摘要：低溫光學(xué)就是要解決光學(xué)系統(tǒng)在低溫情況下的一系列問題，如材料特性、光學(xué)元件單元及系統(tǒng)整體性能變化、光學(xué)元件變形、低溫污染等等。為適應(yīng)航天某光學(xué)系統(tǒng)研究的需要，研制了一套低溫真空實(shí)驗(yàn)裝置。該低溫真空光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置包括低溫真空腔體、真空抽氣系統(tǒng)、ZYGO干涉儀和防振平臺以及監(jiān)控測溫系統(tǒng)。其中的低溫真空腔體是針對小型光學(xué)元件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的，它主要用于測量光學(xué)元件的溫度場和低溫變形，并且把電機(jī)產(chǎn)生的局部熱量盡可能的導(dǎo)出系統(tǒng)外部。本文還對真空低溫腔的關(guān)鍵部件光學(xué)窗口和梯形支撐的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：低溫真空低溫光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置有限元ZYGO干涉儀梯形支撐

1引言

隨著空間技術(shù)和軍事技術(shù)的發(fā)展需要，探測儀器的分辨率要求越來越高。在深冷的條件下，當(dāng)需要探測的目標(biāo)信號十分虛弱時，探測儀器的背景輻射主要來自儀器本身的光學(xué)系統(tǒng)和支撐結(jié)構(gòu)，探測儀器靈敏度嚴(yán)重受到系統(tǒng)本身輻射的影響，為減少這一熱噪聲，冷卻光學(xué)系統(tǒng)是必需采用的方法。只有把光學(xué)系統(tǒng)冷卻及其相關(guān)部件冷卻到一定程度，才能有效地減少背景光子的通量，發(fā)揮背景極限探測器的作用，大大提高探測器靈敏度。在低溫狀態(tài)下工作的光學(xué)系統(tǒng)需要解決一系列問題，這些問題涉及材料特性、光學(xué)元件單元及系統(tǒng)整體性能變化、光學(xué)元件變形、低溫污染等等，這就形成了一門新興學(xué)科——低溫光學(xué)。

自上世紀(jì)七十年代開始，美國首先對低溫光學(xué)技術(shù)進(jìn)行研究，最初主要用于各種觀察、測量系統(tǒng)，例如低溫紅外望遠(yuǎn)鏡、空載干涉儀器等。從機(jī)載、球載到星載，大多數(shù)系統(tǒng)都成功有效地完成了對外空的各種探測任務(wù)。歐洲一些國家也對低溫光學(xué)系統(tǒng)的觀察儀器進(jìn)行了研究。國內(nèi)起步于上世紀(jì)八十年代末，由于國內(nèi)航天及其國防事業(yè)的發(fā)展要求有高靈敏度的探測器，而這些儀器將不可避免地用到低溫光學(xué)系統(tǒng)。

我國的未來光學(xué)遙感系統(tǒng)采用了十幾個光學(xué)元件，這些系統(tǒng)要求冷卻到150K，并且對光學(xué)元件的控溫范圍要求非常嚴(yán)格，因此就需要研制一套低溫真空實(shí)驗(yàn)裝置對相關(guān)的光學(xué)元件進(jìn)行低溫實(shí)驗(yàn)。

摘要摘要：低溫光學(xué)就是要解決光學(xué)系統(tǒng)在低溫情況下的一系列新問題，如材料特性、光學(xué)元件單元及系統(tǒng)整體性能變化、光學(xué)元件變形、低溫污染等等。為適應(yīng)航天某光學(xué)系統(tǒng)探究的需要，研制了一套低溫真空實(shí)驗(yàn)裝置。該低溫真空光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置包括低溫真空腔體、真空抽氣系統(tǒng)、ZYGO干涉儀和防振平臺以及監(jiān)控測溫系統(tǒng)。其中的低溫真空腔體是針對小型光學(xué)元件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的，它主要用于測量光學(xué)元件的溫度場和低溫變形，并且把電機(jī)產(chǎn)生的局部熱量盡可能的導(dǎo)出系統(tǒng)外部。本文還對真空低溫腔的關(guān)鍵部件光學(xué)窗口和梯形支撐的設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體分析。

摘要：低溫真空低溫光學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置有限元ZYGO干涉儀梯形支撐

1引言

隨著空間技術(shù)和軍事技術(shù)的發(fā)展需要，探測儀器的分辨率要求越來越高。在深冷的條件下，當(dāng)需要探測的目標(biāo)信號十分虛弱時，探測儀器的背景輻射主要來自儀器本身的光學(xué)系統(tǒng)和支撐結(jié)構(gòu)，探測儀器靈敏度嚴(yán)重受到系統(tǒng)本身輻射的影響，為減少這一熱噪聲，冷卻光學(xué)系統(tǒng)是必需采用的方法。只有把光學(xué)系統(tǒng)冷卻及其相關(guān)部件冷卻到一定程度，才能有效地減少背景光子的通量，發(fā)揮背景極限探測器的功能，大大提高探測器靈敏度。在低溫狀態(tài)下工作的光學(xué)系統(tǒng)需要解決一系列新問題，這些新問題涉及材料特性、光學(xué)元件單元及系統(tǒng)整體性能變化、光學(xué)元件變形、低溫污染等等，這就形成了一門新興學(xué)科——低溫光學(xué)。

自上世紀(jì)七十年代開始，美國首先對低溫光學(xué)技術(shù)進(jìn)行探究，最初主要用于各種觀察、測量系統(tǒng)，例如低溫紅外望遠(yuǎn)鏡、空載干涉儀器等。從機(jī)載、球載到星載，大多數(shù)系統(tǒng)都成功有效地完成了對外空的各種探測任務(wù)。歐洲一些國家也對低溫光學(xué)系統(tǒng)的觀察儀器進(jìn)行了探究。國內(nèi)起步于上世紀(jì)八十年代末，由于國內(nèi)航天及其國防事業(yè)的發(fā)展要求有高靈敏度的探測器，而這些儀器將不可避免地用到低溫光學(xué)系統(tǒng)。

我國的未來光學(xué)遙感系統(tǒng)采用了十幾個光學(xué)元件，這些系統(tǒng)要求冷卻到150K，并且對光學(xué)元件的控溫范圍要求非常嚴(yán)格，因此就需要研制一套低溫真空實(shí)驗(yàn)裝置對相關(guān)的光學(xué)元件進(jìn)行低溫實(shí)驗(yàn)。

摘要：現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝都是以自動化技術(shù)、智能化技術(shù)為主，其在當(dāng)今機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用愈加廣泛，同時還有很大的發(fā)展空間。現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝可以有效提高機(jī)械生產(chǎn)效率和質(zhì)量，對推動我國機(jī)械化工業(yè)發(fā)展有著重要意義?；诖耍恼率紫忍岢霈F(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)而提出自動化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的應(yīng)用效果，最后探究當(dāng)代一些精密加工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝；精密加工技術(shù)；自動化；效果

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。在科技時代下，機(jī)械制造更多是采用現(xiàn)代化工藝，生產(chǎn)模式也逐漸朝向自動化、智能化方向發(fā)展，不僅提高了機(jī)械設(shè)計(jì)制造質(zhì)量，同時還可以提高生產(chǎn)效能。由此可見，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中，合理的應(yīng)用現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)業(yè)升級，這也是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化機(jī)械生產(chǎn)的重要渠道。想要有效強(qiáng)化機(jī)械制造水平，需要充分利用現(xiàn)代化技術(shù)，并在實(shí)踐當(dāng)中不斷加強(qiáng)新技術(shù)研發(fā)，推出性能更強(qiáng)的設(shè)備，提高機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀

采用現(xiàn)代化技術(shù)可以加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)的再次升級，提高機(jī)械生產(chǎn)產(chǎn)品效益，創(chuàng)造出更具價值的機(jī)械產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的多元化，滿足市場多變的需求，更加精準(zhǔn)的掌握市場需求，針對機(jī)械設(shè)計(jì)制造市場發(fā)展變化及時作出反應(yīng)。此外，無論是在機(jī)械設(shè)計(jì)還是機(jī)械制造方面，現(xiàn)代化技術(shù)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全自動化模式，為了能夠保障最終產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)預(yù)期，需要不斷加強(qiáng)現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的研究，設(shè)計(jì)人員也要樹立現(xiàn)代化生產(chǎn)理念，整合現(xiàn)有的資源，提高信息利用率，根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際需求，采用更具創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案，滿足市場客戶個性化要求。

2現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝及其應(yīng)用效果

摘要：機(jī)械制造在工業(yè)發(fā)展中占據(jù)十分重要的位置，同時對于國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也具有重要意義。新形勢下，機(jī)械制造不但在工業(yè)發(fā)展中起到?jīng)Q定性作用，并且與高新技術(shù)及農(nóng)業(yè)發(fā)展具有較為密切的關(guān)聯(lián)，尤其是自動化技術(shù)的應(yīng)用，更是將機(jī)械制造推向了一個新的發(fā)展高度?；诖?，筆者分析了自動化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的作用，研究了該技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢，僅供參考。

關(guān)鍵詞：新形勢；機(jī)械設(shè)計(jì)制造；自動化技術(shù)

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了比較普遍的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用改變了人們的生活、學(xué)習(xí)與工作方式，極大地促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。尤其是在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，自動化技術(shù)應(yīng)用程度的高低儼然成為機(jī)械生產(chǎn)加工企業(yè)自身競爭力強(qiáng)弱的重要象征。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，應(yīng)用自動化技術(shù)不僅可以縮減企業(yè)的生產(chǎn)成本，同時可以提高企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，給企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。所以，當(dāng)前眾多科研人員致力于該領(lǐng)域的研究，確保機(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動化技術(shù)有效融合，充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)計(jì)制造的作用，并使之更好地服務(wù)于社會。

1機(jī)械設(shè)計(jì)制造中自動化技術(shù)的作用

1.1縮減生產(chǎn)成本

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用盡管十分廣泛，但是會導(dǎo)致部分生產(chǎn)加工材料的浪費(fèi)，加大機(jī)械制造成本的投入，對于企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展十分不利[1]。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，應(yīng)用自動化技術(shù)，能夠確保機(jī)械設(shè)計(jì)制造各道工序更加符合精細(xì)化的發(fā)展要求，例如，針對機(jī)械制造加工中出現(xiàn)的廢料，可以予以合理應(yīng)用，這樣可以縮減制造加工成本，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。另外，合理應(yīng)用自動化技術(shù)，能夠改善機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的一些不合理環(huán)節(jié)，保證機(jī)械原材料有更加良好的適應(yīng)性，有效減少原材料產(chǎn)生的廢棄物。因此，自動化技術(shù)不僅可以有效減輕工作人員的勞動強(qiáng)度，而且還可以有效節(jié)約能源。

摘要：本文基于微光夜視儀的使用特點(diǎn)，對比多種常用材料，提出對所有的機(jī)械零件選擇使用同一種材料的大膽設(shè)想，為保證微光夜視儀光學(xué)系統(tǒng)的更好的工作。

關(guān)鍵詞：微光夜視儀；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；材料選擇

微光夜視儀是一種應(yīng)用于軍事作戰(zhàn)中的精密光學(xué)儀器，其中光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)元件的安裝定位精度、雜光的干擾等，會直接影響光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。機(jī)械系統(tǒng)是微光夜視儀的重要組成部分，由于該夜視儀是軍事作戰(zhàn)中用于頭盔上的微光夜視成像系統(tǒng)，對重量、體積指標(biāo)要求非常嚴(yán)格，所以在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，要在保證夜視儀性能的前提下，應(yīng)盡力使其整個結(jié)構(gòu)簡單，重量輕。為提高我軍作戰(zhàn)能力，所以有必要對微光夜視儀做結(jié)構(gòu)優(yōu)化。因此，微光夜視儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是按照光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軸向要求、光學(xué)元件的間隔以及同心度要求，使微光夜視儀光學(xué)系統(tǒng)各部分組成一個穩(wěn)定的整體，并保證光學(xué)系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求。同時鏡筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：不影響光學(xué)系統(tǒng)性能、光學(xué)元件的安裝無應(yīng)力、鏡筒與光學(xué)元件的接口、消雜光、重量和體積等總體要求。但是由于質(zhì)量和體積的限制，野戰(zhàn)中嚴(yán)酷的高低溫環(huán)境影響，使用傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念很難滿足系統(tǒng)的要求。

本文對所有的機(jī)械零件選擇使用同一種材料，以保證惡劣環(huán)境下機(jī)械零件均勻地膨脹和收縮，避免不同的膨脹會造成卡環(huán)松脫，并且保證微光夜視儀光學(xué)系統(tǒng)的正常工作。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最直接目標(biāo)就是選擇使用一種熱膨脹系數(shù)近似于零的材料進(jìn)行構(gòu)架。微光夜視儀鏡座和鏡筒是保證微光夜視儀光學(xué)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部件，所以鏡座及鏡筒的材料選擇、鏡座的結(jié)構(gòu)形式以及鏡筒的設(shè)計(jì)對光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用；在滿足微光夜視儀結(jié)構(gòu)力學(xué)性能要求的前提下，還要盡量降低系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，并且能適用于野戰(zhàn)中嚴(yán)酷的高低溫環(huán)境，所以鏡座及鏡筒材料的選擇必須保證機(jī)械系統(tǒng)的精度及穩(wěn)定性。（1）機(jī)械性能穩(wěn)定性。一方面為了減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，應(yīng)該選擇低密度的材料；另一方面，為了提高結(jié)構(gòu)的剛性，應(yīng)該采用高彈性模量的材料。所以，高比剛度是選擇微光夜視儀結(jié)構(gòu)材料的關(guān)鍵指標(biāo)。并且為了在加工后能保證高精度，所選材料的尺寸穩(wěn)定性應(yīng)該良好。（2）熱性能穩(wěn)定性。應(yīng)該選用低熱膨脹系數(shù)的材料作結(jié)構(gòu)材料，并考慮結(jié)構(gòu)之間的熱補(bǔ)償，以使光學(xué)系統(tǒng)在野戰(zhàn)惡劣的高低溫環(huán)境下仍能保證良好的性能。另一方面，熱導(dǎo)率高還可以使結(jié)構(gòu)中的溫度梯度較小，并使結(jié)構(gòu)內(nèi)部熱平衡容易在短時間內(nèi)達(dá)到?；谝陨戏治?，本文微光夜視儀結(jié)構(gòu)零件選擇使用機(jī)械性能和強(qiáng)度可以和金屬材料相媲美的復(fù)合材料。復(fù)合材料通過組元材料的協(xié)調(diào)作用，可以在很大程度上改善和提高單一常規(guī)材料的機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能。非金屬復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性及密度小的顯著特點(diǎn)，因此使用非金屬復(fù)合材料不僅可以滿足夜視儀機(jī)械性能和強(qiáng)度要求，而且可以減輕整個夜視儀的重量。幾種典型復(fù)合材料和常用材料性能對比如表1。碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的比強(qiáng)度。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7～9倍，抗拉彈性模量為23000～43000Mpa亦高于鋼。碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢。碳纖維是20世紀(jì)50年代初應(yīng)火箭、宇航及航空等尖端科學(xué)技術(shù)的需要而產(chǎn)生的，現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。隨著尖端技術(shù)對新材料技術(shù)性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。20世紀(jì)80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，這在技術(shù)上是又一次飛躍，同時也標(biāo)志著碳纖維的研究和生產(chǎn)已進(jìn)入一個高級階段。由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、剛性好和強(qiáng)度高而成為一種先進(jìn)的航空航天材料。因?yàn)楹教祜w行器的重量每減少1公斤，就可使運(yùn)載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業(yè)中爭相采用先進(jìn)復(fù)合材料。有一種垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)，它所用的碳纖維復(fù)合材料已占全機(jī)重量的1/4，占機(jī)翼重量的1/3。

據(jù)報道，美國航天飛機(jī)上3只火箭推進(jìn)器的關(guān)鍵部件以及先進(jìn)的MX導(dǎo)彈發(fā)射管等，都是用先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料制成的。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料這樣的優(yōu)異性能可以滿足光學(xué)精密儀器高尺寸穩(wěn)定性以及高結(jié)構(gòu)精度的要求。采用碳纖維復(fù)合材料制造微光夜視儀可實(shí)現(xiàn)自身減重的目的。該復(fù)合材料已經(jīng)在航空航天和戰(zhàn)略武器等方面得到廣泛應(yīng)用，是不可取代的高級復(fù)合材料。幾種材料的比剛度和熱穩(wěn)定性比較如圖1所示。由表1和圖1可知，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料具有如下特點(diǎn):（1）密度小。碳纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的密度不及鋼密度的五分之一，僅是鈦合金密度的0.47倍，所以可知，尺寸相同的的結(jié)構(gòu)件用碳纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料制作，要比用鋼制作輕80％，比用鈦合金制作輕53％。（2）比剛度高。碳纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的比剛度約為鈦合金材料的2倍，所以可知，在相同質(zhì)量的前提下，碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)剛度要比鈦合金的結(jié)構(gòu)剛度提高一倍，因此適用于結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)。（3）線膨脹系數(shù)小。碳纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)比鈦合金的線膨脹系數(shù)小一個數(shù)量級甚至更多。在微光夜視儀結(jié)構(gòu)中，要求在嚴(yán)酷高低溫環(huán)境下變形極小，所以只有采用碳纖維復(fù)合材料才能滿足。并且其與透鏡材料的線膨脹系數(shù)相近，這樣就可以避免在溫度升高或降低時，結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生較大的溫度梯度。從微光夜視儀的設(shè)計(jì)要求出發(fā)，考慮其特殊的軍事作戰(zhàn)環(huán)境，提出并詳細(xì)地總結(jié)了微光夜視儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中材料的選擇，為以后的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了準(zhǔn)備。

作者:張博 單位:黑龍江東方學(xué)院

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造對工藝技術(shù)提出了更高的要求?，F(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝應(yīng)用推動了機(jī)械制造加工效果的提升。機(jī)械制造業(yè)是衡量國家科技力量的標(biāo)準(zhǔn)之一，工業(yè)革命后，各國對機(jī)械制造中的工藝技術(shù)要求不斷提高。機(jī)械制造業(yè)發(fā)展需要精準(zhǔn)先進(jìn)的技術(shù)，以往技術(shù)漏洞多，精密加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，對機(jī)械制造業(yè)發(fā)展具有重要意義。本文從精密加工技術(shù)含義及其特點(diǎn)等方面進(jìn)行探討，推動了現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：精密加工技術(shù)；機(jī)械設(shè)計(jì)制造；應(yīng)用

隨著光電子學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，高精密的光電子系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，對精密加工技術(shù)提出了更高的要求。超精密加工精度隨著加工技術(shù)進(jìn)步不斷提升，現(xiàn)代社會中超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要部分，提高加工精度動因是提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，促進(jìn)產(chǎn)品小型化，提高裝配生產(chǎn)效率。在激光器件及大規(guī)模集成電路等領(lǐng)域，功能晶體材料廣泛應(yīng)用，在材料科學(xué)領(lǐng)域中占有重要地位。激光系統(tǒng)的應(yīng)用中，對晶體表面完整性提出了嚴(yán)格的要求，要求較低表面粗糙度，無破壞層的超光滑表面。要滿足現(xiàn)代電子器件精度要求，必須應(yīng)用精密加工技術(shù)。目前強(qiáng)光源研發(fā)成為世界性趨勢，由于在光信息存儲、光顯示照明等方面具有廣泛應(yīng)用前景，對非線性光學(xué)晶體需求加強(qiáng)。我國晶體超精密加工方面落后，研究精密加工技術(shù)應(yīng)用具有重要意義。

1精密加工技術(shù)的發(fā)展

精密加工技術(shù)屬于先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，精密工程是現(xiàn)代制造技術(shù)的前沿，超精密加工技術(shù)是新興綜合加工技術(shù)，使目前加工精度達(dá)到了納米級。精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要部分，是衡量國家工業(yè)水平的重要標(biāo)志。超精密加工手段有超光滑表面拋光等，超光滑表面是表面粗糙度均方根值小于1nm的表面，具有亞表面無破壞良好特征，加工對象多為玻璃陶瓷等硬脆性材料。超精密加工技術(shù)向更高精度、微型化方向發(fā)展。超精密加工技術(shù)發(fā)展促進(jìn)機(jī)械、半導(dǎo)體及材料科學(xué)的發(fā)展。工業(yè)發(fā)達(dá)國家工廠可穩(wěn)定掌握加工精度為1μm，通常將加工精度在0.1～1μm的加工方法稱為精密加工。加工表面粗糙度小于Ra0.01μm的加工方法稱為超精密加工?，F(xiàn)代機(jī)械工業(yè)致力于提高加工精度原因是可提高產(chǎn)品性能，促進(jìn)產(chǎn)品小型化，促進(jìn)自動化裝配。精密加工技術(shù)在現(xiàn)代化武器制造中占有重要地位，如命中精度對導(dǎo)彈具有決定意義，命中精度由慣性儀表精度決定。美國民兵III型洲際導(dǎo)彈系統(tǒng)陀螺儀精度為0.03～0.05°/h，MX戰(zhàn)略導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)陀螺儀比民兵III型導(dǎo)彈高級，保證命中精度圓概率誤差為50m。大規(guī)模集成電路發(fā)展依賴于微細(xì)工程發(fā)展，集成電路發(fā)展要求電路元器件微型化，形成功能復(fù)雜的電路，提高精密加工水平成為提高電路繼承度的技術(shù)關(guān)鍵。21世紀(jì)初，普通機(jī)械加工與精密加工精度達(dá)到1μm，0.1μm,精密工程向原子級精度加工逼近，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家努力沖刺，基本ERATO計(jì)劃中將納米技術(shù)作為優(yōu)先技術(shù)，在工業(yè)界聯(lián)合開發(fā)，分析材料納米力學(xué)性能，基本測試系統(tǒng)正在研制。美國海軍研究室資助學(xué)校精密工程研究項(xiàng)目。在工業(yè)界有小組掃描隧道工程方面進(jìn)行研究工作。英國國家納米技術(shù)計(jì)劃實(shí)行，建立納米技術(shù)戰(zhàn)略委員會，1990年出版《納米技術(shù)》學(xué)術(shù)期刊。過去精密加工技術(shù)應(yīng)用范圍較小，隨著科技的提升，精密加工進(jìn)入國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，走向批量產(chǎn)品生產(chǎn)。機(jī)械制造行業(yè)改變過去精密基床放在后方車間的陳規(guī)，工業(yè)發(fā)達(dá)國家將精密基床搬到前方車間。精密加工走向量產(chǎn)使得人們正視以往忽視的成本效率問題。精密加工要求達(dá)到極高的加工精度，應(yīng)保證成本低，對精密加工提出了更嚴(yán)格的要求。

2精密加工技術(shù)特點(diǎn)

1望遠(yuǎn)鏡鏡筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1鏡筒的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鏡筒是一架望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵零件，其功能是裝載光學(xué)零件，并保證赤緯軸轉(zhuǎn)動時光軸的穩(wěn)定程度。望遠(yuǎn)鏡鏡筒的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是支撐和固定主鏡、非球面改正板、焦面機(jī)構(gòu)等裝置，要求其在不同姿態(tài)時能夠保證主、非球面改正板的面形改變最小，遮擋最少，鏡筒的結(jié)構(gòu)盡量的輕量化，具有較強(qiáng)的剛度，并在各個姿態(tài)的剛度保證一致。在南極極低溫條件下，為了防止主鏡內(nèi)部結(jié)霜，需要對鏡筒進(jìn)行密封處理。由于該望遠(yuǎn)鏡在國內(nèi)裝調(diào)，溫度在（-10~40）℃之間，而使用的南極冰穹A處最低溫度為-80℃，最高和最低溫度有110℃的溫差，為防止裝調(diào)和使用時鏡筒尺寸變化過大導(dǎo)致光學(xué)部件的位置相差過大，采用了極低熱膨脹系數(shù)的殷鋼的桁架桿連接主鏡和副鏡，并且有一套低溫補(bǔ)償機(jī)構(gòu)防止主副鏡的位置由于溫度的變化而發(fā)生變化，當(dāng)溫度發(fā)生變化而導(dǎo)致材料收縮時，通過彈性元件的變形可以彌補(bǔ)材料的收縮量。

1.2主鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

南極巡天望遠(yuǎn)鏡主鏡的支撐通過膠接在主鏡背面的因鋼墊和主鏡相連，要承擔(dān)主鏡沿光軸方向上的重力分量，主鏡支撐結(jié)構(gòu)。主鏡支撐應(yīng)具備以下功能：

（1）位置精確，提供準(zhǔn)確、恒定的支撐力；

摘要：隨著科技的日益發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)入了高速發(fā)展階段，機(jī)械自動化在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，能夠改進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)流程，優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)工藝，顯著提高生產(chǎn)效率，進(jìn)而降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，有效推動我國工業(yè)的迅速發(fā)展。在機(jī)械自動化的發(fā)展過程中，現(xiàn)代物理提供了強(qiáng)有力的支撐，正是有了現(xiàn)代物理的帶動，機(jī)械自動化的未來發(fā)展前景無比廣闊，不斷促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)增長。文章首先對現(xiàn)代物理進(jìn)行簡要概述，然后指出現(xiàn)代物理在機(jī)械自動化發(fā)展中發(fā)揮的重要作用，最后對現(xiàn)代物理和機(jī)械自動化的具體融合途徑進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代物理；機(jī)械自動化；融合途徑

目前人類已逐步進(jìn)入第四次工業(yè)革命時期，我國工業(yè)行業(yè)也獲得了很大的發(fā)展，提出了智能制造2025，從而更好地推動我國機(jī)械行業(yè)的蓬勃發(fā)展。通過實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動化，可有效保障機(jī)械產(chǎn)品的制造質(zhì)量與精度，為企業(yè)帶來更大化的經(jīng)濟(jì)效益。然而我國機(jī)械自動化方面與國外發(fā)達(dá)國家相比，依然存在一些差距，特別是高精尖技術(shù)方面。這就需要我國研究人員注重對現(xiàn)代物理的研究，深入分析現(xiàn)代物理和機(jī)械自動化的融合，以此來不斷強(qiáng)化機(jī)械自動化水平，更好地縮小與國外之間的差距，推動我國機(jī)械行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

1現(xiàn)代物理概述

通常來說，現(xiàn)代物理主要指20世紀(jì)初開始發(fā)展起來的物理學(xué)，涉及相對論、原子與原子核物理學(xué)、量子力學(xué)、粒子物理學(xué)等，屬于物理學(xué)中必不可少的一部分?，F(xiàn)代物理徹底改變了人類之前的時空觀，對這個世界產(chǎn)生了新的認(rèn)識，并在極大程度上改變了大眾的生活方式。如今，現(xiàn)代物理得到迅速發(fā)展，但依然是整個自然科學(xué)的基礎(chǔ)，其發(fā)展依然是促進(jìn)整個自然科學(xué)不斷進(jìn)步的最為關(guān)鍵的動力之一，也推動著機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展。在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，經(jīng)典物理學(xué)的發(fā)展得到不斷完善，逐漸建立了熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、麥克斯韋電磁理論，讓經(jīng)典物理學(xué)達(dá)到了頂峰?；诮?jīng)典物理學(xué)，很多科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)了諸多經(jīng)典物理學(xué)不能解釋的事實(shí)，包括電子、X射線與放射性現(xiàn)象、“以太漂移”的“零結(jié)果”、黑體輻射的“紫外災(zāi)難”等，這些現(xiàn)象引起了物理學(xué)的一場巨大革命。在這一背景下，科學(xué)家創(chuàng)立了相對論、量子力學(xué)，就此現(xiàn)代物理誕生了。根據(jù)研究的物質(zhì)運(yùn)動形態(tài)與實(shí)際研究對象，可將物理學(xué)分成力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、原子物理學(xué)等。當(dāng)前，人們更加深入地認(rèn)識了物理現(xiàn)象，部分物理學(xué)的分支學(xué)科逐步發(fā)展成獨(dú)立的學(xué)科，包括力學(xué)、氣象學(xué)等。同時，現(xiàn)代物理通過先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，更加深入地研究了物質(zhì)結(jié)構(gòu)與特性，獲得了普遍規(guī)律與結(jié)論，為其他基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展提供了有力的支持，也分化出了諸多尖端科學(xué)技術(shù)，包括激光、半導(dǎo)體及超導(dǎo)體等，還在很大程度上推動著信息科學(xué)、材料科學(xué)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

2機(jī)械自動化發(fā)展中現(xiàn)代物理發(fā)揮的重要作用

摘要：機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的必然趨勢。簡要介紹機(jī)電一體化發(fā)展前途和基本要領(lǐng)，以及國內(nèi)市場機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；現(xiàn)狀；數(shù)控機(jī)床；發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，工業(yè)科技成了當(dāng)今重要的組成部分,機(jī)電一體化科技是必不可少的。機(jī)電一體化綜合運(yùn)用多個系統(tǒng)技術(shù)，主要包括機(jī)械、微電子、自動控制、計(jì)算機(jī)、信息、電力電子、軟件編程等技術(shù)。機(jī)電一體化根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)化組合合理配置，使整個工程技術(shù)能夠達(dá)到多功能、高質(zhì)量、高效率、低能耗。

1機(jī)電一體化概述

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化作為一門自身體系的新學(xué)科，已經(jīng)進(jìn)入了各個高校專業(yè)設(shè)置。機(jī)電一體化由多個系統(tǒng)化技術(shù)組成，根據(jù)各系統(tǒng)的功能目標(biāo)合理組織配置與分布，在多功能高效益、低耗能的情況下來顯示出它的特點(diǎn)及利用價值，通過優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使整個功能系統(tǒng)成為機(jī)電一體化系統(tǒng)而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)電一體化的產(chǎn)品。我們要先分清楚機(jī)電一體化的真正含義，絕對不能與機(jī)械電氣化相混淆，機(jī)電一體化主要包括機(jī)電一體化技術(shù)和機(jī)電一體化產(chǎn)品：機(jī)電一體化技術(shù)是上述綜合技術(shù)的融合，并不是簡單的一些技術(shù)組合；而機(jī)械電氣化則是屬于機(jī)械技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣的一種轉(zhuǎn)變趨勢，機(jī)械電氣的主要功能是它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械來進(jìn)行作業(yè)。但是如果說想要發(fā)展到機(jī)電一體化這一地步，其功能屬性就不相同了，裝入電子裝置，或電子軟件，就取代了這些機(jī)械零部件，還能產(chǎn)生一些新的功能，解決不少人工操作程序和機(jī)械自身的維護(hù)和診斷。機(jī)電一體化產(chǎn)品的誕生，它既解決了人體感官問題也解放了人手腳勞累的問題，它是智能化的表現(xiàn)，也是機(jī)械電氣化本質(zhì)上的區(qū)別。

2機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r

新工科建設(shè)是新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革形勢下推動高校工程教育改革，培養(yǎng)創(chuàng)新型、復(fù)合型工程科技人才，支撐我國高等教育強(qiáng)國目標(biāo)的必然要求。新工科教育的要求體現(xiàn)在新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系五個方面[1]。這些要求不僅涵蓋對傳統(tǒng)工科專業(yè)進(jìn)行改革后的新模式建設(shè)，也包括全新工科專業(yè)的開設(shè)。新工科同時也提倡開展多學(xué)科的交叉與融合，培養(yǎng)綜合性“雙創(chuàng)”人才[2]。開展新工科教育，需要從多方面深入地推進(jìn)教學(xué)改革來提升教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效率，已成為高等工科教育內(nèi)涵發(fā)展的核心任務(wù)。精密機(jī)械與儀器設(shè)計(jì)是面向測控技術(shù)與儀器專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要內(nèi)容包含工程材料、精密機(jī)械設(shè)計(jì)、誤差理論、儀器設(shè)計(jì)原則和方法等。課程教學(xué)目標(biāo)包括：（1）掌握常見機(jī)構(gòu)的基本特性和設(shè)計(jì)方法，具有精密儀器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論知識，培養(yǎng)分析和解決問題的能力；（2）運(yùn)用所學(xué)的設(shè)計(jì)方法和理論解決精密機(jī)械與儀器設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用問題，制訂技術(shù)路線和實(shí)施方案，培養(yǎng)不同應(yīng)用領(lǐng)域中檢測設(shè)備、測試技術(shù)和儀器的研發(fā)能力；（3）加強(qiáng)科學(xué)知識與工程實(shí)踐結(jié)合，提高對精密機(jī)械與儀器設(shè)計(jì)中所涉及的工程問題進(jìn)行識別和研究的能力，培養(yǎng)工程意識和創(chuàng)新能力。通過課堂講授、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)常見機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法、零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算以及儀器精度設(shè)計(jì)過程，具備測控儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，并注重理論知識的應(yīng)用和解決問題能力的培養(yǎng)。然而學(xué)生反饋和教學(xué)數(shù)據(jù)分析表明，現(xiàn)行的教學(xué)工作已不能實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的預(yù)期達(dá)成度，更無法適應(yīng)新工科背景下的培養(yǎng)需求，教學(xué)改革勢在必行。雖有采取網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的MOOC翻轉(zhuǎn)課堂和線上線下混合教學(xué)模式探索和嘗試，但仍需要對課程教學(xué)活動作進(jìn)一步的分析和總結(jié)[3-4]。本文對精密機(jī)械與儀器設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行梳理，分析新工科教育背景下測控儀器專業(yè)教學(xué)的目標(biāo)和新要求，探討新培養(yǎng)模式下專業(yè)課程教學(xué)改革的新方法和新舉措。

一、課程教學(xué)存在的問題

精密機(jī)械與儀器設(shè)計(jì)課程是在講述精密機(jī)構(gòu)和儀器精度理論的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。在課程教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)上仍存在許多問題和不足，如課程內(nèi)容散亂、缺乏知識主線、教學(xué)授課多、實(shí)踐操作少、考核方式單一，等等，已不能適應(yīng)新工科教育的要求，亟需進(jìn)行梳理和整合。

（一）課程內(nèi)容廣、散、亂

本課程是在整合多門課程內(nèi)容后形成的專業(yè)基礎(chǔ)課，包括了工程材料、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、誤差理論、儀器設(shè)計(jì)原理以及典型儀器結(jié)構(gòu)等，各部分內(nèi)容相互聯(lián)系卻又自成體系，成為一個個相對孤立的知識點(diǎn)。由此可見，課程所涉及的知識范圍廣、知識點(diǎn)散、缺乏有效的關(guān)聯(lián)主線，沒有形成一個完整的知識體系。相對松散的知識結(jié)構(gòu)同時對教學(xué)過程和教學(xué)效果都帶來不利影響，不便于系統(tǒng)性地組織和開展教學(xué)活動，教學(xué)效果更無法有效的保障。學(xué)生不能通過關(guān)聯(lián)性的知識推導(dǎo)來加強(qiáng)對理論知識的理解，只能采取被動式跟隨學(xué)習(xí)，缺少主動參與的體驗(yàn)，最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳。多次課程考試成績分析顯示，課程目標(biāo)達(dá)成度都低于預(yù)期的目標(biāo)。

（二）講授多、實(shí)踐少