航空机电工程论文模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇航空机电工程论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

一、课题研究的背景

高等职业教育作为我国高等教育不可或缺的重要组成部分，担负着为国家培养并输送生产、建设、服务第一线高素质应用型技术人才的重任。高职教育目标定位在培养生产、建设、管理、服务一线需要的实践能力强、具有良好职业道德的高技能人才。加强对高职学生综合素质的培养已成为提高培养质量的关键。综合素质的培养需渗透在教学、实验、实习及毕业设计等各个环节，尤其作为就业前综合性工程训练的毕业设计，是高职院校学生在系统掌握专业知识和技术的基础上，将所学知识和能力进行综合应用和锻炼的一种行之有效的手段，是理论与实践密切结合的一个教学环节，更是培养和提高学生分析、解决实际问题能力的一个平台，也是学生走向社会、独立开展工作的一座桥梁。通过毕业设计，学生可以获得感性知识，更好地掌握职业技能，养成理论联系实际的作风和独立工作的能力，促进良好职业习惯和职业道德的养成。可以说，它对培养人才起着十分重要的作用，并且这种作用是其他教学手段无法替代的。加强对高职毕业设计教学环节模式的改革，对高职院校适应我国经济社会发展具有重大意义。但高职院校教师教学工作负担过重、投入远远跟不上学校发展的需求等矛盾却日益突显，学生水平参差不齐等问题也不容回避。因此，进行毕业设计模式改革、提高毕业设计质量是一个值得深入研究的课题。

二、高职院校毕业设计现状分析

近年来，各高职院校都在积极探索毕业设计工作新思路，但有些院校毕业设计工作改革倾向于将学生推向社会，变毕业设计为企业实习、变毕业设计课题为单纯的毕业论文等。高职院校这种毕业设计的“改革”倾向固然有其深层次的背景：我国的高校毕业生面临着严峻的就业难局面，许多高校学生在最后一个学期几乎都在校外找工作，急于上岗。但是，这种一味地“推出校门”式的“改革”使毕业设计教学环节形同虚设，毕业设计没有实质内容，只有毕业论文的形式存在，毕业设计答辩更是流于形式。

根据对平顶山工业职业技术学院机电工程学院机械工程系部分学生毕业设计现状的调查结果，我们可以看出还存在不少的问题。例如：毕业设计的材料来自书籍、报刊或网络，存在抄袭问题；毕业设计选题没有结合实际，内容空洞、陈旧、重复；毕业设计时间与学生找工作时间重叠；毕业论文写作不够规范、基本功不够扎实；等等。有鉴于此，改变毕业设计教学环节的运行模式是高职院校迫在眉睫的选择。如果长期维持下去不进行改革，毕业设计必将成为制约高职院校教育质量提高的一个关键环节，必将对高职院校人才培养产生负面影响。如何突破这一瓶颈，已成为高职院校教学改革亟待解决的问题。本课题的提出就是针对目前毕业设计教学环节普遍存在的问题，以毕业设计模式改革为突破口，在平顶山工业职业技术学院机电工程学院机械工程系毕业设计中进行一些有益的探索。

三、高职院校毕业设计模式改革思路

毕业设计模式改革选择平顶山工业职业技术学院机电工程学院机械工程系2008级部分专业的学生，通过分析查找现有的毕业设计环节存在的问题，在毕业设计实践时间周期模式、毕业设计课题选择与指导教师学术造诣提高模式、毕业设计规范量化改革模式等方面进行研究。

第一，毕业设计教学环节时间周期模式改革。传统的毕业设计开始时间是第6学期的前10周，鉴于这个时间学生毕业在即，把找工作放在首位，毕业设计容易流于形式，我们将毕业设计教学提前到第5学期的前10周进行，这样学生就能够在校安心进行毕业设计。

第二，高职院校毕业设计选题要有工程训练背景和较强的实践价值，要达到既有综合训练又有综合素质培养的目的。在选题方式上，多选用来源于企业生产实际的题目，也可由校企双方协同指导。题目类型在满足教学基本要求的基础上，提倡真题真做，这样能够使学生感到自己做的课题有价值、有意义，产生成就感和创作的欲望，激发学生搞毕业设计的积极性和责任感，从而更好地培养学生解决实际问题的能力，并推动学校科研工作的开展。

第三，突出高职特点，加强指导教师队伍建设。高职工科教育以培养生产第一线应用型人才为培养目标，要提高毕业设计水平和质量，关键是提高教师队伍的学术水平。只有让高职教师多参加社会实践，才能提高他们的指导能力。指导教师应有合理的知识结构，具有较高的科研水平，能指导学生制定切实可行的毕业设计规划。

第四，加强专业文献阅读，注意综合能力的培养。在毕业设计初期，安排一周时间广泛查阅国内外文献资料，有助于了解毕业设计题目相关前沿的学术动态，拓宽知识面，同时也有助于学生提出课题的初步研究方案。

第五，坚持标准，全面考核。毕业设计的考核由导师评语、专家评阅和论文答辩等环节组成。导师评语主要评价学生在毕业设计期间的实际表现，如学习态度、综合能力和毕业设计的完成情况等。专家评阅主要对毕业设计方案的合理性、数据采集的可靠性、结论的正确性及论文撰写的质量等提出评审意见。因此，应加强管理，规范评语的内容要点，未经认真评阅的论文不予提交答辩组；要加强答辩小组的师资配备、答辩环境的学术氛围营造和答辩程序的规范。

四、高职院校毕业设计模式改革取得的成效

实践证明，对2008级部分学生实行毕业设计模式改革，指导教师有针对性地认真进行毕业设计指导，帮助学生通过毕业设计对理论知识有更深刻的理解，可以有效提高教学质量，加强对学生专业学习的连贯指导，加大学生实际应用能力的培养，大幅度提高学生毕业设计的质量。毕业设计模式改革取得的成效归纳起来有以下六个方面。

一是推动了教学改革，为培养创新型人才提供了机会。毕业设计教学环节的改革，要求教师重视科研，争取各类课题，可以进一步把产学研结合起来。

二是增强了实践教学环节的衔接和统一，有利于系统训练，多出成果。选择恰当的毕业设计与制作课题能够充分发挥学生的主体作用，最大限度地提高学生的综合素质。通过导师的指导以及实践经验的积累，可以大幅度提高毕业设计的质量，提高学生的综合素质。

三是促进了毕业设计与学生择业的有机结合。由于学生提前进入毕业设计，系（部）应加强毕业设计的组织与管理，既有利于搞好毕业环节教学，又有利于学生就业选择。学生可以安心做设计、写论文，并合理安排求职时间；对用人单位来说，能够提高录用人才的效率，缩短“磨合期”。

四是提高了学生的社会适应性。毕业设计模式改革使学生有机会接触到具有企业背景的题目，学到大量书本上学不到的知识，实践能力大幅度提高，为毕业后从事的工作奠定了一定的基础，尤其是参与企业项目，使学生积累了宝贵的工作经验，增强社会适应性。

五是强化了师资队伍建设，促进了教学相长，有利于培养学生的综合素质。毕业设计模式改革要求教师要不断地提高自身素质、提升科研水平和实践技能。学生有机会直接参与教师的科研课题，极大地调动了学生学习的主动性和积极性，最大限度地挖掘学生潜力，促进学生全面发展。

六是学生毕业设计质量明显提高。学生毕业设计的规范程度大幅度提高，论文表述更加符合科技论文国家标准，大大增加了论文的可读性，强化了对学生科学研究、工程实践的培养。

参考文献：

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基金项目：湖南省教育科学“十二五”规划2011年项目（湘教科规领[2011]003号）湖南省机电工程及控制大学生创新训练中心、湖南省机械类校企合作人才培养基地、湖南省机电工程虚拟仿真实验教学中心建设项目。

中图分类号：G434 文献标识码：A

实践教学是加深理论认识、巩固理论知识和夯实理论基础的有效手段，是拓展知识视野、培养创新意识的必要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科技技术和提高工程实践能力的重要平台。系统的实践教学和专业的应用能力培训，能有效帮助大学生挖掘潜在的兴趣，引导和激发他们的求知欲、培养他们的探索精神和探索能力，让他们在理论学习和工程实践中成长为社会需要的人才[1]。湖南理工学院机械电子工程（集成化传动控制、机电运动控制方向）、材料成型及控制工程（模具、焊接方向）和机械设计制造及其自动化（机械设计、机械制造方向）等专业一直注重培养本科生的工程实践能力、创新意识和创新精神，提出了“基础实践―综合提高―课外拓展―工程创新”分步骤、分层次的大学生创新训练体系。依托湖南省机电工程及控制大学生创新训练中心，通过在时间、空间等方面全方位开放实验室、提供与课程内容衔接紧密的自主实践活动等方式，探索和构建基于信息技术的开放性实践育人模式，实现教-学-研―用互动共赢，切实为地方经济发展培养机械类高素质应用型人才。

本文以信息技术环境和活动理论为基础，分析了它们的开放特性和分布特性。通过揭示信息技术环境下的实践活动实质，研究地方理工院校如何针对培养具有创新精神工程技术人才构建实践训练体系。

1 信息技术视域下的实践活动分析

底只是信息技术环境最突出的特征。因此可以说基于信息技术的实践活动是一种数字化的学习实践。“数字化实践”是一种新型的、以先进的信息技术为重要支撑的学习形态[2]。要想开展以数字化技术为支撑的实践活动，人们必须创建多种多样的信息化平台。活动理论不仅为我们提供了分析传统实践活动中所存在问题的理论基础，还为我们提供了信息技术背景下学习创新、工程创新和教学改革的思路。

1.1 活动的交互性

新学习观认为：学习是信息技术支撑下主客体社会性的交互活动[2]。这观点包括两个方面的含义：首先，活动理论认为学习是学习者主体的一种主动的自觉的活动；其次，这种活动可以以当前先进的信息技术作为支撑。有学者把活动当作一个维度，把技术当作另外一个维度，从而建立了一个二维坐标，并以此把学习活动分为四种类别：低技术含量且学生消极被动的学习活动，传统的填鸭式教学方式就是如此；中等技术含量，但学习者却比较主动自觉的学习活动，传统课堂环境下的发现式教学学习方式便是这种活动的代表；高技术含量但学习者消极被动的学习活动，一些技术神化思潮下的教育信息化所带来的书本搬家、黑板搬家、课堂搬家就属于这一类；技术含量高且学习者积极主动的学习活动，这种信息技术背景下的学习活动集成了前述几种学习活动的优点，摒弃了它们的不足[3]。

活动理论认为人类的所有经验都或多或少的受到其所用工具和符号系统的制约[4]。信息技术背景下的活动理论认为学习是一种以目标为导向的积极主动活动，这种活动非常重视学习者之间的分工和合作，并且强调以工具、技术来加强和促进学习对象和学习者之间的主体、客体交互以及社会交互。对于信息技术背景下的学习实践来说，理清以下内容非常重要：学习者应如何借助信息技术手段与学习内容进行有效的交互；学习者主体之间如何开展有效的社会互；学习者主体之间如何创建和谐的共同体及共同体的社会性发展。

1.2 活动的类型

活动理论认为：信息技术环境下的学习活动是以学生为中心的活动，必须充分发挥学习者的主观能动性或者说主体性。信息技术背景下的学习活动具有开放性、分布式特点，这些特征不仅克服了传统教学所固有的制度方面约束，还消除了教师在这种带有集权式特征教学形式的权威，使学习者主体所享有的权利实至名归。以活动理论作为指导，以信息技术为支持的学习环境于是便能突破传统思维的框架，从而形成以学习者积极主动活动为重要核心的新型实践教学范式。

以活动理论作为框架，我们可以将信息技术背景下学习者主体的活动分为三种类型：① 以外在的客体为对象的主体活动。这种活动主要是学习科学知识，了解生产的活动。这是学习者主体与作为客体的学习内容之间的交互；② 以外在的其他主体、团队共同体和社会作为对象而开展的主体性活动。这是学习者主体之间的一种社会互；③ 以内在的客体自我为对象开展的主体活动。相对于前两种活动，这是一种层次更为深刻的活动，说明学习者主体已经经历了一个否定之否定的发展、提升过程。经过这一自我意识和自我超越的过程，学习者便能获得最深层次的情感体验[2]。

1.3 活动的动机激发与知识内化

信息技术背景下的以外在的客体为对象的主体活动类型要求学习者必须有明确的目标，以此为导向从而实现作为客体的知识在学习者主体上实现内化[5]。信息技术背景下的学习活动明确要求学习者主体必须以具体明确的目标为导向。这意味着在面对具体学习内容时，学习者主体时时刻刻应保持强大而纯正的学习动机以及浓厚高涨的学习兴趣。信息技术背景下学习者主体学习动机的激发，虽然包含了传统教学环境下学习者主体动机的激发过程和保持持续性，但更为重要的是要怎样让众多学习者主体所组成的目标共同体始终保持高昂浓厚的学习动机。只有这样，才能够让学习者主体在社会性实践活动中敢于面对不同挑战，并一直保持和充满好奇心；也才能让学习者主体所组成的目标共同体中的个体在这些实践活动中既能维持良性的竞争态势，又能促进个体相互之间的亲密无间的协同合作。

对于信息技术背景下学习活动的其它两种类型，他们不单单涉及到知识内化，还要涉及到有关社会往的其它问题。活动理论指出个体心理机能的发展过程，主体和与之起中介作用的人造制品和社会情境的互动作用有着非常重要的影响。同时很多学者也一致认为人类所有经验在不同程度上都受到我们所使用的工具和相应符号系统的制约[3]。以信息技术作为技术支撑的信息化学习环境附有多种数量庞大的技术工具，从而帮助学习者主体来完成知识内化。这些技术工具（如认知工具）可以帮助学习者搭建知识体系，并获得可以迁移的、相对更有意义的知识。学习者主体还可以充分利用这些工具来分析当前社会和现实世界，并建构出新的知识或体系，从而展示学习成果和水平；甚至可以进行批判性反思，并进一步实现个体自身知识的内化。同时，信息技术支撑的学习环境还配有大量的供协同学习的即时通信工具和移动终端，这些工具和装置既是学习者个体或所组成的共同体赖以存在以及今后发展的基础，也是学习者主体之间开展协同合作以及进行社会往的载体。学习者可以在实践活动中利用这些工具相互之间进行交流探讨，并以此来传递显性和隐形的学习内容和经验，从而达到促进自身知识转化和社会往顺利开展的目的[6]。

2. 信息技术视域下大学生创新训练体系构建

信息技术环境下基于工程教育的大学生创新训练体系的建立将会有效地促进学生工程素质的提高[7]并激发学生的创新精神。依据按照活动理论框架，工程实践教学强调学生能力培养，体现在在工程实践教学中就是要打破陈规，在学生掌握基本实验技术的基础上，更加注重学生在动手实践的同时多动脑思考。通过采用现代信息化的教学手段，增强实践训练的趣味性，使学生认识到具备工程实践能力对于今后自身发展的重要性。同时使学生形成自我创新的意识。

2.1 创新工程训练过程分析

大学生创新训练过程应注重学生基础理论的积累、沉淀和创新思维的培养。通过改革训练内容和训练方法，利用信息化技术手段，将实践训练化繁为简、化难为易，使学生在训练中加深对基础理论的理解，同时提高实际动手能力，促使学生逐步形成主动思考的意识。工程训练过程应注重实践教学内容和质量评价的建设。涉及到训练大纲和训练内容的完善，训练资源的设计和制作，甚至包含学生从自主设计到动手制作出作品的过程。

人才培养是高校的重要功能之一，而社会对高校人才培养质量的评价是最为客观的。其中学生就业能力便是重要指标之一。因此，刨新型工程训练过程还应着重关注学生在就业能力方面提升的实效。就业能力的强弱，不但反映出社会对学生认可的程度，还反映出学生在自身综合素质的高低。为达到这一目的，湖南理工W院机械工程学院在本科四年的创新实践训练中，围绕“基础实践―综合提高―课外拓展―工程创新”的层次开展教学实践，通过信息技术手段让学生在虚拟和真实的工程氛围中去体验，通过体验提高自身的工程素质，激发自身的创新意识。

由此可见，信息技术环境下的创新训练过程应体现出四方面的特点：① 数字化课程训练资源应有连续性，在本科四年的培养过程中，学生均有条件和机会参与训练；② 训练内容应结合技术发展不断更新，在保留必要的传统训练内容前提下，应突出以计算机应用为基础的虚实结合的新技术、新工艺训练；③ 创新训练学方式应灵活多样，以激发学生参与的兴趣和积极性；④ 评价体系应多元，既包含实践理论知识的评价，更应包含工程实践能力的评价。

2.2 基于工程的创新训练体系构建

工程创新训练也就是通过运用工程实践的手段和方式，将主体所掌握的专业知识和专业技能充分的消化吸收，最后被掌握者转化为社会经济发展和个体发展所需要的能力[8]。对于大学生特别是工科专业大学生而言，实施工程创新训练的主要目的就是牢牢巩固和适当拓展专业理论知识，使工程实践能力得以锻炼和提高，同时使创新意识、创新精神得到激发和培养，从而提高自身综合素质和工程创新能力。地方本科高校实施旨在培养学生工程创新能力的工程训练体系的改革，是实现学校人才培养目标的重要前提和培养工程创新型人才的必要手段。在当前技术环境下，也就是必须和信息技术深度融合。湖南理工学院机械工程学院经过多年的探索，构建了基于信息技术环境的创新训练体系，如图1所示。

创新训练体系的实施显著增强了学生的创新实践能力，所培养学生实践能力得到社会的高度认可。近五年来，学生发表在学术刊物和学术会议论文集30多篇，获批专利5项，学生主持国家级大学生研究性学习和创新性实验计划项目5项，主持省级大学生研究性学习和创新性实验计划项目27项，主持校级大学生研究性学习和创新性实验计划项目100多项，获得市级以上各类奖项多项，包括获国家级竞赛获奖12项。近五届机械类专业学生就业率一直保持在96%以上，其中，前往北京、上海、广州、深圳等一线城市就业约55%，并逐年成上升趋势；所培养学生因实践能力较强，大大提升了考研竞争力，以机械设计制造及其自动化专业为例，考研录取率从2011届的14.3%，提高到2013届的24.7%，录取学校包括浙江大学、中南大学、湖南大学、南京航空航天大学等985、211高校。

3. 结论

地方高校多以培养高级应用型人才为目标。基于信息技术的工程创新训练的教学实践改革应以培养学生现代工程意识和工程能力为要旨，将知识传授、能力培养、素质提高结合起来，依托虚拟仿真实验教学中心、大学生创新训练中心等实践教学平台，达到学生自我管理、自发实践、自主提升。经过几年的努力，湖南理工学院机械工程学院在创新训练方面形成了以真实体验为主体，虚拟仿真为重要补充的创新训练体系，有效地提高了学生的工程应用能力和创新精神。

参考文献

[1] 别荣海，俞海洋.地方“211工程”高校建构新型实践教学体系的研究与实践[J].实验技术与管理，2013（3）： 1-3.

[2] 严莉. 信息技术环境下的学习活动研究[D]. 华中师范大学博士学位论文，2011.

[3] 郑太年. 从活动理论看学校学习[J]. 开放教育研究， 2005， 2： 64-68.

[4] 柴少明， 赵建华， 李克东. 基于活动理论的CSCL意义建构研究[J]. 电化教育研究， 2009（7）： 96-10.

[5] Seth Chaiklin， Jean Lave. Understanding practice： perspectives on activity and context[M]. Cambridge， MA： Cambridge University Press， 1996.

[6] 严莉. 信息技术环境下的学习活动研究[D]. 华中师范大学博士学位论文，2011.

篇3

引言

20世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制电机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对电机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制电机转矩的目的。

在交流电机矢量控制策略中，相电流采样性能是一个重要的指标。在对成本要求高的应用场合，如何低成本地获得好的电流采样性能成为关键问题。

电流检测通常有以下几种方式：（1）电阻采样；（2）霍尔电流传感器；（3）电流互感器。电阻采样通过测量电阻上的压降来计算电流大小，适合于被测电流较小的场合。霍尔电流传感器测量精度高、线性度好、响应快、使用简单，但价格比较昂贵。电流互感器体积较大，造价昂贵，适合于被测电流大的场合。对于小功率的伺服驱动器适合采用电阻采样方式，文章以双电阻电流采样方式[1]展开分析。

1 双电阻相电流的采样原理

双电阻采样方式的典型电路如图1所示，微处理器对某两相电流通过采样电阻进行采样，再根据iu、iv、iw的矢量和为零，即：iu+iv+iw=0的理论推算出第三相电流的值。从采样电阻上获取的电压信号，经过电压偏置和放大[2]后，输入到微处理器的A/D单元。双电阻采样的逻辑如图2所示，电流采样时刻是在三相上桥臂都截止的时刻进行的，因为只有在这个时刻才能保证采样电阻上均有反映该相电流的电流流过，只是此时可能采样得到的电流是续流电流，不过续流电流也可以真实的反映相电流的值。由此可见，双电阻采样方法也可以实现三相定子电流的重构。

根据以上分析，双电阻采样方法可以实现三相定子电流的重构，不过由图2可见该方案也存在电流采样盲区问题，就是当电流采样相为电压最大相时，如果该相占空比比较高的时候，电流可采样的区间（电压最大相下桥臂开通区间）就变得狭窄，考虑到IGBT刚切换时会有比较大的电流震荡的问题，使得电流采样误差比较大。目前解决的办法是限制电压最大占空比，通用限制在95%以下。这里采样电阻的选取很关键，负载一定时，如果采样电阻的阻值小，则压降小，在电机回路中不会产生很大的影响；如果采样电阻的阻值过大，会引起电压损耗，减小能量效率，且较大的阻值还会使负载电压发生偏移，产生电磁干扰，产生系统对噪声敏感等问题；此外选取采样电阻时，还要考虑电阻的稳定性能和阻值误差[3]。

2 相电流的滤波

由于永磁同步电机的宽范围调速及高速特性，在电机设计时不易获得理想的正弦气隙磁场[4]，同时电力电子装置的非线性特性，导致在系统控制时采样的相电流含有不规则的高次谐波和随机干扰。再加上电流采样电路的稳定性及A/D转换单元偏差的存在，更是加大了实际采样到的电流波动。另外，在系统电路中采用的开关电源、大功率电磁铁等电路，可能还会引起很大干扰。

可见，永磁同步电动机相电流中，含有各种高次、随机的谐波。其中包含PWM斩波引起的高频谐波，有因电机非正弦反电势引起的低次谐波，还有电力电子线路因干扰出现的随机脉冲。因此，在系统控制中，需要采用不同的硬件和数字滤波方法。硬件滤波是在电流采样电路上增加LC滤波电路，用于去除逆变器的功率开关斩波引起的干扰。软件滤波用于去除随时脉冲干扰和由低次谐波引起的噪声。

采用550W伺服驱动器（载波频率16KHz），配4极15槽永磁同步电机进行测试。在3500rpm轻负载下，用示波器分时测得U、V相电流如图3所示，相电流波形除了由于斩波引起的高次谐波外，还由于电机反电势、齿槽等影响，使相电流呈现的不是正弦波。

从处理器A/D转换后，获取的相电流数值如图4所示，相电流又增加了由于A/D电路引起的随机电流尖峰。

2.1 程序判断滤波

对于随机电流尖峰，通常采用限幅滤波法或限速滤波法[5]来实现消除。电机相电流是个动态的信号，既要考虑采样值的实时性，又要顾及采样值的连续性。文章实际采用如下滤波算法：设顺序采样时刻t1，t2，t3的采样值分别为Y（1），Y（2），Y（3），ΔY1和ΔY2为根据现场情况确定的门限值，其中ΔY1

采用程序判断滤波后，消除了随机的电流尖峰，如图5所示。

2.2 算术平均值法

图5所示的相电流波形中还存在着低次谐波，由于它在时间域的频率是不确定的，这里采用平均值滤波法[7]来处理，具体算法如式（2）所示。

算术平均值法对信号的平滑滤波程度完全取决于n。

当n较大时，平滑度高，但灵敏度低，即外界信号的变化对测量计算结果Y的影响小；当n较小时，平滑度低，但灵敏度高。电机相电流是个动态的信号，应视具体情况选取n。采用算术平均值法滤波后，消除了图5波形中的大部分低次谐波，如图6所示。经过两次滤波后，相电流的波形得到了显著的优化。

3 系统的实验结果

采用上述550W伺服驱动器和电机，在测功机上进行相电流滤波前后的对比测试，结果如下：（1）电机3500rpm恒速运行，测功机不加载时：控制器输入功率由滤波前的73.47W下降到滤波后的55.01W。（2）电机3500rpm恒速运行，测功机加1.3Nm扭矩进行定点测试时：控制器的效率由滤波前的81.35%上升到滤波后的82.51%。

由上述结果可以看出，采用了相电流滤波的伺服系统，减少了功耗，提升了系统的效率。

4 结束语

由以上分析及实验结果可以看出，在采用双电阻相电流采样的伺服控制系统中，通过复合数字滤波方法能够将由PWM斩波引起的高频谐波、电机非正弦反电势引起的低次谐波、电力电子线路因干扰出现的随机脉冲等因素引起的相电流噪声得到有效的抑制，提高了电机运行的平稳性，有效改善了系统的效率。

参考文献

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[4]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京：机械工业出版社，2005.

[5]任克强，刘晖.微机控制系统的数字滤波算法[J].现代电子技术，2003，146（3）：15-18.

[6]牛余朋，成曙.单片机数字滤波算法研究[J].中国测试技术，2005，31（6）：97-99.

[7]宋寿鹏.数字滤波器设计及工程应用[M].江苏：江苏大学出版社，2009.

[8]王晓明.电动机的DSC控制――微芯公司dsPIC应用[M].北京： 北京航空航天大学出版社，2009.

篇4

作者简介：郭晓琴（1972-），女，河南南阳人，郑州航空工业管理学院机电工程学院副院长，副教授；王金凤（1963-），女，河南祁县人，郑州航空工业管理学院电子通讯系主任，教授。（河南 郑州 450015）

基金项目：本文系教育部2011年人文社会科学研究（项目编号：11JDGC018）、2012年度河南省高等教育教学改革研究项目（项目编号：219）、郑州航空工业管理学院2011年教育科学研究项目（项目编号：zhjy11-23）的研究成果。

中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）05-0107-02

创新是人类社会发展的不竭动力。国家教育事业发展“十二五”规划明确指出“高等学校成为国家知识创新、技术创新、国防科技创新、区域创新的重要基地”。[1]建设创新型国家，培养创新型人才，现已成为高等教育的重中之重。建国以来，高校培养了大量理工类专业人才，为我国工业发展做出了巨大贡献。但学生创新思维、创新能力和实践能力培养上的不足仍是我国高等教育尚未解决好的关键问题。深化教育改革、培养创新型人才已经成为高等教育发展的迫切需要，很多高校都进行了创新实践方面的研究与探索。[2-6]随着高等教育规模的扩大，探索一般性本科院校创新人才培养模式已经成为教育教学改革的重点。

一、围绕专业培养目标，构建创新教育课程体系，突出实践教学

正确定位人才培养目标是一个专业办学的基本立足点。对郑州航空工业管理学院材料成型与控制工程专业人才培养目标的定位是：培养德、智、体、美全面发展，适应社会主义市场经济需要，具备材料成型及控制学科、机械学科及计算机学科有关的基础理论知识与应用能力，能够从事材料科学研究与材料成型应用领域工作，具有创新意识的复合型应用人才。

培养方案坚持以创新教育为核心，建立适于创新教育的课程体系，在注重基础知识和专业技能培养的同时，着力加强学生创新意识与创新能力的培养，并注重高新技术与工程创新教育相融合。在培养方案制订中，应遵循“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的教育理念，坚持突出“注重基础，强化实践，鼓励创新”的培养模式。课程体系包括公共基础课、学科基础课、专业课、专业选修课和拓展选修课等模块。在课程体系中应注重文理渗透，拓宽基础，淡化专业，力求打造更宽阔的材料类专业人才培养平台。在课程设置方面，强化专业基础教育，加强公共基础、机械基础、物理化学等基础性教学，为培养创新人才奠定了坚实的基础；同时通过专业课程整合，加强了工程类课程，如“复合材料”、“功能材料”等；选修课也与机电类专业部分打通，开设了“自动控制原理”、“机械制造技术”、“计算机辅助设计”等课程，拓宽了专业面，体现了多学科交叉融合。

创新来源于实践，实践是创新的不竭动力。强调创新教育，必须突出实践教学。在实践教学方面，建立了“三层次九模块”的实践教学体系（见表1），从“基础-专业-综合”三个层次培养学生的实践创新能力，大学四年实践教学不断线。大一新生通过专业导论和认识实习进行专业认知教育。大二学生提前进入实验室参与科研项目；通过课程和实验内容的整合，按照培养目标将原有专业基础课和专业课的教学实验进行分类、归纳、删减和更新，将部分实验从专业课程中分离出来，设置成不同的实验模块，独立设置实验课程；在巩固基础实践和专业实践的基础上，增设了为期2周的综合实验与制作，让学生自己选择实验课题，题目一般来源于生产中的技术问题或是教师科研中的部分研究内容，制定实验方案，完成对某材料从制备加工成型性能检测数据分析的全过程实验；开设创新设计实验、大学生第二课堂和创新学分系列活动，鼓励学生参与各种大赛，调动学生参与创新活动的积极性，让学生结合自己兴趣，自主选择指导教师，参与科研项目，结合毕业设计，在教师的指导下相对独立地完成某个专题的研究。上述实践课程的开设，其目的是使学生能早期进入科学研究，在材料设计、实验方案制定、材料成型与加工、性能检测、数据整理与分析、撰写论文等方面得到全方位的实战训练，掌握正确的实验设计方法和科学研究方法，强化实验技术和技能，突出对学生创新意识和创新能力及工程素质的综合培养，全面提升学生的实践能力和创新能力。

二、科研团队和实验室平台建设

科研团队建设是高校学科建设的核心，团队的层次和数量代表着高校的学术地位、创新能力和对社会经济发展的贡献率与影响力，也直接代表着师资水准与教学质量。通过自然形成和有效整合，加强科研团队建设，打造一支代表学科特色和核心竞争力的以杰出或优秀人才为学术带头人的创新团队或学术梯队。郑州航空工业管理学院现有2个省科技创新团队、1个省科技创新杰出人才计划和2个郑州市科技创新团队，拥有以中青年专家、学者为主的高水平学科（学术）带头人队伍，以博士、高级职称人员组成的团队骨干，形成了以相应学科带头人为核心的具有稳定研究方向、结构合理的学科梯队，师资知识结构不仅包括金属材料、粉末冶金、无机非金属材料、有机高分子材料、生物材料、材料加工、材料物理、材料化学和凝聚态物理等，还包括机械制造、机械电子、自动化等领域。强大的师资力量积极参与到教改及创新活动之中，为大学生创新教育提供了丰富的智力资源，能够及时将科研、产业成果转化为教学设施服务于教学，优化实验项目，革新实验内容，以高水平科学研究促进实验教学内容和教学方法的时效性、前沿性和科学性。

实验室是实践教学的主要场地，加强实验室建设是创新人才培养的关键。在人才培养总体思路和方针的指导下，应注重创新实践环境和条件的建设，使之更好地服务于本科教学。为培养学生综合设计与创新能力，设立了力学性能室、注塑成型实验室、扫描电镜室、X射线衍射室等16个实验室，专门建设了大学生创新设计室、大学生创新制作室等一批能够启发创新思维、拓展创新空间和开展创新实践的实验室。以郑州航空工业管理学院为例，学院现有“材料工程”省级实验教学示范中心、“陶瓷材料界面”省级工程实验室、“航空材料与先进工程技术”省重点实验室培育基地、“航空复合材料”市重点实验室，并拥有场发射扫描电镜、热分析仪、激光快速成型设备、ARAMIS应变测量系统等先进仪器设备，设备总值1800多万元，实验室面积2400多平方米，一次可容纳600余名本科生参与科研和实践。师生依托实验室硬件平台，以开放实验项目、各类创新竞赛活动、综合性实验、综合性设计与制作、毕业设计等实践教学环节为载体，推动创新人才培养。实验室除承担本校学生实验实践教学之外，同时对其他高校、科研院所和产学研联合体开放，共同指导学生创新实验和开放实验，注重资源整合，实现资源共享，努力打造全省高校及相关单位实验大平台。

三、取得的成效

自2005年材料成型与控制工程专业招生以来，经过7年的探索与实践，进一步明确了材料成型与控制工程专业的培养目标，实践教学体系逐步完善，在学生创新能力、综合能力培养方面取得了一定的成效。

2008～2012年，大学生多篇，获各种大学生科技活动奖20余项，其中包括全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖、全国大学生先进图形技能与创新大赛一等奖、“挑战杯”课外学术科技作品和大学生创业计划等奖项。3年来毕业生一次就业率均达到95%以上，根据毕业生跟踪调查的结果，用人单位普遍反映学生“综合素质良好，动手能力强，能较快适应工作岗位的需要”，大多数学生在较短时期内已成为单位的业务骨干。历届毕业生有25%以上考取了本专业或相关专业的研究生，大部分是重点大学，其中50%以上的学生反馈在研究生复试过程中学校的创新实践教育使之受益匪浅，并且后续的研究生学习阶段在实验设备操作、科研思路和学科前沿了解等方面表现出色，受到导师的好评。

四、进一步发展思路

首先，进一步加大学术交流与合作办学的力度。鼓励和支持科技交流、合作研究和合作办学等工作，加大校校合作和校企合作，通过“请进来、走出去”的方式，积极引进国内外优质教育资源，为创新教育搭建更大的平台。

其次，进一步改进教学方法，不断探索体现“以学生为主体”的创新能力培养模式。在当前大部分教学过程中，以知识传授为主导的教学方法并未根本改变，以教师为主导的方式在一定程度上制约了学生的学习主动性及创新能力的发挥。因此改革教学方法，营造出以学生为主的实践创新环境，探索符合国内一般院校实际情况的实践性教学方法是创新人才培养的重要保障。

参考文献：

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发动机的换气过程直接影响发动机的性能。良好的配气机构不仅要求气门开启有尽可能大的时面值，而且要求其配气正时在任何情况下都能使发动机性能最佳。在设计中，配气机构的布置与发动机整体结构布置密切相关，要达到总体设计要求，布置紧凑，协调合理。同时提高进、排气工作性能与改善机构动力学特性常常是设计中的主要矛盾。对配气机构进行有效的分析研究，不仅能有效防止机械故障的产生．而且有利于维修方式从定期维修向“以可靠性为中心”的视情维修发展．控制维护成本，提高经济效益。

一、 国内外对配气机构研究状况

配气机构是发动机的重要组成部分，配气机构的维修特性，直接影响到发动机的经济性、动力性和可靠性，并与发动机的噪音与振动有着直接的关系。配气凸轮、气门，气门弹簧是配气机构的心脏，在配气机构中起着决定性的作用，其维修特性对机构的充气性能和动力性能具有决定性的影响。其维护与使用直接影响发动机的可靠性及维修特性指标。这些指标不仅包括动力性、经济性，也包括运转性能，如发动机的振动、噪声及排放指标。此外，它对发动机的耐久性和可靠性也会产生直接影响。因此，研究发动机的配气机构维修特性，对发动机的发展格外重要。随着现代航空活塞发动机技术的迅猛发展，发动机转速和功率逐渐要求更加安全可靠，配气机构各零件的负荷不断增加，这种由于构件本身弹性所导致的工作异常机械论文，很可能使配气机构正常工作遭到严重破坏，直到发动机不能正常运转。只有在知道了气门及其驱动零件的真实运动和载荷变化情况后，才能对其工作条件和日常维护做出正确结论。

人类对配气凸轮机构的使用要追溯到18世纪，直到19世纪末，对凸轮机构还未曾有过具有详细历史记载的系统研究。随着人类文明的进步和工业化的逐步发展，对高效的自动机械的需求大大增加。特别是在发动机诞生之后，以发动机为动力的机械逐渐增多，大大提高了人们对凸轮机械的重视程度。随着发动机动力机械的逐渐普及和发展，发动机配气机构的特性对工作性能的影响逐步被认识期刊网。在20世纪40年代以后，由于发动机转速增加，配气凸轮乃至配气机构引起的故障日益增多，人们开始对配气机构的深入研究。研究的方法也从经验性的设计过渡到有理论依据的运动学与动力学的分析研究随着技术的发展，计算机辅助设计和辅助制造技术也逐步得到了应用。目前，配气凸轮机构设计己广泛采用各种专用软件借助计算机来完成，用数控机床完成加工。气门和气门座在工作中承受极高的机械负荷、热负荷及腐蚀性气体的冲刷，状态极为不良，因而在工作中磨损比较严重，常造成气门下沉，燃烧室的有害容积增大，使发动机性能变坏，严重时气门一气门座的密封作用失效，影响发动机的正常工作和大修期，因此在发动机配气机构设计中应给予足够的重视。气门和气门座处于燃烧室和气道之间，由于缺乏有效的油供应，在气门工作表面上不可能形成油膜，从而使摩擦运动产生严重的磨损作用。通过对配气机构的动态模拟可以知道各零件的真实运动情况和载荷变化规律;通过对气门副破坏方式的分析与研究，找出其规律，以便对气门副材料的选取、表面加工，以及对配气机构的优化和配气间隙的调整提供更为有效的理论依据和实践经验。这样既研究了配气机构整体性又研究了配气机构的薄弱环节。

二、配气机构维修诊断特性现状

随着发动机新品种的不断出现和新技术新产品的引进，配气机构经常出现这样或那样的问题，据英国发动机工程师和用户协会提供的发动机停机故障表明，造成发动机停机故障的各种原因中，配气机构的故障在发动机的故障中占有比例达11.9%。它也日益引起从事发动机生产、研究和有关教学方面的重视。目前国内外对于配气机构的零星报导不少，但完整的资料或书刊却未见到。航空配气系统故障的原因往往是多方面的，而故障的发展也受多方面因素的影响。因此，航空的配气系统故障诊断技术应是针对整个系统的综合诊断。现在已经投入实用的故障监测与诊断系统大多功能单一，系统化、智能化水平低，诊断准确度不高。目前与汽车及船用活塞发动机比较，使用在航空上的活塞发动机较少使用电子控制装置，在使用过程中测量的参数也较少，维护检修主要依靠维护人员的经验和维护手册提供的排故程序。根据这种情况，航空活塞发动机的配气系统故障诊断可以利用人工智能结合排故手册和经验丰富的维护人员的排故经验开发采用基于故障树的故障诊断系统，用于日常维护中故障的快速准确的排除。由于发动机自身的工作原理，凸轮与挺柱之间、气门与气门座圈之间不可避免的存在碰撞作用，配气机构工作条件十分恶劣;而且机械论文，随着发动机转速不断提提高，配气机构各零件的负荷不断增加，这种由于构件本身弹性所导致的工作异常，很可能使配气机构正常工作遭到严重破坏，例如:凸轮与挺柱之间、气门与气门座圈之间的早期磨损;而且凸轮与挺柱之间的磨损将导致噪声增加，甚至影响换气性能;同时气门与气门座圈过早的磨损现象，会造成气门强度降低，进一步发生气门掉头，气门头与活塞运动干涉产生撞击，最终导致发动机故障。利用试车台测试的大量参数，采集发动机的各种具有某些特征的动态信息，并对这些信息进行各种分析和处理、区分、识别并确认其异常表现，预测其发展趋势及潜在的故障，查明其产生原因、发生部位和严重程度，提出针对性的维修措施和处理方法。

航空使用及维修性能指标主要是依据动力性、经济性和废气排放指标。动力性指标主要以输出的有效功率表示，经济性指标主要用燃油消耗率表示，废气排放量指标主要用C0，HC.NO、和碳粒表示。配气机构是的主要组成部分.在各种配气机构中，其主要零件都包括为气门组和气门驱动组。气门组包括气门座、气门、气门导管、气门弹簧及座和锁瓣等，其主要功用是维持气门的关闭。气门驱动组是指从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件，包括凸轮轴，气门挺杆，推杆和摇臂等，其主要功用是定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和气门间隙。配气机构的主要作用是按照每个气缸的作功顺序，按时打开和关闭各气缸进气门和排气门，以保证各气缸及时吸入清洁空气和排出废气;同时在压缩和作功行程中维持燃烧室的密封，保证正常工作。实践表明，航空功率下降、排气冒黑烟、燃料消耗率增加等问题均与配气机构的技术状态紧密相关。而配气相位和气门间隙是配气机构技术状态的主要方面，对的工作可靠性能影响极大。由于的转速较高，活塞每一行程所经历的时间极短，如Lycoming四冲程转速20O0r/min时，一个行程时间只有0.01，再加上气门开启有一个过程，气门全开的时间就更短，在这样短的时间内，要使进气充足、排气干净是比较困难的，为了增加气门开启和时间断面，并充分利用气流的流动惯性以及减少换气过程的损失，从而改善换气质量，提高充气系数，的进气门和排气门都要“早开晚关”，即进气门要在活塞位于上止点前便提前打开，而推迟到下止点后再关闭;排气门都是在活塞移动到下止点前便提前打开，而推迟到上止点后才关闭。表示进、排气门开始开启和关闭终了时刻及其持续过程的曲轴转角机械论文，称为配气相位。它是设计单位经过反复实验而确定的，虽然近年来己可采用计算分析的方法来选择最佳的配气相位，然后经实验验证，但大多数配气相位仍是经过试验确定的。不同型号发动机的，因结构参数不同，配气相位也不同。正确的配气相位应能满足下列要求:(l)良好的充气系数，以保证的动力性;(2)合对于上磨损故障，国内外的科研工作者已经进行了长期的研究与探索，取得了一定成果。其中，对于滑油零部件的磨损故障，已经形成了较为成熟的监测与诊断技术体系；而对于气路磨损故障，尚未形成很有效的解决方法。适的充气系数特性，以适应发动机扭矩特性的要求;(3)较小的换气损失，以改善的经济性;(4)必要的燃烧室热气，适当的排气温度，以降低受热零件的热负荷，保证运转的可靠性。由上可见，正确的配气相位是保证气缸内有足够的空气充量，以保证燃油的完全燃烧，使发动机有良好的动力性、经济性和废气排放为目的。发动机工作时，气门实际开闭的时刻是由凸轮的形状和配气机构各零件的正确装配保证的。在使用和维修过程中，由于零部件制造偏差、使用过程产生的磨损偏差及修理装配过程各种工艺误差等，一般都不同程度地改变了原规定的配气相位值，如气门间隙调整过小或凸轮外形加工太肥，使气门早开晚关，气门开启延续时间过长期刊网。配气相位误差将导致的动力性下降、经济性变坏及排放恶化。相位差很大时，根本不能起动:严重时造成气门和活塞碰撞，气门杆顶弯、凸轮轴变形及打坏活塞。有资料显示，某系列发动机因配气相位的误差使最大功率下降13%，最大扭矩下降11%，最低燃油消耗率增加19%。我院Lycoming发动机气门的结构形式为顶置式和。气门间隙是指气门处于关闭状态时，气门尾端与摇臂之间留有的一定间隙值。气门间隙的作用是保证气门、推杆等传动杆件受热膨胀时留有余地，当气门在关闭时与气门座紧密贴合，这对发动机是一个非常重要的因素，对其正常工作有很大影响。发动机在使用过程中，由于配气机构某些零件的磨损和紧固件的松动，气门间隙会发生变化，气门间隙过大会使气门迟开早闭，缩短开放时间，减小开启高度，造成气缸内进气不足，废气排放不彻底，燃烧的准备条件变坏，燃烧不完全，发动机的动力性下降机械论文，起动困难，怠速时发出“哒、哒、哒”气门敲击声。随发动机转速的升高噪声也随之增大，单缸断火试验时声响不变。若气门间隙过小或没有(液压式配气机构除外)，当气门及传动杆件受热膨胀后气门杆端抵触摇臂，使气门关闭不严发生漏气，造成气缸压缩压力降低、气门与气门座容易烧损，使发动机起动困难，动力性和经济性下降，排放污染增加。

三、配气机构研究技术的发展趋势

对于专门用于发动机的配气机构的研究，一直是该领域的研究前沿。研究

摘要进一步了解配气机构各零件的真实运动情况，气门弹簧的颤振和高次振型时配气机构的异常振动，从而明确机构中的薄弱环节，单质量模型则无能为力。因而随后出现了多质量动力学模型。根据使用者目的的不同，有三质量、四质量、五质量，以至更多质量的模型。多质量动力学模型的建立、参数的确定、方程的求解等虽然较困难，但它可以分析传动链中的各零件的真实运动规律以及对整个机构的影响，并能计算出气门内、外弹簧圈的大致振动情况，使模拟值更接近实际情况，故近年来多质量模型的应用远比单质量模型的应用广泛。为了进一步提高配气机构动力学模拟精度，有人采用变刚度、变摇臂比进行多质量模型的模拟计算。当然其模拟精度又有一定程度的提高，多质量动力学模型也得到了进一步的发展和完善

四、目前在配气机构维修特性方面存在的不足：

课题的难点是收集数据是一项艰难复杂的工作，本身发动机结构复杂，引起失效的原因也复杂。维修特性技术在航空活塞发动机中应用理论体系不完整。磨损机理分析采集数据多为实验得，对于实际使用中以参数变化收据不足。

参考文献

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现代机械制造所需要的大量数控技术人才主要来自相关专业的大中专院校及培训机构。为满足实践性教学培训的需求，需要建立专门的机加工实训基地投人大量的数控设备及场地，其成本非常高昂；并且学生在操作初学阶段，非常容易发生刀具与工件、夹具 、机床的干涉和碰撞现象，既造成 了易耗品的浪费，又使实训教师劳动强度加大，造成人力的浪费。因此 ，某职业技术学院对数控初学阶段的学生首先安排在数控仿真室进 行学习，然后再采 用虚拟现实(Virtual Reality，vn)技术实行课堂、实习指导一体化化教学。VR技术主要利用计算机对机械制造的作业环境、过程进行完全可视化模拟 ，评价各个焦点对象 (机床、待加工件、刀具等 )的运动 ；然后通过数据线将 G代码传输到实际机床 ，使传统的 VR技术与现实场景结合起来 ，形成 “虚拟 +现实”的模式。

图 1为 “虚拟 +现实”示意图。作者仅从计算机虚拟动画技术来模拟实际的铣削加工。

1 典型零件结构和 CAXA软件数控仿真加工

1．1 典型零件结构

图2所示为数控铣削加工零件。该零件长度为120mm，宽度为 100mm，厚度为 20mm，除了需要加工上面的成型面外，还要加工两个深孔，采用的毛坯材料为45钢。

1．2 零件的数控模拟仿真

数控机床通过零件程序对其加工过程进行控制零件程序的正确与否直接决定加工质量和效率的高低，而且不正确的加工程序还会导致生产事故。零件程序的检验方法有几种。方法之一是在正式加工前让机床空运行，空运行只能对机床运动是否正确即有无干涉碰撞作粗略的估计；而若用实物试切的方法，则可对加工过程是否正常及加工结果是否满足要求作出较准确的判断。但试切是一项费时且昂贵的工作，其效率很低而且需要增加生产成本，此外试切过程的安全性也得不到保障。在计算机上利用三维图形技术对数控加工过程进行模拟仿真，可以快速、安全和有效地对NC程序迅速进行修改，免除反复试切过程，降低材料消耗和生产成本，提高工作效率。因此，数控加工过程中的计算机仿真是 NC程序高效、安全和有效的检验方法。

1．2．1

CAM软件生成刀具轨迹，输出 NC程序代码

毛坯是用来选择刀具、确定切削用量和计算粗加工刀具轨迹的重要依据。在完成零件造型设计之后，选择加工定义毛坯命令，弹出定义毛坯对话框，在毛坯定义中选择参照模型方式，则毛坯尺寸调整 为120mm×100mm X 20mm，如图 3所示。首先选择等高线加工的加工方式。然后设置软件要求的一些参数，诸如加工边界、刀具参数、走刀方式、切削用量参数等，再由编程人员在屏幕上拾取要加工的实体边界，最后由 CAM软件自动生成刀具加工轨迹，如图4所示，再经后置处理，生成 NC程序代码，NC程序代码如图5所示。

1．2．2 CAM软件三维加工仿真

CAM软件自动生成 NC程序代码之后，软件要进行语法检错与译码，转换成仿真模块所接受的格式，然后刀具轨迹计算模块计算刀具轨迹，驱动软件实现仿真运动。同时控制刀具沿轨迹走刀，对毛坯切削的动态图像显示过程进行全方位的模拟仿真，如图6所示 ，并对代码进行反读校验。仿真过程可以随意放大、缩小和旋转，便于观察 细节；可 以调节仿真速度；能显示多道加工轨迹的加工结果；仿真过程中可以检查刀柄 干涉 、快速移动过程(G00)中的干涉、刀具无切削刃部分的干涉情况；可以将切削余量用不同颜色 区分表示，并把切削仿真结果与零件理论形状进行比较。灵活、强大的加工仿真将加工的风险降为最低。

2 VNUC软件中的数控仿真加工

在数控加工实训教学中，有很多问题需要解决，诸如实训设备少，学生多，设备无法分配；实训教学的安全问题；教师在实训教学中的劳动强度太，神经高度紧张等。为了解决这些问题，在实训初级阶段，建议在数控仿真软件上进行操作练习。

VNUC数控加工仿真软件是利用计算机虚拟动画技术来模拟实际机床的加工过程，用它验证数控加工程序的可靠性，预测切削过程的正确性，减少工件的试切，提高生产效率。VNUC数控加工仿真软件是让学生在操作真正机床前先充分掌握安装了不同类型数控系统的加工仿真操作，同时通过仿真演示积累一定的数控加工操作经验，用起来形象、科学、安全、经济。

选择华中世纪星数控铣床，安装毛坯和刀具，进行机床回零操作，然后进行对刀，并把刀具偏置值输入到 G54坐标系中，最后把 CAXA生成的 NC代码加载到 VNUC数控加工仿真软件里，这时选择 自动加工方式，再循环启动就可以进行仿真加工了。图7为在VNUC数控加工仿真软件里进行仿真加工。然后把NC程序代码通过工厂的局域网送到车间进行实际加工，加工之前再校验 G代码功能，看一下加工代码的轨迹形状，做到加工之前心 中有数。这样就形成“虚拟 +现实”的仿真模式，将虚拟的机床运动与实际的数控操作融为一体。

3 结束语

“虚拟 +现实”的仿真模式弥补了仅 CAM软件仿真的不足，将虚拟的机床运动与实际的数控操作融为一体，可使用户既掌握数控机床加工的基本原理，又掌握数控系统操作的基本技能。因此，“虚拟 +现实”的仿真模式是以计算机虚拟机床代替真实机床，可以减少培训成本，保证培训质量。具有强大的生命力和广阔的发展前途。

参考文献

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1.引言

在工业化时代，大规模机械电气设备的使用让社会生产效率大幅度的增加，但与此同时，机械设备故障也频繁发生，延误生产时机。所谓故障，是指机械系统偏离正常功能，造成设备基本功能不能保证。最初故障诊断是依赖人员的个人经验及简单检测仪器，随着电工电子、传感器、信号分析、计算机等技术的发展，对发生的故障，除要求设备管理人员具备掌握一定的机械专业技术、还要有电气、计算机等专业知识。这对于依赖于个人知识储备在故障面前显得杯水车薪，特别是高技术含量进口机械设备故障如民航发动机故障，我们有时候却无能无力而不得不依赖外国专家指导。这样在计算机网络的发展下，基于WEB的远程故障诊断分析由此而产生。

远程故障诊断可提高复杂机械电气设备的维护和诊断，实现对分设备和关键部件进行分散集中式监视、诊断和管理。不仅提高了设备的管理效率，降低了维护费用，还提高了故障诊断的水平和快速性，也有利于资源共享。

2.监控诊断系统

监测与诊断主要是根据快变信号、缓变信号以及开关量信号的变化，运用通频和分频振幅值等多种方法来判断机组是否正常运行。

系统需有多种采集卡，包括振动信号采集卡、转速采集卡、温度压力流量采集卡以及报警信号采集卡。还需要有相应的信号变换和调理电路。各种参量的获取是通过振动、温度、压力、转速等测量传感器实时获取机组工作状态信息。然后将各种信号通过信号分析处理方法通过PC总线和计算机显示出来，实现各种工况的实时显示。再到更高层次就是利用智能诊断系统对监测的数据进行分析和模态识别，利用逻辑推理和数值分析方法相结合的方式，利用专家知识和固有原始数据进行分析和比较，得出诊断结论，以上过程可用下图结构表示。

图1 监控诊断系统组成框图

3.远程故障诊断地应用

远程故障诊断是一门实用性强的技术，它在工业、医疗、石油、航空等各个方面都有广泛地推广和使用。

利用INTERNET技术，FANUC的数控机床采用了C/S的架构设计，这其中包括了服务器和客户端。运用SQLSERVER 2008可以创建数据库，利用TCP/IP协议可以建立通讯链路，利用柔性制造系统可以对机床故障诊断分类，利用电脑分发出诊断号、参数号，进行PMC接口诊断。也有的专家独辟蹊径，将远程故障诊断在数控装置的应用划分成了四个模块，即信息检索模块、智能诊断模块、网络会诊模块、远程检测模块。信息检索模块主要是利用专家系统人工或者机器进行检索，智能诊断模块主要应用对检测信号进行分析，再利用与此类似的远程数控设备监控诊断系统是由CNC、现场监控工况机，数据存储服务器、WEB服务器及远程监控与诊断系统中心等组成。杨贤等介绍了一种监控软件，HOMS监控软件是以状态监测为基础，最优检修决策为目的的。它的体系架构为状态监测系统，厂级诊断中心，企业级决策中心。

在汽车行业，常用的维修检测设备是从电喷车解码器、手持式故障诊断仪慢慢发展到行业中比较流行的离线PC式汽车故障诊断仪。现在又有新的趋势了，颜伏伍、曹恺等研究了基于智能手机的汽车远程故障诊断。他们发现一些手持式诊断设备存在携带不方便、缺乏维修指导并且诊断效率低下等情况，利用ARM公司推出的开发复杂应用程序的RVDS（Realview Development Suite）开发工具设计实现了读清故障码、读冻结帧、读数据流等，另外还具有远程交互能力和方便专家进行远程辅助诊断等功能。

在石油与矿山机械领域，王峰、路小琪研究了基于物联网的矿井提升机感知系统设计。所谓物联网就是通过二维码识别设备、射频识别装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。在这种技术环境下，提升机控制系统通过传感器、检测设备以及安装在系统中的无线传感器等关于该设备的运行状态经过以太网传递至调度室。在长输油气管道中，实现输油泵在online状态下监测最好是使用在线故障诊断软件，可是几乎所有的都是通过安装在设备商的各种监测仪表，然后通过网络上传到SCADA系统上进行数据分析处理、多线程进行管理。可以达到实时监控状态，准确地找到故障报警。在钻机的在线检测中，从万生、张鹏飞、林智敏、于辉等人在石油机械杂志上研究了利用国际上最先进的remote数据与图像监测处理技术，采用移动通信卫星实现了远程数据及视频传输的功能，利用这些专有技术实现了数据的网间共享以及信息捕捉等功能。在压缩机的故障诊断与监控上，吴文莉采用了嵌入式CPU和无线通讯GPRS发送模块如远程数据传输单元DTU组成。在对铁路设备的诊断系统设计中，李桂林发表在《自动化与仪器仪表》上论述了采用计算机网络、数据库技术和故障诊断技术，一定程度上提高了列车的运行效率和保障了行车安全。

另外，Deb.S，Domagala.C，Gho-shal，Alena.R在《The international society for optical Engineering》利用美国Qualtech的软件开发了一种基于上述系统判断的远程诊断服务器，建立了远程检测空间服务站的模型。我国叶文君等利用基于模型和信号处理的方法对空调系统的故障诊断和检测进行了分析和总结。在机器人焊接方面，由星云焊接公司研制的Nebula型焊机，它可以通过互联网实现远程故障诊断、远程检测，还可以将数字电视技术应用在它上面。

4.结语

文章简要介绍了故障诊断系统的组成和基本原理，肯定了基于WEB故障诊断系统的作用，并且介绍了监控检测系统的组成以及远程故障诊断在各行各业的应用。基于WEB的故障诊断技术发展已有多年了，相关技术已经日趋成熟，对于远程故障诊断的前景可能会在对故障位置精确性确定、故障时间准确性预测、检测故障地点的精密化等方向发展。

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中图分类号：G40-059.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）20-0046-02

沈阳航空航天大学（SAU）和美国密西西比州立大学（MSU）在联合培养学生、交流访问学者和科研合作方面建立了良好的合作P系。笔者在密西西比州立大学工程学院学习期间了解了该校和其他一些院校机械工程专业的课程设置和部分重点课程的授课安排，与我校机电工程学院机械工程专业的课程体系进行对比分析，从发达国家的课程体系设置得到启示，对合理配置我校机械工程专业课程结构提出改进建议。

一、比较与分析

（一）总体培养计划

两校的本科学制为四学年八学期，都采用学分制，课程设置包括公共基础课程、专业基础课程、专业课程和选修课程等。密西西比州立大学机械工程专业总学分为128学分（笔者同时调查了美国其他一些高校如普度大学、卡内基梅隆大学、威斯康辛大学、密舒里大学等高校，学分设置都在120―130学分），每学分学时数为16学时。我校机械工程专业总学分为200学分，一些课程或教学环节，例如军训、军事理论、体育课等，共计12学分，在密西西比州立大学和其他国外大学的课程表中并未发现，略去这些课程，总学分为188学分。

我校课程设置在英语、政治、专业课程、课程设计、毕业设计和生产实习较MSU安排多，MSU在力学方面的课程较多。两校都重视数学课程，我校在大学刚开始连续三学期都开设有数学课程，但没有很好地建立培养学生数学、力学、设计能力的有效课程体系，缺乏工程模型和计算方面的应用数学知识和实践，以至于学生不清楚对数学知识如何应用。密西西比州立大学重视数学知识的应用，内容由基础数学知识及工程简单模型应用，到工程学科中的数学技术方法和计算，直至工程数学及其在机械、化工、环境等领域的应用。

（二）课程设置

1.母语写作技能。在密西西比州立大学的课程设置中，英语写作、科技写作课程12学分，占总学分的9.4%，是学生写学术论文和作学术报告的基本要求，笔者同时调查了卡内基梅隆大学、威斯康辛大学、密舒里大学等高校课程设置中的母语写作和表达都占有一定的学分。由于国内现在对英语课程的普遍重视，对英语学习和写作技能较为重视，而对于汉语写作类课程没有安排，在母语类课程的设置上存在欠缺。

2.力学知识。美国大学重视力学知识，课程设置中除了包括工程静力学、工程动力学、材料力学等力学课程，还设置了热力学、流体力学及传热学等课程共12学分，占总学分的9.4%。我校机械工程专业力学课程只开设了理论力学和材料力学课程，关于热力学、流体力学及传热学方面的课程没有涉及到。

3.实践环节。密西西比州立大学没有制定学生到工厂实习环节内容，但很多学生利用暑假时间到工厂去见习或者到学校相关研究实验室去工作，学生在工厂或实验室见习期间，通常还可得到一定的报酬。我校学生有单独的生产实习实践环节，学分为3学分，时间为3周，集中安排学生到相关工厂进行生产实习。

密西西比州立大学没有单独设置课程设计时间和学分，但对机械原理、机械设计、机械工程材料设计、机械系统设计、能源系统设计等课程均有设计课题，设计基本安排在课后进行，集中在第3学年和第4学年。设计课题安排学生分组进行，每组5―6人，要求口头答辩和书面报告。我校课程设计学分单独计算，共计12学分，包括机械原理、机械设计、机械制造工艺学、金属切削刀具及机床构造与设计等课程设计。

（三）考核方式

密西西比州立大学学生考核成绩包括作业、平时测验和期末考试，一些课程还要求学生小组合作项目。国外课程教材内容较多，教师课堂讲解主要内容之后，课后给学生留大量作业，通过作业来加强学生对本课程的学习。对于小组合作项目，要求学生有书面报告和口头陈述，培养学生在完成项目期间的团队合作精神。作业、平时测验和小组合作项目通常占总成绩的60%左右。

二、启示与建议

美国密西西比州立大学开设的普通化学、计算机编程、力学、传热学等基础课，加强了学生对专业课的横向了解，有助于提高学生的科研素养和扩宽学生视野。我校应当加强学生对专业课的深度理解，加强培养学生基础课联系专业课的能力。培养学生应用基础学科知识解决实际工程的能力，使学生具有一定的专业知识和科研素养，面对实际的工作问题能够提出解决问题，在实际的工作学习环境中不断地成长，为学生能够更好地升学深造或尽早地步入工作岗位提供有利的保障。

国内过多的学时数将使学生疲于应付上课和考试，不利于培养学生独立思考的能力和自学能力，并使学生难以对自己感兴趣的知识进一步学习，抑制了其学习的积极性，因此应进一步改变教学方法，适当减少课堂教学时间，课程内容向综合化方向发展，等等。这些措施将为进一步加强学生工程素质的培养、增设部分专题讨论课和提供个性化的培养方案提供时间上的保证。鼓励将行业新知识、新成果、新技术引入主干课程中，拓宽学生的知识面。贯彻先进教育理念，加强各课程间的协调优化。

为保证本科教学的培养质量，势必需要学校加强对平时课堂教学质量的监督，改进传统的考核方式，注重平时的学习情况，调动学生的学习主动性，将学生接受的课堂内容与课后的学习充分结合起来，加深学生对学习内容的理解。同时加大平时的考核力度，细化平时成绩的评定标准，以避免课后作业的抄袭和期末考试突击的现象。

为提升本科教学的质量，工程实践应当培养学生解决问题的能力，应当重视知识与能力的协同。在保证学生掌握一定基础知识的前提下，加强实践环节的深入有助于学生将理论知识与实践相结合，有助于学生把理论知识进行转化和拓展，增强学生解决实际问题的能力。加强实践环节的深入，可以让学生对自己所学专业和从事工作的发展前景有更加深刻的认识，可以增强学生团队合作和与人沟通的能力。同时，在实践过程中，学生不能作为旁观者来进行，要真正融入到实践内容和实践角色中去，只有这样才能达到培养学生综合性工程素质、创新意识和创新能力的目的。

三、结语

通过对美国密西西比州立大学和沈阳航空航天大学课程设置的对比分析，揭示出两个学校在教学理念和培养目标上的差异。美国的高校更看重学生本身的发展和素质的提升，当然也包括专业技能的培养，而我校在相当程度上还停留在专业训练和专业素质上，对全面的关注性不够。美国高校重视母语写作课程的开设和对学生语言表达能力的培养，重视力学和热学等基础课程的开设，这些课程对于学生个人科研素养培养和综合素质的提升必不可少。因此，我们应对美国高校的课程设置和相关背景进行进一步研究，以利于我们有效借鉴、取长补短，追求我们自身课程设置体系的完善。

参考文献：

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1 引言

电子相册也叫做数码相框，是指可以不借助计算机能在LCD 液晶屏上显示图片的一种电子产品。电子相册结合了数字电视技术、数字信号存储技术和LCD液晶显示技术，即将成为最受欢迎的个性化数码产品之一。电子相册继承了相框的温情和数码的时尚，给人类的生活带来了无穷的乐趣。鉴于电子相册广泛的用途，电子相册的开发具有重要的意义和市场价值。虽然目前电子相册还没能普及，但随着数码照相机的普及，电子相册将成为必不可少的配套产品，它也将会成为继电视机、计算机之后人们生活中不可或缺的第三类显示器件！本文提出了一种基于STM32系列单片机 STM32F103RCT6的低功耗、低成本设计方案，该方案电路简单，主要依靠软件实现各项功能。而STM32 更是具有价格低、自身外设丰富、实时性能强、功耗低等特点。因此，进行基于STM32平台的电子相册的设计具有重要的实用价值和理论意义。

2 硬件电路

本系统采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32作为主控制器，外扩SD卡、TFT彩屏以及按键。STM32主控模块：主要用来读取存储模块中的数据，并且驱动LCD显示。液晶显示模块：主要用来显示BMP、JPG等格式的图片。存储模块：主要用来存放BMP、JPG等格式的图片。按键模块：主要用来对图片进行翻页。

2.1 STM32主控模块

本设计选用的STM32系列单片机 STM32F103RCT6 ，该芯片具有256KB闪存、48KB RAM、8个定时器、3个SPI、5个串口、1个FSMC接口以及64个通用IO口。该芯片是基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式处理器，其特点是高性能、低功耗、低成本。基于以上优点，该设计采用此单片机作为主控芯片。

2.2 显示模块

本设计采用2.8英寸TFT-LCD屏作为显示模块，TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器，该显示屏具有亮度好、层次感强、颜色鲜艳、对比度高等特点，在手机、MP4等产品中得到了广泛的应用。该显示屏采用ILI9341作为控制器，采用16位80并口与外部连接，选用触摸屏专用芯片XPT2046，可实现触摸操作。

2.3 存储模块

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，已经被广泛应用于许多电子产品中。例如数码相机、PDA和多媒体播放器等。SD卡体积小、重量轻，但却有容量大、数据传输率快、移动灵活以及安全性高等特点。SD卡只能使用3.3V的输入输出电平，故控制器一定要能够支持3.3V电压。设计中使用SPI模式，在SD卡收到复位信号，同时CS为低电平时启用SPI模式。在SD卡初始化的时候，时钟周期最大不能超过400KHZ。

3 系统的软件设计

该设计通过CPU对SD卡中的BMP、JPG等格式图片进行处理、读取，然后以幻灯片的形式在TFT彩屏上显示出来，并通过按键控制图片的切换。该设计的总体流程图如图1所示。

3.1 SD卡的读取

常用的文件系统有FAT12/16/32等，FAT12管理8M左右的空间， FAT16管理2G的空间， FAT32管理2TB的空间。由于FAT32采用了更小的簇，这样就可以更有效的保存数据，不会造成浪费。通常SD卡上的数据信息由MBR（有的也没有MBR）、DBR、FAT、FDT和数据区5个部分组成。MBR称为主引导记录区， DBR为操作系统引导记录区，FAT称为文件分配表，FDT称为文件根目录表。

SD卡在进行读写操作之前都必须首先对SD卡进行的初始化。初始化SD卡时，SPI的时钟不能太快。在初始化之后，再提高SPI的速率。刚开始要先发送至少74个时钟信号，随后就是写入两个命令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI模式。SD卡的读写操作是通过发送SD卡命令完成的。SPI总线模式支持单块（CMD24）和多块（CMD25）写操作，在需要读取SD卡中的数据时，执行命令字CMD17，首先接收到第一个响应命令字节（0xFE），接着接收到512个字节的SD卡数据，最后接收到2个字节的CRC验证码。

3.2 液晶显示屏的控制

ILI9341液晶控制器的主要使用6个重要的命令：0XD3，是读ID4指令，用于读取LCD控制器的ID；0X36，是存储访问控制指令，可以控制ILI9341存储器的读写方向；0X2A，是列地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认），该指令用于设置横坐标；0X2B，是页地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认），该指令用于设置纵坐标；0X2C，是写GRAM指令，在发送该指令之后，便可以往LCD的GRAM里面写入颜色数据了，该指令支持连续写；0X2E，是读GRAM指令，用于读取ILI9341的显存（GRAM）。

3.3 图片解码

我们常用的图片格式有很多，最常用的有三种：JPEG（或JPG）、BMP和GIF。其中JPEG（或JPG）和BMP是静态图片，而GIF则是可以实现动态图片。

BMP（全称Bitmap）是Window操作系统中的标准图像文件格式。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，故此，BMP图片文件占用的空间较大，但是没有失真。BMP格式文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。对于BMP格式的图片，我们采取从SD卡中边读取边解码显示的方式进行解码，一般FAT32文件簇的大小都是512字节，所以我们以簇为单位读取图片信息，之后解码显示，接着读取下一簇信息并在液晶上显示，直到读完最后一簇，我们的图片也就解码显示完毕

JPEG是Joint Photographic Experts Group（联合图像专家组）的缩写，同BMP格式不同，JPEG是一种有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间。JPEG压缩技术非常先进，它使用有损压缩方式除去多余的数据。而且JPEG是一种灵活的图像格式，可以调节图像的质量，压缩比率通常可以处于在10∶1到40∶1之间，压缩率越高，图像的品质越差，反之，图像品质就越高。JPEG格式主要压缩高频信息，同时较好的保留了色彩的信息，它可以支持24bit真彩色，主要适用于互联网和连续色调的图像。JPEG的解码是一个很复杂的过程，该设计中用到了FATFS的作者提供的一个的JPG/JPEG解码库：TjpgDec，只需3.5KB的FLASH和3KB的RAM即可实现JPG/JPEG解码。JPEG/JPEG图像文件解码过程如下：首先从文件头开始读出文件的相关信息；接着从图像数据流中读取一个编码单元（MCU） ，并提取里边的各个颜色分量；将颜色分量从数据流恢复成矩阵数据；接下来对8×8 的数据矩阵进一步解码；最后颜色系统YCrCb 向RGB 转换，排列整合各个MCU 的解码数据。

4 结论

本论文设计了一款基于STM32单片机的电子相册，该设计的主控芯片具有256KB闪存和48KB RAM，时钟频率可达72MHz，并且集成了丰富的片内外设，功耗低，价格便宜。TFT液晶触摸屏具有亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳等特点。该系统的硬件电路很简单，主要通过软件来实现具体的功能，最终设计了一款具有价格便宜，功能齐全，显示效果良好，模块化结构的电子相册。

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篇10

 

1、高速度切削的基础理论

高速切削技术不只是一项先进技术，它的发展和推广应用将带动整个制造业的进步和效益的提高。在国外，20世纪30年代德国Salomon博士提出高速切削理念以来，经半个世纪的探索和研究，随数控机床和刀具技术的进步，80年代末和90年代初开始应用并快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级合金及碳纤维增强塑料等复合材料，其中加工铸铁和铝合金最为普遍。

2、 高速切削加工理论基础

(1) 切屑形成特征

不同材料在不同状态下的切屑形态:

(a)供货状态，切削速度127.2m/min （b）硬度325HB，切削速度125.5m/min

连续带状切屑（D.LEE）锯齿状切屑

工件材料及其性能和切削条件对切屑形态起主要作用，其中工件材料及其性能有决定性的影响。一般低硬度和高热物理性能KρC（导热性K、密度ρ和比热容C的乘积）的工件材料如铝合金、低碳钢和未淬硬的钢与合金钢等，在很大切削速度范围内容易形成连续带状切屑。

硬度较高和低热物理特性KρC的工件材料，如热处理的钢与合金钢、钛合金和超级合金，在很宽的切削速度范围均形成锯齿状切屑，随切削速度的提高，锯齿化程度增高，直至形成分离的单元切屑。

(2)切削力学

图中Fs为剪切力，Fm为高速切削时切屑动量改变所需的作用力；Ff为作用在后刀面上的摩擦力

直角切削时剪切角和前刀面受力简图

（3）切削热和切削温度

切削时的热量主要来自剪切变形功、刀－屑和刀－工件摩擦功。干切时，切削热主要由切屑、工件和刀具传出去，周围介质传出小于1％。

切削时热的产生与传出

切削速度对切削温度的影响试验结果。随切削速度的提高，开始切削温度升高很快，但达到一定速度后，切削温度的升高逐渐缓慢，甚至很少升高。

3、 高速切削的优点

（1） 随切削速度的大副度提高，进给速度也相应提高5―10倍。这样，单位时间内的材料切除率可以大大增加，可达到常规切削的3―6倍，甚至更高。同时机床快速空程速度的大副提高，也大大减少了非切削的空行程时间，从而极大地提高了机床的生产率。

（2）在切削速度达到一定值后，切削力可降低30%以上，尤其是径向切削力的大副减少，特别有利于提高薄壁细肋等刚性差的高速精密加工。

（3）在高速切削时，95%--98% 以上的切削热来不及传给工件，被切削飞速带走，工件可基本上保持冷态，因而特别适合加工容易热变形的零件。

（4）高速切削时，机床的激震频率特别高，它远远离开了“机床―刀具―工件”工艺系统的固有频率范围，工作平稳震动小，因而能加工出非常精密、非常光洁的零件，零件经高速车、铣加工的表面质量常可达到磨削的水平，残留在工件表面上的应力也很小，故常可省去铣削后的精加工工序。

（5）高速切削可以加工各种难加工材料。例如，航空和动力部门大量采用的镍基合金和钛合金，这类材料强度大、硬度高、耐冲击、加工中容易硬化，切削温度高，刀具磨损严重。在普通加工中一般采用很低的切削速度。如采用高速切削，则其切削速度可提高到100―1000m/min，为常规切削速度的10倍左右，不但可大副提高生产率，而且可有效地减少刀具磨损，提高零件加工的表面质量。

（6）降低加工成本，由于高速切削，零件的单件加工时间缩短了；在一台机床上，一次装夹完成零件地所有粗、半精、精加工，提高了效率；高速加工提高了零件表面粗糙度质量，免去了后续地光整加工工序以及替代了一部分电加工工序；因此，虽然高速机床地价格高于普通速度机床，但是综合几方面的因素，仍可大幅度降低加成本。

4、高速切削加工的刀柄系统

BT系统：刀柄锥度7：24，单面接触。 HSK系统：刀柄锥度1：10，双面接触。

BT刀柄（7：24）BT刀柄与主轴接合图

HSK刀柄（1：10）HSK刀柄与主轴接合图

刀柄与主轴接触 不同刀柄系统，高速加工时，离心力有很大影响。

BT主轴/刀柄联结

主轴转速达到某一极限值 (n=15000r/min，F=15kN) 时，主轴/刀柄联接处大端的分离导致刀柄在切削力的作用下以刀柄为支承发生摆动，极大地降低了刀柄在主轴锥孔内的定位精度和重复定位精度，无法保证联结的可靠性。BT40联结的最佳转速范围为0~12,000r/min，12,000~15,000r/min仍可使用，15,000r/min以上，由于精度降低，无法使用。HSK－63A刀柄系统最佳转速范围为0－30000r/min，超过这个范围精度降低。

5、高速切削加工技术展望

高效率、高精度、高柔性和绿色化是机械加工领域的发展趋势。高速切削加工技术必将沿着安全、清洁生产和降低制造成本的方向继续发展，而成为21世纪切削技术的主流

切削速度目标：

铣加工铝及其合金10000m/min；铣加工铸铁5000m/min；铣加工普通钢2500m/min。

钻削铝及其合金30000r/min，钻削铸铁20000r/min，钻削普通钢10000r/min。

进给速度目标20～50m/min，进给量1.0～1.5mm/齿。

铝及其合金等有色金属和碳纤维增强塑料等非金属材料的切削速度主要受限于机床主轴最高转速和功率。在高速加工机床领域，具有小质量、大功率的高速电主轴、高加速度的快速直线电机和高速精密数控系统，以及配套的高速轴承及其技术、刀库技术和自动换刀装置及监控技术等正在迅速发展，可望达到更高的加工水平。

铸铁、钢及其合金、钛及钛合金、高温耐热合金等超级合金以及金属基复合材料的高速切削加工目标主要受刀具寿命困扰，发展新型高温力学性能（硬度、强度与断裂韧性）和高抗热震性能更高的高可靠性的刀具材料对进一步发展高速切削技术具有决定性的意义。

现有高速切削刀具材料PCD、CBN、陶瓷刀具、金属陶瓷、涂层刀具和超细硬质合金刀具等仍将起主导作用，并将得到新的发展。进一步发展新型高温力学性能和高抗热震性能的高可靠性的刀具材料（包括自刀具材料），特别是为加工超级合金和高性能新型工程材料和高速干切削的刀具材料是发展的重点。

金刚石刀具领域，人工合成单晶金刚石和金刚石厚膜涂层刀具具有更好的优越性，随技术日益成熟和成本降低，可望成为高速切削有色金属和非金属材料比较理想的刀具材料。

陶瓷刀具有独特优越性，可望通过多种强韧化机理（如微－纳、纳－纳等）大幅度提高其性能，它将成为高速切削钢、铁材料的最有前途的刀具材料之一。

涂层刀具在高速切削加工技术领域具有巨大潜力，通过深入研究涂层技术和涂层物质，如高强度的硬质合金粉末表面涂层、CBN涂层，纳米涂层等进一步提高其性能，可望成为高速切削加工最具有诱人吸引力的刀具材料。

在发展高速切削加工技术领域，开发高效复合切削技术和高性能切削技术及其多功能与专用刀具，是提高切削效率和加工质量十分有效的方法之一。

高速切削过程的机床、刀具和工件质量的智能监控技术将得到更加重视和发展。

6、结束语

高速切削加工技术是一项全新的、正在发展之中的先进实用技术，在工业发达国家已得到广泛的应用，取得巨大的经济和社会效益。在我国高速切削加工技术的开发和应用还处于初步阶段，还有大量研究、开发工作需要进行。但国内已进口了大批高速加工设备，也开发了多种高速机床和加工中心，还有许多可供应高速切削刀具系统的工具企业，只要充分认识高速切削加工技术的优越性和诱人的巨大经济效益的潜力，完全有可能迅速把我国高速切削加工技术的应用推进到一个新水平

参考文献：

（1）《第一届全国数控技能大赛决赛试题解析与点评》

第一届全国数控技能大赛 机床杂志社组编 中国科学技术出版社

（2）机电工程现代设计方法 万耀青，阮宝湘 北京理工大学出版社