机械制造装备A第一章机械制造装备设计方法

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1、机械制造装备设计,机自2007 2010.3.6,机械制造装备设计,本课程学习要求,1、了解制造系统中各种制造装备的作用和基本原理 2、了解通用机床的主要类型、性能及工艺范围 3、了解典型机床的工作原理、传动、运动及结构 4、能够合理选择和使用机床 5、掌握分析机床运动传动链的方法 6、掌握机床设计的基本理论知识和步骤 7、掌握机床传动设计原理 8、熟悉机床主要部件的结构,机械制造装备设计,本课程依据的基础理论: 刚度、精度、抗振性、热变形、噪音、 磨损、低速运动平稳性等； 柔性化、精密化、自动化、机电一体化、 节材、工业工程、绿色工程等。 本课程依据的设计原理和方法: 系统工程、创造工程、优

2、化工程、 相似工程、可靠性工程、价值工程、 人机工程、工业设计、工业美学等。,第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计,机械制造装备设计,第一章 机械制造及装备设计方法,第一节 概述 第二节 机械制造装备应具备的主要功能 第三节 机械制造装备的分类 第四节 机械制造装备设计的类型 第五节 机械制造装设计的的方法 第六节 机械制造装备设计的评价,机械制造装备设计,第一节 概述,一、机械制造生产模式的演变 二、制造业的作用及现状 三、机械制造装备的发展趋势,机床

3、的地位及其发展简史,工作母机制造机器的机器国民经济发展 水平的标志，国家繁荣富强的象征。 机床工作量占整个机器加工工作量的40-60% 机床设备占一个工厂总设备的50-60% 一个国家机床工业的技术水平、机床拥有量及其先进程度在很大程度上标志着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。,机械制造装备设计,机械制造装备是以机床为中心在整个制造系统中发挥作用的重大装备。,机械制造装备产业以材料科学、信息科学、微电子科学、制造科学、生命科学等为支柱和发展的依托。,机械制造装备设计,机床工业的发展简史,年代：不计成本 年代：传统模式，规模效益 年代：精益生产 年代：单项先进技术 、 年代：敏捷制造、全球制

4、造、 快速可重组制造,1952年，美国，第一台数控(Numerical Control)铣床，CAM的开端 1958年，美国，自动换刀加工中心(Machining Center) 1962年，第一台工业机器人(Industrial Robot) 1967年，英美联合制成FMS （Flexible Manufacturing System ） 80年代，CIMS （Computer Integrated Manufacturing System）计算机集成制造系统,机械制造装备设计,我国机床工业发展情况,1949年，年产量1582台，拥有量约6万台 1949-1952年，改建机械修配厂为机床厂

5、1953-1957年，“一五”：扩建；新建； 成立一批机床研究所 1958-1962年，“二五”，年产量9万台 1963- “三五”成套装备机械制造厂 1978- 第二次技术大引进，合作生产为主,年产量13万台，拥有量320万台，世界第二 役龄20年 50% 低：中：高档=75：20：5 国外为5：75：20 三多三少：质量差、低档多； 中高档少。 手动机床多； 高效自动化少。 低精度粗加工多； 高精度精加工少。 构成比落后：质量、可靠性、基础元部件的先进性、刀具及测量仪器的寿命、机床性能、工作精度、效率、自动化程度等较落后。 关键技术不过硬、关键元件、刀具不过关,我国机床行业近几年通过不断加

6、大结构调整力度，使国产数控机床的技术水平和质量有了明显的提高，2000年以来国产数控机床的销售达到了历史最高水平，机床行业的经济效益开始了恢复性的增长。 据统计显示，2000年上半年数控机床的销售额已经占到机床行业销售额的23，达到了历史最高水平，国产数控机床的市场占有率已经从30多上升到60。 目前国产数控机床的品种已有过去的100多种发展到500多种，依靠自主技术创新开发的五轴联动加工中心已能批量生产，凸轮轴磨床的数控部分也已开发成功。,机械制造装备的发展趋势,向高效、高速、高精度方向发展 多功能复合化、柔性自动化的产品为发展主流 实施绿色制造与可持续发展战略 智能制造技术和智能化装备有了

7、新的发展,、强调以用户为中心。 、适应快速多变的市场。 、注重人才再教育、新技术的运用、创新精神的培养。 、利用各种先进的制造观念，资源重组。 、采用虚拟动态技术改变企业的组织形式。,自动化 精密化 柔性化 最佳化 集成化 网络信息化,机械制造装备设计,现代机械制造装备设计的理念,第二节 机械制造装备应具备的主要功能,一、一般的功能要求 、加工精度方面的要求 几何精度 运动精度 定位精度 传动精度 低速运动平稳性 、强度、刚度和抗振性方面的要求 切削速度、切削力 、加工稳定性方面的要求 切削热、摩擦热、环境热 、耐用度方面的要求 、技术经济方面的要求,机械制造装备设计,二、柔性化 结构与功能的

8、柔性化 三、精密化 误差补偿 四、自动化 柔性与刚性自动化 凸轮控制、程序控制、数字控制、 适应控制（约束适应控制 最佳适应控制 学习适应控制）,机械制造装备设计,五、机电一体化 机电部件机械部件 将机械技术和微电子、传感检测、信息处理、自动控制、电力电子等技术按照系统工程和整体优化的方法，有机地组成最佳技术系统。 六、节材 大件的静动态分析 结构性材料浪费、工艺性材料浪费 七、符合工业工程要求 对由人、物料、设备、能源、信息所组成的集成系统进行设计、改善和实施，最终设计一个生产系统及控制方法，达到最安全、最低成本的目的。 八、符合绿色工程要求,第三节 机械制造装备的分类,一、加工装备 、金属

9、切削机床 、特种加工机床 （）电加工机床 （）超声波加工机床 （）激光加工机床 （）电子束加工机床 （）离子束加工机床 （）水射流加工机床 、锻压机床,机械制造装备设计,二、工艺装备 、刀具 、模具 粉末冶金模具、塑料模具、压铸模具 冷冲模具、锻压模具 、夹具 、量具,机械制造装备设计,三、仓储输送设备 、仓储 、物流输送设备 、机床上下料装置 四、辅助装备 清洗机、排屑设备、计量设备,机械制造装备设计,机械制造装备设计,第四节 机械制造装备设计的类型,一、创新设计 基型和模块系统 二、变型设计 适应型和变参数型设计方法 三、组合设计 由功能模块拼装成组合产品,机械制造装备设计,第五节 机械制

10、造装备设计的方法,一、MMED的典型步骤 二、系列化设计 三、模块化设计 四、合理化工程,机械制造装备设计,一、MMED的典型步骤 （一） 产品规划阶段 （二） 方案设计阶段 （三） 技术设计阶段 （四） 施工设计阶段,机械制造装备设计,（一） 产品规划阶段 1、需求分析 2、调查研究 市场调研、技术调研、社会调研 3、预测 定性预测、定量预测 4、可行性分析 技术分析、经济分析、社会分析 5、编制设计任务书,机械制造装备设计,1、对设计任务的抽象 2、建立功能结构,（二） 方案设计阶段,机械制造装备设计,3、寻求原理解与求解方法 原理解即能实现某种功能的工作原理和实现 该工作原理的技术手段、

11、结构原理，也就是所谓 的功能载体。 工作原理包括科学原理和技术原理。 4、初步设计方案的形成 系统结合法 数学方法结合法,机械制造装备设计,5、初步设计方案的评价与筛选 初步设计方案的初选： 观察淘汰法、分数比较法 初步设计方案的具体化 初步设计方案的技术经济评价,机械制造装备设计,（三）技术设计阶段 1、确定结构原理方案 2、总体设计 3、结构设计,（四）施工设计阶段 1、零件图设计 2、完善装配图 3、商品化阶段 4、编制技术文档,机械制造装备设计,二、系列化设计,（一） 系列化设计的基本概念 产品系列化、零部件通用化、标准化、 结构典型化 （二） 系列化设计的优缺点 （三） 系列化设计的

12、步骤 1、主参数和主要性能指标的确定 2、参数分级 3、制订系列型谱 纵系列产品、横系列产品、跨系列产品,机械制造装备设计,三 、模块化设计,（一）模块化设计的基本概念 （二）模块化设计的优缺点 （三）模块化设计的步骤 1、明确任务 2、建立功能结构 3、合理确定产品的系列型谱和参数 4、模块的组合 5、模块的计算机管理系统,机械制造装备设计,车床功能结构,机械制造装备设计,四、 合理化工程 采用先进的信息处理技术，进行产品结构的重组、产品设计开发过程的重组和设计、管理信息系统集成，尽可能减少产品零部件的类别数，从而缩短产品的开发周期，提高产品设计质量，缩短产品的生产周期，在这基础上提高产品的

13、质量、降低产品的成本、改善售后服务。,机械制造装备设计,第六节 机械制造装备设计的评价,一、 技术经济评价 （一）建立目标系统和确定评价标准 将设计要求表中的必达目标 按层次分级，建立树状目标系统,机械制造装备设计,（二） 确定重要性系数 左面数字为隶属于同一上级目标的各同级目标之间的相对重要性系数；右面数字为每一个评价目标的目标系统中的重要程度。 （三）确定各设计方案的评价分数,机械制造装备设计,（三）确定各个设计方案的评价分数,（四）总权重值 ZQj （五）技术评价 Tj Tj=1为技术上最理想方案 Tj介于10.6为技术上可行方案 Tj小于0.6为技术上不合格方案 （六）经济评价Ej E

14、j=1为经济上最理想方案 Ej小于0.7方案不予考虑,机械制造装备设计,二 、可靠性评价 1、可靠性特征量 可靠度、累计失效概率、失效率、 平均寿命和平均无故障工作时间、可靠寿命、 维修度、修复率、平均修复时间、瞬时有效度、 平均有效度、极限有效度 2、可靠性预测 串联系统、并联系统、混联系统、表决系统、 旁联系统、复杂系统 3、可靠性指标的分配 等同分配法、按比例分配法、 综合平分分配法、最优化分配法,机械制造装备设计,三、人机工程学评价 1、人的因素 人体静态尺寸、人体动态尺寸、人体操纵力 人的视觉和听觉特性 2、机器的因素 信号显示装置设计、操纵装置设计、 安全保障技术、人体舒适性和使用方便性 3、环境的因素 作业空间、物理环境、化学环境 4、人机系统方面,机械制造装备设计,（一）加工工艺性 产品结构的合理组合 零件的加工工艺性 （二）装配工艺性 （三）维修工艺性,四 、结构工艺性评价,机械制造装备设计,五、产品造型评价 1、产品造型设计 尺度与比例、对称与均衡、安定与轻巧、 对比与调和、过渡与呼应、节奏与韵律、 重点与一般 2、产品色彩 统一配色、均衡配色、重点配色、分割配色,机械制造装备设计,1、企业标准的审查 2、设计文件的标准化审查 3、工艺文件的标准化审查 4、工装设计文件的标准化审查,六 、标准化评价,机械制造装备设计,热变形 噪声 低速运动平稳性,