机械臂设计论文范文第1篇
摘要：在充分了解钢拱架安装机工况的基础上，运用Solidworks和ADAMS对机械臂进行三维实体建模和虚拟样机逆动力学仿真，对机械臂各液压缸铰点处的受力进行分析，获得液压缸工作中的最大负载值，为液压系统的设计做准备，为机构的整体设计提供了数据参考。
关键词：钢拱架安装机；虚拟样机；ADAMS仿真；逆动力学分析
Key words： steel arch mounting machine； virtual prototype； ADAMS simulation； inverse dynamic analysis
0 引 言
钢拱架安装机是一种专用于安装隧道支护结构的工程机械装置，它在隧道等地下作业中发挥着重要作用[1-2]。目前，中国在隧道建设方面发展很滞后，特别是钢拱架安装机这一关键技术和国外发达国家相比还有很大差距[13]。在国内，隧道施工中大多钢拱架安装设备是从国外进口的，不但价格昂贵，而且也不适用于中国的地质环境，所以研发出一款适合中国施工用的钢拱架安装机已成为隧道施工技术中的当务之急。
1 钢拱架安装机结构设计
1.1 机械手臂的功能与组件
钢拱架安装机的机械手臂动作与人手臂动作极其相似，它通过一系列相互动作，以及对工作路径和姿态的不断调整，最终把钢拱架安装到目标位置。机械手臂主要由大小臂工作机构、手部调整机构和抓持机构组成，它们分别依靠大臂液压缸、小臂液压缸和手部调整液压缸的伸缩以及手部液压马达的旋转实现驱动[4-5]。
1.2 机械手臂零件的建模与装配
虽然ADAMS软件可以完成简单零件的三维几何建模，但是对于较复杂的钢拱架安装来说并不方便。因此，采用Solidworks软件分别完成大臂机构、小臂机构、手部调整机构和夹持机构等零件的创建。选取合适的液压缸和马达，按照恰当的装配顺序和配合要求把机械手臂的零部件正确安装好，装配好的实体如图1所示。
2 钢拱架安装机械手臂动力学模型
2.1 机构坐标系的设定
为了便于分析，假定机械手臂是在垂直面内工作，且在坐标系的建立和仿真时仅对大臂、小臂、手部的运动进行研究，不考虑手部具体的摆动和回转运动[6]。在矩阵变换等计算中对机械手臂模型进一步简化，假定回转平台为零坐标系且记为{0}，那么与大臂、小臂、手腕固接的坐标系依次记作{1}，{2}和{3}，则机械臂运动简图如图2所示。机械臂连杆D-H参数如表1所示。
3 仿真试验及结果分析
3.1 仿真试验
根据钢拱架安装工作过程，在Solidworks软件及Cosmos Motion插件下完成虚拟样机的装配、约束、驱动等参数[8]。本文要研究的是钢拱架安装机械手臂逆动力学问题，需将回转工作台固定，在Motion模块下给液压油缸添加移动副，在液压马达及其余铰接零件上均添加转动副，最后把模型导入ADAMS中进一步优化，如图3所示。运动副确定好之后，为每个运动副上添加相应的驱动函数，便可模拟机械手臂的运动。液压缸工作中只有开始和结束时为加速过程，其余工作过程近似为匀速，所以液压缸的驱动函数可以选择STEP阶跃函数[9]。
动力学问题分为正向和逆向动力学问题，正向动力学是解决机械手臂末端执行器对于不同关节力或力矩的反应；逆向动力學是计算能够产生期望轨迹所需要的关节驱动力和力矩。也就是说，根据终端的运动规律，求解应施加的力或力矩，即确定机械臂所能驱动的力，因此研究逆解的意义要大于正解。
机械手臂终端的工作路径可以理解为从动作一开始到动作二结束，为了便于观察，在夹持机构中心上选一观测点A，仿真过程如图4所示。
通过运动学仿真可以得到A点的运动规律，从速度和加速度曲线可知钢拱架在安装过程中的速度不大于200 mm·s-1，加速度不大于13 mm·s-2，液压缸开始运动和结束运动时加速度有较大的冲击，如图5所示。从位移曲线（图6）能够看出，安装机可以把拱架举升到水平方向（x方向）15 m、垂直方向（y方向）13 m的位置，均在最大安全距离范围之内。
3.2 动力学仿真试验结果分析
在前面所得运动规律的基础上利用ADAMS软件进行逆动力学分析。对于不同的工况，钢拱架的安装轨迹也不尽相同，选取钢拱架不同的安装轨迹分别完成机械臂液压缸铰点处受力的仿真，可以得到机械臂在工作时所能举起的最大负载。所以仿真得出每个轨迹下各液压缸铰点处的受力变化曲线，也是机械臂各个液压缸所能驱动的负载变化曲线，如图7～9所示，液压缸铰点处受力用F表示。
3.3 仿真结果分析
从仿真曲线可知，在钢拱架刚开始举升时铰点受力较小，随着举升角度不断增大，举升高度不断增加，举升力也不断增强，姿态调整和转动过程中伴随有一定的瞬间冲击现象，最后受力基本保持恒定。从图7中还能看出，大臂液压缸铰点受力最大约为479 kN，小臂液压缸铰点受力最大约为540 kN，手部液压缸铰点受力最大约为73 kN，液压缸铰点受力最大值也是机械臂每个液压缸所能驱动的最大负载，可知机械臂工作中的最大负载能够满足其刚度要求。若因刚度不够而出现失稳，会造成重大经济损失，或在流场中发生颤振等灾难性事故，严重影响施工安全；因此在机构设计中，必须按规范要求确保机构有足够的刚度。研究钢拱架安装机械臂各液压缸铰点受力的意义还在于，为以后进一步设计分析做准备，从而降低开发风险，缩短研发周期，提高产品性价比。
4 结 语
利用Solidworks软件完成了虚拟样机的装配，建立了钢拱架安装机构机械臂动力学模型，在ADAMS下进行了机械手臂的逆动力学分析，得到了各液压缸铰点的受力情况，确定了机械臂液压缸工作时的最大负载，为液压系统设计及整机设计提供了依据。由于建立动力学模型及動力学方程的构造时对模型作了许多简化，降低了方程的精确度，但是仿真结果对系统分析依然有效；因此研究钢拱架安装机械臂各液压缸铰点的受力对钢拱架安装机的整体设计、制造具有重要的指导意义。
参考文献：
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[责任编辑：王玉玲]
机械臂设计论文范文第2篇
摘 要：运用文献法、逻辑思维法，从身体认知论角度分析了运动能力与运动技术、运动技能之间的关系，认为：运动能力的形成是以运动技术和运动技能的掌握为基础的，运动能力的提高又进一步促进运动技术和运动技能的掌握。建议在教学中改变教学方式和评价方式，在运动技术和运动技能运用环境中提高学生的运动技术和运动技能水平，进而提高学生的运动能力。
关键词：身体认知论;运动技术;运动技能;运动能力;关系
《普通高中体育与健康课程标准（2017年版）》指出：“运动能力是指体能、技战术能力和心理能力等在身体活动中的综合表现，是人类身体活动的基础。运动能力分为基本运动能力和专项运动能力。基本运动能力是从事生活、劳动和运动所必需的能力;专项运动能力是参与某项运动所需要的能力。运动能力的具体表现形式为体能状况、运动认知与技战术运用、体育展示与比赛。”[1]由此可见，运动能力是学生身体活动中的综合表现，其中运动认知与技战术运用是运动能力的具体表现形式之一。
那么，运动技术、运动技能在学生身体活动中担当什么样的“身份”？与运动能力又是怎样的关系？要厘清“身份”和关系，需先了解其概念。
一、运动技术的重新理解为分析运动能力与运动技术、运动技能关系提供了理论基础
（一）重新理解运动技术
目前，大多数人认可的运动技术概念是20世纪80年代《体育理论》中的定义，即：“通常是指合理、有效地完成动作的方法”，并且“正确的技术必须符合人体运动科学原理能充分发挥人的机体能力”。[2]
这一定义显示了“运动技术”的高度竞技性。（1）正确的技术，必须符合人体运动科学原理，且能充分发挥人的机体能力。充分发挥人的机体能力，是对竞技中力争最佳成绩的竞技选手而言的。而“正确的技术”，同样也是普通中小学生所期待的。（2）运动技术是合理、有效地完成动作的方法。那么，只有合理的、有效的，才能冠之以技术？普通中小学生在体育学习、锻炼中的那些不太合理、有些低效甚至无效的都不是技术？如果是这样，“岂不是中小学的体育课就无技术可教吗？” [3]
顾渊彦先生认为把“方法”作为运动技术的定义概念是不妥的，其理由主要有：一是技术属于“认知的范畴”，二是“身体认知是人类认知体系中一个特有的领域”，是“主体对自身认知过程中获得的体验”。[3]
顾渊彦先生从身体认知角度出发，将运动技术进行了新的定义，认为：“运动技术是人在从事以运动项目为中心的身体练习过程中，在自体内部之间和自体与客体之间的相互关系中通过综合体验所获得的身体认知。”[3]
该定义明确了以下4点：（1）是身体练习。这与《义务教育体育与健康课程标准（2011年版）》和《普通高中体育与健康课程标准（2017年版）》中“以身体练习为主要手段”的课程性质相一致。（2）身体练习的内容是运动项目。运动项目既可以是“国际体育专门组织颁布规则的专门的正规项目” [3]，也可以是“一系列以娱乐、健身、康复为目标的非正规项目” [3]。（3）是通过身体练习的综合体验。包括自体内部的体验，也包括自体对客体的体验。即“运动学习中身体既是学习的主体，又是运动学习的载体”[4]。（4）强调了运动技术是身体认知知识，突出了运动技术的知识特性。
（二）运动技术与运动技能的关系
《义务教育体育与健康课程标准（2011年版）》把运动技能定义为：“运动技能是指学生在体育学习和锻炼中完成运动动作的能力。”[5]该定义明确了：（1）是指学生体育学习和锻炼环境中的能力，体育学习和锻炼是学生不断体验的过程，也是身体认知运动的过程。（2）是完成运动动作的能力，即从事运动中表现出来的能力。
心理学理论认为“技能的提高要以知识的掌握为基础”[6]，邵伟德通过研究，也认为“运动技术只有被人学习，才有可能升华为运动技能，才能把物化的运动技术上升为人格化的运动技能[7]。
因此，运动技术与运动技能之间的关系是：运动技术通过身体的反复练习，经过自体内部之间和自体与客体之间综合体验，才有可能形成运动技能;运动技能反过来能促进运动技术的提高。
二、运动技能学习层次的构建为运动能力与运动技术、运动技能之间关系的分析提供了依据
邓若锋以符号学原理、具身认知和动作发展理论为学理依据，沿着学生体育学习中积极身体练习体验获得的主线，确立运动技能学习过程中的身体练习行为、运动认知、心理感受等基本變量，将“身体动作→动作技能→运动技能→应用技能”的运动技能学习4个阶段，分成“身体动作→动作技能”的动作符号学习、“动作技能→运动技能”的运动逻辑学习、“运动技能→应用技能”的应用意义学习，构成运动技能学习3个基本层次的基本结构模型[8]（图1）。其主要观点可以用表1进行概括。
运动技能学习层次的构建，揭示了从“身体动作→动作技能”“动作技能→运动技能”“运动技能→应用技能”运动技能形成的过程，提炼出了每一学习层次的基本学习内容。特别是基本内容的提炼，使我们更清晰地了解运动技能从最基础的身体动作开始到运动技术再到运动技能的过程。这为分析运动能力与运动技术、运动技能之间关系提供了条件。
三、运动能力与运动技术、运动技能关系
心理学理论认为：“技能的提高要以知识的掌握为基础，能力的提高要以知识和技能的掌握为基础，能力的提高又进一步促进知识和技能的掌握”[6]。
本文试图结合运动技能学习层次的构建理论，依上述心理学的观点来分析运动能力与运动技术、运动技能之间的关系。
（一）运动能力的形成是以运动技术和运动技能的掌握为基础的
1.身体动作练习有助于学生形成动作概念，并为形成运动能力提供依据
如《浙江省义务教育体育与健康课程指导纲要》（后简称《指导纲要》）中水平一“小篮球游戏活动方法”[10]中包括“多种形式的拍球游戏”“多种形式的抛接球游戏”和“综合游戏”。其中，单一身体动作练习有“原地拍球比多、多种身体姿势下的拍球、走动中拍球”“至少3种形式的自抛接球”等，身体动作的组合练习有“在各种拍接、传递、传送、抛射、瞄准等综合游戏中，遵从游戏规则中做出‘滚、转、抛、接、拍、递’等动作”，并在“教学建议”中提示“应注意在游戏中通过多种形式的练习，让学生在不同身体姿势、不同力量、速度、方向、路线、节奏等方面体验人与球的关系，感知篮球球性，丰富身体体验，提高练习兴趣”。这些身体动作“不同身体姿势、不同力量、速度、方向、路线、节奏等”的身体练习，都是“动作符号”的学习，是篮球运球技术、传球技术等技术动作的雏形，为以后相应运动技术学习打下基础。同时，学生在这些身体练习中形成一定的身体活动能力，特别是各种组合的身体动作和游戏，为形成运动能力铺垫了较为扎实的基础。
2.运动技术及其组合练习有助于学生掌握运动技能，是形成运动能力的重要环节
邓若锋认为：按篮球运动项目的逻辑关系将运球、投篮、传接球、移动等组合成多种篮球运动形式，是运动技能的运动逻辑学习层次。[11]
华侨大学篮球教学与训练团队根据他们多年的篮球教学与训练，提出了运动技术教学与训练中的“技术环境”理论，认为“技术与技术环境之间的有效耦合是进一步提高集体同场对抗项目训练实效与比赛技术效能的关键，‘技术环境’ 理论为集体同场对抗项目的‘以赛代练’理论提供了理论解释依据。”[12]因此，运动技术学练过程中，必须注意其“技术环境”，毕竟“技术环境对技术发挥的制约效应与决定作用”[12]比较明显，在实际教学中，将各种单一运动技术进行组合是让学生掌握运动技能的有效方法。
《指导纲要》水平四“篮球技术与简单战术运用”包括了“传接技术及运用”“运球技术及运用”“投篮技术及运用”“移动技术及运用”“组合技术、简单战术及运用”“综合活动”等内容并列出了各自的表现标准。如“运球技术及运用”的表现标准描述为：“在‘组合练习、面对障碍、面对防守、比赛’等难度不断递增的环境中，能根据自己与障碍物、防守人、同伴、区域的时间和空间关系，合理选择‘运球急停急起、体前变向换手运球、背后运球、转身运球’等至少3种以上运球技术获得突破，并能根据需要衔接下一个动作，懂得用眼睛余光观察周围环境并利用异侧臂及身体姿势有效保护住球。”[10]
从这一表现标准中可以看出：要求结合“技术环境”，在保护好球的前提下，选择相应的运球技术以突破同伴的防守，并注意与下一动作的衔接。在运动技术学练过程中不知不觉地培养了学生的篮球运动能力。
3.运动技能按健身、竞技、娱乐等项目需要的组合练习，是形成运动能力的关键环节
邓若锋认为：以锻炼身体的健身知识、篮球运动竞赛的知识、篮球运动娱乐的知识为基础，进行指向不同目的为应用技能的应用意义学习层次。[11]这一层次学习的基本内容是各种运动技能按健身、竞技、娱乐等需要进行组合，使各种运动技能在不同的目标情境中得以综合运用。
季浏在讨论“体育学习方式”时指出：重视创设复杂的体育与健康学习和活动情境，这样有助于促进学生学会运用综合的知识和技能应对情境，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力[13]。
沈阳体育学院“娱人致趣基本规律问题”的实证研究证明了季浏“创设情境提高能力”这一观点。他们认为：基于运动项目娱人致趣原理，结合篮球运动“拼抢夺球与投中争分”的项目特点和致趣规律，构建以“学会打球和爱上打球”为目标的篮球教学。这种教学不再把篮球技术动作等同于运动技能，把比赛能力作为核心教学内容，培养打球实战能力，使学生真正掌握篮球运动技能。通过教学实验与现行教学进行对比研究，以“会打球、爱打球”为目标的篮球教学能够有效地提高学生比赛实战能力，激发和培养学生的篮球运动兴趣[14]。
钟启泉认为：教师的职责在于发现、发掘每一个学生的潜能，生成有助于每一个学生个性发展的“学习场域”[15]。体育教学中，我们也应努力创设与健身、竞技、娱乐等需要相吻合的“学习场域”，让学生在不同的“学习场域”中运用所学的知识、技能和方法，也只有这样，才使运动技能的学习充满意义。也只有在运用的情境中，挖掘学生运动的潜力，形成运动能力。
（二）运动能力的提高又进一步促进运动技术和运动技能的掌握
心理学认为：“能力的提高又进一步促进知识和技能的掌握。”[6]同樣，运动能力的提高，也会进一步促进运动技术和运动技能的掌握。
运动能力提高的过程，是一个综合的过程，也是学生综合能力的提高。正如《普通高中体育与健康课程标准（2017年版）》所述：高中学生运动能力发展的重点是发展体能、运用技能和提高运动认知。通过本课程的学习，学生能够运用所学的运动知识、技能和方法，参加与组织体育展示和比赛活动，显著提高体能与运动技能水平，掌握和运用选学运动项目的裁判知识和规则，增强发现问题、分析问题和解决问题的能力;能够独立或合作制订和实施体能锻炼计划，并对练习效果作出合理的评价;了解和分析国内外的重大体育赛事和重大体育事件，具有运动欣赏能力[1]。
如果学生能够独立或合作制订和实施体能锻炼计划，并对练习效果作出合理的评价，那么，学生会重新审视自己运动技战术和运动技能掌握程度，比较理性地分析自己存在的问题并加以进一步的学习。
同样，如具有篮球运动欣赏的学生，必定会了解篮球运动中的技战术和篮球规则。在欣赏的同时会加深对相应技战术的理解。
因此，运动能力的提高，也会进一步促进运动技术和运动技能的掌握。
综合上述分析，运动能力与运动技术、运动技能之间的关系可以用图2表示。3个运动技能学习层次间的箭头表示运动技能形成的过程;运动能力与3个运动技能学习层次间的双向箭头表示运动能力与各层次之间是相互作用的关系，只是每一层次对运动能力形成所产生的作用有大小差异而已。
四、结论与建议
1.运动技术是人在从事以运动项目为中心的身体练习过程中，在自体内部之间和自体与客体之间的相互关系中通过综合体验所获得的身体认知，具有认知知识的特征。
2.運动技术通过身体的反复练习，经过自体内部之间和自体与客体之间综合体验，才有可能形成运动技能;运动技能反过来能促进运动技术的提高。
3.运动能力的形成是以运动技术和运动技能的掌握为基础的。其中，身体动作练习是学生动作概念与运动能力形成的基石;运动技术及其组合练习是学生掌握运动技能、形成运动能力的重要环节;运动技能按健身、竞技、娱乐等需要的组合练习是形成运动能力的关键环节。运动能力的提高有助于进一步促进运动技术和运动技能的掌握。
4.改变以往只关注单一运动技术的学习方式，注重学生学练结构化的体育与健康知识和技能。所谓结构化的知识和技能指体育与健康知识与技能具有层次性和关联性特征。知识和技能的层次性是指它们相互之间具有由简单到复杂、由易到难的递进关系，关联性是指各个知识和技能之间相互联系、相互促进[14]。
5.改变以往“达标+技评”的评价方法，在比赛环境下考查学生运用运动技术、运动技能的能力，使评价更加真实化，以避免“高分低能”的现象。
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机械臂设计论文范文第3篇
摘要：近年来，工业产业的优化升级，为与之对应的机械加工行业提出更高的基准，技术人员、操控设备等必须进行不断的革新，才可最大程度提高机械产品的加工精度，促进行业领域的发展。然而，在机械设计与加工中，往往出现成品与预期设计图纸不符合的情况，影响此类问题的因素很多，如待加工零件表层质量问题、加工参数问题、零件基准化问题等。针对上述问题，机械加工企业必须采用较为合理的管控手段，对每一项加工工序进行严格审核，提高产品加工质量，为我国加工工业的发展奠定坚实基础。
关键词：机械设计;机械加工;常见问题;改善措施分析
引言
对于机械设计加工，设计人员应当对质量这一最终目标和要求予以充分的考虑，重视其中出现的问题，提高加工精度、水平和质量，以满足市场的要求。
一、机械设计与机械加工论述
（一）机械设计
机械设计通过对机械制造设备的工作机理进行探究，然后通过各项工艺之间的契合制定出完整的工件生产文件，如材料、尺寸、润滑等工序。机械设计是机械生产的前提，同时也是机械设备质量、性能的重要体现，机械设计过程中，制定出完整的计划可有效降低加工成本，提供设备的稳定性。一般来讲，针对同一个零部件进行设计时，一般需制定多种设计方案，考虑到机械设备质量性能与零部件的精准性，技术人员应对零部件设计图纸的可行性进行探究，确保整体加工阶段进行的完整性。从近几十年的设计转变来分析，我国机械加工设计已经取得重大突破，特别是在计算机软件技术的支持下，图纸文件的设计也从传统的纸张转移到平台系统中，技术人员可对设计文件多维度考量，提高设计的精准度，减少后续加工工序的繁琐度。
（二）机械加工
机械加工是指零件由原料转变为成品的过程，通过对原料进行尺寸、性能上的改变，为零件赋予新的功能属性。不同零件所需的加工工序具有较大差异性，如复杂类零件需要经过多种工序组合来实现加工，且每一项制作工艺必须遵循相应的基准才可实现有效契合。在现代化技术的支持下，机械加工由传统的人工操作大部分进入到自动化、智能化操控中，工作人员只需通过指令参数的设定，便可令设备运作来加工出所需的零件，提高产品加工质量。
二、机械设计加工中存在的问题
（一）操作流程缺乏预案
机械加工操作流程是否规范，决定着产品的质量，制定科学、有效的操作预案是十分必要的。在机械加工设计之前，对在加工过程中可能发生的情况和不可抗力做出准确的预判。经过严格的测算，预估出理论计算数值与正常操作之间的误差，尽可能地将这种误差值降到最低点。造成误差的原因多种多样，既有人为的主观因素，也有一些客观因素。如机器年久失修，腐蚀严重。设备发热导热，工具本身的因素，系统受力不均衡等多方面客观情况。虽然误差的出现不可避免，但是仍然要竭尽所能，规避风险，将误差降至最小范围内，确保机械加工的产品更加精准。
（二）缺乏完善的质量监控体系
生产质量是企业生存与发展的命脉，是企业的立业之本。技术人员要加强责任感，严把质量关。要树立工匠精神，要把生产质量放在心中，质量的好坏直接影响产品的工艺。由于生产材料特性的缘故，塑性材料制作的机械产品很容易变形，会导致产品表面不平滑。另外，一些脆性材料的特点也会造成产品表面出现很多附着物，产品容易折断。生产加工过程中，由于压力变大也会改变产品的组织结构，导致机械产品表面凹凸不平。为了提高机械加工产品的质量，必须要考虑到每个加工设计产品的材料属性，精准定位，严把质量关，确保机械加工设计出来的每一个产品都是合格的，将产品的损耗率降至最低。
（三）产品变形
在机械加工过程中经常会出现产品变形的情况，主要集中在位置、大小、性质等三方面的改变上。首先，为了使机械加工的产品被牢牢地控制在卡机上，使机械在加工产品的时候可以控制住，要求在加工的時候要产生强大的内力。但是，就会出现一个弊端，在加工完成的时候机械产品由于内力的作用，就会偏离原来的样子，变成新的形状。其次，在受热的过程中，零部件由于受到温度的影响，产品可能会出现弯曲的情况，造成中间高、两边低的现象。可以通过科学有效的方法，采用高效的机械设备，尽量降低机械产品变形的程度。
三、机械设计加工中相关问题的解决策略
（一）制定科学合理的加工流程
对于机械设计加工，可通过制定科学有效的加工流程来降低加工成本，并有效保障加工产品的质量，大幅度缩短机械加工周期，使产品质量由于加工时间过长而受到影响的情况得以避免。对于机械设计加工操作，应当一次性完成，避免影响零件的加工质量，这就需要选择合适的加工方法和加工工序。
（二）选择合适的加工材料
对于加工零件的材料，需要进行合理的选择，科学合理的加工材料不仅能够使产品设计加工质量得到有效提高，降低生产成本，还能对机械设计加工的使用需求以及工艺性能得到满足。对于材料的选择，应当对材料的性价比进行充分的考虑，在降低成本的同时提高产品的质量，有效提高企业的市场竞争力。
（三）选择合适的刀具和润滑剂
在机械设计加工过程中，刀具极大程度上影响着机械加工的生产过程。不同材料有着不同刀具的选择要求，应当根据表面硬度和粗糙程度选择合适的刀具。应当选择合适的润滑剂，比如有纯油性润滑剂和水溶性润滑剂，而在进行机械加工时，高速钢刀的低速切削和硬度钢刀的高速切削可使用纯油性润滑剂。
（四）选择合适的切削参数
对于机械设计加工过程，切削参数选择得合理与否也对产品质量产生重要的影响。对于零件的切削过程，应当对加工零件的材质属性和特点进行有效的判断，然后对切削参数进行合理的设置，使表面加工过程中产生的积屑和残留大幅度减少，降低切削产生的力度和温度。
（五）提升机械设计技能
随着经济水平的不断提高，企业以及消费者对于机械设计加工产品的要求也越来越高。我们必须要不断进取，要针对产品的性能不停地完善机械产品的结构、大小以及功能，使机械产品更加精准，力求使每一个机械设计产品都达到极致。机械设计工作者要制定科学、统一的机械设计制造流程，提高员工的业务能力和水平，尽最大可能提升产品的生产质量。设计加工每一个环节都要做到丝丝入扣。例如，在机械设计加工之前，要组织专家和行业管理者进行专业会谈，制定完善的产品设计规划书。在机械加工设计过程中，严格执行规划书的尺寸大小和形状，确保不出纰漏，保障机械设计加工过程的顺利进行，也为产品质量严把“第一道”关卡。
结语
综上所述，机械加工设计中，技术人员需通过产品性能来适配各项操作工序，确保各项加工工序可形成精准契合，提高产品的质量。在现场加工中，影响零部件加工质量的因素较多，为减少企业的生产成本，应从材料选取、工艺选取、切削加工、润滑剂与冷却剂、专业人才等方面，进行相应考量，依据产品性能制定较为完善的管控计划，进一步提高加工质量。期待在未来发展过程中，机械加工与现代化技术进行深度融合，真正的实现自动化、精度化加工。
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机械臂设计论文范文第4篇
摘要：本文从教师过度关注知识的传授，而忽视了思想育人对学生学习的促进作用；学生不适应机械设计教学规律、建立不起有效的学习思维和方法；教学内容与当代科学的新成就发展脱节、与当前实践应用结合不紧密；教学内容与专业需求不一致；课程设计创新过程中教师作用的发挥等五个方面进行讨论研究，寻求提高《机械设计》教学效能的方法和途径。
关键词：机械设计；教学效能；人文情怀
《机械设计》是机械设计制造及自动化的一门重要的专业必修课，主要讲授机械设计基本知识、基本理论和基本方法，通过设计训练，着重培养学生的设计思维和设计能力。在机械类专业培养计划中，它起到由基础理论课向专业课过渡的承上启下的作用。目前在教学中普遍存在着一些问题，如教师过度关注原理、技能的传授，只教书而没有尽到育人职责；学生不适应机械设计教学规律、建立不起有效的学习思维和方法；教学内容与当代科学的新成就发展脱节、与当前实践应用结合不紧密；教学内容与专业需求不一致；课程设计创新过程中教师职责的发挥等。对以上问题进行研究和改善，将会显著提高《机械设计》的教学效能。
一、坚持育人于教学过程之中，培养学生的爱国人文情怀
青年大学生正处在价值观形成和确立的关键时期，大学教师在大学课堂上讲些什么，传授什么，对青年大学生价值观的形成有着重要的影响。经过与学生的座谈交流以及多年的实践发现，绝大多数学生希望教师介绍我国在机械设计方面尤其改革开发以来所取得的成就。因此，作为生活在中国这方热土的大学教师应站在中国立场、自觉履行传道授业育人职责，真正践行“科学无国界，但科学家有祖国”理念，培养学生的爱国人文情怀。
比如在绪论中，讲到机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的重要标志，我们就把我国取得的世界领先的重型锻造水压机及百万千瓦核电等高端铸锻件核心制造技术、美国总统奥巴马演讲现场用美国旗遮住上海振华重工商标的插曲、世界首创单台推力最大的50吨超大推力电动振动试验系统等内容介绍给学生，提高学生的学习热情，将我国特别是改革开放以来取得的一系列成就，比如高铁、大运飞机、深海潜航器等介绍给学生，增强他们的民族自豪感和爱国情怀，同时告诫他们这都是我国在较短的和平时期内取得的，这体现了社会主义的优越性和党领导的正确性，同学们要自觉维护来之不易的和平发展环境。短短几句话，不要长篇大论，足以打动学生。“台上一分钟，台下十年功”，要求教师平时要从客观理性的角度、站在中国的立场、以百姓的视角去独立思考、自觉辨别、收集相关资料。
二、总结《机械设计》教学的一般规律，做好学生已形成的基础课程学习的思维习惯和方法的衔接
本課程中“设计”的含义是指机械装置的实体设计，涉及零件的应力、强度的分析计算，材料的选择、结构设计，考虑加工工艺性、标准化以及经济性、环境保护等，考虑的因素比较多，机械设计有自己独特的教学主线和学习规律。其内容编排基本上是每章完成一种通用零部件设计的学习，学生即使前面的内容没掌握，后续内容也可以学得很好，内容是并行的，这与基础课程的系统性、整体性、内容串行特点完全不同。不过，《机械设计》每章内容展开是以串行方式进行的，经过归纳整理，得出每章机械零件设计思路是：
分析失效现象→失效机理（原因、后果、措施）→设计准侧→建立简化的力学模型→强度计算→主要参数尺寸→结构设计。
以上程序就是学习机械设计的规律，这样就和前基础课程的预期学习习惯衔接起来了，使学生能较快地适应机械设计的学习。
三、教学内容与当代科学的新成就发展脱节、与当前实践应用结合不紧密
蜗杆传动是《机械设计》教学中的一个重要内容，本章开讲引入时会讲到蜗杆传动从外形上看，就是螺旋与斜齿轮的传动典型的一种传动方式，具有工作平稳、兼有斜齿轮与螺旋传动的特点，具备传动比大、结构紧凑等优点，但也有蜗轮材料需用贵重的减摩材料、需要专用滚刀加工、强度较低、蜗杆传动相对滑动速度较大、摩擦因数高等缺点，因此，在规定内容讲完后，及时跟进新型蜗杆传动——TI蜗杆传动的介绍，该种蜗杆传动在光伏用跟踪减速机、汽车起重机等有广泛应用，属于渐开螺旋面包络的环面蜗杆传动，这与教材内容衔接上了，一次包络TI蜗杆传动中，蜗轮是一个普通的渐开线斜齿圆柱齿轮，这又和齿轮传动结合起来，这与本章开讲时提出的蜗杆传动从外形上看，就是螺旋与斜齿轮的传动一致，学生就比较容易理解了。讲这些的目的就是告诉学生们机械学科是一直向前发展的，许多新的问题期待他们解决，激发他们学习机械设计的兴趣。作为教师，应主动跟踪科学技术发展的新成就、上课时介绍机械设计最新发展及其在重大装备上的应用，随时做好更新教学内容的准备，做好与现代科学技术发展的对接。
四、根据专业需求，合理安排教学内容
合理安排教学内容，使其更贴近专业特色，满足专业的需求，更好地实现《机械设计》课程培养应用型人才的目标。比如，机械零件的疲劳强度设计内容对本科生而言本就较难理解，对机械电子工程专业的学生，如果此部分用大量时间讲解，很可能一下子将学生学习机械设计的热情打倒，对后续主要内容的学习带来较大的消极影响。因此这部分只侧重于疲劳现象和概念的讲解，实现满足人才培养目标的要求，不必在教学内容上求全。
五、鼓励学生课程设计创新、教师的职责是对学生的引领
课程设计是《机械设计》课程重要的综合性与实践性教学环节，是学生在校期间第一次较全面的设计能力训练，教学目标包括实践技能、素质教育和创新能力培养三个方面。现在机械类本科阶段的课程设计基本都是圆柱齿轮减速器设计，这个题目不可谓不好。问题的关键是现代的大学生很多知识面较广、思维活跃，有自己独特的想法，这与创新能力培养一致，因此必须给予学生这个机会。但是《机械设计》课程设计的宗旨是让学生得到一次较全面的机械设计能力训练，有些学生的自拟题目是不适合作为《机械设计》课程设计题目的，教师要注意甄别。即使是恰当的题目，教师也不能大甩手，而要和学生一起分析方案、完善方案，把握大方向，引领学生沿着机械设计的方向去做。当然，对于其他同学而言，减速器设计依然是一个能力培养和训练的好题目。
在《機械设计》教学过程中，提高教学效能是评价教学目标的依据之一，无论采取何种方法都是以学生为中心、从内心深处激发他们的学习和探求欲望。因此，人文情怀教育始终贯穿其中，这方面目前有些同行已经在研究并进行实践了。随着科技发展和社会进步，《机械设计》教学过程中定会出现新的问题，只有积极应对，适时调整，才能满足社会要求。
参考文献：
[1]骆郁廷.大学的课堂与教师的使命[N].人民日报，2015-02-13.
[2]刘鹤飞，黄永强，孙月海.TI蜗杆传动的研究现状及发展方向[J].河北理工学院学学报，2006，28（4）：42-45.
[3]任国强.中国古代机械于（机械设计基础）教学之中[J].四川职业技术学院学报，2014，24（4）：144-145+165.
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
机械臂设计论文范文第5篇
摘 要 培养学生适应产业转型升级需求的关键能力，是我国新工科建设对人才培养提出的新要求，也是当今工程教育面临的主要问题。由于机械设计基础课程设计对工科学生综合能力培养影响较大，研究现有教学过程对学生关键能力培养的不足，并从教学理念、教学方法、评价体制等三个方面，探讨教学过程中值得改进的方向。
关键词 新工科;机械设计基础;课程设计;教学改革;虚拟仿真实验室
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
制造業为我国的经济主体，针对我国制造业大而不强及世界新一轮的产业变革，国务院提出“中国制造2025”重大战略[1]，将高档数控机床和机器人、航空航天装备、先进轨道交通装备等列为十大重点发展领域。随着该战略的实施，全国向新技术、新产业、新业态、新模式经济形态转型过程中，迫切需要大量具有工程实践能力、创新能力及国际竞争力的高素质工程技术人才。为了满足该新型工程技术人才的需求，教育部于2017年提出开展新工科建设[2]，以新产业转型为背景，探索“新理念、新结构、新模式、新质量、新分类”的新型工程教育改革。该支撑国家新形势下产业升级的工程教育改革，对工程技术人才培养过程中的培养理念、培养模式及质量标准等都提出更高的要求。与此同时，中共中央办公厅、国务院办公厅发布的《关于深化教育体制机制改革的意见》中，将培养支撑终身发展、适应时代需求的关键能力作为人才培养重点[3]。故关键能力的培养已成为新工科建设下高素质工程技术人才教育的新方向。这种工程人才的关键能力，体现在职业道德、工程思维能力、工程实践能力、创新创业能力、终身学习能力、领导能力等方面[4]。因此，新工科建设下，工程教育及课程教学的改革应该注重学生上述关键能力的培养。
机械设计基础是一门围绕常用机构的工作特性、设计方法，及通用零部件的工作原理、选型及设计计算的设计类课程，是从工程制图、理论力学、材料力学等理论基础课向工程机械等实践性很强的专业课程过渡的专业基础课[5]。由于其对培养学生掌握工程设计基本技能上具有重要意义，现已成为国内高校诸多工科专业开设的技术基础课程。就中国矿业大学情况来说，该课程面向采矿工程、安全工程、工业设计等非机类专业，以及材料科学与工程、热能与动力工程等近机类专业;每学年授课班级数高达30多个，学生1200多人次，直接影响学校近五分之一的学生。
机械设计基础课程设计是该门课程配套的一项重要的教学实践环节，要求学生能够根据实际生产需要，给出综合考虑机械功能、性能、结构、材料、工艺等多方面因素的设计方案，是学生首次接受的全面工程设计训练。该训练要求学生能够综合运用所学理论课程解决实际工程问题，对学生树立正确的设计思想、掌握基本设计理论和方法、查阅及运用设计资料、培养良好的工程素质具有关键的先导性作用。作为工科优势高校，如何响应国家新工科建设号召，探索机械设计基础课程设计这门对工科院校影响广泛的课程的教学改革，强化学生的关键能力培养，是面临的一个重要问题。本文针对该课程当前的教学情况，结合新工科建设对高素质工程人才的关键能力需求，就该课程能力培养过程中存在的不足及有待改进的内容进行探讨。
2 当前教学存在的主要问题思考
机械设计基础课程设计是诸多工科学生首次接触的工程训练课程，对学生解决实际工程问题能力及工程素养的培养具有较大影响。新形势下，应该结合新工科关于人才关键能力培养的需要，对课程教学方法的进一步改进进行研究。下面从现有设计内容、教学过程、绘图能力等方面进行分析，阐述课程教学存在的主要不足。
从设计内容来看 课程设计的题目，一方面影响学生工程能力培养目标的实现，另一方面受学生所处阶段的知识水平及教学时间限制。现今国内大部分高校的课程设计选题仍沿用20世纪30年代苏联列宁格勒加里宁工学院的方法，即以齿轮减速器设计为核心。学生根据课程设计指导资料中的方法，确定传动方案、参数计算及结构设计，并绘制相应的装配图、零件图，撰写设计说明书。设计对象包含了机械设计基础中的核心内容，有助于加强学生对课程知识的掌握。但题目陈旧，学生缺乏新鲜感，简单抄袭往年材料的情况严重。以至于近年来，很多学者认为该选题内容过于固化，不利于学生创新能力的培养;并建议通过结合创新设计大赛、科研项目等进行选题，对课程设计内容进行拓展。但该门课程是学生第一次接触的工程实践，学生工程基础薄弱，且课程设计时间短。教学过程中发现，成绩中等偏上的学生完成传统选题内容，都需要通过加班来实现。因此，引入较新的设计题目，超越了大部分学生现有的知识水平，且会让学生用去太多的时间查阅资料，造成大部分学生无法完成，失去课程设计人才培养的整体意义。如何在现有设计内容基础上提升学生关键能力的培养，使学生适应时代发展的需求，是目前面臨的一个主要问题。
从教学过程来看 机械设计基础课程设计的完成时间通常在1～2周，随着专业的不同而改变。其教学主要由设计前指导和设计过程中辅导这两部分组成。其中，设计前指导主要是任课教师在学生选题时对课程设计的主要过程进行2～4课时的介绍。采用以课堂讲授为中心的讲授模式，教学手段主要依靠讲授PPT电子讲稿。因学生缺乏工程经验，该指导过程中，学生难以理解所述机械结构的实际意义。讲解重点在于机械系统零件设计及箱体结构设计，而对方案设计及制造工艺介绍较少，学生缺乏对产品设计全流程的准确认识及构思训练。而设计过程中的辅导主要是在课程设计开展期间，任课教师每天去设计教室现场对学生存在的问题进行答疑，通常每天2～3小时。该指导过程中，由于课程设计时间较短，涉及的知识面却较广，部分学生无法在短期内真正掌握设计过程，不敢咨询任课教师，只能简单地照抄设计指导书中的资料，没有实现工程实践能力的培养目标。与此同时，教师对学生最终成绩评价相对单一，主要依靠学生最终的答辩成绩及图纸和说明书质量，对中间完成过程的评估较少。这种以个人为单位的评价，造成学生只注重自己工作的完成情况，不能有效培养学生的团队协作能力及领导能力。
从工程绘图能力训练来看 针对学生在开该门课程时工程制图基础薄弱，国内院校主要要求学生绘制二维工程图纸来完成课程设计。但从完成情况来看，学生CAD图纸出现抄袭现象，部分图纸是基于一个电子模板完成，失去了课程设计的培养意义。针对该问题，很多教师要求学生手工绘制图纸。这种手工绘图虽然避免了抄袭现象，加强学生二维工程图纸的绘图能力，但也带来一些问题：一方面，手工绘图占用时间较多，且没有培养学生的计算机绘图能力;另一方面，由于现有企业工程图纸绘制主要采用CATIA、UG、Pro/E等工业三维设计软件完成，这种传统的二维绘图方法已脱离企业对现代产品设计的技术需求。
针对该问题，很多学者提出采用三维设计软件来完成课程设计，但开课时真正掌握三维设计软件的学生较少，而课程设计课时有限，教师无法额外指导学生学习该类软件，使得三维绘图在该课程上的实际推广存在较大困难。此外，从工程图纸完成质量来看，部分学生还不能准确应用机械制图的前期知识，零件图中零件形状的绘制和公差标注、装配图中配合尺寸的标注等都存在较多问题。
3 课程设计教学方法和教学手段改革探讨
改变教学理念，增加工程实践 现有课程设计教学主要侧重于知识传授，而新工科建设要求高校能够为社会提供高素质复合型工程人才，故教学过程中还需注重学生综合能力、素养等的培养。其中，知识传授方面，在让学生夯实教材中的主要设计理论的基础上，需注重培养学生具有综合应用所学理论知识，分析和解决实际工程问题的能力;培养学生查阅最新文献资料，紧跟学科前沿的能力。在综合能力培养方面，要在课程设计中注重学生实践动手能力、创新能力及自主学习能力的培养。而素养方面，既要注重学生做人、做事基本素质的培养，还要注重学生做学问的工程素质培养。除了教学理念改变，还需进一步加强工程实践环节，提升学生实践动手能力。现有课程设计教学还停留在理论设计上，没有加工样机;学生完成的主要是理论上的复习，对产品的加工、制造缺乏认识，造成该实践训练不能满足时代对工科学生实践动手能力的需求。考虑到采用传统机械加工技术成本较高，而3D打印该成本相对较低的新兴技术已被广泛应用于工业设计[6]，可将3D打印技术引入课程设计，让学生参与加工过程，提升其动手能力，且便于教师评价课程设计完成质量。
改革教学方法，增加教学资源 课程设计存在的很多问题，主要受课时限制，使得传统教学方法无法解决。通过很多学者建议的课程设计融入课堂的方法，提前给学生布置课程设计题目，可以拓展学生的设计时间。但一部分学生自学能力及自我约束能力不强，仅提前布置任务，并不能让他们真正提前开展设计工作，而机械设计基础课堂中又不能拿出较多时间指导课程设计。为此，需要探索利用学生的课外时间来指导学生。
现如今已进入教育信息化时代，随着国家精品在线开放课程建设的推进，很多课程已经通过慕课等在线课程来拓展学生学习时间，提高学生自学能力，但针对机械设计基础课程设计的慕课至今还未见报道。因此，可以围绕传动方案设计、零部件设计、三维绘图、工程图标注等录制视频在线课程，引导学生开展课程设计。
此外，教育部于2018年发布的《关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》中指出，为了适应信息化条件下知识获取方式和传授方式等发生革命性变化的要求，应深化信息技术与教育教学深度融合，开展虚拟仿真实验教学项目建设工作。故针对学生课程设计时对减速器及组成零件感性认识欠缺，可探索建设机械设计基础课程设计虚拟仿真实验室。
改革评价体制，增强团队合作 改变传统仅仅以个人完成的图纸、设计说明书及答辩表现为标准的评价方式，增加课程设计小组协作考核、过程考核。
首先，为了培养学生团队合作精神，在不改变课程设计主体内容（齿轮减速器）的情况下，通过增加应用背景（如带式输送机传动装置、卷扬机传动装置、螺旋输送机传动装置等），对学生进行分组。各小组根据设计内容，对课程设计进行任务分工。通过组员间相互沟通、相互合作，共同确定设计问题解决方案，逐步完成课程设计任务，进而实现对学生团队合作能力及部分优秀学生团队领导能力的培养。
其次，增加课程设计过程考核环节。一方面，借助在线视频课程建设，通过设置在线习题，增加线上学习的过程考核，把握学生对课程设计常见问题的掌握情况;另一方面，增设各小组于关键设计节点的进展演示汇报考核，提升学生沟通、表达能力的同时，监督学生对关键零部件结构设计、工艺设计、CAD工程绘图的掌握情况，并把握学生的团队合作情况。
4 结语
基于新工科建设对学生关键能力培养提出的新要求，本文对机械设计基础课程设计这门对工程专业学生综合能力培养影响较大的实践课程的教学情况进行了分析，研究了现有教学过程中对学生关键能力培养的不足，并从教学理念、教学方法、评价体制三个方面，探讨教学过程中值得改进的方向。
参考文献
[1]国家制造强国建设战略咨询委员会，中国工程院战略咨询中心.《中国制造2025》重点领域技术创新绿皮书：技术路线图（2017）[M].北京：电子工业出版社，2017.
[2]教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知[EB/OL].[2017-02-20].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html.
[3]中共中央办公厅 国务院办公厅印发《关于深化教育体制机制改革的意见》[EB/OL].[2017-09-24].http：//www.gov.cn/xinwen/2017-09/24/content_5227267.htm.
[4]吴涛，刘楠，孙凯.“新工科”视域下工程人才关键能力的思考[J].黑龙江高教研究，2018（3）：156-160.
[5]刘后广，程刚，程志红.抛錨式教学法在机械设计基础教学中的应用探索[J].中国教育技术装备，2014（18）：101-102.
[6]吴军，于之靖，王涛，等.基于3D打印技术的机械类课程设计改革[J].实验室科学，2017（5）：72-74，80.