机械装备制造设计第1章

第一章

绪论第一节机械制造业概述第二节机械制造装备的设计要求第三节机械制造装备的分类第四节机械制造装备设计方法第五节机械制造装备设计评价方法1.1机械制造业概述一些基本概念狭义和广义的制造制作/加工零件从市场分析到回收的产品全生命周期的相关生产活动制造系统跟制造过程相关的软硬件和人组成的物质I/O系统制造业将制造资源通过制造技术和过程转化为产品的行业产品生命周期中价值分配的“U”型规律两头附加值高，加工附加值较低知识产权2第一章绪论1.1机械制造业概述重要性财富的根本来源代表国家生产能力和技术水平提供现代化装备国家安全发展历程单件大量——FORD精益生产CIMS批量定制敏捷制造3第一章绪论1.1机械制造业概述几种相关的生产模式特点单机模式加工装备柔性好自动化程度低生产效率低质量一致性差成本低适合单件小批量生产4第一章绪论1.1机械制造业概述几种相关的生产模式特点大规模生产模式刚性自动化自动化程度高生产效率高质量一致性好大投资，批量小了赔钱；改换产品线成本高适合大批量生产，产品需要摊薄设备成本5第一章绪论1.1机械制造业概述几种相关的生产模式特点柔性制造系统模式（CNC+自动上下料，单机生产的升级）柔性好自动化程度高生产效率高质量一致性高一次性资金投入大，产品改换成本较低适合多品种零件小批量生产6第一章绪论1.1机械制造业概述几种相关的生产模式特点可重构制造系统（大规模制造系统的柔性化）柔性高自动化程度高生产率介于柔性系统与刚性自动化之间一次性资金投入较大，重构资金不大主要为了适应中大批量生产；进行小批量生产时就是柔性制造系统从根本上说，可重构制造模式是一种概念，与柔性系统的界限比较模糊7第一章绪论1.1机械制造业概述发展趋势（特点）国际化市场和营销，设计开发，制造企业和资源敏捷化比谁更快；比柔性、重组能力和快速集成设计和制造网络化网络化管理、网络化制造、网络化营销虚拟化虚拟制造智能化人机协作，让机器部分取代人的脑力劳动绿色化环保，资源利用率高8第一章绪论机械制造装备机械制造装备是确保机械制造过程中的各种加工工艺的实施、优化并使被加工对象达到预期功能和质量要求的装备统称第一章绪论1.2机械制造装备设计要求P10-12机械制造装备设计工作是设计人员根据市场需求所进行的构思、计算、试验、选择方案、确定尺寸、绘制图样及编制设计文件等一些列创造性活动的总称，其目的是为新装备的生产、使用和维护提供完整的信息。（一）功能需求（二）精密化（三）柔性自动化（四）机电一体化（五）结构模块化（六）装备与技术配套化（七）符合工业工程要求（八）符合绿色工程要求第一章绪论1.2.1机械制造装备设计的功能需求精度需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。11第一章绪论1.2.1机械制造装备设计的功能需求强度、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。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。12第一章绪论1.2.1机械制造装备设计的功能需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。13第一章绪论1.2.1机械制造装备设计的功能需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。14第一章绪论1.2.1机械制造装备设计的功能需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。15第一章绪论1.2.2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f，然而由误差补偿装置按算出的综合误差进行补偿。161.2.3柔性自动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。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。171.2.4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、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。18机械制造装备加工装备工艺装备储运装备其他装备刀具夹具量检具模具金属切削机床锻压机床车、铣、刨、磨、镗、钻、齿、螺、拉、特、切断…锻、冲、挤、轧1.3机械制造装备的分类：仓库、运输车辆、传送带、机器人：辅助装备（清洗机、测量机、包装机）第一章绪论电、超声、激光、电子束、离子束、水射流加式制造机床特种加工机床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、火花线切割机床和电解加工机床。20212．超声波加工机床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。22撒3．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吸引，在飞向阳极的过程中，经过聚焦、偏转和加速，最后以高速和细束状轰击被加工工件的一定部位，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，使工件上被轰击的局部材料在瞬间熔化、气化和蒸发，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进行加工的装备。235．离子束加工机床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。246．水射流加工机床水射流加工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，切割出要求的形状。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、白口铸铁、耐热合金、复合材料等。251.4机械制造装备设计方法第一章绪论1.4.1机械制造装备新产品开发与设计步骤决策阶段设计阶段试制阶段定型投产市场调研和预研技术调查可行性分析开发决策初步设计技术设计工作图设计样机试制小批试制1.4机械制造装备设计方法第一章绪论1.4.2机械制造装备产品设计类型新产品设计开发一种在性能、结构、材质、原理等某一方面或几方面有重大变化的产品。变形产品设计在现有产品的基本工作原理和总体结构不变的基础上仅仅对部分结构，尺寸或性能参数进行改变而开发的产品。变形产品的设计方法主要有系列化产品设计和模块化产品设计两种。1.4机械制造装备设计方法1.4.3系列化产品设计从产品的基型出发，演变出其它型号和规格的产品，构成产品的变形系列的设计方法。系列化产品设计的工作要点A.合理选择与设计基型产品通常选择应用最广泛的中档产品（精心设计的）B.合理定制产品系列型谱基型系列（纵），变结构，扩展派生（横）C.采用相似设计方法提高设计效率D.零部件通用化、标准化与系列化降低成本第一章绪论1.4.4

模块化产品设计确定一组具有同一功能和结合要素、但性能和结构不同且能够互换的结构或功能单元，形成产品的模块系统，通过选择不同的模块进行组合来获得不同类型的产品。A.模块化产品设计的优缺点提高设计效率，满足需求提高产品质量，降低成本促进产品换代方便维修结合部结构复杂，加工要求高1.4机械制造装备设计方法第一章绪论大众只有一款车：高尔夫。拉长就是帕萨特，改名就叫迈腾，减掉一个后座就是CC，再拉长就叫辉腾，拍成方的就是途安，加多三个后座就是夏朗，加高底盘就是途观，再撑大点就是途锐，拍扁就是尚酷，加个屁股就是速腾，缩短点是POLO。。。1.4.4模块化产品设计B.模块化产品设计方式横系列模块化设计纵系列模块化设计跨系列模块化设计1.4机械制造装备设计方法第一章绪论1.4.4模块化产品设计C.模块化的划分功能模块结构模块基础功能模块辅助功能模块特殊功能模块适应功能模块非模块化功能模块部件模块组件模块零件模块大型零件的分段模块1.4机械制造装备设计方法第一章绪论1.5机械产品成本构成和降低途径1.5.1产品成本组成产品成本材料成本开发制造成本单件成本公共成本单件成本公共成本原料、外协件、外购件费用；保存、运输….工资、设备折旧、水电…第一章绪论成本估算方法按重量按材料成本折算相似产品的成本估算用回归分析估算1.5机械产品成本构成和降低途径1.5.2产品成本估算方法第一章绪论降低成本途径优选设计方案降低材料成本零件标准化、部件通用化、产品系列化、