一體化內(nèi)涵11，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)展的技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)技術(shù)群(族)的總稱。

3第六十八頁(yè)，共90頁(yè)。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。31第六十九頁(yè)，共90頁(yè)。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。

31第七十頁(yè)，共90頁(yè)。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，帶來了諸如：光電機(jī)一體化、機(jī)電液一體化、科工貿(mào)一體化及人機(jī)一體化等。31第七十一頁(yè)，共90頁(yè)。1一體化理論和設(shè)計(jì)思想

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《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第七十二頁(yè)，共90頁(yè)。11.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第七十三頁(yè)，共90頁(yè)。解讀機(jī)電一體化1，現(xiàn)代機(jī)械的功能模塊自動(dòng)化軋鋼系統(tǒng)第七十四頁(yè)，共90頁(yè)。解讀機(jī)電一體化1，現(xiàn)代機(jī)械的功能模塊主功能控制功能動(dòng)力功能輸出結(jié)構(gòu)功能輸入控制信號(hào)顯示輸出廢棄物干擾環(huán)境界面人機(jī)界面