第一篇：機械工程材料教案1

第一章材料的性能

一、教學目的及要求

通過本章學習，使學生掌握材料的力學性能、物理和化學性能以及工藝性能，為以后各章中研究結構與性能關系打下良好的基礎。

二、主要內容

1． 材料的力學性能； 2． 材料的物理化學性能； 3． 材料的工藝性能。

三、學時安排：2學時

四、教學重點：

1． 材料的力學性能指標及其物理意義； 2． 不同硬度指標的優缺點及其應用場合。

五、教學難點：

材料的性能。

六、教學過程：(見講稿)

七、思考題：

1． 零件設計時，選取σ0.2（σS）還是選取σb，應以什么情況為依據？ 2． δ與ψ這兩個指標，哪個能更準確地表達材料的塑性？ 3． 常用的測量硬度的方法有幾種？其應用范圍如何？

4． 有一碳鋼制支架剛性不足，有人要用熱處理強化方法；有人要另選合金鋼；有人要改變零件的截面形狀來解決。哪種方法合理？為什么？ 5． 舉例說明機器設備選材中物理性能、化學性能、工藝性能的重要性。

八、作業題

1． 一銅棒的最大拉應力為70MPa，若要承受2000kg的載荷，它的直徑是多少？

2． 有一鋼棒在無塑性變形時所能承受的最大載荷11800kg，問它的強度是多少。

3． 1根2米長的黃銅棒溫度升高80℃，要使該棒有同樣的伸長，問需要作用多少力？ 4． 一根焊接鋼軌在35℃時鋪設并固定，因此不能發生收縮。問當溫度下降到9℃時，鋼軌內產生的應力有多大？

九、教學參考書

1.金屬力學性能.束德林.機械工業出版社，1997年10月

第二篇：機械工程控制基礎教案

第一章 緒論

[教學內容]

1．控制理論學科的發展概況

2．控制理論的研究對象

3．控制系統的工作原理及基本要求

4．學習目的和學習方法

[教學安排]

安排的教學時數：4學時

[知識點及基本要求]

了解機械控制工程理論的由來和發展，了解其在機械制造領域中的作用。熟悉有關“反饋與反饋控制”的基本概念。學習分析具體控制系統的組成環節，知道系統的被控對象、被控量、擾動量、控制量等，會畫工作原理方框圖。

[重點和難點]

反饋與反饋控制；

控制系統的概念；

[教學法設計]

應用多媒體課件，開展案例教學。

第二章 控制系統的數學模型

[教學內容]

1．控制系統動態微分方程的建立以及非線性方程的線性化；

2．傳遞函數的概念及傳遞函數方塊圖的簡化方法；

3．典型環節的傳遞函數；

[教學安排]

本章安排的教學時數：6學時

2.1.1 線性系統與非線性系統；2.1.2 線性系統微分方程的列寫；2.1.3系統非線性微分方程的線性化。安排2學時。

2.2.1 傳遞函數的定義；2.2.2傳遞函數的常見形式；2.3.1控制系統的基本聯接方式；2.3.2擾動作用下的閉環控制系統。安排2學時

2.3.3 傳遞函數方塊圖的繪制；2.3.4傳遞函數方塊圖的變換；2.3.5傳遞函數方塊圖的簡化。安排2學時。

2.4 典型環節的傳遞函數。安排2學時。

[知識點及其基本要求]

2.1 控制系統的微分方程

線性系統與非線性系統，以質量-彈簧系統等為例引出線性系統與非線性系統的概念，讓學生對概念有明確的理解；

線性系統微分方程的列寫，是本次課的重點，通過力學、電學等方面的實例讓學生掌握動態系統建模的方法；

系統非線性微分方程的線性化，讓學生理解非線性動態微分方程線性化的處理方法。

2.2 傳遞函數

傳遞函數的定義，是本次課的重點講解內容，通過實例讓學生理解為什么要引入傳遞函數表述動態系統；

傳遞函數的常見形式，讓學生了解它的多種表達方式；

控制系統的基本聯接方式，主要掌握串聯、并聯和反饋控制等基本聯接方式；

擾動作用下的閉環控制系統。

3.3傳遞函數方塊圖的繪制；

傳遞函數方塊圖的變換，是學生掌握的重點和難點；

傳遞函數方塊圖的簡化，通過大量的訓練能熟練掌握。

2.4典型環節的傳遞函數

了解每一個典型環節的傳遞函數表達的含義，并能熟練掌握傳遞函數的表達式。

[重點和難點]

傳遞函數的定義；

傳遞函數方框圖的變換和簡化。

[教學法設計]

多種實例分析貫穿本章教學始終，做到舉一反三，全面理解和熟練應用。

[應用]

以例子穿插講解。

[板書設計]

結合多媒體課件，進行教學。

第三章 控制系統的時域分析

[教學內容]

1．時間響應的基本概念及其組成，幾種典型的輸入信號；

2．一階系統的時間響應，二階系統的時間響應；

3．控制系統的動態性能指標；

4．控制系統的穩定性。

[教學安排]

本章安排的教學時數：8學時

3.1.1 時間響應及其組成；3.1.2 典型輸入信號；3.2一階系統的時間響應。

安排2學時。

典型輸入信號：單位階躍信號、單位斜坡信號、單位加速度信號、單位脈沖信號、單位脈沖信號、單位正弦信號；

一階系統的時間響應介紹一階系統在單位階躍信號和單位脈沖信號輸入下的響應。

3.3 二階系統的時間響應。安排2學時

介紹二階系統的數學模型以及二階系統在單位階躍信號和單位脈沖信號輸入下的響應。

3.5 控制系統的動態性能指標。安排2學時。

介紹欠阻尼狀態下的二階系統在單位階躍輸入的響應下瞬態響應指標：上升時間、峰值時間、最大超調量、調整時間，并舉例求響應的響應指標。

3.6 控制系統的穩定性。安排2學時。

穩定性的基本概念及線性系統穩定的充要條件，Routh（勞斯）穩定判據

[知識點及其基本要求]

3.1 時間響應與典型輸入信號

時間響應的概念，以質量-彈簧系統為例介紹時間響應的組成：瞬態響應與穩態響應，為單位反饋系統時，其偏差與誤差相等。

選取典型輸入信號的基本原則，單位階躍信號、單位斜坡信號、單位加速度信號、單位脈沖信號、單位脈沖信號、單位正弦信號等典型信號的產生與數學表達式及其拉氏變換；

3.2 一階系統的時間響應

一階系統的微分方程及其傳遞函數，一階系統的單位階躍響應及其性能參數，一階系統的單位脈沖響應。

3.3 二階系統的時間響應

二階系統的微分方程及其傳遞函數，分情況討論欠阻尼系統、臨界阻尼系統、過阻尼系統、零阻尼系統。

二階系統的單位階躍響應，討論二階系統在不同阻尼情況下的單位階躍響應。二階系統在不同阻尼情況下的單位脈沖響應。

3.5 控制系統的動態性能指標

瞬態響應的性能指標，根據欠阻尼狀態下的二階環節對單位階躍輸入的時間響應，性能指標包括上升時間、峰值時間、最大超調量、調整時間。舉例進行介紹如何理解與求解這些性能指標。

3.6 控制系統的穩定性

穩定性的基本概念，線性系統穩定的充要條件，判斷控制系統穩定性的方法有兩大類：直接求解系統特征方程，根據極點分布來判定系統穩定性，另一類是不求解特征方程的間接方法—Routh（勞斯）穩定判據。

[重點和難點]

二階系統時間響應；

控制系統的動態響應指標。[教學法設計]

時間響應基本概念以及典型輸入信號通過直接法給出；

通過實例分析計算控制系統的時間響應以及時間性能指標的計算，Routh（勞斯）穩定判據的計算。

[應用]

以例子穿插講解。

[板書設計]

結合多媒體課件，進行教學。

第四章 控制系統的頻域分析

[教學內容]

（1）頻率特性的基本概念

（2）頻率特性圖示方法（典型環節Nyquist圖和Bode圖）

（3）頻率特性的特征量、最小相位系統

（4）系統穩定性的初步概念、Routh判據

（5）Nyquist穩定性判據和Bode穩定性判據、（6）系統的相對穩定性 [教學安排]

計劃學時數：8 學時

（1）頻率特性的基本概念，2學時；

（2）頻率特性圖示方法（典型環節Nyquist圖和Bode圖），4學時；

（3）頻率特性的特征量、最小相位系統，2學時；

（4）系統穩定性的初步概念、Routh判據，2學時；

（5）Nyquist穩定性判據和Bode穩定性判據，4學時；

（6）系統的相對穩定性，2學時；

[知識點及其基本要求]

了解頻率特性的定義及求法；熟悉典型環節頻率特性的Nyquist圖和Bode圖；掌握一般系統Nyquist圖和Bode圖的畫法（注意畫圖步驟和圖面標注）；能應用代數判據和幾何判據完成系統穩定性的判別；理解系統頻域性能指標及其與時域指標的關系；理解什么是相對穩定性，掌握穩定裕量的計算方法。

[重點和難點]

典型環節的Nyquist圖和Bode圖；

穩定性的幾何判據；

穩定裕量的計算

[教學法設計]

通過工程實例引入頻率特性的概念；

使用MATLAB仿真案例

[板書設計]

結合多媒體課件，進行教學。

第五章 控制系統的誤差分析

[教學內容]

1．控制系統的誤差與偏差以及兩者之間的對應關系；

2．瞬態過程與穩態過程、瞬態誤差與穩態誤差、靜態誤差與動態誤差；

3．靜態誤差和動態誤差的計算。

[教學安排]

本章安排的教學時數：6

5．1 誤差的概念；5．2 系統的類型。安排2學時。

結合定義強調誤差與偏差的不同以及兩者的對應關系；

結合定義強調各誤差不同、影響因素；

5．3 靜態誤差；5．4 動態誤差。安排2學時。

不同類型系統的靜態誤差系數、不同輸入信號作用下的靜態誤差；結合實例進行控制系統的靜態誤差的計算。

系統的動態誤差系數計算；結合實例進行控制系統的動態誤差的計算。[知識點及其基本要求]

5．1 誤差的概念

一、誤差與偏差

控制系統的誤差是系統的實際輸出與期望輸出的差；控制系統的偏差是系統的輸入信號與反饋信號的差。兩者定義是不同的，但是它們都是表示控制系統精度的量，都反映控制系統的穩態性能，并且它們之間具有確定的對應關系。控制系統為單位反饋系統時，其偏差與誤差相等。

二、瞬態過程與瞬態誤差

瞬態過程反映控制系統的動態響應性能，主要體現在系統對輸入信號的響應速度和系統的穩定性這兩個方面；對于穩定的系統，實際上瞬態誤差在時間大于調整時間后可以認為基本衰減為零。

控制系統的誤差主要是穩態誤差。

三、穩態過程與穩態誤差

穩態過程反映控制系統的穩態響應性能，它主要表現在系統跟蹤輸入信號的準確度或抑制干擾信號的能力上；穩態誤差是評價控制系統穩態性能的主要指標，是隨時間變化的量，與系統及其輸入信號的特性有關。它分為靜態誤差和動態誤差兩類。

四、靜態誤差和動態誤差

靜態誤差是系統穩態誤差的極限值，其大小取決于系統靜態誤差系數；動態誤差是控制系統穩態誤差的過程量，反映穩態誤差的變化規律，其大小取決于系統的動態誤差系數和輸入信號及其各階導數。

5．2 系統的類型

靜態誤差為零的系統是無差系統，系統是有差系統還是無差系統取決于系統的類型和輸入信號的形式。

5．3 靜態誤差

一、不同類型系統的靜態誤差系數

二、不同輸入信號作用下的靜態誤差

三、結合實例進行控制系統的靜態誤差的計算。

5．4 動態誤差

一、系統的動態誤差系數計算

二、結合實例進行控制系統的動態誤差的計算。

[重點和難點]

系統的動態誤差系數計算；

控制系統的動態誤差的計算。

[教學法設計]

采用對比分析各定義的異同，逐步引出靜態誤差、動態誤差；

通過實例分析計算控制系統的靜態誤差、動態誤差。

[應用]

例1：已知系統1和系統2的開環傳遞函數分別為

試計算其靜態誤差系數和動態誤差系數。

例2：對于上例，試計算當控制輸入信號分別為

時的靜態誤差和動態誤差。

[板書設計]

結合多媒體課件，進行教學。第六章 控制系統的綜合與校正

[教學安排]：

教學時數 6；

教學手段：多媒體教學與仿真試驗；

教輔工具：仿真軟件MATLAB與MULTISIM；

教學法：形象比喻、設疑、思考、啟發、仿真演示與結論；

[知識點及其基本要求]

滯后與超前的含義；

滯后容易理解，但系統為什么能做到超前（因為系統信號是有規律的）；

系統為什么不穩定，不穩定的實質是什么：系統反映過慢，對高頻不能做出及時響應。

系統要穩定，有兩種情況，（1）系統反映很快，在高頻時，幅值與相位誤差均很小；（2）系統反映較慢，在高頻時，幅值與相位誤差均很大，既對高頻不敏感。比喻：大雪天不摔跤的兩種人：反映快或反映慢走路很小心的人。

然后搞清楚校正的實質是什么？

舉例說明超前順饋校正提高穩定性與響應快速性的方法。

[重點和難點]

掌握系統不穩定的實質；

校正的實質。

[教學法設計]

一、用matlab仿真：（1）相位差超過180度，而幅值仍然大于1的系統；（2）觀察這種情況下的反饋系統穩定性；分析原因，提出解決方案，同時理解校正的概念；

用電路仿真，學生觀察信號的超前與滯后，并理論計算超前角與滯后角，與仿真結果相比較；

二、設計PID校正，并分析輸入與輸出的關系；

用電路仿真，觀察輸入與輸出的情況，比對學生的思考。

[應用]

超前順饋校正舉例說明提高穩定性與響應快速性的方法。

第三篇：機械工程英語翻譯

Unit 1 材料的種類

（1）材料的分類方法很多。科學家常用的典型的方法是根據它們的狀態分類：固體，液態或氣態。材料也分為有機（可再生）和無機材料（不可再生）。

（2）工業上，材料劃分為工程材料或非工程材料。工程材料用于制造和加工成零件的材料。非工程材料是化學藥品，燃料，潤滑劑和其它用于制造又不用來加工成零件的材料。

（3）工程材料可進一步細分為：金屬，陶瓷，復合材料，聚合材料，等。Metals and Metal Alloys 金屬和金屬合金

（4）金屬有好的導電好導熱性，很多金屬有高的強度，高硬度和高的延展性。象鐵，鈷，鎳這些金屬有磁性。在非常低的溫度下，一些金屬和金屬互化物變成超導體。

（5）合金和純金屬有什么區別？純金屬在元素周期表的特殊區域。例如用于制造電線的銅和做鍋和飲料罐的鋁。合金含有兩種以上的金屬元素。改變金屬元素的比例可以改變合金的性質。例如，合金金屬的不銹鋼，是由鐵，鎳，和鉻組成。而黃金珠寶含有金鎳合金。

（6）為什么要使用金屬和合金？很多金屬和合金有很高密度并用在要求質量與體積比高的的場合。一些金屬合金，象鋁基合金，密度低，用在航空領域可以節省燃料。很多合金有斷裂韌度，可以承受沖擊，且耐用。金屬有哪些重要屬性？

（7）【密度】 質量除以體積叫做密度。很多金屬有相對高的密度,特別的，象聚合體。高密度的材料常是原子量很大，象金或鉛。然而一些金屬，像鋁或鎂密度低，就常常用在要求有金屬特性而又要求低質量的場合。

（8）【斷裂韌性】 斷裂韌度用來描述金屬抗斷裂的能力，特別的，當有裂紋時。金屬通常都有無關緊要的刻痕和凹坑，且有耐沖擊性。足球隊員關注這一點當他確信面罩不會被擊碎的時候。

（9）【塑形變形】 塑性變形表述的是材料在斷裂之前彎曲變形的能力。作為工程師，我們通常設計材料使得能夠在正常情況下不變形。你不會想要一陣強烈的西風就把你的車刮得往東傾斜。然而，有時，我們可以利用塑性變形。汽車的承受極限就是在徹底破壞之前靠塑形變形來吸收能量。

（10）金屬的原子鍵也影響它們的性質。金屬中，外層電子屬于所有原子，并且可自由移動。因為這些電子的屬能導電，導熱，所以可以用這些金屬做烹飪鍋、電線。透過金屬不可能看的見，因為這些價電子吸收到達金屬的光之。沒有光子通過。

（11）【合金】 合金有兩種以上金屬組成。增加其他金屬可以影響密度，強度，斷裂韌度，塑性變形，導電性和導致環境退化。例如增加少量的鐵到鋁中可以增加它的強度。還有，在鋼中添加鉻可以減緩生銹，但是這將使它更脆。Ceramics and Glasses陶瓷和玻璃

（12）廣義上說，陶瓷是指所有無機非金屬材料。根據這個定義，陶瓷材料包括玻璃。然而，有些材料科學家給陶瓷加了定語，陶瓷要是晶體的。

（13）玻璃是無機非金屬材料，但是它沒有晶體結構。這種材料被稱作非晶體。Properties of Ceramics and Gasses陶瓷和玻璃的特性

（14）高熔點，低密度，高強度，高剛度，高硬度，高耐磨性和抗腐蝕性是陶瓷和玻璃的常用特性。一些陶瓷是電和熱的絕緣體。一些陶瓷有特別的性質：有些是磁性材料；有些是壓電材料；而有些特殊陶瓷在低溫下是超導體。陶瓷和玻璃有一個主要的缺點是脆性高。

（15）陶瓷不是典型的從融化狀態形成的。這是因為在冷卻溫度以上時，陶瓷會大面積出現裂紋。因此用于玻璃產品生產的簡單有效的方法，象鑄造和吹塑，這些要設計融融狀態的方法都不能用于晶體陶瓷產品的生產。取而代之，燒結或烘烤方式是典型的工藝。燒結時，陶瓷粉末被加工成有緊密形體，并且接著把溫度升到熔點一下。在這個溫度下，粉末立即反應，去除空隙，并得到嚴實的物品。

（16）光導纖維有三層：核心有高純玻璃制成，該玻璃是高折射指數光傳輸材料；中間層是低折射指數玻璃，是保護核心玻璃表面不被擦傷或表面完整性被破壞的所謂覆層；最后外層是塑料（聚合體）護套，可以保護光導纖維不受損。為了使核心玻璃表面的折射率高于覆層，核心玻璃摻少量的，可控的雜質，用來減慢光的傳播，但是不吸收光。因為核心玻璃的折射率高于覆層，只要光在核心玻璃和覆層分界面的角度大于臨界角，會一直在核心玻璃中傳播。全部的內部反射和高純的核心玻璃能是光傳播很遠的距離而強度降低很少。【復合材料】

（17）復合材料由兩種或多種材料組成。如包括聚合物陶瓷和金屬陶瓷復合材料，復合材料被使用，因為復合材料的所有性能比單一元素高，例如聚合物陶瓷復合材料比聚合物復合材料的模量大，但它沒有陶瓷脆

（18）兩種符合材料為：纖維增強復合材料、顆粒增強復合材料

（19）（纖維增強復合材料）纖維增強復合材料由金屬、陶瓷、玻璃和已經碳化的聚合物構成，因也被稱為碳纖維。纖維增大了材料基質的模量，沿纖維長度方向的較強的共價鍵在這個方向上產生了較高的模量，因為要打斷或拉伸纖維，共價鍵必須被破壞或移動。

（20）纖維很難加工成復合材料，制造纖維增強復合材料非常昂貴。他被用于一些先進的因此也很昂貴的體育器材如賽車有熱固性的聚合物基質中的碳纖構成。賽車和許多汽車的車身由具有熱固性基質的玻璃纖維復合而成。

（21）纖維沿他的軸線有較高的模量，但沿軸線垂直方向模量較低，為了避免各個方向模量不同，纖維復合材料制造者經常旋轉纖維層以避免模量定向變化。

（22）（顆粒增強復合材料）被用來增強的顆粒包括陶瓷和玻璃如小的礦物顆粒，金屬粒子如鋁及非晶體材料包括聚合物和碳黑。（23）粒子被用來增加基質的模量，減少基質滲固性和延展性粒子增強復合材料的一個例子汽車輪胎，在他有碳黑粒子在聚異丁烯，彈性聚合物基質中。

（24）(聚合物)聚合物有重復的結構，通常以碳的結構骨架做為基本單元。這種重復結構產生了三大鏈狀分子，聚合物非常有用，因為他們質輕，抗腐蝕，在低溫下易加工而且通常比較便宜。

（25）聚合物的一些重要特征包括：尺寸（分子量），軟化和熔點，結晶度以及結構。聚合物的機械性能包括低強度，高韌性，通過使用增強復合材料結構，他們的強度被改善。（26）聚合物的重要特征

尺寸大小：單一聚合物分子量在10000克每摩爾和1000000克每摩爾之間，根據聚合物結構他有超過2000個重復單元，分子量對聚合物的機械性能有重要影響，分子量大的機械性能較好。

熱傳遞：聚合物軟化點和融化點決定他的使用場合，這些溫度通常決定聚合物使用的上限溫度，例如許多重要工業聚合物有玻璃轉化溫度接近水的沸點（100攝氏度，212華氏溫度）。他們通常在室溫下使用，一些特殊工程聚合物能承受300攝氏度（572華氏溫度）的高溫。

晶狀結構：聚合物可能是晶體或非晶體，但是他們通常是晶體和非晶體的混合結構（半結晶）。

內部鏈相互反應：聚合物鏈能夠自由滑到另一個（熱塑性材料）或是彼此十字交叉連接（熱固性或彈性材料），熱塑性材料能從新成型回收，而熱固性材料和彈性材料不能。

Unit 2 金屬熱處理

（1）金屬熱處理包含在廣義的冶金學研究領域里。冶金學是綜合化學，物理和從礦石提取到最后產品相關的金屬工程的一門學科。熱處理是對固態金屬進行加熱和冷卻處理來改變金屬物理性能的一種工藝。根據使用的場合的，提高鋼的強度可以它的耐切削性和耐磨性，或者使鋼軟化以便于機械加工。正確的熱處理可以去掉內應力，減小晶粒大小，韌性增加或者在較好的材料表面給形成一個高強度的表面。分析鋼的成分是很有必要的，因為小百分比的某種元素就會對鋼的物理性能產生很大的影響，特別地，碳這種元素。

（2）合金鋼的性質取決于含有的除碳以外的其它的一種或幾種元素，如：鎳，鉻，錳，鉬，鎢，硅，釩和銅。改善了性能的鋼可以有很多的商業用途，碳鋼是不能比的。

（3）下面主要介紹普通商業用鋼像總所周知的普通碳素鋼的熱處理。在這個過程中冷卻速率是關鍵因素，在臨界溫度以上時快速冷卻可得到堅固的結構，然而，非常慢的冷卻會有相反的影響。一張簡化的鐵-碳相圖

（4）我們經常用一張簡單的相圖來研究鋼這種材料，對工程人員來說，鐵-碳相圖中的近鐵素體區和含碳量大于2%的部分并不重要，所以這兩部分被刪掉。如表2-1所示；它表述的是共析區，這張圖對研究鋼的性能和鋼的結晶過程是相當有用的。

（5）這張圖表明，一個重要的轉變是隨著溫度的降低，單相的奧氏體分解成兩相的鐵素體和碳化物。控制這個反應，可以是奧氏體和鐵素體的C溶解性有很大的不同，這樣通過熱處理就可以得到一系列的機械性能。

（6）首先研究這個過程，在圖2-1中，在含碳0.77%沿著線x-x’降低溫度，考慮鋼的共析化合物。在高溫時，只有奧氏體，溶0.77%的碳是溶解在溶體狀態鐵中。當溫度下降到727C(1341F)時，數個反應同時發生。鐵需要從面心立方奧氏體轉變成體心立方鐵素體結構，但是鐵素體只能容納固溶體狀態0.02%的碳。析出的碳形成碳較富裕的滲碳體，也就是形成合成物Fe3C。基本上，這個共析轉變是：

奧氏體 ——〉 鐵素體 + 滲碳體

0.77%C 0.02%C 6.67%C

0

0

（7）在固體狀態里，碳的成分發生化學分離，形成了有好的機械性能混合物，鐵素體和滲碳體。這種結構由兩種截然不同的狀態組成，但它本身有一系列特性，且因與低倍放大時的珠母層有類同之處而被稱為珠光體。

（8）亞共析鋼比共析鋼含碳量要少的多，亞共析鋼含碳量少于0.77%。現在考慮在圖2-1中沿y-y’降溫材料特征的轉化。在高溫時，成分是奧氏體，但在冷卻線上進入一個有鐵素體和滲碳體組成的穩定的區域。由截線和杠桿定理分析可知，低碳鐵素體成核并不斷長大，余下含碳量高的奧氏體。溫度在727C(1341F)時，奧氏體發生共析轉變，繼續降溫，奧氏體轉化成珠光體。最終的產物是鐵素體和珠光體的混合物。

（9）過共析鋼含碳量比共析鋼多。在圖2-1中沿z-z’線冷卻，和亞共析過程差不多。只是其中一相現在是滲碳體而不是鐵素體。達到共析溫度727C的時候，隨著富碳相的形成，奧氏體含碳量減少。同樣的余下的奧氏體在通過這個溫度是都要轉化成珠光體。（10）相圖中表示的轉化需要平衡條件，就是近似看作需要緩慢冷卻。隨著慢慢加熱，過程是相反的。然而，合金冷卻迅速，將得到完全不同的產物，因為沒有足夠的時間完成正常的相轉化，在這種情況下，相圖就不再適用于這個工程分析了。

（11）【淬火】 淬火是把鋼溫度升到臨界溫度或以上并迅速冷卻這樣一個過程。如果知道了碳含量，就可以用鐵-鐵碳化合物相圖來選擇正確的淬火溫度。然而，如果不知道鋼的成分，可以用逐步實驗的方法來確定溫度范圍。好的處理工藝是通過對大量試件在各種溫度下進行實驗，然后對結果進行分析得到的，分析的方式可以是強度測試也可以用精密的測試。用合適的溫度對鋼進行熱處理后，鋼的強度和其它的機械性能都有很大的改善。

12）熱處理效率在熱處理中是非產重要的。熱以一定的速率從外部傳到內部。如果鋼將加熱的太快，零件的外面比里面溫度高，將得不到一致的晶體結構。如果零件的形狀是不規則的，考慮到零件的扭曲變形，就要用慢速加熱的方式。質量越大的部分，越需要多的時間來加熱，從而得到成分均勻的產物。當溫度達到恰當的溫度后，要保持足夠的一段時間，使零件最厚的部的溫度是一致的。（13）淬火的速率，含碳量和零件的尺寸決定了淬火獲得的硬度。對合金鋼來說，金屬元素的量和種類決定淬硬的深度（淬透性）。除了未變硬和部分淬硬的鋼，不影響硬度。

（14）低碳鋼的淬硬性好，在含碳量低于0.6%時，隨著含碳量的升高，淬硬性也在升高。含碳量高于這個點，淬硬性增加不顯著，因為共析溫度以上的鋼在在退火時是由珠光體和滲碳體組成。珠光體的熱處理性比較好，包括珠光體在內的多數鋼都可以轉化成硬鋼。

（15）隨著零件尺寸的增大，即使所有的條件都一樣，表面硬度要降低。鋼的熱傳遞速率是有限的。無論冷卻液溫度有多低，大零件內部的冷卻速度比可能快于臨界冷卻速度，內部硬度有一定的限制。然而，鹽水或水冷卻液可以迅速把淬火零件表面的溫度降低到冷卻液的溫度，保持或逼近它。在這種環境下，不管零件尺寸大小淬硬的深度是有限制的。在用油淬火時，就是在臨界淬火期間表面溫度可能較高這種情況就不正確了。

（16）【回火】 快速淬火得到的鋼是脆的，大部分情況不適合直接使用。通過回火，可以降低硬度和脆性來達到使用要求。隨著這些性能的降低，強度降低，鋼的延展性和柔韌性增加.回火就是把淬硬的鋼加熱到零界溫度以下，然后以任一速率冷卻。盡管回火可以使鐵變軟，但它與退火不同。退火是使鋼盡量靠近控制物理性能，并且多數情況下沒有把鋼變軟到退火本應達到的程度。淬硬的鋼完全回火后得到的組織叫回火馬氏體。

（17）回火可以消除馬氏體的不穩定。300F-400F(150C-205C)低溫回火,不降低鋼的硬度又可以釋放內應力。隨著回火溫度的升高，馬氏體加速分解。.在大約600F（315C）淬火鋼組織快速向回火馬氏體轉化。回火過程就是快速結合或滲碳體化合。滲碳體在600F（315C）迅速形成，它的硬度有所降低。溫度升高時，隨著碳化合物持續形成，硬度在降低。

（18）回火時，還要考慮溫度以外的其它事情。盡管在到達回火溫度的前幾分鐘完成軟化，但是如果溫度的延續時間太長，硬度會降低的更多。通常的做法是把鋼的溫度升高到期望值，并保持一段合適的時間，均勻的加熱。

（19）用局部淬火方法的兩種特別的工藝是回火的一種形式。在這兩個過程中，用鹽水淬火的鋼在冷卻之前要先保持一段時間的低溫。這些工藝,眾所周知等溫回火可以得到想要的物理性能。

（20）【退火】

退火的主要目的就是使鋼變軟，以至于可以用來機械加工或冷加工。把溫度緩慢加熱到臨界溫度以上一點，保持一定的時間以確保整個零件的溫度是一致的，然后慢慢冷卻，以保證零件內外的溫度幾乎保持一致。這個過程叫完全退火過程，它轉化了以前形成的組織，又重新形成了晶體組織。并且使鋼變軟了。退火也可釋放金屬內部的內應力。

（21）退火溫度由給定碳鋼的成分決定。碳鋼在鐵碳平衡圖上很容易得到。在確定加熱速率時要要考慮零件尺寸和形狀，這樣來確保整個零件溫度盡可能同步上升。達到退火溫度后，要把溫度保持到整個零件都被加熱。零件最厚部分每英寸45mm處常有這樣的情況。為了得到最軟和柔韌性最好的鋼，冷卻速率應該非常慢，讓零件隨爐子一起冷卻。零件含碳量越高，冷卻速度必須越低。（22）【正火和球化處理】 正火處理過程就是把鋼加熱到500F-1000F(100C-400C)在上臨界溫度以上，然后空冷到室溫。正火主要用于低碳鋼和中碳鋼，來細化并均勻晶粒，釋放內應力或得到理想的機械性能。多數商業用鋼在滾壓或鑄造后都要正火處理。000

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（23）球化處理產生一種組織，滲碳體在該組織中以球狀存在。如果鋼緩慢加熱到零界溫度以下，保持一段時間，就能得到這種組織。球狀組織能改善鋼的機械加工性能。球化處理用來處理需要加工的過共析鋼是非常有用的。

Unit 3 鑄造工藝

（1）鑄造是一種制造工藝，鑄造是把融融的金屬澆注到合適的模型腔內，并凝固。在冷卻期間或冷卻后，把鑄件從鑄型里取出，接著進行交付零件所需要的加工。

（2）鑄造工藝和鑄造材料技術從簡單到高度復雜發生著改變。根據鑄件功能和復雜程度，產品質量和項目花費水平來選擇材料和加工工藝。

（3）鑄件是用鑄造的方法使零件接近最終的尺寸。經過6000年的發展歷史，各種鑄造工藝作為先進的制造技術繼續的發展改進。（4）【砂型鑄造】 砂型鑄造用于制造大零件（典型的有鐵，還有青銅，黃銅，鋁）。融融金屬澆注到型腔里（普通的或合成鑄鐵）。本部分將討論砂型鑄造工藝的模樣，包括木模、澆注口、澆道，精確設計和鑄造公差。

（5）砂中的型腔靠木模形成的（和真實零件幾乎相同），模樣用材料是常常是木頭，有時也用金屬。型腔被包含在沙箱里。插入砂型的砂芯用于產生零件的內部特征，如孔或內部空腔。用放在型腔里的砂芯形成期望的形狀砂芯頭是添加到模樣，砂芯或砂型上的區域，用來定位或支撐砂型里的砂芯。冒口是額外的空間，用來容納多的金屬液。這樣目的是，在金屬液凝固，收縮時，把金屬液流入型腔，因此防止主要的鑄造部分有空隙。

（6）在兩開砂型中，它是典型的砂型鑄造，上面半個包括模樣，沙箱和中型芯的上半部分的叫上沙箱，下面半個叫下沙箱。如圖3.1所示。分型線或分型面把上下沙箱分開。下沙箱先用沙子填滿，并且把砂芯頭，砂芯，和澆流系統放在分型線附近。上沙箱與下沙箱配合，且用沙子填滿下沙箱，蓋住模樣，砂芯和澆注系統。用震動和機械的方法把沙子壓緊。接著上沙箱從下沙箱上移開，并把模樣小心的移走。目標是把模樣移走有不破壞型腔。設計一個草圖就容易做到，這個軸要在模樣的豎直面的垂直方向有一定的角度偏移量。它通常只有1.5MM，是最合適的。模樣越復雜，準備的草圖越多。

（7）把融融的材料倒入澆口杯，它是澆注系統的一部分，它把融融的材料引導到型腔。鏈接澆口杯澆流系統的豎直部分叫直澆道。臥著的部分叫橫澆道。最后到澆注點，把金屬液引到型腔的叫澆注點.另外澆流系統還有個通氣孔，作為空氣的通道，把型腔的空氣排入大氣。

（8）型腔通常要做的超出尺寸來允許在金屬冷卻到室溫時金屬的收縮。為了解決收縮問題，模樣也要根據平均值做大一些。這種反應是線性的。這些收縮公差是相似的，因為準確的公差由鑄件的形狀和尺寸決定。另外，不同的鑄件可能要求不同的收縮公差。砂型鑄造的表面通常粗糙有雜質和變形。這種情況下就需要精加工。

Unit 8 磨削

（1）磨削是用砂輪切削金屬的一種加工工藝。它和銑刀類似，周圍帶了大量微縮的切削刃。通常，磨削用來加工高尺寸精度，高表面精度的零件。磨削可以加工平面，圓柱面，甚至用專用機床可以加工內表面，比如說用磨床。顯然，磨床根據幾何形狀和功能的不同有所不同。使用何種磨床主要取決于被磨削表的幾何形狀和物理性質。例如圓柱面在外圓磨床上磨削。

（2）1.平面磨削 顧名思義，平面磨削就是磨平面。如圖8.1所示，磨床有臥式和立式兩種。第一種情況（臥式主軸），機床通常有一個往復運動的工作臺，工件就固定在這個工作臺上。然而，立式磨床有一個刨床式的工作臺，像臥式磨床那樣，或者裝一個旋轉工作臺。因此，這種情況下是通過砂輪的端面來實現磨削，這與臥式磨床相反，立式磨床是用砂輪的圓周面來磨削的。圖8.1給出了估算磨削參數的方程，如加工時間和速度。在平面磨削時，中的工件用夾具固定或用壓板等物加緊在機床工作臺上，而小的工件常常是電磁吸盤固定的。

（3）2.柱面磨削

柱面磨削時，工件固定在頂尖之間，砂輪的旋轉是主運動，來產生磨削運動，如圖8.2所示。事實上，圓柱磨削還可以用下面的一些方式完成：

（1）橫切法，是通過砂輪和工件一起轉動，同時沿縱向進給來加工整個零件長度的。背吃刀量通過改變砂輪對工件的橫向進給來進行調整。

（2）進刀法，其磨削時只需橫向進給而沒有軸向進給。正如你所看到的，當需磨削的面比砂輪的寬度窄時才用這種方法。（3）全深度法，它和橫向進給磨削方式類似，所不同的是磨削余量一次加工完。這個方法常用來加工高硬度的短軸。（4）【內圓磨】 磨內圓用來磨短空，如圖8.3所示。工件用卡盤或夾具固定。磨削時砂輪和工件都轉動同時砂輪縱向進給。通過改變砂輪橫向進給可以得到不同的磨削深度。這樣磨削方式演變出了行星磨內圓法，這種方法用在卡盤不能固定的重工件上。這種情況下，不僅要圍繞自己的軸心旋轉還要繞磨削孔的中心旋轉。

（5）【無心磨削】 無心磨削是用于圓柱型工件加工的，工件有托板支持，在兩輪之間，即砂輪和導輪或稱為進給輪之間通過去。砂輪完成實際的磨削，而導輪的作用是是工件旋轉及產生軸向的進給。這點是可能的，這是由輪的摩擦特點決定的，砂輪的用的是

橡膠粘合的磨粒。如圖8.4，導輪的軸和砂輪的軸有一定的角度。因此導輪的速度可以分解成兩部分，工件的轉速和進給速度，關系如下方程所示：

（6）這里的系數c是考慮工件與導輪之間的相對滑動常數。

（7）導輪的速度是可控，可以用來達到任何工件的旋轉速度。角度a通常取1-5度，角度越大，縱向進給速度越大。當a=0,砂輪的軸和導輪軸平行，將沒有工件的縱向進給。

（8）【砂輪】砂輪由大小類似的磨粒和粘和劑組成。實際上磨削過程是磨粒完成的。磨粒間的空隙使磨粒像獨立單點切削刀具一樣，這些空隙也能為磨削提供空間，防止堵塞。另外，空隙還能帶走磨削過程中產生的熱量。（9）砂輪的類型有它們的外形尺寸，磨粒的種類，磨粒的大小，粘和劑，硬度和結構決定。

Unit 11 車床和車削加工

（1）車床是主要運用于加工旋轉表面和平面的機械工具。基于車床的用途、結構、同時裝夾刀具的數量，以及自動化程度，車床或更確切來說車削型機床可以如下分類：

1.普通車床；2.多刀車床；3.轉塔車床；4.鏜床；5.自動車床；6.專用車床。

（2）盡管車削型車床存在上述差異，但對于車床結構和工作原理方面它們具有相同特點。這些車床的共同點可以用具有代表性的車床即普通車床來進行圖解說明，以下是普通車床的每一個零件的具體描述如圖11.1所示。

（3）【床身】

床身是主體框架，包括兩垂直支座上的一個橫梁。床身通常由灰口鐵或球墨鑄鐵組成以消除振動，可以通過鑄造得到。床身有允許小拖板縱向自由滑動的導軌。床身的高度應該適當以便能使操作人員容易舒適地操作。

（4）【床頭箱】

床頭箱固定在車窗的左側，床頭箱內部包括主軸。主軸軸線與導軌平行，主軸通過齒輪箱來驅動，齒輪箱在床頭箱內部，齒輪箱的動能是為主軸提供不同的轉速（6到18級轉速）。很多現代的車床有無級調速的床頭箱，它們利用摩擦力、電力或者液壓力驅動。

（5）主軸通常是中空的，即它有一個縱向通孔。如需采取連續加工，棒料可以通過此通孔喂入。另外，主軸的孔有一個錐形表面以允許普通車床頂尖的固定。主軸外表面刻有螺紋以固定卡盤之類的夾具。

（6）【尾座】 尾座基本包括三部分：基座、中間部分、套筒軸。基座有鑄件組成，基座可以沿導軌在床身上自由滑動，同時有一個箝位裝置，可以根據工件的長度在任意位置鎖緊整個尾座。中間部分是一個鑄件，可以橫向移動以使尾架軸線與床頭箱軸線對準。第三部分，套筒軸是一個空心高硬度鋼，套筒軸可以根據要求縱向地移動并可以根據需要進出中間部分，這可以通過手輪和螺釘四周有一個螺母固定在套筒軸上，套筒軸中間孔逐漸變細成錐形用來固定如麻花鉆、鏜桿和其他工具的頂尖，通過加緊機構，套筒軸可以在其滑動路徑的任一點被鎖進。

（7）拖板的主要功能是鎖緊，切削工具產生縱向或橫向進給，實際上拖板是一個H形狀的，他可以在床頭箱與尾座之間滑動，同時它受到床型V型導軌的引導，拖板可以通過拖板箱的頭桿或絲杠手動或機械啟動。

（8）當切削螺紋時，動力通過絲杠傳給拖板箱的齒輪箱，在所有其他切削過程中，走刀板來驅動拖板。絲杠穿過一對半螺母一對半螺母固定在拖板箱后面。當杠桿被驅動后，半螺栓一起加緊和旋轉絲杠嚙合作為一個單獨螺母，沿車床所拖板一起進給，當托桿脫離后，半螺栓松開，拖板停止移動。另一方面，當走刀桿開始工作時它通過渦輪給拖板箱提供能量，渦輪被固定到走刀板上一起隨拖板箱沿走刀桿移動。再沿走刀桿長度方向上用一個通長銷槽，一個現代車床通常有一個快換齒輪箱口固定在床頭箱下面，快換齒輪箱一系列齒輪由主軸驅動。

Unit 14 極限和公差

尺寸標注

（1）在機械設計過程中出來確定載荷應力，選擇合適的材料還需考慮許多其他因素。在設計制造之前，應該有完整的裝配及給用戶傳遞詳細信息的圖紙。在圖紙交給用戶之前，設計者要不斷檢查圖紙。要熟悉生產圖樣的所有情況，需要對制造過程非常熟悉并具有很多經驗。

（2）圖紙仔細檢查使尺寸標注是一個最方便最易理解以便生產部門。顯然所有圖紙有且只有一種解釋。特別是，在生產用機器能被調整好之前，車間工作人員不需要進行三角學或其他復雜的計算。（3）尺寸標注是一項復雜的工作，要熟悉他需要長期的實踐經驗。

（4）因為在加工一個零件的過程中，很難得到一個給定的尺寸，所以公差要放到所標注尺寸上面一些，目的是限制他允許的變動量。盡管很小的公差以高精度的零件和更好的機構，隨著公差降低成本提高，如圖14.1典型曲線所示。生產和使用所允許的最大公差是最重要的。

（5）公差可能是單向的也可能是雙向的。在單向尺寸標注過程，另外一個公差變化是由其他公差確定。在雙向尺寸標注過程，一個平均公差，也就是上下尺寸公差相等的公差帶被使用。

（6）在大量低成本生產過程中，主要依靠零部件互換性。設計者不僅考慮單個零件有合適公差，還有裝配零件有合適的間隙，以滿足裝配要求。在工程圖上標注尺寸的方法取決于不同加工種類或生產過程。如果尺寸公差沒有特別注明，圖樣必需要一個給出這些尺寸的公差值的綜合注釋。然而有些公司并不標注所有尺寸，假定每個尺寸是單獨被考慮的可能會規定出比注釋中要求更寬的公差。總之圖紙必須要清楚并且有唯一的解釋。尺寸和公差

（7）在圖樣標注時，除非設計者有意標明，注在尺寸線上的數字表明的尺寸僅是近似的，且不代表任何精度的等級。為了標明精確度，增加工件的公差值是必須的。公差是一個零件的允許變化范圍或是給定尺寸的最大變動范圍。如果一個2.5英寸的軸，如果不消耗大量成本，在實際工程中這個尺寸更本無法保證。因此公差需要被添加上，例如變動范圍在+-0.003英寸是允許的。這個尺寸可以表示成2.500+-0.003（8）緊公差，意味著零件與其他的零件有適當的配合。公差與設計量，可利用制造工藝生產的最低成本和裝配帶來的最大利益相一致。一般來說零件的費用隨公差的減小而增加。如果一個零件有幾個或更多表面要加工，當明義尺寸的允許變動范圍縮小時，成本會偏高。

（9）允差有時會和公差混淆，他具有完全不同的意義。他是兩個配合之間的最小間隙，他是最緊配合的條件。如果一個軸的尺寸1.498***，那更他配合的孔應該是1.500****，孔的最小尺寸是1.500，軸的最大尺寸是1.498.因此這個允差0.002是基于最大孔和最小軸尺寸，因此確定最大間隙0.008。

（10）公差可以是單向的也可是雙向的。單向公差是指變化量沿明義尺寸變化。參照前面的例子，孔的尺寸1.500+0.003-0.000，代表單向偏差。如果尺寸是1.500+-0.003，那么公差是雙向的，公差沿著明義尺寸上下變化。單向公差系統允許改變公差，雖然允差裝備類型保持不變。雙向公差系統中，不改變配件一個兩個明義尺寸是不可能的。在大型生產中配件具有互換性，單向公差是經常用到的。為了使裝配零件有合適的過盈配合，公差必須是確定的正負數字。極限公差和配合

（11）工程圖紙是準確，完整的表達出設計者要求，有利于加工制造。產品的尺寸必須表達出來而不能通過不同的視圖重復。對于一個特殊尺寸，例如一個孔的尺寸位置，在有可能的情況下，在同一個視圖中出現。

（12）除絕對需要的尺寸之外，不應該再有更多尺寸，而在任意方向上，只能在一個尺寸上住上特性要求。有時要給出一些輔助尺寸，有利于檢查，如果這樣做，尺寸應該用括號括起來以便參考，這樣的尺寸不標注公差。

（13）影響零件的尺寸應詳細說明而不應做其他尺寸的公差或被遺棄。如果沒有這些重要尺寸標注出來，那些尺寸上總的允許偏差將形成尺寸鏈上尺寸公差的和或差而且這樣會導致這些公差不得不定得過緊。整體的長或高必須標定。

（14）所有的尺寸都應該標注公差，除非有說明。通常，這樣的公差都被標注在尺寸值旁邊，特殊的公差應當被標注在影響結果和互換性的尺寸上。

（15）一個公差系統必須考慮到精度變化，因為精度變化在加工中會出現，提供互換性而且互換同時還可保證零件適當功能。（16）考慮到加工過程的不完整性，就形成了基本尺寸的差值即公差。公差帶主要依賴于制造過程的精度以及加工過程的大小。公差范圍越大，生產成本越低。雙邊公差帶是布置在明義尺寸兩邊。公差范圍大小，單邊公差帶只分布在明義尺寸一側。在單邊公差情況下，明義尺寸就形成了一個極限尺寸。（17）。。。。看書

（18）配合取決于相配合的兩個零件公差帶的相互關系，配合可以分為間隙配合（帶正允差），允差可以為正也可以為負的過渡配合，以及允差總為負的過盈配合。極限和配合類型

（19）極限與配合的ISO系統廣泛應用于采用米制單位制國家。比ANSI系統復雜的多。

（20）在ISO系統中，每個零件都有一個基本尺寸，一個尺寸的極限尺寸或高或低定義為一個基本尺寸的偏差，偏差大小及正負號是我們所討論的極限減去基本尺寸得到的。一個零件的兩個極限值之差稱為公差，這個公差是不帶符號的絕對值。（21）配合有3個等級：1間隙配合，2過渡配合3過盈配合。

（22）基軸制和基孔制都有采用，對每個給定尺寸公差帶的大小和偏差范圍可以用O線描述。公差尺寸的函數可被帶有符號的數字表明，被稱為等級，也就是公差等級。相對于零線的位置。公差尺寸函數的位置用符號表明，大寫字母表示孔，小寫字母表示軸。這樣基本尺寸為45mm的孔軸就可以寫成45H8/g7。

（23）規定了20種標準的公差等級，即IT01,IT0,IT1~18,他們是在500mm以內硬性劃分的每一段的基本尺寸都對應不同的標準公差數值。公差公式被統一為，例如5-16的等級是***，i的單位是微米，d的單位是厘米。

（24）標準軸和孔的偏差可以由公式近似的給定。然而在實際生產中，公差和偏差都由3個復雜的表格來給定。在另外表格也給出

了基本尺寸大于500mm的值并且通常用于軸和孔

PART 2 Unit 2 生產設備的數字控制

（1）數控是程序控制的自動化，在數字控制系統中，設備通過數字，字母和符號來編碼，以一種合適的格式為每一個特定的零件或工件定義一個程序指令集。當工件變化時，程序也變化，改變程序的能力也就是適合中小批量生產。寫一個新程序比改變大量生產設備要容易的多。

（2）基本結構：數控系統由下面三部分組成：1.控制程序；2.機器控制單元；3.加工設備。

三部分的基本關系，由圖2.1所示。程序輸入到控制單元由送入的程序來引導加工設備控制。

（3）指導程序是一步步詳細的指導加工設備的指令。通常指令把主軸上刀具相對于安裝工具的工作臺定位。更多先進的說明包括主軸的轉速，加工工具的選擇及其功能。程序刻在合適的介質中，提交到機器控制單元中，在過去幾十年中，最常用的介質是一英寸寬的打孔紙帶。由于打孔紙帶的廣泛使用，NC有時也叫紙帶控制，然而這是現代數控使用的誤稱。現在進入使用更多的是磁帶和軟盤。

（4）機器控制單元（MUC）由電子和控制硬件組成，機器控制單元可以讀出和執行指令程序，可以自動改變加工工具和其他加工設備。

（5）執行單元是數控系統的第三基礎部分，執行原件是有效執行工作的原件，最常見的數控例子其中的一個加工操作，加工設備由工作臺和主軸組成，就像用電動機來驅動一樣。加工設備由控制單元來驅動控制系統的類型。控制系統的類型

（6）數控有2種基本類型，點對點式和輪廓式控制，點對點式控制也稱定位控制，每個軸都是通過絲杠單獨驅動，根據加工類型不同，加工速度也不一樣。機器開始以最大速度運行來減少非加工時間，但當他達到數據定義的位置時，機器開始減速。因此在一個操作中，如鉆或沖孔操作先定位在加工。在鉆或沖孔之后，迅速收起工具移動到另一個位置重復此操作。從一個位置移到另一個位置是非常重要的，要遵循一個原則，從效率上考慮只要時間最短即可。點對點系統主要用于鉆，沖孔，直銑操作中。

（7）輪廓式也就是連續路徑式系統，定位和切削同時按不同速度來控制，由于刀具在指定路線運動同時切削，因此速度和運動的同步控制是非常重要的。輪廓式系統常用于車床銑床磨床焊接設備和加工中心。

（8）沿著路徑的運動或以增量差補是幾個基本方式的一個，在所有的差補中，要控制刀具的回轉中心定位，補償可以以不同直徑及刀具磨損，在數控程序中進行改寫。

（9）有一些已形成差補方案來處理數控系統中連續路徑和加工系統產生的問題包括：

1.線性差補；2.圓弧差補；3.螺旋線差補；4.拋物線差補；5.立體差補

（10）每一種差補程序都允許程序源產生加工指令，適用于相對少的輸入參數的直線或曲線路徑。儲存在數控單元中的模塊預算指引工具沿計算出的路徑運動。

（11）線性差補是最基本的差補方法，用于連續路徑的數控系統中。兩軸和三軸線性差補路線在實際中有時會分辨出的，但在概念上他們是一樣的，程序源要明確指定直線的起點和缺點及沿直線的進給率。差補需計算兩軸或三軸的進給速率以達到設定的進給速度。

（12）線性差補用來差補圓是不合適的因為程序源需要明確指定線段部分（線段數量）和各自的終點來大約模擬圓弧。圓弧差補法已形成他允許程序編程的路徑，使用圓弧只要給定以下參數，圓弧終點坐標，圓心坐標，半徑和刀具沿圓弧路徑的走刀方向。圓弧差補也是由許多小的直線段來實現的，但這些小線段的參數由差補模塊來計算出來的，而不是程序員設定的。切削是沿著每一小線段一個一個的進行以產生光滑曲線路徑。圓弧差補的局限性是圓弧路徑所在平面是由數控系統中兩軸所決定的平面。（13）螺旋線差補結合了環形差補兩軸在第三軸上做線性運動這樣來定義空間三維螺旋路徑。

（14）拋物線差補和立方差補法通過高次高程來實現自由曲線。這通常需要有強的計算能力，正因如此，他不如直線差補和環形差補常見。他們主要用于汽車工業中具有自由風格的車身面，而這是線性差補和圓弧差補不能精確容易得到的。

（15）數控技術運用于數控機床，這是數控的主要應用。現在主要用于商業。我們仍討論數控系統特別是金屬數控車床。數控車床技術

（16）種加工過程都可以在設計的專門車床上來實現加工。在車床上車削，在鉆床上鉆，在銑床上加工。有幾種類型的磨削方法也要有相應種類的磨床。被設計的數控磨床可以進行下列加工包括：1.鉆加工；2.銑床立式和臥式主軸；3.車床臥式主軸和立式主軸；4.臥式和立式鏜床；5.仿形銑床；6.平面磨和圓柱磨

（17）除了上述幾種機械加工方法，數控機床可用于其他金屬加工過程包括：用于薄片板的金屬板上沖孔的沖壓機，用于薄片金屬彎曲的折彎機。

（18）數控技術的介入到機加工對機床的設計和運用有著顯著的影響。數控影響之一在程序控制下切削金屬的時間與傳統手動機床

大得多。所以對于一些零件如主軸驅動主軸絲杠磨損更快，這些零件要設計成持續時間長的。第二，增加電子控制單元后設備成本也隨之增加，因此需要更高的利用率。取代傳統手工操作的一班制，數控機床通常采用兩班或三班制來獲得更多的回報。數控機床的設計中減少了非操作過程的時間如裝卸工件和換刀時間。第三，增加的勞動成本由人工成本變為設備成本。考慮到人工操作的角色，角色由技術熟練的工人控制，工件生產的每一個過程變為只控制裝卸換刀和清除碎屑和類似的操作，這樣一個工人可以同時操作兩臺或三臺車床，機床的角色和功能也改變了。數控需要設計成高度自動化具有需要在不同車床加工幾種操作聯合在一起一定加工的能力，這些變化是通過一種新型車床在數控技術存在之前是不存在的，他豐富了數控加工中心

（19）加工中心是在20世紀50年代發展起來的具有在程序控制下在一個工件上一次裝夾完成幾種不同的加工能力的機床。加工中心能完成銑，鉆，鉸屑，攻絲，鏜，車端面及一些類似機加工工作。另外數控加工中心的典型特征包括以下方面：

（20）(1)自動換刀能力: 多種機加工工作一位著需要多種刀具。刀具貝安裝在刀庫或多刀刀庫中。當一把刀需要被調換時，多刀刀座自動旋轉到相應的位置上。自動化的換刀機構。在程序控制下進行，把主軸上需換下的刀和多刀刀座上的刀調換。（21）(2)工件的自動定位: 大多數加工中心都可以使工件沿著主軸旋轉因此允許刀具達到工件的四個表面。

（22）(3)托架滑動裝置（平板架）: 加工中心另一個特點是有兩個或多個獨立拖板每個拖板都可以調整在刀具上。在加工過程中，一個拖板在刀具的前部，另一個拖板在遠離主軸的安全位置。這樣當機床正在加工當前的零件時。操作人員就可以從上一個工作循環中卸下最終加工好的零件，同時加緊毛坯用于下一個工作循環。

（23）加工中心可以分為立式和臥式。這是參照機床主軸方向來劃分的。立式加工中心具有軸線相對工作臺垂直的主軸，臥式車床的主軸軸線是水平方向的。這種區別通常會導致在這些加工中心加工的零件類型不同。立式加工中心用于以上進刀的平面工作。臥式加工中心用于立體形狀，刀具在立體側面可以進刀。一臺數控臥式加工中心，例子如圖2.2所示，具有上面提到的一些特征。（24）加工中心的成功應用導致了其他類似金屬加工機床的發展。例如：在車削中心，把車削加工設計成一個高度自動化萬能機床可以完成車削，刨，鉆，螺紋加工和類似的操作 DNC AND CNC（25）數控的發展在分批生產和小批量生產中有著重要意義，從技術和商業角度來說都有著重要意義。數控有兩方面的提高和擴展，包括：1.直接數據控制；2.計算機數字控制（26）直接數據控制

直接數據控制定義為一個制造系統，一定數量的機床有一臺計算機通過直接硬件連線實時控制。相應的磁帶播放機忽略在直接數控中，這樣就消除系統中最不可靠的環節。不用磁帶播放機而用電腦信息傳給車床。原則上說一臺計算機可以控制100臺獨立機器（DNC系統在1970年稱為可控制26臺機床）直接數控（DNC）電腦設計成在需要的時候提供指令給每一臺機床，當機床需要控制指令時，計算機立即發送指令給機床。

（27）圖2.3說明了DNC的基本配置。這個系統包括4部分：

1.中央計算機；2.大量內存，用于存放數控程序；3.通信線；4.機床刀具

（28）計算機從海量內存中取出部分程序指令送入到需要的獨立機床中。相應的計算機也接受機床反饋信息。這種雙工的信息流在實時控制加工系統中出現意味著每臺機床需要指令的請求能立即得到回應。類似的，計算機必須總是要準備要接受信息和進行回應。DNC系統顯著特點是：可以實時控制大量機床。更具機器數量和所需的計算機程度化。有時需要使用衛星計算機如圖2.4所示。衛星計算機是更小的計算機，可以分擔中央計算任務，減輕其負擔。每臺衛星控制幾臺機床。零件加工指令程序由計算機接受，儲存在內存中。當需要時衛星計算機發送指令程序到每個獨立機床中。來自機床的反饋數據在電腦中央存儲接受之前存儲在衛星內存中。（29）計算機數字控制

由于DNC技術的介入，在計算機技術上得到了很大的發展。計算機在尺寸和成本顯著減少的同時，計算機的能力卻有很大的提高。在數控中，這些發展使得由硬件布置的MCU（）變為數字電腦控制的控制單元。最早，小型機在1970年使用。隨著計算機進一步小型化，小型機被當今的微型機取代。

（30）計算機控制也是一種數字控制，它采用微型計算機作為控制單元。由于數字電腦用于CNC 和DNC中，只近似區分兩種類型。有三個區分原則：

1）.DNC電腦接受和發送指令數據都是來自許多機器，CNC電腦控制只是一個機器或多個機器。2）.DNC電腦占有一個位置通過控制來實現機器的旋轉。CNC電腦要非常靠近車床。

3）.DNC軟件的發展不經可以控制生產設備的每個單獨零件，還可以在生產堅固性方面提供主要控制信息。CNC的提高可以提高特殊車床的能力。

（31）電腦數控系統的大體配置如圖2.5所示。如圖中所示，最初進入控制器的是磁帶播放機。這樣，CNC的外部系統與傳統的NC機相似。然而CNC中的程序使用方法是不同的。

PART 2 Unit 4 機加工與切削加工中心

（1）這篇文章介紹了計算機控制的機械刀具設計的能力和較大的發展，就想我們知道的機加工和切削加工中心，這些機器有其他機器工具沒有的柔性和多功能性，應此他們作為加工工具第一選擇。機加工與切削加工中心

（2）需要注意的是每臺機器他的自動化程度有多高，都要設計一種基本的加工樣式就像所展示的那樣，在制造過程中不同的表面是用不同的加工方法加工的，（3）例如，如圖4.3所示，銑、端面車削、鏜、鉆、鉸孔、切絲來獲得額定的公差要求及最終表面精度。

（4）習慣性的加工過程的執行，始于工件的移動從一把加工刀具到另一把加工刀具直至所有的加工完成，這是一種切實可行的制造方法，并具有高度的自動化。這就是生產流水線的原理。最常見的是應用于高容量或大批量的生產，生產流水線是由幾種加工刀具按一定的次序排列組成的，諸如自動發動機模塊這樣的工件從一個加工地點到另一個加工地點，并且在每一個加工中心都運用特有的加工方式進行加工，工件會被輸送到下一個機器進行下一個加工。

（5）有這樣一些產品或加工方法，他們的生產路線是不可行或不經濟的，特別是當這些種類的產品在加工時需要迅速轉換加工方法。一個重要的概念，在20世紀50年代末期得到發展，那就是機加工中心。一個機加工中心就是運用計算機控制的刀具在工件的不同表面和不同的方向上進行切削操作的能力，通常說工件是不動的，而切削工具進行旋轉，比如銑和鉆操作。

（6）機加工中心的發展暗示著計算機控制的機器刀具之間關系的進步。如數字控制的車床加工中心擁有兩個轉臺帶動幾把切削刀具進行車削，端面車削，鏜孔和切螺紋。

（7）工件在加工中心里是被安放在托盤上或模塊上，那樣可以被移動并且可以進行不同方向的旋轉和定位，在進行特殊的切削過程完成后，工件不需要移動到另一臺機器進行鉆孔，鉸孔，攻絲之類的附加加工。換句話說，工件和機器是被置于工件上的。（8）當所有的加工工作完成后，托盤會自動離開已加工工件，并且另一個托盤運用自動托盤變速器將工件進行定位和加工。所有的傳動機構都有計算機控制，并且托盤定位器有10-30秒的循環時間，托盤臺能夠使得多級托盤更好的服務于加工中心，工具同樣能夠被裝備到不同的自動化部件中，諸如上料與下料機構。

（9）加工中心裝備了可變程序的自動刀具變換器，依賴于這樣的設計多達200把切削刀具能夠被貯存在刀庫，刀鼓，刀鏈（工具庫），輔助工具庫能夠更好的為一些特殊加工中心提供更好的切削道具，這些刀具可以自動的任意選擇到達機械主軸的最短路線，刀具交換臂是一個普通的設計機構，他可以旋轉來拾取特殊的工具（每一個工具有他自己的刀桿）和他在主軸上的位置。（10）刀具通過直接連接在刀具夾持口上的編碼標簽、條形碼或記憶芯片來標識。一次換刀時間在5-10秒鐘，對于小的刀具可以少于1-2秒，對于重達110公斤的刀具可以達到30秒，刀具變換器的設計趨勢趨向于運用簡單的原理提高換刀的時間。

（11）加工中心同時裝備有工具的檢驗臺，他可以給計算機數字控制提供信息對于在換刀和刀具磨損時的誤差提供補償。接觸試探針可以自動裝入工具夾持口中以確定工件的參考平面，以便對刀具設置進行選擇并對加工的工件在線檢測。

（12）圖4.6所示的一些表面可以被聯系起來，他們的相對位置可以被確立并儲存在計算機軟件的數據庫中，這些數據稍后可被用于編寫刀具工作路徑的程序同時對刀具的長度和直徑進行補償，又可以為預先加工刀具的磨損提供補償。機加工與切削加工中心的種類

（13）盡管這里有不同種類的刀具設計在加工中心中，兩種最基本的種類垂直主軸和水平主軸；大部分的機器擁有上述兩種軸線的能力，在加工中心中最大的切削刀具的尺寸可以繞工具一周，就像我們知道的工具包絡，這個術語第一次應用在與工業機器人的聯系上。

（14）垂直主軸加工中心或是水平主軸加工中心都是為了適用在工件具有深腔的平面上執行加工工藝，如鑄型和模具制造。一個垂直主軸的加工中心類似于一個垂直主軸銑床。刀庫在圖示的左側并且所有的加工方法和傳動機構通過位于右側的計算機控制托盤進行定位和修改。

（15）因為在加工中心中由于推力的作用方向是向下的，機器具有高的剛度，并在對于加工部分有較好的精確補償，這些機器通常比水平主軸的機器便宜些。

（16）水平主軸的加工中心或水平機加工中心是為了適用于高大工件的表面加工的需求。托盤可以在不同的軸線（如圖4.3所示）上旋轉來進行不同種類的有角定位。

（17）水平主軸加工的另一個范疇是車削加工，是用特殊機床進行計算機控制的車削加工。一個三轉動架的計算機數字控制的車削加工如圖4.8所示，這個機器是由兩個水平主軸和三個轉動架以及不同的切削刀具設計而成的來執行一些旋轉工件的加工。（18）萬能加工中心同時裝備了垂直主軸和水平主軸的機器，他們具有不同種類的特色，并且具有加工所有表面的能力（垂直的、水平的、斜的）。

機加工中心的特征和能力

（19）下面是加工中心的大部分特征：

a．他們有能力有效的，經濟的并且擁有重復的高精度的尺寸的能力來處理不同型號的磨具的能力。公差的范圍在正負0.0025mm。b．這些機器是萬能的，擁有多達6條線性的有角傳動的軸線并且有能力快速的從一種加工方式向另一種加工方式轉變來滿足不同種類的加工刀具和有效的減小地板空間。

c．裝載工作和卸載工作，轉換刀具，矯正，故障尋找所需的時間正在減少，應此生產能力提高，減少實驗的需求尤其是對于熟練實驗的要求并且生產成本降到最低。

d．他們可以高速的自動化并相對地緊湊，應此一個工作人員可以在同一時間照顧到兩臺或更多的機器。e．加工機器裝備了刀具調節監測裝置為了檢測出工具的磨損與破裂，又可以探測工具磨損的補償和工具調位。f．前處理和后處理的矯正和工件加工監測在加工中心的功能。

（20）加工中心可應用于更廣闊范圍的不同種類型號和特征，并且他們的成本范圍從5萬到100萬甚至更高。典型容量范圍可達75KW，并且最小軸轉速通常在4000-8000rpm范圍里，一些可以達到75000rpm，還用于小補償切削的特殊應用。一些托盤具有支撐重達7000kg工件的能力，通常高的容量用于特殊的應用當中。

（21）現在大部分機器有一個標準組件的基準構造，應此不同種類的外圍裝備和附件可以被安裝并且和修改不同種類產品的修改要求。

（22）因為加工中心的高生產能力，大量的切削會產生并且必須被收集起來應此一些需要一些可用于切削收集處理的設計，就像圖示所舉例那樣，兩個在橫軸加工中心截面圖底部的切削傳送帶這些特殊的加工傳送帶是螺旋形或螺桿型，他們沿著導槽收集切削并且將他們輸送到收集點，另一條系統會選用鏈式傳送帶。刀具的選擇

（23）加工中心能夠有能力需求有效的花費可以說進行有效的成本控制，他們通常不得不每天做至少兩次移動，所以他們必須有效并且可以連續調整在加工中心中產品的購買需求，因為他們固定的多功能性，但是加工中心可用于及時的制造大范圍的特殊產品。（24）種類的選擇和加工中心的尺寸依賴于以下幾種因素。

a．產品的種類，尺寸和模具的復雜性。

b．加工方法的種類及執行方式和切削工具的需求次數。c．精確補償的需求。d．生產速率的需求。

（25）盡管多功能性是選取加工中心的一個關鍵因素，我們必須考慮到權衡高成本高精度需求和比較在運用傳統加工工具制造相同產品時的成本。

UINIT 4鑄造工藝

引言

1鍛造是一種重要的成型加工工藝。可以用來生產各種形狀和尺寸的零部件，這些零部件從非常小的到重達幾噸的。2鍛造是把金屬加熱并且在合適的壓力下使其塑性變形而成型的一種加工。通常這個壓力是通過電錘或壓力機的錘頭打擊面形成，如圖4.1所示。

3手工鍛造工具包括各種形狀的錘子。在鑄造過程中用來支撐工件的支座是砧座。

4對于半機械化鑄造的小型和中型的零件，鑄造錘所使用的各種動力都用共同的特點，例如手工鑄造錘，他們利用它下落時的重力來提供金屬成型時所需要的壓力。大型零件的鑄造是通過蒸汽或被壓縮空氣或液壓或電力來提供鑄造壓力的。大型自動化鍛造設備是用來生產大批量的工程部件。

5開模鍛比如通常使用錘鍛及閉模之間的差別。在錘鍛中，組件是通過錘子的撞擊和輔助的簡單工具成型的。他們包括開式模具，即不會完全把金屬封閉起來的成型。錘鍛一種最基本的操作拔長是通過錘子的撞擊金屬拉伸片狀金屬，從而使金屬變得又薄又長。在手工鍛造中，工件在撞擊下要旋轉90°，從而可以完全鍛造并阻止其側面的進一步變形。與拔長相反的是鐓鍛，它能使壓縮方向縮短。例如，將棒料加熱并進行軸向捶打，其直徑即可增大。

6閉模鍛造廣泛應用于大量的工業生產中，金屬的成型是被壓入一對鍛造模中而完成的。上模通常與鍛造壓力機的撞擊工具或鍛錘相連接，下模是固定的。把他們結合在一起就形成了閉模。閉模鍛造可以生產非常復雜和精度很高的組建，他們與傳統的加工方法相比可得到更好的加工表面。磨具通常是由耐熱和耐磨材料制作而成的。將一塊大小足以填充模腔并能稍溢出的金屬放入底模，并將頂模加壓合攏。這塊金屬便獲得該模腔的形狀。閉模鍛造通常用來加工連續加工的小工件或非常大的工件。對于后者的加工，例如噴氣式飛機的組件，要使用很大的能產生5000噸或更多壓力的水壓機來提供壓力。

第四篇：機械工程英語翻譯

Part2

Unit 12

Nanomaterial and Micro-machine

納米材料和微型機器

Nanomaterial

納米材料

Nanomaterials and nanotechnolology have become a magic word in modern society.納米材料和納米技術已成為現代社會一個具有魔幻色彩的詞匯。Nanomaterials represent today’s frontier in the development of novel advanced materials and present great promises and opportunities for a new generation of materials with improved and tailorable properties for applications in sensors, optoelectronics, energy storage, separation and catalysis.納米材料代表了當今新型先進材料發展的前沿，為具有各種改良的、能按照人們各種要求進行“定制”的性能的新一代材料，在傳感器、光電子學、儲能、分離和催化劑技術等方面提供了廣闊的應用前景。So nanomaterials are considered as a great potential in the 21th century

because of their special properties in many fields such as optics, electronics, magnetic, mechanics, and chemistry.因此納米材料被視為21世紀具有巨大的潛力的一種材料，因為在很多領域如光學、電子學、磁學、力學和化學他們的特殊性質。

These uinque properties are attractive for various high performance applications.這些特殊的性質對于各種不同高性能的應用程序 來說具有很大的吸引力。

Exampeples include wear-resistant surfaces, low temperature sinterable high-strength ceramics, and magnetic nanocomposites.例如耐磨的表層以及在低溫環境下 具有高張力的陶瓷和磁力納米復合材料。

Nanostructured materials present great promises and opportunities for a new generation of materials of materials with improved and marvelous properties.納米結構的材料為新一代具有改良的非凡的性能的材料提供了廣闊的前景。

It is appropriate to begin with a brief introduction to the history of the subject.在這里簡單介紹一下納米材料的歷史。

Scientific work on this subject can be traced back over 100 years.在這方面的科學研究可以追溯得到100多年以前。

In 1861 the British chemist Thomas Graham coined the term “colloid” to describe a solution contion containing 1 to 100 nm diameter particles in suspension.在1961年，英國化學家格雷姆首次用“膠體”這個術語來描述一種含有直徑為1~100nm的微小懸浮顆粒的溶液。

Around the turn of century, such famous scientists as Rayleigh, Maxwell, and Einstein studied colloids.大約在20世紀末20世紀初的時候，一些有名的科學家如雷利,麥克斯韋和愛因斯坦開始研究膠體。

In 1930 the Langmuir-Blodgett method for developing monolayer films was developed.1930年，單分子薄膜的狼繆爾布羅杰特方法形成。

By 1960 Uyeda had used electron microscopy and diffraction to study individual particles.到1960年Uyeda 已經用電子顯微鏡檢查法以及衍射來研究單個粒子。At about the same time, arc, plasma, and chemical flame furnaces were employed to produce submicron particles.幾乎是同一時間 電弧，單離子體和化學反射爐已經用于生產亞微米粒子了。

Magnetic alloy particles for use in magnetic tapes were produced in 1970.1970年磁力合金粒子已經運用于磁帶中了。

By1980, studies were made on clusters containing fewer than 100 atoms.到1980年，已有很多人開始對含有不到100個原子的原子團進行了研究。In1985,a team led by Smalley and Kroto found spectroscopic evidence that C60 clusters were unusually stable.在1985年，一個由斯莫利和克羅托領導的科研小組通過光譜分析證實了C60原子團具有不同尋常的穩定性。

In1991, Lijima reported studies of graphitic carbon tube filaments.1991年，Lijima 也報道了有關石墨碳管狀絲材的研究情況。

Research on nanomaterials has been stimulated by their technological applications.關于納米材料的研究是在他們的技術的應用引起的。

The first technological uses of these materials were as catalysts and pigments.這些納米材料的第一次技術使用是催化劑和天然色素運用。

The large surface area to volume ratio increases the chemical activity.大面積的體積比增加到化學活動上。

Because of this increased activity, there are significant cost advantages in fabricating catalysts from nanomaterials.正因為這些增加的研究，從納米材料上制造催化劑才有了巨大的成本優勢。

The properties of some single-phase materials can be improved by preparing them as nanostructurs.一些單相的材料的性能還可以通過納米結構來優化。

For example, the sintering temperature can be decreased and the plasticity increased on single-phase, structural ceramics by reducing the grain size to several nanometers.例如，降低燃燒溫度，把顆粒大小縮小幾個納米，可以單相的提升建筑陶瓷的可塑性。

Multiphase nanostructured materials have displayed novel behavior resulting from the small size of the individual phases.由單個顆粒的小型體積，多相的納米結構材料已經展示了非比尋常的性質。

In microelectronics, the need for faster switching times and ever larger integration has motivated considerable effort to reduce the size of electronic components.在微電子學中，對快速轉換時間和更大規模的集成電路的需要在減小電子元件尺寸的工作起到了很大的作用

Increasing the component density increased the difficulty of satisfying cooling requirements and reduces the allowable amount of energy released on switching between states.而增加器件密度又會增加必須滿足冷卻條件以及減少開關狀態轉換是所允許的最大能量釋放的難度。

It would be ideal if the switching occurred with the motion of a single electron.在單電子的移動時開關是最理想的狀態。

One kind of single-electron device is based on the change in the Coulombic energy（庫倫能）when an electron is added or removed from a particle.當從一個粒子中增加或較少一個電子的時候，一種單電子裝置是以庫倫能的變化為基礎的。

For a nanoparticle this energy change can be large enough that adding a single electron will effectively block the flow of other electrons.對于納米粒子來說，這個能量的變化因增加單個電子有效的限制其他電子的流動而充分。

In addition to technology, nanomaterials are also interesting systems for basic scientific investigations.除了技術，納米材料的基本科學調查也是有趣的系統。For example , small particles display deviations偏差 from bulk 體積solid behavior such as reductions in the melting temperature and changes(usually reductions)in the lattice parameter.（網狀參數）

例如微粒材料和塊狀材料會呈現出不同的性能，比如其熔點降低和晶格參數變小。

The changes in the lattice parameter observed for metal and semiconductor particles result from the effect of the surface stress, while the reduction in the melting temperature results from the effect of the surface free energy.金屬和半導體粒子觀察來的晶狀參數變化是來自于表面的壓力，而熔點的降低是來自于表層的自由能的作用。

By studying the size dependence of the properties of particles, it is possible to find the critical length scales at which particles behave essentially as bulk matter.通過研究微粒性能的數量相關性，有可能發現微粒像塊狀材料性能的臨界尺度。

Generally, the physical properties of a nanoparticle approach bulk values for particles containing more than a fen hundred atoms.一般說來，納米粒子如果達到包含有幾百個原子的大小時，其物理性能就會接近塊體材料。

New techniques have been developed recently that have permitted researchers to produce larger quantities of other nanomaterials.發展的新技術已經被研究學者用于發掘納米材料的更多的性能了。Each fabrication technique has its own set of advantages and disadvantages.每項制造技術都有其優缺點。

Chemical techniques are very versatile in that they can be applied to nearly all materials(ceramics, semiconductors, and metals)and can usually produce a large amount of materials.化學技術是通用的，它可以運用到陶瓷，半導體以及金屬等所有種材料中，還可以用來生產大量的其他材料。

A difficulty with chemical processing is the need to find the proper chemical reactions and processing conditions for each material.化學處理的困難是需要找到合適每種材料的化學反應以及反應條件。

The ability to characterize nanomaterials has been increased greatly by the invention of the scanning tunneling microscope(STM)and other proximal probes such as the atomic force microscope(AFM), the magnetic force microscope, and the optical near-field microscope.因為掃描隧道電子顯微鏡以及源自顯微鏡和磁力顯微鏡等類似儀器的發明，人們對納米的特點的認知能力又大大增強了。STM has been used to carefully place atoms on surfaces to write bits using a small number of atoms.STM

（掃描隧道電子顯微鏡）技術一般用來將少量的單個原子小心地“搬運”到某些材料得的表面來書寫二進制數碼。

It has also been employed to construct a circular arrangement of metal atoms on an insulating surface and hence a nano-scale electronic component is fabricated.它還可以用來在絕緣表面將金屬原子擺放成一個環狀圖形，從而制造出納米尺寸的電子器件。

Other new instruments and improvements of existing instruments are increasingly becoming important tools for characterizing surface of films, biological materials, and nanomatirials.其他新的工具和現有工具的改善已經成為顯現薄膜表層，生物材料以及納米材料的主要手段。

The development of nanoindentors and the improved ability to interpret resulting from nanoindentation measurements have increased our ability to study the mechanical properties of nanostructured materials.納米材料的發展以及改良的納米技術的測量能力的展現增強了我們去研究納米結構材料的性能的能力。

Improved high-resolution electron microscopes and modeling of the electron microscope images have improved our knowledge of the structure of the particles and the interphase region between particles in consolidated nanomaterials.改良的高分辨率的電子顯微鏡以及 電子顯微鏡圖像的模型提高了我們對粒子的結構以及在加固的納米材料的分裂區間的認識。

Micro-machine 微型機器 Introduction 介紹

From the beginning, mankind seems instinctively to have desired large machines and small machines.從一開始，人類似乎就本能地有一種想制造“大機器”和“小機器”的愿望。

That is , “large” and “small” in comparison with human －scale.這里的所謂“大”和“小”是相對人類本身的尺寸而言的。

Machines larger than human are powerful allies in the battle against the fury of nature;smaller machines are loyal partners that do whatever they are told.比人體大的機器將稱成為人類同暴虐無情的自然界作斗爭的得力幫手，而那些小機器則只能乖乖聽從人類的命令，讓干什么就干什么。

If we compare the facility and technology of manufacturing larger machines, common sense tells us that the smaller machines are easier to make.如果我們將生產大型機器的設備和技術相比，常識告訴我們小型機器更容易制造。

Nevertheless, throughout the history of technology, larger machines have always stood out.盡管如此，整個技術的歷史，較大型機器一直很突出。

The size of the restored models of the water-mill invented by Vitruvius in the Roman Era, the windmill of the Middle Ages,and the steam engine invented by Watt is overwhelming.維特魯維在羅馬時代發明恢復模型尺寸大小的水車，中世紀的風車，和瓦特發明的蒸汽機是勢不可擋的。

On the other hand, smaller machines in history of technology are mostly tools.另一方面，小型機器的科技歷史大部分是工具。

If smaller machines are easier to make, a variety of such machines existed，but until modern times ,no significant small machines existed except for guns and clocks.如果小型機器相對容易制造，那么會存在一系列這樣的機器，但直到現代，沒有重要的小機器存在除了槍和鬧鐘外。

This fact may imply that smaller machines were actually more difficult to make.這樣的事實可能暗示較小機器事實上是更難制造。

Of course, this does not mean simply that it was difficult to make a small machine;it means that it was difficult to invent a small machine that would be significant to human beings.當然，這并不簡單意味著制造一個小機器是很困難的；而是意味著創造一個小機器是困難的，那將對人類是重要的。

Some people might say that mankind may not have wanted smaller machines.一些人可能會說人類可能不需要較小型機器。

This theory, however, does not explain the recent popularity of palm-size mechatronics products.然而，這一理論并不能解釋最近流行的手掌大小的機電一體化產品。

The absence of small machines in history may be due to the extreme difficulty in manufacturing small precision parts.歷史上小機器的缺乏可能是由于制造高精度小部件極度困難。The dream of the ultimate small machine, or micro-machine, was first depicted in detail about 30 years ago in the 1966 movie “Fantastic Voyage.”

最終的小機器或微型的夢想，首次被描述在詳細介紹30年前在1966年的“奇妙的航行”科幻電影中。

At the time, the study of micro-machining of semiconductors had already begun.那時候，半導體的微細加工的研究已經開始。

Therefore, manufacturing minute mechanisms through micro-machining of semiconductors would have been possible.然而，通過半導體的微加工制造分鐘的機制是有可能的。

There was, however, a wait of over 20 years before the introduction of electrostatic motors and gears made by semiconductor micro-machining.然而，有等待超過20年引進的半導體微細加工制成的靜電馬達和齒輪。

Why didn’t the study of micro-machining and the dream of micro-machines meet earlier?

為什么不把微加工的研究和微型機械的夢想早一點接觸呢? A possible reason for this is as follows.一個可能的原因如下。

In addition to micro-machining, the development of micro-machines requires a number of technologies including materials, instrumentation, control, energy, information processing, and design.此外微加工，微型機器的發展需要許多科技技術包括物材、儀器儀表、控制、能源、信息處理和設計。

Before micro-machine research and development can be started, all of these technologies must reach a certain level.在微型機器研究和發展開始前，所有這些技術必須達到一定水平。In other words, the overall technological level, as a whole, must reach a certain critical point, but it hadn’t reached that point 40 years ago.換句話說，整體技術水平，作為一個整體，必須達到一定的臨界點，但在40年以前是達不到這一點。

Approximately 20 years after “Fantastic Voyage ,”the technology level for micro-machines finally reached a critical point.大約在科幻電影《奇妙的航行》上映后20年，微型機械的技術終于達到一個相當水平。

Micro-motors and micro-gears made by semiconductor micromachining were introduced at about that time, triggering the research on development of micro-machines.用半導體加工技術制造出的微型電動機和微型齒輪機構開始在那時候出現，從而刺激了微型機械的研究和發展。

Micromachines as Gentle Machine 微電機作為溫和的機器

The most unique feature of a micro-machine is , of course, its small size.Utilizing its tiny dimensions , a micro-machine can perform tasks in a revolutionary way that would be impossible for conventional machines.當然，它的體積小的微型機器的最獨特的功能。利用其微小的尺寸，微機器可以一種革命性的方式，執行傳統的機器不可能的任務。That is , micro-machines do not affect the object or the environment as much as conventional machines do.也就是說，相比傳統機器，微型機器可以盡可能多的不影響它的對象或環境。

Micro-machines perform their tasks gently.This is a fundamental difference between micro-machines and conventional machines.微型機器可以柔和的執行他們的任務。這是微型機器和常規機器之間的根本區別。

The medical field holds the highest expectations for benefits from this feature of micro-machines.在醫療領域擁有最高期望得益于微型機器的特點。

Diagnosis and treatment will change drastically from conventional methods, and “Fantastic Voyage” may no longer be a fantasy.診斷和治療將從傳統方法上發生急劇變化，同時“神奇之旅”可能不再是一個幻想。

If a micro-machine can gently enter a human body to treat illnesses, humans will be freed from painful surgery and uncomfortable gastro-camera testing.如果一個微型機器可以輕輕地進入人體，以治療疾病，人類將擺脫痛苦的手術和不舒服的胃腸相機測試。

Furthermore, if micro-machines can halt the trend of ever-increasing size in medical equipment, it could slow the excess growth and complexity of medical technology, contributing to the solving of serious problems with high medical costs for citizens.此外，如果微型機器可以控制醫療設備日益增加大尺寸，它可能會放緩醫療技術過剩的增長和復雜性，從而促使公民高額的醫療費用問題得到解決。

Micro-electronics and mechatronics 微型電子和機電一體化

The concept of micro-machines and related technologies is still not adequately unified, as these are still at the development stage.微型機器和相關技術的概念，還沒有充分統一，因為這是仍處于發展階段。

The micro-machines and related technologies are currently referred to by a variety of different terms.目前，微型機器及其相關技術涉及許多不同術語。

In the United States, the accepted them is “Micro Electro Mechanical Systems”(MEMS);in Europe, the term “Microsystems Technology”(MST)is common, while the term “micro-engineering” is sometimes used in Britain.在美國，“微機電系統”（MEMS）是被接受的，在歐洲通常叫“微系統技術”（MST）而在英國它被稱作“微型工程”。Meanwhile in Australia “Micro-machine”.與此同時它在澳大利亞被稱作“微型機器”。

The most common term if it is translated into English is "micro-machine” in Japan.最常見到術語，在日本它如果被翻譯成英文是“微型機器”。

However “Micro-robot” and “Micro-mechanism are also available case by case.但是“微型機器人”和微觀機制“也是到處可見的。

The evolution of machines and micromachines 機器和微型機器的發展

Many researchers see micro-machines as the ultimate in mechatronics , developed out of machine systems.許多研究人員把微型機器看作是機電一體化最終開發的系統。Ever since the Industrial Revolution, machine systems have grown larger and larger in the course of their evolution.自從工業革命以來，機器系統在其演化過程中已經越來越大。Only very recently has evolution in the opposite direction begun, with the appearance of mechatronics.最近機電一體化的外觀次啊開始在反方向的演變。

Devices such as video cameras, tape recorders, portable telephones, portable copiers which at one time were too large to put one’s arms around , now fit on the palm of one’s hand.設備，如攝像機，錄音機，便攜式電話，便攜式復印機，曾經太大以至于拿起來就是身邊的武器，現在適合放在也個人的手上。

Miniaturization through mechatronics has resulted mainly from the development of electronic controls and control software for machine systems, but the changes to the structural parts of machine systems have been minor compared to those in the control systems.機械電子技術的發展帶來的結構微型化主要是機械系統中電子控制技術和控制軟件發展的結果。但機械系統結構部件的發展變化與控制系統的技術發展還是無法相比。

The next target in miniaturization of machine systems is miniaturization of the structural parts left untouched by present mechatronics.機械系統微型化的下一個目標是當前電子技術尚未觸及到的結構部件的微型化。

These are the micro-machines which are seen as the ultimate in mechatronics.這就是所謂被視為機械電子學終極發展目標的微型機械

Seen in this light, the aim of micro-machines can be expressed as follows: 由此看來，微型機器的目的，可以表示如下

“Micro-machines are autonomous machines which can be put on a fingertip, composed of parts the smallest sized of which is a few dozen micrometers.”

微型機器是可以放在指尖上的自動機器，它的組成部分最小的尺寸是幾十微米。

That is, since micro-machines which can be put on a fingertip have to perform operations in spaces inaccessible to humans, they are required to be autonomous and capable of assessing situations independently, as are intelligent robots.也就是說，既然要小到可以放在指尖上的微型機械完成那些由于空間位置限制人類而無法實行的操作，這些微型機械就應該具有”自治“能力，也就是說它們就像那些智能機器人一樣，可以多所處的工作環境獨，立做出判斷。

To achieve this kind of functionality, a large number of parts must be assembled in a confined space.要實現這種功能，大量的部件必須組裝在一個密閉空間內。

This factor determines the size of the smallest parts, and given the resolution of micro-machining systems, a target size of several dozen micrometers should be achievable.這個因素決定了組成部分的最小尺寸，由于微加工系統的解決，目標在幾十微米大小是可以實現。

第五篇：機械工程介紹

機械工程

機械工程一級學科碩士學位授予點下設機械電子工程、機械制造及其自動化、機械設計及理論等三個二級學科。本學科有國家重點學科、上海市重點學科和上海大學“211工程”重點學科建設點的支撐。本學科圍繞國家、地區振興裝備制造業的需求，積極探索高技術研究與先進適用技術開發相結合、基礎理論研究與應用開發研究并舉的學科建設方針，研究項目主要來自國家自然科學基金、國家863計劃、國防科工委和企業的委托等，年均科研經費約3000多萬，多項研究項目曾先后獲國家科技進步獎、省市級科技進步獎。與美國、日本、加拿大、新加坡、香港等國家和地區的大學和研究機構有長期的合作關系。

本學科依托上海大學機電工程與自動化學院，主要研究基地包括上海市機械自動化及機器人重點實驗室、新型顯示技術及應用集成教育部重點實驗室、國家863計劃機器人主題產業化基地、上海市機器人研究所、上海大學精密機械研究所、上海大學－華中科技大學快速制造中心、上海大學機電工程設計院和各專業研究室等。

機械電子工程是國家重點學科，是學校211工程和上海市的重點學科建設點，是集機械、電子、液壓、氣動等技術和計算機控制、檢測、傳感等技術于一體的新興綜合性學科。該專業著重培養既有扎實的機械工程基礎知識，又掌握基于計算機信息處理和自動控制理論的機電系統集成技術，造就能從事機電一體化系統研究、開發、應用及教學工作的高層次人才。

機械設計及理論專業以國際研究水平的前沿理論和尖端技術為發展目標，體現了交叉學科、邊緣學科的內容。培養學生不僅通曉機械方面的專門理論，而且掌握現代電子、計算機和自動控制等在機械工程領域中的應用技術。通過學習和研究，可獲得獨立從事科學研究、工程技術開發、高等學校教學和選擇多種工作的能力。

機械制造及其自動化專業研究機械制造領域中的設計理論與方法、制造工藝與系統中的理論與應用方法、機電裝備在交叉學科中的應用理論和方法等。培養具有扎實的基礎理論，寬廣的專業知識，專業的工程思維和良好的創新意識，能夠獨立從事本領域理論研究和應用研究的高級專門人才。

指導教師：闞樹林教授、陳曉陽研究員、汪希平研究員、王小靜研究員、張建華研究員、沈雪瑾教授、張剛研究員、屠大維教授、俞濤教授、李明研究員、鞠魯粵教授、李朝東教授、胡慶夕教授、何永義研究員、朱文華研究員等70多名正副教授。

研究方向：

（一）機械電子工程

01．機器人技術及應用研究

02．工廠自動化及應用工程研究

03．基于精密技術的微機電系統研究

04．機電一體化裝置與工程研究

05．檢測與傳感技術

06．機械振動分析及智能控制

07．計算機圖像和虛擬現實技術

08．機電與流體智能測控技術

09.微納電子機械系統元器件(MEMS/NEMS)的研究及其應用

（二）機械制造及自動化工程

10．機械制造工藝與裝備

11.創意展示技術與裝備

12．數控機床及自動化裝備

13．先進機器人技術與應用工程

14．光機電檢測與傳感技術

15．機電產品數字設計和分析仿真

16．機電產品網絡化設計與制造技術

17．機械產品數字檢測與質量控制

18．機電產品設計與制造過程管理

19．制造企業信息化及管理

20．包裝工程技術

21．工業設計技術與應用

22．快速成型與快速模具制造技術

23．仿生建模與制造技術

24．三維重構和造型技術

25．仿生制造裝備技術

26.微系統集成27.先進制造工藝與刀具

（三）機械設計及理論

28．轉子系統的潤滑理論與軸承技術、密封技術

29．CAD在軸系研究中的應用及系統優化設計

30．智能支承技術及機電一體化設計方法

31．機械工程現代設計方法和可靠性工程研究

32．機械強度可靠性與安全設計

33．計算機輔助摩擦學設計與測量技術

34．現代工業工程

35．潤滑技術與表面工程

36．生物摩擦與生態潤滑

37．電子封裝與微系統集成技術

38．半導體光電設計、制造及裝備技術

機械工程碩士(430102)

機械工程領域擁有機械基礎件、精密機械及儀器、機械制造及其自動化、機械電子工程等四個上海市重點學科，其中機械電子工程系全國重點學科。機械工程領域的工程碩士主要依托機電工程與自動化學院下屬的機械自動化工程系、精密機械工程系。學科中包括機械設計與理論、機械電子工程、機械制造及其自動化等三個博士點和四個碩士點，是學校重點建設的學科之一。

近年來機械工程領域完成了多項國家、省部級和企業委托科研項目，獲國家和省部級科技進步獎30余項，每年承擔的科研項目經費2000

萬元，其中85%來自工礦企業。在機械工程基礎研究、高技術研究、工程應用研究等方面，發揮著重要的作用。

本專業面向工礦企業，招收具有實踐經驗的工程技術人員，進一步加深基礎理論、拓寬專業知識、增強適應性、提高創新能力。培養學員具有機電綜合設計和研究的能力。畢業后可從事機械裝備現代設計、機電一體化系統集成、先進制造系統管理等各項創新開發或管理工作。

一、主要研究方向：

1.計算機集成制造系統(CIMS)

2.機電一體化技術

3.現代設計與制造技術

4.產業機器人與柔性自動化

5.特種機器人技術

6.微機械與精密工程

7.現代機械系統計算機輔助工程

8.光學精密檢測和傳感技術

9.機電與流體智能控制技術

10.摩擦學與機械支承系統

11.工業工程

12.工程實驗技術