機械制造及自動化專業講座第1頁，課件共87頁，創作于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展現代機械工程的內容和主要任務先進制造技術帶來的革命機械工程人才的基本素質第2頁，課件共87頁，創作于2023年2月機械工程與制造業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

在非制造業部門，1/2的人口的工作與制造業有關

創造價值、生產物質財富和新的知識

美國68%的財富來自制造業

日本49%的國民經濟總產值

中國40%的工業總產值（1995）機械工程為國民經濟各個部門（包括國防和科學技術的進步與發展）提供先進手段和裝備中國的制造業面臨從制造大國向制造強國發展的挑戰

第3頁，課件共87頁，創作于2023年2月機械發展的歷史回顧1797年，莫茲利首創螺紋車床。1914年，福特流水生產線，大量生產汽車。19世紀末，泰勒“科學管理法”的出現第4頁，課件共87頁，創作于2023年2月從手工作坊到機械工廠從單件小批到大量生產分工可以提高工作效率機械化生產可以實現零件互換大量生產可以降低成本、提高質量第5頁，課件共87頁，創作于2023年2月由集中動力源驅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境不安全擁擠、昏暗、嘈雜第6頁，課件共87頁，創作于2023年2月帶傳動架空天軸車床砂輪機鋸床銑床直流發電機--電動機組將動力分配到不同設備第7頁，課件共87頁，創作于2023年2月摩登時代：人是機器的奴隸？第8頁，課件共87頁，創作于2023年2月科學發展觀

以人為本，可持續發展第9頁，課件共87頁，創作于2023年2月

傳統的機械加工第10頁，課件共87頁，創作于2023年2月

數控加工中心第11頁，課件共87頁，創作于2023年2月現代機械工程的內容和任務建立和發展應用了機械工程的基礎理論及利用新技術改造傳統技術機械產品的正規生產，包括設計、生產準備、加工、計劃調度、裝配調試、包裝運輸及質量控制等各類機械系統的運行，包括設備的選購、安裝、調試、操作、監控、診斷、以至整個企業經營管理機械對自然環境的污染、自然資源的過度消耗、社會安全等問題的預防和處理研究開發新的機械產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，創作于2023年2月機械工程應用領域動力機械（風、水、熱、電、化學、原子能等）交通運輸（汽車、輪船、飛機及相應設施、倉儲物流等）裝備技術（農、林、礦山、冶金、化工、紡織、食品、印刷等制造設備）工作母機、儀表儀器等通風取暖、醫療器械、家用器械、環保設備等民生機械國防武器等科學技術的發展不斷給機械科技提出新課題機械科技的發展成為科學技術發展的基礎第13頁，課件共87頁，創作于2023年2月運用數學、物理等基礎理論和有關機械方面的專門知識，結合生產實際經驗，有判斷地、經濟有效地解決在設計、研究、制造和運行各種機械中遇到的實際問題。對傳統的機械工程的理解：力學經驗＋第14頁，課件共87頁，創作于2023年2月

以信息為核心，以機電為基礎，交叉融合材料、信息、計算機、自動化等領域的先進理論和技術。實現系統或產品在功能、質量、效率、成本等各方面整體、最優的系統工程技術。對現代機械工程的理解：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代先進技術＋第15頁，課件共87頁，創作于2023年2月Contents在機械技術中融合電子信息技術1現代機械的機電一體化創新方法

2關于機電一體化技術2第16頁，課件共87頁，創作于2023年2月機械專業講座

在機械技術中融合電子信息技術

第17頁，課件共87頁，創作于2023年2月

在機械技術中融合電子信息技術典型案例1：電子凸輪

典型案例2:并聯機床

典型案例3:靜電復印機

典型案例4:誤差分離技術

第18頁，課件共87頁，創作于2023年2月典型案例1：電子凸輪

傳統凸輪及其局限性1.制造和裝配誤差的調整比較困難，費時、費力。2.高副點線接觸，接觸應力較大，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一種預定運動規律，缺乏靈活性。第19頁，課件共87頁，創作于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量伺服執行機構的統一體。第20頁，課件共87頁，創作于2023年2月

控制系統+普通馬達+凸輪機構第21頁，課件共87頁，創作于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，創作于2023年2月EXAMPLE1工作流程多列瓶子進來經過分瓶器分成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包進入烘爐進行加熱收縮EXAMPLE1

第27頁，課件共87頁，創作于2023年2月EXAMPLE1系統配置圖123456789101112141315EXAMPLE1

第28頁，課件共87頁，創作于2023年2月傳統機床和并聯運動機床第29頁，課件共87頁，創作于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機構第30頁，課件共87頁，創作于2023年2月全自動潔凈操作第31頁，課件共87頁，創作于2023年2月特點并聯運動機床與傳統的以笛卡爾坐標為基礎的串聯運動機床,有很大不同：其具有結構簡單、剛度高、動態性能好、速度快、可重構等優點易于實現較復雜的空間運動，適用于加工復雜零件

并聯運動機床以空間并聯機構為基礎，充分利用計算機數字控制的潛力，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，創作于2023年2月并聯機床的數控系統

傳統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，創作于2023年2月線性直接驅動技術線性直接驅動技術——采用沿直線導軌移動的直線電動機直接驅動固定或可變長度的桿件

可以減少傳動的慣性矩，提高系統的運動速度、加速度和精度，避免振動的產生

機械執行機構和聯軸器的誤差、間隙和柔性，使伺服軸產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快速性。

把伺服電機直接耦合或融入到負載上，即直接驅動技術，以消除間隙、柔性和其它與機械傳送相關的問題，以滿足超高精度的數控系統對精度和快速性的要求。

第34頁，課件共87頁，創作于2023年2月直線運動部件第35頁，課件共87頁，創作于2023年2月球鉸第36頁，課件共87頁，創作于2023年2月電主軸 其電動機轉子與主軸是一體的，無需任何機械連接。改變供電的頻率，就可實現主軸調速。第37頁，課件共87頁，創作于2023年2月

應用領域第38頁，課件共87頁，創作于2023年2月應用領域模具制造汽缸體和傳動箱體飛機零件，特別是大型結構零件應用于工業領域從目前情況來看，并聯運動機床最適合于高速切削加工：第39頁，課件共87頁，創作于2023年2月并聯機構應用前景廣泛

運動模擬器工業機器人醫用機器人微定位機器人天文望遠鏡繩索機器人吊車——飛毯并聯運動機床第40頁，課件共87頁，創作于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，創作于2023年2月醫用機器人并聯機器人并聯機器人德國洪堡大學醫學院手術室醫用機器人模型并聯機器人內窺鏡患者患者并聯機器人第42頁，課件共87頁，創作于2023年2月Prof.ShuZhangInstituteonAdvancedManufacturingTechnology,TongjiUniversity醫用機器人的動畫仿真Delta機器人第43頁，課件共87頁，創作于2023年2月天文望遠鏡第44頁，課件共87頁，創作于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，創作于2023年2月典型案例3:靜電復印機

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

(1)充電

(2)曝光

(4)轉印

(5)放電(3)上炭粉第48頁，課件共87頁，創作于2023年2月數碼復印機基本原理CCD讀取數碼的轉換數碼信號的處理嚗光顯影、轉印、定影第49頁，課件共87頁，創作于2023年2月ChargeCoupledDevice（CCD）電荷耦合器件。

一種半導體裝置，能夠把光學影像轉化為數字信號。第50頁，課件共87頁，創作于2023年2月模擬、數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，創作于2023年2月數碼功能的說明原稿圖像通過CCD被分解成很小的點，并被轉換成數碼信號,由此我們可以得到以下效果：高品質副本數碼信號的處理記憶儲存第52頁，課件共87頁，創作于2023年2月高品質副本超高解像度:

600dpi第53頁，課件共87頁，創作于2023年2月黑256級灰度白高品質副本第54頁，課件共87頁，創作于2023年2月具有X－Y獨立變倍、正負反轉、鏡像等功能X-Y獨立變倍數碼信號的處理第55頁，課件共87頁，創作于2023年2月鏡像效果數碼信號的處理第56頁，課件共87頁，創作于2023年2月正向反向黑白反轉數碼信號的處理第57頁，課件共87頁，創作于2023年2月能實現一次掃描多次復印內置記憶體可將數據整理及儲存,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，創作于2023年2月３２１32132１32１能實現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量3頁掃描次數數碼機模擬機原稿頁數X復印份數100份3次300次!記憶的儲存第60頁，課件共87頁，創作于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，創作于2023年2月典型案例4:誤差分離技術

工件圓度工作臺不圓度偏心度S1S3S2第63頁，課件共87頁，創作于2023年2月誤差分離技術第1組數據為S11＝W1＋E1＋B1S21＝W4＋E4＋B1S31＝W7＋E7＋B1第2組數據為S12＝W2＋E2＋B2S22＝W5＋E5＋B2S31＝W8＋E8＋B2第3組數據為S13＝W3＋E3＋B3S23＝W6＋E6＋B3S33＝W9＋E9＋B3比較第3組數據和起始位置P0的數據，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分別為S10＝W0＋E0＋B0S20＝W3＋E3＋B0S30＝W6＋E6＋B0第64頁，課件共87頁，創作于2023年2月誤差分離技術

假設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2：根據幾何量測量的Abbe原理，傳感器的測量方向應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的幾何關系，使之加權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，創作于2023年2月物連網

物理系統——傳感器——信息中心物連網基本技術：物理系統的數學模型建立，傳感器的小型化，信息的傳遞，系統分析技術。

第66頁，課件共87頁，創作于2023年2月機械專業講座

關于機電一體化技術

第67頁，課件共87頁，創作于2023年2月解讀機電一體化

機電一體化內涵11，機電一體化技術（方法）從系統工程觀點出發，應用機械、電子等有關技術，使機械、電子有機結合，實現系統或產品整體最優的綜合性技術。機電一體化技術，主要包括技術原理和使機電一體化產品(或系統)得以實現、使用和發展的技術。機電一體化技術是一個技術群(族)的總稱。

3第68頁，課件共87頁，創作于2023年2月解讀機電一體化

機電一體化內涵2，機電一體化系統（產品）

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(產品)，主要是指機械系統(或部件)與微電子系統(或部件)有機結合，從而賦予新的功能和性能的新一代產品，具有良好的人機協作關系。31第69頁，課件共87頁，創作于2023年2月

解讀機電一體化

機電一體化內涵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(或產品)“目的功能”與“規格”后，機電一體化技術人員利用機電一體化技術進行設計、制造的整個過程體系。機電一體化工程是系統工程在機電一體化系統(產品)的設計、制造中的具體應用。

31第70頁，課件共87頁，創作于2023年2月解讀機電一體化

機電一體化內涵4，機電一體化思想

體現了“系統設計原理”和“綜合集成技巧”。系統工程、控制論和信息論是機電一體化技術的方法論。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、科工貿一體化及人機一體化等。31第71頁，課件共87頁，創作于2023年2月解讀機電一體化

1一體化理論和設計思想

2

《機電一體化原理》從一體化理論出發研究現代機械系統的組成原理和優化方法。

1．質、能、信息一體化設計2．功能結構一體化設計3．廣義機電一體化設計4．虛實一體化設計5．人、機、環境一體化設計3第72頁，課件共87頁，創作于2023年2月解讀機電一體化

11.現代機械的功能模塊2.現代機械系統的組成要素現代機械的構成

3第73頁，課件共87頁，創作于2023年2月解讀機電一體化1，現代機械的功能模塊自動化軋鋼系統第74頁，課件共87頁，創作于2023年2月解讀機電一體化1，現代機械的功能模塊主功能控制功能動力功能輸出結構功能輸入控制信號顯示輸出廢棄物干擾環境界面人機界面技