机械制造装备设计_知识点
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- 1 - 机械制造装备设计 第一章 第一节 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 缩短生产周期（T），提高产品质量（Q），降低生产成本（C），改善服务质量（S） 传统模式（产业） 精益-敏捷-柔性（LAF）生产系统，是全面吸收精益生产、敏捷制造和柔性制造的精髓，包括了全面质量管理（TQC）、准时生产（Just in time，缩写JIT）、快速课重组制造和并行工程等现代生产和管理技术。这种模式的主要特征是： 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；⑶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；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、制造过程和作业等不同层次上分别实施相应的资源集成；⑹组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。 ①装备制造业是国民经济的重要支柱，是出口创汇的重要产业。 ②装备制造业是用先进科学技术改进传统产业的重要纽带和载体。 ③装备制造业是高新技术产业和信息化产业发展的基础。 ④装备制造业是国民经济安全和军事的重要保障。 ⑤装备制造业是解决我国劳动就业的重要途径。 - 2 -
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： 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，提高耐用度的主要措施包括减少磨损、均匀磨损、磨损补偿等 技术经济方面的要求 二、柔性化含义：产品结构柔性化和功能柔性化 模块化设计 三、精密化：采用传统的措施，一味提高机械制造装备自身的精度已无法奏效，需采用误差补偿技术。误差补偿技术可以是机械式的，如为提高丝杠或分度蜗轮的精度采用的校正尺或校正凸轮等。 四、自动化 自动化有全自动（能自动完成工件的上料、加工和卸料的生产全过程）和半自动（人工完成上下料）之分。实现自动化的方法从初级到高级依次为：凸轮控制、程序控制、数字控制和适应控制等。 五、机电一体化（是指机械技术与微电子、传感检测、信息处理、自动控制和电力电子等技术，按系统工程和整体化的方法，有机地组成最佳技术系统。） 这个系统应该是功能强、质量好和故障率低、节能和节材、性价比高，具有足够的“结构柔性”“。 六、节材 - 3 -
七、符合工业工程要求 工业工程是对人、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和实施的一门学科。其目标是设计一个生产系统及其控制方法，在保证工人和最终用户健康和安全的条件下，以最低的成本生产出符合质量要求的产品。 产品设计符合要求是指：在产品开发阶段，充分考虑结构的工艺性，提高标准化、通用化程度，以便采用最佳的工艺方案，选择合理的质量标准，减少操作过程中工人的体力消耗；对市场和消费者进行调研，保证产品合理的质量标准，减少因质量标准定得过高造成不必要的超额工作量。（强度、刚度、抗振性） 八、符合绿色工程要求 企业必须纠正不惜牺牲环境和消耗资源来增加产出的错误做法，使经济发展更少地依赖地球上的有限资源，而更多地与地球的承载能力达到有机的协调。这就是所谓的绿色工程要求。
第三节 机械制造装备的分类 机械制造大致可划分为加工装备、工艺装备、仓储传送装备和辅助装备四大类。 一、加工装备 是指采用机械制造方法制作机器零件的机床。 （一）金属切削机床是采用切削工具或特种加工等方法，从工件上除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。 按机床的加工原理进行分类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺 - 4 -
纹加工机床、铣床、刨（插）床、拉床、特种加工机床、切断机床和其他机床等12类。 (二)特种加工机床： 1．电加工机床。直接利用电能对工件进行加工的机床，统称电加工机床。（一般仅指电火花加工机床、电火花切割机床和电解加工机床） 2．超声波加工机床。 3．激光加工机床。 4．电子束加工机床。 5．离子束加工机床。 6．水射流加工机床。 (三）锻压机床 利用金属的塑性变形特点进行成形加工，属无屑加工设备，主要包括锻造机、冲压机和轧制机四大类。 二、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，总称工艺装备。它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。 模具分类：1.粉末冶金模具2.塑料模具3.压铸模具4.冷冲模具5.锻压模具 夹具：安装在机床上用于定位和夹紧工件的工艺设备，以保证加工时的定位精度、被加工面之间的相对位置精度。利于工艺规程的贯彻和提高生产效率。 量具：是以固定形式复现量值的计量器具的总称。如千分尺、百分表、量块。 三、仓储传送设备 包括各级仓储、物料传送、机床上下料等设备。机器人可作为加工装备，如 - 5 -
焊接机器人和涂装机器人等，也可属于仓储传送设备，用于物料传送和机床上下料。 四、辅助装备 包括清洗机和排屑等设备。
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型。 适应型设计和变参数型设计统称“变型设计”
第五节 机械制造装备设计的方法 机械制造装备设计典型步骤 （一）产品规划阶段： 1.需求分析:产品设计是为了满足市场的需求，而市场的需求往往是不具体的，有时是模糊的、潜在的，甚至是不可能实现的。需求分析的本身就是设计工作的一部分，是设计工作的开始，而且至始至终指导设计工作的进行。 2.调查研究：市场调研、技术调研和社会调研三部分： 市场调研： 技术调研： 社会调研： 企业目标市场所处的社会环境，有关的经济技术政策；社会风俗习惯 3.预测 - 6 -
4.可行性分析 1）产品开发的必要性 2）同类产品国内外技术水平 3）从技术上预期产品开发能达到的技术水平 4）从设计、工艺和质量等方面需要解决的关键技术问题 5）投资费用及开发时间进度，经济效益和社会效益估计 6）现有条件下开发的可能性及准备采取的措施
5.编制设计任务书 经过可行性分析后，应确定待设计产品的设计要求和设计参数，编制“设计要求”
将科学原理具体运用于特定的技术目的，提炼、构思成所谓的技术原理，
是设计中最关键、最富于创造性的一个环节。
4.初步设计方案的形成 ⑴系统结合法 所谓系统结合法是按功能结构的树状结构，根据逻辑关系把原理解结合起来。 ⑵数学方法结合法 当子功能原理解的物理和几何特征可定量表达时，有可能借助电子计算机，采用数学方法进行初步设计方案的组合。 在方案设计阶段，如子功能的原理解还不够具体，定量表达原理解的 - 7 -
特征有困难或不够精确时，采用数学方法形成初步设计方案是不可行的，甚至会导致错误的结果。在变型设计、模块化设计或电路设计中，由于是已知零部件、元器件的组合，各子功能的物理和几何特征可以精确地测量定量表达，采用数学方法。
确定结构原理方案的过程如下： （1）确定结构原理方案的主要依据 根据初步设计方案，在充分理解原理的基础上，确定结构原理方案的主要依据，其中包括：决定尺寸的依据，如功率、流量和联系尺寸等。决定布局的依据：物流方向、运动方向和操作位置等。决定材料的依据，如抗腐蚀能力、耐用性、市场供应情况……决定和限制结构设计的空间条件：距离、规定的轴的方向、装入的限制范围……
确定结构原理方案的过程如下： ⑴确定结构原理方案的主要依据 根据初步设计方案，在充分理解原理解的基础上，确定结构原理方案的主要依据，其中包括：决定尺寸的依据，如功率、流量和联系尺寸等；决定布局的依据，如物流方向、运动方向和操作位置等；决定材料的依据，如抗腐蚀能力、耐用性、市场供应情况等等；和决定和限制结构设计的空间条件，如距离、规定的轴的方向、装入的限制范围等等。 ⑵确定结构原理方案 …… - 8 -
4.编制技术文档 如果创新设计遵循系列化和模块化设计的原理，为产品的进一步变型和组合已做了必要的考虑，变型设计和模块化设计的有些步骤可以简化甚至省略。
二、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“叄化”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。 （二）系列化设计的优缺点： 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。 2）减少产品品种意味着提高每个品种产品的生产批量，有助于降低生产成本，提高产品制造质量的稳定性。 3）产品有较高的结构相似性和零部件的通用性，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，系列中的产品结构类似，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。 系列化设计的缺点是：为以减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，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心啊的一些品种规格中选择所需
