机械制造装备设计方法

02209 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一、全新生产制造模式的主要特征⑴以用户的需求为中心；⑵制造的战略重点是时间和速度，并兼顾质量和品种；制造的战略重点是时间和速度，并兼顾质量和品种；⑶以柔性、精益和敏捷作为竞争的优势；以柔性、精益和敏捷作为竞争的优势；⑷技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作；技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作；集成对象涉及技术、⑸实现资源快速有效的集成是其中心任务，集成对象涉及技术、、人组织和管理等，应在企业之间、组织和管理等，应在企业之间、制造过程和作业等不同层次上分别实施相应的资源集成；施相应的资源集成；⑹组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。

组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。

第二节机械制造装备应具备的主要功能一、机械制造装备应满足的一般功能包括：机械制造装备应满足的一般功能包括：（1）加工精度方面的要求；加工精度方面的要求；（2）强度、刚度和抗振性方面的要求；强度、刚度和抗振性方面的要求；（3）加工稳定性方面的要求；加工稳定性方面的要求；（4）耐用度方面的要求，提高耐用度的主要措施包括减少磨损、均耐用度方面的要求，提高耐用度的主要措施包括减少磨损、匀磨损、匀磨损、磨损补偿等5）技术经济方面的要求二、柔性化含义：即产品结构柔性化和功能柔性化. 含义：即产品结构柔性化和功能柔性化. 产品结构柔性化是指产品设计时采用模块化设计方法和机电一体化技术，只需对结构作少量的重组和修改，或修改软件，体化技术，只需对结构作少量的重组和修改，或修改软件，就可以快速地推出满足市场需求的，具有不同功能的新产品。

速地推出满足市场需求的，具有不同功能的新产品。

市场需求的是指只需进行少量的调整或软件修改，功能柔性化是指只需进行少量的调整或软件修改，就可以方便地改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。

改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。

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、概述机械制造装备的发展趋势1、向高效、高速、高精度方向发展2、多功能复合化、柔性自动化3、绿色制造与可持续发展4、智能制造技术与智能化装备第二节机械制造装备应具备的主要功能机械制造装备应具备的主要功能需满足以下几方面要求1、一般的功能要求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、符合绿色工程要求一般的功能要求包括（1）加工精度方面的要求（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第三节机械制造装备的分类机械制造装备的分类1、加工装备（机床或工作母机）2、工艺装备3、储运装备4、辅助装备加工装备包括：金属加工机床、特种加工机床、锻压机床、冲压机床、注塑机、焊接设备、铸造设备等。

金属切削机床可按如下特征进行分类：1、按机床的加工原理分为：车床、钻床、镗床、纹加工机床、铣床、刨（插）床、拉床、机床设计应满足的基本要求（1）工艺范围（2）柔性（5）精度（6）噪声（7）成产率和自动化（10）可靠性机床设计步骤1、确定结构原理方案4、工艺设计3）与物流系统的可亲性8）成本（11）造型与色彩2、总体设计5、机床整机综合评价4）刚度9）生产周期3、结构设计6、定型设计切断机床和其它机床等。

2、按机床的使用范围分为：通用机床：通用的金属切削机床可加工多种尺寸和形状的工件的多种加工面专用机床：用于特定工件的特定表面、特定尺寸和特定工序加工的机床专门化机床：用于对形状相似尺寸不同的工件的特定表面，按特定的工序进行加工3、机床按其通用特征可分为高精度精密、自动、半自动、数控、仿形、自动换刀、轻型、万能和简式机床等第四节机械制造装备设计的类型机械制造装备设计可分为创新设计、变型设计和模块化设计等三大类第五节机械制造装备设计的方法机械制造装备设计的典型步骤（一）产品规划阶段（二）方案设计阶段（三）技术设计阶段（四）施工设计阶段第二章金属切削机床设计第一节概述第二节金属切削机床设计的基本理论机床的运动学原理金属切削机床工作原理是通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。

机械制造装备设计的方法机械制造装备设计的主要方法为创新设计方法、系列化设计方法和模块化设计方法。

其中创新设计方法的步骤最为典型，可划分为产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计等四个阶段。

一、机械制造装备设计的典型步骤（一）产品规划阶段产品规划阶段主要包括需求分析、调查讨论、猜测、可行性分析及编制设计任务书等内容。

（二）方案设计阶段方案设计阶段实质上是依据设计任务书的要求，进行产品功能原理的设计。

方案设计阶段大致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、形成初步设计方案和对初步设计方案的评价与筛选等步骤。

（三）技术设计阶段技术设计阶段是将方案设计阶段拟定的初步设计方案详细化，确定结构原理方案；进行总体技术方案设计，确定主要技术参数及总体布局；进行结构设计，绘制装配草图，初选主要零件的材料和工艺方案，进行各种必要的性能计算；假如需要还可以通过模型试验检验和改善设计；通过技术经济分析选择较优的设计方案。

（四）工艺设计阶段工艺设计阶段主要进行零件工作图设计、完善部件装配图和总装配图，进行商品化设计，编制各类技术文档等。

二、系列化设计系列化设计方法是在设计的某一类产品中，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，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系列产品，构成产品的基型系列。

在产品基型系列的基础上，同样运用上述原则，增减、更换或修改少数零部件，派生出不同用途的变型产品，构成产品的派生系列。

为了缩短产品的设计、制造周期，降低成本，保证和提高产品的质量，在产品设计中应遵循系列化设计的方法，以提高系列产品中零部件的通用化和标准化程度。

系列化设计方法应遵循“产品系列化、零部件通用化、标准化” 原则，简称“三化”原则。

有时将“结构的典型化”作为第四条原则，即所谓的“四化” 原则。

三、模块化设计模块化设计的基本概念是：为了开发多种不同功能结构，或相同功能结构而性能不同的产品，不必对每种产品单独进行设计，而是细心设计出一批功能模块，将这些模块经过不同的组合来构造具有不同功能结构和性能的多种产品。

机械制造装备设计方法概述机械制造装备设计是指在机械制造领域中，研究和应用各种设计方法和技术，以满足不同用户需求的机械装备的设计过程。

机械制造装备设计方法的选用直接影响到机械装备的性能、质量、效率和可靠性等方面，因此，选择合适的设计方法对于机械制造装备的成功开发非常重要。

常用的设计方法1. 传统设计方法传统设计方法是指通过经验和传统的设计手段进行机械装备的设计。

这种方法常常依赖于设计师的经验和直觉，缺乏科学性和系统性。

但是，传统设计方法在一些简单的机械装备设计中仍然具有一定的适用性，尤其在设计周期较短的情况下。

参数化设计方法是指通过建立数学模型和参数变化关系，实现机械装备设计的自动化。

这种方法能够有效地解决设计过程中的重复劳动和人为的错误，提高设计效率和准确性。

参数化设计方法常常依赖于计算机辅助设计软件，利用算法和规则来生成满足要求的装备设计方案。

3. 仿生设计方法仿生设计方法是指借鉴自然界中生物体的结构和机能，将其应用到机械装备设计中。

通过仿生设计方法，设计师可以发掘出一些自然界中独特的结构和机理，将其应用到机械装备中，从而实现一些非常优秀的设计方案。

仿生设计方法常常需要对生物体的形态、结构和机能进行严谨的分析和研究。

优化设计方法是指根据一定的优化目标和约束条件，通过寻找最优解的方法来进行机械装备的设计。

这种方法能够通过优化算法和数学模型，自动地搜索最优设计方案，并找到最优的设计参数。

优化设计方法常常需要利用计算机辅助设计工具，通过迭代计算、模拟试验等方法来进行设计和分析。

5. 智能设计方法智能设计方法是指利用人工智能技术和智能算法，实现机械装备设计的自动化。

这种方法可以通过机器学习、模式识别和知识推理等技术，自动地学习和优化设计过程。

智能设计方法在解决复杂机械装备设计问题方面具有很强的优势，能够提高设计效率和智能化水平。

设计流程机械制造装备设计方法的应用一般会遵循以下流程：1.确定设计目标和需求：在设计过程开始之前，需要明确设计的目标和需求，包括性能指标、功能要求、工艺要求等，并建立相应的标准和规范。

机械制造装备设计一、机械装备的类型机械制造装备设计可以分为创新设计、变型设计和模块化设计适应设计和变参数设计统称为“变型设计”。

二、机械装备的设计方法1、系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较典型型产品为基型，以它为基础，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，构成产品的基型系列。

2、系列化设计应遵循“产品系列化、零部件通用化、标准化”原则，简称“三化”原则。

有时将“结构的典型化”作为第四条原则，即所谓“四化”原则。

3、系列化的优缺点：优点：①可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。

减少产品品种意味着提高每个品种的生产批量，有助于降低生产成本，提高产品制造质量的稳定性。

②系列中不同规格的产品是经过严格性能试验和长期生产考验的基型产品演变和派生而成的，可以大大减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短产品的研制周期。

③产品有较高的结构相似性和零部件通用性，因而可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成本。

④零备件的种类少，系列中的中的产品结构相似，便于进行产品的维修，改善售后服务质量。

⑤为开展变型设计提供技术基础。

缺点：为以较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求，每个品种规格的产品都具有一定的通用性，满足一定范围的使用需求，用户只能在系列型谱内有限的一些品种规格中选择所需的产品，选到的产品，一方面其性能参数和功能性不一定最符合用户的需求，另一方面有些功能还可能冗余。

1.模块化设计：为了开发多种不同功能结构，或相同功能结构而性能不同的产品，不必对每种产品单独进行设计，而是精心设计出一批模块，将这些模块经过不同的组合来构造具有不同功能结构和性能的多种产品。

2.模块化设计的优点：①在缩短产品开发周期、提高产品质量、降低成本和加强市场竞争能力方面的综合效果十分明显。

②根据科学技术的发展，便于用新技术设计性能更好的模块，取代原有旧的模块，提高产品的性能，组合出功能更完善、性能更先进的组合产品，加快产品的更新换代。

（完整word版）机械制造装备设计1.1转速范围R n （公式1.5）（p14）、转速级数Z （公式1.6）（p15）-1max min == (1.5)Z n n R n ? lg =1+ (1.6)lg n R Z ?2.2 试述转速图的构成内容和绘制⽅法。

答：转速图的构成内容（p20）：等距竖线表⽰传动轴；等距⽔平线表⽰各轴转速；圆圈表⽰转速；圆点之间的连线（射线）表⽰传动副的传动⽐。

转速图的绘制⽅法（p26）：先写出传动结构式，确定主轴各级转速和公⽐，画出等距横线和竖线，确定各轴上的转速，连接这些转速即可。

2.3 试述转速图与结构⽹的异同之处。

（p23）答：结构⽹是转速图的抽象，结构⽹和转速图都表⽰传动⽐的关系，但结构⽹表⽰的是相对关系，不表⽰转速的具体数值，⽽转速图表⽰的是具体转速数值，结构⽹可画成对称形式，转速图并不⼀定是对称结构，⼀个结构⽹对应⼏种不同的转速图。

2.4 拟定转速图时，何谓“前密后疏”、“前多后少”、“前缓后急”的原则。

答：“前密后疏”的原则（p24）：在转速图中前⾯的变速组斜线间开⼝⼩（即紧密），后⾯的传动轴斜线间开⼝⼤（即松疏）。

“前多后少”的原则（p24）：在转速图上，将传动副较多的变速组安排在传动顺序前⾯，传动副较少的变速组安排在传动顺序后⾯。

“前缓后急”的原则（p25）：在转速图上，降速传动时将前⾯的变速组速⽐下降较缓和，后⾯的变速组速⽐下降较急切。

2.5 拟定转速图的五项原则是什么？（p23-25）答：1) 每⼀变速组内传动副的数⽬为2或者3；2) 在传动顺序上各变速组应按“前多后少”的原则排列；3) 在转速扩⼤顺序上应按“前密后疏”的原则；4) 各变速组的变速范围不应超过最⼤的变速范围；5)合理分配传动⽐，降速传动采⽤“前缓后急”的原则，升速传动采⽤“前急后缓”的原则。

2.6 在等⽐数列传动系统中，系统总转速范围与各变速组的变速范围有什么关系？与主轴的转速级数有什么关系？答：在等⽐数列传动系统中，系统总转速范围R n 与各变速组的变速范围r 0, r 1, r 2, r 3……的关系是：0123=......n z R r r r r r (2.3) 在等⽐数列传动系统中，系统总转速范围R n 与主轴的转速级数Z 的关系是：-1=Z n R ?2.7 为什么在辅助运动系统中对于u max ，u min 的限制可以放宽⼀些？答：主传动的速⽐的变速范围⼀般为为2≤u 主≤1/4，⽽进给传动速⽐⼀般为2.8≤u 进≤1/5，因为进给传动系统传递功率较⼩、速度较低，所以进给传动的u max ，u min 的限制可以放宽⼀些。

第二章机械制造装备设计方法1．械制造装备设计可分为创新设计、变型设计和模块化设计等三大类型。

2．创新设计：创新设计通常应从市场调研和预测开始，明确产品的创新设计任务，经过产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计等四个阶段；还应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制造工艺和工艺装备的可行性。

一般需要较长的设计开发周期，投入较大的研制开发工作量。

3．变型设计：采用适应型和变参数型设计方法。

在原有产品基础上，基本工作原理和总体结构保持不变，适应型设计是通过改变或更换部分部件或结构，变参数型设计是通过改变部分尺寸与性能参数，形成所谓的变型产品。

按照一定的规律演变出各种不同的规格参数、布局和附件的产品，扩大原有产品的性能和功能，形成一个产品系列。

4．模块化设计：模块化设计是按合同要求，选择适当的功能模块，直接拼装成所谓的“组合产品”。

进行组合产品的设计，是在对一定范围内不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过这些模块的组合，构成不同类型或相同类型不同性能的产品。

5．机械制造装备设计的典型步骤可划分为产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计等四个阶段。

6．产品规划阶段的任务是明确设计任务，包括：需求分析、调查研究、预测、可行性分析、编制设计任务书7．方案设计阶段：根据设计任务书的要求，进行产品功能原理的设计。

方案设计阶段大致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、形成初步设计方案和对初步设计方案的评价与筛选等步骤。

8．技术设计阶段：将方案设计阶段拟定的初步设计方案具体化，确定结构原理方案；进行总体技术方案设计，确定主要技术参数，布局；进行结构设计，绘制装配草图，初选主要零件的材料和工艺方案，进行各种必要的性能计算；如果需要还可以通过模型试验检验和改善设计；通过技术经济分析选择较优的设计方案。

在技术设计阶段将综合运用系统工程学、价值工程学、力学、摩擦学、机械制造工程学、优化理论、可靠性理论、人机工程学、工业美学、相似理论等，来解决设计中出现的问题。

机械制造装备应具备的主要功能1、一般的功能要求2、柔性化3、精密化4、自动化5、机电一体化6、节材节能7、符合工业工程要求8、符合绿色工程要求 一般的功能要求（1）加工精度方面的要求（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 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。

金属切削机床、特种加工机床、快速成型机、锻压机床、塑料注射机、焊接设备、铸造设备、木工机床机械制造装备的分类：大致可分为加工装备、工艺装备、仓储传送装备和辅助装备四大类。

工艺装备:产品制造时所用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具称为工艺装备。

仓储传送装备仓储运输装备包括各级仓储、物料运输、机床上下料等设备。

机械制造装备设计分类1、创新设计(新产品设计）2、变型设计3、模块化设计制造装备设计步骤 1、产品规划阶段（1）需求分析（2）调查研究（3）预测（4）可行性分析（5）编制设计任务书2、方案设计阶段（1）对设计任务的抽象（2）建立功能结构（3）寻求原理解与求解方法（4）初步设计方案的形成（5）初步设计方案的评价与筛选3、技术设计阶段确定结构原理方案、总体设计、结构设计4、工艺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 机械制造装备设计的特点：技术评价、可靠性评价、人机工程评价、结构工艺性评价、产品造型评价和标准化评价等。

技术经济评价的步骤（1）建立目标系统和确定评价标准（2）确定重要性系数（3）确定各设计方案的评价分数（4）总权重值ZQj （5）技术评价Tj （6）经济评价Ej: Ej = CL/Cs 目标系统与重要性系数 左面数字表示：隶属于同一上级目标的各级目标的相对重要性系数，其总和等于1，一般由设计人员或设计组共同商定。

右面面数字表示：每个评价目标在目标系统中的重要系数，其值等于该目标圆圈左侧数字与相关的各上级目标圆圈左侧数字的乘积可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。