现今,伴随着我国科技、经济的飞速发展,我国的机械行业也取得了较大的进步。下文是我为大家整理的关于有关机械方面毕业论文的范文，欢迎大家阅读参考!
浅析机械设计与机械制造技术
摘要：改革开放以后，我国科技发展水平越来越高，机械制造技术在与机械制图、电工、计算机应用技术等结合使用过程中不断发展，但是与国外先进技术相比还是有一定距离。本文就主要对机械设计与机械制造相关问题进行了分析探讨。
关键词：机械设计;机械制造;措施
引言
当代社会，随着社会的进步和科技的发展，人们对生活品质的要求越来越高，连带着对各种产品的标准越加严格，对产品的要求向着以下方面发展：合理的价格、高档的质量、方便性、多样化的种类、高度自动化、观赏性等。所以对机械设计以及机械制造的探究就显得非常有意义，能够对提升产品各方面的性质特点有所贡献。
一、机械设计的技术分析
1、机械设计的初期计划设计分析
机械设计要进行初期的计划设计，其在工作方面和计算机软件的设计需求分析比较类似，在设计之前要对机器设计的要求进行调查和分析，在分析要求的过程中，对机器应该具备的功能也要进行掌握。以此作为机械设计的基础，然后在设计以及制造过程中要对相应的约束条件进行规定。
2、机械设计的设计方案分析
在机械设计中，方案设计是关键的部分，方案也是设计的灵魂，其决定着设计的成败。在设计阶段，会遇到很多的问题，主要要面对的问题就是实际和理论之间的矛盾。方案设计不仅仅要符合机器本身的性能，同时，在功能方面也要进行满足。在方案设计方面，对检验人员对机器开发、认识以及创新方面都要进行重视.在设计阶段，主要的步骤可以简单概括为对工作原理进行定义、对机器结构进行确定、对机器运动方式进行设计、对零部件的选取与设计进行判断、对制图进行设计以及对初步设计进行调查。
3、机械设计的主要技术设计分析
机械设计中，对技术层面的要求最为严格，在这个阶段要对设计图纸进行校对，同时，要对图纸进行计算，对设计总图和部分草图要进行对比和核对分析。在机械设计方面对每个部分都要进行设计，设计时要进行非常严格的核对，不能出现疏漏的情况，同时，在校对方面也要保证质量。对要进行产品生产的机械，在设计时，要根据产品进行定型设计。
4、机械设计的技术发展趋势分析
(1)针对现代机械产品的机械设计
现代机械产品对机械设计提出了更高的要求，因此，在进行机械设计时，在技术层面一定要不断的进行改善.机械产品设计要更加具有智能化特点，主要的方式就是利用现代化设计手段，在设计过程中应用先进的设计软件和虚拟的设计技术，对产品设计进行虚拟化，同时，利用多媒体技术对产品的性能结构进行模拟演示，以达到更好的设计效果。
在机械设计方面要更加的系统化，机械设计中包含着很多的部件，这些部件要有机的结合在一起才能形成整体的设计，同时，要具有一定的层次性，在经过系统设计以后才能实现机械产品的设计目标。最后是要具有模块化特点，这种理念在设计方面比较简单，但是，要保证机械设计功能实现模块组合，在产品方案设计过程中进行实现。机械产品设计要具有特性，要根据所生产的产品特性来进行机械设计，在这个过程中要利用计算机对产品进行构建，同时，进行必要的推理，最终形成方案设计。
(2)现代机械设计的未来发展与前景分析
机械产品在性能方面要更加的优良，因此，在进行机械设计过程中要以提高产品的性能为目标，其中机械产品的优良性主要体现在可靠性技术以及控制技术方面。机械设计要更加适合市场发展，在激烈的市场竞争中能够获得发展空间，产品在形成以后要能够在市场中进行拓展。同时，在经济环境不断变化的情况下，要不断开发新技术，这样能够在机械设计方面应用新技术。新技术要具备一定的竞争优势，主要体现在技术方面的创新，成本方面的降低，智能化设计等。应用新技术来提高机械设计的市场竞争能力，对企业未来的发展更加有利。
二、机械制造的技术分析
1、主要的机械制造工艺
当代机械制造的技术覆盖范围非常广，包括焊、钳等。而现代机械制造的焊接技术主要有：埋弧焊焊接技术，即在焊剂表层下靠燃烧电弧来完成焊接的焊接技术;电阻焊焊接技术是指将待焊接的物体牢牢压在正负两极之间，再接上电源，依靠电流经过被焊接物表面以及周边能够发热的效应，将其熔化，使它和金属融为一体的压力焊接工艺;螺柱焊焊接技术，就是使螺柱的一端和管件或板件的表面紧紧连接在一起;搅拌摩擦焊焊接技术就是在焊接时，除了焊接用的搅拌头，其余焊接消耗性材料如焊剂、焊丝等都舍弃的焊接工艺;气体保护焊焊接技术，即用电弧来发热的焊接技术。
2、先进的机械制造技术的特点分析
(1)全球化
在经济全球化前提下，机械的制造企业已经将资源配置扩散至全球范围，这促进了制造业在全球大范围的迅速扩展壮大。现代机械制造技术也承受着全球化的挑战，许多先进的机械制造技术层出不穷。一个机械产品的完成可能是几个国家或地区分工合作的结果，所以一个国家要想在经济全球化大背景下处于常胜地位，就要使本国的制造技术处于国际先进行列，再依据国情和具体的制造技术合理分配机械产品的制造工序。
(2)系统性的技术综合
随着社会的进步，现代科技在机械制造中的重要性也逐渐突出，先进的机械制造技术更是多种现代科技的有机结合。先进的机械制造技术不仅突出制造技术的本身，而且增大了制造技术的范围。现代机械制造技术已经渗透到产品的调研、设计、制造、生产以及销售等整个链条中，应用到的科学技术有自动化、现代化管理信息系统、计算机等，是一种综合性的制造。
(3)不断迎合市场经济
传统工艺制造的机械产品已经远远落后于现代市场对机械产品的需求，因此现代机械制造技术要在保留原有制造工艺的前提下努力创新，同时不断吸收世界各国的先进工艺，研究开发新的制造技术。这样才能使机械制造在竞争逐渐激烈的市场经济中占据有利地位。
(4)符合工业发展的新要求
现代工业正在迅猛的发展，而且各种新技术的体系也接连融入其中，如计算机技术、化工技术等先进的现代技术都很好的融合成了一体。现代工业前提下，机械制造要不断革新制造技术，努力提升生产的效率，进一步满足客户的需求，从而能够很好的进行市场的扩展。
3、我国机械制造技术的现况及发展趋势分析
现今，我国的机械制造业发展迅猛，究其原因，主要可以从机械制造的设计、制造工艺和管理等方面来分析：首先就是机械制造的设计方面，在工业比较发达的国家企业多数都应用先进的设计理论及方法，而且会对机械制造的设计数据进行不间断的更新，特别是计算机CAD软件技术的应用，更是让越来越多的机械制造企业走进了无图纸的时代，可目前我国紧缺这样类似的先进技术或者是应用得不广泛，需要有关部门和核心机械制造企业大力的宣传和推广;其次是机械制造的技术分析方面，目前机械制造的主要发展趋势是高精密、高精度加工，在发达的国家，一些高级的加工工艺如纳米、电磁、微型加工以及激光等加工技术都被广泛运用到实际的生产制造中，而目前我国这类高端技术应用得则很少甚至还没有开发出来。
因此，在我国的机械制造技术方面还有很大的发展进步空间，值得投入更多的精力去研究探索;最后就是机械制造的管理方面，在这个信息时代的大背景下，应用计算机技术来实行管理已经成为了一种必然趋势，随着机械制造的组织机制和生产方式的不断更新，精细生产(LP)、准时生产制(JIT)、敏捷制造(AM)以及制造资源计划(MRPⅡ)等先进的管理思想应运而生，而在我国这些先进的管理理念则比较稀少，只有极少数的机械制造企业引进了这些管理机制，因此我国的机械制造企业要多多引进这类先进的制造管理理念，提高机械制造的效益与效率。
结束语
综上所述，要想促进机械制造业的发展，就必须不断提高机械制造技术和精密加工工艺的发展及应用水平。而机械设计对机械制造来说非常的重要，因此在机械设计过程中要严格把关，保证质量，实现高标准、高质量的机械生产。
参考文献
[1]郭健禹.现代机械制造技术的发展方向探析[J].中国科技纵横，2011(18).
[2]刘超.我国机械设计制造及其自动化发展方向研究[J].河南科技，2013(6).
[3]陈海平.试析我国机械制造技术的现状及发展方向[J].价值工程，2013(18).
浅析电梯的机械装置及机械结构
摘要：随着高层建筑的进一步增多，电梯也开始频繁出现在我国的各大商场及居民建筑物中，电梯为人们的生产及生活活动带来了方便与快捷的同时，所出现的安全事故等问题也为人们的正常生活秩序造成了严重的影响。
关键词：电梯;机械装置;机械结构
引言
电梯给人们的生活带来了方便和快捷，但是，当电梯出现故障的同时也给人们带了不便甚至危害到了人们的生命安全。因此，应对电梯结构进行进一步的研究和完善。
一、电梯的概念及分类
1、电梯的概念
虽然电梯十分普及，多数人也都使用过电梯，但是人们对于电梯的理解却仅仅局限于狭义的概念方面，所谓狭义的电梯指的是对规定楼层进行服务的，具有轿厢等垂直或是倾斜的升降设备，不包括自动人行道以及自动扶梯等等。对于广义的电梯而言，其主要指的是具有动力驱动的，可沿着刚性导轨进行运行的箱体或是沿着固定的线路进行运行的梯级、踏步等等，可对人或货物进行升降或平行运送的机电设备。其既包括普通意义上的载人或载货电梯，也包括自动扶梯以及自动人行道等等。
2、电梯的分类
2.1 按其运行速度快慢来分，可将电梯分为四大类：低速、快速、高速以及超高速四类电梯。对于低速电梯而言，其主要指的是运行速度小1m/s的电梯，多数货梯的运行速度均在此速度区间内;快速电梯指的是运行速度在1m/s-2m/s之间的电梯，通常而言，15层以内的多层客梯以及住宅电梯的运行速度均在此区间内;高速电梯主要指的是运行速度在2m/s-4m/s之间的电梯，高层写字楼中常为此种类型的电梯;而超高速电梯的运行速度超过4m/s，主要用于分区进行控制的高层大厦中。
2.2 根据电梯使用用途的不同，可将其分为乘客、载货、医用、杂物、观光、车辆以及船舶等多种类型的电梯，除了常用电梯以外，还有不少种类较为特殊的电梯，例如，建筑施工电梯、斜行电梯以及立体停车场用电梯等等。
二、电梯的机械结构及主要装置分析
1、门系统
门系统的主要任务是在电梯运行的过程中关闭电梯的轿厢空间门与各层的层门以免乘客出现意外。门系统是电梯安全保障的重点之一，门系统必须保障的几点是：在轿厢没有升到层门并停好之前层门自动闭锁(某商场就出现过电梯因意外导致层门闭锁失灵，结果一个乘梯的顾客看也没看就走了进去);在轿厢运动过程中轿厢门必须自动闭锁。
2、曳引系统
曳引系统的主要目的就是牵引轿厢上上下下到达乘梯者指定的层数。曳引系统主要由导向轮、限速轮、曳引钢索、曳引机等组成。曳引机即俗称的电梯主机，是为电梯提供动力的装置。电梯主机根据其电机可以分为交流曳引机与直流曳引机;根据其减速方式可以分为无齿轮曳引机与有齿轮曳引机;按其速度可以分为低、中、高、超高速曳引机;据其结构形式可分为卧式曳引机与立式曳引机。电梯的轿厢与对重是通过同一根曳引绳挂在同一个曳引轮上的。轿厢的重量与对重的重量使曳引轮与曳引绳之间产生摩擦力，曳引机则驱动曳引轮转动从而以摩擦力驱动轿厢的上下。
3、轿厢系统
轿厢就是我们平常进入到电梯里的厢式空间。轿厢一般是由轿底、轿门、轿顶、轿壁等部件组成的。轿厢是四大空间中唯一的乘客空间。轿顶与轿门对面的轿壁通常为镜面，轿顶处安装有监控装置。轿厢是电梯的承重与承载空间也是我们最熟的空间，但是我们不知道的是轿厢的底部还有称重装置，可以精确地称量出目前电梯上所有乘员的总重量，一旦这个总重量超出了电梯的额定重量，则发出声音报警，现在许多电梯已经将原来单调的警示音改成了语音报警，以提示电梯目前处于超生停止运行状态，必须对重要做出调整。这时候只要下去一个或几个人只要不超过额定的重量电梯就可以继续运行了。
4、导向系统
电梯的导向系统主要由导轨、导轨架、导靴等组成。导向系统的功能就是对轿厢与对重的自由度进行限制，约束对重与轿厢在各自的轨导上运行，以免发生碰撞，因为对重与轿厢其实挨得很近，如果不加以约束非常容易相撞。在意外停电、曳引绳断裂等意外发生时，导向系统可以将轿厢卡死在导轨上以防止其做自由落体式坠落从而造成人身伤亡。导轨能控制电梯的升降方向，控制了轿厢和对重在水平方面的移动，使得轿厢与对重在井道中处于合理的位置，避免发生倾斜。电梯井道中共有4根导轨，2根为对重架导向，2根为轿厢导向。利用螺栓、螺母与压道板实现导轨的固定。而导轨架之间的距离需控制在3-5m长的导轨上，且数量必须在2个以上。导轨在安全钳动作时，可当成被夹持的支承件，支撑轿厢或对重。
5、重量平衡系统
此系统主要包括了对重、补偿绳、补偿装置以及补偿缆等。对重用的钢丝绳经曳引轮与导向轮同轿厢相连，并负责在运行过程中对轿厢及电梯的负载进行平衡。对于对重重量值而言应严格依据电梯的额定载重量相关要求进行配置，以尽可能确保电梯处于一个最佳的工作状态。若电梯的曳引高度大于30m时，曳引钢丝绳的差重将会对电梯的运行稳定性及其平衡状态造成影响，因此，必须进行补偿装置的增设，例如，补偿链及补偿缆等等。
6、机械装置
电梯作为垂直交通工具，安全必须绝对保证。在此主要介绍限速器、安全钳、缓冲器及终端超越保护装置。
6.1 限速器和安全钳
限速器能够反映轿厢或对重的实际运行速度，当电梯的运行速度达到或超过设定的极限值时(一般为额定速度的115%以上)，限速器停止运转，并借助绳轮中的摩擦力或夹绳机构提拉起安装在轿厢梁上的连杆机构，通过机械动作发出信号，切断控制电路，同时迫使安全钳动作，从而使轿厢强行制停在导轨上，只有当所有安全开关复位，轿厢向上提起时，安全钳才能释放。当安全钳没有恢复到正常状态时，电梯不能使用。所以限速器是电梯超速并在超速达到临界值时，起检测及操纵的作用。
6.2 缓冲器
缓冲器是电梯极限位置的最后一道安全装置。当所有保护措施失效时，带有较大的速度与能量的轿厢便会冲向底层或顶层，造成机毁人亡的严重后果。设置缓冲器的目的，就是吸收、消耗轿厢能量。一般在对重侧和轿厢侧都分别设有缓冲器。缓冲器的类型有弹簧型和液压型。由于弹簧缓冲器受到撞击后需要释放弹性变形能，产生反弹，造成缓冲不稳，因此一般只用于额定速度1m/s以上的低速梯。液压缓冲器，是以消耗能量的方式缓冲的，因此没有回弹现象，缓冲过程相对平稳，噪声又小，因此在快速和高速电梯中被普遍使用。
6.3 终端超越保护装置
终端超越保护装置的作用，在于避免电梯的电气系统失效，而造成轿厢越过上、下端站能够持续运行，引起冲顶、撞底等意外的发生。终端超越保护装置，通常安装在轿厢导轨的上、下终端支架上，其主要是由减速开关、限位开关、极限开关并配有打板、碰轮、钢丝绳等构件组成。打板在电梯失控后，会因轿厢的运行而与减速开关相碰，让开关内的接点送出电梯停止运行的指令信号。若这种方式无法停止电梯，则需要利用限位开关的动作，使得电梯往相反的方向运行。若电梯依旧无法停止，极限开关将把电源断开，电梯迅速停止。
结束语
综上所述，虽然电梯的机械结构较为简单，但其机电一体化程度相对较高，所应用的自动化技术也相对较为先进，电梯控制电路及过程复杂程度高。但是，同其他任何机电系统相同，电梯的装置以及机械结构间也存在着不少问题。因此，现有电梯仍需进一步完善，应将传统的曳引绳牵引电梯转变为磁悬轨道动力牵引电梯，并采用固定轨道对电梯进行固定，以确保电梯使用过程的安全性。
参考文献
[1] 叶安丽.电梯控制技术[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]丁立强.曳引电梯动态特性研究及其仿真平台开发[D].杭州:浙江大学，2005.
雕塑曲面体混流式叶片的多轴联动数控加工编程技术摘要：转轮叶片是水轮机能量转换的关键部件，也是最难加工的零件，目前多轴联动数控加工是解决该类大型雕塑曲面零件最有效的加工方法。多轴联动数控加工编程则是实现其高精度和高效率加工的最重要环节。本文介绍混流式水轮机叶片五轴联动数控加工大型雕塑曲面编程中涉及到转轮叶片三维造型、刀位轨迹计算、切削仿真、机床运动碰撞仿真、后置变换等关键技术。通过对这些技术的链接和研究，开发实现了大型叶片的多轴联动加工。
关键词：数控编程
引言
水轮机是水力发电的原动机，水轮机转轮叶片的制造，转轮的优劣，对水电站机组的安全、可靠性、经济性运行有着巨大的影响。水轮机转轮叶片是非常复杂的雕塑面体。在大中型机组制造工艺上，长期以来采用的“砂型铸造—— —砂轮铲磨——立体样板检测 —的制造工艺，不能有效地保证叶片型面的准确性和制造质量。目前采用五轴联动数控加工技术是当今机械加工中的尖端高技术。大型复杂曲面零件的数控加工编程则是实现其数字化制造的最重要的技术基础，其数控编程技术是一个数字化仿真评价及优化过程。其 关键技术包括：复杂形状零件的三维造型及定位，五 轴联动刀位轨迹规划和计算，加工雕塑曲面体的刀轴 控制技术，切削仿真及干涉检验，以及后处理技术等。 大型复杂曲面的多轴联动数控编程技术使雕塑曲面体 转轮叶片的多轴数控加工成为可能，这将大大推动我
国水轮机行业的发展和进步，为我国水电设备制造业 向着先进制造技术发展奠定基础。
" 大型混流式水轮机叶片的多轴数控加工编程过程大型复杂曲面零件的五轴联动数控编程比普通零件编程要复杂得多，针对混流式叶片体积大并且型面曲率变化大的特点，通过分析加工要求进行工艺设计，确定加工方案，选择合适的机床、刀具、夹具，确定合理的走刀路线及切削用量等；建立叶片的几何模型、计算加工过程中的刀具相对于叶片的运动轨迹，然后进行叶片的切削仿真以及机床的运动仿真，反复修改加工参数、刀具参数和刀轴控制方案，直到仿真结果确无干涉碰撞电子商务资料库"-5*1%)5:/1$)"3发生，则按照机床数控系统可接受的程序格式进行后处理，生成叶片加工程序。其具体编程过程如图-所示。
图-大型混流式叶片的五轴联动数控加工编程流程!"! 混流式水轮机叶片的三维几何建模 混流式叶片这一复杂雕塑曲面体由正面、背面、与上冠相接的带状回转面、与下环相接的带状回转面、
大 ， 可 编 写 一 个.*/0程序读入这些三维坐标点，然后采用双三次多补片曲面片通过自由形式特征的通过曲线的方法进行曲面造型，如图1所示。叶片的毛坯形状可从设计数据点进行偏置计算处理，或者从三维测量得到的点云集方式确定对叶片的各个曲面分别进行"234$曲面造型，并缝合成实体。
!"# 叶片加工工艺规划
加工方案和加工参数的选择决定着数控加工的效率和质量。我们根据要加工叶片的结构和特点可选择大型龙门移动式五坐标数控铣镗床，根据三点定位原理经大量的研究分析，决定在加工背面是采用通用的带球形的可调支撑，配以叶片焊接的定位销对叶片定位，在叶片上焊接必要的工艺块，采用一些通用的拉紧装置来装夹。加工正面时，采用在加工背面时配合铣出的和背面型面完全一致的胎具，将叶片背面放入胎具，利用焊接的工艺块进行调整找正，仍然采用通用的拉压装置进行装夹。由于叶片由多张曲面组合而 成，为了解决加工过程中的碰撞问题，我们采用沿流线 走刀，对于叶片的正背面进行分区域加工，根据曲面各
处曲率的不同采用不同直径的刀具、不同的刀轴控制方 式来加工。对每个面一般分多次粗铣和一次精铣。在机 床与工件和夹具不碰撞和不干涉情况下，尽量采用大直 径曲面面铣刀，以提高加工效率。叶片正背面我们选用 刀具直径!-56曲面面铣刀粗铣、!-16曲面面铣刀精铣， 叶片头部曲面采用!76的曲面面铣刀加工，出水边采用!76螺旋玉米立铣刀五轴联动侧铣。根据后续仿真情况 反复做刀位编辑，以寻求合理的加工方案。在满足加工
要求、机床正常运行和一定的刀具寿命的前提下尽可能&n bsp;的提高加工效率。!"$叶片五轴联动加工刀位轨迹的生成 针对大型混流式叶片各曲面的特点，进行合理的刀位轨迹规划和计算，是使所生成的刀位轨迹无干涉、无碰撞、稳定性好、编程效率高的关键。由于五轴加工的刀具位置和刀具轴线方向是变化的，因此五轴加工的是由工件坐标系中的刀位点位置矢量和刀具轴线方向矢量 组成，刀轴可通过前倾角和倾斜角来控制，于是我们可 根据曲面在切削点处的局部坐标计算出刀位矢量和刀轴 矢量。从加工效率、
表面质量和切削工 艺性能来看，选择
沿叶片造型的参数
线作为铣削加工的
方向分多次粗铣和
一次精铣，然后划
分加工区域，定义
与机床有关的参数，
根据以上所选叶片
的加工部位、装夹 图,
混流式叶片的刀轨生成
定 位 方 式 、 机 床 、 刀具及切削参数和余量分布情况将叶片分为多个组合面
分别进行加工。通过对曲面曲率的分布情况的分析对于 不同的区域采用不同的面铣刀。粗加工给出每次加工的 余量，精加工采用同一直径的铣刀，根据粗糙度要求给 定残余高度，根据具体情况选择切削类型、切削参数、 刀轴方向、进退刀方式等参数，生成的刀位轨迹如图, 所示。但是对于像叶片这样的曲率变化很大而又不均匀 的雕塑曲面零件我们还要根据情况作大量的刀位编辑， 并且必须进一步通过切削仿真做干涉和碰撞检查修改和
编辑刀轨。!"#叶片五轴联动数控加工仿真
数控加工仿真通过软件模拟加工环境、刀具路径
与材料切除过程来检验并优化加工程序。在计算机上
仿真验证多轴联动加工的刀具轨迹，辅助进行加工刀
具干涉检查和机床与叶片的碰撞检查，取代试切削或
试加工过程，可大大地降低制造成本，并缩短研制周
期，避免加工设备与叶片和夹具等的碰撞，保证加工
过程的安全。加工零件的"!代码在投入实际的加工之
前通常需要进行试切，水轮机叶片是非常复杂的雕塑
曲面体，开发利用数控加工仿真技术是其成功采用五
轴联动数控加工的关键。在此，我们首先进电子商务资料库324&%';&6:6)(#2行工艺系
统分析，明确机床!"!系统型号、机床结构形式和尺
寸、机床运动原理和机床坐标系统。用三维!,-软件建
立机床运动部件和固定部件的实体几何模型，并转换
成仿真软件可用的格式，然后建立刀具库，在仿真软
件中新建用户文件，设置所用!"!系统，并建立机床运
动模型，即部件树，添加各部件的几何模型，并准确
定位，最后设置机床参数。 接下来将叶片模型变换到
加工位置计算出刀具轨迹，再以此轨迹进行叶片切削
过程、刀位轨迹和机床运动的三维动态仿真。这样就
可以清楚的监控到叶片加工过程中的过切与欠切、刀
杆和联接系统与叶片、机床各运动部件与叶片和夹具
间的干涉碰撞，从而保证了数控编程的质量，减少了
试切的工作量和劳动强度，提高了编程的一次成功率，
缩短了产品设计和加工周期，大大提高生产效率。如
在数控加工行业进行推广，可产生巨大的经济和社会
效益。叶片的切削仿真如图.所示，叶片的机床加工仿
真如图/所示。
图. 混流式叶片的切削仿真图/
混流式叶片的机床加工仿真
!"$叶片刀位轨迹的后置处理
后置处理是数控编程的一个重要内容，它将我们前
面生成的刀位数据转换成适合具体机床的数据。后处理
最基本的两个要素就是刀轨数据和后处理器。我们应首
先了解龙门移动式五坐标数控铣镗床的结构、机床配备的附属设备、机床具备的功能及功能实现的方式和机床
配备的数控系统，熟悉该系统的"!编程包括功能代码
的组成、含义。然后应用通用后置处理器导向模板，根
据以上掌握的知识，开发定制专用后置处理器。然后将
我们已得刀位源文件进行输入转换成可控制机床加工的
"!代码。
% 结束语
复杂曲面的多轴联动数控编程是一涉及到众多领域
知识的复杂流程，是数字化仿真及优化的过程。本文介
绍的大型水轮机叶片的多轴联动编程技术，已用于工程
实际大型叶片的数控编程中，实现了大型转轮叶片的五
轴联动数控加工的刀位轨迹计算和加工仿真，保证了后
续数控加工的质量和效率，已作为大型水轮机叶片五轴
联动数控加工的编程工具用于实际生产中。
数控机床可维修性设计及其
关键技术研究
摘 要] 故障作为随机事件是不可避免的,而可靠性设计从某种意义上讲又是靠大量的可靠性测量
分析与储备。为此人们在设计中,在对关键的零部件进行适当的可靠性储备的同时,应更多地注重于产
品的可维修性设计,可维修性设计虽然会使成本有所增加,但较之在产品开始产生之后,再对设计进行
修改而带来的经济损失和声誉损失,仍然是相当经济的。本文重点从设计措施入手研究提高数控设备
维修性的新途径,使数控产品的故障诊断和维修既方便又快捷,并在此基础分析冗余设计的维修性设计
技术。
[关键词] 数控机床;可维修性设计;设计准则;技术分析;冗余设计
设计质量对于产品而言至关重要,而以最少的成本获
得高质量的产品已经成为当今产品设计的主要追求。可维
修性设计就是其中一个非常重要的内容,可维修性设计就
是把维修性纳入产品设计过程,通过设计与验证实现维修
性要求,这不仅是提高产品质量水平的客观需要,也是用户
的迫切需求。因为一件产品的维修工作越简单,那么它对
顾客的吸引力也就越大。
随着数控技术的发展,设计人员在产品设计中引入了
大量的电子技术元件,这一方面改善了数控产品的性能,而
另一方面给产品的可靠性设计也带来了新问题。因为故障
作为随机事件是不可避免的,而可靠性设计从某种意义上
讲又是靠大量的可靠性测量分析与储备。为此人们在设计
中,在对关键的零部件进行适当的可靠性储备的同时,应更
多地注重于产品的可维修性设计,使产品的故障诊断和维
修既方便又快捷。
1 维修性方案
人们现在所关心的已不仅仅是产品的初始性能,而是
产品在整个生命周期中的性能变化。而产品的使用性能受
到其使用方法的影响。因此一方面,我们需要知道产品是
如何被使用的,这些信息可以从它的前代产品中得到。另
一方面,设计者在设计时可以采取一定措施来改变产品将
来被使用以及维修的方式。例如,设计者需要判断那种零
件更加耐磨,以及零件的替换方式等等,这些都将直接关系
到产品的拆卸性能、维修性能。因此我们需要做的不仅仅
是预测产品或部件的故障发生率,则是要求以最少的操作
和成本完成一件产品或一个系统的维修工作。现在,制造
商们已经意识在产品设计和制造过程中考虑产品的可维
修性。
现代设计的数控设备不仅要功能佳,而且也要使用、维
修方便,这样整台设备的综合效率才高。在产品论证、方案
设计时,设计者要有现代设计意识,采用并行工程的原理,
考虑到从产品概念到投入使用过程中的整个寿命周期中所
有的因素,包括设计、制造、安装、调试、使用、维修等阶段。
因此,设计者在产品设计建模时,就应当考虑到产品拆卸的
可能性及修理的结构工艺性,整台设备不能有不可到达的
死角,所有部件尽量采用快速解脱装置,以便拆装。
2 维修性设计与分析
2. 1 可达性设计
可达性就是在进行设备维修、更换时,能够方便地接近
维修部位和进行维修作业,是一种设计布局与装配特性。
可达性又分为:安装场所可达性;设备外部可达性;内部可
达性三类。良好的可达性,能减少维修牵连和差错,使维修
作业方便舒适。在进行可达性设计过程中,可以重点从以
下几个方面去把握:
(1)所有的零部件都应在不拆卸其他零部件的情况下
也能直接看到或碰到; (2)更换零部件时间:为了缩短更换
零部件的时间,从布局观点应考虑,把故障出现频数多的零
部件、更换时间长的零部件,放在可达性好的部位; (3)零
部件的尺寸与质量:对于大的、重的零部件等,在布局时应
考虑尽可能放置在开口部分近旁;并且在更换时不致损坏
其他零部件的部位; (4)诊断的难易:机器内零部件配置应
多考虑进行诊断的程序,即维修人员一边直接检查零部件,
一边判定故障位置。一般来说,零部件的配置方法可分为
下面四类:A标准配置:配置零部件时,要考虑其重量、热分
布、工作性能等方面,也要考虑其强度、耐久性和制造工艺
性,但对下述方法不作考虑; B零部件的分类配置:把同类
的结构单元、零部件(例如继电器)等安装在一起,这种方
法对定期的预防维修(定期检果、定期更换等)是方便的; C
电路的分类配置:这是电子设备中常用的一种方法,它是把
由多个零部件组成的结构单元(用途不同也可以)集中在
一处。这样,有利于实现元部件的标准化,并可简化测试程
序和缩短测试时间;D逻辑式配置:按照功能方框图的各方
框来进行配置。维修人员在理解了工作原理之后,就能很
容易地对照框图来寻求故障位置。(5)设整检查的难易:
最现想的零部件配置是,不用打开机器就能检查或设整机
器。即使机器内有调整处,也必须使其不停机就能进行调
整; (6)零部件周围的空间:在更换零部件时,如无适当的
空间,就会严重妨碍作业。(7)目视:在配置零部件时为了
能用目视,应考虑以下几点:A、拆下盖板时,要能以正常的
视角看到所有的零部件; B、取放零部件时,要能从开口部
分看到零部件; C、配置零部件时,要使零部件上的金属件、
螺丝等能看到清而不受其他零部件遮蔽,也不受工作人员
的手和工具的遮蔽; D、为了能识别,要在机体上和零部件
上作出标记; E、需要调整的零部件,既要看得见调整外,又
要在机体上或对应的显示器上显示其调整范围。
2. 2 模快化设计
在整体式结构中,失效的零部件或元器件是分立而离
散分布的,判明故障点比较困难,在维修中往往需大拆大
卸,并受工具、测试设备、操作空间等维修条件的限制,不仅
修复和更换速度慢,而且易影响维修后的质量,并且对维修
人员的技术和技能要求比较高。
模块是将一个单元体、组件、部件或零部件,设计成一
个可以单独处理的单元,使其便于供应和安装、使用、维修。
由于整机中的模块便于拆装、测试,所以模块化对维修有特
别重大的意义,它使维修工作产生了革命性的变化,或者
说,模块化带来了维修工作的革命。
(1)简化维修,缩短维修时间:从维修着眼,模块是以
从整机上整个地拆下来的设计部件,维修是以模块为单位
进行的。由于模块易于从整机中拆卸和组装,简化了维修
工作,缩短了维修时间。(2)易于测试诊断:模块间有明确
的功能分割,能单独调试,且常有故障指示,出现故障后易
于判断,并迅速找到有故障模块,缩短了故障诊断、定位时
间。(3)降低对维修人员水平的要求:由于维修方式和维
修条件和改善,可大大降低对维修人员的技术水平和技能
的要求,并易于保证维修质量。如有备用模块、甚至设备的
操作者就可及时进行快速更换。(4)减少预防性维修工作
量:由于模块易于与产品剥离,许多模块可以拆下来,拿回
到维修室进行维修,维修环境良好,维修工具齐全,可减少
或避免现场维修;有时由于机器已装上备用模块而正常运
转,对损坏的模块可从容不迫地进行维修,有助于保证修复
性维修的质量。(5)有助于实施改进性维修:由于模块是
“黑箱”型部件,有确定的功能和输入、输出接口,新技术模
块只要功能与接口能相兼容,就可方便地用于改造老产品。
(6)有助于售后服务(维修):现代企业都有一支数量不小
的售后服务队伍,以便让用户满意。模块化产品不仅易于
测试、诊断,并且由于模块通用性大、寿命长、生产批量大,
大多数备件都是新产品上还在使用的零部件,易于取得,甚
至可在市场上购得。(7)模块化设计对维修除有上述的技
术性好处外,还可大大简化维修管理。
2. 3 测试诊断设计
最基本的要求就是,测试诊断应准确、迅速、简捷。
(1)对测试点配置的要求:A、测试点的种类与数量应
适应各维修级别的需求,并考虑到测试技术不断发展的要
求。B、测试点的布局要便于检测,并尽可能集中或分区集
中,且可达性良好。其排列应有利于进行顺序的检测与诊
断。C、测试点的选配应尽量适应原位检测的需要。产品
内部及需修复的可更换单元还应配备适应数量供修理使用
的测试点。D、测试点和测试基准不应设置在易损坏的部
位。(2)对测试方式和设备的要求:A、应尽量采取原位(在
线,实时与非实时的)测试方式。重要部位应尽量采用性能
监测(视)和故障报警装置。对危险的征兆应能自动显示,
自动报警。B、对复杂的设备系统,应采用机内测试(BIT),
外部自动测试设备,测试软件,人工测试等,形成高的综合
诊断能力,保证能迅速,准确地判明故障部位。要注意被测
单元与测试设备的接口匹配。C、在机内测试、外部自动测
试与人工测试之间要进行费用、效能的综合权衡,使系统诊
断能力与费用达到最优化。D、测试设备应与主装备同时
进行选配或研制、试验、交付使用。研制时应优先选用现行
系统中适用的或通用的测试设备;必要时考虑测试技术的
发展,研制新的测试设备。E、测试设备要求体积和质量
小、在各种环境条件下可靠性高、操作方便、维修简单和通
用化、多功能化。(3)故障诊断的一般要求:对于一个系统
来说,故障诊断应该满足以下要求:A、对系统在各种方式
和状态下均能可靠地进行检测,并能指出系统在各种方式
下处于正常工作、发生故障、抑或性能退化的状态。B、能
检测显示95%的系统故障,并能把其中90%的故障定位到
更换单元。C、避免或尽量少使用外部测试仪器。D、故障
检测和定位电路的失效率,不超过系统总失效率的5%。
E、错误告警概率应小于1%。错误告警包括: a虚警:监控
电路指示有故障,而实际上并不存在功能性故障; b故障没
有被发现:发生了故障,但未显示出来; c故障识别错误:故
障部位或性质显示的错误。(4)测试性设计一般准则:测
试性是指产品(系统、子系统、设备或模块)能及时准确地
确定其状态(可工作、不可工作、性能下降)和隔离其内部
故障的一种设计特性。也就是须在产品设计时就考虑测试
要素,使产品方便测试和(或)产品本身就能完成某些测试
功能。测试性设计的一般要求如下: A、合理划分功能单
元:只要有可能,应根据结构表示物理和电气的划分。因为
实际维修单元是结构分解所得的模块。B、应为诊断对象
配置内部和外部测试装置,并应确保BITE(内部测试装置)
性能的修复和校准。C、测试过程(程序)和外部激励源,对
部件本身及有关设备或整个系统不产生有害效果。尤其需
注意检查会否构成影响安全的潜在通路。D、所有的总线
系统对各种测量应都是可访问的。E、对于通用功能,应设
计和编写诊断应用软件,以便维修人员可以迅速进行检测。
F、应考虑维修中所需使用的外部设备及其测量过程,应考
虑与外部设备的兼容性和配备必要的测试点。G、诊断系
统应能通过相应的测量,对产品的使用功能、设计单元的状
态和输出特性作出评价。H、测试方式的转换:每个诊断系
统都不可能是完美无缺的,有时会造成对被测件(UUT)的
测试不准;此时,可应用常规的、功能定位的测试方法,在可
替换模块级确定故障位置,这些维修接口(测试点)也可用
来检测模块的运行数据。
2. 4 防差错的设计
防差错设计的一般要求如下: (1)设计时,应避免或消
除在使用操作和维修时造成人失误的可能,即使发生失误
也应不危机人机安全,并能立即发觉和纠正。(2)外形相
近而功能不同的零部件,重要连接部位和安装时容易发生
差错的零部件,应从构造上采取防差错措施或有明显的防
止差错识别标志。(3)产品上应有必要的为防止差错和提
高维修效率的标志。(4)测试点和与其他有关设备的连接
点处,均应标明名称或用途以及必要的数据等,也可标明编
号或代号。(5)需要进行注油保养的部位应设置永久性标
志,必要时应设置标牌。(6)对可能发生操作差错的装置
应有操作顺序号码和方向的标志。(7)对间隙较小,周围
产品较多且安装定位困难的组合件、零部件等应有定位销、
槽或安装位置的标志。(8)标志应根据产品的特点、使用、
维修的需要,按照有关标准的规定采用规范化的文字,数
字,颜色或光,图案或符号等表示。标志的大小和位置要适
当,鲜明醒目,容易看到和辨认。(9)标牌和标志在装备使
用、存放和运输条件下都必须是经久耐用的。
3 冗余设计
容错技术的关键是冗余技术,即采用备用的硬件或软
件参与系统的运行或处于准备状态,一旦系统出现故障,能
自动切换,保持系统不间断地正常工作。冗余控制的概念,
严格来讲是采用一定或成倍量的设备或元器件的方式组成
控制系统来参加控制。当某一设备或元器件发生故障而损
坏时,它可以通过硬件、软件或人为方式,相互切换作为后
备设备或元器件,替代因故障而损坏的设备或元器件,保持
系统正常工作,使控制设备因意外而导致的停机损失降到
最低。提到冗余,这里还有一个概念———同步(synchroniza-
tion)。它是指冗余系统的两个或多个处理器之间要经常比
较各自的状态,根据一定的规则以决定系统是否工作在正
常的状态。这种状态比较和系统可靠性的判定被称作
同步。
冗余控制的方式在工控领域根据不同的产品和客户不
同的需求有多种多样,采用的方式也不尽相同。
一般根据产品应用和客户需求的不同,冗余控制可分
为: (1)处理器冗余(CPU冗余); (2)通信冗余(网络冗
余); (3)I/O冗余; (4)电源冗余。
按冗余的实现方式来分大致可分为: (1)硬冗余(hard
-redundancy),即采用特殊的硬件模块或PLC中固化的程
序来实现PLC同步、故障切换的冗余方式。(2)软冗余
(soft-redundancy),即采用编程的方式来实现PLC同步、
故障切换的冗余方式。
按冗余的切换方式来分大致可分为: (1)热冗余(热备
hot-back),即硬冗余方式,当主设备故障时,通过特定硬
件判别、备份方式无间隙地自动切换到备用设备上,保持系
统正常运行。(2)暖冗余(暖备或温备warm-back),即软
冗余方式,主要通过编程方式来实现冗余。由于软冗余的
实现受多方因素制约,系统切换的时间较硬冗余稍长,因此
部分软冗余可能会使主设备在发生切换时有间隙或需要人
为简单干预或预置才得以完善。(3)冷冗余(冷备cold-
back),即一套或部分冗余的设备(如: CPU)不通电、不工
作,准备待命(人为预置好)。当主设备故障时需要人工恢
复系统运行。按照现在的严格定义,这种方式,并不算是冗
余,只作备件理解。这种冗余一般应用于实时性不强、工艺
连续性要求不高的场合。
I/O冗余、电源冗余大多数属于硬冗余范畴,而处理器
冗余、通信冗余(网络冗余)既可采用硬冗余实现也可以采
用软冗余实现。一般硬冗余与软冗余相比,硬冗余投入较
大,冗余实现和系统维护相对简单,系统性能较可靠,系统
的切换速度会较快。适合于生产工艺要求较高、反应速度
较快的装置和生产线。软冗余投入的成本比硬冗余小,软
冗余不需要特殊的冗余模块或软件支持,但在冗余实现和
系统维护方面比较繁琐并且一般的软冗余切换的速度稍
慢,系统性能主要取决于编程者的编程水平和所选硬件的
品质,这类冗余方式比较适用于生产工艺流程要求不太高、
反应速度较慢、开停要求不严的装置和生产线。
为了提高设备的可靠性,降低故障率,在设计时,对关
键的部件或分系统,可采取额外附加部件或采取其他手段。
其优点在于设备的一部分发生故障时,整个系统仍能正常
工作,改变传统的一坏就修的弊端。
冗余性设计有以下3种形式: (1)工作储备设计:对某
一关键部件,采用2个以上与其相同的单元,共同完成某一
功能的设计,并联、并串联、串并联等就是其常见的形式
(2)表决储备设计: n个相同的单元中,只要有k个以上的
单元不发生故障,系统就能正常工作,又称“n中取k”储备
设计。(3)非工作储备设计:当设备的一个单元(或分系
统)发生故障时,另一个未工作的单元(或分系统)通过故
障监测装置及转换进入工作状态的设计。这样设计的优点
是系统的可靠性高,缺点是增加了转换装置,若采用手动转
换,可能会造成暂短的停机损失;若采用自动转换,则会增
加设备的制造成本,因此,采用这种设计时,要在设备的高
性能与其生产成本之间求得平衡。
4 结束语
在生产过程开始之后再对设计进行修改必将会带来成
本的增加,因此设计者如果在设计的初始阶段就考虑到产
品的可维修性,那么此时更改设计所带来的损失相对较小。
可维修性设计所带来的收益包括:降低操作成本和生命周
期费用。实行可维修性设计的着眼点在于用户产品使用中
(上接第52页)的维修经济性,目的是获取潜在的、长期的
经济和社会效益。可维修性设计虽然会使成本有所增加,
但较之在产品开始产生之后,甚至在用户使用过程中发现
维修性问题,再对设计进行修改而来经济损失和声誉损失,
仍然是相当经济的。
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