精密化工机械设计（精选十篇）
精密化工机械设计 篇1
优化设计能够提高结构性能,满足结构轻量
化要求,缩短研发周期,降低成本和能量损耗,在某些行业已成为生产过程中必须且至关重要的环节[1]。随着超精密制造、测量和航天工业等的发展,机械结构逐渐向刚柔兼备、复杂多样的方向发展,且性能要求也越来越高。特别是具有纳米级精度要求的IC装备工件台的运动结构,必须实现轻量化,以满足极高的动态响应和运动稳定性要求;必须调整其基频或前几阶低频,远离动荷载频率范围,以满足其固有频率、振型的动态特性;还必须满足足够的强度、刚度等静态特性,以保证结构系统具有良好的动态性能、工作状态和足够的稳定裕度等[2,3]。传统优化设计方法已不能满足超精密结构设计的要求。发达国家都极其重视超精密技术及其相关技术的研发,并对其中涉及的关键技术予以保密或者保护[4,5]。
拓扑优化是结构优化设计的高级形式,尤其是多目标拓扑优化设计,能够有效地减轻结构质量,提高结构的动态性能、可靠性和精度,是超精密领域关键技术之一[6,7]。但拓扑优化是新兴的、极富挑战的结构优化设计领域,目前还处于初级研究阶段。ANSYS是融结构、电场、磁场等分析于一体的大型通用有限元分析软件,在机械、航空航天等众多领域都有广泛应用,但其拓扑优化工具不能直接用于同时考虑静、动特性要求的多目标结构拓扑优化设计。目前,多目标优化方法自身的不足及实际应用中的诸多困难,都阻碍着其在超精密结构设计中的应用[8]。
本文在已有研究成果的基础上,对多目标优化方法进行了研究,提出了一种易于工程实现的多目标结构拓扑优化方法,并将其应用于超精密工件台某关键件的结构优化设计中,以满足超精密工件台结构设计的极高性能要求,降低超精密工件台系统的研发难度。
1 多目标结构拓扑优化理论方法
多目标优化又称多性能优化或矢量优化[9,10]。目前,该设计方法还不够完善,也没有统一的分类标准。从众多研究资料来看,多目标优化方法可分为两大类:一类是把多目标问题转化为一个或一系列单目标问题,将其优化结果作为多目标优化问题的一个解;另一类是直接求非劣解,然后从中选择较好的解作为最优解。
多目标优化设计方法具体可分为主要目标法、统一目标法、功效系数法、目标分层法4种[11,12]。其中,目标分层法的基本思想是将多目标优化问题的所有目标函数按其重要程度排列,然后求出第一重要目标的最优解集合,再在此集合中求第二重要目标的最优解集合,依次对各个目标函数求最优解,直至把所有目标求完为止,则满足最后一个目标的最优解就是该多目标优化的优化解。因该方法具有编程容易、实现方便、可灵活组合的优点,故本文采用目标分层法对多目标拓扑优化理论方法进行研究。
1.1 多目标优化设计数学模型
多目标优化设计的数学模型可表述如下:
F(X)=min(F1(X),F2(X),…,Fm(X))
s.t. ai≤xi≤bii=1,2,…,n
gj(X)≤0 j=1,2,…,l
hk(X)=0 k=1,2,…,p;p<n
X=(x1,x2,…,xn)T
式中,F(X)为目标函数;F1(X)、F2(X)、…、Fm(X)为多目标中的各分目标;X为设计变量,X∈D,D为约束可行域;ai、bi分别为第i个设计变量xi的下限和上限;n为设计变量的个数;l为非上下限不等式约束的个数;p为非上下限等式约束的个数。
1.2 多目标结构拓扑优化算法
根据目标分层法的基本思想,借鉴相对成熟和完善的单目标优化方法、ANSYS的结构分析及其求解算法模块,在充分吸取已有研究成果的基础上,提出一种基于目标分层、渐进综合的多目标结构拓扑优化方法,采用层层分解的策略,把多目标优化问题转化为易于在计算机和工程中实现的单目标优化问题,在单目标优化算法的基础上实现结构的多目标拓扑优化设计,以满足工程实际的多目标结构拓扑优化需求。具体方法为:在满足约束条件下,先让结构满足最重要的优化目标,再在此搜索空间让结构满足次重要的优化目标,依此类推,使结构在优化过程中逐渐趋于同时满足工程结构要求的多个优化目标。多目标结构拓扑优化算法流程如图1所示。
1.3 多目标拓扑优化的实现
通过对多目标结构拓扑优化方法和ANSYS进行分析研究,将多目标优化算法与结构有限元分析方法相结合,利用ANSYS的成熟功能和算法及其开放的APDL参数化设计语言进行二次开发,以实现结构的多目标拓扑优化设计。即首先以结构最重要的目标为优化目标,运用ANSYS的拓扑优化模块进行拓扑寻优,并存储寻优结果;然后再以结构次重要的目标为优化目标,在上次求得的优化域内进行拓扑寻优;依此类推,可实现结构的多目标拓扑优化设计,并输出最终结构优化设计结果。
在程序实现过程中,以多目标算法为主程序,即利用APDL的程序语言与宏技术组织管理ANSYS有限元的结构分析命令,实现多目标结构拓扑优化算法,并利用ANSYS的功能模块,实现初始设计区域的建模、分网、加载、求解以及处理结果的显示。
2 多目标结构拓扑优化设计
超精密工件台是超精密装备的核心部件,某关键运动件的质量是影响其静动特性的最主要因素,如自振频率对其运动特性及测控环节等有很大影响,结构刚度对其定位和运动精度有着严重影响。该运动件结构设计的要求是:质量越轻越好,自振频率越大越好,且在工作状态下,即满载荷时结构最大变形不许超过0.2μm。结构材料的弹性模量E=69GPa,泊松比μ=0.3,两侧为气浮轴承面,承受的作用力为p1=15kN,底面承受的预载磁力为p2=5000N,其初始设计截面尺寸及二维受力情况如图2所示。
该关键运动件传统优化设计的结构如图3所示,质量为2.6kg,第七阶模态自振频率为1495Hz。
由该关键运动件的结构设计要求可知,其结构设计须同时满足质量、刚度和频率等要求。多目标结构拓扑优化设计能够更好地满足其结构系统在工作中始终保持良好的动态性能与工作状态,并具有足够的刚度和稳定裕度。
2.1 多目标拓扑优化设计模型
一般来说,结构质量越小,能够节省的材料越多,因此,结构轻量化始终是工程设计的追求目标。但从结构动态性能来讲,结构质量是影响结构动态振动频率的重要因素,结构质量与其动态性能可能是复杂的非线性关系,有时甚至相互矛盾。因此,在某些情况下,结构质量太小时其性能并非最好。结合多目标结构拓扑优化及ANSYS拓扑优化的理论方法,经综合分析,选择该关键件各单元的密度ρ作为设计变量,其结构质量作为第一优化目标,自振频率作为次优化目标,结构刚度作为约束条件,对本超精密工件台结构进行多目标拓扑优化设计。
以结构质量为优化目标的优化函数为
式中,Vi为第i个单元的体积;ρi为第i个单元的密度,其值取结构材料密度的0~1倍;n为拓扑变量总数。
动态振动频率的拓扑优化是将前几阶重要频率的最大化作为目标函数。以动态振动频率为优化目标的优化函数如下:
式中,F2(ρ)为一足够大的数值与平均频率之差;λ0为一足够大的数;s为给定的参数,用来调整目标函数;λi为第i阶特征频率;wi为第i阶频率的权重系数;f为需要优化的低阶频率的阶次。
本文用平均频率定义一光滑的频率优化目标函数。由于低阶模态的贡献在公式(2)中已被考虑,因此在优化过程中,能够克服优化时频率目标函数出现的振荡现象[13]。综上,该关键件结构的多目标拓扑优化设计模型为
式中,ui为第i个单元的受力变形位移;u*为允许的最大位移。
为了防止计算中单元刚度矩阵奇异,ρ的下限值不取0,而是取一个极小量,即密度的0.0001倍。
2.2 多目标拓扑优化收敛准则
本文选择两次目标函数的变化量作为多目标结构拓扑优化设计的收敛准则,即如果目标函数的变化量达到给定的阈值,则结构优化过程终止。优化收敛准则可表述如下:
式中,ε为一给定的阈值。
2.3 优化设计结果
在变形位移约束下,以结构质量和自振频率为优化目标进行该关键件结构的多目标优化设计,其初始设计区域可划分为4240个单元,经过40次迭代运算,优化设计结果如图4所示。
显然,该优化结果不能直接用于实际生产制造,经面向制造的光顺处理,得到可用于制造的结构如图5所示。将其模型导入ANSYS进行结构分析,可得其结构质量为2.135kg,第七阶模态自振模态频率为1554Hz,最大变形位移为0.19μm,均符合设计要求,满足其结构设计极高的静动性能要求。
3 多目标结构拓扑优化验证及分析
为验证和分析该多目标结构拓扑优化设计方法的效能,本文利用ANSYS软件的拓扑优化工具对该关键件进行了单目标的结构优化设计。
3.1 以频率为目标的拓扑优化设计
以频率最大化为优化目标,以质量为约束条件,其优化模型如下:
式中,V为优化后的体积;V*为允许的最大优化体积。
为防止计算中单元刚度矩阵奇异,ρ的下限值取结构材料密度的0.0001倍。
本文以频率最大化为优化目标,利用ANSYS拓扑优化工具对该关键件的结构进行拓扑优化设计,取V*=0.6V0,V0是结构优化前的体积。经过40次迭代得到拓扑优化结果,再对此结果进行面向制造的光顺处理,得到可用于制造的结构如图6所示。经ANSYS分析,其结构质量为2.603kg,第七阶模态自振模态频率为1625Hz。
3.2 以刚度为目标的拓扑优化设计
刚度最大化可等效为柔度最小化。以柔度最小为优化目标,以质量为约束条件的优化模型为
式中,U为位移矩阵;K为结构的总刚度矩阵;ki为第i个单元节点的刚度向量;ui为第i个单元节点受力变形位移向量。
同样地,ρ的下限值取结构材料密度的0.0001倍。
本文以柔度最小化为优化目标,利用ANSYS拓扑优化工具对该关键件的结构进行拓扑优化设计,取ω*=1400Hz,V*=0.6V0。经过40次迭代可得到拓扑优化结果,经光顺处理,最终得到可用于制造的结构如图7所示。经ANSYS分析,其结构质量为1.95kg,第七阶模态自振模态频率为1427Hz。
3.3 结构优化设计结果分析
为验证多目标拓扑优化方法的效能,将经过最终处理的、能够用于制造的优化设计结果重新在ANSYS下进行结构的静动性能分析,上述几种优化设计结构的主要性能指标对比如表1所示。
由表1可知:在满足结构设计约束的条件下,以频率为目标的结构拓扑优化设计方法与传统优化设计方法相比,在保持质量不变的前提下,将该关键件的自振模态频率提高了8.7%;以刚度为
目标的结构拓扑优化设计方法与传统优化设计方法相比,在保持其频率基本不变的前提下(频率降低了68Hz),将其质量减轻了25%;而以质量和频率为目标的多目标结构拓扑优化设计方法与传统优化设计方法相比,能够在将其质量减轻18%的前提下,将其频率提高4%。显然,结构拓扑优化,特别是多目标结构拓扑优化能够更好地满足工程实际需求。
此外,多目标拓扑优化过程中曾出现奇异现象(即求解中断),使求解过程无法继续。为避免奇异现象发生,对结构质量目标的最优解集给出一定的宽容量,使其能在满足结构质量目标的“较大”范围内求满足结构频率目标的最优值,以避免求解过程的奇异现象。
4 结束语
将多目标结构拓扑优化方法应用于超精密工件台某关键件的结构优化设计中,得到了同时满足质量和频率要求的结构优化设计方案。仿真验证结果表明:该方法能够有效地提高结构的静动性能,满足超精密工件台运动结构的静动特性要求,降低超精密装备系统的研发难度,为超精密结构工程设计提供了一种有效、可靠的设计方法。其优点是:①原理简单、易于编程和工程实现;②各子循环模块既可自成体系,又可灵活组合,能够满足不同结构优化设计要求;③能够提高产品设计质量、缩短产品研发周期。缺点是:①带有一定的主观性;②优化过程可能出现奇异现象,使求解过程无法进行,必要时应进行适当的“宽容处理”。该方法为现代工程结构的多目标优化设计和改进提供了理论依据和方法,还可为企业生产提供一定的指导,具有较强的实用性和广阔的工程应用前景。
精密机械设计基础试题 篇2
1 螺纹和螺旋传动的线数一般不少于10的原因
2带传动中一般把松边放在上边的原因
3带传动中带类型的选择是根据什么因素决定的
4带传动中问带的角度与带轮的角度那个大
5滑动轴承的问题失效形式，看成什么状态
6动力粘度的单位及其物理意义
7滚动轴承中正常工作条件应校核什么，静止或摆动的应校核什么(11年的简答题)
二简答题
1 根据螺纹牙型的不同分析普通螺纹，矩形螺纹，梯形螺纹自锁性能和传动效率的差别
2带传动中基本额定功率的.意义及其影响因素
3关于齿轮的布置问题，有两个图，一个是把齿轮布置在靠近转矩输入端，一个是把齿轮布置在远离转矩输入端，问那个合理及其原因
4据图推导齿轮的齿根弯曲应力的校核公式及分析各个参数的物理意义
三
(今年没考自由度计算的问题) 考的是一个分析杆件受力的题，利用每个杆件所受的力必交于一点，以及转动副处总反力的特点可解决问题
四
一个曲柄摇杆机构，已知曲柄，连杆，和摇杆的尺寸，且要求传动角不小于45度，求支架的长度
五
凸轮机构
1)求基圆的表达式以及在图上画出基圆
2)在图上画出所示位置的机构转角，从动件位移，压力角
3)求从动件的速度
六 齿轮问题
不是太难，其中要求的有
1)求大齿轮的某个参数(忘了，不难)
2)分度圆齿厚，齿顶高压力角
3)已知实际啮合线的长度求重合度(不要用公式求，用定义求简单)
4)问齿轮传动能不能连续传动(有3可得到重合度大于1，因此能连续传动)
七 轮系问题
一个定轴轮系和周转轮系的结合体，求传动比
最后一级为涡轮蜗杆传动，一直蜗杆为右旋，标出涡轮的转向(输入端的转向已知)
八机械原理最后那一部分功和功率部分的题目
是一个牛头刨床机构，有急回特性，通过摆动导杆机构保证的，而摆动倒杆机构的曲柄与一个齿轮固连，记为齿轮3，齿轮3和齿轮2’啮合，齿轮2’和齿轮2一体的，齿轮2和齿轮1啮合，动力有齿轮1输入，题目已知轴1的平均角速度，摆动倒杆机构空行程的角度是120度，工作行程的消耗功率，空回行程的消耗功率
求1)以齿轮3为等效构件时，若把飞轮装在轴3上，求飞轮的等效转动惯量
2)若把飞轮装在轴一上，求等效转动惯量
3)求机构的平均功率
八
机械设计综合题
有一个图画的是角接触球轴承的双支点单向固定的形式，题目告诉了轴承的型号，值得注意的是告诉了接触角的型号AC，而下边的解题要用到接触角，如果忘了是25度的话，就后悔死了，题目给了，15,25,40的三组参数，要自己从里边选参数解题，题目还已知两个轴承所受的径向力，作用在轴上的轴向力，轴承盖有六个普通螺栓连接，已知预紧力为1500N，一直螺栓的许用载荷
1)问螺栓强度是否满足(先求派生轴向力，再求每个轴承的轴向力，发现轴承2的轴向力大于轴承1的，因此只计算2那边的就可以)
2)若把预紧力降为500N，问是否合理(此时求残余预紧力会发现小于0，因此不合适)
3)求轴承一得当量动载荷
九作图题
1，要求画出一端固定，一段游动的轴承配置方式，要求用深沟球轴承，中间传动可以省略(注意固定端内外圈都要固定，外侧外圈应该用轴承盖固定，外侧内圈应用圆螺母加止动垫圈，内侧外圈可以用箱体，也可以用孔用弹性挡圈，内侧内圈可以用轴肩;游动端只固定内圈，可以用轴肩和轴用弹性挡圈)
轴承的这几种配置方式应该是比较重要的，最近几年一直在考
精密化工机械设计 篇3
关键词：测控专业 精密机械设计 CBE教学模式
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2012）12（a）-0078-01
1 传统的《精密机械设计》课程在测控专业中应用的局限性
《精密机械设计》是测控专业学生全面掌握精密测量技术的必要课程，只有学会了这门知识，学生们才能对精密测量设备的结构设计原理和基本加工要求有深刻的理解和认识，才能成为集测量、控制、电路设计、机械设计等各项技能于一身的通才，才能从测控行业的激烈竞争中脱颖而出。
作为非机械类专业的测控学生，没有学习过《机械原理》《切削原理》《工程材料》等机械专业基础课，这本身就给《精密机械设计》的课程教学带来了很大困难。再加上总体学时由80学时改为64学时，使得本已严峻的《精密机械设计》课程教学更加雪上加霜。
如何才能在學时缩短、理论基础不足的情况下，更好地完成《精密机械设计》课程教学，使学生不但掌握相关理论、更具备相关的专业技能，已经成为测控专业教学工作必须要解决的问题。
2 CBE教学模式及其特点
CBE的英文原意是Competency Based Education，在国内一般翻译为能力本位教育，即教育是以培养学生能力为第一要义的。CBE教学模式诞生于美国，之后传入加拿大，在北美得到了广泛的应用。到了20世纪80年代，CBE模式被借鉴到欧洲的英国、大洋洲的澳大利亚和新西兰，标志着其在全球范围内的影响开始扩大。进入21世纪以后，美洲、欧洲、澳洲、亚洲都掀起了CBE教学模式在实践中应用的热潮。这种全新的理念进入中国以后，给很多课程和专业的教学带来了勃勃生机，江苏、山东、山西、广东、北京、上海等地的高校相继引入CBE教学理念，都取得了不错的效果。
CBE教学模式的突出特点表现在以下三个方面：
（1）CBE模式以培养学生的能力为第一要义，并将能力定位为知识、技能、态度、反馈有机结合的一种综合素质，从而体现出与传统教学的本质区别，更加适应当前社会的实际需求。
（2）CBE的教学模式从分析学生所在行业的实际需求开始，有针对性地制定教学计划和教学方法，更加注重学生主动性的激励和实践教学环节的比重，对学习成绩的考核也采取更加灵活和弹性的方式，更容易激发学生学习的热情和培养学生的创造力。
（3）CBE教学模式中，教师除了但任教学任务之外，还扮演着教学的管理者、学生的引导者和合作者、工程项目的策划者和分析者的角色。所以，教师更像是学生的朋友，和学生的关系更加密切，也就更容易让学生放松心境去开展学习和研究工作。
3 《精密机械设计》课程的CBE模式改造
CBE模式的特点，对于测控专业的《精密机械设计》课程的教学工作，是非常适用的。可以说，测控专业的学生开展《精密机械设计》课程的学习，不是追求更深的理论学习，而是要掌握可以应用与仪器仪表的维护中应用机械设计的能力。
为此，在多年的测控专业《精密机械设计》课程教学工作中，笔者进行了CBE教学模式的尝试和探索，建立了具体的改造方案，其相应措施如下：
（1）教学模式的CBE改造。
①教学目标的明确。
CBE模式教学的第一步，就是必须要理清行业需求。随着时代的进步、社会需求的变化、测控专业的整合，《精密机械设计》课程的教学目标也已经发生改变。在CBE模式改造后，这个目标可以明确为：以培养学生利用精密机械设计知识解决仪器仪表中的实际问题为核心目标。
②合理的课时分配。
从CBE模式来看，一般会更注重实践教学环节，理论教学比例相对较少甚或以学生自学为主，很多情况下，基本理论是渗透于工程实践教学之中的。这种思路对于测控专业的《精密机械设计》课程是否合适，已经在笔者的教学实践中得到了初步验证。目前，在理论学时和实践学时的比例上，我们的配置方案是1∶1，以后这个比例还会向实践学时倾斜。
③适当的教学内容选择。
CBE模式强调以工程实践作为教学的载体，这对测控专业的《精密机械设计》课程教学是有启发意义的。在目前的教学实践中，已经把连杆机构、轴、齿轮、联结件等常用机械部件的教学，改造成一个个具体的设计实例，有运动仿真动画等形式引起教学主题，辅以理论基础知识教学，避免长篇累牍的概念定义和公式推导，代之以具体的设计任务，让学生们自行设计，在设计中掌握相应理论。
④教学手段的多样化。
CBE模式特别注重学生的兴趣和态度，是一种以学生为主体的教学模式，这比传统教学中以教师为主体的方式要更加合理。为此，只有采用更加丰富的教学方法，才能充分激发学生的学习兴趣。在理论教学环节，我们尽量采用多媒体教学课件，课件中尽量辅以声音、图像、动画等形式的素材。教学过程中，还应多采用提问、类比、联想等方式，充分调动学生的学习积极性。实践教学环节，我们采用小型设计任务、课后兴趣小组、创新实验团队等形式，多角度激发学生的创造性思维，切实锻炼学生的动手能力。
（2）教师技能的CBE锻造。
用CBE模式改造测控专业的《精密机械设计》课程教学，教师扮演着引导者、合作者、策划者、管理者多种角色。所以，只有任课教师真正理解了CBE教学理念，将全部身心和智慧都投入其中，努力提高自身的CBE教学技能，才能真正地搞好《精密机械设计》课程的教学工作。为此，我们的教师除了要求熟练《精密机械设计》课程的各个教学环节外，还利用业余时间补修了《心理学》《管理学》《项目管理》等知识，以便于更好地运用CBE模式完成教学工作。
参考文献
[1]鲍振博，刘源，刘玉乐.《精密机械制造工程》课程教学改革的实践探索[J].天津农学院学报，2009，16（4）：51-54.
[2]周秀华.CBE理论及推行的探讨[J].职教论坛，2000，4：13-15.
机械式精密排种器的研究与设计 篇4
精密播种机是指那些能将单粒种子等距播种到土壤中预定深度的器具。精密播种具有省种30% ～50%、省间苗工4 ～ 8个工/hm2、增产10%～30%的优点,是中耕作物发展的必然趋势。提高作业效率是精密播种机发展的重要一环,而精密排种器的性能优劣对精密播种机作业质量和效率的提高起着举足轻重的作用。
精密排种器按其工作原理可分为机械式和气力式。其中,气力式排种器包括气吸式、气吹式、气压式3种;机械式主要有窝眼轮式、圆盘式、指夹式等。气力式排种器具有对种子适应性强、损伤轻等优点;但其结构复杂,成本和技术要求高。而机械式排种器,虽然结构简单,但存在着对种子尺寸要求严格,无法适应高速作业及种子破损率高等问题。国外精密播种机主要向大型、高效、操作和控制电子化发展,排种器主要采用气力式。我国目前还存在农业机械化水平、农民的收入及技术均不高的状况,因此研究设计、推广机械式精密排种器适合我国国情。
1 现有机械式精密排种器的结构及原理分析
限制排种器排种频率提高的原因主要是在提高排种器转速时,充种率会下降。现有精密排种器的充种方式有内充、侧充、外充、外充加侧充的复合充种等4种。侧充的情形下,种子主要是依靠种子重力转化的横向作用力挤压进入型孔。外充时,主要依靠种子重力充种,但是当排种盘转动时,种子所受的离心力对充种起不利作用,因此外充的充种方式不利于排种频率的提高。本研究设计采用内充的充种方式,充分利用其离心力和重力充种,从理论上保证了充种率的提高。将型孔设计在紧靠排种盘内壁的位置,有利于单粒种子沿排种盘内壁下滑,对准型孔,顺利进入型孔,有利于充种率的提高。此外,该排种器有效利用了圆周空间,在一周布置了尽量多个型孔。上述两个重要的改进在理论上保证了新设计的精密排种器的排种频率能够得到提高。同时,充分考虑了种子在排种器中的运动及受力情况,对关键部件的形状、尺寸及有关参数的设计提供了可靠的依据。
2 精密排种器的工作原理
机械式精密排种器主要特点是结构简单,重力清种,破碎率低。其结构示意图如图1所示。
1.壳体 2.排种盘 3.护种板 4.投种口 5.进种口
排种器工作时,排种盘随轴转动,首先种子箱内种子通过进种口进入充种区内,其中充入型孔中的种子随排种盘进入到清种区,型孔内多余种子在此区间回落到充种区(通常称作种子室);之后型孔进入到护种区,由护种板保护住型孔内的种子直至投种口,从而实现单粒排种。
3 设计参数的确定
3.1 拖带层种子的速度确定
垂直圆盘排种器在工作时,不仅型孔内种子随排种盘一起运动,与型孔相邻的种子也会发生随动,将其称之为拖带层。假设种子为规则的球形,单从运动学的角度分析(如图2所示),拖带层内种子在随排种盘移动的过程中还要发生绕各自轴心的旋转,将动参考系固定在圆盘上,相对运动为种子自身的旋转运动,因此其牵连运动就可以反映拖带层的运动情况。第一层种子的运动:在△ABM中,设v1为排种盘内径的线速度, v01为第1层种子质心点的线速度,e表示种子半径。因为v1/v01 =e/2e,则
v01=0.5 v1 (1)
各层种子都是在其前一层种子的带下运动的,因而速度越来越小。一般的,从第2层起,种子的运动速度很小,所说的拖带层均是指第1层,显然ω01 = ω/2。
3.2 充种限定的排种盘速度的确定
种子出现架空的示意图,如图3所示。静止时,充种区内的种子主要是在重力的作用下充入型孔,但重力的充种效果是有限的。散粒体流过小孔时往往会发生架空,形成架空的原因是颗粒沿堆放线楔死。当排种盘转动时,充种区内的种子在其本身重力、摩擦力、种子间的相互作用力等联合作用下充入型孔。由于种子个体的差异以及受力情况的差异,类似“架空”的情况一般不会出现。但并不是无论排种盘转速多大种子都能充入型孔中,当排种盘转速足够大时,种子与型孔间的相对运动轨迹越来越“平缓”,种子就会滑过型孔。临界情况是种子的质心位置恰好运动到型孔的另一侧所在的圆周上,此时种子有可能翻转进入型孔中也有可能翻转滑过型孔。此时排种盘的转速称之为排种盘的极限转速。
3.3 排种盘的极限转速的确定
种子充入型孔的极限情况,如图4所示。种子能够顺利充入型孔的极限相对速度确定如下:A为型孔长度,e表示种子半径。以种子的边沿在x轴的位移量为A-e,同时在y轴方向的位移量为e时认为种子充入到型孔中,以vr max表示充种的相对极限线速度,列运动方程
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联立式(2)可以求得
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根据式(1)求出的拖带层第一层种子的质心速度v01=0.5v1,所以
vrmax= 0.5v1max (4)
又因为匀速圆周运动中质点的线速度v与其半径r满足
v= 2πrn/60 (5)
联立式(2)～(4)可以得到排种盘的极限速度为
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因此,极限角速度为
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取A=18 mm,e=4rnm,r=10代入式(6),可得: 排种盘的极限转速n1max= 69.52r/min,极限角速度ω1max =9.869rad/ s。实际上,种子在充入型孔过程中既有切向加速度ar,也有径向加速度an,运动过程要比简化模型复杂得多,但对简化模型的估算可以为今后的实验研究提供了一定的理论依据。充种过程的详细分析中将对此有更加深入的探讨。假设排种盘一圈的型孔数为Z,则排种频率undefined。显然f ∝n,根据式(5)n∝A,所以,f∝A 。也就是说增加型孔的长度可以提高排种频率,但增加型孔长度则排种盘圆周上所能布置的型孔数量Z就可能减小,从而排种频率f就会减小。此外,若型孔尺寸过大,充入型孔内的种子量也会增加,每孔内进入两粒甚至更多粒种子,造成重播。
3.4 排种盘型孔的参数设计
本设计选取排种圆盘外径R=100mm。型孔的主要结构参数取决于种子的几何形状,设计依据为:
1)要求无论种子的位置是横躺、平卧还是侧立,型孔都能够容纳下种子;
2) 要求清种后的型孔内只有1粒种子;
3) 在充种区内保证种子能够顺利充入型孔;
4) 有效地利用圆周空间,尽量布置多个型孔,同时兼顾型孔长度。
清种装置是以往排种器产生种子破碎的主要原因,通过设计合理型孔形状达到重力自动清种,如图5所示。
综合考虑加工工艺性,排种盘型孔是由直径10mm铣刀沿径向走刀5mm后呈135°的角度走刀完毕。折线部分包络的区域保证了区内种子的顺利充入及清种的正常进行,直线部分加工完毕后形成了截面为正方形、边长为10mm的区域,该正方形对角线长度应稍大于一个种子的长轴最大值,小于两粒种子的短轴长度之和。因此,本实验选用的种子尺寸的最大值应为9. 8mm,最小值为7mm。若型孔的尺寸减小,应配以小尺寸的种子,此时排种盘一周所布置的型孔数目会增加,同样转速下会得到较高的排种率。
3.5 充入型孔中的种子在型孔中的任意排列情况
充入型孔中的种子在多余种子清种以前在型孔内会出现各种可能的排列情况,以下是按种子与型孔的实际尺寸绘制的,如图6所示。其中,状态1、状态5、状态7分别表示两粒种子均横躺、平卧、侧立的情况。9种状态都是孔内种子与型孔下边沿接触,如孔内种子与型孔上边沿接触,多余种子会更多地在型孔之外。可以看到,型孔中的种子无论3种状态如何组合变化,型孔的空间一定能够使一粒种子完整地在型孔中而不可能完全放得下两粒种子。因此,型孔的尺寸大小是符合要求的。
3.6 型孔内多余种子的受力分析
由上面种子充入型孔的9种状态可以看到,型孔中有一粒种子部分地充入到型孔中,这粒多余的种子能否在护种前清掉,直接关系到排种是否单粒。不失一般性,对图6所示第一种情况的多余种子进行受力分析,两粒种子均横躺在型孔内,图6中显示的是椭球的短轴所在的截面。多余种子之所以能在型孔转到θ角以前保留在型孔中,其根本原因是种子在型孔中保持了受力平衡,如图7所示。
多余种子受到的力包括重力mg和孔内种子或者型孔对其支持力N。根据质点相对运动力学理论,还应加一个牵连惯性力Fge,由于动系在做匀速圆周运动,所以,Fg=m ω2r,N的大小随θ的变化而变化,方向一定在n轴正方向和τ轴负方向之间。即:若设N与n轴正方向之间的夹角为α,则undefined,多余种子满足平衡方程为
n向: mg sinθ+ Ncosα-m ω2r =0 (8)
τ向: mg cosθ-N sinα=0 (9)
多余种子若要脱离型孔,必然使得此受力平衡不成立。但随着θ的增加,N就会相应地减小或者α相应增加,所以在θ的一定范围内,n轴的受力平衡方程式(7)仍然成立。在随θ的增加,N相应减小的情形下,轴的受力平衡式(9)也同时成立。
随着θ的增加α相应增加的情况下,种子在τ向打破它原有的受力平衡,此时种子有沿n轴正向的运动,直到α增大到它的最大值,同时N也减小到它的最小值后;θ若继续增加,多余种子就会有脱离型孔的趋势。这就说明了θ达到某一值后若继续增加,重力的径向(n向)分量增加,Ncosα的值不再改变,从而多余种子一定会产生沿n正方向的加速度an,因此多余种子一定能够清除。
4 结论
1) 特有的充种方式和型孔形状更有利于充种的进行。只有有效地利用圆周空间,在圆周上布置尽量多个型孔,才能具有提高排种频率的潜力。
2) 限制排种频率提高的一个重要原因是当排种器转速提高时,充种率会降低,将型孔设计在紧靠排种盘内壁的位置有利于种子沿排种盘内壁下滑,有利于充种率的提高。
3) 靠种子重力清种,靠重力和离心力投种,省去清种机构和强制投种机构,简化了排种器的结构。
4) 研究设计过程中,也发现了一些不足之处,有待于今后继续研究和改进。本研究为进一步的优化设计打下基础,同时为设计其他精密排种器提供了重要的参考。
参考文献
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[2]马旭,马成林,于建群,等.2BS-2型玉米精密播种机的研究[J].农业机械学报,1998(S1):35-40.
[3]郝心亮.复合充种式排种器的研究[J].农业工程学报,2001(4):62-65.
[4]张波屏,刘格兰.万能通用精准播种机的研究与试验[J].农业机械学报,2001(2):34-37.
现代机械制造工艺与精密加工研究 篇5
【关键词】机械制造；精密加工；实际应用
引言
随着传统机械制造业的没落，新型机械制造行业迅猛发展，精密加工以及高管技术的应用，使得经济社会又向前迈进一步。所以，如何正确应用现代机械制造加工产品，是至关重要的问题。
1、现代机械制造工艺与精密加工技术的特点
1.1关联密切。技术是加工行业的命脉，精密加工与现代机械制造科学融合是制造业的趋势，包含多个层面，其中包括市场调研，设计方案思路，制造技术与设备统一，制造工艺只有经过精密加工才能成为占领市场的先锋，提高两者之间的默契度，精密与工艺并存，才能增强机械产品的质量。
1.2系统性特点突出。生产成本逐渐降低，制作工艺逐渐简化，机器精密制造的产品成为市场销售中的宠儿，而传统手工低效率，做工粗糙，技术含量低的工业产品逐渐被淘汰。精密高端的现代制造工艺具有高技术含量的特点，要想保证市场占有份额，就必须加强各个专业的统一，比如机械制造，电子计算机技术，遥感技术，全自动化技术相互柔和成为加工制造业的系统，有了系统性，才能确保产品的质量。
1.3发展全球化。经济全球化的趋势日益加深，一种新型的制造工艺产品不再仅仅在地区范围内推广，而是走向世界市场，参与国际间的竞争。这种高压的竞争环境中，对现代机械制造行业以及精密仪器的加工技术都提出了新的要求，只有提高产品的技术含量，才能在国际市场中占得一席之地，这就需要我们研发人员对世界经济趋势做出准确的判断，为产品制造提供市场方向，辅助高端技术，屹立世界经济发展的潮流中。
2、现代机械制造工艺与精密加工技艺的结合应用分析
2.1现代机械制造行业前景分析。机械制造的产品在生活中处处可见，车，钳子，电焊等工艺制作产品，其中我们选取焊接作为例子，对现代制造工业与制造产品的应用进行分析。2.1.1气体保护焊工艺技术的应用。气体保护焊工艺是利用电弧作为制造热源，被焊接物质以砌体作为介质相互焊接。工作原理是：在产品制作过程中，焊接产生的电弧会形成一层具有保护作用的气体层，可以有效的隔绝温度、有害气体物质及辐射性物质，还可以分隔熔池、电弧等焊接过程中有害物质，保证人们身体健康。保护气体中最常见的是二氧化碳，其随处可得，无成本投入，是制造产品保护气体的首选。2.1.2电阻焊工艺技术的应用。电阻焊工艺技术是指将电阻的正负极分别连接到不同的焊接物上，通电时电流经过的时候，产生大量的热量，周围接触物与其接触面之间的介质相熔化，冷却之后，达到焊接作用的工艺。其焊接特点是简单、易操作，焊接效果可受人为控制，成品率高，且其焊接时间短，并且噪音相对小，空气污染小。弊端就在于不能大批量的制造产品，需要投入大量的人力，对于小型家电还可以应用，但对于大型制造机器就难以应用了，因此，应该根据生活中的实际情况，酌情使用。2.1.3埋弧焊工艺技术的应用。在传统以及现代焊接工艺中，埋弧焊工艺技术的应用都十分广泛，所谓的埋弧焊工艺是指在焊接时，焊接层底下的电弧被燃烧，从而达到焊接目的的操作工艺。埋弧焊工艺技术分为以下两类。一是全自动化焊接：自定埋弧焊接技术是指利用小型工具的辅助，将焊丝与电弧相互接合，然后达到自动焊接的技术，该技术使用方便。二是半自动化焊接：半自动焊接需要人工的辅助才能完成，比如需要人工的推力将焊条推入，既耗费人力，也浪费了不少焊接资源，因此该工艺逐渐被市场所淘汰，已经无几人使用了。现在常用的电渣压力焊也是一种半自动化的买弧焊接技术，它具有成效高，产品质量好的特点，因此被广泛应用。焊接技术的使用不仅仅是依靠优良的技术，同时还应注意选择优质的焊条，并随时观察其碱度，这些细小的差别往往才是决定焊接产品质量到的关键。2.1.4搅拌摩擦焊工艺技术的应用。搅拌摩擦焊技术使用方便，操作简单，其对基本的焊接工艺硬性材料没有过多的要求，比如焊条等，仅仅需要焊接搅拌头，就可以完成整个操作。搅拌摩擦焊接工艺的使用是在20世纪90年代初，当时工艺水平相对比较先进，轮船，铁路的方面的应用也极为广泛，所以该技术支撑起了焊接工艺的半边天。2.1.5螺旋焊工艺技术的应用。螺旋焊工艺技术是指先将各部分零件进行组合和连接，再在其相互接触的面积当中将两者进行融化，达到焊接目的，黏合的零件有螺柱、板件等。该工艺可分为拉弧式和储能式，拉弧式的应用主要在重型工业中，比如轮船制造业等，其焊接要求高；而储能式主要应用于薄板之间的黏合，日常生活中比较多见。
2.2精密仪器的加工技术。精密仪器的加工技术分为多个层面，不同应用方向有不同的选择，比如超级精密研磨技术，纳米技术，细微加工技术等，这里我们就前几种加以分析。2.2.1超精密研磨技术。超精密研磨技术可将表面粗糙程度降到1至2mm。其传统的使用技术有研磨，抛光等，然而对现在工艺的要求已经远远不够，为了适应新时代的发展需求，超精密研磨技术应运而生，它的研磨程度更加精细，使加工产业对材料的要求得到满足。2.2.2精密切削技术。切削技术操作简单，因此对切削产品的要求也相对较多。切削表面粗糙程度要求细小，相对于机床的大型机器操作可以提高其精密程度，但受到温度，机床高度，抗震性能等方面的影响，精密切削技术需要高速运转，才能适应生产的需要，目前市场上的切削技术足够满足机床要求的精密程度，这为精密切削技术开辟了一片天空。2.2.3纳米技术的应用。纳米技术的概念为人们广泛所熟悉，它是结合了物理技术和工程技术的现代化工艺产物，它实现了纳米级的精细刻画，在精密电子技术当中获得殊荣，在未来的发展前途也很广泛。纳米材料，纳米微生物等概念的普及，是人类进步的象征。
3、结束语
世界科技的高速发展，经济全球化趋势的加深，行业之间竞争日益激烈，全球化市场进一步拓展，这些都对现在机械制造工业以及精密加工制造行业提出了更严苛的要求，比如航天飞船等方面。精密加工技术是现代机械制造行业的基础，所以，加强对现代机械制造行业的开发与研究，是实现工艺生产全球化的重要目标。
参考文献
[1]袁静.浅议现代机械制造工艺与精密加工技术[J].中国高新技术企业，2014，（06）：85-86.
精密化工机械设计 篇6
1 超精密加工技术的特点
随着超精密加工技术的发展, 人们对于超精密零件的加工尺寸精度要求越来越高。而且, 在超精密加工技术不断完善和改进的过程中, 超精密加工技术的特点也越来越清晰。
1.1 进化加工原则
超精密加工技术的进化加工主要分为直接式和间接式2种[1]。直接式进化加工技术使用的设备, 以及工具精度和工件的精度相比, 明显要低于工件精度, 经过特殊工艺装备处理之后, 单件、小批量的共建生产适合用直接式的金华加工方式。而间接式进行加工是以直接式进化加工为基础的, 而且和直接式进化加工技术不同, 间接式进行加工更适合进行批量生产。
1.2 应用新的加工方法
传统的切削和磨削方法的局限性随着工件加工技术的发展, 变得越来越突出。而且由于这两种技术的精度已经达到极限, 因而在此基础上无法提升加工技术的水平。但如果使用超精密加工技术的话, 不仅可以使用特种加工技术, 还能进行复合加工, 不单突破了加工精度的极限, 还能提高加工精度的水准。
1.3 利用综合的制造工艺进行零件加工
使用超精密加工技术加工零件时, 还要对加工零件的材料、加工使用的设备、加工方法、加工所用的工具等进行综合考虑, 以此保障加工零件的质量水平。当然, 在这种加工环境下进行零件加工, 也会在一定程度上增加加工技术的复杂程度, 提高加工的难度。
1.4 超精密加工技术要与高新技术相结合
在采用超精密加工技术对零件进行加工时, 由于加工设备的投入成本很高, 因而一般很少以系列加工的方式进行零件加工, 而是有针对性地设计某一特定产品。因此, 超精密加工技术要和高新技术联合使用, 能更好地提高产品设计的水准, 确保零件加工的质量水平。
1.5 超精密加工技术与自动化技术的有机结合
在对机械工间进行超精密加工时, 除了要使用超精密加工技术外, 还要运用自动化技术, 同时要实现监测和控制技术的自动化, 减少工件加工人员使用超精密加工技术的次数, 防止因为人为因素的影响, 降低工件加工的质量。
2 精密超精密微机械制造技术
2.1 超精密微机械的加工设备技术
因为超精密微机械制造技术是促进工业发展的有效技术之一, 因而在世界范围内人们对于超精密加工技术的研究都很重视。而日本的微机械加工设备技术一直处于领先水平, 比如由日本研制的超精密微机械加工机床, 不仅提高了超精密微机械加工设备技术的整体水平, 还使超精密微机械切削过程中难解的技术问题迎刃而解[2]。除了日本以外, 德国在超精密微机械加工设备技术方面的技术水平也处于国际前沿, 比如德国的微切铣削技术, 就被广泛应用到淬火钢、硬铝材料的微型零件切削中。而微小型的加工系统也被运用到微小零件的加工中。
和国外微机械加工设备技术研究成果相比, 我国在微机械加工设备技术方面的研究也取得了一定的效果。但我国高校科研单位研究的主要方向是微小制造系统和微小切削技术。例如, 我国哈尔滨工业大学研制出的超精密三轴联动数控铣床, 北京理工大学设计的车铣加工系统, 都提升了我国的超精密微机械加工技术水平。而且, 我国还研发了微摩擦磨损测试仪, 这种测试仪不但能够检测出零件磨损的程度, 还具备微小型切削功能。
2.2 微切削加工技术
微切削加工技术除了有加工工件外, 还有刀具微小化。另外, 还要在加工零件的过程中, 实现加工零件的微小化。当然, 制造微小化加工零件也是微切削加工技术的重要工作内容之一。因而, 在微切削加工技术进行研究时, 还要认真研究微切削的过程, 以便对微切削的机理进行精准把握, 进而明确微切削加工的参数, 使微切削加工系统的设计更加科学合理, 进而提高加工工件和工具的精度, 延长加工工件的使用寿命[3]。
微切削作为非线性特征的动态加工技术, 如果能对其切削过程进行认真研究, 还能在很大程度上提升微切削加工过程中的准确性。而且因为微切削过程有一个切削极限, 当切削工件时如果达不到最小的切削极限, 就很难形成微切削。因此, 在对加工工件进行微切削时, 还要确保其最小切削极限。另外, 不同加工工件的最小微切削极限也不相同, 为了确定加工零件的最小切削极限, 还要建立相应的微切削模型, 以保证不同的模型对应不同的微切削工件材料。除此以外, 影响微切削最小切削极限的因素还包括刀具变形、刀具刃口和刀具磨损等, 因而在确定微切削最小切削极限时, 也要将这些因素综合考虑在内, 以便有效提高微切削最小切削极限的准确性, 同时提升微切削的有效性, 促进微切削的形成[4]。
3 结语
精密超精密微机械制造技术是当前工业发展中的一项重要技术, 因此世界各国对超精密机械制造技术都很重视。但在国内外的超精密微机械制造技术发展情况对比上, 我国的超精密加工技术和国外的加工制造技术之间仍有很大的差距。所以, 为了减小我国超精密加工技术与国际超精密加工技术的差距, 我国还要在已有的发展优势上, 借助国外先进的超精密加工技术设计理念和方法, 对超精密微机械制造系统展开深入研究, 降低微小零件的加工制造成本, 扩展工件加工材料的范围, 提升我国的微机械产品质量, 进一步推动我国超精密微机械制造业的发展。
摘要：最近几年, 我国的微机电系统和机械零件制造业在社会经济发展的影响下, 呈现出突飞猛进的发展势头。精密超精密加工技术也对我国的航天、国防和微电子工业等行业发展起到了至关重要的促进作用。因此, 在微机械制造中运用精密超精密加工技术, 不但能够使我国的微机械零件制造水平得到提升, 还能带动我国微机械制造业进一步的发展。
关键词：微机电系统,精密超精密加工技术,微机械制造
参考文献
[1]郑颖.超精密微机械制造技术研究进展[J].科技风, 2014 (13) :241.
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[3]商凌云.超精密微机械制造技术研究[J].橡塑技术与装备, 2016 (8) :22-23, 37.
工程机械导航精密制造前行 篇7
工程机械行业是我国机械行业中增长最快的子行业。2000年～2010年, 该行业收入增长了8倍, 基本完成了进口替代, 同时在出口方面有飞速的增长, 涌现出一批如三一重工等具有国际竞争力的行业巨头。
工程机械行业爆发性增长的原因有:一是巨大的本土需求。我国已经成为世界上最大的工程机械消费国, 城镇化西进、民生工程等持续推动该行业快速增长;二是成本优势。我国拥有相对低廉的人力成本, 可以以低成本聘用众多工程师和生产工人, 对于工程机械这样一个以劳动密集型加技术密集型为特征的行业而言, 低成本人力资源是获得全球性竞争优势的重要因素, 我国的产品价格一般仅为国外同类产品的60%, 性价比优势突出;三是技术后发优势。我国的工程机械行业从早期的低端起步, 逐渐占领高端市场, 先后研发出具有世界一流水平的起重机和装载机等;四是垂直一体化。控制上游零部件以降低成本和外购费用波动风险, 增加核心环节的研发能力。由于前述理由, 我国厂商具有巨大的成本优势, 故只要攻克了一个领域就能抢占该领域的份额。三一重工的挖掘机在过去五年内市场份额从1%升至12%, 抢占了小松、斗山、日立、卡特彼勒等外资品牌的市场。
比较精密制造行业和工程机械行业, 可以看到许多类似之处:在需求方面, 我国逐渐成为世界上最大的通讯、消费电子、光电产品、汽车的消费国和生产国;在成本方面, 我国也拥有许多精密制造方面的人才, 结合低廉的加工成本可让我国精密制造行业赢在起跑线上;在技术方面, 像得润、立讯等企业通过在研发上的不懈投入已经在许多产品上有了质的突破, 达到行业一流水平, 结合成本优势将会使中国精密制造厂商迅速占领全球市场;垂直一体化方面, 本土资本市场将助企业加速整合。
现代机械制造工艺与精密加工技术 篇8
随着社会和科技的不断发展, 机械制造工艺也得到了不断的发展, 原有的传统型的机械制造工艺已经落后, 不能完全满足现代机械制造的需要。为了跟上现代机械制造的发展脚步, 就要引入现代的机械制造工艺和精密的加工技术。
1 浅谈现代机械制造工艺与精密加工技术的特点
1.1 具有一定关联性
从制造技术上看, 现代的机械制造工艺和精密的加工技术的关联性涉及了好多方面, 不仅仅体现在制造工程中, 在产品的调研和开发, 产品的工艺设计、加工制造、销售等方面都有涉及, 这些内容都具有紧密的联系性, 如果其中任何一个环节出现问题, 都可能产生不良的影响, 可见现代机械制造工艺与精密加工技术的相互关联性对技术的进步发展是非常重要的。因此, 如果想在在技术制造上提高效益, 我们必须注意并把握现代机械制造工艺及精密加工技术的关联性。
1.2 具有系统性
如今的科技迅速发展, 如果想要在生产技术上得到进步与发展, 在技术制造上就应该应用现代先进科技和技术, 先进的技术被广泛的应用在产品的设计、制造、生产、销售等方面。由此可见, 现代机械制造工艺与精密加工技术具有系统性, 所以, 我们应该利用现代机械制造工艺与精密加工技术的系统性来提高效率。
1.3 全球化特点显著
如今经济全球化, 不仅影响着经济全球化的发展, 也影响着技术的竞争, 不仅如此, 在此背景下的技术与市场的竞争都日趋激烈, 如果想要要在这充满激烈竞争的市场中占有有利地位, 那么先进的制造技术的发展是势在必行的。因此, 如果一个国家的企业想要在全球激烈的技术竞争中处于不败之地, 首先就要使本国的制造技术能够跟上世界的先进水平, 这样才能提升其制造业的技术水平, 才能在全球的市场竞争中占有一席之地。可见, 现代机械制造工艺与精密加工技术的全球化特点是极其突出的。
2 浅谈现代机械制造工艺及精密加工技术
2.1 探究现代机械制造工艺
现代机械制造焊接工艺主要有以下几种:气体保护焊、电阻焊、埋弧焊、四是螺柱焊和搅拌摩擦焊。本文主要介绍了这五种现代机械的制造工艺。 (1) 所谓气体保护焊焊接工艺, 主要是指以电弧为热源, 通过电弧为其加热的一种焊接工艺。从名字就可以了解到, 它的特点是被焊接物体的保护介质是气体。其工作原理是:在焊接过程中, 通过对电弧的加热使电弧四周形成气体保护层, 保护层能使电弧和熔池与空气分离, 有效的防止了在焊接过程中有害气体对其产生影响。由于二氧化碳的价格较为低廉, 通常情况下, 一般将二氧化碳作为保护气体。 (2) 所谓电阻焊焊接工艺, 其操作方式为把被焊接的物体紧压在正负电极之间, 通电, 当电流经过时, 通过被焊物体的接触面极其附近形成电阻由于热效应会产生热量, 从而对被焊接物加热到熔化, 使其与金属结为一体。其原理是利用当有高电流通过高电阻时, 电阻由于热效应而产生热量而对焊接物进行焊接。它是传统的焊接方法同时也被广泛的应用于现代机械制造业。因为该焊接工艺具有焊接质量高、机械化程度高、生产效率高、节省时间、无噪声无污染等优点。但也有相应的缺点, 缺点主要为在设备上的投资大, 对设备的后续的维修整顿的难度系数大。 (3) 所谓埋弧焊焊接工艺, 就是在焊剂层下燃烧电弧而进行焊接的一种焊接工艺, 现在其工艺分为自动以及半自动两种方式, 自动是需要在人工的操作, 而半自动的方式由于在操作中繁琐不易操作, 不便于流水化生产等原因而不被广泛利用。埋弧焊广泛的应用在钢结构制品焊接操作中, 因为其具有焊接质量高且稳定, 效率高, 无污染等优点。 (4) 所谓螺柱焊焊接工艺, 就是把螺柱的一端同管件或板件的表面相接触目引通电弧直至接触面熔化, 再给予螺柱一定的压力而完成焊接的一种焊接工艺。其操作方式有储能式和拉弧式两种。前者适用于深度浅的焊接而广泛的使用在薄板的焊接中, 而后者恰好相反, 适用于高深度的焊接。它们在焊接操作时具有相同点:没有固定的步骤, 所以其在工作时不会出现漏洞现象, 因而被广泛的应用在现代机械制造业中。 (5) 搅拌摩擦焊是利用高速旋转中的搅拌头与金属摩擦生热进行焊接的, 随着搅拌头的移动, 金属向搅拌头后方流动而形成的密焊缝方法。其在焊接时不需要除了焊接搅拌头之外的任何焊接消耗性材料, 所以其最大的优点能够减少相应的焊接材料损耗, 节省资源。
2.2 浅析精密加工技术
精密加工技术分为许多种:精密切削技术、超精密研磨技术、微细加工技术、模具成型技术以及纳米技术等。本文简单介绍了精密切削技术和超精密研磨技术。 (1) 精密切削技术。目前, 常用的一种方法仍是通过直接用切削。但由于要求用切削获得的产品符合高精度表面粗糙度的要求, 所以就必须排除机器、工件及外界等因素的影响。比如, 如果想要提高机床的加工精度, 要求机床具有高的刚度, 要求其不会因温度的升高而发生大的变形, 同时具有良好的抗振性能。满足这些要求的方法有两个, 其一就是要求提高机床主铀的转速, 所以现在超精密加工机床的转速已从每分钟几千转提高到几万转, 其二就是采用更加先进的技术, 如空气静压轴承、微驱动和微进给技术、精密定位技术、精密控制技术及其他先进技术。 (2) 超精密研磨技术。例如加工符合其表面粗糙度达到1~2mm, 并进行原子级的研磨抛光的硅片。用传统的方法如磨削、研磨和抛光等已很难满足这种高要求。为了满足需求, 只能进行研究各种新原理、新方法, 先进的超精密研磨技术就随之而产生。
2.3 浅谈微机械技术
微机械技术从微机械驱动技术、微机械传感技术、微机械使用的材料技术、微机械的制造工艺技术四个方面对微机械技术进行分析。 (1) 现代的微机械驱动技术要求其具有动作响应快, 精度高易于操作等特点, 现在运用的静电动机和压电元件制成的微驱动器正存在这些优点, 所以被广泛的应用。 (2) 微机械传感技术。微机械除了要求传感器微型化, 还要求它具有更高的分辨率、灵敏度和数据密度。目前, 压力传感器、加速度传感器、触觉阵列传感器等微型传感器基本都是通过集成电路技术生产的。 (3) 微机械使用的材料技术。最初采用硅材料具有易于断裂的缺点, 但镍可克服这一缺点, 所以现已改用镍来代替硅制作微型齿轮。目前, 能制成微机械的材料有多种, 如金属、高分子材料、记忆合金、压电陶瓷和多晶硅等都可以制成。 (4) 微机械的制造工艺技术。在要求作三维加工和组装时, 仍需研究制造立体新工艺, 加工、光造型法工艺。微机械技术的研究涉及控制技术、能量传输等方面, 要想要形成微机械的技术体系, 就要进行多学科的协作才能。
3 结束语
总的来说, 如果机械制造行业想要不断地发展, 那么现代机械制造工艺及精密加工技术就是其关键, 因此, 我们应该充分认识到现代机械制造工艺及精密加工技术的重要性和和加强其的必要性, 不断创新, 从而更好地促进现代机械制造与加工事业发展和进步。
摘要：文章主要阐述了现代机械制造工艺及精密加工技术的特点并浅谈了现代机械设计与制造工艺、精密加工技术与微机械技术等技术。
关键词：现代机械制造,精密加工技术,工艺
参考文献
[1]王美, 宋广彬, 张学军.对现代机械制造企业工艺技术工作的研究[J].新技术新工艺.2011 (2) .[1]王美, 宋广彬, 张学军.对现代机械制造企业工艺技术工作的研究[J].新技术新工艺.2011 (2) .
[2]贾文佐, 李晓君.精密和超精密加工的应用和发展趋势[J].科技与企业.2012 (3) .[2]贾文佐, 李晓君.精密和超精密加工的应用和发展趋势[J].科技与企业.2012 (3) .
现代机械制造工艺与精密加工技术 篇9
(一)关联性
基于制造技术层面看,两者的关联性不单单在于制造生产中,还和多个方面存在关系,比如:产品研发、工艺设计、加工生产、流通销售等,这些都有着密切的关联性,倘若任何一项工作出现问题,那么将给整项技术应用效益带来极大的不利影响[1]。所以,要提升机械加工制造的质量和效益,必须明确两者的关联性。
(二)系统性
在现代科技迅猛发展的今天,如要在机械加工技术上取得创新和发展,就需要重视并应用先进的现代科技,比如:计算机、互联网、数字信息、智能化、新管理系统等各种技术,且,需要应用到产品研发、设计、生产、销售等环节中。可以看出,现代制造工艺和精密加工技术是存在系统性的。
(三)全球化
在经济全球化日益推进的当下,科学技术的竞争也面对全球化带来的挑战,市场竞争愈发激烈,而先进的现代机械制造工艺发展就是顺应此种形势的需要。所以,一个国家要想在国际科技竞争中得到有利地位,则要自身的机械制造工艺和技术均达到世界一流水准,进而更好的应对全球化,强化市场综合竞争力[2]。
二、现代机械制造工艺的应用
根据现代机械制造工艺涵盖面较广,比如:床、钳、铣及焊等,本文主要对现代机械制造中的焊接工艺进行深入探讨。
(一)气体保护焊
这一工艺就是以电弧为注热源完成焊接。它的特点就是把特定气体充当焊接物间的一种保护性介质。在实际操作中,电弧周边会出现一个气体性保护层,进而将电弧、空气及熔池予以分离,如此能有效避免气体对焊接的不利影响,以确保焊接电弧可以充分燃烧。在一般状况下,主要用CO2的作为焊接保护层的气体,原因在于成本低,因而此种工艺在现代机械制造中有广泛应用。
(二)电阻焊
就是将焊接物放在“+”和“-”两个电极间实现通电操作,在有电流通过时,会在焊接物相互接触面、周边产生电阻热效应,对焊接物加热到熔化,让它和金属结成一体的焊接工艺。该工艺具有这几方面的优点,一是焊接质量高;二是机械化水平和生产效率较高;三是加热时间很短;四是无噪声,无有害气体产生。在航天航空、汽车、机床等机械制造中有良好应用。但是该工艺的设备有较高成本,维修上也有难度,尚无无损检测技术[3]。
(三)埋弧焊接
就是在焊剂层下面对燃烧电弧实现焊接的一个工艺。根据自动化水平又将其分成全自动焊接和半自动焊接[4]。在采用全自动焊接时,应用焊接车将焊丝和移动式电弧稳妥送入,再全自动化进行焊接;在采用半自动焊接时,就是通过机械操作把焊丝送进去,然后由操作员人工移动焊弧完成送入,所以在一定程度上增加了劳动成本,在现代机械制造中应用较少。比如:钢筋的焊接,以往一般是进行手工电弧焊,也就是半自动化埋弧焊,而在现今已然被被电渣压力焊所取代,这项焊接工艺的操作效率高,焊接质量良好,且有较好的操作条件。但在应用这项焊接工艺时,必须选用质量优的焊剂,原因在于焊接质量、所用电流、钢材级别等都可基于焊剂碱度全面反应出来,因此需要特别控制焊剂碱度。
(四)螺柱焊
即先将螺柱和板件、管件等妥善相连,将电弧送入将接触面熔化一体,然后对螺柱加压予以焊接。该工艺又分成两种:一是储能式焊接,它的接熔深度相对小,通常应用在薄板焊接中;二是拉弧式焊接,在重工艺中有较广的应用。这两个类型均属于单面焊接,所以不需打孔、粘结、攻螺纹等操作,尤其是不需打孔,可保证焊接工艺不会出现漏气、漏液等情况,安全性更高。
(五)搅拌摩擦焊
这项工艺产生于上世纪90年代的英国,在上世纪末期的铁路、车辆、船舶等现代机械制造中得到广泛应用。我国在2002年开始引进并应用该项工艺,它的突出特点就是不需要焊接搅拌头之外的焊条、保护、焊剂等材料,尤其是在铝合金焊接操作中,只需要一个焊接头就可在800m焊接需要。
三、精密加工技术的具体应用
近年来,随着数字信息技术的发展,精密加工技术发展迅速,已出现了多种,比如:精密切削技术、超精密研磨技术、模具成型技术等。本文主要探讨当前机械制造中常用的两个:1)精密切削技术。现阶段,最为常用的方法就是直接切削。但因要求应用切削所生产的产品必须满足高精度表面粗糙度的需要,因此就需要最大限度避免设备、工件及外部环境等方面的影响。譬如:如想提升机床制造生产的精度,就需要它有高刚度,且不会伴随温度增高而出现变形,与此同时要有较强的抗振性。而要达到上述要求的途径主要有两个,一是需要提升机床主铀转速,因此,当前的精密加工机床转速已从以往的几千转每分钟提升几万转;二是充分应用先进技术,比如:空气静压轴承、微驱动、精密定位及控制技术等。2)超精密研磨技术。比如:机械制造加工满足表面粗糙度在1~2mm,同时实施原子级研磨抛光的硅片。应用传统的磨削、研磨、抛光等技术方法,已难以满足上述要求。而为达成这些需求,只可以深入开展新技术、新方法的研究,这就促使了先进超精密研磨技术的出现。
四、结语
总之,对于现代机械制造行业来说,它的发展水平和质量直接受现代机械制造工艺和精密加工技术所决定。所以,在认识两者技术特性基础上,要深入研究,探索出符合我国机械制造工业发展实际的新型工艺、技术,促进我国现代机械制造产业的可持续发展。
参考文献
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[3]刘艺博.现代机械制造工艺的特点及发展趋势分析[J].科技展望,2016(12):55.
精密化工机械设计 篇10
【关键词】机械制造工艺；精密加工技术；工艺
随着科技的发展和时代的进步，机械制造工艺也在不断地提高，以往的机械制造工艺已经跟不上时代的步伐，满足不了对现在需求的生产水平。为了能够使企业稳步的发展，提高机械制造水平，引入先进的机械制造工艺和精密加工技术已是大势所趋。
1.现代机械制造工艺与精密加工技术的特点
1.1具有关联性
现在的机械制造工艺和精密加工技术涉及的技术范围比较广，不仅是体现在制作过程中，而且在产品的开发和调研也大量采用。在产品的设计和加工以及销售方面都涉及到制造工艺和精密技术，这些环节都是相互关联的，任何一个环节出现问题都会影响整个技术的应用效果。所以，想要通过提高技术达到更好的收益，必须掌握好机械制造工艺和精密加工技术在生产中的关联性。
1.2具有一定的系统性
随着科技的不断发展，机械制造业的生产技术也在不断的发展，随着现代先进技术引入，加快了机械制造业的发展。机械制造产业采用的现代科技包括计算机技术、数字信息、自动化系统、传感技术以及现代管理技术对生产过程中的设计、生产、销售等得到广泛应用。
1.3技术全球化发展
随着经济全球化发展，技术的竞争也越来越激烈，只有最先进最有效的技术才能占据现代市场的主导地位，所以发展先进技术刻不容缓。只有全面的提高先进的技术才能更好的让企业甚至过的得到更好地发展。所以，现代化机械制造工艺与精密技术对于全球化发展是非常重要的。
2.分析现代机械制造工艺
现代机械制造工艺所涉及的范围比较广。突出的制造工艺包括气体保护焊、电阻焊、埋弧焊、螺柱焊以及搅拌摩擦焊等五个方面，以下针对这五项技术在机械制造工艺中的应用进行分析。
2.1气体保护焊工艺
气体保护焊主要是以电弧为热源的一种新型焊接工艺，主要特点是通过气体保护被焊接的物体。在焊接过程中，其工作原理是在电弧周围产生气体保护层，将空气与电弧和熔池相隔离，有效地预防焊接在空气中受到影响，并确保电弧稳定且充分的燃烧。通常使用二氧化碳作为保护气体，由于二氧化碳气体能够有效地起到隔离作用，并且价格相对较低，所以在机械制造业中被广泛采纳。
2.2电阻焊工艺
电阻焊工艺指的是将被焊接物体紧压并进行通电，通过电流使被焊接物体的接触表面产生电阻热效应，从而进行加入融化，在通过压力将被焊接物体链接为一体，达到焊接的效果。采用电阻焊接工艺能够确保焊接质量，机械化程度高、加热时间短以及生产效率高和无污染等特点。所以被广泛应用在现代的机械制造领域。但是也存在一定的缺陷，比如设备成本较高，维修难度比较大，缺乏有效地检测技术。
2.3埋弧焊工艺
埋弧焊工艺就是在焊剂层下燃烧电弧而进行的焊接工艺。埋弧焊焊接工艺通常可以分为两种焊接方式，自动焊接和半自动焊接。自动埋弧焊的操作比较简单，可以直接进行焊接，通过小车来完成送进焊丝和移动电弧等操作。半自动埋弧焊需要进行手动送进焊丝，且在移动电弧时同样需要人工进行完成，因为半自动埋弧焊比较麻烦，而且需要人力比较大，在现代机械制造中已经很少被采用。就焊接钢筋而言，电渣压力焊已经完全取代了传统的手工焊接模式，具备更高的生产效率，能够更好的保证焊接质量。在选用这种焊接进行工作时，也要注意焊剂的选择，注重选择焊剂的碱度，因为焊剂的碱度是衡量焊接水平的一个重要标准。
2.4螺柱焊工艺
螺柱焊就是将螺柱的一端与管件表明相接，引通电弧以至于表面融化，在对螺柱进行压紧融合，而达到焊接的目的。螺柱焊接工艺一般也可以分为两种方式，包括储能式焊接和拉弧式焊接。采用储能式焊接时其熔身比较小，所以大多数应用在接触面大而材料薄的焊接，例如薄板的焊接，但是拉弧式焊接恰恰相反，用于焊接熔身比较大的地方，一般应用在重工业之中。但两种方式都能够单面焊接，具有不需要钻孔和铆接等特点。采用螺柱焊工艺不会产生漏气和漏水等现象，也被广泛应用在现代机械制造工艺中。
2.5搅拌摩擦焊工艺
搅拌摩擦焊接工艺起始于上世纪九十年代，由英国人研究出来的焊接工艺，并且被广泛应用在铁路、车辆、飞机以及船舶等制造行业里，并且应用领域不断扩大。采用搅拌摩擦焊工艺只通过消耗搅拌头就可以来完成焊接，不需要消耗焊以上几种工艺中的消耗品，而且在焊接铝合金时，可以很好的控制器焊缝的温度，使温度快速降低，并且非常节约材料，一个搅拌头可以焊接八百米的焊缝。
3.精密加工技术
精密加工技术种类繁多，主要包含精密切削技术、磨具成型技术、超精密研磨技术、微细加工技术和纳米技术。目前精密切削技术应用较广泛，精密切削技术是直接采用切削的方式获得高精度的方法，但是要想采用切削的方式获得高精度的加工水平，必须保证机床、工具等不受到外界因素的影响。例如采用机床进行加工时，必须保证机床具高刚度、热变形小、抗震性良好等特点，才能确保加工的精密度。
4.总结
机械制造行业要想不断的发展，必须跟随现代科技的发展步伐，积极引进现代机械制造工艺，保证技术与时俱进，同时引进高精度的加工技术，保证机械制造的生产质量，提高生产水平，使企业得到更有利的发展。根据文章的分析，我们必须认识到现代机械制造工艺和精度加工在制造业中占据的地位，并不断创新，为现代机械制造行业的发展提供有力的保障。 [科]
【参考文献】
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[3]张宪民.精密装备与精密制造技术[C].2009海峡两岸机械科技论坛论文集，2009.
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