医学影像技术概述

医学影像技术概述（共10篇）

1.医学影像技术概述 篇一

关于氧疗的医学理论概述

新理论一：吸氧并非越浓越好

国际医学专家们一致认为，氧浓度高于40%时，长时间吸入会引起氧中毒。“氧中毒”一般发生在长期吸氧的病人中。尽管适当吸氧能提高人体细胞新陈代谢能力、增强人体免疫力，但长期吸入高浓度氧气也会引发肺泡表面活性物质减少，肺泡内渗液，出现肺水肿，出现头昏、面色苍白、心跳加快等诸多问题。更为严重的是，氧中毒不容易被觉察，往往在２—３天后才会出现临床症状，此时再进行抢救往往容易贻误时间。一些家庭用氧者往往不注意吸入氧气的浓度和时间，认为氧浓度越高越好，吸氧的时间越长越好。这就增大了氧中毒的危险性。

日本国立中央医院院长吉松俊一说：

吸氧对包括心脑血管疾病和老年痴呆症在内的一切老年病有明显效果„„ 但氧气并非越浓越多越好，高浓度给氧通常用于急性呼吸衰竭（如呼吸、心脏聚停、急性呼吸窘迫综合症、急性中毒呼吸抑制等）。但这种氧不宜长期使用，除产生严重依赖性外，还易发生氧中毒和其它并发症，而更应注意的是：吸高浓度氧会悄悄加速人体脏器的衰竭，而吸氧者却很难察觉。

解放军401医院医学专家曹志萍：

以上发生氧中毒事件都是因为长期吸高浓度的医用氧所致，所以只有吸浓度为30%左右的富氧才是安全的，才会真正起到保健和治疗的作用，而不会出现氧中毒的现象。

全国中医老年脑专业委员会秘书长陶 凯：确定吸氧浓度的原则是，在保证肌体缺氧状况迅速改善的前提下，尽量

减低吸氧浓度。

关于氧中毒的报道：

据新华社南宁2月9日专电（记者何丰伦、廖毅琳）家住广西柳州市的老人冯萍霞，这几年已经习惯了在家里吸氧。春节期间，由于忙于应付各种各样的应酬，身体乏力，她自行加大了氧气的浓度，没想到出现了咳血的症状。医生检查后发现导致冯大妈咳血的罪魁祸首是氧气浓度。有多年临床经验的胡大夫说“保健用氧的氧气浓度不能超过40％，超过这一浓度后2～3天，氧中毒的可能性大大增加。”

据《卫生与生活》报道 广州市冯女士早产，孩子生下来只有1500多克，呼吸急促，嘴唇发紫。医生立即在其鼻孔里插上管子吸氧。3个月后，“看上去没有什么异样”的孩子因感冒发烧上医院检查时，却意外发现孩子是个“瞎子”。眼科专家分析，这是氧气治疗后副作用所致的早产儿视网膜病变。

新理论二：科学吸氧 选择富氧

科学研究表明： 人体最适合的氧浓度为30%，医学专家们将其称之为“富氧”和“生命氧”。利用补给30%浓度的氧气来改善人体的生理、生化内环境、促进代谢过程的良性循环，以达到保健与治疗疾病、缓解症状、促进康复和预防病变、增进健康和美容目的氧疗方法就是“富氧保健法”。家庭购买补氧设备，坚持定期长时间的进行富氧保健，既是一种重要而实用的治疗手段，又是一种有效的日常保健方法。

薛庆元 国家中医药管理局传统医药国际交流中心医务部主任、健康专家

长期氧疗的最佳选用氧浓度应是30%左右，不应选择浓度过高的氧。高浓度氧会加快生命衰老，进入人体的氧与细胞中的氧化酶发生催化反应，进而变成脂褐素，加速心肌细胞老化、心功能减退；造成血管老化和硬化，引起智力下降，记忆力衰退，使人变得痴呆等。

迟永春 中日友好医院医学专家 临床医学研究所教授 研究生导师

《氧疗的医学作用》中关于氧浓度： 应选择30%浓度的氧，它能够调节人体机能、大脑能力及缓解以上疾病。使用者不能选择高浓度的氧，高浓度的氧会产生氧自由基，攻击和杀死各种细胞，导致细胞代谢和器官功能障碍，促使基因突变，诱发癌症。新观念三：氧疗是最天然，最有效的保健方法

进入新世纪以来，人类的生存环境发生了巨大转变，空气、水等受到污染，生活节奏加快，这些都加剧了各类疾病的发生，人们纷纷寻找更好的保健方法进行有效地预防。各国科学家们经过多年的研究得出这样的结论；氧疗是人类迄今为止发现的最天然、最有效的保健方法之一。它不仅能预防各类疾病的发生，并且能改善各类疾病的症状，减轻病人的痛苦，加速病人的康复。

德国诺贝尔医学奖获得者 瓦鲁特博士 ：“所有疾病都是从缺氧开始的”。第二军医大学教授 陶 恒：“吸氧所产生的美容效果不低于任何美容化妆品”

中国首届百名中医药科普专家 王彩丽 主任医师、教授：“ 只有病人才需要吸氧”，这是一种误解。80年代以来在经济发达国家，吸氧已成为时尚，小型氧气机成为畅销品，约20％的家庭拥有小型制氧设备。

吸入30%的氧能够调节人体机能，是缓解各种疾病、降低突发性疾病发病率的有效方法。

一、富氧可缓解心绞痛、预防猝死型冠心病、心肌梗塞的发生。

二、富氧对糖尿病、高血压、高血脂有辅助治疗效果。

三、富氧可有效治疗哮喘、肺气肿、肺心病、慢性支气管炎。

四、富氧对吸烟和酗酒人群可起到保健作用。

五、富氧对健康人士、孕妇、脑力工作者可起保健作用。

2.医学影像技术概述 篇二

一、焦虑动物模型

焦虑是由预先知道但又不可避免的即将发生的应激性事件引起的一种心理预期反应, 以恐惧、担心、紧张等精神症状为主要表现, 多伴有心悸、多汗、手脚发冷等植物神经功能紊乱。从进化的角度讲, 动物所表现的防御反应是人类恐惧和焦虑反应的原始成分。因此, 动物所表现的恐惧样反应与人类的焦虑反应具有同源性, 可作为焦虑动物模型的行为学基础。

(一) 高架十字迷宫模型

为非条件反射模型, 根据M ontgom ery的思想设计, 它利用动物对新异环境的探究特性和对高悬敞开臂的恐惧心理, 形成动物的矛盾行为, 以进入开臂的百分数 (O E) 和在开臂停留时间的百分数 (O T) 反映动物的焦虑状态, 焦虑动物的O E和O T明显降低。这种方法以自发行为为基础, 动物不需特殊训练, 实验方法快速简便。

(二) V ogel'S饮水冲突模型

为条件反射模型, 该模型利用禁水动物烦渴心理和对饮水时受到的电刺激而产生的恐惧形成动物的矛盾冲突行为。以动物舔水次数 (LN) 和被电击次数 (SN) 作为评价焦虑指标。有焦虑情绪动物的LN和SN明显减少。

(三) 氯苯哌嗪 (m C PP) 诱导焦虑的明显箱模型

1998年, B ilkei G orzo A等在前人工作的基础上, 建立了大鼠m C PP诱导焦虑的明显箱模型, 焦虑症状是通过对动物进入明箱的活动次数表现的, m C PP有明显的致焦虑作用, 使动物进入明箱的次数明显减少。用m C PP诱导焦虑的大鼠, 可造成动物脑内5一羟色胺递质系统发生变化, 是第一个部分模拟临床病理性焦虑的模型。

(四) 群居接触焦虑模型

G uy等进行大鼠群居接触实验, 制作群居模型敝箱。将大鼠先以每笼2只进行饲养, 2周后, 每笼大鼠同时放入敝箱适应8m in, 连续2天, 第3天将大鼠按体重相近原则重新配对 (配对大鼠体重相关一般不超过15g) , 每组6对。测试时将要新配对的相互不熟悉大鼠放入敝箱, 以其彼此间嗅, 爬上或下钻, 理毛, 性探究, 跟随或围绕转等正常的群居接触行为减少作为评价焦虑指标。

二、抑郁动物模型

抑郁是一种以情绪低落, 思维迟钝, 行为迟缓为主要表现的心理障碍可伴有睡眠减少, 体重降低等躯体症状。不可控制的应激是其产生的重要原因。因此, 所有抑郁动物模型共同的特点就是:抑郁行为是由不可控制的负性事件所产生的。

(一) 行为绝望模型

亦称“强迫性游泳实验”, 是将大鼠 (或小鼠) 置于盛水的环形玻璃缸内强迫游泳, 动物最初在水中拼命游动、挣扎、试图逃脱, 随之感到逃脱是不可能的, 便不再挣扎的游动, 仅将头部露出水面, 肢体漂浮, 维持一种不动状态, 将此状态称为“行为绝望”。

(二) 获得性无助动物模型

给予动物连续的非控制性的令其厌恶的刺激 (电击) , 经多次处理后, 即使将其放在可以逃避电击的环境中, 如穿梭逃避或压杆逃避, 也表现为完全不能或极缓慢的逃避行为或操作, 处于无动或无助的状态。获得性无助动物对电击引起的行为反应呈双相性, 最初表现为躁动、挣扎、嘶叫, 但无逃脱的企图, 随之出现淡漠、孤独, 不能和新的环境发生联系。究其原因可能归于学习失败, 这和内源性抑郁十分相似, 可作为其代表性的动物模型。

(三) 慢性温和应激的抑郁动物模型

将动物长时间的暴露在多种不可预知的应激源下, 应激源包括不定期的禁水、禁食、震动、电击、游泳等, 由此引起动物对奖励刺激的缺乏 (主要是对可口的甜味溶液的消耗量降低) 作为抑郁的表现。慢性温和应激更真实的模拟了人们在现实生活中遭遇的“困难”, 动物对甜溶液的饮用量降低反映了抑郁的核心症状, 即快感缺乏。该模型中, 动物的糖精水溶液的摄入量明显降低, 快波睡眠的时间增加, 慢波睡眠时间缩短。

三、心理应激动物模型

应激是指机体在受到各种内外环境因素刺激时所出现的非特异性全身反应, 可以由不同的生理、心理及综合因素引起。有研究表明, 适度的应激可以动员机体的非特异性适应系统, 提高机体应对外界挑战的能力, 对机体而言具有积极意义。而长期过度应激则易对机体造成伤害, 甚至引起一系列疾病的发生。

(一) 情绪社会心理性应激模型

利用动物存在与人类相似的恐惧、绝望、愤怒等情绪反应, 施加一些社会性心理应激因素。目前应用较为广泛的是愤怒心理应激模型。Sgoifo等利用单独饲养的大鼠易出现攻击性, 当放进入侵鼠时则出现攻击、愤怒的特点, 将大鼠连续10天孤独饲养并施以昼夜颠倒环境, 使之产生领地归属感, 在第11天当独养大鼠处于夜间兴奋状态时, 将1只陌生大鼠放入独养大鼠笼内, 独养大鼠即会因入侵鼠的侵入产生强烈的愤怒感和激越心理, 由此构建了独养大鼠的愤怒社会心理应激模型。

(二) 不可逃避性应激模型

这类模型主要模拟了人们生活中无法避免的拥挤、环境嘈杂、挫折等生活状态。其共同点是将动物置于无法逃脱的应激环境中, 给予一种或多种刺激诱发心理应激反应。常用的刺激因素有电击、噪音、束缚等。1999年, Keane等将小鼠束缚在特制的圆柱筒12小时, 观察到小鼠发生了明显的精神性变化, 后经证明这种方法可以较好地模拟纯粹的心理挫折应激, 目前已成为心理应激的经典模型。根据施加束缚因素的同时是否附加其他刺激, 可分为单纯束缚应激和复合束缚应激两种模型。

此类造模方法利用动物“前进后退”的心理冲突, 模拟人们在生活中面对重大抉择时的心理冲突情景, 其经典模型为惩罚性饮水实验。由电脑时控仪和饲养笼联结成电流环路, 设定程序使电脑时控仪随机地决定电路的通与否。当电路接通时, 若小鼠饮水, 则会遭受电击;电路未接通时饮水则不会受到电击, 由此造成小鼠饮水时的心理冲突, 产生焦虑愤怒情绪。

(四) PT SD动物模型

PTSD即“创伤后应激障碍”是指在强烈的精神创伤后发生的一系列心理、生理的应激反应所表现出的一系列临床综合征。

1. 惊厥阈下电刺激PTSD模型

通过边缘系电刺激的方法刺激大鼠海马建立模型。该模型用6~7周龄雄性W istar大鼠, 以海马C A I区为诱发部位, 通过重复电刺激, 诱发了实验动物明显的、较长时程的活动习性改变、警觉水平过高、惊恐行为、环境适应能力下降、躲藏逃避反应等多种与PTSD临床表现相似的精神、行为障碍表现。

2. 点击加幽闭PTSD模型

该模型中将W istar大鼠置于密闭不透光小盒子中, 盒子下部为可通过电流的不锈钢栅栏, 大鼠处于无法逃避的足部受到持续电流刺激的状态。电流刺激的间隔随机。上下午各一次, 间隔不少于4小时, 连续刺激达三天。实验结束后数天用穿梭箱实验对大鼠的认知功能进行检测。

四、睡眠剥夺动物模型

睡眠剥夺是指由于某些原因导致的睡眠数量被迫减少, 可以造成机体的疲劳、作业能力下降、免疫力下降、警觉水平降低等不良反应。利用睡眠剥夺动物模型主要是研究睡眠剥夺对精神行为、认知记忆和作业能力的影响。通常采用小平台水环境法建模, 模型选用W istar雄性大鼠, 将其置于4.5cm的小平台上, 周围是水环境, 自由取食和饮水, 大鼠在站台上屈曲而立用此方法连续剥夺其R EM睡眠, 可观察其精神行为变化。

五、吗啡成瘾及戒断模型

吗啡类药物可以激活脑内奖赏系统, 产生对药物的不断渴求。多次用药后导致脑内与强化反应有关的神经部位出现形态改变。吗啡类物质依赖表现为躯体依赖和精神依赖两方面。目前主要通过建立动物模型并引入分子生物学等研究手段对“心瘾”的生物学机制进行研究, 探索吗啡依赖戒断后的焦虑情绪和渴求行为及其神经生物学改变规律。

参考文献

[1]MatsudaS, Peng H, Yoshimura H, et al.Persistent c-fos expression in the brains of mice with chronic social stress.Neurosci Res, 1996.

[2] Keane MM, Ettenberg SA, Nau MM, et al. Chemotherapy Augments TRAIL-induced Apoptosis in Breast Cell Lines.Cancer Res, 1999.

[3]Guy AP, Gardner CR．Pharmacological Characterisation of a Modified Social Interaction Model of Anxiety in the Rat.Neuropsychobiology, 1985.

3.电火花加工技术概述 篇三

题目：电火花加工技术概述

专业：

机

械

类

姓名：

喻

娇

艳

年级：

2013 级

班级：

机械类1306班

学号：

201303164193

武汉科技大学 机械自动化学院

2016年 6月 10日

电火花加工技术概述

喻娇艳

（武汉科技大学 机械自动化学院, 湖北,武汉）（13级机械类专业,学号201303164193）

摘要：电火花加工（Electrospark Machining）在日本和欧美又称为放电加工（Electrical Discharge Machining,简称EDM）,是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺,本文从电火花加工的研究现状、基本原理、发展前景等三方面加以论述.关键词：电火花加工的研究现状

基本原理

发展前景

Summarize of Electrospark Machining Technique

YU Jiao-yan(College of Machinery and Automation, WuHan University of Science and Technology, HuBei

WuHan 430074)Abstract: Electrospark Machining Technique is also called Electrical Discharge Machining(EDM)in Japan and Occident,it’s a new technology of machining using electrical and heat energy directly.This article discusses it in addition in three aspects including it’s research status,fundamental principle,future prospects,etc.Keywords: Research status;Fundamental principle;Future prospects

1、前言

从前苏联科学院拉扎连柯夫妇在1943年研制出世界上第一台实用化电火花加工装置以来,电火花加工已有70多年的历史,发展速度是惊人的,目前已广泛应用于机械、宇航、航空、电子、电机、仪器仪表、汽车、轻工等行业,它不仅是一种有效的机械加工手段,而且已经成为在某些场合不可替代的加工方法.例如,在解决难、硬材料及复杂零件的加工问题时,应用电火花加工技术十分有效.据统计,目前电火花加工机床的市场占有率已占世界机床市场的6%以上.而且随着科学技术的不断发展,现代制造技术极其相关技术为电火花技术的发展提供了良好机遇.柔性制造、人工智能技术、网络技术、敏捷制造、虚拟制造和绿色制造等现代制造技术正逐渐渗透到电火花加工技术中来,给电火花加工技术的发展带来了新的生机.近年来,国内外很多研究机构对电火花加工技术进行了大量的研究,并且在许多方面取得了显著进展[1-5].2、电火花加工技术的研究现状

经过60多年的发展,电火花加工技术已日趋完善.2011年第十二届中国国际展览会上,40余家国内外特种设备生产商携机参展.在高速铣削技术日趋成熟且飞速发展的今天,包括电火花加工在内的特种加工技术的市场定位越来越清晰,向高速、微细、精密领域发展成了放电加工领域主要突破方向.适合超精密加工的智能化电源技术得到了实质性应用,瑞士的AgieCharmilles公司开发的ISPG智能脉冲电源在加工表面质量、电极损耗、生产效率等方面都达到了新的高度,采用SF模块进行精密加工,表面粗糙度可以达到0.05微米Ra的水平,电极损耗大幅下降,和以往电源相比生产效率提高近30%;日本MAKINO公司开发的EDAF2型机床配备的智能脉冲电源,其超级放电技术(SST),具有放电量自动调节(AFT)、节能、低损耗、超精面加工等功能.国内放电加工技术同时也得到长足的进步.在国家科技重大专项展品方面,苏州电加工研究所有限公司研制的D7132五轴联动电火花加工机和北京市电加工研究所所研发的N850五轴电火花成形机都配置了智能化脉冲电源及高精加工电路,可稳定实现0.1-0.15微米Ra的精密加工.随着趋于微米加工的需求,对电火花加工设备的热稳定要求越来越高,事实上,热稳定指标已成为一种独立的系统广泛应用于机床的生产领域,Charmilles的FDRM3000机床的温度恒定系统是通过具有恒定温度介质冷却各运动轴的直线光栅系统,作为温度补偿系统的一个稳定参照.相比之下,我国在这方个面的的研究和应用与国外先进水平相比还存在较大差距,随着数控电火花技术逐步向精密、微细方向发展,行业内已认识到热变形现象对加工精度影响的重要性并启动了这方面的研究工作,相信不久的将来一定会有突破性发展 [6].3电火花加工技术的基本原理

电火花加工是利用侵在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种方法,又称放电加工或电蚀加工,英文简称EDM.我们可以把整个过程分成彼此独立又相互联系的三个阶段：电离准备阶段、放电热蚀阶段和削离抛出阶段[6].原理图依次如下图所示.模型图

进行电火花加工时,工具电极和工件分别接脉冲电源的两极,并浸入工作液中,或将工作液充入放电间隙.通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给,当两极间的间隙达到一定距离时,两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿,产生火花放电.实现电火花加工的条件: 1.工具电极和工件电极之间必须维持合理的距离.在该距离范围内,既可以满足脉冲电压不断击穿介质,产生火花放电,又可以适应在火花通道熄灭后介质消电离以及排出蚀除产物的要求.2.两电极之间必须充入介质.在进行材料电火花尺寸加工时,两极间为液体介质（专用工作液或工业煤油）;在进行材料电火花表面强化,两极间为气体介质.3.输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大.在火花通道形成后,脉冲电压变化不大.因此,通道的电流密度可以表征通道的能量密度.能量密度足够大,才可以使被加工材料局部熔化或汽化,从而在被加工材料表面形成一个腐蚀痕（凹坑）,实现电火花加工.4.放电必须是短时间的脉冲放电.放电持续时间一般为10-7-10-3s.由于放电时间短,使放电时产生的热能来不及在被加工材料内部扩散,从而把能量作用局限在很小范围内,保持火花放电的冷极特性.5.脉冲放电需重复多次进行,并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的.其一时间上相邻的两个脉冲不在同一点上形成通道;其二,若在一定时间范围内脉冲放电集中发生在某一区域,则在另一段时间内,脉冲放电应转移到另一区域.6.脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外,使重复性放电顺利进行.一方面,火花放电以及电腐蚀过程本身具备将蚀除产物排离的固有特性;蚀除物以外的其余放电产物（如介质的汽化物）亦可以促进上述过程;另一方面,还必须利用一些人为的辅助工艺措施.电火花加工主要用于加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件;加工各种硬、脆材料,如硬质合金和淬火钢等;加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等;加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具;加工稀有贵重金属及特殊零件,以及多品种、多规格的新产品试件零件的加工[7].4 电火花加工技术的发展趋势

电火花加工技术是一项历史比较悠久的技工技术,在航空航天和模具的加工行业被广泛地应用,其能够对那些硬度比较大的复合材料进行加工,而且这项技术的优势还是比较明显的,是材料加工的重要方法.现在,科学技术实现了高速的发展,能够根据生产的需要进行不同类型的加工,其加工的方向朝着柔性的方向发展,而且在材料加工过程中能够节省大量的时间.所以,应该在电火花加工技术原有的优势的基础上,提高其加工的精密程度,实现环保型的加工,完善加工的方法,使电火花加工技术能够在更加广阔的范围中使用[5].电火花加工技术朝着精密化的方向发展

电火花加工技术越来越精密,在材料的尺寸选择上,其实现了高度的精密化,而且在材料的表面质量是比较精确的.在对电火花进行加工的过程中,能够对放电的间隙进行合理的处理,这就使材料加工的精度非常高.加工的间隙在处理的过程中是非常平均的,这就提高了这项加工技术的稳定性.电火花加工技术中,放电间隙是比较小的,而且能够根据材料的不同,分成不同类型的间隙,能够将放电状态进行精确化的检测.电火花加工技术在运行时,由于受到外部因素的影响,所以其效果也是不同的,要强化加工间隙的处理就必须提高伺服控制,还要对其加工的状态进行检测,确保电源是稳定的.在运用电火花进行精密化加工的过程中,需要制定一定的标准,如尺寸标准等,从而能够使材料的表面精度提高.但是,在进行电火花加工时,电极的损耗程度受到外界的影响,尽管工作人员可以对电源和工作介质进行控制,能够尽量减少电极损耗,但是,在进行电火花精确化加工的过程中,还是存在着大量的电极损耗的问题,这就使材料在加工时尺寸存在一定的误差,所以,要根据材料尺寸的要求对材料进行反复地加工,会浪费很多的时间.所以,在进行电火花加工的过程中,要减少电极的损耗.在电火花加工技术中,提高其表面质量的准确度也是重点问题,电火花加工的表面是由一个个微小的凹坑构成的,在加工后表面上会形成一个个的裂纹,这时就需要对表面进行抛光,使表面变得平整,这就使材料加工的成本上升,而且会导致电火花加工技术的效率下降,而且还不能够采用自动化的加工方法.所以,在进行电火花加工的过程中,要实现其表面质量的精密度是相当重要的,可以运用低速的走丝切割技术,在表面形成一个变质层,能够对表面进行保护,防止表面出现凹凸不平的问题.电火花加工技术的微细化方向

在材料的实际生产的过程中,微机电系统得到了较为广泛的应用,而且材料的加工越来越朝着微细化的方向发展,在电火花加工技术中要实现微细化的发展,其能够体现出电火花加工技术的特征,在加工的过程中,材料与材料之间是不能形成宏观的作用力的,而且加工不会受到材料硬度的影响,从而能够使材料在加工的过程中朝着微细化的方向发展.电火花磨削技术使电火花加工技术更加得细致,所以,微细化的发展是今后电火花技术发展的一个重要的趋势.提供少量的能量电源也是今后电火花技术发展的重点,所以,维系电火花技术能够完善材料加工的速度,能够在一定程度上实现多元化的加工.现在,微细多孔电火花加工技术还是比较完善的,其能够形成阵列式的孔隙,能够形成两个不同线路的磨削系统,然后对材料实现粗加工,在粗加工的基础上,能够采用微细电极,对材料的尺寸进行微细化的加工,结合超声振动的方法,能够在一定程度上完善微细电火花加工技术.电火花加工的高速高效化方向

电火花技术与传统的切削加工对比,其性能还是比较优越的,电火花技术加工材料的效率非常高,能够提高材料生产率.按照对电火花加工技术的相关原理来说,其能够提高材料的加工速度,主要在于其使用了节能的电源,能够在一定程度上使加工时的电力更加得充足,从而能够提高电火花加工技术的用电效率,在传统的材料加工过程中,电能的利用率还不到30%,很多电能都通过大量的电阻消耗,所以在电火花加工中采用新型的电源,能够完善电火花加工的用电率,使电能损耗能够减少.电火花加工技术是运用了铣削技术的,在材料的形状比较复杂时,电火花铣削加工技术能够结合复杂的电极,从而能够节省电极在制作过程中消耗的大量的时间,电火花铣削加工技术要分析电极消耗的电能,分析其补偿问题,而且还会受到外界因素的影响,所以,在对电极损耗进行分析时,尽量采用在线分析的方法,从而能够在一定程度上完善加工的效率.在气体的介质中进行电火花铣削加工技术,其可以运用自动化的手段,使加工的效率能够显著的提高,而且能够结合伺服系统,节省了一半的时间.而且其能够借助直线电机加工的方法,这种方法在材料加工时性能更加得稳定,使材料的性能更加得完善,即使在对深小孔进行加工,也能够在一定程度上借助电磁式的驱动程序,使电火花的加工效率提高.运用了先进的技术手段,借助了与电火花加工技术配套的机床技术,从而能够实现对加工的控制,建立模型,从而实现电火花加工技术的高效发展.绿色环保的电火花加工和复合加工方法

在采用电火花加工技术对材料进行加工时,不用使用液体冷却的方法,在材料加工时采用的是气体作为介质的,这符合可持续发展的加工模式.在实际的应用中,电火花加工中会产生大量的工作液,这些工作液会造成很严重的污染,在这些工作液中含有大量的碳氢化合物,这些化合物能够在空气中挥发,从而导致空气污染.而且在电火花加工时,在高温的条件下,会形成大量的烟气,这些烟气中含有大量的二氧化碳和一氧化碳,直接会对人体不利.这些气体还会对机床产生腐蚀作用,在加工的过程中形成电解质的废物,对水资源和土地资源造成极大的污染.在现在的电火花加工技术中,逐渐实现了采用气体介质的方式,这样就不会产生大量的废气和废水,从而能够实现环保型的加工,而且其加工的成本是比较低的,在加工的过程只需要采用空气就能够完善材料的加工.现在,气中电火花加工技术还不太成熟,还在研发的过程中,但是在不久的将来,其一定可以得到很好的应用.电火花加工技术也可以结合超声进行加工,这样能够提高加工的速度.新研发的电火花加工工艺

要使电火花加工技术能够走得更加得长远,就必须不断研发新技术,从而能够为材料的加工提供动力.现在,在电火花加工技术中,主要是对绝缘陶瓷加工技术进行研究,这种加工方法实现了新的突破,能够在一定程度上使电火花加工技术的内容加以扩宽,使其研究方向更加得广泛.在对传统的电火花加工技术进行研究的过程中,其局限性在于只能运用液体介质,所以还是会产生一定的污染.在使用绝缘陶瓷技术进行材料的加工时,其能够突破导电材料自身的限制,能够通过在陶瓷的表面覆盖电极的,从而能够实现对电极区域的加工.然后将产生的一氧化碳和二氧化碳气体去除.现在,新型的电火花加工技术,如立式旋转电火花切割加工工艺实现了长足的发展,能够实现连续的切割,防止了断丝的发生,而且在材料的加工中具有较强的稳定性,能够减少材料表面的粗糙度.这项技术在原理方面呈现出很多优点,其能够分析材料的加工机理,能够从加工的动力学角度去完善加工的效率,但是,这项技术才开始投入使用,所以还需要进一步的完善,而且相关的设备也需要完善,应该建立起配套的设备.结语

现在,电火花加工技术已经在各个行业得到了广泛的使用,其发展前景还是比较好的,所以,在运用电火花技术进行材料的加工时,尽量提高其效率,减少污染,使材料的加工朝着精细化和微细化发展,结合超声技术,使材料的加工效率更高.参考文献

4.模具高速铣削加工技术概述 篇四

在现代模具生产中，随着对塑件的美观度及功能要求得越来越高，塑件内部结构设计得越来越复杂，模具的外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，相应的模具结构也设计得越来越复杂，这些都对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中。

数控高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。相对于传统的切削加工，其切削速度、进给速度有了很大的提高，而且切削机理也不相同。高速切削使切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加了，切削时间减少了，加工效率提高了，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小量快进使切削力减少了，切屑的高速排出减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬钢件(HRC45~HRC65)的加工过程中，采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序，从而避免了电极的制造和费时的电加工，大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。对于一些市场上越来越需要的薄壁模具工件，高速铣削也可顺利完成，而且在高速铣削CNC加工中心上，模具一次装夹可完成多工步加工。

高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在EDM电极加工、快速样件制造等方面也得到了广泛应用。大量生产实践表明，应用高速切削技术可节省模具后续加工中约80%的手工研磨时间，节约加工成本费用近30%，模具表面加工精度可达1 m，刀具切削效率可提高1倍。

二、高速铣削加工机床

高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。

1. 高稳定性的机床支撑部件

高速切削机床的床身等支撑部件应具有很好的动、静刚度，热刚度和最佳的阻尼特性。大部分机床都采用高质量、高刚性和高抗张性的灰铸铁作为支撑部件材料，有的机床公司还在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和热稳定性，这不但可保证机床精度稳定，也可防止切削时刀具振颤。采用封闭式床身设计，整体铸造床身，对称床身结构并配有密布的加强筋等也是提高机床稳定性的重要措施。一些机床公司的研发部门在设计过程中，还采用模态分析和有限元结构计算等，优化了结构，使机床支撑部件更加稳定可靠。

2. 机床主轴

高速机床的主轴性能是实现高速切削加工的重要条件。高速切削机床主轴的转速范围为10000~100000m/min，主轴功率大于15kW。通过主轴压缩空气或冷却系统控制刀柄和主轴间的轴向间隙不大于0.005mm。还要求主轴具有快速升速、在指定位置快速准停的性能(即具有极高的角加减速度)，因此高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、热压氮化硅(Si3N4)陶瓷轴承磁悬浮轴承式等结构形式。润滑多采用油气润滑、喷射润滑等技术。主轴冷却一般采用主轴内部水冷或气冷。

3. 机床驱动系统

为满足模具高速加工的需要，高速加工机床的驱动系统应具有下列特性：

(1) 高的进给速度。研究表明，对于小直径刀具，提高转速和每齿进给量有利于降低刀具磨损。目前常用的进给速度范围为20~30m/min，如采用大导程滚珠丝杠传动，进给速度可达60m/min;采用直线电机则可使进给速度达到120m/min。

(2)高的加速度。对三维复杂曲面廓形的高速加工要求驱动系统具有良好的加速度特性，要求提供高速进给的驱动器(快进速度约40m/min，3D轮廓加工速度为10m/min)，能够提供0.4m/s2到10m/s2的加速度和减速度。

机床制造商大多采用全闭环位置伺服控制的小导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠。随着电机技术的发展，先进的直线电动机已经问世，并成功应用于CNC机床。先进的直线电动机驱动使CNC机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题，加快了伺服响应速度，提高了伺服控制精度和机床加工精度。

4. 数控系统

先进的数控系统是保证模具复杂曲面高速加工质量和效率的关键因素，模具高速切削加工对数控系统的基本要求为：

(1) 高速的数字控制回路(Digital control loop)，包括：32位或64位并行处理器及1.5Gb以上的硬盘;极短的直线电机采样时间

(2)速度和加速度的前馈控制(Feed forward control);数字驱动系统的爬行控制(Jerk control)。

(3) 先进的插补方法( 基于NURBS的样条插补)，以获得良好的表面质量、精确的尺寸和高的几何精度。

(4)预处理(Look-ahead)功能。要求具有大容量缓冲寄存器，可预先阅读和检查多个程序段(如DMG机床可多达500个程序段，Simens系统可达1000~个程序段)，以便在被加工表面形状(曲率)发生变化时可及时采取改变进给速度等措施以避免过切等。

(5)误差补偿功能，包括因直线电机、主轴等发热导致的热误差补偿、象限误差补偿、测量系统误差补偿等功能。 此外，模具高速切削加工对数据传输速度的要求也很高。

(6) 传统的数据接口， 如RS232串行口的传输速度为19.2kb，而许多先进的加工中心均已采用以太局域网(Ethernet)进行数据传输，速度可达200kb。

5. 冷却润滑

高速加工采用带涂层的硬质合金刀具，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。这是因为：铣削主轴高速旋转，切削液若要达到切削区，首先要克服极大的离心力;即使它克服了离心力进入切削区，也可能由于切削区的高温而立即蒸发，冷却效果很小甚至没有;同时切削液会使刀具刃部的温度激烈变化，容易导致裂纹的产生，所以要采用油/气冷却润滑的干式切削方式。这种方式可以用高压气体迅速吹走切削区产生的切削，从而将大量的切削热带走，同时经雾化的润滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一层极薄的微观保护膜，可有效地延长刀具寿命并提高零件的表面质量。

三、高速切削加工的刀柄和刀具

由于高速切削加工时离心力和振动的影响，要求刀具具有很高的几何精度和装夹重复定位精度以及很高的刚度和高速动平衡的安全可靠性。由于高速切削加工时较大的离心力和振动等特点，传统的7:24锥度刀柄系统在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等缺陷，主轴的膨胀引起刀具及夹紧机构质心的偏离，影响刀具的动平衡能力。目前应用较多的是HSK高速刀柄和国外现今流行的热胀冷缩紧固式刀柄。热胀冷缩紧固式刀柄有加热系统，刀柄一般都采用锥部与主轴端面同时接触，其刚性较好，但是刀具可换性较差，一个刀柄只能安装一种连接直径的刀具。由于此类加热系统比较昂贵，在初期时采用 HSK类的刀柄系统即可。当企业的高速机床数量超过3台以上时，采用热胀冷缩紧固式刀柄比较合适。

刀具是高速切削加工中最活跃重要的因素之一，它直接影响着加工效率、制造成本和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷，高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。高速切削加工的刀具技术发展速度很快，应用较多的如金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、(碳)氮化钛硬质合金TIC(N)等。

在加工铸铁和合金钢的切削刀具中，硬质合金是最常用的刀具材料。硬质合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。为提高硬度和表面光洁度，采用刀具涂层技术，涂层材料为氮化钛(TiN)、氮化铝钛(TiALN)等。涂层技术使涂层由单一涂层发展为多层、多种涂层材料的涂层，已成为提高高速切削能力的关键技术之一，

直径在10~40mm范围内，且有碳氮化钛涂层的硬质合金刀片能够加工洛氏硬度小于42的材料，而氮化钛铝涂层的刀具能够加工洛氏硬度为42 甚至更高的材料。高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的P类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼(CBN)与CBN复合刀具材料(WBN)等。切削铸铁，应选用细晶粒的K类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼(PCNB)复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，应选用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具。选择切削参数时，针对圆刀片和球头铣刀，应注意有效直径的概念。高速铣削刀具应按动平衡设计制造。刀具的前角比常规刀具的前角要小，后角略大。主副切削刃连接处应修圆或导角，来增大刀尖角，防止刀尖处热磨损。应加大刀尖附近的切削刃长度和刀具材料体积，提高刀具刚性。在保证安全和满足加工要求的条件下，刀具悬伸尽可能短，刀体中央韧性要好。刀柄要比刀具直径粗壮，连接柄呈倒锥状，以增加其刚性。尽量在刀具及刀具系统中央留有冷却液孔。球头立铣刀要考虑有效切削长度，刃口要尽量短，两螺旋槽球头立铣刀通常用于粗铣复杂曲面，四螺旋槽球头立铣刀通常用于精铣复杂曲面。

四、模具高速加工工艺及策略

高速加工包括以去除余量为目的的粗加工、残留粗加工，以及以获取高质量的加工表面及细微结构为目的的半精加工、精加工和镜面加工等。

1. 粗加工

模具粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率，并为半精加工准备工件的几何轮廓。高速加工中的粗加工所应采取的工艺方案是高切削速度、高进给率和小切削用量的组合。等高加工方式是众多CAM软件普遍采用的一种加工方式。应用较多的是螺旋等高和等Z轴等高两种方式，也就是在加工区域仅一次进刀，在不抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径，进、退刀方式采用圆弧切入、切出。螺旋等高方式的特点是，没有等高层之间的刀路移动，可避免频繁抬刀、进刀对零件表面质量的影响及机械设备不必要的耗损。对陡峭和平坦区域分别处理，计算适合等高及适合使用类似3D偏置的区域，并且可以使用螺旋方式，在很少抬刀的情况下生成优化的刀具路径，获得更好的表面质量。在高速加工中，一定要采取圆弧切入、切出连接方式，以及拐角处圆弧过渡，避免突然改变刀具进给方向，禁止使用直接下刀的连接方式，避免将刀具埋入工件。加工模具型腔时，应避免刀具垂直插入工件，而应采用倾斜下刀方式(常用倾斜角为20°~30°)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具载荷。加工模具型芯时，应尽量先从工件外部下刀然后水平切入工件。刀具切入、切出工件时应尽可能采用倾斜式(或圆弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。采用攀爬式切削可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提高加工质量。

2. 半精加工

模具半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀，这对于工具钢模具尤为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。

粗加工是基于体积模型，精加工则是基于面模型。以前开发的CAD/CAM系统对零件的几何描述是不连续的，由于没有描述粗加工后、精加工前加工模型的中间信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。因此应对半精加工策略进行优化以保证半精加工后工件表面具有均匀的剩余加工余量。优化过程包括：粗加工后轮廓的计算、最大剩余加工余量的计算、最大允许加工余量的确定、对剩余加工余量大于最大允许加工余量的型面分区(如凹槽、拐角等过渡半径小于粗加工刀具半径的区域)以及半精加工时刀心轨迹的计算等。

现有的模具高速加工C A D /CAM软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。如MasterCAM软件提供了束状铣削 (Pencil milling)和剩余铣削(Rest milling)等方法来清除粗加工后剩余加工余量较大的角落以保证后续工序均匀的加工余量。

3. 精加工

模具的高速精加工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。然而，由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加工质量。

一般情况下，精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性。

高速精加工策略包括三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。这些策略可保证切削过程光顺、稳定，确保能快速切除工件上的材料，得到高精度、光滑的切削表面。精加工的基本要求是要获得很高的精度、光滑的零件表面质量，轻松实现精细区域的加工，如小的圆角、沟槽等。对许多形状来说，精加工最有效的策略是使用三维螺旋策略。使用这种策略可避免使用平行策略和偏置精加工策略中会出现的频繁的方向改变，从而提高加工速度，减少刀具磨损。这个策略可以在很少抬刀的情况下生成连续光滑的刀具路径。这种加工技术综合了螺旋加工和等高加工策略的优点，刀具负荷更稳定，提刀次数更少，可缩短加工时间，减小刀具损坏机率。它还可以改善加工表面质量，最大限地减小精加工后手工打磨的需要。在许多场合需要将陡峭区域的等高精加工和平坦区域三维等距精加工方法结合起来使用。

数控编程也要考虑几何设计和工艺安排，在使用CAM系统进行高速加工数控编程时，除刀具和加工参数根据具体情况选择外，加工方法的选择和采用的编程策略就成为了关键。一名出色的使用CAD/CAM工作站的编程工程师应该同时也是一名合格的设计与工艺师，他应对零件的几何结构有一个正确的理解，具备对于理想工序安排以及合理刀具轨迹设计的知识和概念。

五、高速切削数控编程

高速铣削加工对数控编程系统的要求越来越高，价格昂贵的高速加工设备对软件提出了更高的安全性和有效性要求。高速切削有着比传统切削特殊的工艺要求，除了要有高速切削机床和高速切削刀具外，具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。数控加工的数控指令包含了所有的工艺过程，一个优秀的高速加工 CAM编程系统应具有很高的计算速度、较强的插补功能、全程自动过切检查及处理能力、自动刀柄与夹具干涉检查、进给率优化处理功能、待加工轨迹监控功能、刀具轨迹编辑优化功能和加工残余分析功能等。高速切削编程首先要注意加工方法的安全性和有效性;其次，要尽一切可能保证刀具轨迹光滑平稳，这会直接影响加工质量和机床主轴等零件的寿命;最后，要尽量使刀具载荷均匀，这会直接影响刀具的寿命。

1. CAM系统应具有很高的计算编程速度

高速加工中采用非常小的进给量与切深，其NC程序比对传统数控加工程序要大得多，因而要求软件计算速度要快，以节省刀具轨迹编辑和优化编程的时间。

2. 全程自动防过切处理能力及自动刀柄干涉检查能力

高速加工以传统加工近10倍的切削速度进行加工，一旦发生过切对机床、产品和刀具将产生灾难性的后果，所以要求其CAM系统必须具有全程自动防过切处理的能力及自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能。系统能够自动提示最短夹持刀具长度，并自动进行刀具干涉检查。

3. 丰富的高速切削刀具轨迹策略

高速加工对加工工艺走刀方式比传统方式有着特殊要求，为了能够确保最大的切削效率，又保证在高速切削时加工的安全性，CAM系统应能根据加工瞬时余量的大小自动对进给率进行优化处理，能自动进行刀具轨迹编辑优化、加工残余分析并对待加工轨迹监控，以确保高速加工刀具受力状态的平稳性，提高刀具的使用寿命。

采用高速加工设备之后，对编程人员的需求量将会增加，因高速加工工艺要求严格，过切保护更加重要，故需花多的时间对NC指令进行仿真检验。一般情况下，高速加工编程时间比一般加工编程时间要长得多。为了保证高速加工设备足够的使用率，需配置更多的CAM人员。现有的CAM软件，如PowerMILL、 MasterCAM、UnigraphicsNX、Cimatron等都提供了相关功能的高速铣削刀具轨迹策略。

六、结束语

5.现代常规飞艇动力推进技术概述 篇五

现代常规飞艇动力推进技术概述

从世界各国常规飞艇动力推进装置的技术进步与演变历程出发,探讨了几种代表当今飞艇最高设计水平的动力推进技术,详细论述了各国飞艇发动机的选型以及汽油机、柴油机和燃气涡轮发动机等各种类型的`推进装置提供推进动力的具体实现方法,并对飞艇动力推进技术的研究现状进行了简要总结.

作 者：彭桂林 陈利 作者单位：中国电子科技集团公司第三十八研究所刊 名：航空科学技术英文刊名：AERONAUTICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(5)分类号：V2关键词：常规飞艇 飞艇动力系统 推进装置

6.国外技术哲学发展状况概述论文 篇六

在当代技术哲学研究中，如何看待技术哲学与科学哲学、工程哲学的关系，如何在传统技术哲学的两大传统即工程的技术哲学和人文的技术哲学之间建起联接的桥梁，真正走出技术乐观主义与技术悲观主义的两极对立，打开技术“黑箱”，准确把握技术的构成和发展阶段，从而正确处理技术和人、自然与社会的关系，提出技术哲学的研究纲领，全面探索技术哲学在当代发展的新形态，无疑是技术哲学家迫切面对的现实问题。针对这些问题，国外技术哲学界在融合两大研究传统的基础上，引进科学知识社会学中建构主义的研究方法和科学哲学中语境论的研究方法，逐渐由传统技术哲学转向当代技术哲学。当代技术哲学的发展，就是在各种“转向”中展现自身的。

一、研究范式上的经验转向

如果说技术哲学“经验转向”的概念发端于荷兰技术哲学家汉斯·阿特胡斯(Hans Acht-erhuis)出版的《从蒸汽机到赛博格:在新世界中思考技术》(From Steam Engine toCyborg:Th动k动g Technolog y in the NewWorld)一书。该书从美国技术哲学界选出六位新生代的技术哲学家，认为他们已经离开传统技术哲学的研究范式而趋向了被称为“经验转向”的技术哲学研究范式。唐·伊德组织将其翻译为英语，取名为《经验转向中的美国技术哲学》(American Philosophy of TechnologyThe Empirical Turn)，于出版。因此，1995年出版的国际哲学与技术学会(SPT)刊物《哲学与技术》第n卷《技术哲学的新方向》(New Directions in Philosophy of Technology，1995)则开其先声。本卷收录了《发现、望远镜和进步》等12篇技术认识论领域的研究成果，其主编约瑟夫·皮特(Joseph C. Pitt)认为技术哲学正远离海德格尔式的思辨而成为一种真正的哲学，这种哲学着眼于现实问题，要分析现代科学发展中技术基础的重要作用。

二、研究方法上的建构主义和语境主义转向

技术哲学研究的.“建构主义转向”是指1980年代科学知识社会学中的建构主义方法应用到技术哲学研究中来，从方法论上考察技术是否以及如何由社会因素建构的，用社会因素来解释技术的有效性，成为当代技术哲学发展的一种理论语境。国外的相关论著，除1987年出版的《技术系统的社会建构:技术社会学和历史学中的新方向》之外，还有麦肯齐(DonaldMacKenzie)的《技术的社会形塑》(The SocialShaping o f Technology , ) , W. E.比克编辑出版的《技术的社会建构》(Social construc-tion of Technology，)等。

社会建构论的技术研究方法主要有行为者—网络方法(ANT>、技术的社会建构方法、系统方法(SYS)，这些方法的主要特点是不局限于技术自身的原因而是强调要通过分析更为广泛的因素，来分析技术的发展。

三、在研究内容上的认识论转向

技术认识论是从哲学认识论的角度对技术认识的产生、结构、方式、演化和过程等问题的考察。1960年代以来，国外技术哲学在经过了对技术的本体追问和价值反思之后，也开始了对技术活动及其结果展开研究，开始关注技术的起源、设计、创新、技术作用的机制、技术和科学的关系等认识问题，从而使这一领域成为技术哲学研究的新动向囚。1980年代以后，技术认识论领域的研究成果日益增多。美国学者保罗·杜尔宾(Paul Durbin)在他主编的《哲学与技术》第7卷《广义的和狭义的技术哲学》(Broad and Narrow Interpretations of Philoso-phy and Technology,1990)中，提出“技术哲学”概念有广义和狭义之分，其中广义的技术哲学主要是指对技术的社会批判，狭义的技术哲学主要是指研究技术的本质和结构、分析技术的认识内容并将其作为唯一一门学问的技术哲学。J.皮特在出版的《思考技术:技术哲学研究的基础》(Thinking about Technolo-gY:foundations of the philosophy of Technolo-gY)一书中明确提出，在技术哲学中，“认识论问题在逻辑上应先于社会批判”。对这一观点，不少批评者做出了激烈反应。

四、在研究目标上的实践转向

7.低合金高强度钢及其焊接技术概述 篇七

低合金高强度钢的分类

低合金高强度结构钢包括一般低合金结构钢和其它一些优质低碳低合金高强度钢，其强度高于含碳量相当的碳素钢，但塑性、韧性和焊接性良好，适用于较重要的钢结构，如压力容器、发电站设备、管道、工程机械、海洋结构、桥梁、船舶、建筑结构等。

低合金高强度结构钢是在低碳结构钢的基础上添加一定量的合金元素(如Mn、Si、Cr、Mo、Ni、Cu、Nb、Ti、V、Zr、B、P和N等，但总量不超过5%，一般在3%以下)，以强化铁素体基体，控制晶粒长大，提高强度和塑性、韧性。一般在热轧后条件下供货以满足用户对冲击韧度的特殊要求。如要求更高强度(σs=490-980MPa)，也可以在调质状态下供货。

低合金高强度结构钢按屈服点(σs)分级。

国外对低合金高强度结构钢已制定标准，规定了C、S和P的上限而且对碳当量的上限，最高硬度及V型夏比值的下限均有严格规定，如日本焊接协会(WES)焊接结构用钢板标准。

低合金高强度结构钢根据屈服点和热处理状态可分为两种：

1.非热处理强化钢(热轧与正火钢)

(1)σs=249-392MPa级的低合金高强度钢。除15MnTi 为正火状态供货外，均为热轧状态使用。这类钢是在含C≤0.20%的基础上加入少量的固溶强化元素来保证钢的强度。组织为细晶粒的铁素体和珠光体。Mn是一种固溶强化效果最显著又比较便宜的元素，除增加强度外，还改善塑性、韧性，加入量不超过1.8%。Si的固溶强化效果也好、但含量高于0.6%，对冲击韧度不利。我国广泛使用的焊接性良好的16Mn、德国的St52以及日本的SM50均属此类钢。用它代替普通低碳钢，可节约20%-30%钢材。还可在16Mn钢中加入少量V(0.03%-0.2%),Nb(0.01%-0.05%),利用V、Nb的碳化物和氮化物的沉淀析出进一步提高钢的强度、细化晶粒，改善塑韧性，如12MnV、14MnNb、15MnV和16MnNb等钢种。

(2)σs=441-540MPa 级的低合金伉强度钢，在固溶强化的同时，必须同时加入其它合金元素(如加入Mn、Si、Ni、Mo、Nb、Ti等)，通过正火处理后，使这些元素的化合物以细小的质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，并细化晶粒，以有效地提高强度，改善塑性、韧性。一般正火钢的组织为细晶粒的铁素体和珠光体。含Mo钢正火后的组织为上贝氏体和少量铁素体，必须进行回火处理以保证其塑性、韧性。

2.热处理强化钢(低碳调质钢)

σs=490-981MPa级的低合金高强度结构钢，一般在调质状态下供货，其组织为回火低碳马氏体或贝氏体。这类钢既有较高的强度，又有较好的韧性、塑性和焊接性。如果焊接规范选择适当，可以直接在调质状态下进行焊接，这样可以地HAZ中得到无效的低碳马氏体或贝氏体，焊后可不要求调质处理，但必要时要求消除应力处理。如果焊接规范选择不当，冷却速度低于临界值时，会产生韧性很差的混合组织。

调质钢的合金化设计原则与铁素体-珠光体型热轧和正火钢不一样。其强度主要不直接取决于合金元素的含量，而取决于含碳量。加入合金元素(如Cr、Ni、Mn、Mo、V、B、Ti 和Cu 等)的主要作用是保证淬透性，调节塑性、韧性，加入量视淬透性的要求而定;有的合金元素(如Mo)还可提高钢的抗回火性，使钢能在较高温度下回火消除应力而不致于降低钢的强度，因而对改善塑、韧性有利。Ni在这类钢中是非常重要的合金元素。它能提高钢的韧性与塑性，降低钢的脆性转变温度。与Cr一起加入时，因此，在这类钢中几乎离不开这两种元素，且随着强度级别的提高，含Ni量也不断增加。但从增加钢的淬透性出发，含Cr量超过1.6%已无实际意义，而且反而对韧性不利。

σs≥667MPa的T-1钢是美国早期发展的一种含Cr、Ni的低碳调质钢，主要用于压力容器、桥梁、工程机械和塔式结构等。日本的HT-80型的Welten80C类似T-1钢，但不含Ni和V，故抗应力腐蚀能力高，在日本用来制造-30℃的大型球形贮罐。我国GQ-702和GQ-705属于这类钢。

HY-80钢是美国σs=540-687MPa的调质高强钢，在低温下有高的韧性与防爆性能，主要用于制造潜艇这类的耐压外壳。日本的NS-63、英国的Q1钢和我国的GQ-604钢类似于此类钢。

HY-130钢是σs=883MPa以上的新发展的韧性优良的低碳调质钢，主要用于海洋和宇航等重要结构。

根据我国资源条件发展的σs=600-700MPa级的无Ni、Cr低碳调质钢，如14MnMoVN和14MnMoNbB等，主要用于制造中温高压锅炉及石油、化工作的中温高压容器等。

低合金高强度钢概述

低合金高强度钢的分类

低合金高强度结构钢包括一般低合金结构钢和其它一些优质低碳低合金高强度钢，其强度高于含碳量相当的碳素钢，但塑性、韧性和焊接性良好。适用于较重要的钢结构，如压力容器、发电站设备、管道、工程机械、海洋结构、桥梁、船舶、建筑结构等。

低合金高强度结构钢是在低碳结构钢的基础上添加一定量的合金元素(如Mn、Si、Cr、Mo、Ni、Cu、Nb、Ti、V、Zr、B、P和N等，但总量不超过5%，一般在3%以下)，以强化铁素体基体，控制晶粒长大，提高强度和塑性、韧性。一般在热轧后条件下供货以满足用户对冲击韧度的特殊要求。如要求更高强度(σs=490-980MPa)，也可以在调质状态下供货。

低合金高强度结构钢按屈服点(σs)分级。

国外对低合金高强度结构钢已制定标准，规定了C、S和P的上限而且对碳当量的上限，最高硬度及V型夏比值的下限均有严格规定，如日本焊接协会(WES)焊接结构用钢板标准。

低合金高强度结构钢根据屈服点和热处理状态可分为两种：

1.非热处理强化钢(热轧与正火钢)

(1)σs=249-392MPa级的低合金高强度钢。除15MnTi 为正火状态供货外，均为热轧状态使用。这类钢是在含C≤0.20%的基础上加入少量的固溶强化元素来保证钢的强度。组织为细晶粒的铁素体和珠光体，

Mn是一种固溶强化效果最显著又比较便宜的元素，除增加强度外，还改善塑性、韧性，加入量不超过1.8%。Si的固溶强化效果也好、但含量高于0.6%，对冲击韧度不利。我国广泛使用的焊接性良好的16Mn、德国的St52以及日本的SM50均属此类钢。用它代替普通低碳钢，可节约20%-30%钢材。还可在16Mn钢中加入少量V(0.03%-0.2%),Nb(0.01%-0.05%),利用V、Nb的碳化物和氮化物的沉淀析出进一步提高钢的强度、细化晶粒，改善塑韧性，如12MnV、14MnNb、15MnV和16MnNb等钢种。

(2)σs=441-540MPa 级的低合金伉强度钢，在固溶强化的同时，必须同时加入其它合金元素(如加入Mn、Si、Ni、Mo、Nb、Ti等)，通过正火处理后，使这些元素的化合物以细小的质点从固溶体中沉淀析出，弥散分布在晶内和晶界，并细化晶粒，以有效地提高强度，改善塑性、韧性。一般正火钢的组织为细晶粒的铁素体和珠光体。含Mo钢正火后的组织为上贝氏体和少量铁素体，必须进行回火处理以保证其塑性、韧性。

2.热处理强化钢(低碳调质钢)

σs=490-981MPa级的低合金高强度结构钢，一般在调质状态下供货，其组织为回火低碳马氏体或贝氏体。这类钢既有较高的强度，又有较好的韧性、塑性和焊接性。如果焊接规范选择适当，可以直接在调质状态下进行焊接，这样可以地HAZ中得到无效的低碳马氏体或贝氏体，焊后可不要求调质处理，但必要时要求消除应力处理。如果焊接规范选择不当，冷却速度低于临界值时，会产生韧性很差的混合组织。

调质钢的合金化设计原则与铁素体-珠光体型热轧和正火钢不一样。其强度主要不直接取决于合金元素的含量，而取决于含碳量。加入合金元素(如Cr、Ni、Mn、Mo、V、B、Ti 和Cu 等)的主要作用是保证淬透性，调节塑性、韧性，加入量视淬透性的要求而定;有的合金元素(如Mo)还可提高钢的抗回火性，使钢能在较高温度下回火消除应力而不致于降低钢的强度，因而对改善塑、韧性有利。Ni在这类钢中是非常重要的合金元素。它能提高钢的韧性与塑性，降低钢的脆性转变温度。与Cr一起加入时，因此，在这类钢中几乎离不开这两种元素，且随着强度级别的提高，含Ni量也不断增加。但从增加钢的淬透性出发，含Cr量超过1.6%已无实际意义，而且反而对韧性不利。

σs≥667MPa的T-1钢是美国早期发展的一种含Cr、Ni的低碳调质钢，主要用于压力容器、桥梁、工程机械和塔式结构等。日本的HT-80型的Welten80C类似T-1钢，但不含Ni和V，故抗应力腐蚀能力高，在日本用来制造-30℃的大型球形贮罐。我国GQ-702和GQ-705属于这类钢。

HY-80钢是美国σs=540-687MPa的调质高强钢，在低温下有高的韧性与防爆性能，主要用于制造潜艇这类的耐压外壳。日本的NS-63、英国的Q1钢和我国的GQ-604钢类似于此类钢。

HY-130钢是σs=883MPa以上的新发展的韧性优良的低碳调质钢，主要用于海洋和宇航等重要结构。

根据我国资源条件发展的σs=600-700MPa级的无Ni、Cr低碳调质钢，如14MnMoVN和14MnMoNbB等，主要用于制造中温高压锅炉及石油、化工作的中温高压容器等。

低合金高强度钢焊接概述

低合金高强度结构钢的焊接特点：

1.热影响区的淬硬倾向焊后冷却过程中，易在热影响区中出现低塑性的脆硬组织，这种组织在焊缝扩散氢量较高和接头拘束较大时易产生氢致裂纹。

钢材的碳当量是决定热影响区淬硬倾向的主要因素。碳当量越高，钢材淬硬倾向越大。焊接时热影响区过热区的800-500℃的冷却时间(一般用t8/5表示)是另一个重要参数。该冷却速度越大，则热影响区的淬硬程度越高。焊接方法、板厚、接头形式、焊接规范、预热温度决定了t8/5的大小。

焊接接头中,热影响区的硬度值最高。一般用热影响区的最高硬度来衡量淬硬程度的高低。不同级别的主强度钢热影响区有不同的最高硬度允许值，目前我国还没有明确规定。

2.冷裂纹敏感性低合金高强度钢焊接时出现的裂纹主要是冷裂纹。因此，焊接时对于防止冷裂纹问题必须予以足够的重视。钢的强度级别越高，淬硬倾向越大，冷裂纹敏感性也越大。关于冷裂纹形成机理，是一种比较复杂的现象，一直有人在深入研究。目前多数人认为产生冷裂纹的三大因素是：

(1)焊缝凝固以后冷却时，由于焊缝一般含碳量比母材低，所以焊缝的奥氏体向铁素体转变较母材早，此时氢的溶解度急剧降低，大量的氢向仍处于奥氏体的母材热影响区中扩散，由于氢在奥氏体中扩散速度小，在熔合区附近形成了富氢带，含氢量越高，冷裂纹敏感性越大。

(2)滞后相变的热影响区发生奥氏体向马氏体转变的淬硬组织，氢以过饱和状态残存于马氏体中并逐步晶格缺陷等应力集中处扩散聚集，使该处的金属结合强度降低或脆化。钢的淬硬性倾向越大，冷裂纹倾向也越大。

(3)结构的刚性越大，由于焊接时加热引起的拘束应力也越大。同时热影响区相变组织应力共同构成了产生冷裂纹的应力条件。焊接应力越大，冷裂纹敏感性越大。

冷裂纹一般在焊后冷却过程中发生，也可能在焊后数分钟或数天后发生，具有延迟的性质，这可以理解为是氢从焊缝金属扩散到热影响区淬硬区集聚达到某一临界值的时间。在点固焊时，由于冷却速度快，极易出现冷裂纹，必须特别注意。3.再热裂纹倾向当焊接厚壁压力容器等结构件时，焊后需进行消除应力热处理，对于含铬、钼、钒、钛、铌等合金元素的钢材，在热处理过程中，易在热影响区的粗晶区产生晶间裂纹。有时不仅在热处理过程中发生，也可能发生于焊后再次高温加热的使用过程中。焊接这类高强度低合金钢时，应重视防止再热裂纹问题。防止再热裂纹的主要措施是尽量选取对再热裂纹不敏感的材料，选择强度较低的焊接材料，提高预热温度和焊接线能量，以及尽量减少焊接接头中的应力集中等。

4.层状撕裂大型厚板结构件，特别是T型接头，角焊缝处，由于母材轧制时产生的层状偏析(主要是MnS)、各向异性等缺陷，在热影响区或在远离焊缝的母材中产生与钢板表面成梯形平行的裂纹，叫层状撕裂。焊接大厚度钢板角焊缝时，应注意在选材和工艺上防止层状撕裂。

8.技术支持工程师的基本职责概述 篇八

1.为客户服务工程师提供技术支持以及维修备件的确认和订购以尽***除现场故障;

2.为客户提供必要的现场技术支持以解决客户抱怨;

3.为客户服务工程师提供技术培训以提高工程师技术技能;

4.现场维修服务的数据收集与统计，定期提供系统故障数据以供公司相关部门进行改进;

5.为研发支持工程师提供支持以完成研发项目的需求;

6.按时高效完成上级主管所分配的工作任务。

任职要求

1.自动控制、机电一体化、应用电子技术、生物医学工程、土木工程等相关专业，本科以上学历，硕士优先;

2.沟通能力、逻辑思维、分析能力强;

3.能够适应长期出差国外;

9.医学影像技术概述 篇九

关键词：汽车；塑料件；修补涂装

0 引言

塑料件在汽车上的普遍使用对于汽车工业的发展具有重要意义，它不仅能减轻汽车的质量、节约能源，促使汽车更安全舒适，还比金属更耐大气腐蚀、耐汽油，易于加工成型而降低生产成本等。当汽车塑料件在使用中因事故受到损伤或涂层老化时，就需对其进行修补涂装。汽车塑料件的损伤修理

1．1 塑料件的损伤与粘结剂

1．1．1 塑料件的损伤一般来说，塑料件表面的漆面受到损伤总要波及到零件本体，使之产生相应的损伤，如划痕、裂纹、擦伤、撕裂、刺穿等。要修复损伤的漆面，首先要将塑料件修复，使之达到可供喷涂面漆的要求，对于上述损伤的修理，通常采用化学粘结剂粘结法。

1．1．2 粘结剂常用的粘结剂有两种：一种是以环氧树脂或氨基甲酸乙酰为基体与硬化剂混合调匀使用的粘结剂；另一种是以聚酯为基体与硬化剂混合调匀使用的粘结剂。近年来，有超级胶声誉之称的氰基丙烯酸酯以其新颖的特性，被逐步运用于塑料的粘结之中。

1．2 塑料件的损伤修理

1．2．1 塑料件划痕和裂纹的修理塑料件的划痕和裂纹通常采用粘结剂修理，其修理工艺如下：

①用水和塑料清洁剂清洗待修理部位，对结合表面进行除蜡、脱脂处理；②使用粘结剂之前，应将塑料件加热至20℃左右；

③将催化剂喷至裂纹一侧，然后在该侧敷好粘结剂；

④将划痕或裂纹两侧按原来位置对好，迅速压紧，约1min后即可获得良好的粘结效果。最后，粘结部位应有3～12h的硬化时间，以达到最大的粘结强度。

1．2．2 塑料件擦伤、撕裂和刺穿的修理修理擦伤、撕裂和刺穿的工艺大致如下：

①用有去除石蜡、油脂和硅树脂功能的溶剂浸湿在干净的抹布上彻底清除损伤部位的污物，然后擦拭干净；

②将擦伤孔边6～10mm宽处磨削成斜面以便于粘结，磨削出粗糙表面有利于粘结；．

③用精细砂轮削去修理部位边缘的油漆，使孔边附近3cm左右表面的油漆全部被清除掉，然后进行必要的清洁处理；

④对孔边进行火焰处理，改进粘结性能。使用喷灯火焰在斜面处不断移动，使斜面处略呈棕色为止；

⑤用去硅树脂和去蜡剂清洗修理部位的背面，然后贴上带有强粘结剂的铝箔和能防潮的胶带，把孔完全覆盖住；

⑥按照说明准备粘结材料。

大多数粘结剂都分别装在两根管中。在一块金属板面或木板上分别挤出等量的粘结材料，将它们充分搅拌，混合均匀，待用；

⑦用刮板把混合好的粘结剂分两步填充到孔洞中，第一步填充孔底，第二步将孔洞填平，动作要快，因为这种粘结剂在2～3min内会固化。填充完毕，硬化1h后用粗细砂轮磨去表面的凸点，并清除修理部位的碎屑、灰尘等污物；⑧第二次调好的粘结剂填满修理部位，用刮板刮平整形。待干固后用80#砂纸把周围修整出一个粗轮廓，然后再用180#和240#砂纸打磨，对表面精修。如出现高低不平或针孔，可用填充剂填平；

⑨用320#砂纸进行最后的精磨，打磨后清洁修理部位，做好涂面漆的准备。2汽车塑料件喷涂前的表面处理通常塑料分为硬塑料(刚性塑料)和软塑料(半刚性塑料)。汽车制造厂提供的塑料备件，有的已经涂过底漆，另外一些未涂底漆。对于后者，都应使用专门的塑料底漆、底漆密封剂或乙烯清漆或涂料来提高漆层的附着力。

2．1 硬塑料件的表面处理

①对于新零部件，必须用干净的抹布蘸上酒精擦拭其表面；

②用去蜡、去油脂清洗剂彻底清洗表面；

③打磨已暴露出来的玻璃纤维，手磨时，使用220#或280#砂纸；用磨光机打磨时，用80#～120#砂纸；

④用干净布重新擦干净表面；

⑤如果有需要填平的焊缝、气穴，应在整个表面上涂一层车身填充剂，干燥之后，再打磨、清洁，最后再涂一层保护层或两层环氧铬酸盐涂料；

⑥按照包装上的说明，将腻子涂在表面上，干燥之后用细砂纸磨光，用压缩空气吹除灰尘，用粘性抹布擦拭干净；

⑦涂面漆。

2．2 软塑料件的表面处理对于未涂底漆的软塑料零部件处理方法如下：①用一块在水中浸湿的布蘸上去蜡、去油脂和除硅清洗剂清洁整个表面，并擦干；

②用320#砂纸打磨划伤处和用填充剂修补过的表面，吹除灰尘，并用粘性抹布擦拭干净；

③调制并涂覆4层中等干燥的软性腻子；

④让表面干燥至少1h，然后用400#砂纸进行打磨，清除所有光泽，为涂面漆做准备。

2．3 聚丙烯塑料件的表面处理对聚丙烯塑料件喷漆时，要使用一种专门的底漆，聚丙烯塑料很坚硬，使用传统的内部树脂漆打底后便可涂面漆，其表面处理过程如下：

①用去蜡和除硅清洗剂清洗表面；

②按照包装说明，涂一层较薄的聚丙烯底漆涂层，让底漆快速干燥1～10min；

③在快速干燥期间，涂一层传统的内部树脂面漆，并让面漆干燥，然后才可以安装这一零部件。汽车塑料件喷涂面漆工艺操作用于塑料表面的涂料必须具备两个基本条件：良好的附着力和涂料不能过分溶蚀塑料表面。对于汽车涂料，内饰件侧重于耐溶剂性，涂料的使用较为复杂，包含有多个品种，主要根据底材的要求来考虑；而外饰件侧重于耐水性、抗石击性、耐候性及装饰性。大多数硬塑料不需涂底漆，面漆就能很好地粘附在其表面上；在半硬性(柔性)塑料的漆层中需要加入“柔性剂”，能使漆层在基体膨胀时具有一定的变形能力而不致脱落或开裂。对于塑料件的喷涂，最好使用一套厂家提供的配套材料，如柔性剂、面漆、内涂层材料、冲淡剂和稀释剂等。

3．1 硬塑料件的喷涂

3．1．1 内部硬塑料件的喷涂硬塑料(如ABS)件一般不需要喷底漆和腻子；内部塑料件面漆的颜色由车身编码牌上的调整号决定，其面漆主要用丙烯酸漆。各大型涂料厂都向用户提供内部漆图表，包括内部漆的供应号、名称、光泽系数及调整号。内部硬塑料件的喷漆方法如下：

①用溶剂清洗塑料件表面；

②按调整号码喷涂一般的内部丙烯酸漆；

③按规定时间干燥漆层，然后再装到车上。

3．1．2 外部硬塑料件的喷涂

外部硬塑料件一般也不必喷底漆即可喷面漆，但也有个别厂家建议先喷一层底漆再喷面漆的情况，不论哪种情况，喷面漆的方法相同：

①用清洗剂彻底清洗零件表面；

②喷涂适当颜色的面漆；

③待漆面完全干燥后，再把零件装到车上；

④对玻璃纤维件喷漆之前，应先涂腻子再按照喷涂车身钢板的方法喷面漆。对原先已喷过气塑膜化合物的硬塑料件进行局部修理前，需先喷一层助粘剂。操作时用400#湿砂纸打磨损坏部位，然后涂底漆、涂助粘剂再喷面漆。

3．2 弹性塑料件的喷涂

大多数弹性(半硬)塑料件的漆层中需要加入弹性剂，以使漆面在变形时不致开裂，加入了弹性剂的漆面称为弹性漆层，其喷涂方法如下：

①用400#砂纸彻底打磨整个表面，并用清洁剂清洗整个表面；

②按照制造厂的规定，将底漆、弹性剂和溶剂混合在一起，混合时先将底漆与弹性剂混合，再根据车间的温度加入适量的溶剂；

③将喷枪压力调到规定值，喷涂足量的双层湿涂层，以便完全遮盖表面；④底涂层干燥30～60min，然后喷涂光亮层，待干燥后，装在车上使用。

3．3 塑料件喷涂实例以聚丙烯保险杠喷涂为例，此塑料件喷漆时，由于这种塑料很硬，应先喷一层专门的底漆——内部聚丙烯漆，然后才能喷面漆，具体喷涂工艺操作如下：

①用溶剂清洁表面；

②按制造厂要求，喷涂经过稀释的、混合均匀的聚丙烯底漆，干燥1～2h，然后喷涂面漆；

③喷涂比例适当(含硬化剂)的丙烯酸磁漆，干燥8h，确保漆层硬化(由于是硬塑料件，面漆中不加弹性剂)；

④采用底层加亮漆层时，应先喷底漆，干后再喷丙烯酸漆，干燥15～30min，再喷光亮漆层；

10.项目一 机电一体化技术概述 篇十

项目导入

通过多媒体课件，展示机器人、自动化生产线的工作过程，引入任务：这些产品设备是机械和电子的完美结合，属于机电一体化产品，是机电一体化技术的具体应用，什么是机电一体化技术？机电一体化技术的基本组成是什么？其关键技术是什么？以及机电一体化技术的发展现状和发展前景如何？

项目要求

通过观看机器人工作过程以及自动化生产线的生产流程，了解机电一体化产品的主要组成及特点；通过小组讨论，分析机电一体化产品的功能组成及关键技术，在分析机电一体化系统关键技术时，引导学生分析工作过程中的物质形态的变化、能量的输入输出以及控制信号的产生、存储、传递，引入物质流、能量流和信息流的概念；通过对几代机器人的发展历程展望机器人的未来，最后以四自由度机器人作为实训项目，加深学生对机电一体化技术的认识。

能力目标

1.能够协作分析、讨论机电一体化设备的特点、组成及关键技术； 2.能够机电一体化的发展历程展望其发展趋势。

知识目标

1.掌握机电一体化定义； 2.掌机电一体化系统的基本组成； 3.理解机电一体化系统的关键技术 4.了解机电一体化技术的现状和发展前景。

素质目标

1.具有团队协作分析、解决问题的能力； 2.动手能力、讨论合作能力。

1.1机电一体化技术的基本概念

现代科学技术的发展，极大地推动了不同学科的相互交叉和渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域。由于微电子技术和计算机技术的飞速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。“机电一体化”成为机械技术与其他领域的先进技术特别是微电子技术有机结合的新领域。

1.1.1 机电一体化的定义

伴随生产活动和科学技术的快速发展，机电一体化技术的具体内容不断发展与更新，人们观察问题的角度不同，对“机电一体化”的理解也就有所差异。迄今为止，机电一体化尚没有明确的统一定义。

关于“机电一体化”概念的提法，1981年日本机械振兴协会对此做出解释：“机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。”

随着科学技术的发展，“机电一体化”不断被赋予新的内涵，但日前一般可认为“机电一体化”是微电子技术向机械工业渗透过程中逐步形成的一个新概念，是从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术等多门技术学科在系统工程的基础上相互渗透、有机结合而形成和发展起来的一门新的边缘技术学科。

1.1.2 机电一体化的产生

科技进步和社会需求是任何事物产生和发展的前提，机电一体化这一新事物的产生和发展也不例外。机械技术、计算机技术、微电子技术等的发展为机电一体化的产生奠定了良好的基础，而人类社会对生产和生活产品在质量和品种上的要求不断提高是机电一体化蓬勃发展的动力。

机电一体化经历了长期的产生和发展过程。早在机电一体化这一概念形成之自前，世界各地的科技人员已为机械与电子技术的有机结合做了大量工作，研究和开发了很多机电一体化产品，例如电子工业领域内的雷达伺服系统，机械工业领域内的数控机床、工业机器人等，这一切都为机电一体化这一概念的形成奠定了基础。

1971年，日本《机械设计》杂志副刊正式提出了“Mechatronics”这一名词，它是取Mechanics（机械学）的前半部分和Electronics（电子学）的后半部分组合而成，即机械电子学或机电一体化。在日本提出这一术语后，日、美、英等国先后有一些专著问世。国际自动控制联合会(IFAC)、美国电气和电子工程师协会(IFFF)先后创办了名为Mechanics的期刊，近

年来，国内也有不少教科书和期刊出版。

机电一体化作为一门新兴的边缘学科，始于二十世纪八十年代，日前它已经逐渐成为机械工程的重要研究领域，代表着机械工业技术革命的前沿方向。

1.1.3 机电一体化的内容

机电一体化包含了技术和产品两方面的内容，首先是指机电一体化技术，其次是指机电一体化产品。机电一体化技术是指包括技术基础、技术原理在内的使机电一体化产品得以实现、使用和发展的技术。机电一体化产品是指随着机械系统和微电子系统的有机结合，被赋予新功能和新性能的产品。

机电一体化技术在制造业的应用从一般的数控机床、加工中心、机械手发展到智能机器人、柔性制造系统(FMS)、无人生产车间和将设计、制造、销售、管理集为一体的计算机集成制造系统(CIMS)，并扩展到目前的汽车、电站、仪表、化工、通信、冶金等行业。此外，对传统机电设备的改造也属于机电一体化的范畴。机电一体化产品涉及工业生产、科学研究、人民生活、医疗卫生等各个领域，如：集成电路自动生产线、激光切割设备、印刷设备、家用电器、汽车电子化、微型机械、飞机、雷达、医学仪器、环境监测等。

1.1.4 机电一体化的特点

我们可以从汽车工业的发展过程为例来观察机电一体化产品的特点。在很长一段时间内，汽车是作为一项机械方面的奇迹，它只有少量的电子附件。最初是启动电机，后来是发电机，每种附件都使原先产品的性能比过去提高一点。随着半导体和微电子学的出现，今天的汽车由微处理器控制，机器人制造，并可通过计算机进行故障分析，从而使机械奇迹变成了机械电子奇迹。

随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化产品有逐步取代传统机电产品的趋势。与传统的机电产品相比，机电一体化产品具有高的功能水平和附加值及明显的技术、经济、社会效益，这完全是由机电一体化技术的特点决定的。机电一体化通过综合利用现代高新技术的优势，在提高产品精度、增强功能、改善操作性和使用性、提高生产率、降低成本、节约能源、降低消耗、减轻劳动强度、改善劳动条件、提高安全性和可靠性、简化结构、减轻质量、增强柔性和智能化程度、降低价格等诸多方面都取得了显著成效。机电一体化产品的显著特点是多功能、高效率、高智能、高可靠性，同时又具有轻、薄、细、小、巧的优点，其目的是不断满足人们生产生活的多样性和省时、省力、方便的需求。

综上所述可以看出，机电一体化的本质是机械与电子技术的规划应用和有效结合，以构成一个最优的产品或系统。机电一体化课程的特点首先是涉及的知识面广，且大多为正在发展的新知识；其次，机电结合，综合应用；第三，部分内容与其他课程有交叉。

1.2 机电一体化系统的基本组成

1.2.1 机电一体化系统的功能组成

传统的机械产品主要是解决物质流和能量流的问题，而机电一体化产品除了解决物质流和能量流以外，还要解决信息流的问题。机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质、能量与信息（即所谓工业三大要素）按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质、能量与信息。

任何一个产品都是为满足人们的某种需求而开发和生产的，因而都具有相应的目的功能。机电一体化系统的主功能包括变换（加工、处理）、传递（移动、输送）、储存（保持、积蓄、记录）三个目的功能。主功能也称为执行功能，是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。机电一体化系统除了具备主功能外，还应具备动力功能、检测功能、控制功能、构造功能等其他功能。

加工机是以物料搬运、加工为主，输入物质（原料、毛坯等）、能量（电能、液能、气能等）和信息（操作及控制指令等），经过加工处理，主要输出改变了位置和形态的物质的系统（或产品）。如各种机床、交通运输机械、食品加工机械、起重机械、纺织机械、印刷机械、轻工机械等。

动力机，其中输出机械能的为原动机，是以能量转换为主，输入能量（或物质）和信息，输出不同能量（或物质）的系统（或产品）。如电动机、水轮机、内燃机等。

信息机是以信息处理为主，输入信息和能量，主要输出某种信息（如数据、图像、文字、声音等）的系统（或产品）。如各种仪器、仪表、计算机、传真机以及各种办公机械等。

图1-1以典型机电一体化产品数控机床(CNC)为例，说明其内部功能构成。其中切削加工是CNC机床的主功能，是实现其目的所必需的功能。电源通过电动机驱动机床，向机床提供动力，实现动力功能。位置检测装置和CNC装置分别实现计测功能和控制功能，其作用是实时检测机床内部和外部信息，据此对机床实施相应控制。机械结构所实现的是构造功

图1-1CNC机床内部功能构成

能，使机床各功能部件保持规定的相互位置关系，构成一台完整的CNC机床。

1.2.2 机电一体化系统的构成要素

机电一体化系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成，各部分之间通过接口相联系。从机电一体化系统的功能看，人体是机电一体化系统理想的参照物。构成人体的五大要素分别是头脑、感官、四肢、内脏及躯干。内脏提供人体所需的能量（动力），维持人体活动；头脑处理各种信息并对其他要素实施控制；感官获取外界信息；四肢执行动作；躯干的功能是把人体各要素有机地联系为一体。可以看到，机电一体化系统内部的五大功能与人体的上述功能几乎是一样的。机电一体化系统的构成要素及实现功能如图1-2所示。机电一体化系统基本组成可用图1-3所示的实例进行描述。

图1.2 机电一体化系统的构成要素及实现功能

Figure 1图1-3 机电一体化系统五大要素实例

1.机械本体

机械本体包括机械结构装置和机械传动装置。机械结构是机电一体化系统的机体，用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。机电一体他系统的

机械结构包括：机身、框架、连接等。机电一体化系统中的机械传动装置不再仅仅是转矩和转速的变换器，而已成为伺服系统的组成部分，必需根据伺服控制的要求进行选择和设计。由于机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高，因而机械本体要在机械结构、材料、加工工艺性以及几何尺寸等方面适应产品高效率、多功能、高可靠性和节能、小型、轻量、美观等要求。

2．动力部分

动力部分是按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，去驱动执行机构工作以完成预定的主功能。动力系统包括电、液、气等多种动力源。用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出，是机电一体化产品的显著特征之一。

3．传感检测部分

传感检测部分是对系统运行中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态进行检测，然后变成可识别信号，传输到信息处理单元，并且经过分析、处理后产生相应的控制信息。其功能一般由专门的传感器及转换电路完成，对其要求是体积小、便于安装与连接、检测精度高、抗干扰等。

4．执行机构

执行机构是运动部件在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。执行机构将输入的各种形式的能量转换为机械能。执行机构主要由电、液、气等执行元件和机械传动装置等组成。执行机构按运动方式的不同可分为旋转运动元件和直线运动元件，各种电动机及液（气）压电机等是旋转运动执行元件，而丝杠和电磁铁、压电驱动器、液（气）压缸等是直线运动执行元件。执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好坏决定着整个产品的性能，因而是机电一体化产品中重要的组成部分。根据机电一体化系统的匹配性要求，需要考虑改善系统的动、静态性能，如提高刚性、减小质量和适当的阻尼，应尽量考虑组件化、标准化和系列化，提高系统整体可靠性等。

5．控制及信息单元

控制及信息单元将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行处理、运算和决策，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口组成。硬件一般由计算机、可编程控制器(PLC)、数控装置以及逻辑电路、A/D与D/A转换、I/O（输入输出）接口和计算机外部设备等组成。机电一体化系统对控制和信息处理单元的基本要求是：提高信息处理

速度，提高可靠性，增强抗干扰能力以及完善系统自诊断功能，实现信息处理智能化。

以上这五部分我们通常称为机电一体化的五大构成要素，而在实际中有时机电一体化系统的某些构成要素是复合在一起的。机电一体化产品的五大部分在工作时相互协调，共同完成所规定的目的功能。在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。

1.2.3 机电一体化系统接口概述

机电一体化系统由许多要素或子系统构成，各要素或子系统之间必须能顺利地进行物质、能量和信息的传递与交换。因此，各要素或各子系统相接处必须具备一定的联系条件，这些联系条件称为接口。一方面，机电一体化系统通过输入／输出接口将其与人、自然及其他系统相连；另一方面，机电一体化系统通过许多接口将系统构成要素联系为一体。因此，系统的性能在很大程度上取决于接口的性能。

接口设计的总任务是解决功能模块间的信号匹配问题，根据划分出的功能模块，在分析研究各功能模块输入／输出关系的基础上，计算制定出各功能模块相互连接时所必须共同遵守的电气和机械的规范和参数约定，使其在具体实现时能够“直接”相连。因此，把机电一体化产品可看成是由许多接口将组成产品各要素的输入／输出联系为一体的系统。

1．接口的分类

机电一体化系统中各要素和子系统之间，接口使得物质、能量、信息在连接要素的交界面上平稳地输入／输出，它是保证产品具有高性能、高质量的必要条件，有时会成为决定系统综合性能好坏的关键因素，这是机电一体化系统的复杂性决定的。接口的功能是由参数变换与调整和物质、能量、信息的输入／输出两部分组成。

（1）根据接口的变换和调整功能特征分类。

①零接口：不进行参数的变换与调整，即输入／输出的直接接口，如联轴器、输送管、捅头、插座、导线、电缆等。

②被动接口：仅对被动要素的参数进行变换与调整，如齿轮减速器、进给丝杠、变压器、可变电阻以及光学透镜等。

③主动接口：含有主动因素、并能与被动要素进行匹配的接口，如电磁离合器、放大器、光电耦合器、A/D.D/A转换器等。

④智能接口：含有微处理器、可进行程序编制或适应条件变化的接口，如自动调速装置、通用输入／输出芯片（如8255芯片）、RS232串行接口、通用接口总线等。

(2)根据接口的输入／输出功能的性质分类。

①信息接口（软件接口）：受规格、标准、法律、语言、符号等逻辑、软件的约束，如GB、ISO标准、RS232C、ASCII码、C语言等。

②机械接口：根据输入／输出部位的形状、尺寸、精度等进行机械联结，如联轴器、管接头、法兰盘等。

③物理接口：受通过接口部位的物质、能量与信息的具体形态和物理条件约束，如受电压、频率、电流、阻抗、传递扭矩的大小、气（液）体成分（压力或流量）约束的接口。

④环境接口：对周围的环境条件有具体保护作用和隔绝作用，如防尘过滤器、防水联结器、防爆开关等。

(3)按照所联系的子系统不同分类。以控制微机（微电子系统）为出发点，将接口分为人机接口和机电接口两大类。机械系统与微电子系统之间的联系必须通过机电接口进行调整、匹配、缓冲，同时微电子系统的应用使机械系统具有“智能”，达到了较高的自动化程度，但该系统仍然离不开人的干预，必须在人的监控下进行，因此人机接口也是必不可少的。人机接口和机电接口将在项目5中重点训练。

2．接口设计的要求

不同类型的接口，设计要求有所不同。在这里仅从系统设计的角度讨论微机接口和机械接口设计的各自要求。

（1）微机接口。微机接口通常由接口电路和与之配套的驱动程序组成。能够使被传动的数据实现在电气上、时间上相互匹配的电路称为接口电路，它是接口的骨架；能够完成这种功能的程序称为接口程序，它是完成接口预设值任务的中枢神经，主要完成数据的输入／输出、传送以及可编程接口器件的方式设定，中断方式设定的初始化工作；两者融为一体构成了微机接口。由于微机接口负担着微机和设备之间传输信息的任务，因此，系统要求具有两大特点：一方面能够可靠地传送相应的控制信息，并能够输入相关的状态信息，另一方面能够进行相应的信息转换，以满足系统的输入输出要求。信息转换主要包括以下方面：数字量／模拟量的转换(D/A)；模拟量／数字量转换(A/D)；从数字量转换成脉冲量；电平转换；电量到非电量的转换；弱电到强电的转换以及功率匹配等。具体要求如下：

传感器接口要求传感器与被测机械量信号源具有直接关系，要使标度转换及数学建模精确、可行，传感器与机械本体的连接简单稳固，能克服机械谐波干扰，正确反映对象的被测参数。

变送接口应满足传感器模块的输入信号与微机前向通道电气参数的匹配及远距离信号传输的要求，接口的信号传输要准确、可靠、抗干扰能力强，具有较低的噪声容限；接口的输入阻抗应与传感器的输出阻抗相匹配；接口的输出电平应与微机的电平相一致；接口的输入信号与输出信号的关系应是线性关系，以便于微机进行信号处理。

驱动接口应满足传感器模块的输入信号与微机系统的后向通道在电平上一致，接口的输出端与功率驱动模块的输入端之间不仅电平要匹配还要在阻抗上匹配。另外接口必须采用有效的抗干扰措施，防止功率驱动设备的强电信号窜入微机系统。

（2）机械传动接口。机械传动接口，如减速器、丝杠螺母等，要求它的连接机构紧凑、轻巧，具有较高的传动精度和定位精度，安装、维修、调整简单方便，刚度好，响应快。

1.3 机电一体化技术的理论基础与关键技术

系统论、信息论、控制论的建立，微电子技术，尤其是计算机技术的迅猛发展引起了科学技术的又一次革命，导致了机械工程的机电一体化。如果说系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，那么微电子技术、精密机械技术等就是它的技术基础。微电子技术，尤其是微型计算机技术的迅猛发展，为机电一体化技术的进步与发展提供了前提条件。

1.3.1 理论基础

系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，也是机电一体化技术的方法论。开展机电一体化技术研究时，无论在工程的构思、规划、设计方面，还是在它的实施或实现方面，都不能只着眼于机械或电子，不能只看到传感器或计算机，而是要用系统的观点，合理解决信息流与控制机制问题，有效地综合各有关技术，才能形成所需要的系统或产品。

给定机电一体化系统目的与规格后，机电一体化技术人员利用机电一体化技术进行设计、制造的整个过程称为机电一体化工程。实施机电一体化工程的结果，是新型的机电一体化产品。图1-4给出了机电一体化工程的构成因素。

图1-4 机电一体化工程构成因素

系统工程是系统科学的一个工作领域，而系统科学本身是一门关于“针对目的要求而进行合理的方法学处理”的边缘学科。系统工程的概念不仅包括“系统”，即具有特定功能的、相互之间具有有机联系的众多要素所构成的一个整体，也包括“工程”，即产生一定效能的方法。机电一体化技术是系统工程科学在机械电子工程中的具体应用。具体地讲，就是以机

械电子系统或产品为对象，以数学方法和计算机等为工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，以便充分发挥人力、物力和财力，通过各种组织管理技术，使局部与整体之间协调配合，实现系统的综合最优化。

机电一体化系统是一个包括物质流、能量流和信息流的系统，而有效地利用各种信号所携带的丰富信息资源，则有赖于信号处理和信号识别技术。考察所有机电一体化产品，就会看到准确的信息获取、处理、利用在系统中所起的实质性作用。

将工程控制论应用于机械工程技术而派生的机械控制工程，为机械技术引入了崭新的理论、思想和语言，把机械设计技术由原来静态的、孤立的传统设计思想引向动态的、系统的设计环境，使科学的辩证法在机械技术中得以体现，为机械设计技术提供了丰富的现代设计方法。

1.3.2 关键技术

发展机电一体化技术所面临的共性关键技术包括精密机械技术、传感检测技术、伺服驱动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、接口技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术的应用。

1．机械技术

机械技术是机电一体化的基础。随着高新技术引入机械行业，机械技术面临着挑战和变革。在机电一体化产品中，它不再是单一地完成系统间的连接，而是要优化设计系统结构、质量、体积、刚性和寿命等参数对机电一体化系统的综合影响。机械技术的着眼点在于如何与机电一体化的技术相适应，利用其他高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上以及功能上的变更，满足减少质量、缩小体积、提高精度、提高刚度、改善性能和增加功能的要求。尤其那些关键零部件，如导轨、滚珠丝杠、轴承、传动部件等的材料、精度对机电一体化产品的性能、控制精度影响很大。

在制造过程的机电一体化系统，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。这里原有的机械技术以知识和技能的形式存在。如计算机辅助工艺规程编制(CAPP)是目前CAD/CAM系统研究的瓶颈，其关键问题在于如何将各行业、企业、技术人员中的标准、习惯和经验进行表达和陈述，从而实现计算机的自动工艺设计与管理。

2．传感与检测技术

传感与检测装置是系统的感受器官，它与信息系统的输入端相连并将检测到的信息输送到信息处理部分。传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节，它的功能越强，系统 的自动化程度就越高。传感与检测的关键元件是传感器。

机电一体化系统或产品的柔性化、功能化和智能化都与传感器的品种多少、性能好坏密切相关。传感器的发展正进入集成化、智能化阶段。传感器技术本身是一门多学科、知识密集的应用技术。传感原理、传感材料及加工制造装配技术是传感器开发的三个重要方面。

传感器是将被测量（包括各种物理量、化学量和生物量等）变换成系统可识别的、与被测量有确定对应关系的有用电信号的一种装置。现代工程技术要求传感器能快速、精确地获取信息，并能经受各种严酷环境的考验。与计算机技术相比，传感器的发展显得缓慢，难以满足技术发展的要求。不少机电一体化装置不能达到满意的效果或无法实现设计的关键原因在于没有合适的传感器。因此大力开展传感器的研究，对于机电一体化技术的发展具有十分重要的意义。

3．伺服驱动技术

伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置或部件，对系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的影响。伺服驱动技术主要是指机电一体化产品中的执行元件和驱动装置设计中的技术问题，它涉及设备执行操作的技术，对所加工产品的质量具有直接的影响。机电一体化产品中的伺服驱动执行元件包括电动、气动、液压等各种类型，其中电动式执行元件居多。驱动装置主要是各种电动机的驱动电源电路，目前多由电力电子器件及集成化的功能电路构成。在机电一体化系统中，通常微型计算机通过接口电路与驱动装置相连接，控制执行元件的运动，执行元件通过机械接口与机械传动和执行机构相连，带动工作机械作回转、直线以及其他各种复杂的运动。常见的伺服驱动有电液马达、脉冲油缸、步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。由于变频技术的发展，交流伺服驱动技术取得突破性进展，为机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元，极大地促进了机电一体化技术的发展。

4.信息处理技术

信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断和决策，实现信息处理的工具大都采用计算机，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。计算机技术包括计算机的软件技术和硬件技术、网络与通信技术、数据技术等。机电一体化系统中主要采用工业控制计算机（包括单片机、可编程序控制器等）进行信息处理。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计算机信息处理技术。

在机电一体化系统中，计算机信息处理部分指挥整个系统的运行。信息处理是否正确、及时，直接影响到系统工作的质量和效率。因此，计算机应用及信息处理技术已成为促进机电一体化技术发展和变革的最活跃的因素。

5.自动控制技术

自动控制技术范围很广，机电一体化的系统设计是在基本控制理论指导下，对具体控制装置或控制系统进行设计；对设计后的系统进行仿真，现场调试；最后使研制的系统可靠地投入运行。由于控制对象种类繁多，所以控制技术的内容极其丰富，例如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、再现、检索等。

随着微型机的广泛应用，自动控制技术越来越多地与计算机控制技术联系在一起，成为机电一体化中十分重要的关键技术。

6.接口技术

机电一体化系统是机械、电子、信息等性能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素和子系统之间的接口极其重要，主要有电气接口、机械接口、人机接口等。电气接口实现系统间信号联系；机械接口则完成机械与机械部件、机械与电气装置的连接；人机接口提供人与系统间的交互界面。接口技术是机电一体化系统设计的关键环节。

7．系统总体技术

系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点和全局角度，将总体分解成相互有机联系的若干单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能和技术方案组成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。系统总体技术解决的是系统的性能优化问题和组成要素之间的有机联系问题，即使各个组成要素的性能和可靠性很好，如果整个系统不能很好协调，系统也很难保证正常运行。

在机电一体化产品中，机械、电气和电子是性能、规律截然不同的物理模型，因而存在匹配上的困难；电气、电子又有强电与弱电及模拟与数字之分，必然遇到相互干扰和耦合的问题；系统的复杂性带来的可靠性问题；产品的小型化增加的状态监测与维修困难；多功能化造成诊断技术的多样性等。因此就要考虑产品整个寿命周期的总体综合技术。

为了开发出具有较强竞争力的机电一体化产品，系统总体设计。除考虑优化设计外，还包括可靠性设计、标准化设计、系列化设计以及造型设计等。

机电一体化技术有着自身的显著特点和技术范畴，为了正确理解和恰当运用机电一体化技术，还必须认识机电一体化技术与其他技术之问的区别。

（1）机电一体化技术与传统机电技术的区别。传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理为基础的各种电器来实现，如继电器、接触器等，在没计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明，整个装置是刚性的，不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心，在设汁过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响，整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。

（2）机电一体化技术与并行技术的区别。机电一体化技术将机械技术、微电子技术、计算机技术、控制技术和检测技术在设计和制造阶段就有机结合在一起，十分注意机械和其

他部件之间的相互作用。并行技术是将上述各种技术尽量在各自范围内齐头并进，只在不同技术内部进行设计制造，最后通过简单叠加完成整体装置。

（3）机电一体化技术与自动控制技术的区别。自动控制技术的侧重点是讨论控制原理、控制规律、分析方法和自动系统的构造等。机电一体化技术是将自动控制原理及方法作为重要支撑技术，将自控部件作为重要控制部件。它应用自控原理和方法，对机电一体化装置进行系统分析和性能测算。

（4）机电一体化技术与计算机应用技术的区别。机电一体化技术只是将计算机作为核心部件应用，目的是提高和改善系统性能。计算机在机电一体化系统中的应用仅仅是计算机应用技术中一部分，它还可以作为办公、管理及图像处理等广泛应用。机电一体化技术研究的是机电一体化系统，而不是计算机应用本身。

1.4 机电一体化产品

机电一体化技术和产品（系统）的应用范围非常广泛，几乎涉及人们生产生活的所有领域。机电一体化产品种类繁多，且仍在不断发展，分类标准也就各异，目前大致可有以下几种分类方法。

1.4.1 按产品功能分类

机电一体化产品按功能可分为以下几类。1．数控机械类

数控机械类产品的特点是执行机构为机械装置，主要有数控机床、工业机器人、发动机控制系统及自动洗衣机等产品。

2．电子设备类

电子设备类产品的特点是执行机构为电子装置，主要有电火花加工机床、线切割加工机床、超声波缝纫机及激光测量仪等产品。

3．机电结合类

机电结合类产品的特点是执行机构为机械和电子装置的有机结合，主要有CT扫描仪、自动售货机、自动探伤机等产品。

4．电液伺服类

电液伺服类产品的特点是执行机构为液压驱动的机械装置，控制机构为接收电信号的液压伺服阀。主要产品是机电一体化的伺服装置。

5．信息控制类

信息控制类产品的特点是执行机构的动作完全由所接收的信息控制，主要有磁盘存储器、复印机、传真机及录音机等产品。

1.4.2 按机电结合程度和形式分类

机电一体化产品还可根据机电技术的结合程度分为功能附加型、功能替代型和机电融合型三类。

1．功能附加型

在原有机械产品的基础上，采用微电子技术，使产品功能增加和增强，性能得到适当的提高。如经济型数控机床、数显量具、全自动洗衣机等。

2．功能替代型

采用微电子技术及装置取代原产品中的机械控制功能、信息处理功能或主功能，使产品结构简化，性能提高，柔性增加。如自动照相机、电子石英表、线切割加工机床等。

3．机电融合型

根据产品的功能和性能要求及技术规范，采用专门设计的或具有特定用途的集成电路来实现产品中的控制和信息处理等功能，因而使产品结构更加紧凑，设计更加灵活，成本进一步降低。复印机、摄像机、CNC数控机床等都是这一类机电一体化产品。

1.4.3 按产品用途分类

当然，如果按用途分类，机电一体化产品又可分为机械制造业机电一体化设备、电子器件及产品生产用自动化设备、军事武器及航空航天设备、家庭智能机电一体化产品、医学诊断及治疗机电一体化产品，以及环境、考古、探险、玩具等领域的机电一体化产品等。

1.5 机电一体化的现状与发展前景

机电一体化技术是其他高新技术发展的基础，机电一体化的发展依赖于其他相关技术的发展，可以预料，随着信息技术、材料技术、生物技术等新兴学科的高速发展，在数控机床、机器人、微型机械、家用智能设备、医疗设备、现代制造系统等产品及领域，机电一体化技术将得到更加蓬勃的发展。

1.5.1 机电一体化的发展现状

机电一体化技术的发展大体上可以分为3个阶段。

1．初级阶段

二十世纪六十年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉或不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。第二次世界大战直接刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军工技术，战后转为民用，对经济的恢复起了积极的作用。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。

2．蓬勃发展阶段

二十世纪七八十年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅速发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是机电一体化概念逐步形成并得到比较广泛的承认，机电一体化技术和产品得到极大发展，世界各国开始对机电一体化和产品给予很大的关注和支持。

3．初步智能化阶段

二十世纪九十年代后期，机电一体化技术开始了向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，精细加工技术也在机电一体化中崭露头角，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行着深入研究。在工业发达国家，人们已经认识到，先进机电系统的设计、制造和运行，将属于那些懂得怎样去优化机械和电子系统之间联系的人。在这些系统中，信息将起到至关重要的作用；人工智能、专家系统、智能机器人将构成未来机电一体化系统的驱动、监测、控制和诊断的主导技术。随着人工智能、神经网络及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了广阔的发展天地。这些研究将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。

由于机电一体化技术对现代工业和技术发展具有巨大的推动力，因此世界各国均将其作为工业技术发展的重要战略之一。二十世纪八十年代初，我国成立了机电一体化领导小组并将机电一体化技术列入《高技术研究发展计划纲要》即“八六三”计划中。二十世纪九十年代，我国把机电一体化技术列为重点发展的十大高新技术产业之一。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时，充分考虑国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响，在利用机电一体化技术开发新产品和改造传统产业结构及装备方面都有明显进展，取得了一定的成果，但与日、美、德等先进国家相比仍有较大差距。

任何一门科学都是由基础理论技术和工程系统组成的完整体系。机电—体化在技术和工程系统方面已有很大发展，但在基础理论方面尚在发展之中，还很不完备。

1.5.2 机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算杌、信息等多学科的交叉融合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下。

1．智能化

智能化是机电一体化技术的一个重要发展方向。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混合动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推测、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人类完全相同的智能是不可能的，但高性能、高速度微处理器可以使机电一体化产品被赋予低级智能或人的部分智能。

2．模块化

机电一体化产品的种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂而又是非常重要的事。研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置等标准单元能够迅速开发出新的产品，同时也可以扩大生产规模。标准的制定对于各种部件、单元的匹配和接口是非常重要和关键的，这项工作由于牵扯面广，目前还有待进一步协调。无论是对生产标准机电一体化单元的企业，还是对生产机电一体化产品的企业，模块化都将对其带来好处。

3．网络化

网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们日常生活都带来了巨大变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也日益全球化。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为大势所趋，这使得人们在家里能充分享受各种高技术带来的便利和快乐。机电一体化产品无疑正朝着网络化方向发展。

4．微型化

微型化指的是机电一体化向微型化和微观领域发展的趋势。国外将其称为微电子机械系统(MEMS)或微机电一体化系统，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米至纳米级发展。微机电一体化产品具有轻、薄、小、巧的特点，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，包括光刻技术和蚀刻技术。

5．绿色环保化

机电一体化产品的绿色环保化主要是指使用时不污染生态环境，可回收利用，无公害。工业的发达给人们带来了巨大的变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面资源减少，生态遭受到严重的污染。于是，人们呼吁保护环境资源，绿色产品应运而生，绿色化成为时代趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命周期中，符合特定的环境保护和人类的健康要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高。

6．人性化

未来的机电一体化更加注重产品与人类的关系，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、感情、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。另外，模仿生物生理，研制各种机电一体化产品也是机电一体化产品人性化的体现之一。

7．集成化

集成化既包括各种分技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包括在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。

小结

1．机电一体化是在机械主功能、动力功能之信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。

2．机电一体化系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成。

3．接口的分类

（1）根据接口的变换和调整功能特征分为：零接口、被动接口、主动接口、智能接口。（2）根据接口的输入／输出功能的性质分为：信息接口、机械接口、物理接口、环境接口。

4．机电一体化技术关键技术包括精密机械技术、传感检测技术、伺服驱动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、接口技术和系统总体技术等。

5．机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色环保化、人性化、集成化。

思考与练习1 1-1 机电一体化系统的基本功能要素有哪些？功能各是什么？ 1-2 试述机电一体化产品接口的分类方法。

1-3 列举各行业机电一体化产品的应用实例，并分析各产品中相关技术应用情况。1-4 为什么说机电一体化技术是其他技术发展的基础？举例说明。

项目工程1：典型机电一体化系统——四自由度机器人认识

一、工业机器人概况

工业机器人作为最典型的机电一体化产品，几乎具有机电一体化系统的所有特点，它是一种可编程的智能型自动化设备，是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。最近，联合国标准化组织采用的机器人的定义是：“一种可以反复编程的多功能的、用来搬运材料、零件、工具的操作机”。在无人参与的情况下，工业机器人可以自动按不同轨迹、不同运动方式完成规定动作和各种任务。机器人和机械手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制的，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。

机器人是从初级到高级逐步完善起来的，它的发展过程可以分为三代：

第一代机器人是目前工业中大量使用的示教再现型机器人，它主要由夹持器、手臂、驱动器和控制器组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存储信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。

第二代机器人是带感觉的机器人，它具有一些对外部信息进行反馈的台旨力，诸如力觉、触觉、视觉等。其控制方式较第一代机器人要复杂得多，这种机器人从1980年以来进入实用阶段。

第三代机器人是智能机器人，目前还没有一个统一和完善的智能机器人定义。国外文献中对它的解释是“可动自治装置，能理解指示命令，感知环境，识别对象，计划其操作程序以完成任务”。这个解释基本上反映了现代智能机器人的特点。近年来，智能机器人发展非常迅速，如机器人竞技、机器人探险等。

二、工业机器人的结构

工业机器人一般由主构架（手臂）、手腕、驱动系统、测量系统、控制器及传感器等组成。图1-5是工业机器人的典型结构。机器人手臂具有3个自由度（运动坐标轴），机器人作业空间由手臂运动范围决定。手腕是机器人工具（如焊枪、喷嘴、机加工刀具、夹爪）与

主构架的连接机构，它具有3个自由度。驱动系统为机器人各运动部件提供力、力矩、速度、加速度。测量系统用于机器人运动部件的位移、速度和加速度的测量。控制器(RC)用于控制机器人各运动部件的位置、速度和加速度，使机器人手爪或机器人工具的中心点以给定的速度沿着给定轨迹到达目标点。通过传感器获得搬运对象和机器人本身的状态信息，如工件及其位置的识别，障碍物的识别，抓举工件的质量是否过载等。

图1-5 工业机器人的典型结构

工业机器人运动由主构架和手腕完成，主构架具有3个自由度，其运动由两种基本运动组成，即沿着坐标轴的直线移动和绕坐标轴的回转运动。不同运动的组合，形成各种类型的机器人（如图1-6所示）：①直角坐标型(如图1-6(a)是三个直线坐标轴）；②圆柱坐标型(如

图1-6 工业机器人的基本结构形式

图1-6(b)是两个直线坐标轴和一个回转轴）；③球坐标型(如图1-6(C)是一个直线坐标轴和两个回转轴）；④关节型(如图1-6(d)是三个回转轴关节和1-6(e)是三个平面运动关节）。

三、工业机器人的应用

目前，工业机器人主要应用在汽车制造、机械制造、电子器件、集成电路、塑料加工等较大规模生产企业。下面介绍几种机器人的典型应用。

1.汽车制造领域

汽车制造生产线中的点焊和喷漆工作量极大，且要求有较高的精度和质量，由于采用传送带流水作业，速度快，上下工序要求严格，所以采用焊接机器人和喷漆机器人作业可保证质量和提高效率。图1-7是一个喷漆机器人系统示意图。喷漆机器人的运动是采用空间轨迹运动控制方式。图1-8是一个焊接机器人系统的示意图。焊接机器人还分成采用点位控制的点焊机器人和轨迹控制的焊接机器人两种。

图1-7 喷漆工业机器人系统示意图

1-操作机；2-识别装置；3-外启动；4-喷漆工件；5-示教手把；6-喷枪；7-漆罐；8-外同步控制；9-生产线停线控制；10-控制系统；11-遥控急停开关；12-油源

图1-8 焊接工业机器人系统示意图

2．机械制造领域

机械制造企业的柔性制造系统采用搬运机器人搬运物料、工件和工具，装配机器人完成设备的零件装配，测量机器人进行在线或离线测量。

图1-9 机器人用于零件装配

如图1-9所示是两台机器人用于自动装配的情况，主机器人是一台具有3个自由度，且带有触觉传感器的直角坐标机器人，它抓取第1号零件，辅助机器人抓取第2号零件，1号和2号零件抓取定位完成后，由主机械手完成装配工作。

图1-10 教学FMS 如图1-10所示是一教学型FMS，由一台CNC车床，一台CNC铣床，工件传送带，料仓，两台关节型机器人和控制计算机组成。两台机器人在FMS中服务，一台机器人服务于加工设备和传送带之间，为车床和铣床装卸工件；另一台位于传送带和料仓之间，负责上下料。

在电路板生产流水线一般使用插装机器人完成器件的查找、搬运和装配，如图1-6(e)就是插装机器人的典型结构，它主要有搬运器件的手臂的摆动和抓取插装过程的上下运动两个动作。

3．其他领域

机器人在其他领域应用也非常广泛，如，工业机器人可以取代人去处理一些如放射线、火灾、海洋、宇宙等环境的危险作业，如2004年1月4日美国“勇气”号火星探测机器人实现了人类登陆火星的梦想。2013年12月2日在西昌卫星发射的嫦娥三号月球探测器，实现了我国人民的飞天梦。

图1-11 “勇气”号火星探测机器人