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机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院机械制造装备设计(国家精品课程)机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院冯辛安主编，机械制造装备设计第二版，机械工业出版社，ISBN7-111-07148-4，普通高等教育“九五、十五”家级规划教材关慧贞、冯辛安主编，机械制造装备设计第三版，机械工业出版社，ISBN978-7-111-28500-7，普通高等教育“十一五”国家级规划教材主要参考书课件下载地址百度输入：国家精品课机械制造装备设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院《机械制造装备设计》国家级精品资源共享课爱课程网——机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院《机械制造装备设计》学什么实现功能要求满足性能要求机床设计技术“学习的不仅仅是机床设计”，机械设计领域的很多知识是相通的，希望在学习过程中对核心知识形成自己的理解机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.2机械制造装备的主要功能一般的功能要求；柔性化；精密化；自动化；机电一体化；节材；符合工业工程要求；符合绿色工程要求多角度的功能要求！机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.2机械制造装备的主要功能1.2.1一般的功能要求1．加工精度方面的要求加工精度是指加工后零件对理想尺寸、形状和位置的符合程度，一般包括尺寸精度、表面形状精度、相互位置精度和表面粗糙度等。满足加工精度方面的要求应是机械制造装备最基本的要求。影响机械制造装备加工精度的因素很多，与机械制造装备本身有关的因素有其几何精度、传动精度、运动精度、定位精度和低速运动平稳性等。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院如图1所示，精密机床几何精度来取决于设计、制造、装配等多个环节。针对每个环节，需要建立相应的几何特征误差描述数学模型，并且对照装配过程中关键特征偏差积累和传递的表达，构建设计公差和加工误差与装配误差源的转换关系。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院坐标变换如图所示，坐标系{B}与{A}方向相同，但原点不重合。坐标平移一、坐标平移此式称为平移方程。其中是B系中的原点在A系中的表示。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院二、坐标旋转坐标旋转如图所示，{B}与{A}有共同的坐标原点，但方位不同。令和分别是{A}和{B}中的单位主矢量，点P在两坐标系中各坐标轴上的坐标分量分别为：和1.2机械制造装备的主要功能1.2.1一般的功能要求2．强度、刚度和抗振性方面的要求为了提高加工效率，切削速度越来越高，切削力越来越大，机械制造装备应具有足够的强度、刚度和抗振性。提高强度、刚度和抗振性不能一味地加大制造装备零部件的尺寸和重量，成为“傻、大、黑、粗”的产品。应利用新技术、新工艺、新结构和新材料，对主要零件和整体结构进行改进设计，在不增加或少增加重量的前提下，使装备的强度、刚度和抗振性满足规定的要求。1.2机械制造装备的主要功能1.2.1一般的功能要求3．加工稳定性方面的要求机械制造装备在使用过程中，受到切削热、摩擦热、环境热等的影响，会产生热变形，影响加工性能的稳定性。对于自动化程度较高的机械制造装备，加工稳定性方面的要求尤为重要。提高加工稳定性的措施是减少发热量，散热和隔热，均热、热补偿、控制环境温度等。温升变形误差1.2机械制造装备的主要功能1.2.1一般的功能要求4．耐用度方面的要求机械制造装备经过长期使用，因零件磨损、间隙增大，原始工作精度将逐渐丧失。对于加工精度要求很高的机械制造装备，耐用度方面的要求尤为重要。提高耐用度应从设计、工艺、材料、热处理和使用等多方面综合考虑。从设计角度，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。1.2机械制造装备的主要功能1.2.2柔性化柔性化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，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。功能柔性化是指只需进行少量的调整或修改软件，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。数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。1.3机械制造装备的类型1.3.1加工装备（主要指机床，也称工作母机）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。1.3.2工艺装备包括刀具、模具、夹具、量具、辅具等。1.3.3储运装备包括物料运输装置、机床上下料装置、刀具输送装置、仓储设备等1.3.4辅助装备包括清洗机、排屑设备和测量、包装设备等。1.4机械制造装备设计的类型1.4.1创新设计1.4.2变型设计1.4.3模块化设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院以三轴镗床实际开发过程为例介绍机床设计过程..\辅助材料\第二章，1.5-1.6\镗床.flv机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法机床的数字化设计过程——以三轴镗床为例三轴镗机床是卧式镗削发动机机体曲轴孔、凸轮轴孔和惰轮轴孔组合机床的简称；需要满足高精度要求顶面和侧面机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法设计过程（1）分析并确定工艺方案；（2）组合镗床的方案设计和技术设计（3）夹具、镗模、镗杆、刀具设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法工艺分析机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法对于组合镗床，镗孔直径较大，精度较高，要求主轴与机床刚度较好。对相互位置精度要求较高的孔应考虑集中在一台机床上加工。根据这一原则，由于发动机机体的七个孔在同一轴上，所以准备在一台镗床上利用一道工序七把刀同时分别加工七个孔工艺分析机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法镗床的基本加工方法推镗法。在推镗过程中，镗杆始终处于轴向受压状态，容易产生压杆不稳定；改善镗杆的支撑状况，可以提高镗孔的加工精度。拉镗法。要求镗杆在加工前要穿过被加工孔，因此必须采用让刀措施，使夹具结构复杂化。同时镗杆直径受到加工孔的制约不能做的太大，限制了镗杆的刚性。而且镗杆与主轴连接处的接头受拉力，接头刚性差。但在拉镗镗削加工程中，镗杆始终处于轴向受拉状态，镗头沿镗杆前进的直线方向做进给运动，稳定性好，加工精度高。所以特别适用于孔轴线度要求较高或长径比很大的小直径深孔的最终加工。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法工艺分析（镗刀）镗曲轴孔为多层壁深孔（六缸发动机七层深孔），加工精度要求比较高第一种是单刀三工序粗镗→半精镗→精镗第二种是双刀两工序粗镗→精镗采用双刀加工效率较高；在精镗工序时，双刀加剧镗杆振动，造成加工精度不高而且容易打刀。所以综合以上两种工艺方法，采用双刀两工序作为曲轴孔工艺方案。也就是每一档排两把镗刀，两把镗刀安装于同一个刀夹上，但不会同时加工曲轴孔，第一把镗刀加工完毕，第二把镗刀才会切入。减轻镗杆振动，提高加工精度。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法其他工艺参数刀具。镗刀制造和刃磨简便，特别对高精度孔，孔中心线直线度和位置度要求严格的孔，采用精密镗削工艺是非常有利的；并且大多采用将硬质合金镗刀头装于镗杆进行镗孔。切削用量。根据加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等进行分析切削力、切削转矩、切削功率计算加工工艺方法确定，怎么用机床实现相应工艺——装备设计（方案设计、组合机床结构选型、关键件结构设计）机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法三轴镗床方案设计组合镗床的总体设计机床沿工件中心近似对称布置，工件的主定位面与地面平行，动力滑台运动方向与地面平行。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法零部件配置方案通用部件的选择支承部件输送部件控制部件辅助部件机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法动力系统设计左头传动箱内设两套齿轮变速机构，由两台电机（带变频器）分别控制，一台控制凸轮轴孔镗杆主轴，另一台控制其余六轴（油封孔、凸轮轴孔、惰轮轴孔、后取力孔和两个后端面销孔）决定选用的右钻削头带一个电机，电机功率3Kw。右头内设两根主轴，用于加工两个前端面销孔机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法镗床主要技术参数机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法关键零部件设计在本组合镗床中，专用零部件主要包括夹具镗模等镗杆刀具浮动卡头等大部分零部件选择了标准零部件，以上这些是需要特殊设计的机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法夹具定位机构、夹紧结构、辅助支撑等，略中间模架和工件位置关系图工件运动轨迹机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法上下料机构油缸1伸出将上料架2拖到最高点，将工件吊装在上料架2上，油缸1拖动上料架下落，推杆5按曲线板上的曲线伸缩推动工件，油缸2与推杆5一起随动机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法镗模导向装置镗模架镗杆与导套间隙是一个值得探讨的问题机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法镗杆对镗杆组件的基本要求。旋转精度、静刚度、抗振性、温升和热变形、耐磨性镗杆静刚度分析机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法镗杆与镗削头主轴的联接刚性联接，顾名思义就是刀杆和主轴固联在一起，刀杆可看作是主轴的一部分。浮动联接，就是主轴与刀杆联接后，刀杆相对于主轴不完全固定，有一定的浮动量。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.5机械制造装备设计的方法刀具由于曲轴孔系刀具加工内容众多且加工方法不同。研制了一种高集成度的镗杆，镗杆外部为鸡心镗杆，镗杆内设拉杆和冷却水通道。切削液通过刀具中的内通道直接对准切削区喷射，有效的提高对切削区的冷却效果，延长刀具的寿命。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.6机械制造装备设计的评价1.6.2可靠性评价可靠性是指产品在规定条件和时间内完成规定功能的能力。可靠度：规定时间和条件下，完成规定任务的概率。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机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.6机械制造装备设计的评价1.6.2可靠性评价累积失效概率：累积失效概率是产品在规定条件下和规定时间内未完成规定功能（即发生失效）的概率，也称为不可靠度。失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。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1.6机械制造装备设计的评价1.6.2可靠性评价系统可靠性模型串联系统可靠度为并联系统可靠度为1.6机械制造装备设计的评价1.6.2可靠性评价例题：在系统可靠性预测时，系统的单元数为4，每个单元的可靠度均为0.9，若系统只有一个单元工作，系统就算正常，则系统的可靠度为多少？若只有4个单元全部工作，系统才能正常工作，系统的可靠度为多少？机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院1.6机械制造装备设计的评价1.6.2可靠性分配的原则1)对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握达到较高水平的单元，可分配较高的可靠度；2)对较简单的单元，组成单元的零部件数量少，装配容易保证质量或故障后易于修复的单元，可分配较高的可靠度；3)对重要的单元，该单元的失效将引起严重的后果，或该单元失效会导致全系统失效，应分配较高的可靠度；4)对整个任务时间内需连续工作，或工作条件严酷的单元，应分配较低的可靠