机械制造装备设计方法讲义(1).ppt
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1、机械制造装备设计,主讲人:李爱芝,一、创新设计(新产品设计)二、变型设计(变型产品设计)三、模块化设计(组合设计),1.4 机械制造装备设计的类型,1.4 机械制造装备设计的类型,一、创新设计(新产品设计)基型产品 新产品:新开发的或在性能、结构、原理等某一方面或几个方面有重大变化的,以及技术上有突破、创新的产品(生产一代,研制一代,构思一代)。创新设计通常应从市场调研和预测开始,明确产品设计任务,经过产品规划、方案设计、技术设计和施工设计等四个阶段;通过产品试制和产品试验来验证新产品的技术可行性;通过小批试生产来验证新产品的的制造工艺和工艺装备的可行性。,二、变型设计(变型产品设计)系列产品
2、 变型产品:在现有产品基本工作原理和总体结构不变的基础上,仅对部分结构、尺寸或性能参数加以改变的产品。变型设计:在现有产品基本原理和总体结构保持不变的基础上,仅对部分结构、尺寸或性能参数加以改变,以获得变型产品的设计方法。分为:1适应型设计(改变或更换部分部件或结构)。2变参数设计(改变部分尺寸与性能参数,扩大 使用范围)。,1.4 机械制造装备设计的类型,三、模块化设计(组合设计)是按合同要求,选择适当的功能模块,直接拼装成所谓的组合产品。创新设计的意义:(1)采用创新设计方法不断推出崭新产品,是企业在市场竞争中取胜的必要条件;(2)变形设计和组合设计是在基型和模块系统的基础上进行的,而基型
3、和模块系统也是采用创新设计方法完成的。,返回,1.4 机械制造装备设计的类型,一、典型设计步骤二、系列化(产品)设计三、模块化产品设计,1.5 机械制造装备设计方法,(一)产品规划阶段,(二)方案设计阶段,1.市场调研和预测,2.技术调查,3.可行性分析,4.编制设计任务书,5.开发决策,1.5 机械制造装备设计方法,一、典型设计步骤,1.对设计任务的抽象,2.建立功能结构,3.寻求原理解,4.初步设计方案的形成,5.初步设计方案的评价与筛选,(三)技术设计阶段,(四)施工设计阶段,1.5 机械制造装备设计方法,1.确定结构原理方案,2.总体设计,3.结构设计,1.零件图设计,2.完善装配图,
4、3.商品化设计,4.编制技术文档,1.5 机械制造装备设计方法,(一)产品规划阶段决策阶段1.市场调研和预测:根据用户需求,收集市场和用户信息,提交新产品市场预测报告,明确设计任务的要求。开发新产品最困难的往往不是技术问题,而是确定需要开发什么样的产品。提交新产品市场预测报告,2.技术调查:现有同类产品的结构特征、技术性能、质量水平及发展趋势;新型元器件、新材料和新工艺的应用和发展动态;竞争产品的技术特点及竞争企业新产品开发动向;环境条件对产品的要求确定需解决的技术问题及技术实验项目。提交技术调查报告,1.5 机械制造装备设计方法,3.可行性分析:技术经济论证,判断是否可行。是新产品开发立项必
5、不可少的一项依据。包括:技术分析对可能遇到的关键技术问题做出全面的分析,提出解决关键技术问题的措施;经济分析对新产品生产过程中的人力、物力、财力消耗(生产成本)与利润进行分析预测;社会分析分析新产品对社会和环境的影响。,1.5 机械制造装备设计方法,提交可行性分析报告,内容包括:产品开发的必要性、市场调查及预测情况,包括用户对产品功能、用途、质量、使用维护及价格等方面的要求;国内外同类产品的技术水平与发展趋势;,1.5 机械制造装备设计方法,从技术上预期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
6、性及准备采取的措施。,1.5 机械制造装备设计方法,4.编制设计任务书:在设计任务书中,应说明设计该产品的必要性和现实意义,产品用途描述,设计所需的全部重要数据,总体布局和结构特征,应满足的要求、条件和限制等。将上述要求编制成“设计要求表”。这些要求、条件和限制来源于市场、环境、法律法规、标准以及制造厂自身的实际情况,是产品设计、评价和决策的依据。5.开发决策:通过评审,由领导层作出决策。,1.5 机械制造装备设计方法,(二)方案设计阶段 根据设计任务书的要求,进行产品功能原理设计。包括对设计任务的抽象、建立功能结构、寻求原理解与求解方法、形成初步设计方案及初步设计方案的评价与筛选等工作。1对
7、设计任务的抽象本质功能 对设计任务的再认识,从众多的要求中通过功能关系和与任务相关的主要约束条件的分析,找出具有本质性的和主要的要求。,1.5 机械制造装备设计方法,2建立功能结构 产品的总功能:表达输入量(物料、能量、信息)转变为输出量(物料、能量、信息)的能力。分析时可把总功能分解为分功能和多级子功能,它们按确定的关系结合起来,以实现总功能。分功能和多级子功能及它们之间的关系称为功能结构,用功能结构图表示。,1.5 机械制造装备设计方法,图 1-1 功能结构图,1.5 机械制造装备设计方法,(1)建立功能结构的目的 了解各部分功能与特性,进一步寻求其内部的机理和结构;便于了解产品中哪些子功
8、能是已有的、可直接采用已有零部件实现,哪些子功能是以前没有的、需新开发零部件实现;可找出在多种产品中重复出现的功能,为制订通用零部件规范提供依据。,1.5 机械制造装备设计方法,(2)基本结构型式:串联结构(顺序结构)分功能间存在因果 关系或时间、空间顺序关系,逐个执行;并联结构平行关系,分无条件和有条件两种;循环结构输出反馈为输入,分无条件和有条 件两种;,1.5 机械制造装备设计方法,图1-2 功能基本联系结构形式,1.5 机械制造装备设计方法,3寻求原理解求解问题 如何实现各功能以及它们之间的联系。原理解能实现某种功能的工作原理和实现该工 作原理的技术手段与结构原理,即功能载体。功能载体
9、是以它所具有的某种属性来完成某一功 能的。,1.5 机械制造装备设计方法,4初步设计方案的形成 将所有子功能的原理解结合起来,才能形成和实现总功能。结合的方法有:(1)系统结合法:按功能结构的树状结构,根据逻辑关系把原理解结合起来,如图1-3所示。,1.5 机械制造装备设计方法,图1-3 原理解系统结合法,1.5 机械制造装备设计方法,理论上有mn个初步方案,为避免出现不可取的方 案,在结合时应掌握如下原则:上、下原理解的物理原理、能源、材料和控制 方式等都应协调一致;原理解的结合要能全面实现产品的设计要求;所形成的初步方案应是先进的、成本低廉的。,1.5 机械制造装备设计方法,(2)数学方法
10、结合法:当子功能原理解的物理和几何特征可用定量的形式表达时,有可能用数学方法进行结合。如用逻辑推理、图论和布尔代数等,可以结合出合适的初步方案,并从中选出较好的方案来。,1.5 机械制造装备设计方法,5初步设计方案的评价与筛选(1)初选 方案较多时,应首先进行初选,淘汰明显不好的方案。观察淘汰法根据产品的主要设计要求来衡量各初步设计方案,淘汰明显不能很好地实现主要设计要求的方案。分数比较法对每个方案按选定的几项主要要求进行综合打分,然后淘汰得分低的方案。,1.5 机械制造装备设计方法,(2)初步设计方案的具体化方法 绘制方案原理图、整机总体布局草图、主要零部件草图,为方案的比较提供必要的数据;
11、进行运动学、动力学和强度方面的粗略计算,以便定量地 反映方案的工作特性;进行必要的原理试验,分析确定主要设计参数,验证设计 原理的可行性;对大型及复杂设备,可制作模型,以获得较全面的技术数 据。(3)对初步方案的技术经济评价 通过对初选后的初步方案进行技术经济评价,做出取舍的 最后决策。,1.5 机械制造装备设计方法,(三)技术设计阶段1确定结构原理方案(1)确定出决定结构原理方案的主要依据,包括:决定尺寸的依据:功率、流量、联系尺寸等;决定布局的依据:物流方向、运动方向、操作位置等;决定材料的依据:耐腐、耐磨、市场供应等;决定和限制结构设计的空间条件:距离、规定的轴的方向等。,1.5 机械制
12、造装备设计方法,(2)确定结构原理方案:对主要功能结构进行构思,初步确定其材料和形状,进行粗略的结构设计。(3)评价和修改:对确定的结构原理方案进行技术 经济评价,为进一步的修改提供依据。,1.5 机械制造装备设计方法,2总体设计:(1)主要结构参数尺寸参数、运动参数、动力参 数、占用面积和空间等;(2)总体布局部件组成、各部件的空间位置布局 和运动方向、物流方向、操作位置、各部件相 对运动配合关系。确定总体布局时“人机环境”关系。(3)系统原理图总体布局图、机械传动系统图、液压系统图、电力驱动和控制系统图。,1.5 机械制造装备设计方法,3结构设计:(1)绘制产品总装图、部件装配图;(2)提
13、出初步的零件表、加工和装配说明书;(3)对结构设计进行技术经济评价。采用诸如有限元分析、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计等现代设计方法来解决设计中出 现的问题。,1.5 机械制造装备设计方法,(四)施工设计阶段(工艺设计阶段)1零件图设计包含了为制造零件所需的全部信息,包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形位公差、表面质量要求、材料和热处理要求以及其它特殊技术要求。组成产品的零件分为标准件、外购件和基本件。标准件和外购件不必提供零件图,基本件无论是自制或外协,均需提供零件图。,1.5 机械制造装备设计方法,2完善装配图 在绘制零件图时,更加具体地从结构强度、工艺性和标准化等方面进行零
14、件的结构设计,不可避免地要对技术设计阶段提供的装配图做些修改。3商品化设计进一步提高产品的市场竞争力,包括:(1)进行价值分析和价值设计,在保证产品功能和性能的基础上降低成本;(2)利用工业美学原理设计精美的造型和悦目的色彩,改善外观功能;(3)精化包装设计。,1.5 机械制造装备设计方法,4编制技术文档 为产品制造、安装调试提供所需信息;为产品的 质量检验、运输、安装、使用等作出相应的规定。(1)产品设计计算书;(2)产品使用说明书;(3)产品质量检查标准和规则;(4)产品明细表 标准件明细表、外购件明细表、基本件明细表。,1.5 机械制造装备设计方法,(一)基本概念 1系列化设计 在设计的
15、某一类产品中,选择功能、结构和尺寸等方面较典型的产品为基型,以它为基础,设计出其它各种尺寸参数的产品,构成产品的基型系列;在产品基型系列的基础上,增加、减去或修改少数零部件,派生出不同的变型产品,构成产品的派生系列;编制反映基型系列和派生系列的关系的产品系列型谱。,二、系列化设计,(1)在系列型谱中,各规格产品应有相同的功能结 构,相似的结构形式;(2)同一类型的零部件在规格不同的产品中具有完 全相同的功能结构;(3)不同规格的产品,同一参数按一定规律变化,通常按等比级数变化。,2系列化设计应遵循的原则(1)产品系列化(2)零部件通用化(3)零部件标准化(4)结构典型化或规范化,(二)系列化设
16、计的步骤,确定主参数和主要性能指标,制定系列型谱,参数分级,1确定主参数和主要性能指标的确定-选择和设计基型产品 基型产品一般选择系列产品中应用最广泛的中 档产品,是精心设计的新产品。主参数和主要性能指标应最大程度地反映产品的工作性能和设计要求。,例如:(1)卧式车床产品中,一般选择床身上最大回转直 径,主要性能指标之一是最大的工件长度,即以主 参数为400mm的普通型卧式车床作为基型;(2)升降台铣床的主参数是工作台上工作面宽度、主要性能指标是工作台工作台面长度;(3)摇臂钻床的主参数是最大钻孔直径,主要性能指标是主轴中心线至立柱母线的最大距离等。,2参数分级 将产品的主参数和主要性能指标按
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