机械制造装备设计1-绪论吴

机械制造装备设计机械装备与控制工程系吴迪平（[e-mail]）2017年9月DesignofMachineManufacturingEquipment公共Email:[e-mail]:abc123机械制造装备设计?课程简介：机床设计！对象：机械制造装备—机床主题：设计课程内容机床总体设计传动系统设计重要组成部件的设计夹具设计和工业机器人掌握：机械制造装备作用、工作原理及其设计方法培养：机械制造装备总体设计和结构设计的能力。课程简介：教材关慧贞冯辛安主编机械工业出版社授课学时分配•绪论…………………………2学时•机床传动系统设计…………12学时•机床主要部件设计…………4学时•机床夹具设计…………………6学时•工业机器人…………………6学时•总结复习………………………2学时结业成绩平时成绩30分+期末成绩70分1绪论（Preface）1.1机械制造装备的地位及发展1.2机械制造装备应具备的主要功能1.3机械制造装备的分类1.4机械制造装备设计的类型1.5机械制造装备设计的方法1.6机械制造装备设计的评价1.1机械制造装备的地位及发展制造业是我国国民经济发展的支柱产业，钢铁、纺织、机械、食品加工、石化……2016年GDP744127亿元，123产分别占比8.6%、39.8%、51.6%（美国75.3%）财政收入近一半来自制造业、3/4的外汇一半城市人口+50%农村剩余劳动力—人口大国所需产品是物质生活的基础、是解决就业的良好途径、是科技的载体和桥梁、是综合国力比不可少的环节比重可以少，但高精尖不可缺—如美国1.1机械制造装备的地位及发展机械制造业是制造业的核心，如农业机械、动力机械、运输机械、矿山机械等，是各行业的基础。机械制造装备：母机-制造机械的机械，是机械制造业的基础。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。大部分高精度和超精密机床不能满足现实要求、精度保持性差；数控自动化装备的精度、性能及可靠性指标落后约5-10年；数控化程度低、国产数控多为低端产品、制造业约70%数控机床为进口产品加工中心比例低，视频我国机械制造装备工业的不足：大而不强产值世界第一，低档产品产能过剩，科技基础薄弱，缺乏大型国际集团。向高效、高速、高精度方向发展多功能复合化、柔性自动化成为主流实施绿色制造与可持续发展战略智能制造技术和智能化装备有了新的发展现代化机械制造装备的发展趋势：以信息物理融合系统(CPS)为基础，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。“工业4.0”三大主题：“智能工厂”，智能化生产系统及过程；“智能生产”，生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。“智能物流”，主要通过互联网、物联网、务联网，整合物流资源。工业4.0中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要十三五规划：第22章实施制造强国战略新华社北京３月１６日电中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要目录第一篇转变方式开创科学发展新局面第一章发展环境第二章指导思想第三章主要目标第四章政策导向第二篇强农惠农加快社会主义新农村建设第五章加快发展现代农业第六章拓宽农民增收渠道第七章改善农村生产生活条件第八章完善农村发展体制机制第三篇转型升级提高产业核心竞争力第九章改造提升制造业第十章培育发展战略性新兴产业第十一章推动能源生产和利用方式变革后仿造时代的挑战与机遇我国:自主创新和高新技术的发展机械制造装备：作用、工作原理及其设计方法；一般机械：通用准则—如轴承培养同学机械设计的能力与经验本课程：1.2机械制造装备应具备的主要功能完成所要求的主要任务：如车削、钻孔、变速……一般的功能要求（1）加工精度（2）强度、刚度和抗振性（3）加工稳定性（4）耐用性（5）技术经济性柔性化结构柔化与功能柔化精密化精密是永恒的追求，误差补偿技术自动化效率提高，稳定性提高，改善劳动条件--数控机电一体化电是机械的大脑，功能的机-电实现途径选择。节约材料安全系数的不科学性。应避免傻大黑粗。符合工业工程要求大系统的工作效率与成本的优化。符合绿色工程要求产品对环境的影响最小，资源利用率最高。1.3机械制造装备的分类刀具夹具量具模具加工装备工艺装备仓储输送装备辅助装备物料输送装置机床上下料装置仓储装置清洗装置切削加工机床排屑装置锻压设备特种加工设备1.3.1加工装备又分：金属切削机床、锻压机床、特种加工机床三类金属切削机床金属切削机床是采用切削工具，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零件的加工设备。卧式镗床铲齿车床普通车床插床摇臂钻床立式钻床牛头刨床平面磨床龙门刨床数控车床加工中心数控铣床数控钻床锻压机床锻压机床是利用金属的塑性变形特点进行成形加工的设备，属无屑加工设备。锻压机床轧机冲压机床挤压机特种加工机床解决常规加工手段难以甚至无法解决的加工技术，如：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。电火花加工水射流切割激光加工等离子切割3D打印1.3.2工艺装备工艺装备是指产品制造过程中所用的各种工具总称。工艺装备是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要工具。量具工艺装备模具夹具刀具1）刀具在切削加工中，从工件上切除多余材料所用的工具。2）夹具安装在机床上，用于定位和夹紧工件的工艺装备。3）模具是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。4）量具以固定形式复现量值的计量器具。1.3.3仓储输送装备仓储传送装备包括各级仓储、物料传送、机床上下料等设备。1）仓储用于储存原材料、外购器材、半成品、成品、工具、胎夹模具等。立体仓库。2）物料传送装置用于坯料、半成品或成品在车间内工作位间传送的装置，有滑道、步进式推杆、机械手、链条和运载小车等。3）机床上下料装置专为机床将坯料送到加工位置的机构称上料装置；加工完毕后将制品从机床上取走的机构称下料装置。1.3.4辅助装备1）清洗机用于清洗工件上的油污和尘屑的装备。2）排屑装置用于将加工区域内的切屑清除、排送到机床或生产线外的集屑器内的装备。1.4机械制造装备设计的类型设计：从给定目标出发，通过各种手段与方法创造出一个所需要的系统或结构的过程。1.4机械制造装备设计的类型行业特色传统行业，已有不少成熟技术功能多样批量大机械制造装备设计分类：分为创新设计、变型设计、系列化设计、模块化设计等类型。1.4机械制造装备设计的类型创新设计：设计出过去没有的新产品—基型产品开发取决于设计人员的创新能力。创造力变化曲线然而：创新是成就事业的最佳出路！如何创新？知识体系创造性思维创造技法顿悟举例：减压爆破法的应用、曹冲称象、小组集智法我爱发明？在原有产品基础上，基本工作原理和总体结构不变，通过改变或更换部分部件、或结构、部分尺寸与性能参数而设计出适应新的需要的变型产品。缩短设计时间，提高设计质量，满足市场对产品的需求。变形设计模块化设计的基本概念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。优点：设计简单化、缩短周期，模块可大规模生产、维护方便组合设计、模块化设计系列化设计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，通过标准化、规范化等手段，尽可能减少产品零部件的类别数，从而缩短产品的开发周期，提高产品设计质量及产品竞争力。合理化工程分四大步：1.5.1机械制造装备设计的典型步骤产品规划方案设计技术设计施工设计1.5机械制造装备设计的方法是针对创新设计而言的。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方案设计阶段对设计任务的抽象建立功能结构寻求原理解与解决方法初步设计方案的形成初步设计方案的评价与筛选1、2、1.5.1机械制造装备设计的典型步骤技术设计阶段确定结构原理方案总体设计结构设计施工设计阶段零件图设计完善装备图商品化设计编制技术文档3、4、1.5.1机械制造装备设计的典型步骤狭义的设计过程--传统设计狭义的设计过程—现代设计产品规划方案设计技术设计施工设计功能基本相同，尺寸规格不一样。步骤：主参数与主要性能指标的确定参数分级制订系列谱系，系列化扩展：纵向系列横向系列跨系列1.5.2系列化设计步骤：明确任务：功能块与基本功能的分配建立功能结构：功能分析法，总功能、分功能……确定系列谱型与参数模块组合模块的计算机管理：辅助设计1.5.3模块化设计1.6机械制造装备设计的评价技术经济评价可靠性评价人机工程学评价结构工艺性评价产品造型评价标准化评价1.6.1技术经济评价法将方案分解为技术评价和经济评价并分别计分，最后利用S-P图进行综合评价。综合考虑技术的先进性与经济性。可靠性特征量1、2、可靠性预测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、1.6.2可靠性评价仅从可靠性角度评价设计对象。人机协调性、人少付出条件下实现机器的高效、安全。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1.6.3人机工程学评价结构工艺性评价：从降低生产成本、缩短生产时间、提高产品质量进行评价。结构工艺性应从加工、装配、维修和运输等方面来评价。1）加工工艺性2）装配工艺性3）维修工艺性1.6.4结构工艺性评价产品造型设计产品色彩设计1、2、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1.6.5产品造型评价标准化及其目的标准分类1、2、3、企业标准体系结构产品设计的标准化4、技术标准工作标准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1.6.6标准化评价对设计对象的标准化程度进行评价。思考题1、对机械制造装备如何进行分类？2、机械制造装备设计有哪些类型？3、设计的评价主要有哪些？各自的核心思想是什么？哪些比较重要？为什么？参考文献(references)[1]关慧贞，《机械制造装备设计》（第3版），机械工业出版社[2]陈立德，《机械制造装备设计》，（第2版）高等教育出版社[3]赵雪松，《机械制造装备设计》，华中科技大学出版社[4]郑金兴，《机械制造装备设计》，哈尔滨工程大学出版社