机械工程科学发展总趋势.doc

1、铜陵学院毕业论文机械工程科学发展总趋势- 1 -一、机械学发展展望- 1 -二、制造科技发展展望- 2 -三、结束语- 3 -机械工程科学发展总趋势 在机械工程科学方面，虽然已经取得了瞩目的创新及进展，但必须清醒地认识到，我国机械工程科学总体上还处于落后状态。主要体现在：中国机械工程的理论、方法和技术对中国制造业的自主创新和发展的贡献不显著；中国学者提出的机械领域的新概念、新理论不多；有重要国际影响的机械工程理论、方法和技术不多；国际机械领域学术界有较大影响的中国学者很少。总体上中国机械工程学术领域在国际上的地位滞后于中国制造业在国际制造界的地位。未来机械工程学科的发展将主要受到两方面的制约和

2、推动，一个是制造业的创新发展，另一个是学科的演变进步。鉴于未来制造业发展的总趋势是全球化、信息化、绿色化、知识化和极端化(以下简称“五化”)。机械工程科学的基本任务，就是为制造业的“五化”提供所需求的机械系统新理论、新方法和先进制造技术。随着世界的进步、国家的需求和学科的发展，机械工程科学的发展出现了以下显著特点和趋势：一方面，高技术领域如光电子、微纳系统、航空航天、生物医学、重大工程等的发展，要求机械与制造科学向这些领域提供更多更好的新理论、新方法和新技术，因而出现和发展着微纳制造、仿生及生物制造、微电子制造等制造科学新领域；另一方面，随着机械与制造科学与信息科学、生命科学、材料科学、管理科

3、学、纳米科学技术的交叉，除了推动着机构学、摩擦学、动力学、结构强度学、传动学和设计学的发展外，还产生和发展着仿生机械学、纳米 摩擦学、制造信息学、制造管理学等新的交叉科学。由于我国未来将大力推进拥有自主知识产权的先进仪器及装备技术，因此，基于自主创新的高技术仪器及装备的设计制造的基础研究将得到更充分地重视和更快地发展；此外，由于21 世纪我国资源和环境面临空前的严峻挑战，要求机械与制造科学比以往任何时候更重视环境的保护、产品的安全性和绿色度、材料和能源的节省、机电装备的再制造以及新能源制造领域的研究。一、机械学发展展望(1) 机构学是机械工程学科中最有代表性的学科之一。机构学研究一方面应注重机

4、构学基础理论研究，以使我国在国际机构学界保持优势地位，另一方面应注重与制造和控制的学科交叉，在设计理论和关键技术两个方面同时取得突破，以开发出性能优良新机构和新装备。航空航天器、机器人机构、纺织机械、工程机械、微纳机构、仿生机构等工程中存在大量机构问题，机构学大有用武之地。(2) 摩擦学研究自20 世纪90 年代起有了长足发展，其基本经验是与纳米、生物、计算机以及与工程问题的交叉结合，发展了纳米摩擦学、生物摩擦学、表面减阻及亚纳米抛光技术等。今后的发展是进一步向学科面更宽的交叉方向界面机械与制造科学、纳米制造摩擦学和纳米生物摩擦学方向发展。此外，中国摩擦学领域的青年学者应当进一步加强在国际学术

5、界的影响，争取在国际学术界占有更重要的位置。(3) 机械动力学研究中，非线性动力学、复杂机电系统动力学分析和故障监测等领域已经有了很大的进展，但复杂系统及多场耦合的非线性动力学分析建模和故障预示监控依然是个国际性难题，大型复杂机电系统动力学设计仿真、微纳系统动力学分析及设计是我国学术界面临的重要前沿课题。(4) 机械设计学，目前我国制造业中高端技术装备中自主产权的产品少，现有机械设计理论、方法和技术落后是其重要原因，急需重点推动我国装备设计技术的发展。要重点推动复杂机电系统的概念设计、复杂系统总体设计、设计支撑系统(设计数据、知识和信息平台)、基于网络的系统性能仿真虚拟设计等领域的理论、方法和

6、技术的发展。二、制造科技发展展望制造技术的发展总趋势是基于资源节约和环境保护基础上的数字网络化、智能集成化、高效精确化及极端制造化技术。采用德尔菲调查方法及研究分析，未来我国将要重点发展的制造科技主要有以下8 个领域。(1) 空天及深海装备制造科技。未来飞机将进一步向大型、快速、轻型、舒适性、安全性方向发展；用于国防的各种飞行器，将向超快、精确、轻微及智能监控方向发展。高速、精确、智能化微型飞行器技术；微小制导技术；超低温、超真空、无重力极端条件下的装备设计与制造科学技术、智能作业机器人、超大型射电望远镜、适于高压腐蚀环境作业的深海装备的设计与制造技术等将得到大的发展。(2) 先进电子及通信制

7、造科技。未来20 年内，量子、纳米或商业基因计算机将问世。无线网络技术、网络光通信技术，卫星通信技术，基于网络的虚拟制造技术，非硅、量子、纳米、基因计算机芯片及其后封装科学技术将有大的发展。产品信息化和数字化；将传感、计算机及软件技术“嵌入”产品，实现产品的数字化和智能化；产品设计制造过程的数字化、虚拟化、网络化与智能化。例如数字智能轿车可以自动优化和选择路径、自动避撞和随时报告运转的状态和可能发生故障的时间和部位；数字智能柔性制造单元或系统能实现零件自主智能装卸、加工、检测和故障维护。智能数字网络多功能集成产品将会越来越多、越来越普遍，而且更新换代会越来越快。(3) 微纳米制造科技。从将纳米

8、尺度器件发展到纳米尺度产品的批量纳米制造将是今后20 年纳米制造领域的最大变化。纳米机械学、纳米尺度和精度器件的设计、制造、测量及装配科学技术；具有批量生产工艺的“自下而上”的生长型和“自上而下”的去除型以及前两者相结合的混合型制造技术将得到很大发展。(4) 新能源装备制造技术。由于一次能源将逐步枯竭，核能、深海能源、再生能源及清洁能源的研发和使用将大大促进该领域制造技术的发展。核能工艺及装备、深海能源探测及采掘工艺及装备、新能源和再生能源的装备制造、基于新能源的经济型汽车发动机及车辆设计与制造技术研究将得到更大重视和关注。(5) 绿色制造科技。即基于资源节约和环境友好的绿色可持续性制造，是一

9、项战略性制造理念、制造模式和制造技术。绿色可持续性制造包含无污染无废弃物制造、绿色产品的设计与制造、废旧机电产品的再制造、节能节材制造以及新能源装备制造五个方面。耗能耗材多、污染环境的机电产品和生产过程将会受到市场和法规的制约而逐渐减少或消亡，相反，新能源、节能节材和无污染机电产品及其生产过程将得到更大发展。电动汽车和燃料电池汽车如果能突破电池材料和低成本制造两大瓶颈，将会实现车辆业改朝换代的大革命。由于废弃产品的海增，再制造业将得到迅速发展。(6) 仿生制造科技。由于生物制造技术的发展，仿生人或动物器官开始用于临床；仿生机械、机器人更普遍地进入人们的生活。仿人器官制造技术、仿生机电系统，如仿

10、飞禽类飞机、仿动物机器人、智能机器人制造技术将有大的发展，与此相关的仿生机械学及仿生制造科学的深入研究是此项领域得以突破的关键。(7) 光子制造科技。研究表明，未来以激光为基础的光子学将超越电子学。激光由于所具有的准确性、高能量密度和可传输变换等其他任何能源无法比拟的突出优点，被誉为“未来制造系统的共同加工手段”，包括光子加工制造、激光加工、光化学加工、光电加工技术。其中强激光、飞秒皮秒激光加工、微纳尺度光子制造技术及科学是该领域的重点发展方向。(8) 数字装备制造科技。数字化制造装备包括极大极小尺度、高效率、高精度的智能数字化加工装备以及各类精密仪器和复杂机械系统。机械装备是机械制造工程和产

11、业得以实现的工具和依赖，是我国由制造大国走向制造强国的重要标志。涉及相关工程重要需求和学科交叉的关键装备及仪器设计理论与方法、创新制造工艺技术以及基于网络的智能数字化控制理论是需要重点突破的科技问题。三、结束语我国机械工程科学虽然已经取得了长足的进展，但与国际先进水平仍然存在很大差距。我们必须保持清醒的头脑，高瞻远瞩，尽快制定学科的长远发展规划，采取正确的学科发展战略和策略。加强对基础研究中原创性理论方法的支持力度，加强对原创性技术发明的支持力度。在继续保持和发扬摩擦学、机器人机构学等在国际学术界占有一席之地的同时，力争在2020 年前后机械与制造学科总体上进入国际先进行列。在机械工程领域学术

12、界，涌现多个在国际上有重大影响的科技成果和著名科学家；在机械与制造相关的国际学术界占有更多席位；有一批国际一流并在国际上有重要影响的国家实验室和工程研究中心；有一大批自主创新的重大科技成果转化为生产力，促使我国制造业产生更多的高技术产品和世界名牌企业。现代板材数控成形设备的现状【摘要】简述了中国现代制造业的特点及数控机床的基本组成。对常用的现代板材数控成形设备多点成形机，伺服压力机、卷板机，以及滑块上带气垫压力机、高速压力机等设备的应用现状进行了分析论述，最后简述了部分现代板材数控设备的发展趋势。 制造业是创造物质财富的基础，是国家安全的重要保证，是国家竞争力的重要体现。发达国家在重大装备关键

13、技术上对我国一直实行高技术壁垒与封锁政策。20多年来，我们以市场换技术的策略基本未收到成效，如哈电、东电、上电(北重)与西屋、GE等国外公司进行了多年的合作，但现在这些跨国公司都拒绝转让最新核心技术。因此，国民经济增长与可持续发展对制造技术提出了更高的要求，特别在一些重大或战略性行业，迫切需要开发具有我国自主知识产权的设计制造技术，实现我国由制造大国向制造强国的转变。金属板材成形设备作为国民经济的支柱产业之一汽车工业的重要装备，都需要其制造者及使用者了解数控金属板材成形设备的现状及发展，为企业的生存和发展奠定基础。为此，本文针对部分数控板材成形技术机械的现状及发展趋势进行探讨。1.金属板材数控

14、渐进成形机 金属板材数控渐进成形技术是根据工件形状生成的几何信息，用三轴数控设备控制成形工具头沿其运动轨迹对板材进行局部的塑性加工，使板材逐步成形为所需工件的柔性加工技术。该技术不需要专用模具便可加工任意复杂形状的工件，省去了设计产品过程中的模具设计、制造、试验修改等复杂过程，极大地降低了新产品的开发周期和成本，对于飞机等多品种小批量的产品、家用电器等新产品开发，以及汽车新型样车试制等具有较大的经济价值。金属板材数控渐进成形系统主要由成形工具头、支撑模型、导向装置、压边装置及机床本体组成。成形工具头在数控系统的控制下运动;支撑模型用来支撑板料，对于形状复杂的工件，可把支撑模型做成工件的形状，以

15、利于成形;压边装置用来固定板材，并且可沿导向装置上下移动。 金属板材数控渐进成形技术引入快速原型制造“分层制造”的思想，将复杂的三维模型沿z轴方向切成一系列二维断面，并沿这些断面轮廓生成加工轨迹。成形工具头在CNC系统的控制下，以走等高线的方式从最高层轨迹沿模型轮廓线运动，并一圈一圈向下对金属板材进行逐层辗压，使板材成形为与模型相同的形状。 加工前，首先将板材放置于支撑模型之上，用压边装置将板材固定。加工时，成形工具头从指定位置开始对板材的最高层(即第一层)进行单点渐进塑性加工，形成第一层截面轮廓后，成形工具头下移到设定的高度后，按截面轮廓运动而形成第二层轮廓，如此循环直至加工成所需零件。 使

16、用UG的CAM模块后处理工具生成了成形工具头的加工轨迹，一圈圈的加工轨迹对支撑模型形成一个包络面。如果这个包络面与支撑模型间发生错位，将严重影响成形精度，并撞坏模型和工具。因此，加工轨迹坐标(以机床坐标系为基准)与支撑模型坐标(称造型支撑模型时所采用的坐标系为支撑模型坐标系)的准确对位至关重要。为了有效地排除成形过程中坐标对位对零件上出现的拉裂、材料堆积、材料硬化等现象的影响，使进行更准确的工艺分析成为可能，必须完成该成形轨迹坐标的准确对位。但用人工对位的方法效率低、精度差，因此可采用基于机器视觉的非接触式加工轨迹坐标对位方法。图3所示即为基于机器视觉的坐标对位系统，由光源、CCD摄像机、数据

17、采集卡、工业控制计算机、图像处理与机床坐标自适应软件、CNC系统和运动驱动单元组成。2.数控激光切割机 激光切割设备的出现，是对钣金工业日常生产的改革。与其他加工设备比较，激光加工具有以下特点：(1)激光的光速直径极小，可进行狭窄的直边割缝。(2)对任何硬度的薄板或厚板、简单或复杂的形状均能有效加工。(3)切边质量高，工件不会受损伤，无机械变形，加工质量稳定可靠。(4)加工时不产生噪声。(5)两工件可同一切边，节省加工材料和工时，与计算机结合，可整张排料，从而降低材料耗费。(6)切割速度快，加工新产品时只需要很短的准备时间，生产效率高。激光切割的加工成本主要是气体的消耗、电力的损耗、设备的折旧

18、及维修费用，不需要模具，对小批量产品或形状复杂的大批量产品，以及工艺适合激光加工的产品，激光机的运转成本均低于数控冲床。在许多钣金企业中大多将二者配合使用，从而充分发挥各自的优点，以取得最佳的加工效果。目前，还有数控冲压/激光复合机床，它不是两种功能的简单合并，是把一种功能的强项和另一种功能的优点相结合，具有许多单功能设备无法比拟的优越性。3.数控剪板机 先进的CNC剪板机摒弃了一般剪板机的人工操作，由板料自动进给支承、卸除和堆垛系统组成，除可定位、送料和切断工件外，还可自动分选、收集剪下的碎片。对加工大量恒定尺寸的零件来说，效率甚高，且大大减轻工人的劳动强度。CNC设备的一次性投资虽然贵一些

19、，但可通过连续、大量的加工来弥补，最终使每个零件的加工成本降低。近年来，国内不同规模的钣金企业已意识到上述先进技术设备无论在性能与经济上，还是从加工方式的发展方向上，都是明智的选择，因而相继引进，使钣材加工水平大大提高，对于产品与世界接轨，走向世界起了关键的作用，同时，也标志着我国钣金生产的加工技术和装备水平已跨入世界先进行列。4.数控旋压设备 在近10年的时间里，我国的旋压设备完成了由液压仿行到全数字控制的转变。20纪60年代中期至90年代中期，我国设计制造的旋压机床基本上是液压仿行，控制精度较低，所采用的电器和液压控制元件性能差，机床的整体性能及可靠性低。对于一些形状复杂、加工工序道次多、

20、走刀轨迹复杂的零件，液压仿行旋压机床就暴露出加工效率低和其他一些功能上的缺陷。但这类机床经久耐用，抗冲击震动、抗负荷过载能力强，能够适用各种恶劣的工况。经过不断地维修整改，这些机床现在仍有不少在承担着大量的科研生产任务，30多年来为我国的航空航天事业做出了突出贡献。90年代末期，随着计算机技术的发展，各种进口元器件的大量采用，在综合吸收已经研制开发旋压设备的基础上，设计制造出集国际上最先进的数控系统、液压系统、机械及各种元器件于一身的完全代表了国际先进水平的旋压设备。其特点如下：(1)广泛采用国际上最先进、最流行数控系统如西门子840D，控制轴数多，控制精度高，性能稳定可靠。(2)液压系统采用

21、伺服阀或比例伺服阀，频响高，全闭环控制。尤其是比例伺服阀，集比例阀和伺服阀的优点，是数控旋压机床电-液转换最理想的控制元件。(3)主轴系统采用交流变频或直流调速，变频器采用进口，能够做到恒线速度。(4)采用进口主轴轴承、进口滚动导轨等旋转传动部件，提高了整个设备的精度和可靠性。(5)光栅尺、位移传感器、旋压编码器等多种位移，及位置反馈元件也采用进口元件。 由于采用了国际上最先进的数控系统、液压系统、机械传动及控制元件，结合自身的机械加工优势，国产旋压机床的整体水平已经达到国外21世纪初的水平。国产旋压机床的这种制造模式与国外其他旋压机生产厂商是一致的，与进口旋压设备相比，具有价格优势、维修及售

22、后服务优势、工艺服务优势。90年代末至今，我国共设计制造各类数控旋压机床70余台，其中包括单旋轮普通旋压机床、双旋轮普通-强力旋压机床、三旋轮强力旋压机床；各类专用旋压机床如立式皮带轮旋压机床、铝合金气瓶和钢质气瓶收口专用旋压机床、封头成形旋压机床、风机零件成形和翻边专用旋压机床；还有内旋压专用机床、滚珠旋压机床。机床的加工范围从502000mm，可成形零件高度最大达3000mm。就旋压机床的最重要参数径向旋压力来讲，单个旋轮的最大推力已经达到600kN。5.伺服和异步电动机联合拖动机械压力机 采用交流异步电动机和交流伺服电动机联合拖动机械压力机是目前研究的热点问题。国内某单位在现有J8425

23、0精压机结构的基础上，开发研制了一种双曲轴并联驱动肘杆式精压机JB84250。主要技术参数：公称力2500kN滑块行程80120mm滑块行程次数2545次/min主电机功率22kW伺服电机功率11kW 机器的驱动部分增加了一台可控伺服电动机作辅助驱动，用五杆机构完成输入运动合成。主电动机通过主曲轴L1驱动连杆a1，再驱动肘杆a2、a3，使压力机滑块运动的同时，改变伺服电动机的控制参数(如匀速转动、变速转动及在一定的相角内摆动等)就可实现对滑块运动速度、下死点位置及滑块保压时间(保压时间可达1/5周期)的调节。 新型JB84250精压机的主要特点是采用双曲轴双电动机协调配合并联驱动，兼容了J84

24、250精压机机构的高精度、高效率、高承载力的特点，增加了伺服电动机驱动机构柔性可调节的优点，可在一定范围内灵活调节冲压滑块的位置和速度，以适应不同零件加工工艺折弯单元，缩短折弯工序辅助时间，提高工件加工效率。该机代表了国内数控液压板料折弯机的最高水平。 近年来，数控板料折弯机出现了由液压驱动向机械传动回归的动向。这种回归不是机械传动简单地替代液压驱动，而是采用伺服电动机带动滚珠丝杠直接驱动折弯滑块，形成新型数控板料折弯机。上海冲剪机床厂生产的ME50/2550型数控板料折弯机、江苏扬力集团有限公司生产的EB3512型数控板料折弯机和湖北三环锻压机床有限公司生产的PPH35/13型数控板料折弯机，折弯滑块由两台伺服电动机同步驱动，在滑块平衡快速运行的同时，滑块挠度得到有效补偿。伺服电动机直接驱动的优点在于能耗、噪声、污染和制造维修成本大为降低，机床的可靠性、工作速度和效率得以提高。该类数控板料折弯机滑块空程速度可达100mm/s，折弯速度1015mm/s，空程速度70mm/s；滑块定位精度为0.035mm，重复定位精度为0.01mm。 至此，我国数控液压板料折弯机在技术层面上已具备了网络化的条件，并开始出现向网络化和单元化发展的趋势。.忽略此处.- 7 -