機械臂設計論文范文第1篇
摘要：在充分了解鋼拱架安裝機工況的基礎上，運用Solidworks和ADAMS對機械臂進行三維實體建模和虛擬樣機逆動力學仿真，對機械臂各液壓缸鉸點處的受力進行分析，獲得液壓缸工作中的最大負載值，為液壓系統的設計做準備，為機構的整體設計提供了數據參考。
關鍵詞：鋼拱架安裝機；虛擬樣機；ADAMS仿真；逆動力學分析
Key words： steel arch mounting machine； virtual prototype； ADAMS simulation； inverse dynamic analysis
0 引 言
鋼拱架安裝機是一種專用于安裝隧道支護結構的工程機械裝置，它在隧道等地下作業中發揮著重要作用[1-2]。目前，中國在隧道建設方面發展很滯后，特別是鋼拱架安裝機這一關鍵技術和國外發達國家相比還有很大差距[13]。在國內，隧道施工中大多鋼拱架安裝設備是從國外進口的，不但價格昂貴，而且也不適用于中國的地質環境，所以研發出一款適合中國施工用的鋼拱架安裝機已成為隧道施工技術中的當務之急。
1 鋼拱架安裝機結構設計
1.1 機械手臂的功能與組件
鋼拱架安裝機的機械手臂動作與人手臂動作極其相似，它通過一系列相互動作，以及對工作路徑和姿態的不斷調整，最終把鋼拱架安裝到目標位置。機械手臂主要由大小臂工作機構、手部調整機構和抓持機構組成，它們分別依靠大臂液壓缸、小臂液壓缸和手部調整液壓缸的伸縮以及手部液壓馬達的旋轉實現驅動[4-5]。
1.2 機械手臂零件的建模與裝配
雖然ADAMS軟件可以完成簡單零件的三維幾何建模，但是對于較復雜的鋼拱架安裝來說并不方便。因此，采用Solidworks軟件分別完成大臂機構、小臂機構、手部調整機構和夾持機構等零件的創建。選取合適的液壓缸和馬達，按照恰當的裝配順序和配合要求把機械手臂的零部件正確安裝好，裝配好的實體如圖1所示。
2 鋼拱架安裝機械手臂動力學模型
2.1 機構坐標系的設定
為了便于分析，假定機械手臂是在垂直面內工作，且在坐標系的建立和仿真時僅對大臂、小臂、手部的運動進行研究，不考慮手部具體的擺動和回轉運動[6]。在矩陣變換等計算中對機械手臂模型進一步簡化，假定回轉平臺為零坐標系且記為{0}，那么與大臂、小臂、手腕固接的坐標系依次記作{1}，{2}和{3}，則機械臂運動簡圖如圖2所示。機械臂連桿D-H參數如表1所示。
3 仿真試驗及結果分析
3.1 仿真試驗
根據鋼拱架安裝工作過程，在Solidworks軟件及Cosmos Motion插件下完成虛擬樣機的裝配、約束、驅動等參數[8]。本文要研究的是鋼拱架安裝機械手臂逆動力學問題，需將回轉工作臺固定，在Motion模塊下給液壓油缸添加移動副，在液壓馬達及其余鉸接零件上均添加轉動副，最后把模型導入ADAMS中進一步優化，如圖3所示。運動副確定好之后，為每個運動副上添加相應的驅動函數，便可模擬機械手臂的運動。液壓缸工作中只有開始和結束時為加速過程，其余工作過程近似為勻速，所以液壓缸的驅動函數可以選擇STEP階躍函數[9]。
動力學問題分為正向和逆向動力學問題，正向動力學是解決機械手臂末端執行器對于不同關節力或力矩的反應；逆向動力學是計算能夠產生期望軌跡所需要的關節驅動力和力矩。也就是說，根據終端的運動規律，求解應施加的力或力矩，即確定機械臂所能驅動的力，因此研究逆解的意義要大于正解。
機械手臂終端的工作路徑可以理解為從動作一開始到動作二結束，為了便于觀察，在夾持機構中心上選一觀測點A，仿真過程如圖4所示。
通過運動學仿真可以得到A點的運動規律，從速度和加速度曲線可知鋼拱架在安裝過程中的速度不大于200 mm·s-1，加速度不大于13 mm·s-2，液壓缸開始運動和結束運動時加速度有較大的沖擊，如圖5所示。從位移曲線（圖6）能夠看出，安裝機可以把拱架舉升到水平方向（x方向）15 m、垂直方向（y方向）13 m的位置，均在最大安全距離范圍之內。
3.2 動力學仿真試驗結果分析
在前面所得運動規律的基礎上利用ADAMS軟件進行逆動力學分析。對于不同的工況，鋼拱架的安裝軌跡也不盡相同，選取鋼拱架不同的安裝軌跡分別完成機械臂液壓缸鉸點處受力的仿真，可以得到機械臂在工作時所能舉起的最大負載。所以仿真得出每個軌跡下各液壓缸鉸點處的受力變化曲線，也是機械臂各個液壓缸所能驅動的負載變化曲線，如圖7～9所示，液壓缸鉸點處受力用F表示。
3.3 仿真結果分析
從仿真曲線可知，在鋼拱架剛開始舉升時鉸點受力較小，隨著舉升角度不斷增大，舉升高度不斷增加，舉升力也不斷增強，姿態調整和轉動過程中伴隨有一定的瞬間沖擊現象，最后受力基本保持恒定。從圖7中還能看出，大臂液壓缸鉸點受力最大約為479 kN，小臂液壓缸鉸點受力最大約為540 kN，手部液壓缸鉸點受力最大約為73 kN，液壓缸鉸點受力最大值也是機械臂每個液壓缸所能驅動的最大負載，可知機械臂工作中的最大負載能夠滿足其剛度要求。若因剛度不夠而出現失穩，會造成重大經濟損失，或在流場中發生顫振等災難性事故，嚴重影響施工安全；因此在機構設計中，必須按規范要求確保機構有足夠的剛度。研究鋼拱架安裝機械臂各液壓缸鉸點受力的意義還在于，為以后進一步設計分析做準備，從而降低開發風險，縮短研發周期，提高產品性價比。
4 結 語
利用Solidworks軟件完成了虛擬樣機的裝配，建立了鋼拱架安裝機構機械臂動力學模型，在ADAMS下進行了機械手臂的逆動力學分析，得到了各液壓缸鉸點的受力情況，確定了機械臂液壓缸工作時的最大負載，為液壓系統設計及整機設計提供了依據。由于建立動力學模型及動力學方程的構造時對模型作了許多簡化，降低了方程的精確度，但是仿真結果對系統分析依然有效；因此研究鋼拱架安裝機械臂各液壓缸鉸點的受力對鋼拱架安裝機的整體設計、制造具有重要的指導意義。
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[責任編輯：王玉玲]
機械臂設計論文范文第2篇
摘 要：運用文獻法、邏輯思維法，從身體認知論角度分析了運動能力與運動技術、運動技能之間的關系，認為：運動能力的形成是以運動技術和運動技能的掌握為基礎的，運動能力的提高又進一步促進運動技術和運動技能的掌握。建議在教學中改變教學方式和評價方式，在運動技術和運動技能運用環境中提高學生的運動技術和運動技能水平，進而提高學生的運動能力。
關鍵詞：身體認知論;運動技術;運動技能;運動能力;關系
《普通高中體育與健康課程標準（2017年版）》指出：“運動能力是指體能、技戰術能力和心理能力等在身體活動中的綜合表現，是人類身體活動的基礎。運動能力分為基本運動能力和專項運動能力?；具\動能力是從事生活、勞動和運動所必需的能力;專項運動能力是參與某項運動所需要的能力。運動能力的具體表現形式為體能狀況、運動認知與技戰術運用、體育展示與比賽?！盵1]由此可見，運動能力是學生身體活動中的綜合表現，其中運動認知與技戰術運用是運動能力的具體表現形式之一。
那么，運動技術、運動技能在學生身體活動中擔當什么樣的“身份”？與運動能力又是怎樣的關系？要厘清“身份”和關系，需先了解其概念。
一、運動技術的重新理解為分析運動能力與運動技術、運動技能關系提供了理論基礎
（一）重新理解運動技術
目前，大多數人認可的運動技術概念是20世紀80年代《體育理論》中的定義，即：“通常是指合理、有效地完成動作的方法”，并且“正確的技術必須符合人體運動科學原理能充分發揮人的機體能力”。[2]
這一定義顯示了“運動技術”的高度競技性。（1）正確的技術，必須符合人體運動科學原理，且能充分發揮人的機體能力。充分發揮人的機體能力，是對競技中力爭最佳成績的競技選手而言的。而“正確的技術”，同樣也是普通中小學生所期待的。（2）運動技術是合理、有效地完成動作的方法。那么，只有合理的、有效的，才能冠之以技術？普通中小學生在體育學習、鍛煉中的那些不太合理、有些低效甚至無效的都不是技術？如果是這樣，“豈不是中小學的體育課就無技術可教嗎？” [3]
顧淵彥先生認為把“方法”作為運動技術的定義概念是不妥的，其理由主要有：一是技術屬于“認知的范疇”，二是“身體認知是人類認知體系中一個特有的領域”，是“主體對自身認知過程中獲得的體驗”。[3]
顧淵彥先生從身體認知角度出發，將運動技術進行了新的定義，認為：“運動技術是人在從事以運動項目為中心的身體練習過程中，在自體內部之間和自體與客體之間的相互關系中通過綜合體驗所獲得的身體認知?！盵3]
該定義明確了以下4點：（1）是身體練習。這與《義務教育體育與健康課程標準（2011年版）》和《普通高中體育與健康課程標準（2017年版）》中“以身體練習為主要手段”的課程性質相一致。（2）身體練習的內容是運動項目。運動項目既可以是“國際體育專門組織頒布規則的專門的正規項目” [3]，也可以是“一系列以娛樂、健身、康復為目標的非正規項目” [3]。（3）是通過身體練習的綜合體驗。包括自體內部的體驗，也包括自體對客體的體驗。即“運動學習中身體既是學習的主體，又是運動學習的載體”[4]。（4）強調了運動技術是身體認知知識，突出了運動技術的知識特性。
（二）運動技術與運動技能的關系
《義務教育體育與健康課程標準（2011年版）》把運動技能定義為：“運動技能是指學生在體育學習和鍛煉中完成運動動作的能力?！盵5]該定義明確了：（1）是指學生體育學習和鍛煉環境中的能力，體育學習和鍛煉是學生不斷體驗的過程，也是身體認知運動的過程。（2）是完成運動動作的能力，即從事運動中表現出來的能力。
心理學理論認為“技能的提高要以知識的掌握為基礎”[6]，邵偉德通過研究，也認為“運動技術只有被人學習，才有可能升華為運動技能，才能把物化的運動技術上升為人格化的運動技能[7]。
因此，運動技術與運動技能之間的關系是：運動技術通過身體的反復練習，經過自體內部之間和自體與客體之間綜合體驗，才有可能形成運動技能;運動技能反過來能促進運動技術的提高。
二、運動技能學習層次的構建為運動能力與運動技術、運動技能之間關系的分析提供了依據
鄧若鋒以符號學原理、具身認知和動作發展理論為學理依據，沿著學生體育學習中積極身體練習體驗獲得的主線，確立運動技能學習過程中的身體練習行為、運動認知、心理感受等基本變量，將“身體動作→動作技能→運動技能→應用技能”的運動技能學習4個階段，分成“身體動作→動作技能”的動作符號學習、“動作技能→運動技能”的運動邏輯學習、“運動技能→應用技能”的應用意義學習，構成運動技能學習3個基本層次的基本結構模型[8]（圖1）。其主要觀點可以用表1進行概括。
運動技能學習層次的構建，揭示了從“身體動作→動作技能”“動作技能→運動技能”“運動技能→應用技能”運動技能形成的過程，提煉出了每一學習層次的基本學習內容。特別是基本內容的提煉，使我們更清晰地了解運動技能從最基礎的身體動作開始到運動技術再到運動技能的過程。這為分析運動能力與運動技術、運動技能之間關系提供了條件。
三、運動能力與運動技術、運動技能關系
心理學理論認為：“技能的提高要以知識的掌握為基礎，能力的提高要以知識和技能的掌握為基礎，能力的提高又進一步促進知識和技能的掌握”[6]。
本文試圖結合運動技能學習層次的構建理論，依上述心理學的觀點來分析運動能力與運動技術、運動技能之間的關系。
（一）運動能力的形成是以運動技術和運動技能的掌握為基礎的
1.身體動作練習有助于學生形成動作概念，并為形成運動能力提供依據
如《浙江省義務教育體育與健康課程指導綱要》（后簡稱《指導綱要》）中水平一“小籃球游戲活動方法”[10]中包括“多種形式的拍球游戲”“多種形式的拋接球游戲”和“綜合游戲”。其中，單一身體動作練習有“原地拍球比多、多種身體姿勢下的拍球、走動中拍球”“至少3種形式的自拋接球”等，身體動作的組合練習有“在各種拍接、傳遞、傳送、拋射、瞄準等綜合游戲中，遵從游戲規則中做出‘滾、轉、拋、接、拍、遞’等動作”，并在“教學建議”中提示“應注意在游戲中通過多種形式的練習，讓學生在不同身體姿勢、不同力量、速度、方向、路線、節奏等方面體驗人與球的關系，感知籃球球性，豐富身體體驗，提高練習興趣”。這些身體動作“不同身體姿勢、不同力量、速度、方向、路線、節奏等”的身體練習，都是“動作符號”的學習，是籃球運球技術、傳球技術等技術動作的雛形，為以后相應運動技術學習打下基礎。同時，學生在這些身體練習中形成一定的身體活動能力，特別是各種組合的身體動作和游戲，為形成運動能力鋪墊了較為扎實的基礎。
2.運動技術及其組合練習有助于學生掌握運動技能，是形成運動能力的重要環節
鄧若鋒認為：按籃球運動項目的邏輯關系將運球、投籃、傳接球、移動等組合成多種籃球運動形式，是運動技能的運動邏輯學習層次。[11]
華僑大學籃球教學與訓練團隊根據他們多年的籃球教學與訓練，提出了運動技術教學與訓練中的“技術環境”理論，認為“技術與技術環境之間的有效耦合是進一步提高集體同場對抗項目訓練實效與比賽技術效能的關鍵，‘技術環境’ 理論為集體同場對抗項目的‘以賽代練’理論提供了理論解釋依據?！盵12]因此，運動技術學練過程中，必須注意其“技術環境”，畢竟“技術環境對技術發揮的制約效應與決定作用”[12]比較明顯，在實際教學中，將各種單一運動技術進行組合是讓學生掌握運動技能的有效方法。
《指導綱要》水平四“籃球技術與簡單戰術運用”包括了“傳接技術及運用”“運球技術及運用”“投籃技術及運用”“移動技術及運用”“組合技術、簡單戰術及運用”“綜合活動”等內容并列出了各自的表現標準。如“運球技術及運用”的表現標準描述為：“在‘組合練習、面對障礙、面對防守、比賽’等難度不斷遞增的環境中，能根據自己與障礙物、防守人、同伴、區域的時間和空間關系，合理選擇‘運球急停急起、體前變向換手運球、背后運球、轉身運球’等至少3種以上運球技術獲得突破，并能根據需要銜接下一個動作，懂得用眼睛余光觀察周圍環境并利用異側臂及身體姿勢有效保護住球?！盵10]
從這一表現標準中可以看出：要求結合“技術環境”，在保護好球的前提下，選擇相應的運球技術以突破同伴的防守，并注意與下一動作的銜接。在運動技術學練過程中不知不覺地培養了學生的籃球運動能力。
3.運動技能按健身、競技、娛樂等項目需要的組合練習，是形成運動能力的關鍵環節
鄧若鋒認為：以鍛煉身體的健身知識、籃球運動競賽的知識、籃球運動娛樂的知識為基礎，進行指向不同目的為應用技能的應用意義學習層次。[11]這一層次學習的基本內容是各種運動技能按健身、競技、娛樂等需要進行組合，使各種運動技能在不同的目標情境中得以綜合運用。
季瀏在討論“體育學習方式”時指出：重視創設復雜的體育與健康學習和活動情境，這樣有助于促進學生學會運用綜合的知識和技能應對情境，提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力[13]。
沈陽體育學院“娛人致趣基本規律問題”的實證研究證明了季瀏“創設情境提高能力”這一觀點。他們認為：基于運動項目娛人致趣原理，結合籃球運動“拼搶奪球與投中爭分”的項目特點和致趣規律，構建以“學會打球和愛上打球”為目標的籃球教學。這種教學不再把籃球技術動作等同于運動技能，把比賽能力作為核心教學內容，培養打球實戰能力，使學生真正掌握籃球運動技能。通過教學實驗與現行教學進行對比研究，以“會打球、愛打球”為目標的籃球教學能夠有效地提高學生比賽實戰能力，激發和培養學生的籃球運動興趣[14]。
鐘啟泉認為：教師的職責在于發現、發掘每一個學生的潛能，生成有助于每一個學生個性發展的“學習場域”[15]。體育教學中，我們也應努力創設與健身、競技、娛樂等需要相吻合的“學習場域”，讓學生在不同的“學習場域”中運用所學的知識、技能和方法，也只有這樣，才使運動技能的學習充滿意義。也只有在運用的情境中，挖掘學生運動的潛力，形成運動能力。
（二）運動能力的提高又進一步促進運動技術和運動技能的掌握
心理學認為：“能力的提高又進一步促進知識和技能的掌握?！盵6]同樣，運動能力的提高，也會進一步促進運動技術和運動技能的掌握。
運動能力提高的過程，是一個綜合的過程，也是學生綜合能力的提高。正如《普通高中體育與健康課程標準（2017年版）》所述：高中學生運動能力發展的重點是發展體能、運用技能和提高運動認知。通過本課程的學習，學生能夠運用所學的運動知識、技能和方法，參加與組織體育展示和比賽活動，顯著提高體能與運動技能水平，掌握和運用選學運動項目的裁判知識和規則，增強發現問題、分析問題和解決問題的能力;能夠獨立或合作制訂和實施體能鍛煉計劃，并對練習效果作出合理的評價;了解和分析國內外的重大體育賽事和重大體育事件，具有運動欣賞能力[1]。
如果學生能夠獨立或合作制訂和實施體能鍛煉計劃，并對練習效果作出合理的評價，那么，學生會重新審視自己運動技戰術和運動技能掌握程度，比較理性地分析自己存在的問題并加以進一步的學習。
同樣，如具有籃球運動欣賞的學生，必定會了解籃球運動中的技戰術和籃球規則。在欣賞的同時會加深對相應技戰術的理解。
因此，運動能力的提高，也會進一步促進運動技術和運動技能的掌握。
綜合上述分析，運動能力與運動技術、運動技能之間的關系可以用圖2表示。3個運動技能學習層次間的箭頭表示運動技能形成的過程;運動能力與3個運動技能學習層次間的雙向箭頭表示運動能力與各層次之間是相互作用的關系，只是每一層次對運動能力形成所產生的作用有大小差異而已。
四、結論與建議
1.運動技術是人在從事以運動項目為中心的身體練習過程中，在自體內部之間和自體與客體之間的相互關系中通過綜合體驗所獲得的身體認知，具有認知知識的特征。
2.運動技術通過身體的反復練習，經過自體內部之間和自體與客體之間綜合體驗，才有可能形成運動技能;運動技能反過來能促進運動技術的提高。
3.運動能力的形成是以運動技術和運動技能的掌握為基礎的。其中，身體動作練習是學生動作概念與運動能力形成的基石;運動技術及其組合練習是學生掌握運動技能、形成運動能力的重要環節;運動技能按健身、競技、娛樂等需要的組合練習是形成運動能力的關鍵環節。運動能力的提高有助于進一步促進運動技術和運動技能的掌握。
4.改變以往只關注單一運動技術的學習方式，注重學生學練結構化的體育與健康知識和技能。所謂結構化的知識和技能指體育與健康知識與技能具有層次性和關聯性特征。知識和技能的層次性是指它們相互之間具有由簡單到復雜、由易到難的遞進關系，關聯性是指各個知識和技能之間相互聯系、相互促進[14]。
5.改變以往“達標+技評”的評價方法，在比賽環境下考查學生運用運動技術、運動技能的能力，使評價更加真實化，以避免“高分低能”的現象。
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機械臂設計論文范文第3篇
摘要：近年來，工業產業的優化升級，為與之對應的機械加工行業提出更高的基準，技術人員、操控設備等必須進行不斷的革新，才可最大程度提高機械產品的加工精度，促進行業領域的發展。然而，在機械設計與加工中，往往出現成品與預期設計圖紙不符合的情況，影響此類問題的因素很多，如待加工零件表層質量問題、加工參數問題、零件基準化問題等。針對上述問題，機械加工企業必須采用較為合理的管控手段，對每一項加工工序進行嚴格審核，提高產品加工質量，為我國加工工業的發展奠定堅實基礎。
關鍵詞：機械設計;機械加工;常見問題;改善措施分析
引言
對于機械設計加工，設計人員應當對質量這一最終目標和要求予以充分的考慮，重視其中出現的問題，提高加工精度、水平和質量，以滿足市場的要求。
一、機械設計與機械加工論述
（一）機械設計
機械設計通過對機械制造設備的工作機理進行探究，然后通過各項工藝之間的契合制定出完整的工件生產文件，如材料、尺寸、潤滑等工序。機械設計是機械生產的前提，同時也是機械設備質量、性能的重要體現，機械設計過程中，制定出完整的計劃可有效降低加工成本，提供設備的穩定性。一般來講，針對同一個零部件進行設計時，一般需制定多種設計方案，考慮到機械設備質量性能與零部件的精準性，技術人員應對零部件設計圖紙的可行性進行探究，確保整體加工階段進行的完整性。從近幾十年的設計轉變來分析，我國機械加工設計已經取得重大突破，特別是在計算機軟件技術的支持下，圖紙文件的設計也從傳統的紙張轉移到平臺系統中，技術人員可對設計文件多維度考量，提高設計的精準度，減少后續加工工序的繁瑣度。
（二）機械加工
機械加工是指零件由原料轉變為成品的過程，通過對原料進行尺寸、性能上的改變，為零件賦予新的功能屬性。不同零件所需的加工工序具有較大差異性，如復雜類零件需要經過多種工序組合來實現加工，且每一項制作工藝必須遵循相應的基準才可實現有效契合。在現代化技術的支持下，機械加工由傳統的人工操作大部分進入到自動化、智能化操控中，工作人員只需通過指令參數的設定，便可令設備運作來加工出所需的零件，提高產品加工質量。
二、機械設計加工中存在的問題
（一）操作流程缺乏預案
機械加工操作流程是否規范，決定著產品的質量，制定科學、有效的操作預案是十分必要的。在機械加工設計之前，對在加工過程中可能發生的情況和不可抗力做出準確的預判。經過嚴格的測算，預估出理論計算數值與正常操作之間的誤差，盡可能地將這種誤差值降到最低點。造成誤差的原因多種多樣，既有人為的主觀因素，也有一些客觀因素。如機器年久失修，腐蝕嚴重。設備發熱導熱，工具本身的因素，系統受力不均衡等多方面客觀情況。雖然誤差的出現不可避免，但是仍然要竭盡所能，規避風險，將誤差降至最小范圍內，確保機械加工的產品更加精準。
（二）缺乏完善的質量監控體系
生產質量是企業生存與發展的命脈，是企業的立業之本。技術人員要加強責任感，嚴把質量關。要樹立工匠精神，要把生產質量放在心中，質量的好壞直接影響產品的工藝。由于生產材料特性的緣故，塑性材料制作的機械產品很容易變形，會導致產品表面不平滑。另外，一些脆性材料的特點也會造成產品表面出現很多附著物，產品容易折斷。生產加工過程中，由于壓力變大也會改變產品的組織結構，導致機械產品表面凹凸不平。為了提高機械加工產品的質量，必須要考慮到每個加工設計產品的材料屬性，精準定位，嚴把質量關，確保機械加工設計出來的每一個產品都是合格的，將產品的損耗率降至最低。
（三）產品變形
在機械加工過程中經常會出現產品變形的情況，主要集中在位置、大小、性質等三方面的改變上。首先，為了使機械加工的產品被牢牢地控制在卡機上，使機械在加工產品的時候可以控制住，要求在加工的時候要產生強大的內力。但是，就會出現一個弊端，在加工完成的時候機械產品由于內力的作用，就會偏離原來的樣子，變成新的形狀。其次，在受熱的過程中，零部件由于受到溫度的影響，產品可能會出現彎曲的情況，造成中間高、兩邊低的現象?？梢酝ㄟ^科學有效的方法，采用高效的機械設備，盡量降低機械產品變形的程度。
三、機械設計加工中相關問題的解決策略
（一）制定科學合理的加工流程
對于機械設計加工，可通過制定科學有效的加工流程來降低加工成本，并有效保障加工產品的質量，大幅度縮短機械加工周期，使產品質量由于加工時間過長而受到影響的情況得以避免。對于機械設計加工操作，應當一次性完成，避免影響零件的加工質量，這就需要選擇合適的加工方法和加工工序。
（二）選擇合適的加工材料
對于加工零件的材料，需要進行合理的選擇，科學合理的加工材料不僅能夠使產品設計加工質量得到有效提高，降低生產成本，還能對機械設計加工的使用需求以及工藝性能得到滿足。對于材料的選擇，應當對材料的性價比進行充分的考慮，在降低成本的同時提高產品的質量，有效提高企業的市場競爭力。
（三）選擇合適的刀具和潤滑劑
在機械設計加工過程中，刀具極大程度上影響著機械加工的生產過程。不同材料有著不同刀具的選擇要求，應當根據表面硬度和粗糙程度選擇合適的刀具。應當選擇合適的潤滑劑，比如有純油性潤滑劑和水溶性潤滑劑，而在進行機械加工時，高速鋼刀的低速切削和硬度鋼刀的高速切削可使用純油性潤滑劑。
（四）選擇合適的切削參數
對于機械設計加工過程，切削參數選擇得合理與否也對產品質量產生重要的影響。對于零件的切削過程，應當對加工零件的材質屬性和特點進行有效的判斷，然后對切削參數進行合理的設置，使表面加工過程中產生的積屑和殘留大幅度減少，降低切削產生的力度和溫度。
（五）提升機械設計技能
隨著經濟水平的不斷提高，企業以及消費者對于機械設計加工產品的要求也越來越高。我們必須要不斷進取，要針對產品的性能不停地完善機械產品的結構、大小以及功能，使機械產品更加精準，力求使每一個機械設計產品都達到極致。機械設計工作者要制定科學、統一的機械設計制造流程，提高員工的業務能力和水平，盡最大可能提升產品的生產質量。設計加工每一個環節都要做到絲絲入扣。例如，在機械設計加工之前，要組織專家和行業管理者進行專業會談，制定完善的產品設計規劃書。在機械加工設計過程中，嚴格執行規劃書的尺寸大小和形狀，確保不出紕漏，保障機械設計加工過程的順利進行，也為產品質量嚴把“第一道”關卡。
結語
綜上所述，機械加工設計中，技術人員需通過產品性能來適配各項操作工序，確保各項加工工序可形成精準契合，提高產品的質量。在現場加工中，影響零部件加工質量的因素較多，為減少企業的生產成本，應從材料選取、工藝選取、切削加工、潤滑劑與冷卻劑、專業人才等方面，進行相應考量，依據產品性能制定較為完善的管控計劃，進一步提高加工質量。期待在未來發展過程中，機械加工與現代化技術進行深度融合，真正的實現自動化、精度化加工。
參考文獻：
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機械臂設計論文范文第4篇
摘要：本文從教師過度關注知識的傳授，而忽視了思想育人對學生學習的促進作用；學生不適應機械設計教學規律、建立不起有效的學習思維和方法；教學內容與當代科學的新成就發展脫節、與當前實踐應用結合不緊密；教學內容與專業需求不一致；課程設計創新過程中教師作用的發揮等五個方面進行討論研究，尋求提高《機械設計》教學效能的方法和途徑。
關鍵詞：機械設計；教學效能；人文情懷
《機械設計》是機械設計制造及自動化的一門重要的專業必修課，主要講授機械設計基本知識、基本理論和基本方法，通過設計訓練，著重培養學生的設計思維和設計能力。在機械類專業培養計劃中，它起到由基礎理論課向專業課過渡的承上啟下的作用。目前在教學中普遍存在著一些問題，如教師過度關注原理、技能的傳授，只教書而沒有盡到育人職責；學生不適應機械設計教學規律、建立不起有效的學習思維和方法；教學內容與當代科學的新成就發展脫節、與當前實踐應用結合不緊密；教學內容與專業需求不一致；課程設計創新過程中教師職責的發揮等。對以上問題進行研究和改善，將會顯著提高《機械設計》的教學效能。
一、堅持育人于教學過程之中，培養學生的愛國人文情懷
青年大學生正處在價值觀形成和確立的關鍵時期，大學教師在大學課堂上講些什么，傳授什么，對青年大學生價值觀的形成有著重要的影響。經過與學生的座談交流以及多年的實踐發現，絕大多數學生希望教師介紹我國在機械設計方面尤其改革開發以來所取得的成就。因此，作為生活在中國這方熱土的大學教師應站在中國立場、自覺履行傳道授業育人職責，真正踐行“科學無國界，但科學家有祖國”理念，培養學生的愛國人文情懷。
比如在緒論中，講到機械工業的生產水平是一個國家現代化建設水平的重要標志，我們就把我國取得的世界領先的重型鍛造水壓機及百萬千瓦核電等高端鑄鍛件核心制造技術、美國總統奧巴馬演講現場用美國旗遮住上海振華重工商標的插曲、世界首創單臺推力最大的50噸超大推力電動振動試驗系統等內容介紹給學生，提高學生的學習熱情，將我國特別是改革開放以來取得的一系列成就，比如高鐵、大運飛機、深海潛航器等介紹給學生，增強他們的民族自豪感和愛國情懷，同時告誡他們這都是我國在較短的和平時期內取得的，這體現了社會主義的優越性和黨領導的正確性，同學們要自覺維護來之不易的和平發展環境。短短幾句話，不要長篇大論，足以打動學生?！芭_上一分鐘，臺下十年功”，要求教師平時要從客觀理性的角度、站在中國的立場、以百姓的視角去獨立思考、自覺辨別、收集相關資料。
二、總結《機械設計》教學的一般規律，做好學生已形成的基礎課程學習的思維習慣和方法的銜接
本課程中“設計”的含義是指機械裝置的實體設計，涉及零件的應力、強度的分析計算，材料的選擇、結構設計，考慮加工工藝性、標準化以及經濟性、環境保護等，考慮的因素比較多，機械設計有自己獨特的教學主線和學習規律。其內容編排基本上是每章完成一種通用零部件設計的學習，學生即使前面的內容沒掌握，后續內容也可以學得很好，內容是并行的，這與基礎課程的系統性、整體性、內容串行特點完全不同。不過，《機械設計》每章內容展開是以串行方式進行的，經過歸納整理，得出每章機械零件設計思路是：
分析失效現象→失效機理（原因、后果、措施）→設計準側→建立簡化的力學模型→強度計算→主要參數尺寸→結構設計。
以上程序就是學習機械設計的規律，這樣就和前基礎課程的預期學習習慣銜接起來了，使學生能較快地適應機械設計的學習。
三、教學內容與當代科學的新成就發展脫節、與當前實踐應用結合不緊密
蝸桿傳動是《機械設計》教學中的一個重要內容，本章開講引入時會講到蝸桿傳動從外形上看，就是螺旋與斜齒輪的傳動典型的一種傳動方式，具有工作平穩、兼有斜齒輪與螺旋傳動的特點，具備傳動比大、結構緊湊等優點，但也有蝸輪材料需用貴重的減摩材料、需要專用滾刀加工、強度較低、蝸桿傳動相對滑動速度較大、摩擦因數高等缺點，因此，在規定內容講完后，及時跟進新型蝸桿傳動——TI蝸桿傳動的介紹，該種蝸桿傳動在光伏用跟蹤減速機、汽車起重機等有廣泛應用，屬于漸開螺旋面包絡的環面蝸桿傳動，這與教材內容銜接上了，一次包絡TI蝸桿傳動中，蝸輪是一個普通的漸開線斜齒圓柱齒輪，這又和齒輪傳動結合起來，這與本章開講時提出的蝸桿傳動從外形上看，就是螺旋與斜齒輪的傳動一致，學生就比較容易理解了。講這些的目的就是告訴學生們機械學科是一直向前發展的，許多新的問題期待他們解決，激發他們學習機械設計的興趣。作為教師，應主動跟蹤科學技術發展的新成就、上課時介紹機械設計最新發展及其在重大裝備上的應用，隨時做好更新教學內容的準備，做好與現代科學技術發展的對接。
四、根據專業需求，合理安排教學內容
合理安排教學內容，使其更貼近專業特色，滿足專業的需求，更好地實現《機械設計》課程培養應用型人才的目標。比如，機械零件的疲勞強度設計內容對本科生而言本就較難理解，對機械電子工程專業的學生，如果此部分用大量時間講解，很可能一下子將學生學習機械設計的熱情打倒，對后續主要內容的學習帶來較大的消極影響。因此這部分只側重于疲勞現象和概念的講解，實現滿足人才培養目標的要求，不必在教學內容上求全。
五、鼓勵學生課程設計創新、教師的職責是對學生的引領
課程設計是《機械設計》課程重要的綜合性與實踐性教學環節，是學生在校期間第一次較全面的設計能力訓練，教學目標包括實踐技能、素質教育和創新能力培養三個方面?，F在機械類本科階段的課程設計基本都是圓柱齒輪減速器設計，這個題目不可謂不好。問題的關鍵是現代的大學生很多知識面較廣、思維活躍，有自己獨特的想法，這與創新能力培養一致，因此必須給予學生這個機會。但是《機械設計》課程設計的宗旨是讓學生得到一次較全面的機械設計能力訓練，有些學生的自擬題目是不適合作為《機械設計》課程設計題目的，教師要注意甄別。即使是恰當的題目，教師也不能大甩手，而要和學生一起分析方案、完善方案，把握大方向，引領學生沿著機械設計的方向去做。當然，對于其他同學而言，減速器設計依然是一個能力培養和訓練的好題目。
在《機械設計》教學過程中，提高教學效能是評價教學目標的依據之一，無論采取何種方法都是以學生為中心、從內心深處激發他們的學習和探求欲望。因此，人文情懷教育始終貫穿其中，這方面目前有些同行已經在研究并進行實踐了。隨著科技發展和社會進步，《機械設計》教學過程中定會出現新的問題，只有積極應對，適時調整，才能滿足社會要求。
參考文獻：
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Some Thoughts on How to Improve the Teaching Efficiency of \"Mechanical Design\"
HAN Xiang
（Department of Mechanical Engineering and Electronics，Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou，
Jiangsu 221018，China）
Key words：\"Mechanical Design\"；teaching efficiency；human feelings
機械臂設計論文范文第5篇
摘 要 培養學生適應產業轉型升級需求的關鍵能力，是我國新工科建設對人才培養提出的新要求，也是當今工程教育面臨的主要問題。由于機械設計基礎課程設計對工科學生綜合能力培養影響較大，研究現有教學過程對學生關鍵能力培養的不足，并從教學理念、教學方法、評價體制等三個方面，探討教學過程中值得改進的方向。
關鍵詞 新工科;機械設計基礎;課程設計;教學改革;虛擬仿真實驗室
Thinking and Discussion on Teaching Reform of Course Design
for Fundamentals of Mechanical Design in Emerging Enginee-ring//LIU Houguang， CHENG Zhihong， YANG Jianhua， LIU Song-yong， PENG Yuxing
our country， and it is the main problem facing engineering education today. Because the Course Design for the Fundamentals of Mecha-nical Design has a great influence on the comprehensive ability trai-
ning of engineering students， this paper studied the shortage of the
key ability training in the current teaching process. Besides， the direc-
tion that is worth improving in the teaching process was discussed from three aspects： teaching concept， teaching method and evalua-tion system.
Key words emerging engineering; fundamentals of mechanical de-sign; course design; teaching reform; virtual simulation laboratory
1 引言
制造業為我國的經濟主體，針對我國制造業大而不強及世界新一輪的產業變革，國務院提出“中國制造2025”重大戰略[1]，將高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、先進軌道交通裝備等列為十大重點發展領域。隨著該戰略的實施，全國向新技術、新產業、新業態、新模式經濟形態轉型過程中，迫切需要大量具有工程實踐能力、創新能力及國際競爭力的高素質工程技術人才。為了滿足該新型工程技術人才的需求，教育部于2017年提出開展新工科建設[2]，以新產業轉型為背景，探索“新理念、新結構、新模式、新質量、新分類”的新型工程教育改革。該支撐國家新形勢下產業升級的工程教育改革，對工程技術人才培養過程中的培養理念、培養模式及質量標準等都提出更高的要求。與此同時，中共中央辦公廳、國務院辦公廳發布的《關于深化教育體制機制改革的意見》中，將培養支撐終身發展、適應時代需求的關鍵能力作為人才培養重點[3]。故關鍵能力的培養已成為新工科建設下高素質工程技術人才教育的新方向。這種工程人才的關鍵能力，體現在職業道德、工程思維能力、工程實踐能力、創新創業能力、終身學習能力、領導能力等方面[4]。因此，新工科建設下，工程教育及課程教學的改革應該注重學生上述關鍵能力的培養。
機械設計基礎是一門圍繞常用機構的工作特性、設計方法，及通用零部件的工作原理、選型及設計計算的設計類課程，是從工程制圖、理論力學、材料力學等理論基礎課向工程機械等實踐性很強的專業課程過渡的專業基礎課[5]。由于其對培養學生掌握工程設計基本技能上具有重要意義，現已成為國內高校諸多工科專業開設的技術基礎課程。就中國礦業大學情況來說，該課程面向采礦工程、安全工程、工業設計等非機類專業，以及材料科學與工程、熱能與動力工程等近機類專業;每學年授課班級數高達30多個，學生1200多人次，直接影響學校近五分之一的學生。
機械設計基礎課程設計是該門課程配套的一項重要的教學實踐環節，要求學生能夠根據實際生產需要，給出綜合考慮機械功能、性能、結構、材料、工藝等多方面因素的設計方案，是學生首次接受的全面工程設計訓練。該訓練要求學生能夠綜合運用所學理論課程解決實際工程問題，對學生樹立正確的設計思想、掌握基本設計理論和方法、查閱及運用設計資料、培養良好的工程素質具有關鍵的先導性作用。作為工科優勢高校，如何響應國家新工科建設號召，探索機械設計基礎課程設計這門對工科院校影響廣泛的課程的教學改革，強化學生的關鍵能力培養，是面臨的一個重要問題。本文針對該課程當前的教學情況，結合新工科建設對高素質工程人才的關鍵能力需求，就該課程能力培養過程中存在的不足及有待改進的內容進行探討。
2 當前教學存在的主要問題思考
機械設計基礎課程設計是諸多工科學生首次接觸的工程訓練課程，對學生解決實際工程問題能力及工程素養的培養具有較大影響。新形勢下，應該結合新工科關于人才關鍵能力培養的需要，對課程教學方法的進一步改進進行研究。下面從現有設計內容、教學過程、繪圖能力等方面進行分析，闡述課程教學存在的主要不足。
從設計內容來看 課程設計的題目，一方面影響學生工程能力培養目標的實現，另一方面受學生所處階段的知識水平及教學時間限制?，F今國內大部分高校的課程設計選題仍沿用20世紀30年代蘇聯列寧格勒加里寧工學院的方法，即以齒輪減速器設計為核心。學生根據課程設計指導資料中的方法，確定傳動方案、參數計算及結構設計，并繪制相應的裝配圖、零件圖，撰寫設計說明書。設計對象包含了機械設計基礎中的核心內容，有助于加強學生對課程知識的掌握。但題目陳舊，學生缺乏新鮮感，簡單抄襲往年材料的情況嚴重。以至于近年來，很多學者認為該選題內容過于固化，不利于學生創新能力的培養;并建議通過結合創新設計大賽、科研項目等進行選題，對課程設計內容進行拓展。但該門課程是學生第一次接觸的工程實踐，學生工程基礎薄弱，且課程設計時間短。教學過程中發現，成績中等偏上的學生完成傳統選題內容，都需要通過加班來實現。因此，引入較新的設計題目，超越了大部分學生現有的知識水平，且會讓學生用去太多的時間查閱資料，造成大部分學生無法完成，失去課程設計人才培養的整體意義。如何在現有設計內容基礎上提升學生關鍵能力的培養，使學生適應時代發展的需求，是目前面臨的一個主要問題。
從教學過程來看 機械設計基礎課程設計的完成時間通常在1～2周，隨著專業的不同而改變。其教學主要由設計前指導和設計過程中輔導這兩部分組成。其中，設計前指導主要是任課教師在學生選題時對課程設計的主要過程進行2～4課時的介紹。采用以課堂講授為中心的講授模式，教學手段主要依靠講授PPT電子講稿。因學生缺乏工程經驗，該指導過程中，學生難以理解所述機械結構的實際意義。講解重點在于機械系統零件設計及箱體結構設計，而對方案設計及制造工藝介紹較少，學生缺乏對產品設計全流程的準確認識及構思訓練。而設計過程中的輔導主要是在課程設計開展期間，任課教師每天去設計教室現場對學生存在的問題進行答疑，通常每天2～3小時。該指導過程中，由于課程設計時間較短，涉及的知識面卻較廣，部分學生無法在短期內真正掌握設計過程，不敢咨詢任課教師，只能簡單地照抄設計指導書中的資料，沒有實現工程實踐能力的培養目標。與此同時，教師對學生最終成績評價相對單一，主要依靠學生最終的答辯成績及圖紙和說明書質量，對中間完成過程的評估較少。這種以個人為單位的評價，造成學生只注重自己工作的完成情況，不能有效培養學生的團隊協作能力及領導能力。
從工程繪圖能力訓練來看 針對學生在開該門課程時工程制圖基礎薄弱，國內院校主要要求學生繪制二維工程圖紙來完成課程設計。但從完成情況來看，學生CAD圖紙出現抄襲現象，部分圖紙是基于一個電子模板完成，失去了課程設計的培養意義。針對該問題，很多教師要求學生手工繪制圖紙。這種手工繪圖雖然避免了抄襲現象，加強學生二維工程圖紙的繪圖能力，但也帶來一些問題：一方面，手工繪圖占用時間較多，且沒有培養學生的計算機繪圖能力;另一方面，由于現有企業工程圖紙繪制主要采用CATIA、UG、Pro/E等工業三維設計軟件完成，這種傳統的二維繪圖方法已脫離企業對現代產品設計的技術需求。
針對該問題，很多學者提出采用三維設計軟件來完成課程設計，但開課時真正掌握三維設計軟件的學生較少，而課程設計課時有限，教師無法額外指導學生學習該類軟件，使得三維繪圖在該課程上的實際推廣存在較大困難。此外，從工程圖紙完成質量來看，部分學生還不能準確應用機械制圖的前期知識，零件圖中零件形狀的繪制和公差標注、裝配圖中配合尺寸的標注等都存在較多問題。
3 課程設計教學方法和教學手段改革探討
改變教學理念，增加工程實踐 現有課程設計教學主要側重于知識傳授，而新工科建設要求高校能夠為社會提供高素質復合型工程人才，故教學過程中還需注重學生綜合能力、素養等的培養。其中，知識傳授方面，在讓學生夯實教材中的主要設計理論的基礎上，需注重培養學生具有綜合應用所學理論知識，分析和解決實際工程問題的能力;培養學生查閱最新文獻資料，緊跟學科前沿的能力。在綜合能力培養方面，要在課程設計中注重學生實踐動手能力、創新能力及自主學習能力的培養。而素養方面，既要注重學生做人、做事基本素質的培養，還要注重學生做學問的工程素質培養。除了教學理念改變，還需進一步加強工程實踐環節，提升學生實踐動手能力?，F有課程設計教學還停留在理論設計上，沒有加工樣機;學生完成的主要是理論上的復習，對產品的加工、制造缺乏認識，造成該實踐訓練不能滿足時代對工科學生實踐動手能力的需求?？紤]到采用傳統機械加工技術成本較高，而3D打印該成本相對較低的新興技術已被廣泛應用于工業設計[6]，可將3D打印技術引入課程設計，讓學生參與加工過程，提升其動手能力，且便于教師評價課程設計完成質量。
改革教學方法，增加教學資源 課程設計存在的很多問題，主要受課時限制，使得傳統教學方法無法解決。通過很多學者建議的課程設計融入課堂的方法，提前給學生布置課程設計題目，可以拓展學生的設計時間。但一部分學生自學能力及自我約束能力不強，僅提前布置任務，并不能讓他們真正提前開展設計工作，而機械設計基礎課堂中又不能拿出較多時間指導課程設計。為此，需要探索利用學生的課外時間來指導學生。
現如今已進入教育信息化時代，隨著國家精品在線開放課程建設的推進，很多課程已經通過慕課等在線課程來拓展學生學習時間，提高學生自學能力，但針對機械設計基礎課程設計的慕課至今還未見報道。因此，可以圍繞傳動方案設計、零部件設計、三維繪圖、工程圖標注等錄制視頻在線課程，引導學生開展課程設計。
此外，教育部于2018年發布的《關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知》中指出，為了適應信息化條件下知識獲取方式和傳授方式等發生革命性變化的要求，應深化信息技術與教育教學深度融合，開展虛擬仿真實驗教學項目建設工作。故針對學生課程設計時對減速器及組成零件感性認識欠缺，可探索建設機械設計基礎課程設計虛擬仿真實驗室。
改革評價體制，增強團隊合作 改變傳統僅僅以個人完成的圖紙、設計說明書及答辯表現為標準的評價方式，增加課程設計小組協作考核、過程考核。
首先，為了培養學生團隊合作精神，在不改變課程設計主體內容（齒輪減速器）的情況下，通過增加應用背景（如帶式輸送機傳動裝置、卷揚機傳動裝置、螺旋輸送機傳動裝置等），對學生進行分組。各小組根據設計內容，對課程設計進行任務分工。通過組員間相互溝通、相互合作，共同確定設計問題解決方案，逐步完成課程設計任務，進而實現對學生團隊合作能力及部分優秀學生團隊領導能力的培養。
其次，增加課程設計過程考核環節。一方面，借助在線視頻課程建設，通過設置在線習題，增加線上學習的過程考核，把握學生對課程設計常見問題的掌握情況;另一方面，增設各小組于關鍵設計節點的進展演示匯報考核，提升學生溝通、表達能力的同時，監督學生對關鍵零部件結構設計、工藝設計、CAD工程繪圖的掌握情況，并把握學生的團隊合作情況。
4 結語
基于新工科建設對學生關鍵能力培養提出的新要求，本文對機械設計基礎課程設計這門對工程專業學生綜合能力培養影響較大的實踐課程的教學情況進行了分析，研究了現有教學過程中對學生關鍵能力培養的不足，并從教學理念、教學方法、評價體制三個方面，探討教學過程中值得改進的方向。
參考文獻
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