精密机械概述及设计基础

1、精密机械设计及控制精密机械设计及控制主主 讲讲 教教 师师: : 唐唐 焱焱单位：机电工程学院机械制造工程单位：机电工程学院机械制造工程Tel:el:1893477968518934779685E-mail:E-mail: 11959572561195957256 QQQQ辅辅 导导 教教 师：师： 黄黄 伟伟26/0126/01总总 学时：学时：64 64 理论学时：理论学时：52 52 实验学时：实验学时：12 12 学学 分：分：4 4教材：教材：韩良著韩良著. .电子精密机械设计电子精密机械设计（第（第4 4版）版）. . 东南大学出

2、版社东南大学出版社, 2011.06, 2011.06参考书：参考书：陈国强陈国强. . 等著；韩兵等译等著；韩兵等译 国际机械先进技术译丛国际机械先进技术译丛. . 机械工业出版社，机械工业出版社，2011.102011.1026/0226/02 精密机械广泛应用于工业生产及科精密机械广泛应用于工业生产及科学研究，本课程将学习设计基本概念、学研究，本课程将学习设计基本概念、基础理论、相应设计方法及其典型应用。基础理论、相应设计方法及其典型应用。教学内容具体包括两部分：教学内容具体包括两部分： 典型机械结构设计理论及方法典型机械结构设计理论及方法 常见机电算控制系统设计及评估常见机电算控制系统

3、设计及评估课程学习研究的主要对象课程学习研究的主要对象26/0326/03 通过了解典型机械结构设计的具体通过了解典型机械结构设计的具体程序，尝试对已学机械工程知识的应程序，尝试对已学机械工程知识的应用，达到知识体系的巩固和更深层次用，达到知识体系的巩固和更深层次的理解。的理解。本课程特点与学习方法本课程特点与学习方法1 1）课程特点）课程特点 课程内容随科学技术发展和经济建设需求，课程内容随科学技术发展和经济建设需求，不断更新和充实，具有：不断更新和充实，具有：综合性：综合性：研究对象与多学科有密切联系。研究对象与多学科有密切联系。实践性：实践性：学习过程与生产实践密切相关。学习过程与生产实

4、践密切相关。工程性：工程性：设计方法和内容需从工程实际应设计方法和内容需从工程实际应 用角度理解和掌握。用角度理解和掌握。26/0426/042 2）学习方法及要点）学习方法及要点注重基本概念注重基本概念 结合机械设计、材料、计算机技术等学科结合机械设计、材料、计算机技术等学科基础知识，了解涉及内容之间的关联和异同。基础知识，了解涉及内容之间的关联和异同。掌握基本方法掌握基本方法 典型结构设计过程：典型结构设计过程：功能功能 结构结构 控制控制理论与实践的有机结合理论与实践的有机结合 自主学习欲望、工程实践能力；结合生产自主学习欲望、工程实践能力；结合生产过程的具体问题，进行独立思考、及时小结

5、。过程的具体问题，进行独立思考、及时小结。26/0526/05闭卷考试：时间闭卷考试：时间120120分钟分钟平时成绩：平时成绩：10%10%（含考勤情况）（含考勤情况）实验成绩：实验成绩：20%20%考试成绩：考试成绩：70%70%26/0626/061. 1. 基本概念基本概念 改变劳动对象的形状、性质、状态、位改变劳动对象的形状、性质、状态、位置，准确实现预定的目标置，准确实现预定的目标。2. 2. 基本组成基本组成1.1 1.1 精密工作机基本概念及基本要求精密工作机基本概念及基本要求26/0726/07原动机构原动机构传动机构传动机构执行机构执行机构输出输出控制系统控制系统检测系统检

6、测系统输入输入现代控制现代控制必备环节必备环节例：各类加工中心例：各类加工中心26/0826/08立式加工中心立式加工中心五轴联动加工中心五轴联动加工中心卧式加工中心卧式加工中心主轴及工作台主轴及工作台动力：动力：电动机电动机传动系统：传动系统：齿轮、丝杠等一系列机构齿轮、丝杠等一系列机构执行：执行：主轴、进给系统、工作台主轴、进给系统、工作台控制系统：控制系统：计算机、传感器、执行件计算机、传感器、执行件检测系统：检测系统：计算机、各类传感器计算机、各类传感器动力：动力：电动机电动机传动系统：传动系统：液压台及液路系统液压台及液路系统执行：执行：固定工作站、移动压力器固定工作站、移动压力器控

7、制系统：控制系统：计算机、液压传感器、执行件计算机、液压传感器、执行件反馈系统：反馈系统：计算机、各类传感器计算机、各类传感器例：液压成型机例：液压成型机26/0926/09（1 1）功能要求）功能要求 生产作业、自动控制、监测反馈生产作业、自动控制、监测反馈数据处理、误差校正及补偿数据处理、误差校正及补偿显示、记录、输出显示、记录、输出 功能要求是实现预定目标的基础，尤功能要求是实现预定目标的基础，尤其是精密机械其是精密机械“工作机工作机”领域。领域。3. 3. 精密机械设计基本要求精密机械设计基本要求26/1026/10 在规定时间内和确定的使用条件下，能在规定时间内和确定的使用条件下，能

8、有效的实现预期功能。有效的实现预期功能。具体表现：具体表现： 工作可靠、效率稳定、操作方便、维修简洁工作可靠、效率稳定、操作方便、维修简洁基础保障基础保障 总体方案、具体结构、零件质量、控制总体方案、具体结构、零件质量、控制系统、检测及反馈系统系统、检测及反馈系统（2 2）可靠性要求）可靠性要求 26/1126/11 精密机械的重要技术指标，设计时必须精密机械的重要技术指标，设计时必须保证正常工作时所要求的精度。保证正常工作时所要求的精度。精度保障的四个环节：精度保障的四个环节： 方案设计方案设计（功能、原理、用途）（功能、原理、用途） 机械结构设计机械结构设计（特性）（特性） 零件设计及技术

9、要求零件设计及技术要求（互换性）（互换性） 控制及反馈系统控制及反馈系统（关键指标、智能化程（关键指标、智能化程度、稳定性、网络功能等）度、稳定性、网络功能等）（3 3）精度要求）精度要求26/1226/12 市场经济的竞争需求。市场经济的竞争需求。 要求产品的各个组成部分具有高的性能要求产品的各个组成部分具有高的性能价格比；总体制造在价格比；总体制造在价值、周期、环保价值、周期、环保 等等方面都具有较好的经济性。方面都具有较好的经济性。例：例：三类机械零件的经济性分析三类机械零件的经济性分析 专用件：专用件：普通机械零件（功能设计）普通机械零件（功能设计） 通用件：通用件：关键结构标准化（螺

10、纹、齿轮）关键结构标准化（螺纹、齿轮） 标准件：标准件：统一形状、尺寸、机械性能等统一形状、尺寸、机械性能等 （4 4）经济性要求）经济性要求 26/1326/13技术经济分析：技术经济分析：专用件：专用件：按需求设计，结构相对复杂，生产按需求设计，结构相对复杂，生产批量小，制造过程繁杂。批量小，制造过程繁杂。结论：结论：经济性最差（设计、制造全程投入）经济性最差（设计、制造全程投入）选用要求：选用要求：结构尽量简洁，工艺性好结构尽量简洁，工艺性好通用件：通用件：部分结构按需求设计，关键结构部分结构按需求设计，关键结构有成熟工艺保证。有成熟工艺保证。结论：结论：经济性较好经济性较好选用要求：选

11、用要求：用标准系列参数用标准系列参数设计实例：设计实例： 螺纹设计螺纹设计T48T486 6 齿轮设计齿轮设计 z=29 z=29；m=3m=3；=20=20标准件：标准件：不需要任何设计、加工，按相关标不需要任何设计、加工，按相关标准（国家、行业、企业）直接选用。准（国家、行业、企业）直接选用。结论：结论：经济性最好经济性最好选用要求：选用要求：严格遵循对应标准严格遵循对应标准设计实例：设计实例：紧固螺纹紧固螺纹GB/T5781-2000 GB/T5781-2000 六角螺栓六角螺栓M12M123030紧固螺母紧固螺母GB/T6170-2000 GB/T6170-2000 六角螺母六角螺母M

12、12M12圆柱销圆柱销GB/T119.1-2000 GB/T119.1-2000 圆柱销圆柱销10104040 GB/T119.2-2000 GB/T119.2-2000 圆柱销圆柱销10104040（淬火）（淬火） 社会物质文明的发展促进了精神文明社会物质文明的发展促进了精神文明的建设，形成复杂的社会需求。的建设，形成复杂的社会需求。造型：造型：外形美观、色泽和谐外形美观、色泽和谐科学：科学：仿生学、人机工程学仿生学、人机工程学环保：环保：有害物质、辐射、噪声有害物质、辐射、噪声 符合现代健康、高效、舒适、环保等符合现代健康、高效、舒适、环保等高度社会文明的趋势。高度社会文明的趋势。（5 5

13、）外观及环保要求）外观及环保要求26/1426/14常规工作机的分类常规工作机的分类u传动类传动类u仪器仪表类仪器仪表类u工作类工作类1.2 1.2 精密机械设备基本类型及发展趋势精密机械设备基本类型及发展趋势26/1526/151. 1. 电子精密机械分类电子精密机械分类26/1626/16传动类：传动类：生产辅机，生产辅机，用于自动生产线的衔用于自动生产线的衔接或单机作业的进出料、接或单机作业的进出料、工序转移等。工序转移等。人工传输人工传输自动传输自动传输工作类：工作类：26/1726/17 生产主机，单台或连线作业，用于实现各类生产主机，单台或连线作业，用于实现各类生产，如：生产，如：

14、机加工、清洗、包装机加工、清洗、包装包装机包装机卧式车床卧式车床数显立数显立式铣床式铣床智能多头智能多头电子秤电子秤滚齿机滚齿机仪器仪表类：仪器仪表类：26/1826/18 通常用于控制、检测、显示，属于生产辅机通常用于控制、检测、显示，属于生产辅机类，用于生产过程的质量控制等。类，用于生产过程的质量控制等。三坐标三坐标测量仪测量仪汽车仪表汽车仪表电子显微电子显微镜系统镜系统传感器性能传感器性能测试台测试台（1 1）单工位工作机）单工位工作机 最简单的作业方式，被加工零件在全生产最简单的作业方式，被加工零件在全生产周期中只有一次装（待加工）、卸（完工）。周期中只有一次装（待加工）、卸（完工）。

15、工作周期工作周期T Tc c：完成单位成品的时间总和。完成单位成品的时间总和。工艺周期工艺周期T T工艺工艺：完成单位成品全部工艺的时完成单位成品全部工艺的时间总和，等于工作周期间总和，等于工作周期T Tc c。2. 2. 电子精密机械工作机特点电子精密机械工作机特点26/1926/19组织生产的主要参数之一：组织生产的主要参数之一： 生产率（生产节拍）生产率（生产节拍）工作周期时间计算：工作周期时间计算： 工作周期决定了生产效率和生产能力。工作周期决定了生产效率和生产能力。 根据工序的复杂程度及先后要求，周期根据工序的复杂程度及先后要求，周期计算分三种情况：计算分三种情况：流水作业：流水作业

16、：T Tc c=T=T工艺工艺=t=t上上+t+t下下+ +并列作业：并列作业：T Tc c=T=T工艺工艺=t=t上上+t+t下下+ +t tmaxmax混合作业：混合作业：T Tc c=T=T工艺工艺=t=t上上+t+t下下+ +t tmaxmax+ +1niit26/2026/201niit（t ti i工序时间）工序时间）（t tmaxmax最长工序时间）最长工序时间）（2 2）周期位移多工位工作机）周期位移多工位工作机 生产线是最常见的作业形式之一，由多生产线是最常见的作业形式之一，由多工位单机或多台机床构成。工位单机或多台机床构成。运动形式：运动形式：工件工件间歇运动间歇运动，经线

17、上所有工，经线上所有工位，完成不同加工内容。分两种情况：位，完成不同加工内容。分两种情况： 工件随设备夹持机构运动工件随设备夹持机构运动 工件随设备输送机构运动工件随设备输送机构运动工作周期：工作周期：T Tc c=T=T工艺工艺= =t tmaxmax + + t th h式中：式中：t tmaxmax最大运动时间；最大运动时间；t th h静止时间静止时间26/2126/21（3 3）连续位移多工位工作机）连续位移多工位工作机 工件连续运动经所有工位以完成所有工件连续运动经所有工位以完成所有工序。常用装置有盘式、带式两种机构。工序。常用装置有盘式、带式两种机构。转盘式转盘式 工作周期：工作

18、周期：T Tc c=T=T工艺工艺=2/=2/zz直线移动式直线移动式 工作周期：工作周期：T Tc c=T=T工艺工艺=s/v=s/v26/2226/223. 3. 精密机械的作用及发展趋势精密机械的作用及发展趋势 各类精密机械应用领域广泛，包括电子各类精密机械应用领域广泛，包括电子产品、常规制造业、国防等，是国家机械制产品、常规制造业、国防等，是国家机械制造水平的重要标志。造水平的重要标志。渗入技术密集型各行各业渗入技术密集型各行各业 我国技术密集型正逐步取代劳动密集企业。我国技术密集型正逐步取代劳动密集企业。高精度、高效率高精度、高效率 加工中心、测试测绘、航空航天、微电子等。加工中心、测试测绘、航空航天、微电子等。专业化、微观化、智能化专业化、微观化、智能化 微型化功能专一的智能装备。微型化功能专一的智能装备。26/2326/231