机械精度设计与检测

机械精度设计与检测（精选7篇）

机械精度设计与检测 第1篇

由于该课程具有这些特点, 因此学生普遍感觉理论学习很枯燥, 技能要求难掌握, 实际分析问题和解决问题的综合应用能力不强。针对这些问题, 根据学院机械设计与制造专业的人才培养方案, 对该课程实施改革, 以期改变学生理论基础不扎实、技能不达标的现状, 达到人才培养目标的要求。

1 “机械产品精度设计与检测”课程教学现状

1.1 教学内容不够合理

从最近几年选用的教材可以看出, 这些教材的内容与人才培养目标不够协调。根据人才培养目标, 在选择教学内容时应以培养学生实践技能和综合应用能力为主, 理论知识 “够用”为度。然而实际情况是:按照以往的学科体系介绍理论知识, 涉及到技能部分大多是以介绍仪器原理、结构、操作步骤为主, 而如何将理论知识和实践技能有机结合起来以培养学生综合能力的方面则鲜有介绍。这使得学生在学习过程中普遍感觉理论知识很枯燥、技能知识不好学, 同时也不能很好地认识到该课程在以后工作中的地位和作用, 学生感到很茫然。

1.2 教学手段单一

由于教学内容设置不够合理, 教学偏重于理论知识, 使得教学手段比较单一, 大多采用 “黑板+粉笔”形式。最近几年教学设施有了很大改善, 建设了多媒体教室, 教师可以制作精美的PPT课件, 与 “黑板+粉笔”形式相比, 能够更加多样化地展示课程教学内容, 然而还是未能摆脱整堂课教师是“主角”、学生是 “配角”的局面。

1.3 实践条件有限

该课程所需要使用到的一些精密检测仪器, 如三维坐标测量仪、齿轮测量仪等, 一般价格比较昂贵, 操作比较复杂, 需要专人负责日常维护。由于没有足够的经费, 因此只能购置简单、便宜的测量仪器, 如游标卡尺、螺旋测微器等, 且数量也不多。由于实践条件的限制, 因此能开设的实践项目就很少, 不利于培养学生的实践技能, 严重影响了课程教学效果。实践条件有限也是教师在传授该课程时侧重理论教学的主要原因[1,2]。

2 教学模式改革与实践

2.1 教学模式改革的基本思路

以工作过程为导向, 依据机械行业职业标准要求和专业人才培养方案制定课程标准, 确定课程教学目标。根据机械产品设计与制造过程中产品测绘、零件加工、装配维修调试工作岗位的职业能力要求, 重构教学内容。以真实机械产品为载体, 采用任务驱动教学的模式, 突出以学生为主体、以职业素养培养为中心的现代职业教育理念。

2.2 课程定位

该课程主要面向机械设计与制造专业, 在整个专业学习过程中具有承前 (“机械制图”课程) 启后 (“机械设计” “机械产品工艺”等课程) 的作用, 是联系基础课与专业课的桥梁纽带。通过课程的学习, 学生可以获得从事产品测绘、零件加工、装配维修调试岗位工作所必须具备的机械产品几何量精度设计和误差检测两方面的理论基础知识, 以及相关检测仪器实际操作技能。

2.3 重构教学内容

选择课程载体, 根据工作过程系统化课程开发理论及工作过程分析, 选择齿轮油泵中主动齿轮轴作为课程载体, 设计出5 个学习情境, 即初识机械产品精度设计与检测、尺寸精度的设计与检测、几何精度的设计与检测、表面粗糙度、标准件和常用件的精度设计与检测, 每个学习情境下又包含若干个子任务。由于目前市场上的教材基本都不适合这些学习情景, 因此笔者自编了教材, 教材编排以齿轮油泵主动齿轮轴精度设计与检测为总任务贯穿始终, 在总任务下分设多个子任务。子任务从简单的识图到基础计算、检验、设计, 遵循认识事物先后顺序的逻辑关系, 符合工作过程。通过重新选择编排的教材, 内容符合专业人才培养目标, 具有较强的针对性和适用性。

2.4 优化教学方法和手段

基于工作过程系统化的课程通常实行理论与实践一体化教学, 教学方法以任务驱动为主。针对各学习情景和子任务的特点, 灵活采用多种教学方法。在 “初识机械产品精度设计与检测”学习情景中, 可采用启发式教学法, 通过3W (why为什么学, what学什么, how如何学) 提问, 让学生思考讨论并回答, 在讨论中使学生了解该课程在专业学习和工作过程中所起的作用和地位, 认识到学习该课程的重要性, 从而激发学生学习的主动性。

通过互动式教学方法, 让学生参与教学环节, 当阶段性地介绍完某些概念术语后, 举例时可以让学生自己先思考或者上讲台演算, 然后再讲评, 让学生参与到教学这一过程中来, 而不只是教师讲学生听, 这也很好地起到了提醒学生课堂上随时保持较高注意力的效果。

此外, 充分利用多媒体技术, 精心制作多媒体课件, 通过图片、有声影像等方式吸引学生, 改变传统的 “黑板+粉笔”形式, 提高学生实践能力。

2.5 改革考核评价方法和标准

传统的考核评价方法大多以理论考试为主, 平时课堂学习和作业为辅;工作过程系统化课程的考核应注重对学生学习过程和实践技能的考核。根据新的课程体系, 课程的考核细分为对每个学习情景和子任务完成质量的考核和评价。

为了保证考核结果的合理性, 对每一个考核内容又分为学生自评、小组互评和教师评价3 个部分, 每个部分占相应比例。每个考核内容在整个课程中各占一定比例。最终该课程的考核成绩由所有考核内容成绩计算所得。过程考核比一张试卷能更客观全面地评价学生对各个知识点的掌握程度, 实践操作能力, 分析问题、解决问题的综合能力, 也极大地促进了学生的学习积极性和主动性[3,4]。

3 教学模式改革的保障措施

3.1 建立设施完善的专业实训室

要实现教学模式改革和实践的目标, 仅有多媒体教室是不够的, 还必须配备能开展各项实践任务的实验仪器。游标卡尺、螺旋测微器、百分表、水平仪、综合量规等最基本的测量仪器, 配备数量要做到2~3 人/套;对操作复杂、维护麻烦、价格昂贵的齿轮测量仪、螺纹测量仪、三维坐标测量仪等, 也有必要配备1~2 套。这样在进行相应教学时, 每个学生都有机会去观察了解熟悉仪器, 并能亲自动手调节操作使用, 同时学生也能了解到先进的测量技术。在教学过程中还可以鼓励学生利用已有的仪器, 自己设计简单的测量装置, 完成学习任务。这就使得教学不再是教师一人的 “独角戏”, 也不是简单的演示和结论验证, 而是可以充分调动学生积极性, 发挥学生创新性, 学生分析问题、解决问题的综合能力也得到培养和提升。

3.2 培养教师的综合业务水平

由于该课程的特点, 决定了该课程改革的顺利贯彻实施必须要有一批既有扎实的理论知识、又有较强实践技能的 “双师型”教师。教师要定期深入企业了解先进测量仪器和行业最新动态, 学习企业的先进检测和精密测量等尖端技术。加强理论学习的同时, 还要提高自身的实践技能[5]。

4 结束语

“机械产品精度设计与检测”是一门实践性很强的课程, 要求教师不断学习新的职业教育理念, 坚持 “实用、够用”的原则, 优化教学方法和手段, 通过改革考核评价方法和标准, 激发学生学习兴趣, 调动学生主观能动性, 把理论知识和实践操作有机地结合起来, 培养学生的综合能力。

摘要：结合教学改革实际情况, 分析了“机械产品精度设计与检测”课程教学内容不够合理、教学手段单一、实践条件有限等现状和存在的问题, 明确了教学改革基本思路, 从课程定位、重构教学内容、优化教学方法和手段、改革考核评价方法和标准等方面阐述了该课程教学模式改革与实践的具体方法, 提出了建立设施完善的专业实训室、培养教师的综合业务水平等教学模式改革的保障措施。

关键词：教学改革,教学模式,机械设计与制造

参考文献

[1]孙志忠, 汪治鹏.“公差配合与技术测量”课程教学现状与教学改革[J].机电产品开发与创新, 2010, 23 (5) :192-194.

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[3]张蕾.浅谈“公差配合与测量技术”的课程改革[J].武汉工程职业技术学院学报, 2013 (1) :93-94.

[4]李仁娇.“公差配合与测量技术”模块一体化教学的研究[J].广西轻工业, 2011 (6) :156-157.

机械精度设计与检测技术的实习心得 第2篇

这次实习的内容是对机械工件的测量和零件合格性的评定,实习的要求是让每个同学都对工件测量的实际操作能够达到基本掌握的程度。

此次实习培养我们理论联系实际、团队合作能力、综合分析问题和解决问题的能力、组织管理能力等方面素质。也是一次具体的、生动的、全面的技术实践活动。

在实习的第一天，由彭海燕老师给我们做了实习的指导老师。彭老师强调了本次实习的重要性，并鼓励同学们努力克服困难，努力完成本次实习。还讲解了仪器操作、搬迁中的注意事项，并要求在实习期间要保管实验仪器。本次实习中需要用到的仪器主要有水平仪、指示表、千分尺和游标卡尺，方箱，内径表，直角尺等，有些是我们闻所未闻，见所未见的测量仪器，但经过老师对仪器使用方法的讲解，我们多少对仪器有一些了解，为我们接下来的实验扫除一大障碍。当天我们就正式开始了工件的测量工作。

有点悲剧的是，这次和以往大不一样，老师不会给我们讲解实验的步骤，而是要我们分成五个组，然后通过各个小组的讨论决定各个实验的操作步骤，连实验要求，目的，实验原理都要我们自己讨论总结，而且各小组的实验项目不同，并且各小组之间，不能互相透露实验有关的步骤和原理。然而这只是第一道坎，接下来还有跟艰巨的任务呢。其中最难得就是调整基准，我们小组第一次需要调整基准的实验是八个实验中最难的，要调整底面与测量平板的平行，侧面与测量平板的垂直，此前还要我们自己思考如何调整基准面，真的挺难的，同时保证两个面都达到标准不是件容易的事啊。幸好我们小组团结一致，克服重重困难，终于调出了基准，真是有成就感！

本次实习的目的 ：

（1）巩固课堂教学知识，加深对机械精度设计和测量技术的基本理论的理解，能够用有关理论指导实践，做到理论与实践相统一，提高分析问题、解决问题的能力，从而对机械精度设计和测量技术的基本内容得到一次实际应用，使所学知识进一步巩固、深化。

（2）通过实习，熟悉并掌握各种仪器的结构，工作原理和使用方法。

（3）掌握通过评定尺寸误差值来判断产品的合格性的基本技能。

（4）通过完成工件测量实际任务的锻炼，提高思考能力、组织与管理能力，培养良好的操作习惯和团队精神。

（5）要学会根据国际手册，查表获得相关的数据，比如公差值、安全裕度、计算器具不确定允许值、量具不确定度值等。

（6）要会正确计算上下验收极限尺寸值和各种误差值。

（7）学会用仪器调整基准面，会用计量器不确定度允许值选择计量器具。

为期五天的工件测量学习现在已经结束了，通过这次实习，让我深刻明白了理论联系实际的重要性。实验地点是我们广东技术师范学院西校区的综合实验室，虽然有点小，仪器有点简陋，那个被测的箱体有点重，但是我们小组在测量的过程中也并不感到累，也没有感到辛苦，反而还能自得其乐。只是实习之余要

复习考试，感到有点压力而已，而且要不看指导书想出实验的操作步骤，实验原理有点困难，这也使得我们小组实验的进度比其他小组慢。但是我们能通过自己的思考，讨论总结实验步骤，当然，其中还有老师的指导，才能让我们顺利完成实验。

测量工件首先是一项精确的工作，通过在在课堂上对测量的基本知识的学习，使我在脑海中形成了一个基本的、理论的工件测量的轮廓，而实习的目的，就是要将这些理论与实际联系起来。

接下来是对此次实习的总结：

通过这次实习，学到了测量的实际操作能力，更有面对困难的忍耐力；也学到了小组之间的团结、默契，更锻炼了自己很多思考组织的能力。首先，是熟悉了各种仪器的用途，熟练各种仪器使用方法，掌握了仪器的检验和校正方法。

其次，在对数据的检查，矫正和计算的过程中，明白了各种测量误差的来源，其主要有三个方面：仪器误差（仪器本身所决定，属客观误差来源）、观测误差（由于人员的技术水平而造成，属于主观误差来源）、测量平板的误差。了解了如何避免测量结果错误，最大限度的减少测量误差的方法，即要做到：（1）在仪器选择上要按要求选择精度较高的仪器。（2）提高自身的测量水平，降低误差水平。（3）通过各种处理数据的数学方法如：距离测量中的多次测量取平均值等来减少误差。

机械精度设计与检测 第3篇

[关键词] 绿色创新机械精度设计疲劳极限指标

一、机械绿色创新的认识,绿色创新是一种现代技术创新的新理念,是人类实现可持续发展、拥有高质量生存环境、享受健康生活的必然要求,也是未来技术经济发展的大势所趋,是技术创新的一种。机械绿色创新,是在传统机械设计创新的基础上进行的再次创新和设计,它综合考虑了制造业对资源效率的合理利用,节约成本,降低对环境造成的污染。

从可持续发展的角度来讲,机械绿色创新能减少环境污染、节能降耗,对有限的资源进行充分利用,为新能源的开发提供更广阔的空间和有利条件。

从企业发展角度看,它是企业持续高效发展的不竭动力。近几年来,我国一些企业通过实施绿色创新工程,开发了一批新产品,推广应用了一批新技术,使生产技术水平和产品科技含量都得到了大幅提升。机械绿色创新作为一种新的集约创新模式,已成为现代包装企业发展的新增长点。

二、绿色创新在机械设计中的应用

(一)绿色管理模式的组建

1.机械绿色技术创新的激励模式。由技术供给激励、结构激励和环境激励组成的组合激励工具对技术创新协同发挥作用。由于技术创新与其选择环境的改进密切相关,因此,对不同层次的绿色技术创新,其激励机制也有所侧重,需要考虑激励:工具之间的匹配与协同、不同技术层次对技术选择环境的适应性、激励对象的行为特征等。

2.绿色技术创新审计指标及评价。审计指标和评价为机械绿色创新管理提供了一个定量化的工具。可以从创新投入、创新过程、创新绩效与环境绩效四个方面进行审计。创新投入可以包括人员,预算资金,其中资金包括材料、设备、场地等,努力协调人员和资金两方面的平衡,提高设计效率,缩短设计周期。创新绩效是对产品的综合评定,体现了设计的效果。环境绩效主要是废弃物的综合利用程度和对环境造成的影响程度。机械绿色创新的评价可以分为三个方面内容:

(1)技术评价:工作性能指标、可靠性、使用维护性、技术上的先进性。

(2)经济评价:成本、利润、投资回收期等

(3)社会评价:方案实施的社会影响、市场效应、节能、对环境的污染程度、可持续发展等。

3.绿色供应链管理。绿色供应链是以传统的供应链为基础,并结合制造技术、控制技术和网络技术等新的应用技术,其目标是对资源的合理利用、降低成本和减少对环境造成的严重污染。绿色供应链有效的管理可以减少资源消耗,可降低制造成本,减少或消除环境污染。因此,绿色供应链管理的评价体系的建立有着深远的意义。

(二)绿色化设计

1.组合创新法:组合创新法是指按照一定的技术原理,通过将两个或多个功能元素合并,从而形成一种具有新功能的新产品、新工艺、新材料的创新方法。机械绿色创新设计是将绿色环保技术或原理应用到机械设计中,利用组合法创新的绿色产品有很多,如在饮水机上加入过滤网,还有高温蒸汽清洗机等。

2.针对法:顾名思义是对专门用途的机械进行设汁的方法。这种方法针对性强,应用效率高,但应用方向单一。机械绿色创新是针对绿色方面的创新设计,如节能、环境保护等。城市中的垃圾乍、洒水车的设计都体现出针对法的特点。

3.缺点列举法:任何事物总有缺点,而人们总是期望事物能至善至美。也正是由于这种客观矛盾的存在,才使缺点列举法得以运用。在环境污染严重、能源短缺的今天,产品的环保性、可回收性、分解能力等显得尤为重要。现在很多产品在自身的大耗能、易污染方面进行了重新设计。

(三)绿色制造

绿色制造的重要环节就是绿色工艺,绿色工艺又与清洁生产密不可分。清洁生产要求对产品及其工艺不断实施综合的预防性措施和实时监控措施,其实现途径包括清洁材料、清洁程序、监控设备和后期回收处理。绿色工艺既能提高经济效益,又能减少环境影响。它要求在提高生产效率的同时必须兼顾削减或消除危险废物,改善劳动条件,提高劳动者工作效率,减少对操作者的健康威胁,并能生产出安全的与环境兼容的产品。机械创新中的绿色制造可以从以下几个方面占考虑:

1.保持工作环境的清洁卫生,提供工作者有利的生产条件,提高工作效率和产品质量。明确标识出危险区范围,减少安全事故的发生。

2.确立绿色供应方案。重点搞好绿色采购,包括绿色材料、绿色清洗工具、垃圾管理设备的供应,还有运输损耗控制,材料循环再利用等。

3.重组物流业务,合理调配并优化资金流、物质流和信息流。

4.按设计要求确定绿色工艺,重点控制加工过程中的废水、废气、废渣、尘埃和固体废弃物的产生,治理噪声和防止辐射。

5.对加工过程进行实时监控。特别是对易燃和带有腐蚀性气体、液体的车间,及时对可能存在的隐患发出警报,避免重大事故发生。

6.合理有效回收、处理垃圾和废品。建立地区性的回收处理工厂,提高回收利用率,综合处理废弃物,有害物质要经专门工艺进行处理,避免对环境造成二次污染。

7、加大新技术的应用,减少废弃物。如无切屑加工技术、干式加工技术等。

8.建立环境保护体系,进行绿色意识教育,通过教育和培训提高全体员工的环境意识,加强环境信息交流,积极推进环境保护活动,共同促进环境保护。

三、对加速机械绿色创新的几点建议

(一)提高公众环保意识,转变生产经营理念与方式。

(二)企业建立绿色管理机制,引进和培养高素质的技术创新人才。

(三)加大对机械绿色创新活动的支持力度,提高学习。

(四)借鉴外国先进环保技术,充实我国目前的创新方法和理论。

四、提高机械设计疲劳极限指标的设计准则

机械精度设计是充分运用工程图学、机械设计=机械精度设计、数控技术、机械制造技术及测量技术的基本知识,应用各种检测仪器和设备为一体的综合性、制造、检测的全过程;掌握尺寸误差、形位误差、表面粗糙度轮廓的检测方法和检测原理;掌握尺寸误差、形位误差、表面粗糙度轮廓的检测方法和检测原理;掌握轴类零件加工工艺过程;掌握数控机床操作及数控程序的编制方法,从而达到对所学知识的综合运用能力和强化工程实践能力。

疲劳极限是一个极易受外界条件和内部组织影响的参数。归纳起来,影响疲劳抗力的因素有四大类:

1、零件本身外形因素:几何形状、尺寸和表面状态等;

2、制造工艺因素:铸、锻、焊、切削加工、热处理、表面处理等;

3、使用条件:应力类型及大小、频率范围、环境条件、使用介质等;

4、材料本质:化学成分、组织结构、晶粒大小、纤维方向、夹杂物、偏析等。

在机械设计中,对于前三种影响因素已做了相应考虑,而材料本质方面的影响考虑甚少。但实际零件在股役过程中由于材料内部的各种微观缺陷(比如淬火裂纹、焊接裂纹、偏析、熔渣、各种铸造缺陷等)造成突然疲劳断裂的事故屡见不鲜。但由于材料内部组织的复杂多变,不易控制,对疲劳抗力的影响无规律可循,给我们的设计研究带来很大的不便。因此,寻求一种极有较广的适应性,又能充分考虑设计得的设计环境,而且便于操作的设计方法,非常必要。

五、提高机械设计疲劳极限指标的策略

现在在工程中广泛使用的提高机械设计疲劳极限方法有以下几种:名义应力法、局部应力应变法、应力场强法、疲劳可靠性设计及损伤容限设计等。

(一)名义应力法

名义应力时最早形成的抗疲劳设计方法,它以材料或零件的S-N曲线为基础,对照试件或结构疲劳危险部位的应力集中系数和名义应力,结合疲劳损伤累积理论,校核疲劳强度或计算疲劳寿命。名义应力法的基本假设:对于相同材料制成的任意构件,只要应力集中系数相同,载荷谱相同,则它们的寿命相同。

其设计思路是:从材料的S-N曲线出发,再考虑各种影响因素的影响,得出零构件的S-N曲线,并根据零构件的S-N曲线进行提高机械设计疲劳极限设计。

(二)局部应力应变法

局部应力变法结合材料的循环应力—应变曲线,通过弹塑性有限元分析或其他计算方法,将构件上的名义应力谱转换成危险部位的局部应力应变谱,然后根据危险部位的局部应力应变历程计算帮助。局部应力应变法的基本假设是:若同种材料制成的构件的危险部位的最大应力应变历程与一个光滑试件的应力应变里程相同,则它们的疲劳寿命相同。

(三)应力场强法

应力场强法基于材料的循环应力应变曲线,通过弹塑性有限元分析计算缺口件的应力场强度历程,然后根据材料的S-N曲线或ε-N,结合疲劳强度累积损伤理论,计算缺口件的疲劳寿命。应力场强法的基本假设:若缺口根部的应力场强主的历程与光滑试件的应力场强度的历程相同,则两者具有相同的寿命,结合疲劳累积损伤理论,估算缺口件的疲劳寿命。

(四)损伤容限设计

这种提高机械设计疲劳极限方法是破损—安全设计准则的体现和改进。它假定零构件内存在有初始裂纹,而应用断裂力学方法估算其剩余寿命,并通过试验来校验,确保在使用期(或检修期)内裂纹不致扩展到引起破坏的程度,从而使有裂纹的零部件在其使用期内能够安全使用。它适用于裂纹扩展缓慢而断裂韧度高的材料。

(五)疲劳可靠性设计

疲劳可靠性设计是根据零部件的工作应力与疲劳强度相联系的统计方法而进行的提高机械设计疲劳极限方法,是概率统计方法与提高机械设计疲劳极限设计的相结合的产物,所以也称为概率疲劳设计。

机械精度设计与检测 第4篇

一、课前认真准备, 夯实教学活动的基础

随着社会的发展, 特别是随着我国高等教育的大众化, 作为高校课程的教学, 在坚持以学生为主体的思路基础上, 对于备课的模式提出了更加高的要求。

(一) 积极了解学生对教学内容的需求

无论是坚持学生的主体地位, 还是积极倡导以学生为本, 在教学活动的每个环节都必须以学生的需求为出发点。同样为普通教育体系, 根据院校的规模和实力等定位, 也有“一本”、“二本”等类型的划分, 进入不同类型学校学习的学生, 其职业发展规划、个人能力水平等都存在十分明显的差异。因此, 在课程的教学过程中, 不同类型的院校采用的教材、方式和方法都不尽然相同, 要针对学生的实际情况作出恰当的选择。具体到《机械精度设计与检测基础》课程的教学来说, 首先就是要摸清学生的基本情况, 主要是学生在进行课程新知识学习时可能会遇到的困难及问题, 将这些问题进行归类, 分类寻找解决途径。其次, 要摸清学生的培养目标, 主要是学生未来的就业方向, 对于以应用型人才培养为主的院校, 应当重点加强对学生从事实际工作能力的锻炼和提升。再次, 要摸清学生的心理特点, 主要是要激发学生的学习积极性、主动性, 从而保证课程教学活动的顺利完成。

(二) 增强教师对教材的熟悉程度

教材是大学阶段学生开展学习活动的重要依据之一, 同时也是教师开展教学活动的重要内容。特别是对于以培养应用型人才为主的院校, 教材的重要性更加突出。教师在教学活动中应当坚持以教材为基础, 以“基础、提升、突破”为阶段目标, 依据教材, 制定切实可行的教学计划, 突出基础性知识, 抓住关键点开展课堂教学, 重点讲述生产一线最常见、最常用的理论、方法和测量器具;在此基础上, 对学有余力和学习积极性比较大的同学, 进一步拓宽广度和深度, 提出教材中的难点, 不断提升学习成果;对希望继续深造的同学, 应当在教材基础之上, 拓展知识学习范围, 为其提供突破的学习空间。因此, 教师要根据不同的情况, 强化自身对教材的熟悉程度, 做到“基础牢固、 重点突出、难点明确”, 在教学活动过程中, 灵活运用教材, 同时鼓励学生立足教材开展学习, 最大限度地发挥教材的作用。

(三) 梳理确定课堂教学的基本思路

综合以上内容, 可以帮助教师明确课堂教学的基本思路。在实际教学过程中, 笔者主要依据课程教学大纲、学生的基本情况和教材的具体内容, 将课堂教学的内容分为重点讲解的基础知识部分、需要一般讲解的提升知识部分以及需要个别介绍的突破知识部分。具体来说, 有关《机械精度设计与检测基础》课程的基本术语、定义、符号代号、计算公式、选用, 几何公差及其代号和标注, 标准公差与基本偏差及查表, 公差原则等内容分为重点讲授的基础知识内容;表面粗糙度轮廓基本知识、测定、选用, 滚动轴承公差与配合的特点、选用, 圆柱螺纹公差选用, 单键及花键联结公差选用等内容为提升性知识;教材未提及的先进测量仪器的使用和原理等为突破性知识。

二、做好概要介绍, 激发学生学习的积极性

(一) 从学习的基本过程来看, 概要是接受新知识的基础

教师每节课进行的概要性介绍就是这个认知活动的起点, 同时也是构建起对授课内容初步认识的 “纲”。通过这个“纲”可以让学生, 按图索骥, 推动学生开展自主性学习。比如在讲述《机械精度设计与检测基础》课程重要性内容的时候, 在概要性介绍的时候, 重点说明该学科的产生、发展和主要内容, 明确其在机械专业知识体系中的基础地位和桥梁作用, 明确其在课程体系中与其他课程知识之间的“结点”关系。通过这些内容的概要介绍, 使学生初步构建起对课程地位和作用的认识, 便于了解课程的重要意义, 从而主动给接受课程教学的目标、教学方法。

(二) 从学生的基本情况来看, 概要是理论和实践结合的基础

《机械精度设计与检测基础》是一门实践型非常强的课程, 特别是对毕业后从事一线工作的同学来说, 这门课程是重要的基础性课程。笔者在教学中特别强化对概念等基础知识的讲授, 一般的在开始教授这些内容前, 笔者会在课程上向同学们展示一线生产中经常使用到的零件图。通过图纸, 概要地向同学们说明, 在零件图中所标注的数字、符号引出尺寸、标准公差、精度等级、基本偏差、几何公差、表面粗糙度轮廓等内容80%均与《机械精度设计与检测基础》课程有关, 只有将这些图样中的符号等内容搞清楚才能够顺利地开展实际工作。通过这样的概要性介绍, 一方面激发了同学对课程学习的重视, 另一方面也引导同学在课程学习过程中主动理论联系实际, 自觉将所学知识转化为开展实际工作的能力。

三、活跃课堂氛围, 激发学生学习的主动性

课堂教学在教学活动中处于核心的地位和作用。 随着社会的发展, 教师和学生之间双向信息沟通的课堂教学模式成为激发学生学习积极性的重要保证。

(一) 调整教师在教学活动中的定位

课堂教学双向信息和知识交流的构建, 关键在于教师的自我定位调整。首先, 教师应当坚持平等的思想, 将同学视为教学活动中的平等参与者。只有这样才能真正做到关心、鼓励、倾听学生的需求, 了解他们在学习过程中的困难和迷惑, 才能有针对性地进行解难释疑, 确保双向沟通的形成。其次, 教师自身应当保持积极向上的良好心态, 用自身的态度和行为感召学生。曾经有国外的教育学家提出“如果教师本身就燃烧着对知识的渴望, 学生就会迷恋于知识的获取”, 只有教师在教学活动中表现出对工作的热爱, 学生也可能愿意与教师进行深入交流。再次, 教师要注重自身的语言, 确保正常交流活动的开展, 语言是进行沟通最有效的工具之一, 在教学活动中, 教师和学生处于两个不同的语言交流系统中, 特别是学生对《机械精度设计与检测基础》的熟悉和了解程度远不如教师, 因此教师在沟通中要用亲和的态度和轻松融洽的语言进行沟通。

(二) 合理运用现代化的教学设备

多媒体技术已经成为课堂教学重要的辅助手段。 对于《机械精度设计与检测基础》来说, 课堂教学中涉及到的相关实践知识很难通过单纯的语言表达来完成。多媒体技术可以动态地将文字、图像、动画、声音等整合于一体, 具有直观生动、信息量大、交互性好的特点, 便于全方位立体性多角度地激发学生的学习情绪和思维能力, 有效整合学生的认知过程、理解过程、 掌握过程。比如, 在课堂教学中, 将几何公差带形状制作成图文并茂、形式活泼的多媒体课件, 帮助学生对抽象知识的理解, 拓展学生的思维空间。当然, 在运用以多媒体为代表的现代化教学设备的同时, 也不能放弃传统的“板书”等形式, 传统方式在重点解析、学生笔记等方面仍然有其自身的优势。

四、强化实验环节, 提升教学活动的实效

实验课程是《机械精度设计与检测基础》课程的重要组成部分, 特别是检测技术部分主要是依靠实验课程来确保教学效果的。因此, 重视实验课程, 将其作为提升教学质量的重要手段。

(一) 围绕教学目的确定实验内容

《机械精度设计与检测基础》大纲规定实验课程的主要目的在于使学生掌握基本的技术测量知识, 会对图纸上标注的尺寸公差、几何公差、表面粗糙度轮廓等几何量以及典型零件上标注的各几何精度参数进行测量, 以判断其是否符合要求, 同时对现代测量技术及方法有一定的了解, 具备基本的动手操作能力。笔者根据教学目的, 在综合性和设计性的原则指导下, 主要设计了四个实验项目, 即用立式光学比较仪测量工作量规、用自准直仪测量直线度误差、齿轮公法线长度变动量和公法线平均长度偏差的测量、轴套组合体机械精度设计及检测。通过这些实验, 不仅能够提升学生的应用能力, 同时也有助于学生的创新意识培养。

(二) 形成更加科学的考核标准和机制

对于实验课程的考核, 传统上主要依靠学生的实验报告。这种重视结果忽视过程的考核方式, 事实证明对提升学生实际动手能力作用有限。近年来, 随着综合型、设计型、保证验证型等类型实验的引入, 对于实验课程的考核也更加注重对过程的考核, 更加注重对学生实验技能和学习态度的考核。因此, 教师应当建立起全程考核的观点, 在验证型实验中, 从考核学生对实验的预习入手, 审查学生的实验步骤、仪器设备的选择和使用;在设计型实验中, 从考核学生对实验方案的准备入手, 审查实验的实施过程、实验结果的正确性和质量。在考核过程中, 教师应当对每个环节进行记录和评分, 然后再进行综合考量, 确定学生的最终成绩。

参考文献

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[2]张景耀.基于机械基础素材库的网络多媒体辅助教学系统[D].沈阳工业大学, 2003.

机械精度设计与检测 第5篇

随着我国制造业及制造技术的不断发展,数控机床已经成为生产制造过程中重要的加工设备,其应用也变得越来越广泛。

精度指标是衡量数控机床性能的重要依据,也是在购买和维修数控机床时必须要考虑的性能参数,数控机床的精度指标主要包括几何精度、定位精度和切削精度3个方面。切削精度作为能综合而真实地反映数控机床实际应用时工作精度的指标,是评价数控机床性能及数控机床最终验收时的重要考察项目。下面以我校THWSKW—2B型数控机床维修装调考核装置为例,介绍一种数控机床切削精度检测用单摇臂可夹持绘图笔的设计与制作。

1数控机床切削精度检测的一般方法

数控机床的切削精度是一项综合精度,它不仅反映了机床的几何精度和定位精度,同时还受到试件的材料、环境温度、刀具性能及切削条件等各种因素影响。其一般检查方法为根据数控机床切削精度测试技术文件中规定的试件材料、刀具、主轴转速、切削深度、进给速度、环境温度以及切削前的机床空运转时间等,使用数控机床加工具有典型特征(直线、圆弧等)的工件,对加工完成后工件的精度进行检测并与加工允差范围进行比较,若全部精度能够满足允差要求,则说明机床的切削加工精度能够满足要求。图1是大连机床厂CKA6150型数控车床综合切削精度测试所使用的试件和其允差范围。

2单摇臂可夹持绘图笔的设计与制作

2.1问题的提出

THWSKW-2B型数控机床维修考核装置(图2)是我校于2009年购入的数控设备应用与维护专业使用的实训装置,使用该装置,学生可以进行数控系统应用、PLC控制、变频调速控制、传感器检测、伺服驱动控制、低压电气控制、机械传动装调等内容的实训,以达到提升实践动手能力的目的。但由于该设备不具有真正数控机床所具有的刀具加工结构,因而在进行装调后,无法进行切削精度的检测,这一方面造成学生无法验证装调后机床的最终实际效果,也使得该设备的使用产生了一定的局限性。因此,设计一种简单精确的装置,使该设备升级改造实现切削精度检测功能,就成为当务之急。

2.2设计方案及最终确定

针对上述不足,我们考虑,由于实训设备不具有真正机床的加工结构,因此不能进行切削精度的检验,但该设备所具有的十字滑台结构(图3)是可以实现刀架进给功能的,因此只要设计一个装置,使其实现工件的功能,再使该装置与十字滑台配合,即可模拟出工件实际的切削轨迹,并最终实现对装调后设备切削精度的检测。据此,共设计出3套方案并进行比较。

方案一:设计一个装置吸附在机床侧壁,同时此装置上设有加长杆和夹持机构,同时能有足够的长度延伸到机床的十字滑台的上方。然后在夹持机构上安装一只具有缓冲性能的绘图笔,之后在机床十字滑台上用鱼尾夹,装夹一块绘图板,再在绘图板上固定一张A4绘图纸,最后使绘图笔和工作台上的绘图纸接触,同时施加一定的预紧力。把编制好的典型零件的加工程序,通过RS232串行数据接口上传到数控机床上。开始机床图形模拟加工,即可获得加工后的图形及模拟刀路。

方案二:设计2个带有夹持机构和加长杆的装置,分别吸附在底座的平板上的对角线位置处,让2个装置的距离最大,并避开对机床十字滑台的干涉,使装置上的加长杆延伸至机床底座平板上另一个装置处,同时两端加持固定,此时便可搭建起一个桥式横梁。在桥式横梁的夹持机构上安装一只带有缓冲装置的绘图笔,之后与方案一相同,在十字滑台上固定绘图板与绘图纸,给绘图笔施加预紧力并进行机床图形模拟加工。

方案三:设计一个装置吸附在机床侧壁,同时此装置上设有加长杆和夹持机构,把一个激光绘图笔夹持在机床一侧的固定装置上,然后在机床工作台上用鱼尾夹装夹一块绘图板,把光敏纸固定在绘图板上,调整激光绘图笔和光敏纸的距离。再把光敏纸的输出信号线与波形显示器连接。之后同前两个方案一样,进行程序传输及加工模拟。

由表1可以看出,方案三图像质量、精度、智能化程度上最高,但相对较方案一、二由于要购买激光绘图笔与光敏纸,因此其成本太高且制作难度较大。而方案一、二的图形质量也可达到较高的程度,成本和制作难度都相对适中,可操作性强,有一定的技术含量,符合实际需求,且方案一制作成本由于不像方案二那样要制作2套装置进行配合,因此成本更低,所以最终确定方案一为最终选择方案。方案一的整体工作原理如图4所示。

2.3单摇臂可夹持绘图笔的设计与制作

根据方案一的设计,制作单摇臂可夹持绘图笔主要是要解决两个部分的制作,一是装置夹持的部分,另一个是装置的绘图笔部分,前者要求能实现对绘图笔的夹持和固定,并保证绘图笔在模拟过程中不产生移动及影响测试精度;绘图笔部分则要求能够配合十字滑台的运动连续准确不间断地绘制出十字滑台的运行轨迹,已达到模拟刀具运动,实现模拟测量切削精度的目的。根据上述要求,这两部分分别采用如下设计:

1)夹持部分。选用带有加长杆的磁力表座(图5),这种装置购买方便,容易拆装,且磁力表座可以稳固地吸合在实训装置的侧壁上,可达到稳固定位的要求并保证精度,夹持装置的孔径与绘图笔的孔径相适应。

2)绘图笔部分:根据目前市场可以购买笔的情况,决定选择碳素笔为笔尖。同时为满足要求,绘图笔要保证在十字滑台运动时不间断绘制出图形,即其运行轨迹,这就要求绘图笔要不间断地出水进行绘制。通过查阅资料和弹簧设计手册发现,这和碳素笔中所使用的弹簧的缓冲量有关。圆截面圆柱螺旋压缩弹簧的结构如图6所示,弹簧刚度如式(1)所示。

其中:p′为弹簧刚度;G为弹簧切变模量,为常数,根据所选取弹簧材料查表得到;d为材料直径;n为有效圈数;D2为螺旋节直径。根据以上公式,我们选取了数种碳素笔,并对其笔中使用的弹簧根据上述公式进行计算及测试、校验、试验,最终确定使用材料直径为0.4 mm,螺旋节径为4 mm,内径为3 mm,长度为14 mm的中碳钢弹簧作为绘图笔的弹簧。绘图笔实际使用效果如图7所示。

解决以上难题后,将绘图笔、磁力表座、绘图板与绘图纸安装固定到实训设备上,如图8所示。

3单摇臂可夹持绘图笔的实际验证

单摇臂可夹持绘图笔制作安装完成后,还需要对其实际使用效果进行最终验证,方法为编制一段典型的数控加工程序,使用单摇臂可夹持绘图笔来验证最终模拟的轨迹是否和预期效果相同,图9是验证结果,数控程序从略。

4结论

通过为实训装置添加单摇臂可夹持绘图笔,为数控实训装置拓展出了精度验证检测功能,完善了设备的功能,提升了教学的效果。单摇臂可夹持绘图笔具有如下特征:

1)比传统验证方法更安全,因为整个切削精度的模拟检测是通过绘图笔实现的,不会产生实际切削加工中的铁屑飞溅的情况,更安全;2)成本低、安全直观、测量方便、简单便携,且通过简单的装夹调试即可完成机床切削精度的检测,易用性高;3)在机床装调或者机床维护过程中,可以用这种简单的装置先对机床安装维护后的切削精度情况进行简单的验证,若误差较大,则立即进行重新调整,避免了因调整不到位造成多次切削测试对材料和时间的浪费。

参考文献

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[6]成大芝.机械设计手册:第11篇弹簧[M].5版.北京:化学工业出版社,2008.

机械精度设计与检测 第6篇

关键词：大尺寸,机械零件,平面度检测

0 引言

一直以来, 对于一些尺寸大 (>2000 mm) 、重量大 (>1000 kg) 、精度要求高 (<0.01 mm) 的机械零件的平面度检测是机械装备制造过程中的难题。

当前, 高精度机械零件的平面度测量方法主要有“三坐标测量机法”、CCD (Charge-coupled Device-光电图像传感器) 测量法和百分表法, 对于大尺寸机械零件的平面度高精度测量, 三坐标测量机法和CCD测量法都存在许多难以克服的不足。其中大型三坐标测量机从理论上讲, 可以测量大尺寸零件的平面度, 但受其测量头关节臂间隙和重复定位精度的影响, 其测量精度难以达到小于0.02 mm以上精度要求, 而且, 三坐标测量机的使用环境和仪器自身空间经常受到限制;百分表法属传统测量方法, 其精度和数字化程度存在不足;CCD测量法属非接触测量法, 没有三坐标测量机和百分表法的上述不足, 但CCD测量法操作复杂、仪器价格高, 测量成本高。本文介绍了一种新的测量大尺寸机械零件平面度的高精度检测方法。

1 大尺寸机械零件平面度高精度检测需要解决的问题

外形尺寸大、自身重量大、精度要求高, 是大尺寸机械零件平面度高精度检测需要解决的关键问题。

零件外形尺寸大和自身重量大, 这给检测带来三方面的困难:一是找正、调整困难, 这类零件的移动需要使用吊车等起重运输工具, 做一次找正调整费时费力, 还存在安全隐患;二是外形尺寸大对检测空间的需求更大, 这给精密检测仪器的制造提出了更高的要求;三是自重大, 仪器承载部分的受力变形会造成检测系统误差, 降低检测精度。要解决好上述问题, 对大尺寸机械零件平面度高精度检测至为关键。

2 大尺寸机械零件平面度高精度检测技术方案

该技术方案包括检测仪器和检测步骤两部分。

1) 高精度平面度检测仪器。如图1所示, 测量大尺寸机械零件平面度的高精度检测仪, 由位移传感器装置、信息通信与处理模块和仪器座三部分组成。

1.高精度位移传感器2.信息通信与数据处理模块3.仪器底座4.支架9.滑座

仪器座由底座 (圆盘部分) 3和支架4组成。支架4固定在底座3上, 仪器座对位移传感器起固定和支撑作用, 材料均为普通金属结构钢。

位移传感器装置由高精度位移传感器和滑座组成。高精度位移传感器1固定在支架4上, 高精度位移传感器视待测面的大小为6个, 高精度位移传感器通过滑座9套装在支架上形成可调式连接, 可根据测量零件的具体尺寸和结构做适应性调整。高精度位移传感器的主要作用, 一是接受信息通信与处理模块的指令实现自整定, 二是通过与被测表面接触将位移量转换为数字信号输出至信息通信与处理模块。

信息通信与处理模块主要由内嵌专用软件的PC组成。主要作用一是将操作人员的控制指令发送至各个高精度位移传感器, 二是接收各个高精度位移传感器反馈的信息并按要求进行处理 (计算测量数据结果, 实时显示结果, 存储信息、输出打印信息等) 。信息通信与处理模块的PC与高精度位移传感器分为无线传输和有线传输两种模式可选。

仪器整体结构采用F型, 传感器触点与仪器底座距离大于底座半径, 保证在校准和检测过程中仪器只有传感器触点与标准块或待测平面成点接触 (图2、图3) , 其他均不接触零件, 彻底避免大型零件重量对检测过程的影响。仪器不设承载待测工件的底座, 形成开放式检测空间, 仪器大小仅与待测面尺寸有关, 与其他部位尺寸无关, 简化了大型机械零件外形尺寸与检测仪器尺寸的关系, 检测仪器的外形尺寸可以做到最小。高精度位移传感器分度精度为0.001 mm, 触点的许用接触力小于5 N。

2) 检测方法与步骤。

第1步:仪器校准。如图2所示, 将校准用的大理石标准块5 (其校准平面平面度为00级) 、本检测仪放置在检测用大理石平台6上 (不拘限于大理石平台, 可以放置在任何安全稳定的平台上) 使高精度位移传感器与“校准平面”接触, 电脑显示屏会实时显示各高精度位移传感器的接触状态, 当电脑屏幕上各高精度位移传感器显示均不为零时, 用鼠标点击“校准按钮”, 仪器自动将所有传感器的当前位置记忆为零点位置, 完成仪器校准。原理是通过校准功能 (自动记忆传感器的零点位置) , 仪器建立起一个以各传感器零点为参考点的“标准测量平面”, 该“标准测量平面”的平面度取决于“校准平面”的平面度, “校准平面”为“标准方箱、标准块规”等“国标”标准件。

1.高精度位移传感器5.标准块6.平台

第2步:检测。如图3所示, 将待检零件7放置在大理石平台6上 (不拘限于大理石平台, 可以放置在任何安全稳定的地方) , 将已经校准的平面检测仪的高精度位移传感器触头与待测平面8接触, 电脑显示屏会实时显示各传感器的接触状态 (图4) , 当电脑屏幕上各传感器显示均不为零时, 用鼠标点击“检测按钮”, 信息通信与处理模块会自动计算出平面度的数值, 并显示在电脑显示屏上, 完成工件的平面度测量。

6平台7待检零件8待检平面

3 结语

本技术方案具有以下特点:

本检测仪按照GB1958-2004《形状和位置公差检测规定》的五条原则:与理想要素的比较原则、测量坐标值原则、测量特征参数原则、测量跳动原则、控制实体边界原则设计制造, 综合“与理想要素的比较原则”和“测量特征参数原则”直接测量法检测待测表面的平面度误差, 测量原理符合国标要求。

测量精度高。采用比较测量原理, 不存在重复定位误差, 不受仪器自身精度等影响, 采用光电测微技术, 可达到现有宏观测量的最高精度达到±0.001 mm;

数字化程度高。采用计算机数字化通信与数据处理技术, 具有测量数据实时显示和数据通信与处理 (结果计算、存储、打印) 等功能。

测量成本低。由于本方法的测量仪, 与大型三坐标测量机和CCD测量系统相比仪器结构简单, 除传感器以外, 仪器精度不受仪器制造精度影响, 制造费用低;

机械精度设计与检测 第7篇

1舞台机械同步精度测试现状与开展此项研究的原因

舞台设备的同步精度, 是剧场舞台机械设备的比较重要的技术参数指标, 直接体现了舞台机械设备的加工, 调装水平及控制系统工作的精密性、稳定性。在文化行业标准2007版的《舞台设备验收程序》中, 同步精度测试被定为性能测试里一项重要的测试指标, 但此标准并未对检测方法做出具体要求。

受测量器具本身的技术局限, 目前行业内一般的测量方法, 是在同步的设备组运行停止后进行位置偏移量的测量, 并不能在同组设备运行过程中进行偏移量的测量, 这样测出的数据其实并不能作为严格意义上的同步测量数据。另外, 国内针对舞台设备同步精度检测方法的类似研究资料也很少, 没有可以借鉴的经验。我们通过这个项目的研究, 设计了一套专用的测量仪器, 并经过现场实验总结了使用此仪器的测量方法。

2测试仪系统的总体介绍

2.1单测试传感器的测量

采用单测试传感器的好处就是系统简单, 测试系统本身不会产生误差, 为了使用单个测试传感器, 我们设计了45度相对位移测量法。此测量方法只能对同组的两台设备进行测量, 需要将一块反光板相对水平45度角安装在1号设备 (电动吊杆) 上, 将测试传感器水平安装在2号设备 (电动吊杆) 上, 两个设备同步运行时, 传感器测出的距离变化量即是相对高度的变化量, 以测出的这两个设备在同步运行过程中的相对变化量来作为同步精度的数据。此方法虽然对传感器本身的精度要求不高, 但是对现场安装条件要求却很高, 特别是反光板安装需要由其它仪器来确定45度角, 而传感器的水平对准不但要垂直面的对准, 更要求水平面的对准, 偏转一点就会导致角度的误差, 对于工程现场的测量来说难度还是很大的。测量方法如图1。

主要原理是利用等腰直角三角形的两条直角边相等, 所以△h1=△X1=X1-X, △h2=△X2=X-X2, 如果2号设备相对往上偏移, 可以通过X2求出△h2, 如果2号设备相对往下偏移, 可以通过X1求出△h1, △h1和△h2即是同步精度误差值。

2.2多测试传感器的测量

采用多测试传感器的好处是测量原理简单, 测量数据能直观表示, 由多台测试传感器从舞台面垂直往上照射上下运动的设备 (电动吊杆) , 测量出每个设备的实时高度, 从而计算出它们之间的同步精度误差, 我们称其为直接位移测量法。但这个方法的关键点是如何消除由多个测试传感器之间因为测量时间点的不一致所产生系统误差, 而一般舞台台上设备运行最大速度能达到1m/s以上, 两台传感器测量时间点如果相差1ms, 则相对位置就会有1mm偏差, 为此我们特别设计了同步数据处理器, 在同步数据处理器上制作了一个统一的时间点位标尺, 其作用是将两台或多台测试传感器测量的时间点保持一致并且在前后两次测量时间点之间得到上一次的测量回传数据。

我们研究开发的多传感器测试仪系统, 主要有三部分组成:测试传感器, 同步数据处理器, 上位机测试软件。工作原理是首先由同步数据处理器通过RS485串口同时启动测试传感器进行实时测量, 待测试传感器将数据回传后, 在处理器中将回传数据计算、整理并将打包好的数据通过网络传至上位机, 由分析软件进行分析和图形化解释, 将结果直观的显示于屏幕上并保存。测量方法如图2。

3多传感器测试仪系统的设计分析

3.1测试传感器的选择

我们采用了一款应用相位比较原理工作的激光传感器。此激光传感器通过发射不同频率的可见激光束, 接收从被测物体返回的散射激光, 将接收到的激光信号与参考信号进行比较, 最后, 用微处理器计算出相应相位偏移所对应的物体间距离, 可以达到mm级测量精度。主要用于对固定或移动速度小于1m/s的物体进行测量, 其主要特点如下:

在恶劣的环境下仍能保持较高的精度和可靠性;

(1) 工作电压范围大 (7-30V) , 可用工业开关电源, 普通直流电源等供电;

(2) 功耗小, 待机情况下0.2W--0.3W, 连续工作时1.0W--1.5W;

(3) 测量激光为可见激光, 方便瞄准被测物;

(4) 输出接口丰富, 主要是支持RS485串口的双向传输。

3.2同步数据处理器的设计

根据上节我们对测试仪系统工作原理的阐述, 同步数据处理器在系统里起着承上启下的关键性作用, 也是控制各传感器工作的关键部件。为了实现其功能, 我们选择了低功耗嵌入式芯片C8051F020作为数据处理核心, 另设计了三个电路支持模块, 分别是双RS485串口数据传输模块, 以太网数据传输模块, 高效率的电源管理模块。

嵌入式芯片C8051F020是完全集成的混合信号系统级芯片 (MCU) , 具有与8051兼容的高速CIP-51内核, 与MCS-51指令集完全兼容, 片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其他功能部件。我们用此mcu的高速指令执行速度和实时性强的特点, 实现了制作时间标尺并同步控制多个激光传感器的测量时间点和数据实时回传的功能。

SN75LBC184是SN5176行业标准范围内的差分数据线收发器, 它们带有内置高能量瞬变噪声保护装置。这种设计显著提高了抵抗数据同步传输电缆上的瞬变噪声的可靠性。我们用此串口接口芯片及外围电路实现了双RS485串口模块, 串口速率为9600波特率。

W5100集成了以太网物理层RTL8201CP核, 因此W5100集TCP/IP协议栈、以太网MAC和PHY为一体。W5100支持TCP, UDP等网络协议;支持4个独立的Socket通信, 内部16K字节的发送/接收缓冲区可快速进行数据交换, 最大通信速率达到25Mbps;内嵌10Base T/100Base TX以太网物理层, 支持自动应答 (全双工/半双工模式) ;支持自动极性变换 (MDI/MDIX) , 可以很方便地与各种嵌入式MCU连接。我们用此网络接口芯片及外围电路实现了以太网传输模块。

MC34063是一款性价比很高的开关电源芯片, 我们用此电源芯片和外围电路, 实现从24v降至3.3v给低功耗mcu供电, 因为其效率高, 所以完全可以和明伟小体积低功率的24v电源配合使用, 使得同步数据处理器整个体积减少1/3以上, 携带方便, 便于工程现场的测量。

3.3测试软件的功能设计

本测试软件使用VC++编程, 主线程优先级为REALTIME_PRIORITY_CLASS, 接受网络数据包线程优先级为THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL, 实现了可视化的动态测量数据读取, 并且在暂停测试后, 可编辑生成保存了测试数据的表格文件, 方便测量者回放之前的数据进行查看和比较。

一次完整的使用软件测量过程如下:

(1) 将操作电脑上的IP地址手动改为192.168.0.10, 因为同步数据处理器的设备默认IP地址设为192.168.0.9, 电脑上IP地址必须是此网段下的不同地址。然后打开处理器并且连接上电脑, 界面上右下角会有网络连接成功的信息显示, 开机默认测量开始。

(2) 在测量状态下, 主界面X轴以时间为单位, Y轴以测量距离为单位, 实现动态实时位置描点图。在测量停止后, 可以通过点击时间和距离的“放大”“缩小”图标, 用鼠标移动位置, 来查看具体某个测量点位上的数据。

(3) 点击“保存文件”图标, 使测量数据进行保存。再点击“数据列表”图标后, 前次测量过程的所有数据将会以表格形式展现。

4现场应用和总结

该套同步精度测量系统已在剧院现场进行了一系列的实验测试, 在现场我们选取任意两道吊杆, 在吊杆上分别固定了由专用反射膜敷设的挂板, 测试传感器放置在舞台面上, 从下往上照射激光。测试开始时, 吊杆在静止状态下先各取一次高度值, 记录下高度差, 之后将吊杆在同步状态下升降运行, 在电脑屏幕上直接显示出了实时的高度差值和运行曲线图, 中间时期的各个偏差点都被记录下来, 取得了较好的实验结果。

下阶段的工作, 我们会对各型号传感器的性能进行持续关注与, 继续实验更高精度、更快速的激光传感器, 在系统的精度和实时处理数据能力上做升级, 使得本测量系统在舞台剧场同步精度测试中发挥重要的作用。

摘要：多电机同步控制技术是舞台控制的核心技术之一, 许多设备中都要用到这种控制方式, 如吊杆群、升降舞台、转台等。如果这些设备不能同步运行, 就会出现舞台混乱并极易造成人身伤害, 导致演出失败。本文将对舞台机械同步精度测试现状及该项研究原因、测试仪系统总体情况以及多传感器测试仪系统和现场应用进行分析, 并在此基础上进行总结, 以供参考。

关键词：舞台机械,同步精度测试,设计,应用研究,研究

参考文献

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