机械制造及装备设计方法.ppt

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1、欢迎使用本套CAI,机械制造装备设计,多媒体课件使用说明,前言,本课程的目的和要求：阐明机械制造装备是发展国民经济的重要基础及其技术现状和发展趋势；掌握机械制造装备技术先进的设计原理和方法；具有一定的机械制造装备总体设计和结构设计能力。本课程内容：机床设计、夹具设计、工业自动化、工业机器人等。,主页,第一章 机械制造装备设计方法,第二章 金属切削机床设计,第三章 典型部件设计,退出,下一页,第四章 工业机器人设计,主页,第七章 机械加工生产线总体设计,第五章 机床夹具设计,第六章 物流系统设计,退出,下一页,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,返回主

2、页,退出,上一页,下一页,第一章 机械制造装备设计方法,第一章 机械制造装备设计方法,返回主页,退出,上一页,下一页,第一章 机械制造装备设计方法,第一章 机械制造装备设计方法,第四节 机械制造装备设计的类型,第五节 机械制造装备设计的方法,第六节 机械制造装备设计的评价,1.1 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。,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,本世纪20年代制造业开始起家,第一次世界大战，使制造业取得飞速的发展,50年代的福特模式（T型车）,70年代的丰

3、田模式,80年代单项的先进制造技术,90年代快速响应市场成为制造业发展的一个主要方向,第一章 机械制造装备设计方法,1.1 概述,一、机械制造生产模式的演变。,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,在50年代“刚性”生产模式下，通过提高效率、自动化程度进行单一或少品种的大批量生产、以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。,随着机械制造生产模式的演变，对机械制造装备提出了不同的要求。,在 70年代主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质星和降低成本。,第一章 机械制造装备设计方法,1.1 概述,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,在80年代、较多地采用数控机床、机器人、柔性制造单

4、元和系统等高技术的集来满足产品个性化和多样化的要求，以满足社会各消费群体的不同要求。,从90年代开始，为了对世界生产进行快速响应逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高，采用拟实制造和快速成形制造技术。,第一章 机械制造装备设计方法,1.1 概述,1.1 概述,（一）制造业是一个国家或地区经济发展的重 要支柱，其发展水平是衡量一个国家经 济实力、科技水平和综合国力的重要标 之一。,（二）机械制造业是制造业的核心，是向其他 各行业提供工具、仪器及 各种先进制造装备的行业。,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,二、制造业的作用及现状。,1

5、.1 概述,（三）机械制造装备的先进程度决定了制造业的 生产能力和水平。提高机械制造装备的技 术水平是机械制造业乃至国民经济稳定发 展的当务之急。,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,1.1 概述,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,（四）制造装备机床,金属切削机床担负了制造业40%-60%的工作，其水平直接影响产品质量和劳动生产率。机床工业水平在很大程度上代表了一个国家的工业生产能力和科学技术水平。,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,21世纪中国的机械制造技术的发展战略特别是冷加工技术的发展将沿着三条主线进行：,

6、第一、机械制造工艺方法进一步完善与开拓。,第二、加工技术向高精度方向发展，使“精密工程”和“纳米技术”逐步走向实用化和生产化。,第三、加工技术向自动化方向发展，继续沿着NC-CNC-FMS-CIMS的台阶向上攀登。,第一章 机械制造装备设计方法,1.1 概述,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,工业发达国家都非常注意机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到优先发展。我国目前机械制造业的装备水平还比较落后。,1.1 概述,第一章 机械制造装备设计方法,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,本世纪20年代制造业开始起家,第一次世界大战，使制造业取得飞速的发展

7、,50年代的福特模式（T型车）,70年代的丰田模式,80年代单项的先进制造技术,90年代快速响应市场成为制造业发展的一个主要方向,第一章 机械制造装备设计方法,1.1 概述,一、机械制造生产模式的演变。,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,在50年代“刚性”生产模式下，通过提高效率、自动化程度进行单一或少品种的大批量生产、以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。,随着机械制造生产模式的演变，对机械制造装备提出了不同的要求。,在 70年代主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质星和降低成本。,第一章 机械制造装备设计方法,1.1 概述,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,在80

8、年代、较多地采用数控机床、机器人、柔性制造单元和系统等高技术的集来满足产品个性化和多样化的要求，以满足社会各消费群体的不同要求。,从90年代开始，为了对世界生产进行快速响应逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高，采用拟实制造和快速成形制造技术。,第一章 机械制造装备设计方法,1.1 概述,1.1 概述,1.向高效、高速、高精度方向发展,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,三、机械制造装备的发展趋势。,2.多功能复合化、柔性自动化的产品成为发展的主流,3.实施绿色制造与可持续发展战略,4.智能制造技术和智能化装备有了新的发展,5.我国

9、自主创新和高新技术的发展,1.2 机械制造装备应具备的主要功能,1、一般的功能要求,（1）加工精度方面的要求（最基本的要求）,（2）强度、刚度和抗振性方面的要求,（3）加工稳定性方面的要求,（4）耐用性方面的要求,（5）技术经济方面的要求,2、柔性化,3、精密化,4、自动化,5、机电一体化,6、节材,7、符合工业工程要求,8、符合绿色工程要求,返回主页,退出,上一页,下一页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,机械制造装备的类型,加工装备,工艺

10、装备,仓储输送装备,辅助装备,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,1、加工装备,主要指机床。机床是制造机器的机器，也称工作母机。,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,金属切削机床,特种加工机床,锻压机床,第一章 机械制造装备设计方法,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,金属切削机床,第一章 机械制造装备设计方法,金属切削机床是采用切削工具或特种加工等方法，从工件上出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。,金属切削机床按其切削方

11、式可分为车床、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、切断机床和其它机床等。其它机床如锯床、键槽加工机床、琦磨研磨机床等。,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,金属切削机床,第一章 机械制造装备设计方法,金属切削机床按其使用范围可分为通用机床、专用机床、专门化机床。按通用特性分为：手动、半自动、自动。按加工精度分为：普通、精度和高精度机床。按控制方式分为：程控、数控、仿形机床等。,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,返回主页,第

12、一章 机械制造装备设计方法,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,返回主页,第一章 机械制造装备设计方法,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,返回主页,第一章 机械制造装备设计方法,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,特种加工机床,第一章 机械制造装备设计方法,按加工原理分为：电加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、水射流加工等加工机床。,锻压机床,是利用金属的塑性变形特点进行成型加工的无屑加工设备。主要有锻造机、冲压

13、机、挤压机和轧制机四大类。,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,2、工艺装备,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,指产品制造过程中所用各种工具的总称。,工艺装备是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提供生产效率的重要工具。,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,(1)刀具 能从工件上切除多余材料或切断材料的工具。,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,按加工方式和用途分为车刀、铣刀、孔加工刀具、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具等。按结构分为整体刀具、机夹或机夹

14、可转位刀具。按被加工表面性能分为标准化通用刀具、专用刀具。,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,(3)模具 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。,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,按填充方法和填充材料的不同，模具主要有：粉末冶金模具、塑料模具、压铸模具、冷冲模具、锻压模具等。,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退

15、出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,3.仓储输送装备,仓储 物料输送装置 机床上下料装置,第一章 机械制造装备设计方法,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,清洗机排屑设备计量设备等,4.辅助装备,第一章 机械制造装

16、备设计方法,机械制造装备设计,1。3 机械制造装的分类,1.3 机械制造装备的分类,退出,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,作业：1.机械制造装备的分类，并举例说明。,第一章 机械制造装备设计方法,第一章 机械制造装备设计方法,1.4 机械制造装备设计的类型,0.机械制造装备的设计,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,是指设计人员根据市场及用户对制造设备的需求所进行的构思、计算、实验、选择方案、确定结构和尺寸、绘制图纸及编制设计文件等一系列创造性活动的总称。,减速器的设计？,第一章 机械制造装备设计方法,1.4 机械制造装备设计的类型,1.机械制造装备设计的类型,退出,返回主页,主

17、要包括,创新设计,变型设计,模块化设计,第一章 机械制造装备设计方法,1.4 机械制造装备设计的类型,退出,返回主页,第一章 机械制造装备设计方法,1.4 机械制造装备设计的类型,一、创新设计,二、变形设计,三、模块化设计,退出,返回主页,是依据对市场需要发展的预测，从对产品功能要求出发，设计开发出过去没有（具有高技术附加值）的产品。,在原有产品基础上，基本原理、总体结构不变，通过改变或更换部分部件或结构（适应型设计）或改变部分尺寸、性能参数（变参数设计）而设计的新产品。,选择适当功能模块，直接拼装成新产品。,形成产品系列,新产品开发设计,安全锤,冲床,第一章 机械制造装备设计方法,1.5 机

18、械制造装备设计的方法,一、机械制造装备设计的典型步骤,二、系列化设计,三、模块化设计（自学）,上一页,下一页,退出,返回主页,四、合理化工程（自学）,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,产品规划阶段,方案设计阶段,退出,下一页,返回本节,1.5.1 机械制造装备设计的典型步骤,返回主页,1、,2、,技术设计阶段,工艺设计阶段,3、,4、,创新设计步骤,产品设计流程,第一章 机械制造装备设计方法,产品规划阶段,需求分析,调查研究,预测,可行性分析,编制设计任务书,退出,下一页,返回本节,1.5.1 机械制造装备设计的典型步骤,返回主页,1、,收集当前市场状况、供求关系。预测将来市场走向、前景

19、。注意剔除虚假信息。,市场调研（用户需求；产品状况；竞争对手；供应情况等）技术调研（现状；趋势。）社会调研（产业政策；安全；环保等法规标准。）,技术分析（关键技术的实施）经济分析（经济效益、投资回收期、利税等）社会分析（社会资源、环境利用、影响等）,第一章 机械制造装备设计方法,方案设计阶段,对设计任务的抽象,建立功能结构 图1,寻求原理解与解决方法,初步设计方案的形成 图3,初步设计方案的评价与筛选,退出,下一页,返回本节,1.5.1 机械制造装备设计的典型步骤,返回主页,2、,（产品功能原理设计）,第一章 机械制造装备设计方法,技术设计阶段,确定结构原理方案,总体设计,结构设计,退出,返回

20、本节,1.5.1 机械制造装备设计的典型步骤,返回主页,3、,下一页,(方案设计具体化),主要依据,结构方案,评价与修改,（结构原理方案具体化）,确定主要结构参数,总体布局,系统原理图,经济核算,其它,绘制总体、部件装配图，编制明细表,第一章 机械制造装备设计方法,工业设计阶段,零件图设计,完善装配图,商品化设计,编制技术文档,退出,返回本节,1.5.1 机械制造装备设计的典型步骤,返回主页,4、,下一页,工作图设计（指导生产用图）,工业设计（外观造型、色彩等）,第一章 机械制造装备设计方法,系列化设计的基本概念,退出,返回本节,1.5.2 系列化设计,返回主页,1、,2、,系列化设计的优缺点

21、,3、,系列化设计的步骤,（1）,（2）,（3）,主参数和主要性能指标的确定,参数分级,制定系列型谱,纵系列产品,横系列产品,跨系列产品,下一页,选择基型产品，运用结构典型化、零部件通用化、标准化的原则，设计出其他各种尺寸参数的产品。,纵系列产品是一组功能、工作原理和结构相同，而尺寸和性能参数不同的产品。,横系列产品是在基型产品基础上，通过增加、减去、更换或修改某些零部件，实现功能扩展的派生产品。,跨系列产品是采用相同的主要基础件和通用部件的不同类型产品。,第一章 机械制造装备设计方法,模块化设计的基本概念,退出,返回本节,1.5.3 模块化设计,返回主页,1、,2、,模块化设计的优缺点,3、

22、,模块化设计的步骤,（1）,（2）,（3）,明确任务,建立功能结构 图4、图6,合理确定产品的系列型谱和参数,下一页,模块是具有一定功能的零件、组件或部件。模块上具有特定的联接表面和联接方法，以保证相互组合的互换性和精确度。,模块化设计是提高产品质量、降低成本、加快设计进度、进行组合设计的重要途径。,（1）,（2）,第一章 机械制造装备设计方法,退出,返回本节,1.5.4 合理化工程,返回主页,进入下一节,合理化工程是一种管理哲理。,合理化工程的主要目的是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/管理系统信息集成，尽可能减少产品零部件的类别数，从而缩短产品的开发

23、周期，提高产品设计质量。,第一章 机械制造装备设计方法,1.6 机械制造装备设计的评价,一、技术经济评价,二、可靠性评价,三、人机工程学评价,上一页,下一页,退出,返回主页,四、结构工艺性评价,五、产品造型评价,六、标准化评价,返回本章,第一章 机械制造装备设计方法,建立目标系统和确定评价标准,退出,返回本节,1.6.1 技术经济评价,返回主页,1、,2、,确定重要性系数 图7,4、,确定各设计方案的评价分数,总权重值ZQj,技术评价Tj,经济评价Ej:,经济评价是理想生产成本CL与实际生产成本Cs之比,即:Ej=CL/Cs,技术经济评价的步骤,3、,5、,7、,6、,通常理想成本CL应低于市

24、场同类产品最低价格的70%。经济评价Ej越大，代表经济效果越好，Ej=1的方案经济上最理想。如经济评价值小于0.7，说明方案的实际生产成本大于市场同类产品的最低价，一般不予考虑。,技术经济评价TEj:,当Tj和Ej的值相差不太悬殊时，可用均值法计算Ej值：,TEj=（Tj+Ej）/2,当Tj和Ej的值相差很悬殊时，建议用双曲线法计算Ej值：,TEj=Tj+Ej,下一页,第一章 机械制造装备设计方法,可靠性特征量,退出,返回本节,1.6.2 可靠性评价,返回主页,1、,2、,可靠性预测,下一页,产品可靠性指标,可靠性,维修性,有效性,耐久性,安全性,可靠度,可靠寿命,累积失效概率,失效率,平均寿

25、命,平均修复时间,修复率,维修度,极限有效度,平均有效度,瞬时有效度,可靠性指标的分配,3、,第一章 机械制造装备设计方法,1、人因素方面2、机器因素方面3、环境因素方面4、人机系统方面,退出,返回本节,1.6.3 人机工程学评价,返回主页,下一页,第一章 机械制造装备设计方法,加工工艺性,装配工艺性,退出,返回本节,1.6.4 结构工艺性评价,返回主页,1、,2、,下一页,3、,维修工艺性,结构工艺性评价的目的是降低生产成本、缩短生产时间、提高产品质量。结构工艺性应从加工、装配、维修和运输等方面来评价。,第一章 机械制造装备设计方法,产品造型设计,产品色彩,退出,返回本节,1.6.5 产品造

26、型评价,返回主页,1、,2、,下一页,机械产品的造型的总原则是经济实用、美观大方。“经济”指的是造型成本低，并有助于提高产品的可靠性、寿命和人机界面。“实用”指的是实用操作方便、舒适、符合人体的生理和心理特征。,尺度与比例对称与均衡安定与轻巧对比与调和过度与呼应节奏与韵律重点与一般,色调选择配色方法,第一章 机械制造装备设计方法,标准化及其目的,标准分类,退出,返回本节,1.6.6 标准化评价,返回主页,1、,2、,进入下一章,3、,企业标准体系结构 图22,产品设计的标准化,4、,技术标准,工作标准 图21,管理标准,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,