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《机械工程专业英语》翻译李光布饶锡新主编华中科技大学出版社Lesson14CAM
1.introductionComputer-aidedmanufacturinginvolvestheuseof……………………计算机辅佐制造的含义是使用计算机和计算机技术来协助产品制造的所有环节,其中包括加工工艺和生产的辅助设计、加工、生产计划制定、管理和质量控制等!由CAD开发的数据库首先被存储,然后由CAM做进一步的处理,转化为对生产设备和材料处理设备进行操作和控制所必须的数据和命令,对产品的质量进行自动的检测和测试!CAD\CAM的出现对制造业有很大的影响,标准化生产的发展和设计努力、试验和原型工作的减少它已经较大的减少了消耗和提高生产效率成为可能例如,波音777客机完全被用计算机(无纸的设计),在两千个工作站连接着8台计算机,这个飞机由CAD\CAM软件建造,没有原形或像以前的模型所要求的建立,这个开发的花费大约在60亿通过工业社会的历史,许多发明取得专利,并且整个新技术在发展,华特的零件互换性概念、瓦特的蒸汽机和福特的装配线是一部分发展却是最显著的在我们的工业时期,像我们知道的那样,这些发展的每一个都影响了制造业,并且赢得了他们个人应受认可在我们的历史课本中或许数字计算机技术是唯一比以前技术更快、更大影响制造业的发展在计算机辅助设计或计算机辅助制造中交互式计算机制图起着重要的作用,通过使用交互式计算机制图,设计人员可开发被设计产品的图形图像,同时储存这些生成图形图像的电子数据,图像可以以二维三维的实体的形式表现出来,交互式计算机制图图像是由点、线、圆和曲线这些基本的几何元素构成的这些图像一旦创建他们可以通过放大缩小旋转和移动在内的各种各样的方式轻松的来编辑和操交互式计算机制图系统的典型硬件结构包括计算机、显示器、软盘启动器、、硬盘或两者兼备以及输入设备、如键盘、绘图仪和打印机这些设备伴随这些软件是现代设计人员用来开发和记录他们设计产品的工具Lesson18mechatronicsMechatronicsisanengineeringfieldwhich,togetherwithintelligent……………………机电一体化是一个工程领域,它和智能结构、机器人技术、微机电系统等一样都是机电工程高科技领域的一部分机电一体化表现为集成混合系统,除了机械结构和运动传输机械,该系统还包括一些电子部件,如在计算机控制下的传感器和执行器机电一体化是一个设计混合计算机集成机电系统的工程领域混合系统建模、虚拟原型、半实物仿真实验都是用于机电一体化系统设计的技术手段传统的机械系统只有机械设备组成对于怀特的蒸气机,蒸气能通过一个转动的轴转变为机械能,蒸气的输入速度被一个飞球设备控制这就是对速度进行机械反馈控制的实例在20世纪,电能和电信号在工业生产中成为可用的,且被证明能高效的转换为机械能,同时能更容易的作为检测、控制的信号进行传输在过去的数十年里,数字计算机(例如个人计算机和嵌入式微处理器)取代了先前用于信号传输的模拟设备因此,大多数提供运动和力的系统(例如运载工具、控制器等)开始融合机械、电力、电子和数字部件事实上,当今大多数系统都是混合系统这种混合系统设计要求来自各个领域的知识机电一体化的目的是在选择系统元件,分析信号能量传递和转化,调整集成化系统性能时提供有关的机械的、电的、电子的和数字元件有关的知识机械工程师要处理关于电子计算机工程设计的文献,同时电子计算机工程师也要了解机械结构(像机械设计)这类的文献混合系统设计要求机电一体化专业人士机电一体化中的电、机械、结构和电子元件作为一个集成的系统,他们利用实时计算机进行监控操作混合系统集成需要能量的传递和转化,例如电能转化为机械能,从而使能量的输出不断调速并与操作指令和计算机控制相一致用一个时尚术语来说,这就是为什么智能能量使用一个初级能量源并且调节它的输出速度来作为最终使用的必要条件在汽车的例子中作为初级能量的汽油储存在油箱里并在汽化器中进行调节来服从司机对加速器踏板的控制车速是通过改变汽油的流量来进行限制的给出汽油固定的气体系数,流量的变化将改变由汽油产生的能量变化,这些能量通过汽油在汽缸内燃烧传递到发动机曲柄因为这是在司机的控制之下,这就是一个智能的能量输出(或者,因为容易驾驶而智能)机电一体化系统不仅能量是不断变化的,信号也是这样系统的集成需要传感器将自然易变的模拟信号转变成可以传递信息的数字信息感应产生的能量消耗与信息传递容量无关分离数字设备(通常是计算机)、传感器和调节器一起需要模数和数模信号的转换监控算法大部分都是通过计算机执行的操作者发出的脉冲或模拟信号形成的命令需要从信号形式转换成能量形式在汽车上,司机的速度命令从心理形成到加速度踏板的位置信号,然后到汽油的流量控制,最后形成发动机对输出能量的调速从信号命令到可调节能量的转换形式使用了气体流苏的控制由于气体的特定能量系数是常数,所以,从它随时间变化的流速的乘积可以得到所需要的可调节的能量输出在机电一体化系统中,能量传递、转换和调节,信号传递,数模模数转换和信号稳定处理作为集成混合系统的方面机电一体化出现在系统设计、制造和操作过程中在设计阶段常使用系统建模、虚拟原型和硬件回路实验来实现系统集成类似的,建模和模拟工具可能用在类似真实的测试来证明产品的改变和经销计划是合理的经营战略的发展包括建模模拟和实验运转策略的发展包括了建模、模拟和测试信号集成和能量传递出现在机电一体化系统也是在硬件回路实验中特别是信号转换成能量形式是一个共同的观点事实上,机电一体化提供了一个理论背景和对硬件回路实验的技术解决图
3.1是基于计算机的模拟控制过程的概要原理图在图
3.1中过程的变化量通过变换器检测成为一定的信号并从模拟信号整流成数字信号让后传送给计算机具有数字输出的变换器(例如光学编码器)可以直接与计算机数字输出相邻计算机执行实时监控和信号分析并有两种形式输出,一种输出为了操作者的控制,另一种只是为了系统模拟的展示用于控制的指令传送给操作者,信号首先从数字形式转换成模拟形式那个指令也可以是操作指令,可以用在开环控制系统,或者计算机指令(基于变换器的过程信号),适用于闭环控制系统开环和闭环控制指令都是传送给司机的信号,这些信号调整支持传动装置的输入能量的供应Lesson21open-loopcontrolandclose-loopcontrolControlsystemareeverywherearoundusHowever,notanytype……………………控制系统在我们身边是无处不在的但是,并不是任何一种控制系统都具有自动化的特征通常,自动化特征由反馈输出变量与命令信号进行比较来获得当一个系统没有反馈结构时称之为开环系统,这是最简单且最经济的控制系统类型遗憾的是,开环控制系统缺乏准确性和多功能性,故只能用于一些简单的场合若系统有一个或多个反馈路径则称为闭环系统人体可能是现存的最复杂、最完善的反馈控制系统人体可认为具有多输入输出,,能执行高复杂动作的控制系统,开环控制系统不对实际输出结果和理想输出结果进行比较来决定控制行为反而用一个标准设置---曾由一些校准过程或估计来决定---来获得预计结果步枪子弹的发射是一个开环控制系统的例子预期结果是子弹到靶心的方向,实际结果是子弹沿发射的枪的方向当步枪瞄准靶心扣动扳机后就发生了开环控制,一旦子弹离开枪管它就全靠自己运行如果突然有一阵强风吹来,它的方向就会改变且不能纠正的可能电动洗衣机是另一种典型的开环控制系统,因为洗衣时间完全由人工操做的估计和判断来决定实际上自动电子洗衣机应能连续的检测衣服的清洁度,当达到预期的清洁度时能自动停止开环控制的主要优势在于比闭环控制便宜它不需要测量实际结果由于不需要对偏差进行纠正动作因此控制器比较简单开环控制的劣势是不能对油意外干扰引起的误差进行纠正操作工经常必须通过手动调整慢慢修正偏差在这种情况下,操作工通过提供反馈信号实际上实现了闭环开环控制系统缺乏更高的精度和适应性就在于从输出到输入的反馈信号的缺失为了更精确的控制,控制信号应与输入的差值成比例而且输出必须返回系统镜像误差修正参考信号Wr设定了需要的空转速度发动机在空转时,速度应该和参考值Wr一致,任何变化和负载转矩Tl都会被速度传感器和偏差探测器检测到控制器根据这个变化提供一个信号来调整阀门开度以达到修正偏差的目的反馈是检测实际结果与预期结果的差值并用这个差值驱动实际结果趋近预期结果的动作为了解释人体是一个反馈控制系统,让我们来看一个接近桌子上的物体的列子眼睛作为传感设备不断的反馈收的位置,手和物体的距离就是偏差,这个偏差随着手接粗到物体最终变为0,这是一个闭环控制的典型例子但是如果告诉一个人去接近物体然后蒙上他的眼睛,他可能通过估计物体存在的位置来接近物体物体在一定宽度范围内消失时很可能的蒙上眼睛,反馈路径就被破坏,人体就变成了开环系统当为了控制的目的而引入反馈时,它的存在就很容易识别但是在用一种固定方式来观测一个我们认为原本没有反馈的现实的系统具有反馈时,这里面具有很多条件通常,当一个系统中存在固定次序的因果关系时,我们就认为存在反馈这个观点不可避免的要承认许多人们认为没有反馈的系统存在反馈Lesson22sensortechnologyAsensorisadevicewhichproduces……………………Becausetheyconvertonequantitytoanother,sensorsoften……………………因为他们将一种变量变换成另一种,传感器也经常等价于转换器模拟传感器产生一个信号,譬如电压,它与已知变量成比例数字传感器有数字或数字显示的输出,它可以直接和电脑转换传输模数转换器可用于连接模拟传感器和电脑相似的,光电传感单元根据被阻挡的光束能检测到一个机器部件,一个物理阻碍物或者是一个空间中的障碍物的存在一个接近传感器(它感知并检测它与一个障碍物或一台机器上的移动部件之间的距离)可以依靠声音,磁学,电容或光学其它驱动器连接这个障碍物并且采取适当的行动(通常通过机械电子的手段),传感器对于智能机器人的控制来讲必不可缺,并且发展出一些与人类相似的能力(智能传感器如下所示)智能传感器有实现逻辑功能的能力,完成双向通讯,并且做出决策和采取合适的动作,做决策所必要的输入和知识可以被集成到一个智能传感器中,例如,一个带有传感器的电脑芯片可以通过自动编程在一个切削刀具失效掉落时自动关闭切削刀具,同样的,一个智能传感器可以通过检测像距离,热度和噪音等量来防止一个移动的机器人或机械手意外地接触到一个障碍物或人Lesson24ACMotorsElectricmotorsarebyfarthemostubiquitousof……………………交流电机迄今为止,电机是机电系统中应用最为广泛的执行部件电机可按功能及电器组成来划分按功能划分时,电机是按用途进行命名的例如扭矩电机,齿轮电机,伺服电机,仪表伺服电机,步进电机然而,我们仍有必要了解一些电机在电气方面的知识,以便我们在电机的应用选择方面做出决策图3-5提供了机电系统中的电机的分类电机的差异在于电机的绕组的绕法及转子的设计,使得其应用于各式各样的运行系统中电机的性价比在不断地提高,使得电机成为从家电到汽车广泛应用的重要零部件交流电机与相同时代的的直流电机的电刷一起被发明,其分为同步电机和异步电机对于一个固定载荷的电机,以一定的频率进行驱动时,异步电机会以一个相近的频率进行旋转,而同步电机则会以和电源相同的频率旋转由于电源频率的变化,这两类电机的转速也将相应的变化然而,随着负载的变化,输入线频率与发动机转子的转速之间的差别,感应式发动机会较同步式发动机的增大,这是由于感应引起的电磁转差率(即电动机中转子的速度与定子的速度差)的原因交流电机是靠在定子上产生旋转地磁场,转子跟随磁场的旋转而转动感应电机是靠在转子上感应变化的磁场,转子上的磁场相对定子是滞后的,所以称为异步电动机然而同步交流电动机产生的磁场使得转子与定子的磁场同步旋转在功率要求达到几百马力的情况下,同步交流电动机将比感应式电动机效率更高另外,在大规模的应用中,异步电动机经常要求与同步电动机同时使用,来达到稳定电压和提高效率的目的单相交流电机价格低廉,输入频率通常是电源频率的整数倍,只能按一种频率运行多相交流电机可以应用于更大的扭矩,更小的体积以及更高的可靠性的的场合随着数字信号处理器和微控制器的出现,将新的电源电子装置,应用矢量方程的闭环系统,直接转矩技术和自适应控制系统方法结合起来,用于改造低成本性能的交流发动机,从而开发出许多新的应用异步交流电动机异步交流电机也称感应电机,是现在应用最为广泛的一种电机交流电机有结构简单,坚固耐用,可靠性高,容易制造等优点交流电机包括单相交流电机,多相交流电机可以提供几瓦至几千瓦的动力异步电机包括鼠笼式电机和绕线转子式电机鼠笼式电机转子是由透空的金属嵌入磁条组成的,随着定子磁场的旋转,在转子磁极产生磁场的的共同作用下,转子将转动,其转动的速度与定子磁场旋转地速度相近在绕线转子电机设计中,鼠笼式电机中的磁条被绕组所取代在这种类型的电机中,当定子的磁场旋转地时候,把绕线电路短接,定子的磁场会在绕线中产生感应磁场,会使绕组以接近定子磁场的转速进行旋转然而通过轴上的滑环从外部将转子绕组连接起来,就可以控制绕组电流,达到增加或减少转子滑动速度的目的同步交流电动机同步交流电动机应用的没有异步电动机广泛,因为其转子设计起来十分的复杂,更加昂贵同步交流电机包括永磁式同步电机,绕线式同步电机,步进式同步电机,磁阻式同步电机在上述电机的种类中,永磁式同步电动机与绕线式同步电动机都可以用作无刷式的同步电动机Automatedstoragesystem自动存储系统Automotedguidedvehicles自动导向运输小车Accesscodes进入指令Adc模数转换器ainning长期的策略计划Accelerationpedal加速度踏板Adaptivecontrol可适应控制Breakdown终止停机Barcodedecoding条码译码系统Computergraphics计算机制图学CGComputeraidedengineering计算机辅助工程CAEComputeraideddesignanddrafting计算机辅助制造和制图CADDComputeaidedprocessplanning计算机辅助工艺设计CAPPConceptualization概念化Computeraidedprocessplanning计算机辅助生产计划computergraphis计算机图形学Coordinatesmeasuringmachine坐标测量机构Contourcontrolsystem轮廓控制系统Computernumbercontrol计算机数字控制Closeloopsystem闭环系统Diesandmoldsforcasting模具铸造Diskdrive光驱Distributednumericalcontrol分布式数控DCservomotor直流伺服电机Dateprocessunit数据处理单元Das数据采集系统Dimensionalaccuracy尺寸的精确性Dimensionalaccuracy尺寸精度Electricdischargemachine电火花加工Electronbeamwelding电子束焊接Electroniccomponents电子元件Embeddebmicrocontroller嵌入式微处理器Feedbacksignal反馈信号Feedrate进给速度Floppydiskette软盘驱动器Forklifttruck叉车Geometricandkinematicdate几何运动数据Hydraulic液压的Humanresource人力资源Hardware-in-the-loopexperimentation硬件回路实验High-techfield高科技领域Industrialrobot工业机器人Infloorwiring埋线方式Interfacewith同……接口Integraltransferdevices集成传输装置Interevention干涉Industrialrobot工业机器人improveproductivity提高生产率Interactivecomputegraphics交互计算机制图技术Informationprocessingfunction信息处理功能Inventory存货清单integratedmixedsystem集成混合系统Lasercutting激光切割Long.Rangestrategicplainning长期策略计划Magneticstripeencoding磁条编码MachineVisionrecognition机器视觉识别Materialtransportsysterm物料传输装置Machinecentre加工中心Materialhandingequipment材料处理设备Material-requirementsplanning原料-需求计划mockup实体模型Mechatronics机电一体化Opticalscanning光学扫描optical-encoder光学编码器Pointtopointcontrolsystem点对点控制系统Partprogramedit零件程序编写peripheraldevice外围设备Processplanning过程计划Productrealization产品的实现过程Powdermetallurgy冶金粉末qualitycontrol质量控制Qualityfunctiondeployping质量功能展开Repeatability可重复性重合性再现性Rawmaterials毛胚Radiofrequencysystems无线射频系统Retrievalsystem(RS)自动检索系统Ratesofsampling抽样率Retrievalofdata信息检索Real-time-monitoringandcontral实时监控Shopfloormonitoringsystem车间监控系统Surfecefinish表面光洁度Statisticalanalysis统计分析shopfloor车间Stepmotor步进电机Statisticalanalysis统计分析Specialfixture专用夹具Selfpoweredmonoriail自引轨道Specialdesignedpallets专用工具托盘Signalconversion信号转换Surfacefinish表面加工Screwmachine攻丝机、螺纹切削机Signalprocessing信号调理Schematicdiagram原理图Theforecastingofproductdemanct产品需求预测Thelong-runtoolingcosts长远道具消耗Thecontrolloopunit控制单元Toolcollision刀具碰撞Transducersensorsandscounter变换器、传感器、计数器Transducerswithdigitaloutput数字输出传感器Turretlatte塔式车床Virtualprototyping虚拟原型rk-in-progressInventoryworkstating工作站第二部分Aspark-ignitonengine电火花式发动Acompression-ignitionengine压然式发动机actuator作动器artificialintelligence人工智能analogsensor模拟传感器analog-to-digitalconverter模数转换asynchronous不同时的,异步的asynchronousACmotors异步交流电动机bedividedintotwomajorcategories asynchronous(induction)andsynchronous被分为两个类别异步型和同步型Bythesametoken出于同样的原因blindfoldly蒙上眼睛地Brakesystem动系统calibrationprocedure校准过程capacitorStart电容器启动(电动机)conductivity传导率Chargingsystem供电系统dataacquisition数据拾取desiredvalue预期值expertsystem专家系统electromechanicalsystem机电系统Economicwelfare经济福利Electricalsystem电气系统electricwashingmachine洗衣机feedback反馈fiber-opticsensor光纤传感器gas-turbineengines内燃机Grossdomesticproduct总产值hysteresis:磁滞现象hysteresismotors磁滞式电动机Highercompressionratio高压缩率Ignitionsystem点火系统Inthewayenginespeediscontrolled柴油机速度控制方法Informationeconomy信息经济时代Industryeconomy工业经济时代Inputandoutput投入产出idle-speedcontrolsystem怠速控制系统intelligentrobot智能机器人increaseordecreasetheslipspeedofrotor增减转子的滑动速率Laborproductivity劳动生产力loadtorque负载扭矩manualadjustment手工调整mercurialthermometer水银温度计morethanseveralhundredhorsepower超过几百马力motorwinding电机绕组morecomplicatedexpensivestatordesign定子的设计更复杂和价格更贵Nationaleconomic国民收入open-loopcontrol开环控制Organizationcapital管理费用outputvariablr输出变量plitphase分相式permanentsplitcapacitor(电动机)固定分相的电容式permeability渗透性permanentmagnet(电动机)永磁polyphaseACmotorsmagneticfieldmagneticfieldmagnetic多相交流电动机Productivitygain生产力获取Productivitygrowth生产力增长Rawmaterial原材料rotormagneticfieldrotate转子磁场运动repulsionstart(电动机)推斥式repulsioninduction推斥式感应reluctance磁阻referenceinput参考输入shadedphase(电动机)屏蔽极式swith开关,转换器shut-off关断sensorfusion传感器融合smartsensor智能传感器surfacetreatment表面处理synchronousACmotors同步交流电动机synchronousACmotors同步交流电动机Simpleruggedreliableandeasy-to-manufacturer简单的,粗糙的,可靠地和易于制造的sophistication复杂性,完善化,采用先进技术speedtransducer速度传感器Startingsystem启动系统Steersystem方向系统Suspensionsystem悬挂系统Trunkdeck行李箱盖theblockdiagram波特图throttleangle阀门theerrordetector误差监测器two-valuecapacitorstart(电动机)两价电容启动tactilesensing触觉传感器技术Torestrictairflowintotheengine限制汽油进入柴油机Toenteragainstthehighcombustionpressure再高的燃烧压强下进入Tobechosenforitscompactpackaging由于紧凑的机构而被选用Thecenterofgravityoftheengine发动机的重心Theinternalcombustionengine内燃机theinductionmotoroperatesneartheferquencyoftheinputsource感应式电动机在接近输入电源频率下运行ultrasonic超声的,超声速的,超声universalmotor交直流两用电动机woundrotorinductionmotor绕线转子电动机withtheemergenceofdigitalsignalprocessorsandmicrocontrollers随着数字信号处理器和微控制器的出现。