1、1本科毕业设计文献综述分 院 工学分院 专业 机械设计制造及其自动化学生姓名 学号 08556226指导教师 职称 教授合作导师 职称论文题目一： 机械的含义及起源、发展机械（machine ） ，源自于希腊语之 mechine 及拉丁文 mecina，原指“巧妙的设计” ，作为一般性的机械概念，可以追溯到古罗马时期，主要是为了区别与手工工具。现代中文之“机械”一词为机构（mechanism）和机器（machine）的总称。“机械”这一词语由“机”与“械”两个汉字组成。 “机”原指局部的关键机件；“械”在中国古代原指某一整体器械或器具。这两字连在一起，组成“机械”一词，便构成一般性的机械概念。
2、 尚书太甲有“若虞机张，往省括于度，则释” 。 庄子齐物论：“其发若机括。 ”释文称：“机，弩牙；括，箭括。 ” ”。 韩非子卷十五难二中有类似的论述：“审于地形、舟车、机械之利，用力少，致功大，则入多。 ”故此中国最迟在战国时期已形成了与现代机械工程学之“机械”涵义较相近的概念。机械是人们从事社会物质生产的重要手段。人类成为“现代人”的标志是制造工具。石器时代的各种石斧、石锤和木质、皮质的简单粗糙的工具是后来出现的机械的先驱。从制造简单工具演进到制造由多个零件、部件组成的现代机械，经历了漫长的过程。几千年前，人类已创制了例如用于谷物脱壳和粉碎的臼和磨，用来提水的桔槔和辘轳，装有轮子的车，航行
3、于江河的船及其桨、橹、舵等。所用的动力，从人自身的体力，发展到利用畜力、 水力和风力。所用材料从天然的石、木、土、皮革，发展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。制造陶瓷器皿的陶车，已是具有动力、传动和工作三个部分的完整机械。人类从石器时代进入青铜时代，再进而到铁器时代，用旺炉火的鼓风器的发展起了重要作用。有足够强大的鼓风器，才能使冶金炉获得足够高的炉温，才能从矿石中炼得金属。在中国，公元前 1000前 900 年就已有了冶铸用的鼓风器，并渐从人力鼓风发展到畜力和水力鼓风。18 世纪后期，蒸汽机的应用从采矿业推广到纺织、面粉、冶金等行业。制作机械的主要材料逐渐从木材改用更为坚韧，但难以用手工加工的
4、金属。机械制造业开始形成，并在几十年中成为一个重要产业。机械工程通过不断扩大的实践，从分散性的、主要依赖匠师们个人才智和手艺的一种技艺，逐渐发展成为一门有理论指导的、系统的和独立的工程技术。机械工程是促成 1819 世纪的工业革命以及资本主义机械大生产的主要技术因素。现在以机械工程为重要内容的制造业直接体现了一个国家的生产力水平，是区别发展中国家和发达国家的重要因素。二：机械三维教学的含义、意义机械工程的发展大大提高了人类的生产效率，提高了人们的生活水平。所以，2工程教学在高等工科教育中占有重要的地位。如何在教学活动中提升学生的机械领会能力、机械创新意识渐渐引起人们的关注。机械三维教学是把三维
5、软件融入到机械教学中去。学习机械需要感性认识，仅仅依靠文字很难表达到位。在传统机械专业的教学过程中，由于学生缺乏对知识的感性认识，学生对抽象的专业知识只能死记硬背，谈不上举一反三，深入理解。在专业技能实训阶段，学生已经把专业理论知识忘得差不多了，无法形成系统的专业技能。利用三维软件建立三维模型，有很多优点。1、对于复杂的零件，尤其是装配体，实物模型很难展示其内部结构，而利用 CAD 建立的三维模型，则可以根据需要，灵活地进行剖切或者生成爆炸图，还可以进行运动仿真，直观地展示装配体中各零件之间的联结和装配关系，方便学生进行观察与分析，进一步了解装配体的工作原理，再加上装配体的动画效果，使教学内容
6、清晰、生动，大大地缩短了学生感知、认知的过程，教学应用效果显著。2、利用 CAD 三维软件，可以根据教学内容的需要，方便地进行修改和新建各类三维模型，降低了由于实物型式或数量的限制，导致教学受限的影响。3、利用 CAD 建立的三维模型，可以存储在各种存储介质上，方便地携带，避免了传统实物模型因重量或体积等原因而造成的携带不便。同时由于其可复制性，便于教师之间的互相交流，最大限度实现资源的共享。不受实物模型种类和数量的限制，既降低了教学成本，又最大限度地发挥了多媒体教学设备为教学服务的功能。在科学技术高速发展的今天，三维设计软件在制造业的应用逐步普及。利用三维技术进行教学，有利于培养学生的空间思
7、维能力、图形表达能力和机械工程素养，适应当前社会、科技发展和知识经济时代人才培养的需要。三：机械三维教学的内容、方法、存在的问题三维软件在课堂教学中的应用：1、三维 CAD 应用在工程制图课程教学。工程制图课程的主要目的是培养学生能够自觉地运用各种绘图手段来构思、分析和表达工程问题的能力。实际上是培养学生学会在二维平面上表达三维空间形体的方法和技能。利用三维 CAD 软件的工程图功能，帮助学生理解从空间到平面相互转换的方法和过程。传统的工程制图教学方式中，教师只能运用黑板、挂图、模型等教学媒体面对学员进行知识的传授。它展现的图形是静态的，教师边讲边画图虽然是动态的，但在黑板上绘图速度很慢，传递
8、的信息量少，教学效率低。我们利用三维 CAD 软件先将实体造型，让学生看到真实的空间模型，然后利用三维CAD 软件的生成工程图功能，自动生成二维的工程图，学生可以根据自己对形体表达方法的理解，采用不同的投影方法、表达方法快速的生成不同的二维投影图，进行比较，因而生动、直观，易于接受，极大的提高教学质量和教学效率。利用三维 CAD 软件的其他一些功能，帮助学生理解工程制图中的难点。2、三维 CAD软件应用在机械原理课程教学。机械原理课程设计是机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练。目的是培养学生对于机械运动学和动力学分析与设计有一较完整的概念，具备计算、制图和使用技术资料
9、的能力。在此基础上，初步掌握使用 CAD 来解决工程技术间题。我们要求，在完成该课程的教学后，要求学生结合一个简单的机械系统综合运用所学理论和方法，拟定出机械运动方案，并对方案中的某些典型机构进行分析和设计。再利用三维 CAD 软件将设计的构件造出，再将各构件装配，添加约束后，利用三维 CAD 软件的动画3功能，可以动态仿真机构的运动过程。3、三维 CAD 软件应用在机械设计课程教学。在机械设计课程教学中我们着重利用三维 CAD 软件去培养学生自顶向下的设计思想。4、三维 CAD 软件用于课程设计和毕业设计。课程设计是培养学生设计构思和设计机械传动装置能力的重要教学环节。在布置课程设计时，我们
10、要求学生在手工计算的基础上，完成装配草图设计，然后运用三维 CAD 软件，绘制装配工作图和零件工作图。学生在使用运用三维 CAD 软件进行课程设计中收获较大。有位学生在小结里写到:“通过课程设计了解到一个产品设计的全过程，并充分体会到其中的辛苦和组藏的乐趣。运用三维 CAD 软件软件，给我们提供了一个很好的助手，大大减轻了工作强度。同时我们也学到了不少知识” 。我们采用二维 CAD 和三维 CAD 相结合的方法。在用 AutoCAD 完成图纸后，利用三维CAD 软件完成产品设计与制造的相关分析，如结构性分析，可装配性分析、干涉检验、物性计算等等。5、三维 CAD 软件用于课件制作。在制作机械类
11、课件时，几乎所有的形体都采用三维 CAD 软件进行造型。由于大多数三维 CAD 软件采用尺寸驱动技术，对于类似模型的造型可以采用特征编辑功能得到，大大地减少重复劳动。6、三维 CAD 软件用于开展课外创新设计。随着全球制造业的发展，CAD 技术也出现了新的发展趋势， “创新设计”的概念和技术正在成为取代传统的造型技术的新方法。从产品构思、概念表达、结构设计、性能分析，到最终的技术要求和制造工艺的编制等，设计中的各个环节均需要设计师运用思维过程，将设计要求转化为产品结构、组成、性能参数、制造工艺等。四：机械三维教学国内外研究现状国内研究现状当前随着制造业信息化工作的快速推进，以三维 CAD 为代
12、表的制造业信息化先进技术在广大制造业企业已经得到起来越广泛的应用，承担着引领人才培养方向使命的高校，目前无论从人才的培养还是从技术的发展角度，在机械制图、机械设计、机械制造等课程中，引人 CAD/CAM 等现代科技发展的新成果，对传统机械类课程体系以及教学方式与方法等进行改造和改革是一种重要途径。目前我国主要采用的三维 CAD 软件有:Solidworks， 、SolidEdge 、Pro_E、Ideas等。这些三维软件各有特色，我们在应用中根据软件的不同特点和教学需求进行选用。目前，国内一些高校开设三维软件课程的情况：北京理工大学用 32 学时开设Inventor 软件、吉林大学用 28 学
13、时开设 CATIA 软件，上海交通大学用 32 学时开设UG 软件；北京科技大学、华南理工大学、西安交通大学和华中科技大学等部分高校，将三维 CAD 技术融合到画法几何教学中。国外研究现状1994 年，美国波音公司采用三维一体化技术完成了波音 777 飞机的无图纸全数据设计。波音 777 是一款由美国波音公司制造的长程双引擎广体客机，是目前全球最大的双引擎广体客机，三级舱布置的载客量由 283 人至 368 人，航程由5,235 海里至 9,450 海里（9,695 公里至 17,500 公里） 。波音 777 采用圆形机身设计，起落架共有 12 个机轮，是美国波音公司研制的双发中远程宽体客机
14、。波音 777 首飞时是民用航空历史上最大的双发喷气飞机。美国波音飞机公司在向世界展示世界最大的双发运输机的同时，也意味深长地展示了他们基本观念的转变，不象以往那样重点宣传新型飞机本身性能如何优越，而是强调他们充分利用数字化设计4和先进制造技术。为实现波音 777 的无图纸设计和制造，波音公司配置了 2200 台运行 CATIA 软件的工作站，并与 8 台主机联网，具有 310 字节的数据存储量，使 238 个综合设计组能在并行工程环境中协同工作。60 多个国家的飞机零件供应商能方便地通过网络数据实时存取零件信息，使具有 300 万零部件的飞机能顺利装配出来。所有零部件的三维设计数据是唯一的权
15、威性数据集。可供所有后续环节使用用户评审的唯一依据是这套数据集，而不是图纸。这不仅仅是设计工具的更新，更是设计思想的革命。它标志着当计算机技术引入设计领域后,设计、生产进入了一个全新的时代。 2004 年 1 月 3 日，美国国家宇航局“勇气号”飞行器在火星南半球的古谢夫陨石坑成功着陆。 “勇气”号长 1.6 米、宽 2.3 米、高 1.5 米，重 174 千克。火星车的“手臂”具有与人肩、肘和腕关节类似的结构，能够灵活地伸展、弯曲和转动，上面带有多种工具。机器人的手臂从探测器展开以及通过定位工具在火星上进行的第一次测量活动中表现非常完美，这在某种程度上是因为火星登陆火箭在点火升空前，工程师利
16、用了 solidworks 三维实体建模软件中的有限元分析软件对设计进行了测试。为使教育能满足先进生产方式的需要，美国从 20 世纪 80 年代末就在国家科学基金(NFS)的资助下研究有关教学改革问题。在广泛征集教育界、工业界、管理部门的意见后,形成了现代工程设计图学的教学模式：在工程设计这一主线下，教授有关工业设计基础知识、投影知识、三维造型理论和图形表达的有关规定及技能等内容；在教学中突出三维立体的地位与作用，从三维立体入手全面理解物体的构成原理与表达方法。80 年代以来，引入计算机技术和创造设计，已成为人们共同的追求，美国出版的不少教材中，尺规绘图已无踪影，已完全被计算机取而代之。美国主
17、要的工科院校早在上世纪 90 年代初就提出了与信息社会相适应的现代工程图学体系，其主要特点是：将工程图学、设计学、计算机图学融为一体，用计算机三维实体造型来表达设计思维，用几何数据库传递设计信息，同时注重草图绘制能力的培养。 美国密西根大学提出培养工科类学生三种能力：把想法变为图形的能力、把图形变为模型的能力、把模型变为产品的能力。美国使用量很大的工程图学教材：Frederick E.Giesecke 等编写的Engineering Graphics (Eighth Edition)和Engineering Drawing Problem Series (Tenth Edition)教材，其中
18、融合了三维 CAD 造型基础，学生要完成手工草图、仪器绘图、计算机绘图三种绘图的练习。五：机械三维教学的发展趋势美国与工程图学相关的教材种类繁多。这几年的改革中，在基本上保留了传统内容的同时，增加了具有现代特色的 CAD 内容。他们的工程制图课程在授课过程中，十分注重实际操作能力的培养。理论教学的课内学时相对比较少，而在课后安排比较多的练习环节。在课程结束时，通常会要求学生完成一个实际的设计项目。以下是美国加州大学伯克利分校“工程制图”课程介绍。课程简介：（1）介绍工程设计图学、三维可视化与空间推理、工程草图；（2）正投影基础及应用；5（3）参数化特征实体造型、地形图、轮廓、挖切与填充、几何尺
19、寸与公差；（4） 三维几何形体的二维表达；（5）介绍作为主要图形分析与设计工具的 CAD的应用，并要求完成一个设计项目。每课安排两个学时，课后安排 3 个学时实际练习。实际练习的内容有手工作业、计算机绘图和计算机三维造型等。在实际练习之后，还留适当的作业。如：用 AutoCAD 绘制给定物体的各个视图；绘制给定零件的工程图样；构造给定零件的三维模型；三维参数化造型；三维装配；根据给定条件设计一个门，并用 AutoCAD 构造其三维模型。六：结论我将用 UG 软件对 CA6140 车床的遛板箱和床鞍进行三维造型，用 ADAMS 软件进行运动仿真。三维模型和运动仿真视频可用于机械课堂教学。对学生认
20、识CA6140 车床有积极的意义。七、主要参考文献1王莹等.三维 CAD 技术在机械制图教学中的应用J.浙江水利水电专科学校学报，2009，211:89-90.2徐小军等. 三 维 CAD 软 件 在 机 械 类 课 程 中 的 辅 助 教 学 实 践 初 探 J.国家教育研究，2004：459-461.3熊 鸣 镝 . 新 技 术 带 来 的 挑 战 有 感 于 波 音 777 飞 机 的 无 图 纸 设 计 /制 造 J.船 舶 ， 1996， 6： 7-10.4于 海 燕 等 . “计 算 机 三 维 设 计 与 工 程 制 图 “课 程 建 设 实 践 J， 纺 织 教育 ， 2010
21、， 254： 53-55.5焦 永 和 . 面 向 21 世 纪 的 工 程 图 学 教 材 J.中 国 大 学 教 学 ，1997， 2： 18-20.参考书目6Frederick E.Giesecke. Engineering Drawing MPearson，19977Frederick E.Giesecke 等.Engineering GraphicsMPrentice Hall ，20038大连理工大学工程图学教研室.机械制图M北京：高等教育出版社，20079李长春等.UG NX 4.0 基础教程M北京：人们邮电出版社，200710李增刚.ADAMS 入门详解与实例 M.北京：国防工业出版社， 200611赵香梅.机械制图与零件测绘M.北京：机械工业出版社，2010八、指导教师意见,6签名： 2010 年 10 月 30 日九、开题审查小组意见开题审查小组组长签名： 2010 年 11 月 13 日
