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1、江苏省高等教育自学考试大纲02209机械制造装备设计孙膑第一章 机械制造及装备设计方法第一节 概述一、全新生产制造模式的主要特征 以用户的需求为中心 ；制造的战略重点是时间和速度，并兼顾质量和品种；以柔性、精益和敏捷作为竞争的优势；技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作； 实现资源快速有效的集成是其中心任务 ，集成对象涉及技术、人、组织和管理等，应在企业之间、制造过程和作业等不同层次上分别实施相应的资源集成；组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。第二节 机械制造装备应具备的主要功能一、机械制造装备应满足的一般功能包括：（1）加工精度方面的要求；（2）强度、刚度和抗振性方面的要求；
2、（3）加工稳定性方面的要求； （4）耐用度方面的要求，提高耐用度的主要措施包括减少磨损、均匀磨损、磨损补偿等5）技术经济方面的要求二、柔性化含义：即产品结构柔性化和功能柔性化.产品结构柔性化 是指产品设计时采用模块化设计方法和机电一体化技术，只需对结构作少量的重组和修改，或修改软件，就可以快速地推出满足市场需求的，具有不同功能的新产品。功能柔性化 是指只需进行少量的调整或软件修改，就可以方便地改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。三、精密化采用传统的措施，一味提高机械制造装备自身的精度已无法奏效，需采用误差补偿技术 。误差补偿技术可以是机械式的，如为提高丝杠或分度蜗轮的精度采用的校正
3、尺或校正凸轮等。 四、自动化（详细见P7）自动化有全自动（能自动完成工件的上料、加工和卸料的生产全过程）和半自动（人工完成上下料）之分。实现自动化的方法从初级到高级依次为： 凸轮控制、程序控制、数字控制和适应控制等 。五、机电一体化指机械技术与微电子、传感检测、信息处理、自动控制和电力电子等技术，按系统工程和整体化的方法，有机地组成最佳技术系统。这个系统应该是功能强、质量好和故障率低、节能和节材、性价比高，具有足够的“结构柔性”“。六、节材七、符合工业工程要求工业工程是对人、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和实施的一门学科。其目标是设计一个生产系统及其控制方法，在保证工人和
4、最终用户健康和安全的条件下，以最低的成本生产出符合质量要求的产品。产品设计符合要求是指：在产品开发阶段，充分考虑结构的工艺性，提高标准化、通用化程度，以便采用最佳的工艺方案，选择合理的质量标准，减少操作过程中工人的体力消耗；对市场和消费者进行调研，保证产品合理的质量标准，减少因质量标准定得过高造成不必要的超额工作量。（强度、刚度、抗振性）八、符合绿色工程要求企业必须纠正不惜牺牲环境和消耗资源来增加产出的错误做法，使经济发展更少地依赖地球上的有限资源，而更多地与地球的承载能力达到有机的协调。这就是所谓的绿色工程要求。第三节 机械制造装备的分类机械制造大致可划分为 加工装备 、 工艺装备 、 仓储
5、传送装备 和 辅助装备 四大类。一、加工装备是指采用机械制造方法制作机器零件的机床。（一） 金属切削机床（有屑加工）是采用切削工具或特种加工等方法，从工件上除去多余或预留的金属，以获得符合规定尺寸、几何形状、尺寸精度和表面质量要求的零件。按机床的加工原理进行分类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨（插）床、拉床、特种加工机床、切断机床和其他机床等12类。(二)特种加工机床（刀具与工件不接触）1电加工机床。直接利用电能对工件进行加工的机床，统称电加工机床。（一般仅指电火花加工机床、电火花切割机床和电解加工机床）2超声波加工机床。3激光加工机床。4电子束加工机床。5离子束
6、加工机床。6水射流加工机床。(三）锻压机床（无屑加工）利用金属的塑性变形特点进行成形加工，属无屑加工设备，主要包括锻造机、冲压机和轧制机四大类。二、工艺装备产品制造时所用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具，总称工艺装备。它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。刀具：切削加工时，从工件上切除多余材料所用的工具。模具：是用来将材料填充在其型腔中，以获得所需形状和尺寸制件的工具。其分类：1.粉末冶金模具2.塑料模具3.压铸模具4.冷冲模具5.锻压模具等。夹具：安装在机床上用于定位和夹紧工件的工艺设备，以保证加工时的定位精度、被加工面之间的相对位置精度。利于工艺规程的贯彻和提高生产
7、效率。量具：是以固定形式复现量值的计量器具的总称。如千分尺、百分表、量块。三、仓储传送设备包括各级仓储、物料传送、机床上下料等设备。机器人可作为加工装备，如焊接机器人和涂装机器人等，也可属于仓储传送设备，用于物料传送和机床上下料。自动运载小车（AGV或RGV）主要用于工作中心间工件的传送。四、辅助装备辅助装备包括清洗机和排屑等设备。第四节 机械制造装备设计的类型一、 机械制造装备设计可分为 创新设计、变型设计和模块化设计 等三大类型。适应型设计和变参数型设计统称 变型设计 。第五节 机械制造装备设计的方法一、系列化设计系列化设计应遵循“ 产品系列化 、 零部件通用化 、 标准化 ”原则，简称“
8、三化”原则。有时将“ 结构的典型化 ”作为第四条原则，即所谓的“四化”原则。（一）、系列化设计的优缺点优点：1）可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。2）有助于降低生产成本，提高产品制造质量的稳定性。3）产品有较高的结构相似性和零部件的通用性，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成本。4）零备件的种类少，系列中的产品结构类似，便于进行产品的维修，改善售后服务质量。5）为开展变型设计提供技术基础。缺点是：为以减少品种规格的产品满足市场较大范围的需求，每个品种规格的产品都具有一定的通用性，满足一定范围的使用需求，用户只能在系列型谱内有限的一些品种规格中选择所需的产品，选到的产品，一方面其性
9、能参数和功能特性不一定最符合用户的要求，另方面有些功能还可能冗余。（和机械图谱相联系）产品的主参数应尽可能采用 优先数系 。二、模块化设计（一）模块化设计的基本概念为了开发多种不同功能的结构，或相同功能结构而性能不同的产品，不必对每种产品单独进行设计，而是精心设计出一批模块，将这些模块经过不同的组合来构造具有不同功能结构和性能的多种产品。（二）模块化设计的优缺点采用模块化设计方法开发产品的优缺点类似系列化设计方法，在缩短新产品开发周期、提高产品质量、降低成本和加强市场竞争能力方面综合经济效果十分明显优点：1）便于用新技术设计性能更好的模块，取代原有的模块，提高产品的性能，组合出功能更完善、性能
10、更先进的组合产品，加快产品的更新换代。2）采用模块化设计，只需要更换部分模块，或设计制造个别模块和专用部件，便可快速满足用户提出的特殊订货要求，大大缩短设计和供货周期。3）模块化设计方法推动了整个企业技术、生产、管理和组织体制的改革。由于产品的大多数零部件由单件小批生产性质变为批量生产，有利于采用成组加工等先进工艺，有利于组织专业化生产，既提高质量又降低成本。4）模块系统中大部分部件由模块组成，设备如发生故障，只需要更换有关模块，维护修理更为方便，对生产影响少。第六节 机械制造装备设计的评价对机械制造装备设计方案的评价内容主要包括 技术经济 评价、 可靠性 评价、 人机工程学 评价、 结构工艺
11、性 评价、 产品造型 评价和 标准化 评价。一、可靠性评价可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。（一）可靠性特征量包括可靠度，累积失效概率，失效率，平均寿命，可靠寿命，维修度，修复率，平均修复时间。第二章 金属切削机床设计第一节 概述一、机床设计应满足的基本要求（详细见P57）1、工艺范围指机床适应不同生产要求的能力，也可称之为机床的加工功能。机床的工艺范围主要取决于 其使用哪种生产模式。工艺范围直接影响到机床结构的复杂程度、设计制造成本、加工效率和自动化程度。（影响因素）生产模式：单件大批量、大量、批量。2、柔性机床的柔性是指其适应加工对象变化的能力。包括空间上的柔
12、性和时间上的柔性。所谓空间柔性（即功能柔性）是指一台机床的工艺范围相当于多台机床的工艺范围,即机床的运动功能和刀具的数目较多，工艺范围较广，机床能够在同一时期内完成多品种加工的能力。所谓时间上的柔性（即结构柔性）是指的是在不同时期，机床各个部件经过重新组合，即通过机床重构，改变其功能，形成新的加工功能，以适应产品更新变化快的要求。3、与物流系统的可接近性可接近性是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑等）流动的方便程度。4、刚度机床的刚度是指加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于工件在影响加工精度方向变形的能力。刚度包括： 静态刚度 、 动态刚度 、 热态刚度 。机床的刚度直接影
13、响机床的加工精度和生产率，因此机床应有足够的刚度。5、精度 机床精度主要指机床的几何精度和机床的工作精度。6、噪声7.生产率机床的生产率通常是指单位时间内机床所加工的合格工件数量。第二节 金属切削机床设计的基本理论一、工件表面的形成方法1、在机床上形成加工表面的发生线的方法有 轨迹法（描述法） 、成形法（仿形法） 、 相切法（旋切法） 、 展成法（范成法）。二、机床运动分类1、按运动的性质分类，可分为 直线 运动和 回转 运动。2、按运动的功能分类，可分为 成形 运动和 非成形 运动。3、按运动之间的关系分类，可分为：独立运动：与其他运动之间无严格的运动关系复合运动：与其他运动之间有严格的运动
14、关系二、精度（详细见P71）包括几何精度、运动精度、传动精度、定位和重复定位精度、工作精度和精度保持性等。1、几何精度是指机床在空载条件下，在不运动（机床主轴不转或工作台不移动及转动等情况下）或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。2、运动精度是指机床空载并以工作速度运动时，执行部件的几何位置精度（又可称为几何运动精度）。3、传动精度是指机床传动系统各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。4、定位精度和重复定位精度定位精度是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度。5、工作精度 加工（标准）规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。三、刚度机床刚度是指机床受载时抵抗变
15、型的能力。公式：K=F/y四、振动(详细见P73)机床的抗振能力是指机床在交变载荷作用下抵抗振动的能力。包括：抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。习惯上称之为：抗振性，后者常称为：切削稳定性。(平稳)1.受迫振动2.自激振动3.影响机床振动的主要原因有：机床的刚度、机床的阻尼特性、机床系统固有频率。五、热变形由于机床各部件的材料的热膨胀系数不同，因而其热膨胀量也就不同，导致机床床身、主轴和刀架等构件产生变形，称之为机床热变形。六、噪声机床噪声源主要来自四个方面：1.机械噪声2.液压噪声3.电磁噪声4.空气动力噪声七、低速运动平稳性爬行：是机械振动中自激振动的一种，表现形式为时快时慢的不稳定的运动形式。低速运动时产生的运动不平稳现象。第三节 金属切削机床总体设计一、机床主要参数设计（详细见P80）机床的主要技
