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1、 机械制造装备设计教案第一讲第一章 绪论一、 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用1、 制造业是国家经济发展的重要支柱，发展水平标志国家的经济实力、科技水平、国防实力。2、 机械制造业是制造业的核心，即工作母机，机械制造业的生产能力取决于机械制造装备的先进程度。3、 各年代机械制造业发展状态，传统产业柔性化自动化精密化，生产线、数控机床、加工中心及计算机辅助设计和制造等。二、 机械制造装备应具备的功能1、 一般的功能要求（常用的功能）加工精度方面的要求强度、刚度和抗振性方面的要求加工稳定性方面的要求耐用度方面的要求（长期使用精度不下降）技术经济方面的要求（成本低）2、 柔性化：少量调整或修改
2、软件，就可以改变系统的运行功能产品结构柔性化功能柔性化3、 精密化：采用误差补偿技术，提高零件的加工精度4、 自动化：机械或程序控制5、 机电一体化：机械和电子的有机结合系统6、 节材7、 符合工业工程要求：是对人、物料、设备、能源和信息所组成系统进行设计8、 符合绿色工程要求：无毒、无公害、不破坏环境三、 机械制造装备的分类1、 加工设备金属切削机床：通用机床和专用机床特种加工机床：电加工机床（电火花机床）、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：冲压机、挤压机、轧制机2、 工艺装备刀具：（碳素钢、合金钢、硬质合金、金钢石、陶瓷）模具：（粉未冶金
3、模具、塑料模具、压铸模具、冷冲模具、锻压模具）夹具：（专用夹具、成组夹具、组合夹具）量具：（通用量具、专用量具、标准量块、量具的检测）检具：（标准检具、专用检具、检具与生产率、产品质量的关系）3、 仓储输送装备仓储物料输送装置机床上下料装置4、 辅助装备：清洗、排屑和计量设备第二讲第二章 机械制造装备设计方法一、 机械制造装备设计的类型1、 创新设计：用新技术和原理，改造传统新产品，开发新一代的、具有高技术附加值的新产品。2、 变形设计：通过改变老产品尺寸与性能参数形成所谓的变形产品。3、 组合设计：模块化设计二、 机械制造装备设计的方法1、 机械制造装备设计的典型步骤产品规划阶段市场需求分析
4、调查研究预测可行性分析：（结合设计设计中的可行内容讲解）可行性报告包括如下内容： 产品开发的必要性 同类新产品国内外技术水平，发展趋势 从技术上预期新产品开发能达到的技术水平 从设计、工艺和质量等方面需要解决的关键技术问题 投资费用及开发时间进度，经济效益和社会效益估计 现有条件下开发的可能性及准备采用的措施 编制设计任务书方案设计阶段（结合毕业设计要求讲解）对设计任务的抽象（抓住主要要求，兼顾次要要求）建立功能结构寻求原理解与求解方法初步设计方案的形成初步设计方案的评价与筛选技术设计阶段确定结构原理方案总体设计结构设计施工设计阶段 零件图设计 完善装配图 商品化设计 编制技术文挡2、 系列化
5、设计系列化设计基本概念系列化设计的优缺点系列化设计的步骤（主参数和性能的确定、参数分级、制订系列型谱）3、 模块化设计模块化设计的基本概念模块化设计的优缺点模块化设计的步骤（明确任务、建立功能结构、确定系列型谱）4、 合理化工程（管理工程）三、 机械制造装备设计的评价主要包括：技术经济评价、可靠性评价、人机工程学评价、结构工艺性评价、新产品造型评价和标准化评价1、 技术经济评价：技术的先进性、经济的合理性评价步骤 建立目标系统和确定评价标准：见图27 确定重要性系数：每个评价标准对方案优劣影响是不同的，用重要性系数来表示。左边数字由设计人员确定，右边数字表示在系统中的重要程度，其值等于其各上级
6、目标圆圈左侧数字的乘积。 确定各设计的评价分数： 总权重值ZQ 技术评价T经济评价E2、 可靠性评价： 可靠性特征量：可靠度、累积失效概率、平均寿命和无故障时间、可靠寿命、维修度、平均修复时间、瞬时有效度、 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 可靠性指标的分配：可靠性分配的原则、可靠性分配方法、3、 人机工程学评价： 人因素方面：人体静态尺寸、人体动态尺寸、人体操纵力、人的视觉和听觉特征、 机器因素方面：信号显示装置设计、操纵装置设计、安全保障技术、人体舒适和使用方便性 环境因素方面：作业环境、物理环境、化学环境 人机系统方面：4、 结构工艺性评价（目的是降
7、低成本、提高质量）加工工艺性产品结构的合理组合：零件设计时的集成度、零件装配联接面情况、零件采用的材料、零件的加工工艺性：零件的结构形状、材料、尺寸、表面质量、公差和配合、零件或毛坯结构设计规律如下 铸件类零件：尽可能不采用型芯或形状简单的型芯、结构形状应考虑拔模方便、避免大面积的水平壁和截面、壁厚应均匀且不能小于最小允许尺寸合理考虑分模面、加工面有退刀槽、避免倾斜的加工面、孔在同一个轴线上采用同一个公差 模锻件类零件：结构形状应充分考虑拔模方便、避免过大的薄平面、采用较大过渡圆角、避免过小的槽和冲孔 冷挤压件类零件：尽可能采用对称结构、避免断面突然变化 车削加工类零件：结出必要的退刀槽、尽可
8、能不在内孔开沟槽、轴上的环肩还要太高 有钻孔加工类零件：尽是采用通孔、避免盲孔、斜孔的进出口处有垂直于孔轴线的凸台 有铣削加工类零件：尽量采用平面且一次走刀完成 有磨削加工类零件：尽量没有台肩、足够的退刀槽装配工艺性便于装配的产品结构：平行装配、尽可能减少装配量、采用统一装配工具和方法、便于装配的零件结合部位结构：便于装配的零件结构维修工艺性：平均维修时间短、配件互换性好、维修工具品种少、技术复杂性低、维修人员少、成本低5、 产品造型评价：产品造型设计符合美学原则、尺度与比例合理、对称均匀、6、 标准化评价：标准化的目的：简化产品的口称规格、提高信息传递效率、节约人力和物力、提高产品交换与服务
9、质量、消除技术壁垒标准分类（图221）企业标准体系结构（图222）产品设计标准化：企业标准的审查、设计文件的标准化审查、工艺文件的标准化审查、工装设计文件的标准化审查第三讲第三章 金属切削机床设计第一节概述一、 机床设计应满足的基础要求1、 工艺范围：机床应具备的工艺范围是加工方法、工件类型、加工表面形状等2、 柔性：空间柔性是指功能柔性即一台机床具备有几台机床的功能，时间柔性是指结构柔性即经过重组构成新的机床功能3、 与物流系统的可亲性：机床与物流之间进行物料交接的方便程度4、 刚度：静刚度、动态刚度、热态刚度5、 精度：几何精度、运动精度、传动精度、定位精度、加工精度6、 噪声7、 生产率
10、和自动化8、 成本9、 生产周期10、 可靠性11、 造型和色彩二、机床设计方法：机床设计方法根据其设计类型而定 通用机床采用系列化设计方法 创新设计采用分析式设计（类比法，目前一般采用）或创成式设计（解析式设计，尚在研究中）三、机床设计步骤1、 总体设计（图31机床设计系统框图） 主要技术指标设计：用途：即机床的工艺范围，包括加工对象的材料、质量、形状及尺寸等生产率：加工对象的种类、批量生产率性能指标：加工对象所要求的精度、机床精度、刚度、热变形、噪声等主要参数：驱动方式：普通电动机驱动、步进电机驱动、伺服电机驱动成本及生产周期 总体方案设计运动功能设计：机床所需运动的个数、形式（直线、回转
11、）功能（主运动、进给运动、其它运动）、排列顺序、机床运动功能图基本参数设计：尺寸参数、运动参数和动力参数设计传动系统设计：传动方式、传动原理图、传动系统图设计总体结构布局设计：运动功能分配、总体布局结构形式、总体方案图设计 总体方案综合评价与选择： 总体方案的设计修改式优化2、 详细设计 技术设计：确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化 施工设计：颠倒反转科设计、商品化设计、编制技术文档3、 机床整体综合评价：对整机进行性能综合评价第二节 金属切削机床设计的基本理论一、精度机床精度：几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等几方面零件精度：尺寸精度、形状和位置误差要求、表面粗糙度三项1、
12、几何精度：机床空载时各主要部件的形状，相互位置和相对运动的精确程度包括导轨的直线度，主轴的跳动及轴向窜动，主轴中心线对滑台移动方向的平行度或垂直度。2、 运动精度：机床高速运动时主要部件的几何精度。如回转精度等，是重要指标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。影响4、 定位精度：是指机床的定位部件运动到达规定位置的精度，机床构件和进给控制系统的精度、刚度发及其动态特性5、 工作精度：6、 精度保持性：主要是磨损，与结构设计、工艺、材料、热处理、润滑、防护使用条件有关二、刚度： 1、 概述：指机床系统抵抗变形的2、 整机刚度：机床在载荷作用下各构件及结合部件都要产
13、生变形，这些变形引起刀具和工件之间相对位移。在机床设计中要考虑提高各部件刚度同时也要考虑结合部刚度及各部件间刚度匹配三、抗振性：1、 受迫振动：受迫振动来自机床内部，如回转零件不平衡，2、 自激振动：是发生在刀具和工件之间的一种相对振动，一般情况，切削量增加，切削力愈大，自激振动就愈剧烈3、 振动影响因素： 机床的刚度：包括构件材料选择、截面形状、尺寸、肋板分布 机床的阻尼特性：包括构件的阻尼材料、部件结合部的阻尼很大占80% 机床系统固有频率：四、热变形：1、 概述：内部热源如电动机、液压系统、机械磨擦、切削热和外部热源如环境温度、周围热源而导致机床产生热变形，占工件误差的70%2、 热平衡
14、的温度场：是指机床大致热平衡时形成温度场，可分析机床热源并了解热变形的影响。采用措施：减少热源的发热量、合理安置热源位置、增加散热、温度补偿、隔热、自动温度控制五、噪声：1、 概述：2、 噪声的度量指标：物理度量可用声压级或声强级表示，单位是Pa3、 机床噪声来源： 机械噪声：齿轮、轴承 液压噪声：泵、阀、管道的液压冲击等 电磁噪声：电动机 空气动力噪声：电动机风扇、高速旋转对空气的搅动六、低速运动平稳性1、 爬行现象和机理（见图32）爬行现象危害极大，是评价机床质量的一个重要指标。是摩擦自激振动现象、传动机构的刚度不足引起2、 爬行的度量：描述时走时停的爬行现象3、 消除爬行的措施：减少动、静摩擦系数，提高传动件的刚度，降低移动件的质量第四讲第三节金属切削机床总体设计一、 机床系列型谱的制定（表31）系列：通用机床都有它的主参数系列，按尺寸大小发展型谱：同规格的各种机床的变形，各变形机床之间在部分零件是相同的，部分零件可以通用，另一部分结构相似。二、 机床的运动功能设计1、 机床的工作原理：刀具与工件之间的相对运动，使工件达到其加工精度，控制部分采用人工或自动控制2、 工件表面的形成方法： 几何表面的形成原理： 发生线的形成：轨迹法、成型法、相切法、范成法 加工表面的
