POWERPOINT 演示文稿 - 貴州大學機械工程學院

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,信息時代的先進制造技術(shù),姚福生,2005-12-19,人類技術(shù)文明史進入了信息時代，計算機軟硬件的飛速開展，給信息的普及、應用提供了技術(shù)手段。面對21世紀的制造技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)字化是主要手段，數(shù)字化的核心是離散化，如何將自然界的連續(xù)物理現(xiàn)象、模糊的不確定現(xiàn)象，以及人的經(jīng)驗與技能等離散化，進而實現(xiàn)數(shù)字化，是涉及技術(shù)創(chuàng)新成敗、優(yōu)劣的問題。,人類在20世紀取得了令人矚目的制造技術(shù)成果，其中計算機輔助設(shè)計制造、數(shù)控CNC技術(shù)與快速成型制造技術(shù)RPM是三項具有先進制造技術(shù)代表性的突破性創(chuàng)新成果。,21世紀數(shù)字化設(shè)計和制造

2、技術(shù)已進入虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已滲透到各行各業(yè)。由于它具有沉浸感、交互性，所以近年來在制造技術(shù)領(lǐng)域的應用愈來愈受到青睞。值得科技工作者去認識、研究和應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)。,虛擬現(xiàn)實技術(shù),虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義,虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或利用鍵盤、鼠標等輸入設(shè)備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。,虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三個根本特征,虛擬現(xiàn)實的沉浸感Immersion,虛擬現(xiàn)實的交互性Interaction,虛擬現(xiàn)

3、實的思想性Imagination,虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱 I,3,技術(shù),虛擬現(xiàn)實的沉浸感,VR是通過計算機生成一個非常逼真的、足以“迷惑人類視覺的虛幻的世界。這種“迷惑是多方面的，我們不僅可以看到而且可以聽到、觸到及嗅到這個虛擬世界中所發(fā)生的一切。這種感覺是如此的真實，以至于我們能全方位地沉浸在這個虛幻的世界中，這就是VR的首要功能，即沉浸感Immersion。,虛擬現(xiàn)實與通常CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型是不一樣的，它不是一個靜態(tài)的世界，而是一個開放的環(huán)境，它可以對使用者的輸入如手勢，語言命令作出響應。比方你可以拿起一虛擬的火炬并翻開其開關(guān)，你一推操縱桿，仿佛可以在里面漫游，你甚至可以用虛擬的手感觸到虛擬

4、物體存在，虛擬現(xiàn)實環(huán)境可以通過控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響，這是VR的第二個特征，即交互性Interaction。,虛擬現(xiàn)實的交互性Interaction,虛擬現(xiàn)實思想性Imagination,虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個媒體，一個高級用戶界面，它是為解決工程、醫(yī)學、軍事等方面的問題而由開發(fā)者設(shè)計出來的應用軟件，它以夸大的形式反映了設(shè)計者的思想，比方當在生產(chǎn)一個新產(chǎn)品之前，你首先要做的事是對新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)做細致的構(gòu)思，為了使之定量為放大人們心靈的工具，或人工現(xiàn)實artifical reality。這是VR所具有的第三類特征，即思想性Imagination化，你還需設(shè)計許多圖紙，當然這些圖紙只能內(nèi)行人

5、讀懂。正如這些圖紙反映的是設(shè)計者的構(gòu)思，虛擬現(xiàn)實同樣反映的是某個設(shè)計者的思想，只不過它的功能遠比那些呆板的圖紙生動，強大的多。所以國外有些學者稱VR 。,虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)按其功能不同，可分成兩種,類型：,桌面型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有多通道顯示系統(tǒng)Multi-Display System和頭盔顯示系統(tǒng)Head Mounted Display，HMD兩種形式。,共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 。,多通道顯示系統(tǒng),多通道顯示系統(tǒng)對于我們來說有更寬的視角，由多通道計算機如SGI工作站或計算機網(wǎng)絡來實現(xiàn)多顯示通道的輸出，可以由多個顯示器做屏幕擴展，或者多個投影機來完成顯示工作即本站推廣的多通道投影系統(tǒng)，在這

6、種實現(xiàn)方式下，需要使用專業(yè)立體眼鏡或者立體投影來觀察立體圖像。,上海交通大學 Power wall 150度環(huán)幕顯示裝置,大視角環(huán)幕顯示裝置,多通道顯示系統(tǒng)CAVE型,CAVE型虛擬樣機演示裝置,浙江大學從國外引進的CAVE系統(tǒng)現(xiàn)場,用 戶,音響系統(tǒng),（三維立體聲輸出）,CAVE,TM,（立體圖象輸出）,數(shù)據(jù),手套,Tracker,(Ascension FOB),6-DOF,三維鼠標,麥克風,（語音輸入）,StereoGraphics,立體眼鏡,SGI Onyx2,(4 R10000 CPUs, 1G Memory, 2 Graphics Pipelines),觸覺,反饋,立體同步,信號發(fā)射器

7、,CAVE系統(tǒng)的外部設(shè)備配置,虛擬設(shè)計- 風機物性試驗CAVE型,沉浸式 汽車駕駛室虛擬設(shè)計CAVE型,頭盔顯示虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),頭盔顯示虛擬系統(tǒng)是一套比較復雜的系統(tǒng)。使用者必須頭戴頭盔、手帶數(shù)據(jù)手套等傳感跟蹤裝置，才能與虛擬世界進行交互。由于這種系統(tǒng)可以將使用者的視覺、聽覺與外界隔離，因此，用戶可排除外界干擾，全身心地投入到虛擬現(xiàn)實中去。,這種系統(tǒng)的優(yōu)點是用戶可完全沉浸到虛擬世界中去，缺點是系統(tǒng)設(shè)備價格昂貴，難以普及推廣。,便攜式DeskTop型顯示數(shù)字化樣機裝置,設(shè)計者,微機（Intergraph圖形卡）,音箱,PC顯示器,頭盔,i-glasses,數(shù)據(jù)手套,5,th,GLOVE,（一雙）,位

8、置跟蹤器,Ascension FOB,六自由度鼠標,Ascension 6D Mouse,麥克風,DESKTOP,顯示,系統(tǒng),DESKTOP顯示裝置,空間有足夠的視域,觀者可任意移動,無觀者數(shù)限制,不用戴3D眼鏡,符合人機工程,深度可由無限遠至眼前,裸眼顯示器,3D裸眼液晶顯示器,PDM A,PDM B,甲地,乙地,Network,Windows NT,Unix,共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)1,E-VIS/電子會議實時協(xié)同的根本工具,共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)實例演示,共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2,共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是利用遠程網(wǎng)絡，將異地的不同用戶聯(lián)結(jié)起來，共享一個虛擬空間，多個用戶通過網(wǎng)絡對同

9、一虛擬世界進行觀察和操作，到達協(xié)同工作的目的。,虛擬制造技術(shù)制作軟件,虛擬技術(shù)軟件,Denab,Multigen,dVISE,WorldToolkit,Medit,MR,Lightscape,Release X,EAI,MOSS,從使用情況看，這些軟件大大豐富了CAD技術(shù)內(nèi)容，但價格較貴，產(chǎn)品的模塊一般為數(shù)萬美元左右,上述軟件的功能,美國Deneb Robotics,虛擬樣機設(shè)計分析,虛擬環(huán)境漫游,離散事件仿真,加工過程仿真,虛擬裝配和拆卸仿真,人體建模與分析,Deneb,Envision,VirtualNC,Quest,Assembly,ERGO,美國Engineering Animatio

10、n INC,裝配分析,裝配設(shè)置評估,模型可視化,三維工程動畫,EAI,VisMockUp,VisLab,VisFly,英國Division,實時網(wǎng)上信息瀏覽,虛擬樣機,裝配拆卸仿真,dVISE,dv/WebFly,dv/Review,dv/Player,dv/Mock-Up,dvReality,美國Sence 8,建立實時交互虛擬環(huán)境,WorldToolKit,WorldUp,上述軟件功能續(xù),虛擬技術(shù)支持建設(shè)指揮倉,指揮倉是綜合信息的工作室，可以非常形象實觀地來使企業(yè)管理人員和設(shè)計、制造、生產(chǎn)、售后效勞、營銷人員實現(xiàn)業(yè)務操作。,指揮倉,虛擬現(xiàn)實作品,拿到Wacom的6D美術(shù)筆，從外型看很像現(xiàn)實

11、中的MARK筆，特別是筆頭的造型與MARK完全一樣，據(jù)說這支新的數(shù)位筆具有現(xiàn)實中MARK的功能，所以用一個例子做個嘗試。首先在Painting9中繪制出汽車的外型輪廓，需要注意的就是透視的把握，主要表達在汽車的輪胎中心。大家可以看到的輔助線。筆刷方面設(shè)置的比較靈活，我的設(shè)置為：,6D美術(shù)筆繪制汽車,在汽車造型的根底上，增加細節(jié)注意用筆的虛實變化，,深入細節(jié)，記住我們在完成作品時不要只顧某個細節(jié)。盡量做到隨時可以停筆后，仍然能夠保持作品有相對的完整性。細節(jié)刻畫到一定程度，因為是概念草圖，所以細節(jié)不必非常多我們來調(diào)節(jié)一種筆刷適合與MARK筆的效果，我的設(shè)置為：為了筆刷的大小以及效果，我繪制時多少都

12、有些調(diào)整，大家可以靈活掌握筆刷的設(shè)置根據(jù)自身的要求來創(chuàng)作。,使用調(diào)整好的筆刷，給汽車鋪大的調(diào)子，完成大致的色彩關(guān)系，為深入作準備。,深入中，將黑白灰效果確立，注意整個畫面的冷暖關(guān)系。在繪制畫面的時候，我們很容易關(guān)注某處的筆刷效果，或者是為了準求某種筆刷而這樣畫，個人感覺大可不必這樣，無論多好的筆刷目的都是更好的表現(xiàn)作品。我在汽車的上部采用的噴筆通過顏色的冷暖變化把造型的立體感塑造出來。車的側(cè)面我是采用了MARK的效果，進行過度。,大的顏色以及刻畫完成后，我們要提亮高光處，這一點非常重要，作品的精到程度就完全靠這些高光襯托了，采用筆刷和線結(jié)合的方式，盡量做到簡潔明快而不拖拉。,最后加一個很簡單的

13、背景，目的也是為了突出主體，使畫面更加完整。這個案子也只是短時間的創(chuàng)作，大約是1個小時。練習的目的就是為了6D美術(shù)筆在Painter9在噴筆和MARK的運用,虛擬現(xiàn)實作品,多媒體教材設(shè)計,多媒體教材設(shè)計-火電廠動力系統(tǒng),多媒體教材設(shè)計-火電廠動力系統(tǒng),多媒體教材設(shè)計,D E S I G N,Digital Media,可交互的,虛擬場景設(shè)計,可交互的虛擬場景設(shè)計上?？萍寂o,數(shù)控加工技術(shù),數(shù)控加工設(shè)備含義,數(shù)控加工是生產(chǎn)產(chǎn)品過程中最重要的手段，是制造業(yè)的根底技術(shù)。,數(shù)控加工設(shè)備包括：設(shè)備主體、控制系統(tǒng)、單元部件以及配套工具等。,數(shù)控機床和數(shù)字化裝備采用數(shù)字控制或計算機控制技術(shù)和信息技術(shù)實現(xiàn)機床及

14、機械設(shè)備的運動控制與加工過程的自動化、智能化。,數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系開展,數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床和數(shù)字化設(shè)備的核心，經(jīng)過50多年的開展，數(shù)控系統(tǒng)已由原來傳統(tǒng)的封閉體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)開展到了采用微型計算機的開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，并且進一步與網(wǎng)絡技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合，向網(wǎng)絡化、集成化和智能化方向開展,傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng),傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)采用專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC 0系統(tǒng)、MITSUBISHI M50系統(tǒng)、Siemens 810系統(tǒng)等。由于其封閉的硬件軟件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)功能的擴展、改變和維修都比較困難，一般須由系統(tǒng)供給商進行。目前，由于開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的開展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，已逐

15、漸減小。,“PC嵌入NC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng),這是一種專用數(shù)控軟硬件技術(shù)與通用計算機結(jié)合的開發(fā)的產(chǎn)品，如FANUC18i、16i系統(tǒng)、Siemens840D系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、AB 9/360等數(shù)控系統(tǒng)。它具有一定的開放性，但由于它的NC局部仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)仍是不開放的。因此，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、功能強大，但價格昂貴。,“NC嵌入PC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng),由開放體系結(jié)構(gòu)運動控制卡+PC機構(gòu)成。這種運動控制卡,通常選用高速處理器作為CPU，具有很強的運動控制和PLC控制能力。如美國Delta Tau公司用PMAC多軸運動控制卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)

16、控系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三菱電機的MELDASMAGIC 64構(gòu)造的MAZATROL 640 CNC等。這類系統(tǒng)具有較好的開放性，它開放的函數(shù)庫供用戶在WINDOWS平臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種開放結(jié)構(gòu)運動控制卡被廣泛應用于制造業(yè)自動化控制各個領(lǐng)域。,軟件開放式數(shù)控系統(tǒng),系統(tǒng)的CNC功能根本上由計算機軟件實現(xiàn)，而硬件局部僅是計算機與伺服驅(qū)動和外部I/O之間的標準化通用接口。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的Open CNC、德國Power Automation公司的PA8000 NT等。這種系統(tǒng)的開放性非常好，用戶可以在其系統(tǒng)平臺上，利用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成

17、各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)， 軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價格比，成為當今數(shù)控技術(shù)開展的方向。,數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展1,開放性：系統(tǒng)可通過光纖與PC機連接，采用Window兼容軟件和開發(fā)環(huán)境。功能以高速、超精具有高精納米插補功能為核心，并具有智能控制。特別適合於加工航空機械零件、汽車及家電的高精零件、各種模具和需5軸加工的復雜零件，以及用作超精機械控制。,數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展 2,高級復雜的功能：可進行各種數(shù)學的插補，如直線、圓弧、螺旋線、漸開線、螺旋漸開線、樣條等插補，也可以進行NURBS插補。采用NURBS插補可以大大減少NC程序的數(shù)據(jù)輸入量，減少加工時間，特別適合于模具加工

18、。NURBS插補不需任何硬件。,數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展 3,強大的聯(lián)網(wǎng)通信功能：適應工廠自動化需要，支持標準FA網(wǎng)絡及DNC的連接?？陕?lián)接工廠干線或控制層通信網(wǎng)絡、設(shè)備層通信網(wǎng)絡、RS-485接口傳送I/O信號或采用Prellbus-DP進行高速通信。,高速加工設(shè)備的大量應用，對編程系統(tǒng)的要求越來越高，價格昂貴的高速加工設(shè)備對軟件提出更高的要求-平安性、有效性。,高速加工走刀速度是常規(guī)加工的10倍或更高，任何編程過程的失誤如過切、干擾、碰撞等都會造成非常嚴重的事故，而且由于高速運動，無法靠人工急停來預防，高速加工設(shè)備是非常貴重的設(shè)備，任何意外事故都會給企業(yè)造成不可估量的損失，需要CAM系統(tǒng)

19、必須具備全自動的(而不能是半自動或人工的)防過切，防碰撞功能，確保NC指令的絕對平安性，是對高速加工設(shè)備提出的一個根本要求。,另外要保證刀具路徑的光滑平穩(wěn)，來確保零件加工質(zhì)量和機床主軸等部件的壽命，以及刀具在切削過程中載荷均勻性。,高速加工設(shè)備的編程,高速加工設(shè)備的大量應用，對編程系統(tǒng)的要求越來越高，價格昂貴的高速加工設(shè)備對軟件提出更高的要求-平安性、有效性。,高速加工走刀速度是常規(guī)加工的10倍或更高，任何編程過程的失誤如過切、干擾、碰撞等都會造成非常嚴重的事故，而且由于高速運動，無法靠人工急停來預防，高速加工設(shè)備是非常貴重的設(shè)備，任何意外事故都會給企業(yè)造成不可估量的損失，需要CAM系統(tǒng)必須具

20、備全自動的(而不能是半自動或人工的)防過切，防碰撞功能，確保NC指令的絕對平安性，是對高速加工設(shè)備提出的一個根本要求。,另外要保證刀具路徑的光滑平穩(wěn)，來確保零件加工質(zhì)量和機床主軸等部件的壽命，以及刀具在切削過程中載荷均勻性。,數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展4,高速內(nèi)裝PMC：由專用的PMC處理器控制梯形圖和順序程序，可用C語言在PC機上編程，根本PMC指令執(zhí)行時間為：；最大步數(shù)：32,000步。,友好的用戶界面，操作、維護方便：普遍采用觸摸屏、2D和3D彩色圖形顯示、軟件硬件的模塊化結(jié)構(gòu)等，給操作和系統(tǒng)維護帶來很大方便。,新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征1,高速化：目前，車床和車削中心的主軸轉(zhuǎn)速到達800

21、0r/min，加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般都在1500020000r/min，高的到達60000r/min，切削進給速度一般到達20m/min，高的甚至到達60m/min，為充分發(fā)揮刀具材料性能、提高加工效率、降低加工本錢，并且提高加工精度和外表加工質(zhì)量，數(shù)控裝備將進一步向更高速度或超高速方向開展。,新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征2,高精度：在加工精度方面，近十年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由10m提高到5m，精密級加工中心那么從35m，提高到，并且超精密加工精度已開始進入納米級(0.001m)。,新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征3,高可靠性：在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達6000小時以上，伺服系統(tǒng)

22、的MTBF值到達30000小時以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性.,新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征4,柔性化、網(wǎng)絡化、集成化：為適應制造自動化的開展，向FMC、FMS和CIMS提供根底設(shè)備，要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還能夠具備自動測量，自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭有時帶坐標變換、自動誤差補償，自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)功能，特別是依據(jù)用戶的不同要求，可方便地靈活配置及集成。,新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征5,智能化：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，設(shè)備有自適應控制，工藝參數(shù)自動生成的功能；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便方面的智能化，有前饋控制，電機參數(shù)自適應運算，自動識別負載自動選定模型，自

23、整定等功能；簡化編程、簡化操作方面的智能化，有智能化的自動編程、智能化的人機界面等功能；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修。此外有許多特別的智能功能，如加工運動規(guī)劃、推理、決策能力以及加工環(huán)境的感知能力、制造網(wǎng)絡通信能力包括與人的交互、智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控等。,新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征6,工藝復合化：以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向開展。數(shù)控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多外表的復合加工，以減少非加工時間。因為在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬

24、運、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，因此，復合功能的機床是近年來開展很快的機種，其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴孔等多種操作工序。,新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征7,綠式化、平安化：隨著全世界對環(huán)境問題的關(guān)注，“綠色制造在全球興起，相應的，數(shù)控裝備及其相關(guān)工藝的綠色、無公害化，更好的平安性受到人們的重視，高檔數(shù)控機床外觀質(zhì)量趨向于工藝品化。,新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征8,實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡化，進行遠程控制和無人化操作。通過數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其他機床進行編程、設(shè)定和操作。不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上，實現(xiàn)資源共享，科學管理。減少了人力揚

25、力，降低了本錢，提高了效率。,實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡化，進行遠程控制和無人化操作。通過數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其他機床進行編程、設(shè)定和操作。不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上，實現(xiàn)資源共享，科學管理。減少了人力揚力，降低了本錢，提高了效率。,數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡化 (9),新一代數(shù)控加工設(shè)備的例如汽車輪胎模具加工,數(shù)控技術(shù)是先進制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡化、智能化、復合化等的根底。,快速成型制造技術(shù),快速原型制造RPMRapid Prototype Manufacturing技術(shù)是一項國外80年代中期才開展起來的高新技術(shù)，包括一切由CAD模型直接驅(qū)動的快速制造任意復雜

26、形狀三維實體的技術(shù)總稱。,RPM改變了傳統(tǒng)采用的“去除原理，采用離散/堆積成型原理成型，先有三維CAD制成三維實體電子模型，然后將三維電子模型變成二維平面信息離散過程，最后在RPM設(shè)備中分層加工每個薄層并自動粘接材料堆積過程形成原型或零件。,實物掃描,點云,利用UG,進行,CAD實,體建模,質(zhì)量檢測,新構(gòu)思,加工中心,RPM,2D圖形,CAM,RPM,CAE,RPM的主要技術(shù)特征是成形的快捷性。運用RPM技術(shù)能自動、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變成一定功能的產(chǎn)品原型或直接制造零件，對縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、減少產(chǎn)品開發(fā)費用、提高企業(yè)競爭力有重要作用。,快速原型技術(shù)從“八五期間開始起步，“九五期間邁向成熟

27、，工藝、裝備并舉開展，技術(shù)立足國內(nèi)，應用初具規(guī)模取得了突破性的進展。,我國RPM技術(shù)在成果轉(zhuǎn)化方面效果顯著，技術(shù)應用已初具規(guī)模?！熬盼迤陂g，在西安、天津、武漢、深圳、寧波建立了5個快速原型技術(shù)效勞中心，已為行業(yè)及地方開展了大量技術(shù)效勞，為250多個企業(yè)提供快速原型制件1500余件。,快速成型制造技術(shù)應用領(lǐng)域幾乎包括了制造領(lǐng)域的各個行業(yè)，在醫(yī)療、人體工程、文物保護等行業(yè)也得到了越來越廣泛的應用。,汽車、摩托車：外形及內(nèi)飾件的設(shè)計、改型、裝配試驗，發(fā)動機、汽缸頭試制。,家電：各種家電產(chǎn)品的外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝配試驗與功能驗證，市場宣傳，模具制造。,通訊產(chǎn)品：產(chǎn)品外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝配試驗與功能驗證，模

28、具制造。,航空、航天：特殊零件的直接制造，葉輪、渦輪、葉片的試制，發(fā)動機的試制、裝配試驗。,輕工業(yè)：各種產(chǎn)品的實際、驗證、裝配、市場宣傳、玩具、鞋類模具的快速制造。,醫(yī)療：醫(yī)療器械的設(shè)計、試產(chǎn)、試用，CT掃描信息的實物化，手術(shù)模擬，人體骨關(guān)節(jié)的配制。,國防：各種武器零部件的設(shè)計、裝配、試制、特殊零件的直接制作，遙感信息的模型制作。,激光快速成形 LPR 技術(shù)最新開展及應用,近期開展的LPR主要有：,立體光造型(SLA) 技術(shù)；,選擇性激光燒結(jié)(SLS) 技術(shù)；,激光熔覆成形LCF技術(shù)；,激光近形LENS技術(shù)；,激光薄片疊層制造(LOM) 技術(shù)；,激光誘發(fā)熱應力成形LF技術(shù)及三維印刷技術(shù)等。,立

29、體光造形(SLA)技術(shù),SLA技術(shù)又稱光固化快速成形技術(shù)，其原理是計算機控制激光束對光敏樹脂為原料的外表進行逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層約十分之幾毫米產(chǎn)生光聚合反響而固化，形成零件的一個薄層。工作臺下移一個層厚的距離，以便固化好的樹脂外表再敷上一層新的液態(tài)樹脂，進行下一層的掃描加工，如此反復，直到整個原型制造完畢。,由于光聚合反響是基于光的作用而不是基于熱的作用，故在工作時只需功率較低的激光源。此外，因為沒有熱擴散，加上鏈式反響能夠很好地控制，能保證聚合反響不發(fā)生在激光點之外，因而加工精度高 ，外表質(zhì)量好，原材料的利用率接近100%，能制造形狀復雜、精細的零件，效率高。對于尺寸較大的零件，那

30、么可采用先分塊成形然后粘接的方法進行制作。,SLA 成型技術(shù)是根據(jù)某些材料在特定波長的激光照射下具有可固化性的特點，采用紫外 UV 激光為光源，計算機按分層信息精密控制掃描振鏡組，精確定位、掃描，在光敏樹脂液面聚合、固化形成一個固化層面，順序逐層掃描固化，直至完成整個零件的成形。使用的原料是光敏樹脂。,SLA 激光固化快速成型制品具有外表質(zhì)量高，成型尺寸精準等優(yōu)點，可用于設(shè)計檢驗模型制作、快速模具原型制作等。,SLA激光樹脂液固化快速成型,激光快速成型機SLA,激光快速成型機SLA,選擇性激光燒結(jié)SLS技術(shù),SLS技術(shù)與SLA技術(shù)很相似，只是用粉末原料取代了液態(tài)光聚合物，并以一定的掃描速度和能

31、量作用于粉末材料。該技術(shù)具有原材料選擇廣泛、多余材料易于清理、應用范圍廣等優(yōu)點，適用于原型及功能零件的制造。在成形過程中，激光工作參數(shù)以及粉末的特性和燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)成形質(zhì)量的重要參數(shù)。,在汽車模具制造中應用 美國德克薩斯州立大學研究的SLS技術(shù)，已由美國DTM公司商品化。目前該公司已研制出SLS2000系列第三代產(chǎn)品。該系統(tǒng)能燒結(jié)蠟、聚碳酸酯、尼龍、金屬等各種材料。用該系統(tǒng)制造的鋼銅合金注塑模具，可注塑5萬件工件。近年來基于RPM技術(shù)模具制造技術(shù)已從最初的原型制造，開展到快速工模具制造,成為國內(nèi)外應用研究開發(fā)的重點?；赗PM的模具制造方法可分為直接制模法和間接制模法。,激光熔覆成形LCF

32、技術(shù),LCF技術(shù)的工作原理與其他快速成形技術(shù)根本相同，也是通過對工作臺數(shù)控，實現(xiàn)激光束對粉末的掃描、熔覆，最終成形出所需形狀的零件。研究結(jié)果說明：零件切片方式、激光熔覆層厚度、激光器輸出功率、光斑大小、光強分布、掃描速度、掃描間隔、掃描方式、送粉裝置、送粉量及粉末顆粒的大小等因素均對成形零件的精度和強度有影響。,與其他快速成形技術(shù)的區(qū)別在于，激光熔覆成形能制成非常致密的金屬零件，其強度到達甚至超過常規(guī)鑄造或鍛造方法生產(chǎn)的零件，因而具有良好的應用前景。,激光近形LENS技術(shù),LENS技術(shù)是將SLS技術(shù)和LCF技術(shù)相結(jié)合，并保持了這兩種技術(shù)的優(yōu)點。選用的金屬粉末有三種形式：,1單一金屬；,2金屬加

33、低熔點金屬粘結(jié)劑；,3金屬加有機粘結(jié)劑。由于采用的是鋪粉方式，所以不管使用哪種形式的粉末，激光燒結(jié)后的金屬的密度較低、多孔隙、強度較低。要提高燒結(jié)零件強度，必須進行后處理，如浸滲樹脂、低熔點金屬，或進行熱等靜壓處理。但這些后處理會改變金屬零件的精度。,激光薄片疊層制造LOM技術(shù),LOM技術(shù)是一種常用來制作模具的新型快速成形技術(shù)。其原理是先用大功率激光束切割金屬薄片，然后將多層薄片疊加，并使其形狀逐漸發(fā)生變化，最終獲得所需原型的立體幾何形狀。,LOM技術(shù)制作沖模，其本錢約比傳統(tǒng)方法節(jié)約1/2，生產(chǎn)周期大大縮短。用來制作復合模、薄料模、級進模等，經(jīng)濟效益也甚為顯著。該技術(shù)在國外已經(jīng)得到了廣泛的使用

34、。,激光誘發(fā)熱應力成形LF技術(shù),LF技術(shù)的原理是基于金屬熱脹冷縮的特性，即對材料進行不均勻加熱，產(chǎn)生預定的塑性變形。該技術(shù)具有以下特點：,1無模具成形：生產(chǎn)周期短、柔性大,特別適合單件小批量或大型工件的生產(chǎn)；,2無外力成形：材料變形的根源在于其內(nèi)部的熱應力；,3非接觸式成形：成形精度高、無工模具磨損，可用于精密件的制造；,4熱態(tài)累積成形：能夠成形常溫下的難變形材料或高硬化指數(shù)金屬,而且能夠產(chǎn)生自冷硬化效果,使變形區(qū)材料的組織與性能得以改善。,采用快速鑄造技術(shù)生產(chǎn)的四缸發(fā)動機的蠟模,采用快速鑄造技術(shù)生產(chǎn)的四缸發(fā)動機零件,師昌緒院士頭像,彩色激光掃描儀,圖為中科院師昌緒院士高溫合金的藝術(shù)頭像。首先

35、利用Cyberware彩色激光掃描儀上右圖進行掃描，15秒鐘后人體頭像的外部幾何信息和色彩信息就進入了計算機，利用圖象處理軟件進行數(shù)據(jù)處理，得到可以用快速成型機直接加工的格式文件，加工成蠟像，采用高溫合金材料經(jīng)過精密鑄造便可得到此頭像。在師院士八十歲大壽時贈送此頭像，其夫人看后，非?？鞓?，笑曰：真象！真象！,開關(guān)磁阻電動機技術(shù),a的磁阻馬達,b磁阻馬達的相位分布,c磁阻馬達激磁時磁力線的分布,開關(guān)磁阻電動機(Switched Reluctance Motor, SRM)為雙凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子僅由硅鋼片疊壓而成，既無繞組也無永磁體，定子各級上繞有集中繞組。,開關(guān)磁阻電動機的結(jié)構(gòu),開關(guān)磁阻調(diào)速電動機的

36、工作原理,開關(guān)磁阻調(diào)速電動機工作原理遵循“磁阻最小原理，通電后，磁路有向磁阻最小路徑變化的趨勢。當轉(zhuǎn)子凸極與定子凸極錯位時，氣隙大、磁阻大；一旦定子磁極繞組通電，就會形成對轉(zhuǎn)子凸起的磁拉力，使氣隙變小磁路磁阻變小，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。與此同時用電子開關(guān)按一定邏輯關(guān)系切換定子磁極繞組的通電相序，即可形成連續(xù)旋轉(zhuǎn)的力矩。,開關(guān)磁阻調(diào)速電動機的調(diào)速功能是由開關(guān)磁阻電動機轉(zhuǎn)子位置檢測器、功率變換器和控制器共同配合實現(xiàn)的。它是科技含量很高的光、機、電一體化的系統(tǒng)。,開關(guān)磁組電動機驅(qū)動系統(tǒng),磁阻馬達運轉(zhuǎn)時力矩作動的原理,控制系統(tǒng)方塊圖,開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng) Switched Reluctance Motor D

37、rives- SRD是較為復雜的機電一體化裝置，SRD的位置、速度及電流等，然后根據(jù)控制目標綜合這些信息給出控制指令，實現(xiàn)運行控制及保護等功能。轉(zhuǎn)子位置檢測環(huán)節(jié)是SRD的重要組成局部運行需要在線實時檢測的反響量一般有轉(zhuǎn)子，檢測到的轉(zhuǎn)子位置信號是各相主開關(guān)器件正確進行邏輯切換的根據(jù)，也為速度控制環(huán)節(jié)提供了速度反響信號。,開關(guān)磁阻電機的關(guān)健部件,SRM有兩種獨特的運行方式：低速時采用電流斬波的方式，系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)相繞組電流的大小來控制轉(zhuǎn)矩，因此能準確知道繞組中實際電流的大小，對電流進行反響是很必要的；,高速時采用單脈沖角度控制方式，系統(tǒng)通過觸發(fā)角和關(guān)斷角來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的控制，此時電流已不再作為控制量

38、，但為了防止系統(tǒng)過載或故障那么要進行過流保護，所以系統(tǒng)中需要進行電流檢測。,SRM的速度控制方式,開關(guān)磁阻電機開展史1,開關(guān)磁阻現(xiàn)像在160多年前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，但由于當初缺少控制手段，未能得到應用開展。,開關(guān)磁阻電機是80年代初隨著電力電子、微電腦和控制技術(shù)的迅猛開展而開展起來的一種新型調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及效率高等突出特點，成為交流電機調(diào)速系統(tǒng)、直流電機調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的強有力的競爭者，引起各國學者和企業(yè)界的廣泛關(guān)注。跨國電機公司Emerson電氣公司還將開關(guān)磁阻電機視為其下世紀調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)的新的技術(shù)、經(jīng)濟增長點。目前開關(guān)磁阻電機已廣泛或開始應用于工業(yè)、航空業(yè)和家用

39、電器等各個領(lǐng)域。,開關(guān)磁阻電機開展史2,1970年，英國Leeds大學步進電機研究小組首創(chuàng)一個開關(guān)磁阻電機Switched Reluctance Motor, SRM雛形，這是關(guān)于開關(guān)磁阻電機最早的研究。,1972年，進一步對帶半導體開關(guān)的小功率電動機10w1kw進行了研究。到了1975年有了實質(zhì)性的進展，并一直開展到可以為50kw的電瓶汽車提供裝置。,1980年在英國成立了開關(guān)磁阻電機驅(qū)動裝置SRD Ltd.，專門進行SRD系統(tǒng)的研究、開發(fā)和設(shè)計。,1983年英國SRD Ltd.首先推出了SRD系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品命名為OULTON。1984年TASC驅(qū)動系統(tǒng)公司也推出了他們的產(chǎn)品。另外SRD

40、Ltd. 研制了一種適用于有軌電車的驅(qū)動系統(tǒng)，,到1986年已運行500km。該產(chǎn)品的出現(xiàn)，在電氣傳動界引起不小的反響。在很多性能指標上到達了出人意料的高水平，整個系統(tǒng)的綜合性能價格指標到達或超過了工業(yè)中長期廣泛應用的一些變速傳動系統(tǒng)。,開關(guān)磁阻電機的優(yōu)點,1電機結(jié)構(gòu)簡單、鞏固，制造工藝簡單，本錢低，可工作于極高轉(zhuǎn)速；定子線圈嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能適用于各種惡劣、高溫甚至強振動環(huán)境。2損耗主要產(chǎn)生在定子，電機易于冷卻；轉(zhuǎn)子無永磁體，可允許有較高的溫升。3轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)，從而可最大限度簡化功率變換器，降低系統(tǒng)本錢。4功率變換器不會出現(xiàn)直通故障，可靠性高。5起動轉(zhuǎn)矩大，低速性

41、能好，無感應電動機在起動時所出現(xiàn)的沖擊電流現(xiàn)象。6調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩速度特性。7在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高效率8能四象限運行，具有較強的再生制動能力。9容錯能力強。開關(guān)磁阻電機的容錯表達在電機某一相損壞，電機照樣可以運行。,與當前廣泛應用的變頻調(diào)速感應電動機相比，開關(guān)磁阻電機在本錢、效率、調(diào)速性能、單位體積功率、可靠性、散熱性等都具有明顯的優(yōu)勢或競爭力。,如果說第一代開關(guān)磁阻電機1983年研制在小功率范圍的效率比高效變頻調(diào)速感應電動機低，第二代開關(guān)磁阻電機1988年研制的效率已全面超過了高效變頻調(diào)速感應電動機。更難得的是，開關(guān)磁阻電機在寬廣的速度和功率范圍內(nèi)

42、都能保持較高的效率，這是變頻調(diào)速感應電動機難以比較的。感應電動機要取得與直流電機相近的調(diào)速特性需采用復雜的矢量控制系統(tǒng)，而開關(guān)磁阻電機通過調(diào)整開通角、關(guān)斷角、電壓和電流，可以得到不同負載要求的機械特性，控制簡單、靈活，能容易地實現(xiàn)軟啟動和四象限運行，而且由于這是一種純邏輯的控制方式，很容易智能化，通過修改軟件調(diào)整電機工作特性滿足不同應用要求。,開關(guān)磁阻電機優(yōu)于變頻調(diào)速感應電動機,開關(guān)磁阻電機的特點1,啟動電流小30%額定電流，啟動轉(zhuǎn)矩大，犬于額定轉(zhuǎn)矩的23倍。,開關(guān)磁阻電機的特點2,調(diào)速范圍廣，調(diào)速比大于20:1，調(diào)速平滑無極。,負載特性好：穩(wěn)定精度高，在負載大小變化時，轉(zhuǎn)速保持不變，其穩(wěn)速精

43、度正頁0.5%。,系統(tǒng)效率高，從低速、中速到高速，系統(tǒng)效率均到達85%以上。,機械結(jié)構(gòu)牢固，可免維護運行。,具有啟動時低電流，大轉(zhuǎn)矩的特性，其電動機和控制器在啟動過程中電流沖擊小，發(fā)熱較連續(xù)額定運轉(zhuǎn)時還小。,在制動運行和電動運轉(zhuǎn)時，同樣具有優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩輸出能力和工作特性。因此，適用于頻繁啟動或頻繁正反轉(zhuǎn)運行的場合，轉(zhuǎn)換頻率可達1000次/小時。,開關(guān)磁阻電機的缺點,由于開關(guān)磁阻電機固有的轉(zhuǎn)矩波動，可能導致較大的噪聲和振動，此外，相對永磁電機而言，功率密度和效率偏低；另一個缺點是要使用位置傳感器，增加了結(jié)構(gòu)復雜性，降低了可靠性。,開關(guān)磁阻電機固有的轉(zhuǎn)矩波動和噪音可以通過優(yōu)化電機設(shè)計和控制策略得到有

44、效的抑制， 。SRDLtd.公司開發(fā)的伺服應用開關(guān)磁阻電機，轉(zhuǎn)矩波動僅為0.05%。近年研究的最優(yōu)勵磁控制策略、兩次換流控制策略、電機噪聲根源、定子振動模態(tài)、定子固有頻率計算等成果對降低電機噪聲都有積極的促進作用。隨著設(shè)計和制造水平的提高，噪聲必將進一步降低。另一個缺點是要使用位置傳感器，增加了結(jié)構(gòu)復雜性，降低了可靠性。因此已在研發(fā)無傳感器的SRD，簡化結(jié)構(gòu)，提高裝置的可靠性。,開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)SRD的應用,隨著電力電子技術(shù)水平的提高，SRD系統(tǒng)己有了系列化產(chǎn)品。如需頻繁啟動、停止、快速頻繁正反轉(zhuǎn)及需在很寬范圍內(nèi)調(diào)速的設(shè)備。如機械行業(yè)的龍門創(chuàng)床、銑床、冶金行業(yè)的可逆軋機、飛鋸、飛剪、電弧爐

45、的電極升降、科研試驗設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、食品、印刷機械及空間技術(shù)和家用電器等。,開關(guān)磁阻電機最初的應用領(lǐng)域就是電動車。目前電動摩托車和電動自行車的驅(qū)動電機主要有永磁無刷及永磁有刷兩種，然而采用開關(guān)磁阻電機驅(qū)動有其獨特的優(yōu)勢。當高能量密度和系統(tǒng)效率為關(guān)鍵指標時，開關(guān)磁阻電機將變?yōu)槭走x對象。,開關(guān)磁阻電動機的展望,SRD技術(shù)在我國起步晚，SRD系統(tǒng)的高效率、高可靠性、寬廣的調(diào)速范圍、卓越的啟、制動性能尚未被廣闊用戶所了解，因此產(chǎn)業(yè)化工作滯后。作為一種新型調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)，開關(guān)磁阻電機以其結(jié)構(gòu)簡單、低本錢、高效率、優(yōu)良的調(diào)速性能和靈活的可控性，愈來愈得到人們的認可和應用。目前已成功應用于電動車的驅(qū)動系統(tǒng)、家用電器、工業(yè)應用、伺服系統(tǒng)、高速驅(qū)動、航空航天等眾多領(lǐng)域中，成為交流電機調(diào)速系統(tǒng)、直流電機調(diào)速系統(tǒng)和無刷直流電機調(diào)速系統(tǒng)的強有力競爭者。預見未來的電動汽車也將是開關(guān)磁阻電機的天下。,