精密机械综合项目工程的电路设计.doc
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1、精密机械工程电路设计工程设计,是依照建设工程规定,对建设工程所需技术、经济、资源、环境等条件进行综合分析、论证,编制建设工程设计文献活动。工程设计是人们运用科技知识和办法,有目的地创造工程产品构思和筹划过程,几乎涉及到人类活动所有领域。工程设计是人们运用科技知识和办法,有目的地创造工程产品构思和筹划过程,几乎涉及到人类活动所有领域。虽然工程设计费用往往只占最后产品成本一小某些(8 15%),然而它对产品先进性和竞争能力却起着决定性影响,并往往决定70 80%制导致本和营销服务成本。因此说工程设计是当代社会工业文明最重要支柱,是工业创新核心环节,也是当代社会生产力龙头。工程设计水平和能力是一种国
2、家和地区工业创新能力和竞争能力决定性因素之一。工程设计是指对工程项目建设提供有技术根据设计文献和图纸整个活动过程,是建设项目生命期中重要环节 ,是建设项目进行整体规划、体现详细实行意图重要过程 ,是科学技术转化为生产力纽带 ,是解决技术与经济关系核心性环节 ,是拟定与控制工程造价重点阶段。工程设计与否经济合理 ,对工程建设项目造价拟定与控制具备十分重要意义。工程设计是依照建设工程和法律法规规定,对建设工程所需技术、经济、资源、环境等条件进行综合分析、论证,编制建设工程设计文献,提供有关服务活动。涉及总图、工艺设备,建筑、构造、动力、储运、自动控制、技术经济等工作。工程勘察是依照建设工程和法律法
3、规规定,查明、分析、评价建设场地地质地理环境特性和岩土工程条件,编制建设工程勘察文献活动。涉及工程测量,岩土工程勘察、设计、治理、监测,水文地质勘察,环境地质勘察等工作。工程征询是指运用工程技术、科学技术、经济管理、法律法规等方面知识,为工程建设项目决策和管理提供征询活动。涉及前期立项阶段征询、勘察设计阶段征询、施工阶段征询、投产或交付使用后评价等工作。建筑工程设计是对建筑造型、外观设计,是对建筑构造设计,是使建筑物满足使用功能设计。使建筑物具备外部造型美观、功能合用,使用安全设计。工程设计综合甲级资质(证书级别:工程设计综合资质甲级,Class of Certificate:Engineer
4、ing Design Integrated Qualification Class-A)是国内工程设计资质级别最高、涵盖业务领域最广、条件规定最严资质,住房和城乡建设部拟定全国最后授予工程设计综合甲级资质公司将控制在50家左右。持工程设计综合甲级资质公司可承办国内工程设计所有21个行业所有工程设计业务,并可承其获得施工总承包一级资质证书(施工专业承包)允许范畴内工程总承包业务。当前,许多工业生产活动及研究机构重要目是创造高精密产品,并涉及某些高精密加工过程。而生产这些产品,需要高度专业化科学,也就是所谓精密工程。精密工程是建立在某些基本学科之上,涉及:精密设计design for precis
5、ion光学和机械计量optical and mechanical metrology精密制造precision manufacturing这里精密设计是指总体设计,涉及材料设计,动力学设计,电子设计,控制设计,热力学设计以及软件设计。并且,它也许还涉及高精密机电设计。随着人们对高精度仪器、设备和消费品日益增长需求,高精度设计变得越来越重要。如今,这种趋势越来越多地被计算机技术、数控解决和存储技术迅速发展所影响。这个过程始于1958年集成电路板创造。当芯片上有更多地晶体管时,需要特别机器,这种机器规定在几种毫微米内有极低定位不拟定度。例如,一台仪器是由晶片构成,用来定位晶硅表面集成电路映像。只有
6、通过高度发展设计和加工技术才干达到生产这种仪器规定。越来越多高密度光录音系统(DVD)作为光盘掌握系统一种产物,需要先进机器和纳米技术,来决定其不拟定度。这种机器中零部件,像轴承、驱动、光束整形镜,需要亚微米级精度。在机械加工过程中,基于亚微米,甚至纳米级精确性,都必要发展。在动量学中,高精度测量技术也得到了很大发展。例如,测量软件、误差模型、测量技术和测量办法发展。测量零件和产品需要有足够精确性。测量亚微米甚至纳米级精度机器要发展,要具备新设计技能。由于既有设计办法很难达到高精度测量水平。因而,计量学作为一项基本原则,随着数据增多,面临着不精确问题。如坐标测量机,激光干涉仪和纳米传感器等,如
7、STM和SDM。因而,许多分析软件和误差补偿软件得到了相应发展和应用。精密制造重要关注与实现产品形状精度和表面质量。精准度可以达到纳米级,而要达到这个水平,就必要理解机器设计以及加工过程和这两者之间互有关系。例如,工件和工作台之间关系。这里提了几种加工技术例子,如金刚石车削,磨削,研磨,珩磨,抛光,离子和电束加工和化学加工。关于机器和机器技术良好观点是由Nakazawa和Taniguchi提出。这个领域新发展方向是纳米技术。在精密测量和加工领域可以给出诸多有趣例子,但本文重要侧重于在精密工程中“精密设计”作为基本研究内容。但是,这里明确指出是,初期天文学和计量学发展对精密设计发展具备很大影响。
8、埃文斯(Evans)在1989年提出了一种关于历史发展观点。19世纪,具备诸多创造和创造,特别是在设计领域。通过发展线性和圆形分割仪,获得了诸多知识。在设计和加工精密仪器过程中,使用了许多知名原则,如“运动学设计原则”,“阿贝原则”等。在20世纪,随着各种精密测量仪器发展,粳米设计知识又得到了进一步完善和发展。其中,一种明显例子就是由美国制造“大型光学金刚石切割机”。此外,尚有Bryan某些完美设计品,这些作品涉及84英寸大型金刚石切割机。近来,关注重要是分子测量发展。如图1.1所示。在欧洲,研究精密工程克兰菲尔研究所和泰勒霍布森共同制定了一项范畴广泛高精密仪器,涉及“纳米中心”。早在19世纪
9、50年代,飞利浦研究实验室就已经研发了一种内部使用高精度测量仪。在德国和瑞士,Zeuss和GSIP公司发展了高精密测量和加工仪,而GSIP公司可追溯到1875年。日本在高精密测量仪器发展上,也有一种很长远历史。当前,日本在这个领域上也有相称大成就。作为关于日本现状最佳概述,是由Taniquchi在纳米技术一书中提出。这里举一种佳能超级抛光机例子。如图1.2所示。此图中表白了当前趋势,以及预测。精密工程将来趋势重要取决于集成电路技术、资料显示和存储、生物医学工程和消费产品需求。随着分子工程和纳米技术发展,人们在将来对高精度仪器需求也会越来越多。由此,高精密仪器也会飞快地发展。在将来高精密仪器和产
10、品发展中,精密设计起着非常重要作用。设计将体现多学科设计组使用总设计办法。由于日益增长成本,规定这种先进设计在第一时间内必要是对的。因而,“预测设计”必不可少。本文简介某些精密设计基本概念以及在精密工程重要领域发呈现状和将来趋势。在许多精密仪器和设备中,各零部件互相作用,以达到最后精度。每一某些由运动学和动力学影响所导致几何偏差,构成了整体精度。尽管在实际中,这些因素互相在整个系统中起着相称重要作用,但这里,咱们只讨论这些因素单独作用。定义definitions在整个文献中,仪器和机器某些术语都将用来表达一器械。计量定义是通过在度量衡中华人民共和国际基本词汇和普通术语而来。在精密设计中,重要涉
11、及是机器和设备,而不是单纯度量衡。精准定位和机床加工也是其中核心。因而,在此给出了某些定义,都是摘自上面所提到国际词汇中。操作精准度:操作所得实际值与目的值之间一致性。精准度是一种定性描述。操作不拟定度:是表征测量成果一种参数,用以表达被测量值分散性。辨别力:批示仪器可以辨别最小差别。重复性(实验成果):相似条件下,多次测量实验成果相吻合限度。再现性:条件变化时,相似测量成果相吻合限度。其他定义:分别测量两台不同机床(美国机械工程师协会B89.41-1997和B5.54-1993),并且在国标中也给出了定量描述,Bryan在她旋转轴一文中描述了精密主轴和轴实际认证办法,这个研究从20世界30年
12、代末始终持续到当前。几何形状geometry最初设计机器和仪器,几何形状是由设计师所但愿完毕任务中而来。在第一阶段,几何形状普通涉及某些原始基本形状,例如,轴、横梁经常设计成圆筒状或管槽状机构,而某些承担载荷某些常设计成封闭式构造。然而,在实际中,这些抱负模型并不能实现。由于有限加工精度,直线并非真正直线,而圆也绝非抱负圆。仪器操作仔细选取,可以明显改进其精准度。总之,仪器中有越多轴,其误差就越大,尽管一种附加轴微小位移也许有助于补偿几何形状上缺陷。精度不但受宏观形状误差影响,并且还受微观偏离影响,例如,表面光洁度。对于整体性能来说,微观影响是至关重要。在接触轴承中,表面光洁度对磨擦磨损影响非
13、常明显。表面光洁度对部件连接影响不是很大,但是当关注刚度、阻尼、滞后、热传导和扩散这些特性时,这些特性对表面关洁度影响却是非常重要。不但仅是在机械加工时,几何形状才会变化。除非有充分好隔离,否则,几何形状会受到外界环境影响。在外界温度变化时,大某些材料都会产生变形,而没有密封时,构造形状也会受到湿气影响。此外,尚有其他某些因素也会影响到机器几何形状,如震动、电场、磁场等。某些材料使用寿命,也经常收到中间尺度变化影响(长期不稳定)。由于仪器是由许多零部件组装而成,由此也引入了形状误差。考虑封闭构造外形或力,就犹如在整体构造中选取是用螺钉连接还是用胶水粘合同样重要。在组装例子中,零部件是由专用机器
14、进行精准组装,尽管这些机器表面磁滞现象会对整体可重复性产生负面影响。在老式形式封闭办法中,装配每一某些都必要有严格公差带,否则会浮现缝隙或是测量时浮现负值。在装配时还会引入没有定义高应力。另一方面,气闭式构造通过对的动态连接解决了这个问题。例如,运动学、半运动学或辅助运动学,通过设计连接,从而大大减小了几何形状公差。虽然是全封闭式构造,某些几何偏差如定向梁矩形度误差,将影响整体精确性。但是这些误差都可再现,并且可以通过软件补偿来减少。由于一台仪器机械构造有一种有限刚度,在施加外力状况下,几何形状会变化,特别是位移和尺寸。这一点严重影响了机器性能。在恰当模型下,这些误差可以预测和补偿。与几何形状
15、有关另一种问题是工件自身定位问题。对于加工和测量仪器来说,工件必要在自身不变形状况下固定。同步,工件必要硬性连接到机架或工作台上。特别是在制造业中,具备热膨胀工件必要在所能承受应力范畴内。与固定安装相类似问题是将传感器应用于高精度仪器上。这在运动学或半运动学设计中具备重要应用。运动学kinematics对于机器来说,大某些时间都不是静止。不同零部件具备不同运动,这些都是通过运动关系来描述。这些关于机器和构造数学描述,仅仅描述了理论上当长度、位置、设立点曲线变化时状况。然而在实际状况中,这些因素都与有限精度关于,因而,实际状况与抱负模型在形式、速度和加速度上会有很大不同。在当代仪器中,位移普通是
16、由机器零部件组合产生,如伺服控制下驱动器和传感器。动量和速度、传感器辨别力、控制方式、机械重复性特性共同拟定了规定途径精确性。在这个例子中,不止控制了一种轴,各种轴同步性也是影响精度另一种因素。另一种例子是通过控制两个正交线性轴来磨一种圆轮廓。动态特性dynamics事实上,机器并非静态,而是包括许多加速零件,这意味着在整个运动过程中,动态特性具备重要作用。就相对不拟定地方减小加速度影响一种有效办法是选取恰当运动轮廓,例如,使用二阶微商中没有跳变给定点曲线,就如用一种修正正弦函数来取代抛物线函数。在减少动态定位误差中,防止“自由运转与无效运动”是非常有效。零部件也可以依照最小应力来设计。在旋转
17、部件中,为了减少不平衡和质量惯性影响,对称性设计非常重要。在直线运动例子中,物体质量应尽量小,并且要通过轴反作用力驱动。决定机床对动力响应另一种因素是硬度。为了减小应力和最大刚度,普通而言,并不是只有材料类型和数量起作用,并且分布也起着重要作用。普通动态干扰来源于仪器外部,如工作台震动和噪声。在这些例子中,质量刚度比对于减少输入响应是极其重要。将仪器与外部环境隔离后,能削弱输入自身。设计原则design principles已有许多人研究了设计高精度仪器问题。Pollard在她“康托尔讲座”中描述了科学仪器机械设计 Pollard,1922。Loewen 提出了一系列重要原则Loewen,19
18、80。McKeown在十一原则和技巧中也给出了相应定义McKeown,1986,1987,1997。Teague 和Evans 给出了基本定义,并出版了十二种精密机械设计模式Teague,1989-1997。3段至5段是在这些调查基本上写。阿贝和布莱恩原则rules of abbe and bryan阿贝原则是在1890年第一次刊登Abbe,1890。在长度测量中,被测长度应位于线纹尺刻度中心线延长线上,测量仪器应当按此设计。这个原则也被称为“准值原则”Rolt,1929,“阿贝比较原则”Reindl,1967,也是“机械设计和空间度量衡学第一原则”Bryan,1979C。咱们再说一下非线性设
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