机械制造装备设计课件第1第2章.

1、 HeiLongJiang University HeiLongJiang University1机械制造装备设计机械制造装备设计主讲人：魏永庚主讲人：魏永庚 HeiLongJiang University HeiLongJiang University2第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 机械制造装备设计方法机械制造装备设计方法第三章第三章 金属切削机床设计金属切削机床设计第四章第四章 工业机器人设计工业机器人设计目目 录录 HeiLongJiang University HeiLongJiang University3第五章第五章 机床夹具设计机床夹具设计第六章第六章 物流系统设计物流系统

2、设计第七章第七章 机械加工生产线设计机械加工生产线设计目目 录录4 制造业是一个国家经济发展的重要支柱,标志着一个国家的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力的水平。 它主要是为国防和国民经济的各个领域提供合格的产品，它所创造的产值约占国民经济总产值的百分之七十。 机械制造业是制造业的核心。他担负着为其他领机械制造业是制造业的核心。他担负着为其他领域提供高水平机械装备的重要任务，这主要包括：域提供高水平机械装备的重要任务，这主要包括：机械制造装备及其在国民经济中的重要作用机械制造装备及其在国民经济中的重要作用5 农业机械农业机械 动力机械动力机械 运输机械运输机械 矿山机械矿山机械 化工机械化

3、工机械 林业与木工机械林业与木工机械 食品机械食品机械 医疗机械医疗机械 纺织机械纺织机械 服装机械服装机械 制造装备制造装备 HeiLongJiang University HeiLongJiang University6 1 1 绪绪 论论第一节第一节 机械制造装备及其在国民经济中的重机械制造装备及其在国民经济中的重 要作用要作用第二节第二节 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第三节第三节 机械制造装备的分类机械制造装备的分类第四节第四节 装备实例装备实例-集成电路制造重大装备集成电路制造重大装备 HeiLongJiang University HeiLongJian

4、g University71.1 1.1 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用机械制造装备及其在国民经济中的重要作用国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争。机械制造业是制造业的核心，其生产能力和发展水平标志着机械制造业是制造业的核心，其生产能力和发展水平标志着一个国家或地区的经济现代化的程度，而一个国家或地区的经济现代化的程度，而机械制造业的生产机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度能力主要取决于机械制造装备的先进程度。“拿来主义拿来主义”不能形成制造业的核心竞争力，发展先进的装不能形成制造业的核心竞争力，发展先进的装备制造

5、技术刻不容缓，是实现向备制造技术刻不容缓，是实现向“制造强国制造强国”跨越的必由之跨越的必由之路路。机床及其它制造装备是机械制造技术的重要载体。机床及其它制造装备是机械制造技术的重要载体。1.1.1 发展机械制造装备的战略意义发展机械制造装备的战略意义第一章第一章 绪 论 HeiLongJiang University HeiLongJiang University81.1.2 制造模式的制造模式的演变过程演变过程及发展趋势及发展趋势第一章第一章 绪 论1.1 1.1 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 HeiLongJiang University

6、HeiLongJiang University9机械制造装备设计机械制造装备设计2020世纪世纪2020年代年代生产军火生产军火主要主要采用不计成本的生产模式。采用不计成本的生产模式。2020世纪世纪5050年代年代为了降低成本、提为了降低成本、提高效率，采用大量生产模式。高效率，采用大量生产模式。2020世纪世纪7070年代年代生产模式的基本原生产模式的基本原则是则是“消灭一切浪费消灭一切浪费”，代表的公司是，代表的公司是日本的丰田公司，后来被美国麻省理工日本的丰田公司，后来被美国麻省理工学院总结成为：学院总结成为：精益生产的制造模式。精益生产的制造模式。机械制造业的发展历程机械制造业的发展

7、历程 HeiLongJiang University HeiLongJiang University10机械制造装备设计机械制造装备设计 2020世纪世纪8080年代，随着人们生活水平的年代，随着人们生活水平的提高，对产品的需求更加多样化，出现了提高，对产品的需求更加多样化，出现了单项的先进制造技术。单项的先进制造技术。 计算机辅助设计技术计算机辅助设计技术(CAD)(CAD) 计算机辅助制造技术计算机辅助制造技术(CAM)(CAM) 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划(CAPP)(CAPP) HeiLongJiang University HeiLongJiang University11

8、机械制造装备设计机械制造装备设计 制造资源规划制造资源规划(MRP)(MRP) 成组技术成组技术(GT)(GT) 并行工程并行工程(CE)(CE) 柔性制造系统（单元）柔性制造系统（单元）(FMS)(FMS) 全面质量管理全面质量管理(TQC)(TQC) HeiLongJiang University HeiLongJiang University12机械制造装备设计机械制造装备设计 计算机辅助设计技术计算机辅助设计技术(CAD)(CAD) 计算机和生产制造相结合，进行产品计算机和生产制造相结合，进行产品的各种设计，例如，各种造型软件。的各种设计，例如，各种造型软件。 HeiLongJiang

9、 University HeiLongJiang University13机械制造装备设计机械制造装备设计 计算机辅助制造技术计算机辅助制造技术(CAM)(CAM) 在机械制造业中，利用电子数字计算机通过各种数在机械制造业中，利用电子数字计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配 、检测和包装等制造过程。简称检测和包装等制造过程。简称cam。除。除cam的狭义定义的狭义定义外，还有一个广义的定义：外，还有一个广义的定义：“通过直接的或间接的计算通过直接的或间接的计算机与企业的物质资源或人力资源的联接界面，把计算机机与企业的物质资

10、源或人力资源的联接界面，把计算机技术有效地应用于企业的管理、控制和加工操作。技术有效地应用于企业的管理、控制和加工操作。”按按照这一定义，计算机辅助制造包括企业生产信息管理、照这一定义，计算机辅助制造包括企业生产信息管理、计算机辅助设计和计算机辅助生产、制造计算机辅助设计和计算机辅助生产、制造3部分。计算部分。计算机辅助生产机辅助生产 、制造又包括连续生产过程控制和离散零件、制造又包括连续生产过程控制和离散零件自动制造两种计算机控制方式。采用计算机辅助制造零自动制造两种计算机控制方式。采用计算机辅助制造零件、部件，可改善对产品设计和品种多变的适应能力，件、部件，可改善对产品设计和品种多变的适应

11、能力，提高加工速度和生产自动化水平，缩短加工准备时间，提高加工速度和生产自动化水平，缩短加工准备时间，降低生产成本，提高产品质量和批量生产的劳动生产率。降低生产成本，提高产品质量和批量生产的劳动生产率。 HeiLongJiang University HeiLongJiang University14机械制造装备设计机械制造装备设计 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划(CAPP)(CAPP) 计算机辅助工艺规划计算机辅助工艺规划(Computer Aided Process Planning ，简称，简称CAPP)是通过向计算机输入被加工零是通过向计算机输入被加工零件的原始数据，加工条件和加

12、工要求，由计算机自动地件的原始数据，加工条件和加工要求，由计算机自动地进行编码，编程直至最后输出经过优化的工艺规程卡片进行编码，编程直至最后输出经过优化的工艺规程卡片的过程。这项工作需要有丰富生产经验的工程师进行复的过程。这项工作需要有丰富生产经验的工程师进行复杂的规划，并借助计算机图形学、工程数据库以及专家杂的规划，并借助计算机图形学、工程数据库以及专家系统等计算机科学技术来实现的。计算机辅助工艺规划系统等计算机科学技术来实现的。计算机辅助工艺规划常是联结计算机辅助设计常是联结计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造和计算机辅助制造(CAM)的桥梁的桥梁。 HeiLongJiang Univ

13、ersity HeiLongJiang University15机械制造装备设计机械制造装备设计 制造资源规划制造资源规划(MRP)(MRP) 它是它是ManufacturingResourcePlanning的英文缩写，它的英文缩写，它是以物料需求计划是以物料需求计划MRP(MaterialsRequirementsPlanning)为核心，覆盖企业生产活动所有领域、有效利用资源的生产为核心，覆盖企业生产活动所有领域、有效利用资源的生产管理思想和方法的人机应用系统。管理思想和方法的人机应用系统。 几乎所有的企业所追求的基本运营目标都是要以最少的几乎所有的企业所追求的基本运营目标都是要以最少的

14、资金投入而获得最大的利润。追求这一目标的结果使制造业资金投入而获得最大的利润。追求这一目标的结果使制造业产生了诸多的问题，其主要表现在：产生了诸多的问题，其主要表现在： (1)生产计划的合理性；生产计划的合理性； (2)库存的合理管理；库存的合理管理； (3)设备的充分利用设备的充分利用; (4)作业的均衡安排；作业的均衡安排； (5)财务状况的及时分析。财务状况的及时分析。 HeiLongJiang University HeiLongJiang University16机械制造装备设计机械制造装备设计 成组技术成组技术(GT)(GT) (GT为为GroupTechnology)，它主要针对

15、解决提高多品种，它主要针对解决提高多品种小批量生产中生产率问题。基本思想是用小批量生产中生产率问题。基本思想是用GT解决解决MRPII未未考虑作业如何分配，未考虑按零件或按工序分组进行生产的考虑作业如何分配，未考虑按零件或按工序分组进行生产的弱点。同时，用弱点。同时，用MRPII弥补了弥补了GT无法直接满足生产上一些无法直接满足生产上一些实际、重要的问题，达到取长补短，它是一个适用于多品种实际、重要的问题，达到取长补短，它是一个适用于多品种小批量生产的有效的生产计划和控制系统。小批量生产的有效的生产计划和控制系统。 HeiLongJiang University HeiLongJiang Un

16、iversity17机械制造装备设计机械制造装备设计 并行工程并行工程(CE) （ConcurrentEngineering即即CE）是现代产品设）是现代产品设计的主要发展方向，是一种系统方法，它以集成的计的主要发展方向，是一种系统方法，它以集成的并行方式设计产品极其相关过程，包括对制造过程并行方式设计产品极其相关过程，包括对制造过程、支持过程的设计。、支持过程的设计。CE方法的主要目的是要使产品方法的主要目的是要使产品开发人员从一开始就考虑到从概念形成到投放市场开发人员从一开始就考虑到从概念形成到投放市场的整个产品全寿命周期中质量、成本、开发时间和的整个产品全寿命周期中质量、成本、开发时间和

17、用户需求等有关组成因素。用户需求等有关组成因素。CE的实质就是在的实质就是在TQCS（即时间、质量、成本、服务）方面提高企业在国（即时间、质量、成本、服务）方面提高企业在国际市场中的竞争力际市场中的竞争力 。 HeiLongJiang University HeiLongJiang University18机械制造装备设计机械制造装备设计 柔性制造系统（单元）柔性制造系统（单元）(FMS)(FMS) 是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。柔性制造息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。柔性

18、制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。 柔性制造系统柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)。 采用采用FMS的主要技术经济效果是：能按装配作业配套需的主要技术经济效果是：能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及

19、相应的流动资金占用量，缩短生产坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续小时的连续“无无人化生产人化生产”；提高产品质量的一致性。；提高产品质量的一致性。 HeiLongJiang University HeiLongJiang University19机械制造装备设计机械制造装备设计进入进入9090年代，随着信息技术的发展，全球年代，随着信息技术的发展，全球经济打破了地域经济的束缚。经济打破

20、了地域经济的束缚。快速响应市场成为制造业发展的主要方向快速响应市场成为制造业发展的主要方向 敏捷制造敏捷制造 精益精益敏捷敏捷柔性柔性 快速可重组制造快速可重组制造 HeiLongJiang University HeiLongJiang University20机械制造装备设计机械制造装备设计 敏捷制造敏捷制造 敏捷制造目前尚无统一、公认的定义，一般敏捷制造目前尚无统一、公认的定义，一般可以这样认为：敏捷制造是在可以这样认为：敏捷制造是在“竞争竞争合作合作/协协同同”机制作用下，企业通过与市场机制作用下，企业通过与市场/用户、合作用户、合作伙伴等方面具有以下特点。伙伴等方面具有以下特点。 敏

21、捷制造思想的出发点是基于对产品和市场敏捷制造思想的出发点是基于对产品和市场的综合分析，具体包括：市场的综合分析，具体包括：市场/用户是谁；市场用户是谁；市场/用户需要什么；企业对市场做出快速响应是否值用户需要什么；企业对市场做出快速响应是否值得；如果企业做出快速响应，能否获取利益。得；如果企业做出快速响应，能否获取利益。 HeiLongJiang University HeiLongJiang University21RP可迅速地将设计思想物化产品原型或直接制成零件，以便对产品设计进行早期检验或对产品性能进行早期测试，从而使制造过程的反复大为减少。VM是仿真技术的扩展，它以计算机支持的数字多媒

22、体技术为基础，对全部制造活动进行统一的数字化建模和仿真，从而更有效、更经济、柔性灵活地组织生产，达到产品的开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化，生产效率的最高化。 HeiLongJiang University HeiLongJiang University22准时化生产(Just In Time，JIT)、精益生产(LP)原则、全面质量管理(Total Quality Management，TQM)开始出现。制造业包括制造技术与制造管理两部分工作，制造技术水平决定着制造管理方式并推动其变革；反之，制造管理方式又影响着制造技术的进步。 20世纪90年代初，以人工神经网络(ANN)、模糊

23、逻辑(FL)、遗传算法(GA)为代表的新一代计算智能技术补充了符号智能的不足，使制造过程各环节中制造知识的获取、表示、存储和推理成为可能，因此体现制造系统化、自动化和智能化综合发展的智能制造技术和智能制造系统(IMTIMS)的研究与开发，在世界范围内蓬勃兴起。 HeiLongJiang University HeiLongJiang University231.1.2 制造模式的演变过程及制造模式的演变过程及发展趋势发展趋势以用户的需求为中心；以用户的需求为中心；制造的战略重点是时间和速度，并兼顾质量和品种；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；技术进步、人因改善

24、和组织创新是三项并重的基础工作；实现资源快速有效集成是其中心任务，集成对象涉及技术、实现资源快速有效集成是其中心任务，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；层次上分别实施相应的资源集成；组织形式采用如虚拟公司在内的多种类型。第一章第一章 绪 论1.1 1.1 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 HeiLongJiang University HeiLongJiang University241.1.3 我国制造业的发展现状我国制造业的发展现

25、状我国机械制造装备模式基本上为国外我国机械制造装备模式基本上为国外60-7060-70年代的水平，基年代的水平，基本上是通用机床加专用工艺装备，自动化程度低；本上是通用机床加专用工艺装备，自动化程度低；已建立起门类齐全、相当规模的制造业体系，制造技术已有相当基础。我国是制造大国 制造业从业人员8307万人；占全国工业从业人员的90.7；我国还不是制造强国 70%的轿车工业装备、85%的集成电路制造装备和100%的光纤制造装备依赖进口。我国是最大的机床进口国。第一章第一章 绪 论1.1 1.1 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 HeiLongJiang

26、 University HeiLongJiang University25国际先进水平国际先进水平国内水平国内水平精精 度度: : 复杂零件加工精度复杂零件加工精度1 1微米微米1010微米微米效效 率率: : 高速加工进给速度高速加工进给速度100100米米/ /分分 加速度加速度2g2g2020米米/ /分分0.2g0.2g可靠性可靠性: : 数控机床平均无故障时间数控机床平均无故障时间 30003000小时小时450450小时小时我国的制造技术和制造能力落后于世界先进水我国的制造技术和制造能力落后于世界先进水平，制造技术的差距突出表现在：平，制造技术的差距突出表现在：如何实现更好、更快、

27、更可靠的制造？如何实现更好、更快、更可靠的制造？ 1.1.3 我国制造业的发展现状我国制造业的发展现状第一章第一章 绪 论1.1 1.1 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 HeiLongJiang University HeiLongJiang University261.1.3 我国制造业的发展现状我国制造业的发展现状第一章第一章 绪 论飞机发动机飞机发动机发动机叶片的关键技术发动机叶片的关键技术单晶定向凝固单晶定向凝固单晶是指物质结构内部是一单晶是指物质结构内部是一个单一晶相结晶方向与受力个单一晶相结晶方向与受力方向一致方向一致; ;多晶容易断裂

28、多晶容易断裂. . 目前发达国家航空发动机的大修间隔均能达到目前发达国家航空发动机的大修间隔均能达到 1 1万小时以上万小时以上; ;国内基本在国内基本在900900小时以内小时以内. . 国内外差距国内外差距关关键是涡轮和压气机叶片，在高温和强气流条键是涡轮和压气机叶片，在高温和强气流条 件下老化、断裂、蠕动件下老化、断裂、蠕动; ;发动机主轴承等发动机主轴承等. . 1.1 1.1 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 HeiLongJiang University HeiLongJiang University271.2 1.2 机械制造装备的主要

29、功能机械制造装备的主要功能 一般的功能要求一般的功能要求 柔性化柔性化 精密化精密化 自动化自动化 机电一体化机电一体化 节材节材 符合工业工程要求符合工业工程要求 符合绿色工程要求符合绿色工程要求第一章第一章 绪 论原来机械装原来机械装备设计的要备设计的要求这么多！求这么多！ HeiLongJiang University HeiLongJiang University281.2.1 一般的功能要求一般的功能要求1 1加工精度方面的要求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

30、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。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University291.2.1 一般的功能要求一般的功能要求2 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 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

31、，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。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University301.2.1 一般的功能要求一般的功能要求3 3加工稳定性方面的要求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、摩擦热、环境热等的影响，会产生热热变形变形，影响加

32、工性能的稳定性。对于自动，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、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。热补偿、控制环境温度等。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University31车床刀架变形曲线X（m）10203040500123F（KN）运转时间 / h0 1 2 3 450

33、150100200位移 /m20406080温升 / YX前轴承温升车床受热变形形态车床温升与变形曲线车刀热变形曲线(min)连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max1.2.1 一般的功能要求一般的功能要求第一章第一章 绪 论加工稳定性方面的要求加工稳定性方面的要求1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University321.2.1 一般的功能要求一般的功能要求4 4耐用度方面的要求耐用度方面的要求 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

34、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。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University331.2.1 一般的功能要求一般的功能要求5 5技术经济方面的要求技术经济方面的要求 投入机械制造装备上的费用将分摊到产品成本中去。如产品产量很大，分摊到每个产品的费用较少。反之，产品的产量较少，甚至是单件，过大地在机械

35、制造装备上投资，将大幅度地提高产品的成本，削弱产品的市场竞争力。因此不应盲目地追求机械制造装备的技术先进程度，无计划地加大投入，而应该进行仔细的技术经济分析，确定机械制造装备设计和选购方面的指导方针。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University341.2.2 柔性化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。

36、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。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University351.2.2 柔性化柔性化在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。这类加工装备投资极大，研制周期长，使用维护涉及的技术难度大，应通过认真的技术经济分析认为有利可图时才可考虑采用。 要实现机械制造装备的柔性化不一定非要采用柔性制造单元或系统。专用机床，

37、包括组合机床及其组成的生产线也可设计成具有一定的柔性。其柔性表现在机床可进行调整以满足不同工件的加工。调整方法如采用备用主轴、位置可调主轴、工夹量具成组化、工作程序软件化和部分动作实现数控化等。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University361.2.3 精密化精密化随着市场竞争的国际化，对产品技术性能的要求越来越苛刻，制造精度的要求越来越高。为提高产品的质量，许多工厂还不断地压缩工件制造的公差带，机械制造装备的精密化成为普遍发展的趋势，从微米级发展到亚微米级，乃至

38、纳米级。采用误差补偿技术可提高机械制造装备自身的精度。误差补偿技术可以是机械式的，如采用的校正尺或校正凸轮等。较先进的是采用数字化技术，将误差的数学模型存人计算机。在加工时，算出将产生的综合误差，然后由误差补偿装置按算出的综合误差进行补偿。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University371.2.4 自动化自动化可以提高加工效率和劳动生产率，还可以提高产品质量的稳定性，改善劳动条件等。自动化有全自动和半自动之分：全自动是指能自动完成工件的上料、加工和卸料的生产全过程

39、；半自动则上下料需人工完成。凸轮控制是采用凸轮机构控制多个部件的运动，使之互相协调地工作，改变工作循环需更换或调整凸轮。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University381.2.4 自动化自动化程序控制指工作程序和定位尺寸可以根据不同的加工对象选择，但不能控制运动轨迹。程序控制可分为固定程序控制和可变程序控制。数字控制除了可控制工作程序外，还可以控制运动轨迹，一般采用专门的数控装置。适应控制能按事先给定的评价指标，在加工过程中根据实际工作条件(如材料硬度的变化，刀具

40、磨损等)自动地改变加工系统的参数(如切削用量等)，使加工过程始终按照给定的评价指标进行。适应控制分约束适应控制、最佳适应控制和学习适应控制等。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University391.2.5 机电一体化机电一体化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，按系统工程和整体优化的方法，有机地组成的最佳技术系统。机电一体化系统和产品的结构通常是机械的，用传感器检测来自外界和机器内部运行状态的信息，由计算机进行处理，经控制系统由机械、液压

41、、气动、电气、电子及它们的混合形式的执行系统进行操作，使系统能自动适应外界环境的变化，机器始终处于正常的工作状态系统功能强、质量好和故障率低、节能和节材、性能价格比高，具有足够的“结构柔性”的系统。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University401.2.6 节材节材我国产品设计水平低，选取的安全系数一般偏大，造成产品肥头大耳，造成所谓的结构性材料浪费；又由于工艺水平落后，铸造和锻造过程中金属回收率低，毛坯的加工余量大，不仅浪费了原材料，也浪费了加工工时和能源，造成

42、所谓的工艺性材料浪费。采用现代设计法，合理地选取安全系数，对主要零部件进行精确计算和优化，改进产品的结构，采用先进的制造装备提高材料的利用率是必要的。第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University41工业工程是对由人、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。工业工程可以定量分析为主，研究整个大系统工作效率和成本的优化。1.

43、2.7 符合工业工程要求符合工业工程要求第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University42产品设计符合工业工程的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，选择最合理的制造设备，减少工时和材料的消耗；合理地进行机械制造装备的总体布局，优化操作步骤和方法，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，保证产品正确的质量标准，减少因质量标准订得过高造成不必要的超额工作量。1.2.7 符合工业工程要求符合工业工程要

44、求第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University43q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。q按绿色工程要求设计的产品称绿色产品。绿色产品设计在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关设计要素，使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境的影响最小，资源效率最高。1.2.8 符合绿色工程要求符合绿色工

45、程要求第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University44q绿色产品设计考虑的内容很广泛，包括产品材料的选择应是无毒、无污染、易回收、可重用、易降解的；q产品制造过程应充分考虑对环境的保护，资源回收，如废弃物的再生和处理，原材料的再循环，零部件的再利用等；产品的包装也应充分考虑选用资源丰富的包装材料，以及包装材料的回收利用及其对环境的影响等。q原材料再循环的成本一般较高，应考虑经济上、结构上和工艺上的可行性。为了零部件的再利用，应通过改变材料、结构布局和零部件的连接方

46、式等来实现产品拆卸的方便性和经济性。1.2.8 符合绿色工程要求符合绿色工程要求第一章第一章 绪 论1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能 HeiLongJiang University HeiLongJiang University451.3.1 加工装备加工装备（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 工艺装备工艺装备 包括刀具、模具、夹具、量具、辅具等。1.3.3 储运装备储运装备 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 辅助装备辅助装备 包括清洗机、排屑

47、设备和测量、包装设备等。1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型第一章第一章 绪 论 HeiLongJiang University HeiLongJiang University46通用的金属切削机床按其切削方式可分为车床、钻床、镗床、螺纹加工机床、铣床、刨(插)床、拉床、切断机床和其它机床等。专用机床是为特殊的工艺目的设计和制造的加工装备，组合机床及其自动线是其中的一个大分支，包括大型组合机床及其自动线、小型组合机床及其自动线、自动换刀数控组合机床及其自动线等。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。1.3.1 加工装备加工

48、装备: 金属切削机床金属切削机床第一章第一章 绪 论1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang University47第一章第一章 绪 论三三维维数数控控钻钻床床1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang University481 1电加工机床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、火花线切割机床和电解加工机床。电火花加工机床是利用工具电极与工件之间产生的电火花小电弧从工件上去除微

49、粒材料达到加工要求的机床，主要用于加工硬的导电金属，如淬火钢、硬质合金等。按工具电极的形状和电极是否旋转，电火花加工可进行成形穿孔加工、电火花成形加工、电火花雕刻、电火花展成加工、电火花磨削等。1.3.1 加工装备加工装备: 特种加工机床特种加工机床第一章第一章 绪 论1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang University49电火花线切割机床是利用一根移动的金属丝作电极，在金屑丝和工件间通过脉冲电流，并浇上液体介质，使之产生放电腐蚀而进行切割加工。电解加工机床是利用金属在直流电流作用下，在电解液中产生

50、阳极溶解的原理对工件进行加工的方法，又称电化学加工。加工时，工件与工具分别接正负极，两者相对缓慢进给，并始终保持一定的间隙，让具有一定压力的电解液连续从间隙中流过，将工件上的被溶解物带走，使工件逐渐按工具的形状被加工成型。第一章第一章 绪 论1.3.1 加工装备加工装备: 特种加工机床特种加工机床1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang University502 2超声波加工机床超声波加工机床q利用超声波能量对材料进行机械加工的设备称超声波加工机床。q加工时工具作超声振动，并以一定的静压力压在工件上，工件与

51、工具间引入磨料悬浮液。在振动工具的作用下，磨粒对工件材料进行冲击和挤压，加上空化爆炸作用将材料切除。q超声波加工适用于特硬材料，如石英、陶瓷、水晶、玻璃等的孔加工、套料、切割、雕刻、研磨和超声电加工等复合加工。第一章第一章 绪 论1.3.1 加工装备加工装备: 特种加工机床特种加工机床1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang University513 3激光加工机床激光加工机床采用激光能量进行加工的设备统称激光加工机床。采用激光能量进行加工的设备统称激光加工机床。激光是激光是一种高强度、方向性好、单色性好的

52、相干光一种高强度、方向性好、单色性好的相干光。利用激光产。利用激光产生的上万度高温聚焦在工件上，使工件被照射的局部在瞬生的上万度高温聚焦在工件上，使工件被照射的局部在瞬间急剧熔化和蒸发，并产生强烈的冲击波，使熔化的物质间急剧熔化和蒸发，并产生强烈的冲击波，使熔化的物质爆炸式地喷射出来以改变工件的形状。爆炸式地喷射出来以改变工件的形状。激光加工可以用于所有金属和非金属材料，特别适合于加激光加工可以用于所有金属和非金属材料，特别适合于加工微小孔和材料切割。工微小孔和材料切割。常用于加工金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃等常用于加工金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃等非金属材料非金属材料和和

53、硬质合金硬质合金、不锈钢不锈钢等金属材料的小孔加工及等金属材料的小孔加工及切割加工。切割加工。第一章第一章 绪 论1.3.1 加工装备加工装备: 特种加工机床特种加工机床1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang University524 4电子束加工机床电子束加工机床在真空条件下，由阴极发射出的电子流被带高电位的阳极在真空条件下，由阴极发射出的电子流被带高电位的阳极吸引，在飞向阳极的过程中，经过聚焦、偏转和加速，最吸引，在飞向阳极的过程中，经过聚焦、偏转和加速，最后后以高速和细束状轰击被加工工件的一定部位以

54、高速和细束状轰击被加工工件的一定部位，在几分之，在几分之一秒内，将其百分之九十九以上的能量转化成热能，使工一秒内，将其百分之九十九以上的能量转化成热能，使工件上被轰击的局部材料在瞬间件上被轰击的局部材料在瞬间熔化熔化、气化气化和和蒸发蒸发，以完成，以完成工件的加工。电子束加工机床就是利用电子束的上述特性工件的加工。电子束加工机床就是利用电子束的上述特性进行加工的装备。进行加工的装备。常用于穿孔、切割、蚀刻、焊接、蒸镀、注入和熔炼等。常用于穿孔、切割、蚀刻、焊接、蒸镀、注入和熔炼等。此外，利用低能电子束对某些物质的化学作用，可进行镀此外，利用低能电子束对某些物质的化学作用，可进行镀膜和曝光，也属

55、于电子束加工。膜和曝光，也属于电子束加工。第一章第一章 绪 论1.3.1 加工装备加工装备: 特种加工机床特种加工机床1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang University535 5离子束加工机床离子束加工机床q离子束加工机床离子束加工机床就是利用离子束的特性进行加工的装备。就是利用离子束的特性进行加工的装备。q在电场作用下，将正离子从离子源出口孔在电场作用下，将正离子从离子源出口孔“引出引出”，在真，在真空条件下，将其空条件下，将其聚焦聚焦、偏转偏转和和加速加速，并以，并以大能量细束状大能量细束状轰

56、轰击被加工部位，引起工件材料的变形与分离，或使靶材离击被加工部位，引起工件材料的变形与分离，或使靶材离子沉积到工件表面上，或使杂质离子射人工件内。子沉积到工件表面上，或使杂质离子射人工件内。q用这种方法对工件进行穿孔、切割、铣削、成像、抛光、用这种方法对工件进行穿孔、切割、铣削、成像、抛光、蚀刻、清洗、溅射、注入和蒸镀等，统称离子束加工。蚀刻、清洗、溅射、注入和蒸镀等，统称离子束加工。第一章第一章 绪 论1.3.1 加工装备加工装备: 特种加工机床特种加工机床1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang Univ

57、ersity546 6水射流加工机床水射流加工机床水射流加工水射流加工是利用具有很高速度的细水柱是利用具有很高速度的细水柱或掺有磨料的细水柱，冲击工件的被加工或掺有磨料的细水柱，冲击工件的被加工部位，使被加工部位上的材料被剥离。随部位，使被加工部位上的材料被剥离。随着工件与水柱间的相对移动，切割出要求着工件与水柱间的相对移动，切割出要求的形状。的形状。常用于切割某些难加工材料，如陶瓷、硬常用于切割某些难加工材料，如陶瓷、硬质合金、高速钢、模具钢、淬火钢、白口质合金、高速钢、模具钢、淬火钢、白口铸铁、耐热合金、复材等。铸铁、耐热合金、复材等。第一章第一章 绪 论1.3.1 加工装备加工装备: 特

58、种加工机床特种加工机床1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang University55q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，属无是利用金属的塑性变形特点进行成形加工，属无屑加工设备。屑加工设备。q锻造机是利用金属的塑性变形，使坯料在工具的冲击力或锻造机是利用金属的塑性变形，使坯料在工具的冲击力或静压力作用下成形为具有一定形状和尺寸的工件，同时使静压力作用下成形为具有一定形状和尺寸的工件，同时使其性能和金相组织符合一定的技术要求。锻造加工可分为其性能和金相组织符合一定的技术要求。锻造加工可分

59、为手工锻造、自由锻造、胎模锻造、模型锻造和特种锻造等。手工锻造、自由锻造、胎模锻造、模型锻造和特种锻造等。也可分热锻、温锻和冷锻等。也可分热锻、温锻和冷锻等。q冲压冲压机是借助模具对板料施加外力，迫使材料按模具形状、机是借助模具对板料施加外力，迫使材料按模具形状、尺寸进行剪裁或塑性变形，得到要求的金属板制件。根据尺寸进行剪裁或塑性变形，得到要求的金属板制件。根据加工时材料温度的不同，可分为冷冲压和热冲压。冲压工加工时材料温度的不同，可分为冷冲压和热冲压。冲压工艺省工、省料和生产率高。艺省工、省料和生产率高。第一章第一章 绪 论1.3.1 加工装备加工装备: 锻压机床锻压机床1.3 1.3 机械

60、制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang University563万吨水压机万吨水压机第一章第一章 绪 论1.3 1.3 机械制造装备的类型机械制造装备的类型 HeiLongJiang University HeiLongJiang University57q挤压机是借助于凸模对放在凹模内的金属坯料加力挤压，迫使金属挤满凹模和凸模合成的内腔空间，获得所需的金属制件。挤压加工更节约金属、提高生产率和制品的精度。可分为冷挤压、温热挤压和热挤压。q轧制机是使金属材料经过旋转的轧辊，在轧辊压力作用下产生塑性变形，以获得所要求的截面形状