光学机械设计范文10篇

光学机械设计范文篇1

关键词：低温真空低温光学实验装置有限元ZYGO干涉仪梯形支撑

1引言

随着空间技术和军事技术的发展需要，探测仪器的分辨率要求越来越高。在深冷的条件下，当需要探测的目标信号十分虚弱时，探测仪器的背景辐射主要来自仪器本身的光学系统和支撑结构，探测仪器灵敏度严重受到系统本身辐射的影响，为减少这一热噪声，冷却光学系统是必需采用的方法。只有把光学系统冷却及其相关部件冷却到一定程度，才能有效地减少背景光子的通量，发挥背景极限探测器的作用，大大提高探测器灵敏度。在低温状态下工作的光学系统需要解决一系列问题，这些问题涉及材料特性、光学元件单元及系统整体性能变化、光学元件变形、低温污染等等，这就形成了一门新兴学科——低温光学。

自上世纪七十年代开始，美国首先对低温光学技术进行研究，最初主要用于各种观察、测量系统，例如低温红外望远镜、空载干涉仪器等。从机载、球载到星载，大多数系统都成功有效地完成了对外空的各种探测任务。欧洲一些国家也对低温光学系统的观察仪器进行了研究。国内起步于上世纪八十年代末，由于国内航天及其国防事业的发展要求有高灵敏度的探测器，而这些仪器将不可避免地用到低温光学系统。

我国的未来光学遥感系统采用了十几个光学元件，这些系统要求冷却到150K，并且对光学元件的控温范围要求非常严格，因此就需要研制一套低温真空实验装置对相关的光学元件进行低温实验。

2系统实验装置的建立

该光学系统的最主要部件之一是动镜装置部分。基于反射镜的温度要冷却到150K并对反射镜的变形进行研究的目的，就需要建立一套高真空和低温应用的实验系统，该系统还要满足进行其它光学元件的低温实验需要。系统实验装置由真空机组、低温真空腔体、防振系统、测量装置等主要部分组成。

2.1低温真空腔体设计

低温真空光学实验装置系统示意图如图1所示，1-机械泵2-预阀3-分子泵4-高阀5-铜带6-低温真空腔7-直线电机8-电源9-被测量光学系统10-ZYGO干涉仪11-光学窗口12-监控计算机13-温控电路14-铂电阻15-电热器16-液氮箱17-活性炭18-氮气19液氮20低阀。低温真空腔体是实验系统的核心部分，其示意图见如图2，1—抽气管2-液氮桶3-上腔体4-铜带5-引线出口6-支撑平台7-下腔体8-电机支撑9-梯形支撑10-光学窗口11-O形圈12-动镜支撑框架13-O形圈14-活性炭15-出气管16-进液管。腔体总高461mm，外壳直径284mm。内有圆柱形液氮容器，可以储存液体约4升。其中的光学元件支撑框架是专门为动镜设计的，其高度177mm。整个腔体可以测试直径小于250mm,高度小于200mm的各类反射镜和光学元件。

液氮桶下面用铜带接光学元件装置，当液氮桶灌注液氮后，冷量通过铜带传导给光学元件装置。下腔体的石英玻璃光学窗口直径为64mm.光学元件支撑结构由支撑平台和固定夹板组成。用固定夹板是为了防止光学元件框架移动，并保证光线垂直射到动镜表面上。由于动镜需要电机驱动，而电机的发热量为3-5W，而这部分热量辐射对动镜有很大影响，因此就用导热率较高的紫铜支撑把一部分热量尽可能的传递给系统外部。由于光学元件装置部分需要冷却因此就需要尽量避免它与外界和腔体传递热量，因此就考虑用梯形支撑，由于梯形支撑壁很薄，就起到了很好的隔热作用。

2.2真空抽气系统和活性炭处理

真空抽气系统由机械泵和分子泵组成。由于ZYGO干涉仪器对震动非常敏感，在光学测试的同时，关掉机械泵和分子泵。在关掉机械泵和分子泵的期间，还要维持真空腔体内的真空，故考虑在腔体内加活性炭以维持腔体内的真空度。为了去处活性炭中的水汽和其它气体，需要对其进行烘烤预处理。活性炭在加工的时候已经固定于上组件中，所以把整个上组件放在DZF-6210真空干燥箱中，在温度为100°C，烘烤约48小时使得真空度稳定在0.1Pa，然后再做真空低温实验。

2.3ZYGO激光平面干涉仪器

非平面的光学元件可以用He-Ne仪器进行光学测量，而平面型光学元件只能用ZYGO干涉仪如图3进行测量，由于ZYGO干涉仪器对震动非常敏感，因此就需要防震措施。如图3为ZYGO激光平面干涉仪及其防震装置。

图1低温真空光学实验装置系统示意图

图2低温真空腔体结构示意简图

3关键部件的分析与设计

3.1光学窗口的有限分析

干涉测量的光线要通过窗口，所以就要考虑窗口的厚度对测量误差的影响，应尽可能使光学窗口厚度最小，同时还要能承受外部一个大气压的作用。在外部一个大气压，内部几乎为真空的条件下，综合考虑窗口折射带来误差的影响和其强度的大小，要求石英玻璃窗口的最大变形小于一个波长λ（λ=0.53μm）。

通过ANSYS软件建立动镜的有限元模型，并施加边界条件，改变动镜的厚度，进行变厚度有限元分析。如图4-图6是其中比较有代表性的三个分析结果。从有限元分析结果可以得到不同厚度玻璃窗口最大变形比较。光学窗口厚8mm时其最大变形0.989μm远超过一个波长，当其厚度从10mm变到12mm,起最大变形都小于一个波长，但是变化值并不大。窗口厚度变大，其折射带来的误差就大，为了保证其强度，综合这两个因素选择10mm厚，径厚比为6.4∶1的玻璃窗口。

3.2梯形支撑的设计

梯形支撑是连接真空腔体和支撑平台的关键部件，如图7为其示意图,图中为热端温度，为冷端温度。它一方面要求满足尽量减少导热，起到“绝热”的作用，另一方面又要求其强度能满足实验的要求。

图7梯形支撑模型示意图

根据[1]知道，梯形支撑的热传导量为：

（1）

式中：——从支撑热端温度到冷端温度之间支撑材料的平均热导率；其表达式为：

（2）

——支撑的横截面积；

L——支撑的高度。

考虑到起其强度[5]，有：

（3）

式中：——作用于构件的设计载荷；

——安全系数；

——支撑材料的屈服强度。

由公式（1）、（2）和（3）可得：

（4）

由公式4可以看出传热量与材料屈服强度与材料导热系数之比成反比。欲使传热量越小，就应该选择越大的材料，即材料的屈服强度尽量大，材料的导热系数尽量小。由文献[2]和[3]并且考虑到加工成本经济性，选择不锈钢作为梯形支撑的材料。并计算选取梯形支撑的壁厚1mm。参阅金属材料数据库可得到不锈钢的低温导热系数，对温度区间20K∽300K进行拟合可以得到不锈钢的导热系数拟合公式如图8所示。即

（5）

图8不锈钢导热系数拟合

在设计载荷为500N,安全系数取1.5,不锈钢的屈服强度为210MPa,支撑高度为0.046m,高温端为300K,低温端取150K。由公式（4）计算得漏热量为0.042W,可以忽略不计。

4小结

现代技术的发展对观测和成像设备的工作波段和空间分辨率都有很高的要求，低温真空技术越来越受到关注。本文研究了小型低温光学实验装置的相关技术。重点讨论了真空低温腔的结构、光学窗口影响及其有限元分析和梯形支撑的设计，并给出了实验装置的系统示意图，对相关技术进行了探讨，为近一步的低温光学研究打下了基础，并在以后的工作中不断完善。

参考文献

[1]杨世铭陶文铨《传热学》（第三版）高等教育出版社1998

[2]马庆芳芳荣生项立成郭舜《实用热物理性质手册》中国农业出版社1986

[3]宋键朗杨奋为袁文彬等《材料手册——金属》上海航天局第八零七研究所1992

光学机械设计范文篇2

摘要：低温真空低温光学实验装置有限元ZYGO干涉仪梯形支撑

1引言

随着空间技术和军事技术的发展需要，探测仪器的分辨率要求越来越高。在深冷的条件下，当需要探测的目标信号十分虚弱时，探测仪器的背景辐射主要来自仪器本身的光学系统和支撑结构，探测仪器灵敏度严重受到系统本身辐射的影响，为减少这一热噪声，冷却光学系统是必需采用的方法。只有把光学系统冷却及其相关部件冷却到一定程度，才能有效地减少背景光子的通量，发挥背景极限探测器的功能，大大提高探测器灵敏度。在低温状态下工作的光学系统需要解决一系列新问题，这些新问题涉及材料特性、光学元件单元及系统整体性能变化、光学元件变形、低温污染等等，这就形成了一门新兴学科——低温光学。

自上世纪七十年代开始，美国首先对低温光学技术进行探究，最初主要用于各种观察、测量系统，例如低温红外望远镜、空载干涉仪器等。从机载、球载到星载，大多数系统都成功有效地完成了对外空的各种探测任务。欧洲一些国家也对低温光学系统的观察仪器进行了探究。国内起步于上世纪八十年代末，由于国内航天及其国防事业的发展要求有高灵敏度的探测器，而这些仪器将不可避免地用到低温光学系统。

我国的未来光学遥感系统采用了十几个光学元件，这些系统要求冷却到150K，并且对光学元件的控温范围要求非常严格，因此就需要研制一套低温真空实验装置对相关的光学元件进行低温实验。

2系统实验装置的建立

该光学系统的最主要部件之一是动镜装置部分。基于反射镜的温度要冷却到150K并对反射镜的变形进行探究的目的，就需要建立一套高真空和低温应用的实验系统，该系统还要满足进行其它光学元件的低温实验需要。系统实验装置由真空机组、低温真空腔体、防振系统、测量装置等主要部分组成。

2.1低温真空腔体设计

低温真空光学实验装置系统示意图如图1所示，1-机械泵2-预阀3-分子泵4-高阀5-铜带6-低温真空腔7-直线电机8-电源9-被测量光学系统10-ZYGO干涉仪11-光学窗口12-监控计算机13-温控电路14-铂电阻15-电热器16-液氮箱17-活性炭18-氮气19液氮20低阀。低温真空腔体是实验系统的核心部分，其示意图见如图2，1—抽气管2-液氮桶3-上腔体4-铜带5-引线出口6-支撑平台7-下腔体8-电机支撑9-梯形支撑10-光学窗口11-O形圈12-动镜支撑框架13-O形圈14-活性炭15-出气管16-进液管。腔体总高461mm，外壳直径284mm。内有圆柱形液氮容器，可以储存液体约4升。其中的光学元件支撑框架是专门为动镜设计的，其高度177mm。整个腔体可以测试直径小于250mm,高度小于200mm的各类反射镜和光学元件。

液氮桶下面用铜带接光学元件装置，当液氮桶灌注液氮后，冷量通过铜带传导给光学元件装置。下腔体的石英玻璃光学窗口直径为64mm.光学元件支撑结构由支撑平台和固定夹板组成。用固定夹板是为了防止光学元件框架移动，并保证光线垂直射到动镜表面上。由于动镜需要电机驱动，而电机的发热量为3-5W，而这部分热量辐射对动镜有很大影响，因此就用导热率较高的紫铜支撑把一部分热量尽可能的传递给系统外部。由于光学元件装置部分需要冷却因此就需要尽量避免它和外界和腔体传递热量，因此就考虑用梯形支撑，由于梯形支撑壁很薄，就起到了很好的隔热功能。

2.2真空抽气系统和活性炭处理

真空抽气系统由机械泵和分子泵组成。由于ZYGO干涉仪器对震动非常敏感，在光学测试的同时，关掉机械泵和分子泵。在关掉机械泵和分子泵的期间，还要维持真空腔体内的真空，故考虑在腔体内加活性炭以维持腔体内的真空度。为了去处活性炭中的水汽和其它气体，需要对其进行烘烤预处理。活性炭在加工的时候已经固定于上组件中，所以把整个上组件放在DZF-6210真空干燥箱中，在温度为100°C，烘烤约48小时使得真空度稳定在0.1Pa，然后再做真空低温实验。

2.3ZYGO激光平面干涉仪器

非平面的光学元件可以用He-Ne仪器进行光学测量，而平面型光学元件只能用ZYGO干涉仪如图3进行测量，由于ZYGO干涉仪器对震动非常敏感，因此就需要防震办法。如图3为ZYGO激光平面干涉仪及其防震装置。

3关键部件的分析和设计

3.1光学窗口的有限分析

干涉测量的光线要通过窗口，所以就要考虑窗口的厚度对测量误差的影响，应尽可能使光学窗口厚度最小，同时还要能承受外部一个大气压的功能。在外部一个大气压，内部几乎为真空的条件下，综合考虑窗口折射带来误差的影响和其强度的大小，要求石英玻璃窗口的最大变形小于一个波长λ（λ=0.53μm）。

通过ANSYS软件建立动镜的有限元模型，并施加边界条件，改变动镜的厚度，进行变厚度有限元分析。如图4-图6是其中比较有代表性的三个分析结果。从有限元分析结果可以得到不同厚度玻璃窗口最大变形比较。光学窗口厚8mm时其最大变形0.989μm远超过一个波长，当其厚度从10mm变到12mm,起最大变形都小于一个波长，但是变化值并不大。窗口厚度变大，其折射带来的误差就大，为了保证其强度，综合这两个因素选择10mm厚，径厚比为6.4∶1的玻璃窗口。

3.2梯形支撑的设计

梯形支撑是连接真空腔体和支撑平台的关键部件，如图7为其示意图,图中为热端温度，为冷端温度。它一方面要求满足尽量减少导热，起到“绝热”的功能，另一方面又要求其强度能满足实验的要求。

由公式4可以看出传热量和材料屈服强度和材料导热系数之比成反比。欲使传热量越小，就应该选择越大的材料，即材料的屈服强度尽量大，材料的导热系数尽量小。由文献[2和[3并且考虑到加工成本经济性，选择不锈钢作为梯形支撑的材料。并计算选取梯形支撑的壁厚1mm。参阅金属材料数据库可得到不锈钢的低温导热系数，对温度区间20K∽300K进行拟合可以得到不锈钢的导热系数拟合公式如图8所示。即

在设计载荷为500N,平安系数取1.5,不锈钢的屈服强度为210MPa,支撑高度为0.046m,高温端为300K,低温端取150K。由公式（4）计算得漏热量为0.042W,可以忽略不计。

4小结

现代技术的发展对观测和成像设备的工作波段和空间分辨率都有很高的要求，低温真空技术越来越受到关注。本文探究了小型低温光学实验装置的相关技术。重点讨论了真空低温腔的结构、光学窗口影响及其有限元分析和梯形支撑的设计，并给出了实验装置的系统示意图，对相关技术进行了探索，为近一步的低温光学探究打下了基础，并在以后的工作中不断完善。

参考文献

[1杨世铭陶文铨《传热学》（第三版）高等教育出版社1998

[2马庆芳芳荣生项立成郭舜《实用热物理性质手册》中国农业出版社1986

[3宋键朗杨奋为袁文彬等《材料手册——金属》上海航天局第八零七探究所1992

光学机械设计范文篇3

关键词：机械设计制造工艺；精密加工技术；自动化；效果

科学技术是第一生产力。在科技时代下，机械制造更多是采用现代化工艺，生产模式也逐渐朝向自动化、智能化方向发展，不仅提高了机械设计制造质量，同时还可以提高生产效能。由此可见，在机械设计制造领域中，合理的应用现代化机械设计制造工艺可以实现机械产业升级，这也是实现现代化机械生产的重要渠道。想要有效强化机械制造水平，需要充分利用现代化技术，并在实践当中不断加强新技术研发，推出性能更强的设备，提高机械生产企业的经济效益。

1现代化机械设计制造工艺的应用现状

采用现代化技术可以加强机械设计制造水平，实现自动化生产的再次升级，提高机械生产产品效益，创造出更具价值的机械产品，实现机械产品的多元化，满足市场多变的需求，更加精准的掌握市场需求，针对机械设计制造市场发展变化及时作出反应。此外，无论是在机械设计还是机械制造方面，现代化技术都已经实现了全自动化模式，为了能够保障最终产品符合设计预期，需要不断加强现代化机械设计制造工艺的研究，设计人员也要树立现代化生产理念，整合现有的资源，提高信息利用率，根据产品实际需求，采用更具创新的设计方案，满足市场客户个性化要求。

2现代化机械设计制造工艺及其应用效果

2.1集成化生产模式。在科学技术不断发展的背景下，自动化基础和机械技术的融合形成了现代化机械工艺技术，并从零散的自动化逐渐朝向集成化方向发展，并衍生出了多项技术。在机械设计制造领域中网络技术、通讯技术交叉作业，可以推动整个机械生产行业的发展。集成化生产模式是多个子功能结合而成，构成一个完整的生态系统，从而降低对人工劳力的依赖性。在现代化机械设计制造理念下，采用机械系统工程实现机械生产优化，结合数据库系统以及对应网络，不断对自动化生产流程、程序进行优化，丰富自动化生产系统以及操作便捷性，将过去分散的设计、生产单元整合为有机整体。自动设计生产体系可以有效降低企业生产成本，实现生产工艺的低碳升级，从而顺应行业发展进程。2.2智能化机械生产。人工智能作为自动化技术的衍生品与替代品，也是当今各个行业改革发展的重点内容。诚然人工智能技术如今发展还不成熟，这也表示智能化技术还有很大的潜能有待开发，机械制造领域需要进一步加强智能化技术的研究。在现代化生产系统中加入人工智能技术，构建智能、无人值守的生产系统，这样即可实现全自动化机械生产设计形式，只需要技术人员初步操作，如设定参数、输入机械设计参数等，此时智能系统会对生产链条进行分析，凭借智能终端替代人脑进行判定和决策。人工智能技术突出了“智能”理念，也就是可以实现自主学习（模糊理论），在自动化生产中越用越聪明，不仅可以强化机械生产效率，还能够有效降低资源浪费，控制生产成本。2.3低碳化生产模式。传统的高污染机械生产模式已经无法适应现代化工业发展要求，想要减缓机械生产造成的环境污染问题，就必须要加强绿色生产技术的研究与应用。在报告中明摘要：现代化机械设计制造工艺都是以自动化技术、智能化技术为主，其在当今机械制造领域中的应用愈加广泛，同时还有很大确指出：“加快生态文明建设与改革工作，构建美丽新中国”。机械生产行业作为推动国民经济增长的支柱型产业，要不断对机械工业生产环境展开绿色优化，减少机械生产中“三废”排放，尽可能让机械生产对环境的影响降到最低，推动机械生产行业长足发展。传统的机械生产由于技术上的不足、管理上的不足，“三废”排放不受节制，造成“三重”问题，即污染严重、损耗严重、浪费严重，低碳化生产模式可以做到“三低”，即污染低、排放量低、损耗低。通过科学的生产模式，缩短机械生产周期，从而降低碳排放，构建绿色机械生产链。

3现代化机械设计制造工艺的具体应用

3.1机械设计方面。在机械产品设计当中，结合计算机软件技术以及自动化生产设备即可实现自动化生产系统，以AutoCAD为例，AutoCAD软件在机械设计当中主要包含的作用有：多维度平面开发、思维建模和仿真测试、设计与生产衔接。在AutoCAD软件开发之初，机械设计都是采用手绘二维平面设计。新时期下，AutoCAD也实现了三维建模与仿真测试功能，也就是在二维平面图形基础上升级成为了三维图形，同二维模型一样，在AutoCAD软件中输入机械三维信息，即可呈现出三维模型框架。设计人员只需要对三维框架进行调整、填充即可得到三维设计图像，还可以自主的对三维模型进行上色处理。当然，三维模型可以一键转化成为二维模型，二维设计图形也可以转化成为三维图形，从而完成设计。当今AutoCAD软件技术已经和机械设计实现了融合，这也是自动化生产的基础，结合AutoCAD软件中的特有插件，将二维图像转化为三维模型，并通过3D打印机将三维模型打出来，即可测试模拟生产效果，待到模型符合设计条件之后即可进行批量生产，提高机械设计自动化水平，保障最终生产效率。3.2机械制造方面。以自动化数控下料为例。充分利用AutoCAD自动操纵控制软件，根据机械板材加工特性，对确保机械制造更具针对性。AutoCAD平台主要包含了零件、板材、生产工艺综合管理模式，挖掘大数据相关信息，得出排样模板，从中选择出更加合理的设计方案，并应用可视化技术生成工程图，从AutoCAD软件将模板图导入，此时模板图就可以呈现在软件平面上，技术人员可以应用DXF编辑图形，在编辑完成之后点击自动生产按键即刻实现自动化生产，保障生产率，提高管理效能。数控仿真技术可以在计算机中生成机械形态模型，采用Delphi（应用程序开发工具）获取平面图的NC代码（数控代码），此时即可得到加工信息，包括规格、生产参数等，并通过智能化技术模拟机械的直线、圆弧加工轨道，还可以采用timer（定时器）控件、canvas（插件）控件对模拟模型进行更改，在显示屏上可以直接显示出机械构件实际形态。方针模型符合标准即可按照仿真编程代码进行现实生产。在实际生产中，软件可以对生产流程进行校检，考量程序和生产应用的可行性、精准性。

4精密加工技术相关阐述

4.1技术分类。（1）超精密切削。超精密切削是以SPDT（Vishay单片SPDT模拟开关）技术为核心，主要是采用了空气轴承主轴、高刚性、气动滑板、高精度工具、反馈控制、环境温度控制等，实现纳米级别的粗糙度。多数是应用金刚石刀具铣削，在平面和非球面光学元件、有机玻璃、塑料制品、陶瓷、复合材料加工领域的应用十分广泛。但是金刚石在使用中存在着损耗问题，未来会发展镀膜技术改善金刚石刀具在加工硬化钢材时的损耗。（2）超精密磨削。精密磨削在长期发展中衍生出了超精密磨削，该项技术的核心就是金刚石砂轮修整，在实际生产中可以确保磨粒的微刃性、等高性。该项技术应用十分广泛，特别是在高精度机械构件加工中可以充分发挥优势。被磨削之后，工件表面的磨削痕迹几乎不可见，之后再对工件进行摩擦、抛光，最后即可生成超精度加工面，当今超精密磨削可以加工出圆度为0.01μm工具，尺寸精度达到了0.1μm、表面粗糙度为Ra0.005μm圆柱零件。（3）超精密研磨。超精密研磨技术包括机械研磨、化学机械研磨、浮动研磨、弹性发射加工、磁力研磨等多项技术。该项技术可以实现“无振动”研磨、精密温控、洁净环境、细小且均匀的研磨剂。该项技术所加工出的球面精度达到0.025μm，表面粗糙度为Ra0.003μm。4.2技术发展展望。（1）高精度、高效率。精密加工技术当今更多是应用在军工、航天等特殊领域，未来会逐渐向民用机械产品方向发展，由于当今精密加工技术生产效率低，未来会逐渐提升加工效率，采用EEM（嵌入式事件管理器）、CMP（单芯片多处理器）技术可以提升加工精度；（2）大型化与微型化。高精度机械部件生产需要大型精密加工设备，美国提出了加工直径为2.4-4m的大型机械超精密加工机床，可以实现精密机械部件量产，再加上微型电子技术发展，精密加工也会朝向微型化方向发展，如微型传感器、微型驱动元器件等；（3）智能化。现代化机械依然处于自动化朝向智能化过渡阶段，实现智能化生产可以提高机械生产的稳定性，这一点在精密加工中更加明显。

5结束语

综上所述，在新时期下，现代化机械设计制造工艺已经成为机械行业主流趋势，并且自动化加工未来也会逐渐朝向智能化、集约化、绿色化方向发展。

总之，充分利用现代化机械设计制造技术可以提高机械生产效能、提高生产企业效益、提供个性化服务，是机械制造领域重点关注的问题。

参考文献：

[1]程建文.机械设计制造工艺及精密加工技术探讨[J].中小企业管理与科技，2017，23（36）：149-150.

[2]徐浩然，袁事东.现代化机械设计制造工艺及精密加工技术探讨[J].科技创新与应用，2017，23（4）：148-149.

[3]赵显日.现代化机械设计制造工艺及精密加工技术探讨[J].化工管理，2018（3）：190-191.

光学机械设计范文篇4

关键词：新形势；机械设计制造；自动化技术

当前，计算机技术得到了比较普遍的应用，计算机技术的应用改变了人们的生活、学习与工作方式，极大地促进了社会经济的发展。尤其是在机械设计制造领域，自动化技术应用程度的高低俨然成为机械生产加工企业自身竞争力强弱的重要象征。在机械设计制造中，应用自动化技术不仅可以缩减企业的生产成本，同时可以提高企业产品生产质量，给企业创造更多经济效益。所以，当前众多科研人员致力于该领域的研究，确保机械设计制造和自动化技术有效融合，充分发挥机械设计制造的作用，并使之更好地服务于社会。

1机械设计制造中自动化技术的作用

1.1缩减生产成本

传统的机械设计制造技术应用尽管十分广泛，但是会导致部分生产加工材料的浪费，加大机械制造成本的投入，对于企业的长远发展十分不利[1]。在机械设计制造中，应用自动化技术，能够确保机械设计制造各道工序更加符合精细化的发展要求，例如，针对机械制造加工中出现的废料，可以予以合理应用，这样可以缩减制造加工成本，提升企业的经济收益。另外，合理应用自动化技术，能够改善机械设计制造中的一些不合理环节，保证机械原材料有更加良好的适应性，有效减少原材料产生的废弃物。因此，自动化技术不仅可以有效减轻工作人员的劳动强度，而且还可以有效节约能源。

1.2提升生产效率

在机械生产加工中应用自动化技术，可以显著提升机械制造的智能化水平，提高产品质量与工作效率，增强企业自身竞争力，扩大生产规模，为企业的良好发展提供助力。在机械生产加工中应用自动化技术，可以优化机械设计和制造流程，有效弥补机械设计制造中存在的不足，提高和改善产品质量，应用效果较为明显。

1.3改善机械使用情况

将自动化技术应用于机械设计制造中，针对机械设备进行监控及管理，能够使机械设备的使用状况得到一定的改善，推动企业的快速发展，提升企业工作效率。一方面，自动化技术是以计算机技术作为基础，能够利用程序的设置实现对机械装置操作的有效控制。从某种意义上讲，这样能够规避机械的人工性损伤，有效延长机械设备的使用寿命，缩减机械设备的加工制造成本，明显提高企业的经济效益[2]。另一方面，科学应用自动化技术能够强化对机械设计制造流程的监管，借助于对相关监控数据信息的细致分析，能够确保机械设备正常稳定运转，并实现对机械设备的良好维护。

2机械设计制造中自动化技术的应用

2.1集成化应用

针对一些比较复杂的机械产品，应用自动化技术进行加工，就可以实现各个生产系统间的有效配合，各个级别的机械生产系统间可以相互配合完成对产品的设计加工，从而优化了机械设计生产过程。当前，在机械设计生产过程中，使用计算机集成系统能够根据设计生产的制造流程进行综合化生产管理，并通过对各种分散自动化系统的高效整合，促成相对完善的生产制造体系，加强机械设计、生产和营销管理等多个环节间的联系，实现对市场调研、产品设计和销售、机械加工等过程有关信息资料的收集，满足整体生产过程物料流与信息流之间的统一化管理的要求[3]。针对机械部件的生产加工进行举例说明，根据NC代码，需要把毛坯加工成符合相关尺寸和质量要求的零件，接下来对零件进行装配，获取相应的机械部件。整体过程中包含众多不同的环节，通过使用计算机集成化制造过程管理系统能够完成对自动化机械设备生产关键数据信息的有效采集，主要包括材料储运工作站、加工工作站、质量测量工作站、刀具管理工作站等，之后设备信息流和物料流之间就会相互交叉，信息集中化并向管理部门进行反映，从而针对机械设备生产任务进行集中性的管理和监控。不同的智能化控制系统能够实现不同的功能，并彼此协同完成特定的生产任务。比如，在机械式立体停车装置的车盘边梁工艺制造流程中实现集成化控制系统的应用，由于车盘边梁材料为高冷弯薄壁钢材，需钻大量的连续钻孔，由激光切割器、自动输送线、电脑控制系统、自动平板机等联合组成了智能化生产线，计算机对各台生产设备的实际操作时间加以协调，对材料进料的响应速度加以控制，降低了设计人员的工作压力，减少了人力资源的投入，同时提升了生产效率。在机械制造中加强智能化技术的应用，可以极大地提高机械制造的集成化程度，并且创新机器产品加工过程，从而使机器产品加工具有较高的智能化水平。

2.2数控化应用

应用相关计算机软件实施自动编程过程，可以确保对数控加工生产过程的有效控制，满足机械设计制造自动化的要求。在机械设计制造过程中，应用计算机辅助软件，对数控仿真加以分析，并在虚拟现实的环境下针对各机械产品的尺寸、结构和形状等多方面实施直观性展示，从而达到对生产产品特性的全面反映，这样可为设计工作者图纸的设计与修正提供一定的技术性支撑，进而保证机械生产工作更加安全准确。至于普通的二轴车床或三轴铣床，则可直接由数控系统和相应的机械驱动装置加以配置，仅需要针对刀具及其采用的装夹方式与程序作一定的调整，便可以完成对于各种工件的批量加工。就机械控制层面来讲，当前通常应用PLC确保其实现，因此通过该技术也可高效解决设备逻辑与开关间的控制问题，从而实现较高的加工精度与效果。机械设计与生产过程中，所使用的数控机床通常在结构上存在一定差异，然而一般都包括数控机床、可编程单元、数控机床和控制中心等，当输入了一定的信号之后系统电路便会进行驱动[4]。对计算机系统进行分析处理之后，就可以获取加工坐标轴并输入相应分量，再经过放大和转换处理，在伺服电机等相应控制设备中完成输入，以此实现对加工机床动态的有效监控。

2.3柔性化应用

机械生产加工中应用自动化技术，可以确保机械产品柔性化生产的有效实现，也就是将机械设计制造技术和自动化技术进行有机结合，强化不同生产环节之间的关联，针对机械生产制造流程实施升级与优化。当前，很多机械设计制造企业都已建设了相应的柔性化生产线，通过使用电子凸轮和电子传动齿轮取代相关的机械零件，从而高效实现轴间柔性连接。应用快速高精度伺服装置管理技术和现场通信计算机控制，能够提高生产线上各个工序段装置之间的相互耦合，从而提高各个生产线之间的关联。通过使用相对单独的PLC伺服控制器，也能够针对各工序段设备和生产线进行更加高效的管理。应用于集成控制器，能够使各控制器之间实时地进行与机械设计制造中产品有关数据的有效传递，这样便能够在第一时间获取产品相应的生产状况，从而强化生产制造过程信息管理系统和产品关系模型信息库间的双向通信能力，使机械设计与生产过程的柔性化管理工作得以良好进行。针对柔性化产品，则主要依靠于自动化技术，但因为单纯应用于机械零部件较易产生信号迟滞的缺陷，所以必须引入智能化装置在瞬息间完成排产，以有效实现生产规格的调试，这样整个生产系统相应的恢复时间便会缩短，从而保证连续性生产，完成生产目标。例如，在机械式立体停车设备的钢框架生产中，可以将柔性化制造技术融入其中，通过同样的测量工位可以生产多个不同钢梁和钢板梁的产品。钢框架的生产流程主要包括：将材料输送至数控机床，然后按照图纸的尺寸加工锯材，接下来在九轴三维钻床中完成输入，能够一同进行三种孔的钻孔，完成对型钢的固定。使用红外线技术，针对型材的相关尺寸加以检测，将0点定好，其中一只机械手执行零件板的上料操作，能够自动实现检测过程，而且可以找到型钢上板材的定位；另一只机械手的工作是自动寻找等焊接点，进行焊接工作。在柔性生产线中，针对连接板的定位都是利用机械手完成的。

2.4智能化应用

2015年中国提出了“中国制造2025”战略，2016年又了《智能制造发展规划（2016—2020年）》，明确了机械制造智能化发展的方向。将自动化技术应用其中，能够在生产现场针对数控加工机床、传感器等智能化相关生产设备进行合理布设，实现对工厂中物联网的有效创建，这样便可针对机械设备进行自动化控制，完成智能化生产过程。随着网络智能化的逐渐发展，数控系统模块化设计得到有效实现，同时通过强化不同模块之间的关联，可实现群控系统的有效创建，然后根据实际生产需求进行智能化分析，编制合理的机械产品生产方案，并针对相关生产资料与信息及时进行调整[5]。例如，应用自适应技术，可以将自动识别负载等相关参数变化作为基础，实现对前馈控制数据信息和电机参数等相关数据信息的自适应运算，接下来利用自动编程对相关生产设备进行调节和控制。将自动化技术的应用作为基础，可以针对系统数据实施自动采集、分析及处理，工作人员能够结合系统所提供的相关数据，对结果与图像进行分析，给出相应的设计制造方案，确保客户的个性化需求得到满足。科学应用网络技术，可以确保不同生产设备控制端的有效连接，实现相关数据信息的共享，同时可以针对产品设计制造过程实施远程控制，确保了无人操作流程的有效实现，满足智能化生产的相应要求。

3新形势下机械制造自动化的发展趋势

3.1机械制造技术数字化

毋庸置疑，当前是信息化时代，计算机技术与通信技术得到了快速发展，并在数字制造领域得到了较为广泛的应用，企业的生产及经营管理也因此产生了一定的变化。机械制造业通过网络对相关信息进行公开，同时也借助网络进行市场的开发。在数字制造环境条件下，机械制造自动化技术通过网络技术平台以及产品开发虚拟数字平台，针对产品的生产及加工进行数字模拟，同时针对相关环节实施测试，这样可以确保所产生出的产品具有更强的市场适应性。

3.2虚拟技术水平提高

虚拟技术是21世纪诞生的一种重要技术，传统的虚拟技术是将模拟当作核心，对无限接近相应工作条件的过程加以模拟，然后完成对具体生产过程中可能会出现的问题的有效预测[6]。当前，机械设计制造领域中虚拟技术的应用，主要是预先对问题的原因加以分析，然后制定相关解决措施，有效规避故障问题，这样可以保证更高的生产效率以及产品质量。然而，目前针对虚拟技术的研究依然不够，各方面都有待改进。因此，相关技术工作者应从技术能力、理论基础等多方面予以提升，并结合相关科学技术，尽可能降低人为因素在其中的干扰性影响[7-8]。

3.3机电一体化

机电一体化是由计算机技术、机械生产加工技术、光学技术、信息技术等多门学科交叉而形成的。应用机电一体化技术，可以确保产品更加具有智能性、系统性和模块化等多方面的特点。新形势下，在机械设计制造中应用机电一体化技术是当前机械制造行业发展的重要方向，机电一体化技术具有无限广阔的发展空间，能够使产品的设计更为科学，显著提高企业的生产效率[9-10]。

4结束语

综上所述，新的发展形势下，机械设计制造和自动化技术之间的有效融合，不但确保了生产的高质量，而且从整体上优化了机械制造流程，保证了技术的高水平应用，同时降低了机械生产成本，对经济的发展具有十分重要的意义。借助先进的机械制造技术，经济的增长也会更加稳定。人们的生活及生产与机械设计制造行业之间存在着密切的关联，为了保证机械制造行业能够更加稳定发展，应对机械自动化技术进行更加深入的研究，为经济发展作出贡献。

参考文献：

[1]刘帅.新形势下自动化技术在机械设计制造中的应用[J].装备维修技术，2021(28)：101-102.

[2]赵浩钧.新形势下自动化技术在机械设计制造中的应用研究[J].祖国，2019(4)：145.

[3]高泉.新形势下自动化技术在机械设计制造中的应用[J].广西农业机械化，2020(1)：16.

[4]刘广辉.新形势下自动化技术在机械设计制造中的应用[J].南方农机，2020，51(2)：150.

[5]刘明.新形势下自动化技术在机械设计制造中的应用研讨[J].时代农机，2019，46(2)：32-33.

[6]杨帆.新形势下自动化技术在机械设计制造中的应用浅析[J].水电水利，2020，4(5)：128.

[7]郭永凤.浅谈自动化技术在机械制造中的应用[J].南方农机，2021，52(19)：133-136.

[8]刘永进.自动化技术在机械设计制造中的应用[J].建材与装饰，2020(13)：216+218.

[9]刘志敏.机械自动化技术在机械制造中的应用研究[J].南方农机，2020，51(19)：131-132.

光学机械设计范文篇5

关键词：微光夜视仪；结构设计；材料选择

微光夜视仪是一种应用于军事作战中的精密光学仪器，其中光学系统中光学元件的安装定位精度、杂光的干扰等，会直接影响光学系统的成像质量。机械系统是微光夜视仪的重要组成部分，由于该夜视仪是军事作战中用于头盔上的微光夜视成像系统，对重量、体积指标要求非常严格，所以在进行机械结构设计时，要在保证夜视仪性能的前提下，应尽力使其整个结构简单，重量轻。为提高我军作战能力，所以有必要对微光夜视仪做结构优化。因此，微光夜视仪结构设计的任务是按照光学系统设计的轴向要求、光学元件的间隔以及同心度要求，使微光夜视仪光学系统各部分组成一个稳定的整体，并保证光学系统的性能指标要求。同时镜筒结构设计应满足：不影响光学系统性能、光学元件的安装无应力、镜筒与光学元件的接口、消杂光、重量和体积等总体要求。但是由于质量和体积的限制，野战中严酷的高低温环境影响，使用传统的机械设计理念很难满足系统的要求。

本文对所有的机械零件选择使用同一种材料，以保证恶劣环境下机械零件均匀地膨胀和收缩，避免不同的膨胀会造成卡环松脱，并且保证微光夜视仪光学系统的正常工作。结构设计的最直接目标就是选择使用一种热膨胀系数近似于零的材料进行构架。微光夜视仪镜座和镜筒是保证微光夜视仪光学系统性能的关键部件，所以镜座及镜筒的材料选择、镜座的结构形式以及镜筒的设计对光学系统成像质量起着关键的作用；在满足微光夜视仪结构力学性能要求的前提下，还要尽量降低系统结构的质量，并且能适用于野战中严酷的高低温环境，所以镜座及镜筒材料的选择必须保证机械系统的精度及稳定性。（1）机械性能稳定性。一方面为了减轻结构质量，应该选择低密度的材料；另一方面，为了提高结构的刚性，应该采用高弹性模量的材料。所以，高比刚度是选择微光夜视仪结构材料的关键指标。并且为了在加工后能保证高精度，所选材料的尺寸稳定性应该良好。（2）热性能稳定性。应该选用低热膨胀系数的材料作结构材料，并考虑结构之间的热补偿，以使光学系统在野战恶劣的高低温环境下仍能保证良好的性能。另一方面，热导率高还可以使结构中的温度梯度较小，并使结构内部热平衡容易在短时间内达到。基于以上分析，本文微光夜视仪结构零件选择使用机械性能和强度可以和金属材料相媲美的复合材料。复合材料通过组元材料的协调作用，可以在很大程度上改善和提高单一常规材料的机械性能、物理性能和化学性能。非金属复合材料具有可设计性及密度小的显著特点，因此使用非金属复合材料不仅可以满足夜视仪机械性能和强度要求，而且可以减轻整个夜视仪的重量。几种典型复合材料和常用材料性能对比如表1。碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000Mpa亦高于钢。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。碳纤维是20世纪50年代初应火箭、宇航及航空等尖端科学技术的需要而产生的，现在还广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。随着尖端技术对新材料技术性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不断努力提高。20世纪80年代初期，高性能及超高性能的碳纤维相继出现，这在技术上是又一次飞跃，同时也标志着碳纤维的研究和生产已进入一个高级阶段。由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种先进的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用先进复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。

据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用先进的碳纤维复合材料制成的。碳纤维增强的复合材料这样的优异性能可以满足光学精密仪器高尺寸稳定性以及高结构精度的要求。采用碳纤维复合材料制造微光夜视仪可实现自身减重的目的。该复合材料已经在航空航天和战略武器等方面得到广泛应用，是不可取代的高级复合材料。几种材料的比刚度和热稳定性比较如图1所示。由表1和图1可知，碳纤维增强环氧树脂基复合材料具有如下特点:（1）密度小。碳纤维环氧树脂基复合材料的密度不及钢密度的五分之一，仅是钛合金密度的0.47倍，所以可知，尺寸相同的的结构件用碳纤维环氧树脂基复合材料制作，要比用钢制作轻80％，比用钛合金制作轻53％。（2）比刚度高。碳纤维环氧树脂基复合材料的比刚度约为钛合金材料的2倍，所以可知，在相同质量的前提下，碳纤维复合材料结构刚度要比钛合金的结构刚度提高一倍，因此适用于结构轻量化设计。（3）线膨胀系数小。碳纤维环氧树脂基复合材料的线膨胀系数比钛合金的线膨胀系数小一个数量级甚至更多。在微光夜视仪结构中，要求在严酷高低温环境下变形极小，所以只有采用碳纤维复合材料才能满足。并且其与透镜材料的线膨胀系数相近，这样就可以避免在温度升高或降低时，结构内部产生较大的温度梯度。从微光夜视仪的设计要求出发，考虑其特殊的军事作战环境，提出并详细地总结了微光夜视仪的结构设计中材料的选择，为以后的总体结构设计做了准备。

作者:张博 单位:黑龙江东方学院

参考文献

[1]徐永祥.夜视技术与军事应用[J].工科物理,1998，8(1):36-38.

光学机械设计范文篇6

关键词：精密加工技术；机械设计制造；应用

随着光电子学等技术的发展，高精密的光电子系统不断涌现，对精密加工技术提出了更高的要求。超精密加工精度随着加工技术进步不断提升，现代社会中超精密加工技术是先进制造技术的重要部分，提高加工精度动因是提高产品质量稳定性，促进产品小型化，提高装配生产效率。在激光器件及大规模集成电路等领域，功能晶体材料广泛应用，在材料科学领域中占有重要地位。激光系统的应用中，对晶体表面完整性提出了严格的要求，要求较低表面粗糙度，无破坏层的超光滑表面。要满足现代电子器件精度要求，必须应用精密加工技术。目前强光源研发成为世界性趋势，由于在光信息存储、光显示照明等方面具有广泛应用前景，对非线性光学晶体需求加强。我国晶体超精密加工方面落后，研究精密加工技术应用具有重要意义。

1精密加工技术的发展

精密加工技术属于先进制造技术领域，精密工程是现代制造技术的前沿，超精密加工技术是新兴综合加工技术，使目前加工精度达到了纳米级。精密加工技术是先进制造技术的重要部分，是衡量国家工业水平的重要标志。超精密加工手段有超光滑表面抛光等，超光滑表面是表面粗糙度均方根值小于1nm的表面，具有亚表面无破坏良好特征，加工对象多为玻璃陶瓷等硬脆性材料。超精密加工技术向更高精度、微型化方向发展。超精密加工技术发展促进机械、半导体及材料科学的发展。工业发达国家工厂可稳定掌握加工精度为1μm，通常将加工精度在0.1～1μm的加工方法称为精密加工。加工表面粗糙度小于Ra0.01μm的加工方法称为超精密加工。现代机械工业致力于提高加工精度原因是可提高产品性能，促进产品小型化，促进自动化装配。精密加工技术在现代化武器制造中占有重要地位，如命中精度对导弹具有决定意义，命中精度由惯性仪表精度决定。美国民兵III型洲际导弹系统陀螺仪精度为0.03～0.05°/h，MX战略导弹制导系统陀螺仪比民兵III型导弹高级，保证命中精度圆概率误差为50m。大规模集成电路发展依赖于微细工程发展，集成电路发展要求电路元器件微型化，形成功能复杂的电路，提高精密加工水平成为提高电路继承度的技术关键。21世纪初，普通机械加工与精密加工精度达到1μm，0.1μm,精密工程向原子级精度加工逼近，各工业发达国家努力冲刺，基本ERATO计划中将纳米技术作为优先技术，在工业界联合开发，分析材料纳米力学性能，基本测试系统正在研制。美国海军研究室资助学校精密工程研究项目。在工业界有小组扫描隧道工程方面进行研究工作。英国国家纳米技术计划实行，建立纳米技术战略委员会，1990年出版《纳米技术》学术期刊。过去精密加工技术应用范围较小，随着科技的提升，精密加工进入国民经济各领域，走向批量产品生产。机械制造行业改变过去精密基床放在后方车间的陈规，工业发达国家将精密基床搬到前方车间。精密加工走向量产使得人们正视以往忽视的成本效率问题。精密加工要求达到极高的加工精度，应保证成本低，对精密加工提出了更严格的要求。

2精密加工技术特点

现代机械设计制造工艺特点是现代化，制造工艺应用成为中国生产领域发展关键点。现代机械设计制造工艺应用可提高生产效率，包括应用于中小规模机械制造与切削技术，主要通过特殊切削加工机械元件进行切削。现代机械设计制造工艺融入信息化，实现生产自动化，做到机械工艺设计一体化发展。随着人们环保意识的提高，制造机械工业发展有了更高的要求。现代化机械设计工艺优势体现在高机械制造效率，为企业获得最大化的经济效益；推动行业技术创新发展，对技术改革推动生产高质量发展；现代技术在生产中应用，减少劳动成本投入。精密加工技术特点是精确细密，行业发展竞争优势是产品精益求精。机械行业对零部件要求高。如电子设备对芯片精细度要求很高，精密加工技术满足了机械制造的发展。精密加工技术提高了生产原料效率，如何更好地发挥精密加工技术优势是值得探究的问题。高质量的产品离不开强大的硬件设施支持，工厂企业发展中要重视自身品牌效应，有效地对设施进行建设，在产品发展中引入新技术。机械制造是从事动力机械、化工机械及其他机械设备生产工业部门，随着社会的发展，机械制造行业面临巨大挑战。我国机械制造行业技术发展是从简单到复杂的过程，生产方式呈现从机械控制自动化、计算机控制自动化发展脉络。我国是制造大国，机械制造行业中，高级技术将取代落后技术，精密加工技术在机械制造中推广非常必要。精密加工技术应用广泛，精密加工技术发展遵循社会发展规律，制造工艺更加精准是大势所趋。现代机械设计制造工艺具有关联性、系统性等特点。关联性是精密加工技术具有密切关联，每个环节彼此影响；适应性体现在新技术替代传统机械加工技术，现代机械制造工艺特点融合计算机丝等形成整套系统。

3精密加工技术在机械制造中的应用

精密加工技术在机械制造行业中，有着广泛的应用，主要技术包括微机械技术、精密研磨技术与切削技术。生产中通常对原材料进行处理，原材料具备较高切削精度便于后期生产，切削中应用精密加工技术非常必要。如在生产中原料形状不统一会降低生产效率。如生产中长期使用原有切割方式，会影响产品的使用质量。为保证生产质量，可在机械制造业中应用精密切削技术。可应用激光切割技术提高准确度，保证每批次产品符合对应要求。机械加工生产中，要对产品表面打磨抛光，要求控制产品粗糙度。如生产硅芯片表面粗糙度要求不同于其他原材料，需要保证金属平面光滑。生产中对不同原材料有不同处理要求，对生产设备统一要求难以满足不同需求，不断调整设备会影响生产效率。可以运用精密研磨技术创新，研磨技术优势是利用计算机对生产零件进行控制，对生产转数调整，保证生产质量。研磨技术在机械制造业中的应用，推动了企业经济效益的发展。研磨技术可实现大规模生产设备不能达到的研磨精度。提升产品粗糙度要求，可以对产品表面细致打磨，应用磁悬浮技术保护生产加工设备。设备产品不用直接接触，通过磁力打磨处理产品表面，减少机械设备打磨磨损。现代精密加工技术在机械制造中的应用包括微机械技术，其特点是响应速度快，相比大规模机械化生产精细度高，可生产大规模设备不能生产的产品。通常应用于电子设备生产中，由于电子设备对零件精细度要求高，丝毫误差会影响电阻率，电子设备生产应用微机械技术可达到要求。微机械生产设备表现出很强的信息捕捉能力，在机械制造生产中可监控产品生产过程，检测出问题可及时调整。应用中可根据不同要求调整，如生产要求较高，应用微机械技术，发挥不同技术优势，提高机械制造水平。

4结语

随着我国社会经济的发展，对现代化机械制造工艺要求不断提高。现代化机械设计制造工艺应用提升机械制造效率，对提升企业经济效益发挥重要作用。在可持续发展理念下，先进工艺需要企业学习贯彻，提升企业竞争力。国家应加强对机械制造业的重视，积极学习引进先进理论技术，提高应用技术水平，推动机械设计制造领域的发展。

参考文献：

[1]顾佳超.现代化机械设计制造工艺及精密加工技术研究[J].内燃机与配件,2020(23):120-121.

光学机械设计范文篇7

1.1镜筒的总体结构设计

镜筒是一架望远镜的关键零件，其功能是装载光学零件，并保证赤纬轴转动时光轴的稳定程度。望远镜镜筒的机械结构设计的主要目的是支撑和固定主镜、非球面改正板、焦面机构等装置，要求其在不同姿态时能够保证主、非球面改正板的面形改变最小，遮挡最少，镜筒的结构尽量的轻量化，具有较强的刚度，并在各个姿态的刚度保证一致。在南极极低温条件下，为了防止主镜内部结霜，需要对镜筒进行密封处理。由于该望远镜在国内装调，温度在（-10~40）℃之间，而使用的南极冰穹A处最低温度为-80℃，最高和最低温度有110℃的温差，为防止装调和使用时镜筒尺寸变化过大导致光学部件的位置相差过大，采用了极低热膨胀系数的殷钢的桁架杆连接主镜和副镜，并且有一套低温补偿机构防止主副镜的位置由于温度的变化而发生变化，当温度发生变化而导致材料收缩时，通过弹性元件的变形可以弥补材料的收缩量。

1.2主镜系统的结构设计

南极巡天望远镜主镜的支撑通过胶接在主镜背面的因钢垫和主镜相连，要承担主镜沿光轴方向上的重力分量，主镜支撑结构。主镜支撑应具备以下功能：

（1）位置精确，提供准确、恒定的支撑力；

（2）自重轻、结构牢靠、便于维护；

（3）能允许结构本身的温度膨胀和小的装配误差；

（4）轴向刚度好，兼具轴向定位的作用，同时不能承担侧向力；

（5）具有一定的抗震性能。大口径的镜面支撑一直是望远镜机械设计的主要任务之一。通常情况下望远镜的镜面支撑主要包括轴向支撑和侧向支撑两种情况，镜面支撑又可以分为固定支撑和浮动支撑前者主要起定位作用而后者起卸荷作用。多年来已发展比较成熟的支撑方法有杠杆平衡重、跷跷板、气垫或液垫、水银带，等。为了运输的安全可靠，望远镜主镜设计的径厚比较大。在南极低温的条件下，水银带已经成为了固态的物体，因此无法用水银带的方法进行侧支撑。由于该主镜的径厚比较大，单独靠中孔的球头定位支撑系统在镜筒水平的极限情况下仍然可以使面形变化较少。南极巡天望远镜采用了跷跷板（Whiffletree）的机械浮动支撑结构，该结构由一系列浮动板或杠杆构成。它们中的每一个可将一个支撑点转化为3个支撑点。由于制造的地点和南极的温度相差过大，为了防止主镜的支撑位置有所变化，机械浮动支撑的9个点，以及定位主镜中孔的轴都使用了温度膨胀系数极低的材料制造，保证在低温状态下主镜结构不发生大的变化。为了消除温度对支撑的影响，消除温度变化下主镜与支撑之间的相对运动，减小因支撑引起的主镜面形的变化，应对传统的主镜支撑结构进行设计优化和改造，设计一种能够提供在主镜径向方向上有自由度，同时在温度变化时对主镜产生尽量小的附加力的主镜底部支撑结构。在材料的选择上，与镜面接触的零件如中孔位置和子镜背面的垫块，为了防止由于温度变化而产生热应力影响子镜的面型，采用了热膨胀系数小的殷钢材料。

1.3主镜室静力学分析

结构静力学分析用于确定加载结构的位移、应力、应变及反力，在分析时，忽略惯性和阻尼作用的影响，假设结构加载及响应时间随时间变化缓慢。望远镜在垂直状态下所受到的轴向压力最大，因此主镜支撑系统受到的压力和变形量也最大，对望远镜主镜部分垂直状态下的静力学进行分析可以校验望远镜主镜支撑系统设计的合理性。主镜系统应力云图，看出在垂直状态下，主镜受到的机械浮动支撑（whilffletree）结构带来的最大应力为0.425MPa，位置位于在内圆附近的殷钢垫支撑点上，该数值远远小于镜面的许用应力，因此该支撑机构对主镜是安全。主镜面形变化图。镜面面形的PV值为43.7nm，RMS值为7.2nm。该数值符合主镜设计的机械要求。2.5焦面改正镜组机构的设计副镜机构采用偏心的四翼薄叶片固定在副镜圈上，以减小挡光，并有一定抗扭刚度和较高抗弯刚度。由于在南极DOMEA地区有接近110℃的温差，为了保证望远镜能在不同的温度下都能正常工作，需要引入焦面移动机构对副镜的位置进行调整，使得CCD能根据气温的变化进行位置的动态调节，保证CCD的像质不随温度的变化而变化。调整机构由直线导轨和直线驱动机构两部分组成，导轨采用滚珠导轨以防止微动时的爬行出现，直线驱动结构的灵敏度在0.5μ左右，可保证调焦精度优于0.01mm。

2镜筒模态分析

模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。在减振设计中，对结构进行模态分析可以找出结构的固有频率以及最容易发生共振的位置，并对该位置进行特殊有效的防护，以保证结构的安全。对于镜筒的结构，主要采用的是板壳单元（shell）进行模拟分析，将镜筒与轴系的连接处设置为只允许绕镜筒法向方向旋转的约束方式，以模拟实际望远镜运行时的状态，其余部分采用固定连接的约束方式。对于轴向支撑的杆件，由于只受轴向力，因此采用杆单元进行模拟，对于如径向传力膜片和柔性支撑膜片等薄板结构，采用的是板壳单元（shell）单元进行模拟。

3镜筒测试分析

测试采用振动信号分析仪及信号采集软件以磁力座吸附在结构上。测试采用力锤敲击结构某些点，以加速度传感器拾振，信号经过采集软件计算后得到两点（敲击点和拾振点）的频响函数。根据模态识别法编制MATLAB程序，将得到的频响函数数据输入程序即可得到模态频率、阻尼比、振型系数。测试前经过噪音排除测试，即不敲击时，看传感器信号中的频率成分，可以排除噪音的干扰。然后经过多次试测，确定分析频率1000Hz，FFT块大小为8192，频率分辨率约为0.31Hz。锤击结果平均4次，力锤及传感器的放大倍数均为10倍，力锤锤头采用橡胶锤头。

4总结

光学机械设计范文篇8

关键词：现代物理；机械自动化；融合途径

目前人类已逐步进入第四次工业革命时期，我国工业行业也获得了很大的发展，提出了智能制造2025，从而更好地推动我国机械行业的蓬勃发展。通过实现机械自动化，可有效保障机械产品的制造质量与精度，为企业带来更大化的经济效益。然而我国机械自动化方面与国外发达国家相比，依然存在一些差距，特别是高精尖技术方面。这就需要我国研究人员注重对现代物理的研究，深入分析现代物理和机械自动化的融合，以此来不断强化机械自动化水平，更好地缩小与国外之间的差距，推动我国机械行业的长远发展。

1现代物理概述

通常来说，现代物理主要指20世纪初开始发展起来的物理学，涉及相对论、原子与原子核物理学、量子力学、粒子物理学等，属于物理学中必不可少的一部分。现代物理彻底改变了人类之前的时空观，对这个世界产生了新的认识，并在极大程度上改变了大众的生活方式。如今，现代物理得到迅速发展，但依然是整个自然科学的基础，其发展依然是促进整个自然科学不断进步的最为关键的动力之一，也推动着机械领域的发展。在19世纪末20世纪初，经典物理学的发展得到不断完善，逐渐建立了热力学、统计学、麦克斯韦电磁理论，让经典物理学达到了顶峰。基于经典物理学，很多科学家也发现了诸多经典物理学不能解释的事实，包括电子、X射线与放射性现象、“以太漂移”的“零结果”、黑体辐射的“紫外灾难”等，这些现象引起了物理学的一场巨大革命。在这一背景下，科学家创立了相对论、量子力学，就此现代物理诞生了。根据研究的物质运动形态与实际研究对象，可将物理学分成力学、光学、热学、电磁学、原子物理学等。当前，人们更加深入地认识了物理现象，部分物理学的分支学科逐步发展成独立的学科，包括力学、气象学等。同时，现代物理通过先进的实验技术，更加深入地研究了物质结构与特性，获得了普遍规律与结论，为其他基础学科的发展提供了有力的支持，也分化出了诸多尖端科学技术，包括激光、半导体及超导体等，还在很大程度上推动着信息科学、材料科学等科学技术的发展。

2机械自动化发展中现代物理发挥的重要作用

现代物理的不断发展，推动着科学技术的前沿新领域的发展，即物理学的发展是其他科学和绝大多数技术的重要前提和基础条件，物理学是人类在探索未知世界的求知欲、好奇心的驱动下构建起来的。现代物理学理论的不断发展，促进工业科技的发展与自然科学的进步，并推动众多工业技术新领域的研发和应用，进一步促进机械自动化产业的迅速发展，如高温超导性的开发。同时，现代物理的进一步发展，为机械自动化发展提供了新的研究方向，如：基于核磁共振现象，人们研发出了核磁共振成像技术；基于量子隧道效应，人们研发出了扫描隧道显微镜。另外，基于现代物理学，人们研发出了纳米材料、传感器技术、PVC材料等先进技术与新型材料，这些新材料和新技术为机械自动化发展提供了极大的动力。

3现代物理和机械自动化的具体融合途径

3.1光机电技术的融合

机械自动化系统的构成部分主要有能源系统、传感系统、信息处理系统、机械结构。随着现代物理的进一步发展，机械自动化中开始广泛应用光学技术，这就在极大程度上改进了能源系统、机械结构、传感系统及信息处理系统。基于现代物理的量子力学等理念，为光学材料与光学技术的开发提供了有力的支撑，这就有效促进了光机电技术的发展。就光机电技术而言，其包括机械技术、计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术及伺服传动技术。其中机械技术是光机电技术的基础，借助该技术，能够进一步改进机械设备的性能、材料及结构，实现减小重量、缩小体积、提高刚度等方面的要求；计算机与信息技术又包括专家系统技术、神经网络技术、人工智能技术等，这些都为机械自动化的实现提供了有力的支撑；自动控制技术在机械领域的应用，能够实现高精度的定位控制、自适应控制、自动诊断校正等功效；传感检测技术则是实现机械自动化系统自动控制与自动调节的重要环节，只有不断增强传感检测技术的功能，才能够提高系统的自动化程度；伺服传动技术涉及电动、液压等多种类型的传动装置，直接影响到机械自动化系统的控制质量、动态性能等。

3.2柔性自动化技术的融合

随着现代物理的进一步发展，人们研发出了更多的新材料、新技术、新产品，这就促进了机械自动化设备的不断更新发展，尤其是机械自动化加工设备，对柔性也有着更高的要求，推动着机械自动化朝着柔性化方向发展。在这一过程中，通过各种现代物理理论的应用，为机械自动化的柔性发展提供了必要的技术与理论支持，通过柔性技术（数控技术、计算机信息技术等）与机械工程的有效融合，可显著提高机械生产效率，并更好地实现机械作业的工业化发展目标。以链条式流水线中机械自动化应用为例，基于现代物理理论，实现了对机械结构的进一步精简，代替了重复的劳动力，并借助计算机技术的信息收集与处理功能，有效监控了整个生产流程，代替了低级的管理职能。在机械设备运行过程中，操作人员只需通过软件向机械开关或是机械手传递命令，就可按照操作人员的意志开展操作，从而代替大量重复性工作，节约人工成本，提高了产品生产效率，实现了多种不同零件的高精度生产加工。

3.3智能化的融合

通过有机融合现代物理和机械自动化，可进一步促进机械自动化实现智能化发展，基于现代物理的相关力理论，可不断完善和优化各种算法与计算机技术等，从而显著提高机械自动化设备的智能化程度，让设备能够以人类的思维进行自主思考和操作，可以代替一些重复、危险的生产工作，最终大幅度提高生产效率，显著降低人力资源成本的投入。例如：在核电站反应堆的运行中，可借助自动化系统替代人工工作，即操作人员通过向由抗辐射材料制造而成的机械自动化设备发送相关编程指令，设备就能够按照这一指令进行停堆或是换芯等工作，从而有效保障了操作人员的安全。又如：通过量子力学的叠加原理，人们研发出了智能机器人，借助量子搜索算法，可以控制机器人的行进方向。

3.4绿色生产的融合

随着全球资源日益紧缺，环境恶化程度不断加剧，世界各国开始关注机械自动化的绿色化发展。尤其是对于我国而言，当前面临着巨大的人口压力，为能够实现我国可持续发展的关键任务，更要注重机械自动化的绿色化生产发展的实现。为此，应深入分析和研究现代物理理论，大力研发新的绿色技术与绿色环保材料，然后将这些新技术、新材料有效应用到机械自动化中，促进现代物理和机械自动化的深度融合，达到绿色化制造的目的。如：通过对EDA技术与加工技术进行充分利用，可在极大程度上缩短机械产品设计周期，借助智能仿真技术来开展机械产品的仿真与设计，既能够有效提高产品的设计质量，又能够节省能源消耗，进一步促进产品的绿色生产发展。

3.5全球信息化的融合

在经济全球化与世界经济一体化背景下，通过有效融合现代物理与机械自动化，能够促使机械自动化领域朝着全球设计与制造、全球采购与配套的方向发展，随着全球化的不断发展，必然会带动信息等产业的飞速发展，从而为机械自动化领域提供更加全面的信息，有效提高现代化信息技术在机械自动化中的应用水平。

3.6半导体的融合

半导体制造是高端制造中信息化程度最高的代表，对其工艺的精密性方面具有很高的要求，对自动化的要求也比较高。当前5G、汽车电子、人工智能等领域迅速发展，先进封装、MiniLED芯片等半导体需求日益增长。基于这一背景，我国通过有效融合现代物理（凝聚态物理学等）和机械自动化，加大对半导体制程设备技术的研发力度，并成功研发了全球第一家砷化镓产业，在极大程度上促进了晶圆制造市场的发展。

4结束语

综上所述，现代物理是所有自然科学发展与进步的重要基础，要想促进机械自动化水平的不断提升，就必须注重对现代物理的研究与分析，通过将现代物理中的量子力学、凝聚态物理学等先进理论与机械自动化相融合，以此来显著提高机械领域的自动化水平，大幅度提高生产质量与生产效率，为机械行业创造更大化的效益，推动我国工业建设的健康可持续发展。

参考文献：

[1]孟繁卿,蔡金燕,孟亚峰,等.电子设计自动化技术发展研究[J].飞航导弹,2017(8):38-42.

[2]刘春平,马晓明,张志利.工业智能机器人自定位信息采集精度控制仿真[J].计算机仿真,2019,36(8):320-324.

[3]朱泊霖.物理基础知识在机械设计中的体现和应用[J].环球市场信息导报,2017(36):135.

光学机械设计范文篇9

关键词：机电一体化；现状；数控机床；发展趋势

随着科学技术的蓬勃发展，工业科技成了当今重要的组成部分,机电一体化科技是必不可少的。机电一体化综合运用多个系统技术，主要包括机械、微电子、自动控制、计算机、信息、电力电子、软件编程等技术。机电一体化根据系统技术的优化组合合理配置，使整个工程技术能够达到多功能、高质量、高效率、低能耗。

1机电一体化概述

随着我国科学技术的发展，机电一体化作为一门自身体系的新学科，已经进入了各个高校专业设置。机电一体化由多个系统化技术组成，根据各系统的功能目标合理组织配置与分布，在多功能高效益、低耗能的情况下来显示出它的特点及利用价值，通过优化组织结构系统，使整个功能系统成为机电一体化系统而转变为机电一体化的产品。我们要先分清楚机电一体化的真正含义，绝对不能与机械电气化相混淆，机电一体化主要包括机电一体化技术和机电一体化产品：机电一体化技术是上述综合技术的融合，并不是简单的一些技术组合；而机械电气化则是属于机械技术发展到机械电气的一种转变趋势，机械电气的主要功能是它可以代替传统的机械来进行作业。但是如果说想要发展到机电一体化这一地步，其功能属性就不相同了，装入电子装置，或电子软件，就取代了这些机械零部件，还能产生一些新的功能，解决不少人工操作程序和机械自身的维护和诊断。机电一体化产品的诞生，它既解决了人体感官问题也解放了人手脚劳累的问题，它是智能化的表现，也是机械电气化本质上的区别。

2机电一体化的发展状况

机电一体化早在上个世纪60年代就已问世，在那个时期被称为初级阶段。在那个年代，战争促进了电子产品和机械产品的结合。战争结束后，经过了进一步的研发，慢慢地往民用方面转产，给战争后经济恢复带来了巨大的作用。在那个年代虽然研发了，但技术水平不高，机械技术和电子技术结合未达到一定的技术水平，从而没有大量的应用到各行各业。到上个世纪80年代初期，这个时期可称为机电一体化的中期，那是将产业兴旺发展时期，国家上马了大规模的集成电路和计算机技术以及温控电控技术，为发展机电一体化奠定了充分的物质基础。机电一体化到了20世纪末，经过广泛应用后，这种技术又向智能方向迈进。科学家们通过深入研究，逐步研制出微型计算机，光学也融入机电一体化，对现在的研制维系加工技术、光机电一体化和微电机一体化、人工智能技术以光纤技术迈进了一大步。网络的知识、科学的发展对研究机电一体化以其应用开辟了广阔的天地，促使我国工业的发展，机电一体化的逐步完善将形成一个完整科学运营体系。

3机电一体化的应用

当前社会，随着科学技术的快速发展，机电逐步走向整体化、数字化和微电子技术。信息技术应用越发的广泛，机电一体化已应用到现代轻工、重工、军工等行业。下面以数控机床为例，简要说明数控技术在数控机床上机电一体化的应用。由原始的普通机床研制出现代的数控机床，经过了40多年的发展，在机床的结构、功能以及自动化操作和控制精度上都有了新的提高，主要表现在多主线式结构、开放性设计、紧凑型的结构、数控编程技术智能化、系统的多功能控制等。上述这些程序在数控机床上得到了推广和应用。

4机电一体化的发展趋势

从国内外机电一体化的发展和高新技术发展的方向来看，机电一体化的产品将朝着以下几个方向发展。

4.1智能化

智能化是当今社会发展的一个重要方向。机电智能化是科研工作者日益研究的目标，像高科技产品智能机器人的运用以及数控机床的应用，都很受欢迎。但智能化与自动化二者之间存在很大区别。智能化主要是运用多种科学技术手段，在控制理论的基础上，模拟人类的智能去思维判断，逻辑推理，具有主动的决策能力来取代人的脑力劳动，而取得更高的目标。

4.2数字化

微控制器产品的出现，给我们的机电产品进行数字化奠定了长期有效的基础，而计算机网络技术的飞速发展为机电数字化设计与开发开辟了道路，有利于将来数字化机电产品的远程操作和维护。

4.3网络化

近年来网络的兴起，给国家各行各业都带来了巨大的变革，给人们的生活带来了翻天覆地的变化。网络的全球化把世界各国的经济联系到一起，有利于人们了解全球的经济动态。而机电产品的成功，与其自身的质量是分不开的，随着网络的普及，远程控制和监视技术逐渐出现在了人们的视野当中。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化的产品，它使人们在家享受高科技带来的好处。因此，机电一体无一不是朝着网络方向发展。

4.4微型化

微型化是把机电一体化产品向微型方向发展，如微机电产品，它具有体积小、重量轻、低耗能等特点，在军事、医疗等方面具有无可比拟的优势。微型机电一体化系统，它融合微机技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的新发展方向。

4.5绿色化

工业化发达了，随之而来人们的生活也得到了提高，经济上也得到了很多实惠，在物质上也得到了享受，同时，也给我们的资源和生态环境造成破坏。所以我们应该呼吁起来，保护环境，建设绿色家园。所谓绿色就是我们所用的产品必须是低能耗、低耗材、低污染，有利于回归自然的产品。在整体的设计、制造、使用过程中，对人的身体健康、对生态环境都是没有危害的，而且很多的资源都是可以分解再利用的，这样不仅使产品的可用率得到了提升，最主要的是随着人们对生态环境的重视程度不断加深，机电一体化绿色产品的发展前景非常可观。

5结语

机电产品一体化是现代许多科学家要研究的课题，随着新产品的研发，机电一体化技术产品占领了各行各业的市场，使我国各行各业制造发生了战略性的变革。传统的机械设计和制造退出了历史的舞台，朝着高性能、智能化、微型化方向发展，也给国家带来了更大的经济效益和社会效益。

作者:徐创业 单位:特变电工沈阳变压器集团有限公司

参考文献：

［1］钟燕锋，王锦红，简志雄，黎川林.经济全球化背景下,机电一体化人才校企合作培养机制的探索与实践———以广东岭南职业技术学院为例［C］//中国自动化学会中南六省（区）2010年第28届年会论文集.2010.

［2］张艳萍.浅谈机电一体化的发展及趋势［N］.山西科技报.2009.

［3］于清洋，周维佳，李斌，李志强.一种适用于多指灵巧手的机电一体化驱动器概念［C］//中国仪器仪表学会第十一届青年学术会议论文集.2009.

光学机械设计范文篇10

一、课程教学存在的问题

精密机械与仪器设计课程是在讲述精密机构和仪器精度理论的基础上，培养学生的工程意识和创新设计能力。在课程教学和实践环节上仍存在许多问题和不足，如课程内容散乱、缺乏知识主线、教学授课多、实践操作少、考核方式单一，等等，已不能适应新工科教育的要求，亟需进行梳理和整合。

（一）课程内容广、散、乱

本课程是在整合多门课程内容后形成的专业基础课，包括了工程材料、机械原理、机械设计、误差理论、仪器设计原理以及典型仪器结构等，各部分内容相互联系却又自成体系，成为一个个相对孤立的知识点。由此可见，课程所涉及的知识范围广、知识点散、缺乏有效的关联主线，没有形成一个完整的知识体系。相对松散的知识结构同时对教学过程和教学效果都带来不利影响，不便于系统性地组织和开展教学活动，教学效果更无法有效的保障。学生不能通过关联性的知识推导来加强对理论知识的理解，只能采取被动式跟随学习，缺少主动参与的体验，最终导致学习效果不佳。多次课程考试成绩分析显示，课程目标达成度都低于预期的目标。

（二）讲授多、实践少

在内容多、课时少的实际情况下，课程教学更多地采用课堂讲授方式，实践环节则仅安排了课内实验和课程设计两部分。其中课内实验以认知和验证性实验为主，缺少综合性实验。课程设计一般在课程结束后3周内进行。整个设计过程中，学生不仅要对设计题目详细了解，而且完成相应的设计计算和说明书撰写，存在时间短、任务重等问题，导致整个设计过程都在疲于完成各类近乎程序化的任务。设计作业多以生搬硬套设计手册和课堂知识为主，缺乏对设计题目的深入思考和更具有创造性方案的尝试，无法有效支撑学生解决复杂工程问题能力与非技术性能力的培养。

（三）考核方式单一

现有的考核方式仍基本沿用了期末考试的方式进行学业成绩评定。这种以试卷为主的考核方式，形式单一，评价效果差，已不能全面地反映课程教学目标的达成度。试卷只能体现出学生对所学知识的背诵能力，通过死记硬背、考前突击的方式通过考试，并不能反映对整个课程知识体系的理解贯通和综合应用能力，也与课程教学目标相差甚远。另一方面，本课程涉及的知识内容较多，试题形式和难易程度把握困难，无法做到全面检验学生的学习效果。课程组虽然已通过减少单纯知识记忆型题目，增加综合性应用题型比例的方式对试题形式进行改进，但仍无法达到预期的考核目标。

二、课程教学改革对策

精密机械与仪器设计知识内容广、体系大，涉及的学科门类多，需要将不同学科的知识点融合起来才能真正掌握精密仪器设计的理论知识和内涵要求。为达到新工科教育培养创新型、复合型技术人才的要求，需要从课程内容、教学方式、考核方式、实践环节和课程思政等方面进行全面设计，改善课堂教学以提高学习效率。

（一）重组课程内容，构建系统性知识体系

本课程内容是由多门课程整合而来，但仅是依照专业培养需求对不同课程内容进行相应的缩减调整后形成的专业课程。虽然能满足专业培养的知识需求，但各部分内容只是简单地组合在一起，缺少系统性知识主线关联，而没有形成完整的知识体系。因此在课程内容重组时选择“误差和精度设计”为主线对各章节进行整合。在连杆、凸轮、齿轮、螺旋机构等章节，除了基本的传动特点和应用场景外，不再强调受力、强度、效率等传动方面的计算问题，更多地突出机构传动规律和误差问题，研究提高传动精度的设计方法。误差理论章节则对仪器的误差进行系统性研究，分析各种误差来源、合成以及分配策略，以提高仪器的整体精度。仪器设计理论部分则以精度设计理论对设计过程提供指导，保障整个设计过程顺利进行。课程内容、知识主线、主要知识点如图1所示。课程内容重组可按照不同的知识点属性，将其分为不同的层次分别教学[5]。根据不同的知识属性可将课程知识分为基础理论、综合应用、实践掌握、创新创造四个层次，分别采取不同的策略进行知识整合。对属于必须掌握的基础理论知识，需要进行详细的理论讲解和实证，便于学生准确地掌握。对综合应用知识，则辅以成功应用的工程实例进行说明，保证学生通过思考后能够正确理解和接受。对于需要通过实践才能掌握的知识，则需安排相应的实验环节，让学生在实际操作中对知识点有准确的感受和把握。最后，对于属于创造创新性知识，则需多联系科学发现、科研进展状况，引入不同学科知识和多样化的设计方案，提高学生的学习兴趣，达到促进“双创”能力培养的目标。

（二）改革教学方式，加强综合性实践训练

本课程教学具有很强的实践性和课堂展示性，灌输式教学已无法对全部知识点做出讲解，更不利于学生独立思考和创新能力的培养。改变重讲授、轻实践的教学模式，将具有高实践性的知识改为实验教学。通过教学和实践的不同减增，改变的不仅是知识获取方式，也更符合学生的认知规律。教学方式的改变不仅仅是讲授时间上简单地减少，还应按照不同的知识层次开展教学，改善课堂氛围提高学习效果。对已经详细解释的基础知识，减少讲解鼓励学生自学、自查、自纠，达到掌握的目的。对于综合应用知识，需要通过对应用实例讲解去启发学生进行讨论和探索，提高学习热情和参与度以提高教学效果。实践环节则不仅有实际实验操作，还可以进行虚拟实验，通过观察验证等方式获取知识，同时必须增加综合性实验和课程设计环节，培养学生的多学科交叉能力和复杂工程问题解决能力。对于创造创新性知识，更多地鼓励学生自由探索，充分调动他们的学习兴趣和独立思考精神。

（三）多样化考核方式，注重学习过程评价

课程考核用于检验学生对课程知识的掌握程度和运用能力，评定课程教学目标的达成度。为全面检验课程教学情况提高实践环节权重，这里将学习成绩和课程设计分别考核。学习成绩主要反映对课程知识掌握和综合运用情况，主要构成部分有平时作业、课内实验、综合训练、期末成绩，所占总成绩的比例分别为15%、15%、20%和50%。课程考核方式变化见表1。除了增加课内实验和综合训练环节外，期末试题类型也进行改变。以知识记忆为主的题目只占试题总分的30%~40%，而以考察学生知识运用能力的分析、设计类题目则占比60%~70%，大大提高分析和解决问题能力的考核。最终的评定成绩将用于计算各个课程目标的达成度，并用于对课程整体教学效果的评价。

（四）改革课程设计，突出创新能力培养

为加强课程设计综合实践的学习效果，课程组从设计题目、组织实施、考核方式三方面进行了改革尝试。设计选题上改变了已往采用的大载荷机械传动强调力和强度计算校核，突出仪器专业所需要的轻载机构，更加注重传动精度和结构设计。如选用机械式百分表、压力表、光学比较仪、二维精密平台等，在满足课程目标要求的前提下，鼓励学生进行探索性研究———引入光、电、控制等知识进一步提高机构的精度。课程设计时间由3周延长到15周，改集中进行为分散时段开展，避免因时间仓促而引起的照抄作业、敷衍了事的情形。在课程开始后就布置设计任务，每周安排定期检查设计进度并对所面临的问题进行集体讨论。在时间充裕的基础上，允许自主提出具有实际应用背景的设计题目和尝试更具有创新性的方案，充分调动学生参与课程设计的积极性。在组织方式上鼓励以项目小组方式完成任务，通过组内分工协作逐步培养团队意识和合作精神。考核方式除了提交设计报告、图纸、说明书等相关资料外，特别设置小组答辩环节对整体设计任务完成情况和个人的贡献分别进行评定，杜绝抄袭现象。答辩环节的资料整理和讲述进一步锻炼了学生的独立思考和表达能力。

（五）加强课程思政，坚持“立德树人”根本任务

课程思政是当前高校专业教育改革的新趋势[6-7]。在专业课程教学中对学生进行价值观、职业素养和爱国主义教育是新工科教育培养高素质综合型人才的必然要求。因此需要充分梳理、挖掘课程教学环节中蕴含的思政元素，并转化为教学载体融入专业课程，“润物细无声”，为课程教学引入新内容、新问题、新思考。例如在机构传动教学中引入中国古代机械设计辉煌成就：地动仪、木牛流马等，以及现代国家重大装备包括大飞机、高铁、航空器等，提高对中国文化的自信、自豪和自强的意识。进一步通过机械史与国家历史结合，让学生真实地感知“落后就要挨打”“科学技术是第一生产力”，面对困难需要明白所肩负的责任，并具有勤奋钻研的奋斗精神。在课程设计环节，引入世界工程科技历史上由于细小误差导致的严重后果和灾难事例，教导学生一个工程师所应具有的职业操守：高度的责任感和严谨细致的态度。实验和课程设计中鼓励学生进行团队合作，不仅是培养他们的团队意识和协作能力，更注重通过相互间的交流、沟通、协调过程促进对团体行为做出哲学性的思考，形成正确的判断力和价值观。强化课程思政需要对课程教学活动进行改革，不断挖掘新的思政元素并融入教学，真正做到学习工程科学技术的同时“立德树人”。

三、结束语

新工科教育要求改革高校工程教育，培养适应新形势的工程技术人才。全面深入开展课程教学改革是提高教学效果、推动工程教育内涵发展的必然选择。本文通过对精密机械与仪器设计专业基础课教学中存在的问题进行梳理和总结，从课程内容、教学方法、考核方式、课程设计、课程思政五个方面分别进行探讨，说明了精密机械课程教学改革的要求和方向。课程内容重组将散乱的知识点整合为完整的体系，突出专业特点，适应教学要求。课程教学中需改变重讲授、轻实践的方法，分层次分类别地开展教学活动。考核方式则改变单一考试为多环节考察，分别评价课程教学目标的达成度。课程设计应体现实践环节要求，提升学生参与程度和学习效果。课程思政通过将知识背后的思政元素融入课堂，对提高学习兴趣、培养职业素养和爱国精神都有重要意义。深化教学改革需要按照新工科教育的新理念和新模式展开，全面提升教学效果，培养具有创新意识的综合性工程技术人才。

参考文献

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[3]许贤泽，徐逢秋，鲁兴.精密机械设计MOOC+翻转课堂教学模式研究[J].大学教学，2020（6）：60-62.

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[5]李庆玲，李艳.《精密仪器设计》课程教育中的多层次教育探索[J].科技创新导报，2017（33）：215-216.

[6]朱明.面向“中国制造2025”的课程思政教学改革探究[J].科教导刊，2019（27：）77-78.