機械制造及自動化專業(yè)講座課件

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1優(yōu)選機械制造及自動化專業(yè)講座優(yōu)選機械制造及自動化專業(yè)講座2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

創(chuàng)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(yè)

日本49%的國民經濟總產值

中國40%的工業(yè)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(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)

機械工程與制造業(yè)制造活動是人類的主要活動之一3機械發(fā)展的歷史回顧1797年，莫茲利首創(chuàng)螺紋車床。1914年，福特流水生產線，大量生產汽車。19世紀末，泰勒“科學管理法”的出現(xiàn)機械發(fā)展的歷史回顧1797年，莫茲利1914年，福特流水生產4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(xiàn)零件互換大量生產可以降低成本、提高質量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5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(huán)境不安全擁擠、昏暗、嘈雜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6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備帶傳動架空天軸車床砂輪機鋸床銑床直流發(fā)電機--7物理系統(tǒng)的數(shù)學模型建立，1．質、能、信息一體化設計——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。1914年，福特流水生產線，大量生產汽車。傳統(tǒng)的機械加工3，機電一體化工程（機械電子工程）典型案例3:靜電復印機機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械人才的素質與社會需求創(chuàng)造價值、生產物質財富和新的知識機電一體化工程是系統(tǒng)工程在機電一體化系統(tǒng)(產品)的設計、制造中的具體應用。交通運輸（汽車、輪船、飛機及相應設施、倉儲物流等）并聯(lián)運動機床以空間并聯(lián)機構為基礎，充分利用計算機數(shù)字控制的潛力，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。機械化生產可以實現(xiàn)零件互換摩登時代：人是機器的奴隸？物理系統(tǒng)的數(shù)學模型建立，摩登時代：人是機器的奴隸？8科學發(fā)展觀

以人為本，可持續(xù)發(fā)展科學發(fā)展觀

以人為本，可持續(xù)發(fā)展9

傳統(tǒng)的機械加工傳統(tǒng)的機械加工10

數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心11現(xiàn)代機械工程的內容和任務建立和發(fā)展應用了機械工程的基礎理論及利用新技術改造傳統(tǒng)技術機械產品的正規(guī)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(tǒng)的運行，包括設備的選購、安裝、調試、操作、監(jiān)控、診斷、以至整個企業(yè)經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防和處理研究開發(fā)新的機械產品及制造裝備滿足人們當前和將來的需要現(xiàn)代機械工程的內容和任務建立和發(fā)展應用了機械工程的基礎理論12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(yī)療器械、家用器械、環(huán)保設備等民生機械國防武器等科學技術的發(fā)展不斷給機械科技提出新課題機械科技的發(fā)展成為科學技術發(fā)展的基礎機械工程應用領域動力機械（風、水、熱、電、化學、原子能等）科13運用數(shù)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(tǒng)的機械工程的理解：力學經驗＋對傳統(tǒng)的機械工程的理解：力學經驗＋14

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(xiàn)系統(tǒng)或產品在功能、質量、效率、成本等各方面整體、最優(yōu)的系統(tǒng)工程技術。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＋對現(xiàn)代機械工程的理解：機械原理現(xiàn)代先進技術＋15Contents在機械技術中融合電子信息技術1現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法

2關于機電一體化技術2Contents在機械技術中融合電子信息技術1現(xiàn)代機械的機電16機械專業(yè)講座

在機械技術中融合電子信息技術

機械專業(yè)講座

在機械技術中融合電子信息技術

17

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(lián)機床

典型案例3:靜電復印機

典型案例4:誤差分離技術

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18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(xiàn)一種預定運動規(guī)律，缺乏靈活性。典型案例1：電子凸輪

傳統(tǒng)凸輪及其局限性19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內置記憶體可將數(shù)據整理及儲存,令工作效率大大提高!機電一體化技術是一個技術群(族)的總稱。進瓶帶→分瓶器A,B→分瓶桿(送紙板)→送膜→包膜→加熱收縮其電動機轉子與主軸是一體的，無需任何機械連接。動力機械（風、水、熱、電、化學、原子能等）高副點線接觸，接觸應力較大，無法傳遞較大的功率?，F(xiàn)代機械系統(tǒng)的組成要素機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法數(shù)控加工中心科學發(fā)展觀

以人為本，可持續(xù)發(fā)展機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法典型案例4:誤差分離技術機電一體化系統(tǒng)(產品)，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(xié)作關系。機械執(zhí)行機構和聯(lián)軸器的誤差、間隙和柔性，使伺服軸產生成帶狀分布的運

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(zhí)行機構的統(tǒng)一體。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電子凸20

控制系統(tǒng)+普通馬達+凸輪機構控制系統(tǒng)+普通馬達+凸輪機構21基于單片機的電子凸輪基于單片機的電子凸輪22EXAMPLE1SHRINKPACKAGE進瓶帶→分瓶器A,B→分瓶桿(送紙板)→送膜→包膜→加熱收縮EXAMPLE1

EXAMPLE1SHRINKPACKAGE進瓶帶→分瓶器23PACKAGESYSTEMSHRINKPACKAGE薄膜包裝機Wrappingmachinesaredeemedtobeafocusamongsttheabundanceofdifferentparcelingmachinesofferedonthemarket.Wrappingmachineswrapthegoodsorstackstobepackedeithercompletelyorpartiallywithflexiblepackingmaterial.Thegenerallanguageusagedifferentiatesbetweenwrap-aroundmachinesandfoil/paperwrappingmachines.PACKAGEPACKAGESYSTEMSHRINKPACKAGEWr24EXAMPLE1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

EXAMPLE1外觀圖主傳輸分瓶器B傳送膜推桿送紙板包膜桿25EXAMPLE1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

EXAMPLE1工作流程多列瓶子進來經過分瓶器分成3*3一26EXAMPLE1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

EXAMPLE1工作流程送膜并剪切，然后膜包桿牽引膜進行環(huán)包27EXAMPLE1系統(tǒng)配置圖123456789101112141315EXAMPLE1

EXAMPLE1系統(tǒng)配置圖123456789101112128傳統(tǒng)機床和并聯(lián)運動機床傳統(tǒng)機床和并聯(lián)運動機床29Prof.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Prof.ShuZhangStewart運動平臺動平臺30全自動潔凈操作全自動潔凈操作31特點并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)的以笛卡爾坐標為基礎的串聯(lián)運動機床,有很大不同：其具有結構簡單、剛度高、動態(tài)性能好、速度快、可重構等優(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)機構為基礎，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特點并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)的以笛卡爾坐標為基礎的串聯(lián)運動機床,有32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。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33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(tǒng)的運動速度、加速度和精度，避免振動的產生

機械執(zhí)行機構和聯(lián)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(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)對精度和快速性的要求。

線性直接驅動技術線性直接驅動技術可以減少傳動的慣性34直線運動部件直線運動部件35球鉸球鉸36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(xiàn)主軸調速。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37

應用領域應用領域38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(yè)領域從目前情況來看，并聯(lián)運動機床最適合于高速切削加工：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39并聯(lián)機構應用前景廣泛

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)運動機床并聯(lián)機構應用前景廣泛

運動模擬器40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運動模擬器飛機駕駛員模擬器高速列車駕駛員駕駛座椅模擬器騎馬師醫(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)學院手術室醫(yī)用機器人模型并聯(lián)機器人內窺鏡患者患者并聯(lián)機器人醫(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)學院手術室醫(yī)用機Prof.ShuZhangInstituteonAdvancedManufacturingTechnology,TongjiUniversity醫(yī)用機器人的動畫仿真Delta機器人Prof.ShuZhang醫(yī)用機器人的動畫仿真Delta43天文望遠鏡天文望遠鏡44繩索機器人吊車動平臺操作器繩索機器人吊車動平臺操作器45典型案例3:靜電復印機

復印機的歷史現(xiàn)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(shù)碼復印914型復印機-卡爾松熱敏復印機活字印刷術、復印紙典型案例3:靜電復印機

復印機的歷史現(xiàn)代復印技術近代復印46靜電復印機基本原理模擬充電嚗光顯影轉印定影定影靜電復印機基本原理模擬充電嚗光顯影轉印定影定影47復印機的轉印過程

(1)充電

(2)曝光

(4)轉印

(5)放電(3)上炭粉復印機的轉印過程(1)充電(2)曝光(4)轉印48數(shù)碼復印機基本原理CCD讀取數(shù)碼的轉換數(shù)碼信號的處理嚗光顯影、轉印、定影數(shù)碼復印機基本原理CCD讀取數(shù)碼的轉換數(shù)碼信號的處理49ChargeCoupledDevice（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(shù)字信號。ChargeCoupledDevice（CCD）電荷50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51數(shù)碼功能的說明原稿圖像通過CCD被分解成很小的點，并被轉換成數(shù)碼信號,由此我們可以得到以下效果：高品質副本數(shù)碼信號的處理記憶儲存數(shù)碼功能的說明原稿圖像通過CCD被分解成很小的點，并被高52高品質副本超高解像度:600dpi高品質副本超高解像度:600dpi53黑256級灰度白高品質副本黑256級灰度白高品質副本54具有X－Y獨立變倍、正負反轉、鏡像等功能X-Y獨立變倍數(shù)碼信號的處理具有X－Y獨立變倍、正負反轉、鏡像等功能X-Y獨立變倍數(shù)碼信55鏡像效果數(shù)碼信號的處理鏡像效果數(shù)碼信號的處理56正向反向黑白反轉數(shù)碼信號的處理正向反向黑白反轉數(shù)碼信號的處理57能實現(xiàn)一次掃描多次復印內置記憶體可將數(shù)據整理及儲存,令工作效率大大提高!記憶體記憶的儲存能實現(xiàn)一次掃描多次復印內置記憶體可將數(shù)據整理及儲存,令工作效58３２１32132１32１能實現(xiàn)一次掃描多次復印記憶體記憶的儲存３２１32132１32１能實現(xiàn)一次掃描多次復印記憶體記憶的儲59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!記憶的儲存大幅減少噪音及能源消耗3頁掃描次數(shù)數(shù)碼機模擬機原稿頁數(shù)X復印60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具有電子分頁功能333222１１１３２１３２１32132１361交叉分頁３２１３２１３２１記憶的儲存交叉分頁３２１３２１３２１記憶的儲存62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典型案例4:誤差分離技術工件圓度工作臺不63誤差分離技術第1組數(shù)據為S11＝W1＋E1＋B1S21＝W4＋E4＋B1S31＝W7＋E7＋B1第2組數(shù)據為S12＝W2＋E2＋B2S22＝W5＋E5＋B2S31＝W8＋E8＋B2第3組數(shù)據為S13＝W3＋E3＋B3S23＝W6＋E6＋B3S33＝W9＋E9＋B3比較第3組數(shù)據和起始位置P0的數(shù)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(shù)分別為S10＝W0＋E0＋B0S20＝W3＋E3＋B0S30＝W6＋E6＋B0誤差分離技術第1組數(shù)據為S11＝W1＋E1＋B1在測量的64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(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(tǒng)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。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651914年，福特流水生產線，大量生產汽車。機械產品的正規(guī)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三個傳感器的讀數(shù)分別為S31＝W7＋E7＋B1表述為該被測誤差量在測量空間中的“時延”。2．功能結構一體化設計2，機電一體化系統(tǒng)（產品）高速運行中，磨損快，運動失真。物理系統(tǒng)的數(shù)學模型建立，改變供電的頻率，就可實現(xiàn)主軸調速。其電動機轉子與主軸是一體的，無需任何機械連接。應用領域裝備技術（農、林、礦山、冶金、化工、紡織、食品、印刷等制造設備）機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法S23＝W6＋E6＋B3物連網

物理系統(tǒng)——傳感器——信息中心物連網基本技術：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。

1914年，福特流水生產線，大量生產汽車。物連網物理66機械專業(yè)講座

關于機電一體化技術

機械專業(yè)講座

關于機電一體化技術

67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(tǒng)工程觀點出發(fā)，應用機械、電子等有關技術，使機械、電子有機結合，實現(xiàn)系統(tǒng)或產品整體最優(yōu)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(tǒng))得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術。機電一體化技術是一個技術群(族)的總稱。

3解讀機電一體化

機電一體化內涵11，機電一體化技術（方法）368解讀機電一體化

機電一體化內涵2，機電一體化系統(tǒng)（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(tǒng)(產品)，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(xié)作關系。31解讀機電一體化

機電一體化內涵2，機電一體化系統(tǒng)（產品）3169《機電一體化原理》從一體化理論出發(fā)裝備技術（農、林、礦山、冶金、化工、紡織、食品、印刷等制造設備）1914年，福特流水生產線，大量生產汽車。1，機電一體化技術（方法）第2組數(shù)據為S12＝W2＋E2＋B2假設3：其它諸項不能表述為測量空間的時延或相移的——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內置記憶體可將數(shù)據整理及儲存,令工作效率大大提高!摩登時代：人是機器的奴隸？原稿圖像通過CCD被分解成很小的點，并被研究開發(fā)新的機械產品及制造裝備滿足人們當前和將來的需要送膜并剪切，然后膜包桿牽引膜進行環(huán)包現(xiàn)代機械工程的內容和任務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、內置記憶體可將數(shù)據整理及儲存,令工作效率大大提高!

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(tǒng)(或產品)“目的功能”與“規(guī)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(tǒng)工程在機電一體化系統(tǒng)(產品)的設計、制造中的具體應用。

31《機電一體化原理》從一體化理論出發(fā)解讀機電一體化

機電一體70解讀機電一體化

機電一體化內涵4，機電一體化思想

體現(xiàn)了“系統(tǒng)設計原理”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解讀機電一體化

機電一體化內涵4，機電一體化思想3171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(fā)研究現(xiàn)代機械系統(tǒng)的組成原理和優(yōu)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(huán)境一體化設計3解讀機電一體化

1一體化理論和設計思想2《機電72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)代機械的構成

3解讀機電一體化

11.現(xiàn)代機械的功能模塊現(xiàn)代機械的構成373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)解讀機電一體化1，現(xiàn)代機械的功能模塊74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構功能輸入控制信號顯示輸出廢棄物干擾環(huán)境界面人機界面技術系統(tǒng)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75機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法

機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法

76機器人的開發(fā)實例機器人的開發(fā)實例77機器人步態(tài)分析機器人步態(tài)分析樣機樣機物理系統(tǒng)——傳感器——信息中心建立和發(fā)展應用了機械工程的基礎理論及利用新技術改造傳統(tǒng)技術1，現(xiàn)代機械的功能模塊微小增量來逼近曲線和曲面的。邏輯思維和形象思維結合機械對自然環(huán)境的污染、自然資源的過度消耗、社會安全等問題的預防和處理機電一體化技術，主要包括技術原理和使機電一體化產品(或系統(tǒng))得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術?！稒C電一體化原理》從一體化理論出發(fā)S21＝W4＋E4＋B1電子凸輪(electroniccam—ECAM)：研究開發(fā)新的機械產品及制造裝備滿足人們當前和將來的需要制造活動是人類的主要活動之一科學技術的發(fā)展不斷給機械科技提出新課題foil/paperwrappingmachines.從產品生命周期和價值比例看機械人才的需求倒啤酒的智能機器人物理系統(tǒng)——傳感器——信息中心倒啤酒的智能機器人靈活的機器手靈活的機器手機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械人才的素質與社會需求

機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械人才的素質與社會需求

從產品生命周期和價值比例看機械人才的需求

產品生命周期和價值比例

傳統(tǒng)制造業(yè)從產品生命周期和價值比例看機械人才的需求產品生命83現(xiàn)代制造業(yè)數(shù)控制造技術網絡化制造總部經濟經營模式從產品生命周期和價值比例看機械人才的需求現(xiàn)代制造業(yè)數(shù)控制造技術從產品生命周期和價值比例看機械人才的需84機械工程人才的素質一工程型人才的特征

知識結構思維特點工作環(huán)境人文素質扎實的理論基礎及廣泛專業(yè)知識邏輯思維和形象思維結合大生產與大市場工程文化—創(chuàng)新力和凝聚力嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L良好的團隊精神誠實守信的道德風范精益求精的人生追求機械工程人才的素質一工程型人才的特征知識結構思維特點工作環(huán)85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86優(yōu)選機械制造及自動化專業(yè)講座優(yōu)選機械制造及自動化專業(yè)講座87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

創(chuàng)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(yè)

日本49%的國民經濟總產值

中國40%的工業(yè)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(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)

機械工程與制造業(yè)制造活動是人類的主要活動之一88機械發(fā)展的歷史回顧1797年，莫茲利首創(chuàng)螺紋車床。1914年，福特流水生產線，大量生產汽車。19世紀末，泰勒“科學管理法”的出現(xiàn)機械發(fā)展的歷史回顧1797年，莫茲利1914年，福特流水生產89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(xiàn)零件互換大量生產可以降低成本、提高質量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90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(huán)境不安全擁擠、昏暗、嘈雜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91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備帶傳動架空天軸車床砂輪機鋸床銑床直流發(fā)電機--92物理系統(tǒng)的數(shù)學模型建立，1．質、能、信息一體化設計——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。1914年，福特流水生產線，大量生產汽車。傳統(tǒng)的機械加工3，機電一體化工程（機械電子工程）典型案例3:靜電復印機機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械人才的素質與社會需求創(chuàng)造價值、生產物質財富和新的知識機電一體化工程是系統(tǒng)工程在機電一體化系統(tǒng)(產品)的設計、制造中的具體應用。交通運輸（汽車、輪船、飛機及相應設施、倉儲物流等）并聯(lián)運動機床以空間并聯(lián)機構為基礎，充分利用計算機數(shù)字控制的潛力，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。機械化生產可以實現(xiàn)零件互換摩登時代：人是機器的奴隸？物理系統(tǒng)的數(shù)學模型建立，摩登時代：人是機器的奴隸？93科學發(fā)展觀

以人為本，可持續(xù)發(fā)展科學發(fā)展觀

以人為本，可持續(xù)發(fā)展94

傳統(tǒng)的機械加工傳統(tǒng)的機械加工95

數(shù)控加工中心數(shù)控加工中心96現(xiàn)代機械工程的內容和任務建立和發(fā)展應用了機械工程的基礎理論及利用新技術改造傳統(tǒng)技術機械產品的正規(guī)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(tǒng)的運行，包括設備的選購、安裝、調試、操作、監(jiān)控、診斷、以至整個企業(yè)經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防和處理研究開發(fā)新的機械產品及制造裝備滿足人們當前和將來的需要現(xiàn)代機械工程的內容和任務建立和發(fā)展應用了機械工程的基礎理論97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(yī)療器械、家用器械、環(huán)保設備等民生機械國防武器等科學技術的發(fā)展不斷給機械科技提出新課題機械科技的發(fā)展成為科學技術發(fā)展的基礎機械工程應用領域動力機械（風、水、熱、電、化學、原子能等）科98運用數(shù)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(tǒng)的機械工程的理解：力學經驗＋對傳統(tǒng)的機械工程的理解：力學經驗＋99

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(xiàn)系統(tǒng)或產品在功能、質量、效率、成本等各方面整體、最優(yōu)的系統(tǒng)工程技術。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＋對現(xiàn)代機械工程的理解：機械原理現(xiàn)代先進技術＋100Contents在機械技術中融合電子信息技術1現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法

2關于機電一體化技術2Contents在機械技術中融合電子信息技術1現(xiàn)代機械的機電101機械專業(yè)講座

在機械技術中融合電子信息技術

機械專業(yè)講座

在機械技術中融合電子信息技術

102

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(lián)機床

典型案例3:靜電復印機

典型案例4:誤差分離技術

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103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(xiàn)一種預定運動規(guī)律，缺乏靈活性。典型案例1：電子凸輪

傳統(tǒng)凸輪及其局限性104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內置記憶體可將數(shù)據整理及儲存,令工作效率大大提高!機電一體化技術是一個技術群(族)的總稱。進瓶帶→分瓶器A,B→分瓶桿(送紙板)→送膜→包膜→加熱收縮其電動機轉子與主軸是一體的，無需任何機械連接。動力機械（風、水、熱、電、化學、原子能等）高副點線接觸，接觸應力較大，無法傳遞較大的功率?，F(xiàn)代機械系統(tǒng)的組成要素機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法數(shù)控加工中心科學發(fā)展觀

以人為本，可持續(xù)發(fā)展機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法典型案例4:誤差分離技術機電一體化系統(tǒng)(產品)，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(xié)作關系。機械執(zhí)行機構和聯(lián)軸器的誤差、間隙和柔性，使伺服軸產生成帶狀分布的運

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(zhí)行機構的統(tǒng)一體。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電子凸105

控制系統(tǒng)+普通馬達+凸輪機構控制系統(tǒng)+普通馬達+凸輪機構106基于單片機的電子凸輪基于單片機的電子凸輪107EXAMPLE1SHRINKPACKAGE進瓶帶→分瓶器A,B→分瓶桿(送紙板)→送膜→包膜→加熱收縮EXAMPLE1

EXAMPLE1SHRINKPACKAGE進瓶帶→分瓶器108PACKAGESYSTEMSHRINKPACKAGE薄膜包裝機Wrappingmachinesaredeemedtobeafocusamongsttheabundanceofdifferentparcelingmachinesofferedonthemarket.Wrappingmachineswrapthegoodsorstackstobepackedeithercompletelyorpartiallywithflexiblepackingmaterial.Thegenerallanguageusagedifferentiatesbetweenwrap-aroundmachinesandfoil/paperwrappingmachines.PACKAGEPACKAGESYSTEMSHRINKPACKAGEWr109EXAMPLE1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

EXAMPLE1外觀圖主傳輸分瓶器B傳送膜推桿送紙板包膜桿110EXAMPLE1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

EXAMPLE1工作流程多列瓶子進來經過分瓶器分成3*3一111EXAMPLE1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

EXAMPLE1工作流程送膜并剪切，然后膜包桿牽引膜進行環(huán)包112EXAMPLE1系統(tǒng)配置圖123456789101112141315EXAMPLE1

EXAMPLE1系統(tǒng)配置圖1234567891011121113傳統(tǒng)機床和并聯(lián)運動機床傳統(tǒng)機床和并聯(lián)運動機床114Prof.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Prof.ShuZhangStewart運動平臺動平臺115全自動潔凈操作全自動潔凈操作116特點并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)的以笛卡爾坐標為基礎的串聯(lián)運動機床,有很大不同：其具有結構簡單、剛度高、動態(tài)性能好、速度快、可重構等優(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)機構為基礎，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特點并聯(lián)運動機床與傳統(tǒng)的以笛卡爾坐標為基礎的串聯(lián)運動機床,有117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。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118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(tǒng)的運動速度、加速度和精度，避免振動的產生

機械執(zhí)行機構和聯(lián)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(tǒng)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(shù)控系統(tǒng)對精度和快速性的要求。

線性直接驅動技術線性直接驅動技術可以減少傳動的慣性119直線運動部件直線運動部件120球鉸球鉸121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(xiàn)主軸調速。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122

應用領域應用領域123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(yè)領域從目前情況來看，并聯(lián)運動機床最適合于高速切削加工：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124并聯(lián)機構應用前景廣泛

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)運動機床并聯(lián)機構應用前景廣泛

運動模擬器125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運動模擬器飛機駕駛員模擬器高速列車駕駛員駕駛座椅模擬器騎馬師醫(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)學院手術室醫(yī)用機器人模型并聯(lián)機器人內窺鏡患者患者并聯(lián)機器人醫(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)學院手術室醫(yī)用機Prof.ShuZhangInstituteonAdvancedManufacturingTechnology,TongjiUniversity醫(yī)用機器人的動畫仿真Delta機器人Prof.ShuZhang醫(yī)用機器人的動畫仿真Delta128天文望遠鏡天文望遠鏡129繩索機器人吊車動平臺操作器繩索機器人吊車動平臺操作器130典型案例3:靜電復印機

復印機的歷史現(xiàn)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(shù)碼復印914型復印機-卡爾松熱敏復印機活字印刷術、復印紙典型案例3:靜電復印機

復印機的歷史現(xiàn)代復印技術近代復印131靜電復印機基本原理模擬充電嚗光顯影轉印定影定影靜電復印機基本原理模擬充電嚗光顯影轉印定影定影132復印機的轉印過程

(1)充電

(2)曝光

(4)轉印

(5)放電(3)上炭粉復印機的轉印過程(1)充電(2)曝光(4)轉印133數(shù)碼復印機基本原理CCD讀取數(shù)碼的轉換數(shù)碼信號的處理嚗光顯影、轉印、定影數(shù)碼復印機基本原理CCD讀取數(shù)碼的轉換數(shù)碼信號的處理134ChargeCoupledDevice（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(shù)字信號。ChargeCoupledDevice（CCD）電荷135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136數(shù)碼功能的說明原稿圖像通過CCD被分解成很小的點，并被轉換成數(shù)碼信號,由此我們可以得到以下效果：高品質副本數(shù)碼信號的處理記憶儲存數(shù)碼功能的說明原稿圖像通過CCD被分解成很小的點，并被高137高品質副本超高解像度:600dpi高品質副本超高解像度:600dpi138黑256級灰度白高品質副本黑256級灰度白高品質副本139具有X－Y獨立變倍、正負反轉、鏡像等功能X-Y獨立變倍數(shù)碼信號的處理具有X－Y獨立變倍、正負反轉、鏡像等功能X-Y獨立變倍數(shù)碼信140鏡像效果數(shù)碼信號的處理鏡像效果數(shù)碼信號的處理141正向反向黑白反轉數(shù)碼信號的處理正向反向黑白反轉數(shù)碼信號的處理142能實現(xiàn)一次掃描多次復印內置記憶體可將數(shù)據整理及儲存,令工作效率大大提高!記憶體記憶的儲存能實現(xiàn)一次掃描多次復印內置記憶體可將數(shù)據整理及儲存,令工作效143３２１32132１32１能實現(xiàn)一次掃描多次復印記憶體記憶的儲存３２１32132１32１能實現(xiàn)一次掃描多次復印記憶體記憶的儲144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!記憶的儲存大幅減少噪音及能源消耗3頁掃描次數(shù)數(shù)碼機模擬機原稿頁數(shù)X復印145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具有電子分頁功能333222１１１３２１３２１32132１3146交叉分頁３２１３２１３２１記憶的儲存交叉分頁３２１３２１３２１記憶的儲存147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典型案例4:誤差分離技術工件圓度工作臺不148誤差分離技術第1組數(shù)據為S11＝W1＋E1＋B1S21＝W4＋E4＋B1S31＝W7＋E7＋B1第2組數(shù)據為S12＝W2＋E2＋B2S22＝W5＋E5＋B2S31＝W8＋E8＋B2第3組數(shù)據為S13＝W3＋E3＋B3S23＝W6＋E6＋B3S33＝W9＋E9＋B3比較第3組數(shù)據和起始位置P0的數(shù)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(shù)分別為S10＝W0＋E0＋B0S20＝W3＋E3＋B0S30＝W6＋E6＋B0誤差分離技術第1組數(shù)據為S11＝W1＋E1＋B1在測量的149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(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(tǒng)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。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1501914年，福特流水生產線，大量生產汽車。機械產品的正規(guī)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三個傳感器的讀數(shù)分別為S31＝W7＋E7＋B1表述為該被測誤差量在測量空間中的“時延”。2．功能結構一體化設計2，機電一體化系統(tǒng)（產品）高速運行中，磨損快，運動失真。物理系統(tǒng)的數(shù)學模型建立，改變供電的頻率，就可實現(xiàn)主軸調速。其電動機轉子與主軸是一體的，無需任何機械連接。應用領域裝備技術（農、林、礦山、冶金、化工、紡織、食品、印刷等制造設備）機械專業(yè)講座

現(xiàn)代機械的機電一體化創(chuàng)新方法S23＝W6＋E6＋B3物連網

物理系統(tǒng)——傳感器——信息中心物連網基本技術：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。

1914年，福特流水生產線，大量生產汽車。物連網物理151機械專業(yè)講座

關于機電一體化技術

機械專業(yè)講座

關于機電一體化技術

152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(tǒng)工程觀點出發(fā)，應用機械、電子等有關技術，使機械、電子有機結合，實現(xiàn)系統(tǒng)或產品整體最優(yōu)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(tǒng))得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術。機電一體化技術是一個技術群(族)的總稱。

3解讀機電一體化

機電一體化內涵11，機電一體化技術（方法）3153解讀機電一體化

機電一體化內涵2，機電一體化系統(tǒng)（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(tǒng)(產品)，主要是指機械系統(tǒng)(或部件