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1、“ 规格严格、功夫到家”机械制造装备设计机械制造装备设计哈尔滨工业大学（威海）机器人研究所哈尔滨工业大学（威海）机器人研究所山东省现代数字化医疗装备高校重点实验室山东省现代数字化医疗装备高校重点实验室黄黄 博博本课程主要讲述内容p机械制造装备及制造业动态p机械制造装备设计方法p金属切削机床设计p典型部件设计p工业机器人设计p机床夹具设计p物流系统设计p机械加工生产线总体设计物流系统的意义p物流（Logistic）u据德国统计：n生产周期中，工件有85%的时间处于等待状态；n5%的时间用于运输和检测；n10%的时间用于加工和调整。单纯改进加工过程，最多再缩短生产周期的3%5%。n总经营费用中：2
2、0%50%是物料搬运费用；合理物流可减至10%30%。n丰田公司提出“彻底排除生产过程中的浪费”过量生产的浪费；等待的浪费；搬运的浪费；加工本身的浪费；库存的浪费动作的浪费加工废品的浪费企业内部物流系统生产物流p生产物流（Production Logistics）u指企业生产过程中发生的涉及原材料、在制品、半成品、产成品等所进行的物流活动。n起点：原材料、外购件的投入；n终点：产成品仓库，中间每个节点的加工、搬运、仓储等活动。企业内部物流系统生产物流p生产物流是生产用物料在空间和时间上的运动过程，是生产系统的动态表现。u既包括物料在空间上的布局；u也包括时间上的组织。u具体有：n1、工厂布置：
3、工厂范围内各生产手段的位置确定、各生产手段之间的衔接，以及实现这些生产手段的方式。n2、工艺流程：即产品的技术加工过程。n3、装卸搬运：是生产物流过程中发生频率最高的物流活动。n4、仓库作业：用于生产过程中半成品、在制品短暂停留的场所。企业生产物流生产类型生产规模大量生产品种少、产量大、长期重复生产且条件稳定成批生产品种较多，单产品产量较小；成批轮番生产单件小批品种繁多，每一品种产量极少，生产重复率低工艺特征连续型物流连续均匀地流动、改变，如造纸等。离散型物料离散地间断地按一定工艺顺序运动。项目型物料进入生产场地后，几乎处于停止“凝固”状态产品需求备货式按已有标准或产品系列进行生产、补充和维持
4、库存订单式按用户订单进行生产。如：船舶、锅炉等企业生产物流工艺特点对比项目型生产物流（飞机）项目型生产物流（飞机）连续型生产物流连续型生产物流离散型离散型生产物流生产物流含义含义在固定式生产中，当物料进入生产场地后，几乎处于停止的“凝固凝固”状态状态在流程式生产中，物料均匀、连续均匀、连续地流动，不能中断在加工装配式生产中，产品生产的投入要素由许多可分离的零部件构成，各零部的加工过程彼此独立特点特点物料采购量采购量大，供应商多原材料、在制品原材料、在制品占用大占用大，无产成品占用物流在加工场地的方向方向不确定、加工变化极大物料需求物料需求与具体产品存在一一对应的相关需求生产出的产品和使用的设备
5、、工艺流程固定且标准化固定且标准化工序之间几乎没有没有在制品储存在制品储存制成的零件通过部件装配和总装配最后成为产品生产工艺离散各环节之间要求有一定有一定的在制品储备生产物生产物流管理流管理的重点的重点按照项目的生命周期对每阶段所需的物料在质量、费用及时间进度等方面进行严格的计划和控制保证连续供应物料和确保每一生产环节的正常运行在保证及时供料，零件、部件的加工质量的基础上，准确控制零部件的生产进度，缩短生命周期企业生产物流生产过程组织空间组织时间组织综合组织工艺化对象化混合化顺序移动平行移动混合移动流水线企业生产物流生产过程组织最短的路线最大的灵活性最有效的面积利用最良好的工作环境最合理的发展
6、余地空间组织目标获得最大的效益符合加工过程的要求 靠近布置原则（密切联系的、同类性质的），尽可能紧凑。发展原则（适应生产变化的需要）有利于安全与健康 充分利用外部环境的便利条件空间组织的要求企业生产物流生产过程组织p空间组织u工艺化方法n按照不同的工艺性质建立专业化生产单位，在工艺专业化的生产单位内，集中着同种类型的生产设备和同工种的生产工人，每一个生产单位只完成同种工艺方法的加工或同种功能。n如：铸造厂、锻造厂、热处理厂。n又如：将多种零件的类似加工工艺集中在一个区域；u对象化n把加工对象的全部或大部分工艺过程集中在一个生产单位中，组成以产品或零件、部件、零件组为对象的专业化生产单位。n如：
7、齿轮厂、曲轴厂、电机厂等。n又如：某一个区域内包含多种加工方法的机床，仅为特定对象服务。u混合法n其实有些类似于成组法的方法，将多个对象的相同工艺集中处理，尽量集中二者的优点。企业生产物流生产过程组织p时间组织u顺序移动方式n整批移动，管理工作简单，会出现加工零件在工序上等待的现象，加工周期长，适宜批量不大和工序较短的零件加工。u平行移动方式n单件移动，由于前后道工序的加工时间不等，零件在工序之间仍会有等待和停顿，从而会使设备和工人发生停歇现象，并且这些停歇时间是分散的，不能使用；适宜产量大和工序同期化程度高的产品生产。u混合移动方式（平行顺序移动）n两者结合,扬长避短，保持每道工序连续进行企
8、业生产物流生产过程组织p生产过程组织的要求u连续性n不出现或少出现不必要的中断、停顿或等待的现象。u平行性n各工序在时间上实行平行交叉作业。零件平行；工序平行。u比例性n生产过程各阶段、各工序之间在生产能力上要保持一定的比例性。具体体现在工人人数、设备数量、生产速率、开工班次上。u均衡性n按计划有节奏、均衡的进行。时间间隔内生产相等或递增数量的产品。u准时性n在需要的时间生产出需要种类、需要数量的产品。u适应性n指能由生产一种产品迅速转移到生产另一种产品的应变能力。企业生产物流生产过程组织p经营计划针对全部产品线的长期计划；u综合计划针对规格产品的中期计划（6-18个月）n（主）生产计划针对特
9、定产品的中短期计划（3-12个月）规划的变量：改变能力；改变需求；具体策略：稳定策略跟踪策略混合策略企业生产物流生产过程组织p主生产计划（Master Production Schedule ）u承上启下n保持与综合计划的一致性；驱动MRP计划及其他计划n为客户提供可靠的订单交货期或订单承诺n评估计划变更的影响企业生产物流生产过程组织p物料需求计划（MRP Material Requirement Planning)uMRP只是一个生产计划与控制系统；u与企业管理有着密切联系的财务、销售和经营规划等脱节；pMRPII（企业内部的人、财、物）u围绕企业的基本经营目标，以计划为核心，对企业各种制造
10、资源进行统一的计划和控制，全面集成销售、制造和财务管理功能，使企业的物流、信息流、资金流流动畅通的动态反馈系统。n一般分为生产控制（计划、制造）；n物流管理（分销、采购、库存管理）；n财务管理（帐务、成本、资金）三大子系统。pERP(Enterprise Resourse Planning)u扩展了管理范围，把客户需求和企业内部的制造活动以及供应商的制造资源整合在一起，对供应链上的所有环节进行有效管理。nMRPII仍是ERP的主要组成部分；n供应链的所有环节有效管理，上升到对价值链的控制。企业生产物流生产过程组织企业生产物流生产过程组织pJIT准时制生产（ Just-In-Time ）u20世
11、纪60年代丰田公司的生产管理系统；u在正确的时间(Right Time)、正确的地点(Right Place)做正确的事情(Right Thing)；u以期达到零库存、无缺陷、低成本的理想生产模式。n凡是超出生产所绝对必要的最少的设备、材料、零件和工作时间的部分都是浪费。n看板管理系统是JIT生产现场控制技术的核心，利用看板技术控制生产和物流，可达到准时生产的目的。企业生产物流生产过程组织pMRP与JIT对比u理念不同MRP承认现状，不期望改变现有管理，将库存视为资产，平衡能力与需求；JIT改变现状，消除浪费。u执行侧重不同MRP关注计划，解决的是复杂情况下的计划与规划问题；JIT注重执行，解
12、决的是执行过程的简化与柔性问题。u生产和控制方式不同：MRP是推式系统，适用于离散制造；JIT是拉式系统，适用于重复制造。JIT（系统对需求的同步反应）MRP(以库存供应)库存一项负债，目标：零库存。一项资产，合适的库存保证“安全”批量满足需求即可，可能是频繁的小批量由规模经济决定启动成本降低启动成本，需要有迅速的生产转换不做优先考虑供应商紧密合作伙伴，视供应商为工厂的延伸。 货源多元化，供应商竞争来实现最低价格质量零缺陷允许缺陷，避免质量要求过高的额外成本设备维护保护性维护，停产会危机下游生产并不重要企业生产物流厂房布置p东风汽车公司前身是70年代开始建设的第二汽车制造厂，位于湖北省十堰市。
13、 22个专业厂分布于十堰市各山坳内，布局十分分散，东西距离近30公里。 p没有考虑大物流量生产所必需遵循的“移动距离最小原则”，在生产系统规划与设计中没有进行正确的物流分析，工厂布置分散，22专业厂分散在山坳。p由于零件工艺线路长，专业厂相互之间复杂的协作关系，加上厂房车间地域上的分散，东风公司的生产组织极其复杂，物流始终是压在企业肩上的一个重担。 p十堰基地也给东风汽车公司的后续发展带来障碍，公司不得不另址规划其载重车和轿车的生产厂址，不过，通过总结教训和学习，从襄樊到武汉，公司工厂布置与设计已经发生了质的飞跃。企业生产物流厂房布置p工厂总体平面布置u解决工厂各个组成部分，包括生产车间、辅助
14、生产车间、仓库、动力站、办公室等各种作业单位和运输线路设施的相互关系，解决物料流向和流程、厂内外运输的连接。p车间布置u解决工作地、设备、通道、管线之间和相互位置，解决物料搬运的流程及运输方式。p设施布置原则n整体综合原则(将有影响的所有因素都考虑进去，以达到优化的方案)n移动距离最小原则n流动性原则(应使在制品在生产过程中流动顺畅，消除无谓停滞)n空间利用原则(生产区或储存区力求充分有效利用空间。 )n柔性原则(考虑各种因素可能带来的变更，以便于扩展和调整)n安全原则（如铁岭市清河特殊钢-钢包事件）企业生产物流厂房布置p基本原始资料u产品（Product）u产量（Quality）u工艺过程（
15、Route）u辅助部门（Service）u时间安排（time)p物流分析u工艺过程图u从至图p作业单位相互关系uAbsolutely Necessary)uEspecially ImportantuImportantuOrdinaryuUnimportantuX(不能接近）企业生产物流厂房布置作业单位物流相关表作业单位的非物流相关表作业单位位置相关图企业生产物流机床上下料装置设计p机床上下料装置（工件自动装卸装置）u将待加工工件送到机床上的加工位置；u将已加工工件从加工位置取下至流水线或码垛。企业生产物流机床上下料装置设计企业生产物流机床上下料装置设计p上下料装置的设计原则n符合生产节拍要求，
16、提高生产率；n力求平稳，减少冲击，保证工件不变形或损坏；n简单可靠，维护方便。n一定适应范围，尽量满足多种工件上下料要求。p机床上下料装置的分类企业生产物流机床上下料装置设计p液体上量企业生产物流机床上下料装置设计p粉粒料供料企业生产物流机床上下料装置设计p卷料企业生产物流机床上下料装置设计p料仓式上料机构u一种半自动的上料装置，其特点是不能使工件自动定向，需要人工定时将一批工件按照一定的方向和位置，顺序排列在料仓中，然后由送料机构将工件逐个送到机床夹具中去。企业生产物流机床上下料装置设计p料仓贮存工件（自重式、外力式）u自重式：直线式、曲线式、螺旋式、料斗式、料斗-料箱式等；u外力式：弹簧式
17、、摩擦带式、链式、圆盘式等。企业生产物流机床上下料装置设计p搅动器u工件在斗式料仓中整齐排列堆积时，常常会在内部互相挤住而形成“拱桥”，使得工件被卡住不能下落。u为了保证上料装置能够连续地正常工作，常在这种料仓中设置搅动器，用以破坏“拱桥”。 a 波纹或齿纹 b 摆动杠杆式 c 摆动杠杆加菱形搅动器d 摆动凸块搅动器 e 电磁振动搅动器 企业生产物流机床上下料装置设计p输料槽u将工件从料仓输送到上料机构中，有时还兼有贮料的作用。u按其外部形状分，有直线型、曲线形和螺旋型等型式；u按工件运动状态分，有滚道式、滑道式、辊道式等。企业生产物流机床上下料装置设计p隔料器u控制从输料槽（ 或料仓）进入送
18、料器的工件数量。n有时隔料器的作用兼由送料器来完成。企业生产物流机床上下料装置设计p上料机构1 工件 2 输料槽 3 推料缸 4 送料盘 5 顶尖 6 顶尖气缸 7 下料工位 8 棘爪 9 棘轮 10 棘爪气缸企业生产物流机床上下料装置设计p料斗式上料机构u自动化的上料装置，适用于工件外形比较简单、体积和重量都比较小，而且生产节拍短、要求频繁上料的场合n工人将单个工件成批地任意倒进料斗后，定向机构能自动定向，使之按规定的方位整齐排列，并按一定的生产节拍送到机床夹具中去。n没有完成定向的工件在出口处被分离送回料斗重新定向。u有：料斗（图叶轮式）、定向装置、输料槽、减速器、分路器等企业生产物流机床
19、上下料装置设计p振动式料斗u螺旋送料槽1u倒锥形筒底2n工件向四周跑u板簧4使筒扭振u电磁13、15上下振u导向轴7使料斗7传动n结合片簧4扭振u弹簧8隔振u还需要定向装置n多种多样。企业生产物流机床上下料装置设计图直槽式的振动上料装置1料槽2工件3弹簧片4电磁铁5基座企业生产物流机床上下料装置设计p定向装置u抓取法n运动的定向机构抓取工件的某些表面，如孔、凹槽等，使之从成堆的杂乱工件中分离出来并定向排列。常用的定向机构有杆、销、钩子等，适用于带孔的套状、碗状和环状零件。 装着销 4的链带1在连续运动时，堆放在料斗3中的工件被销子4挂住后被带向上，顺次进入输料槽5。当输料槽中料充满后，链带1上
20、的销子仍带着工件向输料槽中挤入，于是输料槽弯曲部分的弹簧盖门被压开，多余的工件落入另外的料箱中。企业生产物流机床上下料装置设计p槽隙定向的料斗装置u用专门的定向机构搅动工件，使工件在不停的运动中落进沟槽或缝隙实现定向。定向机构可以作直线往复运动、摆动运动或回转运动。这一类料斗可用于螺钉、螺帽、片状、圆环以及各种带头部的工件。p1 侧盖板；p2 联接板；p3 双轨式料槽； p4 滑块；p5 曲柄；p6 连杆；p7 摩擦离合器；p8 皮带轮；p9 料斗；p10剔除器。企业生产物流机床上下料装置设计p型孔选取法定向u定向机构上一定形状和尺寸的孔穴对工件进行筛选，只有位置和截面相应于型孔的工件，才能落
21、入孔中而获得定向。这种定向机构大多都作连续的回转运动。p重心偏移法定向u一些在轴线方向重心偏移的工件u或人为使之偏移。企业生产物流机床上下料装置设计p通过各种挡板和缺口实现定向u还要读懂书上的图企业生产物流机床间输送工件p工件输送装置u它将被加工工件从一个工位传送到下一工位，为保证自动线按生产节拍连续地工作提供条件，并从结构上把自动线的各台自动机床联系成为一个整体。u带式输送系统n一种利用连续运动且具有挠性的输送带来输送物料的输送系统u链式输送机n是以链条作为牵引和承载体输送物料。企业生产物流机床间输送工件p工件输送装置（续）u步伐式输送装置n组合机床自动线上典型的工件输送装置。在加工箱体类零
22、件的自动线以及带随行夹具的自动线中，使用非常普遍。n功用：它能完成向前输送和向后退回的往复动作, 实现工件单向输送。n棘爪式输送装置当输送带向前运动时，棘爪就推动工件移动一个步距；当输送带回程时，棘爪被工件压下，于是绕销轴 回转而将弹簧拉伸，并从工件下面滑过，待退出工件之后，棘爪又复抬起。企业生产物流机床间输送工件p回转式输送1.1.输送摆杆；输送摆杆；2.2.回转机构；回转机构；3.3.回转接头；回转接头； 4.4.活塞杆活塞杆 5. 5. 油缸；油缸；6. 6. 缓冲器；缓冲器； 7. 7. 支承滚轮；支承滚轮；企业生产物流机床间输送工件p辊子输送u无动力 & 有动力p悬挂输送u车间内成件
23、物料的空中输送n由牵引件、滑架小车、吊具、轨道、张紧装置、驱动装置、转向装置和安全装置等组成企业生产物流机床间输送工件p有轨导向小车（Rail Guided Vehicle，简称RGV）u依靠铺设在地面上的轨道进行导向并运送工件的输送系统。u优点：RGV具有移动速度大，加速性能好，承载能力大的。u缺点：轨道不宜改动，柔性差，车间空间利用率低，噪声高。地面轨道 空间轨道企业生产物流机床间输送工件p柔性制造系统（Flexible Manufacturing System-FMS）一般由三部分组成：n（1）加工系统 数控机床，加工中心或FMC及清洗测量等辅助设备。n（2）储运系统 完成工件原材料运储
24、、刀具运储n（3）控制和管理系统 运动控制、刀具管理、质量控制及网络通讯。u其配套物流系统n1.直线型输送形式(右） n2.环型输送形式 n3.网络型输送形式 n4.机器人为中心（下）企业生产物流机床间输送工件p托盘及托盘交换器u在FMS中，工件一般安装在组合夹具上，而组合夹具又被安装在托盘上，因而托盘是工件和夹具的承载体。n当工件在机床上加工时，托盘成为机床工作台并支撑工件；n运输时, 托盘又承载着工件和夹具在机床之间进行传送。n托盘的上表面：有便于夹具安装的T型槽、矩阵螺孔，n托盘的下表面：有供在机床工作台上定位的基面和输送基面，其在机床工作台上定位通常是采用锥面定位。uFMS中最常见的自
25、动上下料装置是托盘交换器。（回转式往复式）企业生产物流机床间输送工件p自动引导小车（Automated Guided Vehicle，AGV）u计算机控制的，按照一定程序自动完成运输任务的运输工具。u自动导向小车（AGV）是柔性物流系统中物料运输工具的发展趋势。uGV的组成：主要有车架、蓄电池、充电装置、电气系统、驱动装置、转向装置、自动认址和精确停位系统、移栽机构、安全系统、通讯单元和自动导向系统等组成。 n线导小车：利用电磁感应制导原理进行导向，需要在行车路线的地面上埋设环行感应电缆来制导小车运动n光导小车：利用光电制导原理来进行导向，需要在行车路线上涂上能反光的荧光线条，小车上的光敏传感
26、器接受反射光来制导小车运动n遥控小车：以无线电发送接收设备传送控制命令和信号 企业生产物流自动化仓库p自动化仓库（简称高层货架仓库）u自动化仓库就是采用高层货架存放货物，以巷道堆垛起重机为主，结合入库与出库周边设备来进行自动化仓储作业的一种仓库。u自动化仓库系统(ASRSAutomated storage and retrieval system)是不需人工处理的情况下能自动存储和取出物料的系统。n一般采用几层、十几层乃至几十层的货架来储存单元货物。企业生产物流自动化仓库u自动化仓库组成n高层货架、托盘和货箱、堆垛机、输送机、安全保护装置u类型n单元货格式仓库、贯通式、水平循环式、垂直循环式GOOD BYE
