機械制造及自動化專業(yè)講座

機械制造及自動化專業(yè)講座第1頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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)第2頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月機械工程與制造業(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（1995）機械工程為國民經(jīng)濟各個部門（包括國防和科學技術(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)

第3頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月機械發(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“科學管理法”的出現(xiàn)第4頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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)量第5頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月由集中動力源驅(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、嘈雜第6頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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)備第7頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月摩登時代：人是機器的奴隸？第8頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月科學發(fā)展觀

以人為本，可持續(xù)發(fā)展第9頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

傳統(tǒng)的機械加工第10頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

數(shù)控加工中心第11頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月現(xiàn)代機械工程的內(nèi)容和任務(wù)建立和發(fā)展應(yīng)用了機械工程的基礎(chǔ)理論及利用新技術(shù)改造傳統(tǒng)技術(shù)機械產(chǎn)品的正規(guī)生產(chǎn)，包括設(shè)計、生產(chǎn)準備、加工、計劃調(diào)度、裝配調(diào)試、包裝運輸及質(zhì)量控制等各類機械系統(tǒng)的運行，包括設(shè)備的選購、安裝、調(diào)試、操作、監(jiān)控、診斷、以至整個企業(yè)經(jīng)營管理機械對自然環(huán)境的污染、自然資源的過度消耗、社會安全等問題的預(yù)防和處理研究開發(fā)新的機械產(chǎn)品及制造裝備滿足人們當前和將來的需要第12頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月機械工程應(yīng)用領(lǐng)域動力機械（風、水、熱、電、化學、原子能等）交通運輸（汽車、輪船、飛機及相應(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)展成為科學技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)第13頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月運用數(shù)學、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：力學經(jīng)驗＋第14頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

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)＋第15頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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第16頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月機械專業(yè)講座

在機械技術(shù)中融合電子信息技術(shù)

第17頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

在機械技術(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:靜電復印機

典型案例4:誤差分離技術(shù)

第18頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月典型案例1：電子凸輪

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。第19頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

電子凸輪

什么是電子凸輪？電子凸輪(electroniccam—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。第20頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

控制系統(tǒng)+普通馬達+凸輪機構(gòu)第21頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月基于單片機的電子凸輪第22頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月EXAMPLE1SHRINKPACKAGE進瓶帶→分瓶器A,B→分瓶桿(送紙板)→送膜→包膜→加熱收縮EXAMPLE1

第23頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月PACKAGESYSTEMSHRINKPACKAGE薄膜包裝機Wrappingmachinesaredeemedtobeafocusamongsttheabundanceofdifferentparcelingmachinesofferedonthemarket.Wrappingmachineswrapthegoodsorstackstobepackedeithercompletelyorpartiallywithflexiblepackingmaterial.Thegenerallanguageusagedifferentiatesbetweenwrap-aroundmachinesandfoil/paperwrappingmachines.PACKAGE第24頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月EXAMPLE1外觀圖主傳輸分瓶器B傳送膜推桿送紙板包膜桿進瓶瓶帶分瓶器A烘爐EXAMPLE1

第25頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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

第26頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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EXAMPLE1

第27頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月EXAMPLE1系統(tǒng)配置圖123456789101112141315EXAMPLE1

第28頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月傳統(tǒng)機床和并聯(lián)運動機床第29頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月Prof.ShuZhangInstituteonAdvancedManufacturingTechnology,TongjiUniversityStewart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)第30頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月全自動潔凈操作第31頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月特點并聯(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)較復雜的空間運動，適用于加工復雜零件

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第32頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(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。第33頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月線性直接驅(qū)動技術(shù)線性直接驅(qū)動技術(shù)——采用沿直線導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。

第34頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月直線運動部件第35頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月球鉸第36頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月電主軸 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。第37頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

應(yīng)用領(lǐng)域第38頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月應(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：第39頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(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)運動機床第40頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月運動模擬器飛機駕駛員模擬器高速列車駕駛員培訓模擬器駕駛座椅模擬器（坦克、軍艦等）騎馬師培訓模擬器賽車運動員培訓模擬器第41頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月醫(yī)用機器人并聯(lián)機器人并聯(lián)機器人德國洪堡大學醫(yī)學院手術(shù)室醫(yī)用機器人模型并聯(lián)機器人內(nèi)窺鏡患者患者并聯(lián)機器人第42頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月Prof.ShuZhangInstituteonAdvancedManufacturingTechnology,TongjiUniversity醫(yī)用機器人的動畫仿真Delta機器人第43頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月天文望遠鏡第44頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月繩索機器人吊車動平臺操作器第45頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月典型案例3:靜電復印機

復印機的歷史現(xiàn)代復印技術(shù)近代復印技術(shù)早期復印技術(shù)原始復印技術(shù)模擬復印與數(shù)碼復印914型復印機-卡爾松熱敏復印機活字印刷術(shù)、復印紙第46頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月靜電復印機基本原理模擬充電嚗光顯影轉(zhuǎn)印定影定影第47頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月復印機的轉(zhuǎn)印過程

(1)充電

(2)曝光

(4)轉(zhuǎn)印

(5)放電(3)上炭粉第48頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)碼復印機基本原理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、定影第49頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月ChargeCoupledDevice（CCD）電荷耦合器件。

一種半導體裝置，能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。第50頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月模擬、數(shù)碼復印機信息傳遞過程模擬機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管硬盤接線板打印接口傳真卡數(shù)碼機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51頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月數(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第52頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月高品質(zhì)副本超高解像度:

600dpi第53頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月黑256級灰度白高品質(zhì)副本第54頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月具有X－Y獨立變倍、正負反轉(zhuǎn)、鏡像等功能X-Y獨立變倍數(shù)碼信號的處理第55頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月鏡像效果數(shù)碼信號的處理第56頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月正向反向黑白反轉(zhuǎn)數(shù)碼信號的處理第57頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月能實現(xiàn)一次掃描多次復印內(nèi)置記憶體可將數(shù)據(jù)整理及儲存,令工作效率大大提高!記憶體記憶的儲存第58頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月３２１32132１32１能實現(xiàn)一次掃描多次復印記憶體記憶的儲存第59頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月大幅減少噪音及能源消耗無需等候復印工作的完成雙面復印時無需核對原稿數(shù)量3頁掃描次數(shù)數(shù)碼機模擬機原稿頁數(shù)X復印份數(shù)100份3次300次!記憶的儲存第60頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月具有電子分頁功能333222１１１３２１３２１32132１32１機械式分頁電子分頁模擬復印機記憶的儲存第61頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月交叉分頁３２１３２１３２１記憶的儲存第62頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月典型案例4:誤差分離技術(shù)

工件圓度工作臺不圓度偏心度S1S3S2第63頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月誤差分離技術(shù)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第64頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月誤差分離技術(shù)

假設(shè)1：在布置傳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，也可以是隨機性的。第65頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月物連網(wǎng)

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66頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月機械專業(yè)講座

關(guān)于機電一體化技術(shù)

第67頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月解讀機電一體化

機電一體化內(nèi)涵11，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)展的技術(shù)。機電一體化技術(shù)是一個技術(shù)群(族)的總稱。

3第68頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月解讀機電一體化

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。31第69頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

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。

31第70頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月解讀機電一體化

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、機電液一體化、科工貿(mào)一體化及人機一體化等。31第71頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月解讀機電一體化

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第72頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月解讀機電一體化

11.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第73頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月解讀機電一體化1，現(xiàn)代機械的功能模塊自動化軋鋼系統(tǒng)第74頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月解讀機電一體化1，現(xiàn)代機械的功能模塊主功能控制功能動力功能輸出結(jié)構(gòu)功能輸入控制信號顯示輸出廢棄物干擾環(huán)境界面人機界面技