机械制造装备学1

机械制造装备学机械制造装备设计、制造与控制

介绍机械制造装备设计与控制的原理和方法，并反映国内外的先进技术和发展趋势。

课程重点

除传统的刚度、精度、抗振性、热变形、噪声、磨损和低速运动平稳性外还包括柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节材节能、绿色制造和工业工程等。基本理论

课程主要内容制造装备的基础部件物流装备机械加工生产自动线金属切削机床特种加工机床工业机器人成型加工机床刀具模具夹具量具各种装备实例和加工实例主要参考书机械制造装备设计关慧贞、冯辛安.北京：机械工业出版社，2009金属切削机床戴曙．北京：机械工业出版社，1994

机械电子学刘政华.何将三.长沙:国防科技大学出版社,1999.机电一体化设备结构与维修宋福生.朱江等.南京:东南大学出版社,2000.体系安排第二章制造装备的基础部件设计2．1主轴回转部件2．2导轨及支撑部件2．3主传动部件2．4进给传动系部件2．5液压与气压传动2．6零传动第一章绪论1．1制造装备的定义及分类1．2制造装备在国民经济中的重要作用1．3制造装备应具备的功能和性能1．4制造装备的设计方法第三章加工装备3．1金属切削机床3．2特种加工机床3．3工业机器人3．4成型加工机床第四章工艺装备4．1刀具4．2模具4．3夹具4．4量具第五章物流装备5．1仓储5．2输送5．3上下料第六章机械加工生产自动线6．1生产线专用机床的总体设计6．2生产线专用机床的液压系统6．3生产线专用机床的逻辑控制6．4生产线的总体布局设计6．5柔性制造生产线教材制造装备学（讲义）

前期课程及知识

大学物理、工程力学、工程材料、机械制图与画法几何、机械原理、机械零件、互换性与技术测量、机械制造技术基础、成型加工工艺、机械制造过程技术、机电传动控制、微机原理等。应经过金工实习、认识实习和生产实习，具备必要的实践知识。

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机械制造工艺学本课程的目的

从基本知识入手，结合典型的系统学习，使学生

1.对制造装备有较全面的认识，

2.基本掌握总体设计的理论和方法，

3.掌握元部件的选择和计算，

4.初步具备制造装备的开发能力。机械制造装备学第一章绪论第一节

机械制造装备的分类

机械制造装备是用于完成机械产品制造过程中采用的一大类机电设备、装置和工具。按功能可划分为四个种类：一、加工装备二、工艺装备三、仓储和传送装备四、辅助装备原则上，自动生产线和柔性生产线是这四类的综合体。

一、加工装备：指采用机械加工方法制作机器零件的机床。是制造机器的机器，也称工作母机。包括：（一）金属切削机床（二）特种加工机床（三）锻压机床（一）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，以获得符合规定的尺寸、几何形状、相互位置精度和表面质量要求的零件的装备。

机床的种类很多，按其特征分类：1、按加工原理分：车、刨、钻、铣、镗、磨、拉、齿轮、螺纹、特种，切断和其它（如锯、键槽、珩磨、研磨等）共13类2、按使用范围分：

1）通用机床可加工多种尺寸和形状的工件。结构一般较复杂。适用于单件小批量生产。

2）专用机床用于特定工件的特定表面，特定尺寸和特定工序的加工。按特定的工艺要求专门设计制造的。结构较简单，多用于成批和大量生产。3）专门化机床其特点介于通用和专用机床之间。用于形状相似尺寸不同的特定表面，按特定的工序进行加工。如精密丝杆机床，花键机床，曲轴机床。4）数控机床由于其优异的高效和适应能力，正大量普及。（二）特种加工机床很多零件形状特殊（弯孔、微孔、复杂形面等），或材料难切削（钛合金，陶瓷，不锈钢等），或精度，效率有特殊要求，用一般常规加工手段难以完成甚至无法完成的零件，用电能、超声能、化学能、光能、水能等技术来加工零件的机床；还有当今发展最火的生长成型技术机床——三D打印机床。简介如下：

1、电加工机床直接利用电能对工件进行加工的机床。如电解加工机床，电火花机床，线切割机床。电火花加工机床利用工具电极与工件（另一极）之间的脉冲放电现象从工件上连续去除微粒材料达到加工要求。加工硬，脆，高熔点的金属。成型，雕刻，展成，磨削甚至穿孔加工。加工效率一般。线切割加工机床也属于电火花加工。利用一根移动的金属丝作电极，在金属丝和工件间通过脉冲放电，并浇上液体介质，使工件产生放电腐蚀而进行的切割加工。效率和切割精度较高。尤其是慢走丝线切割机床。电解加工机床

电解加工机床是利用金属在直流电流作用下，在电解液中产生阳极溶解的原理对金属工件（阳极）进行加工。电解机床通常是根据用户具体需求单机设计、研制的电解设备。加工效率比电火花高数倍。但电解液对环境有污染。

2、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。

3、激光加工机床采用激光能量对零件进行加工的设备。

4、电子束加工机床

5、离子束加工机床

6、水射流加工机床

7、3D打印成型机床（三）锻压机床

锻压机床利用金属的塑性变形特点进行成形加工。属无屑加工设备。有锻造、挤压、冲压和轧制机四类。超声波加工机床

加工时工具作超声振动，并以一定静压力压在工件上，工件和工具间引入磨料悬浮液。在振动工具的作用下，磨粒对工件和工具进行挤压，加上空化和爆炸作用将材料切除。可加工特硬的金属和非金属材料。可切割，雕刻，研磨，还可以做塑料焊接等工艺。激光雕刻机水射流切割机锻压和轧制机床四柱液压机（一千九百吨）冲压机床钻头轧制机床轧制的波纹管二、工艺装备

工艺装备产品制造时所用到的各种刀具、模具、夹具、量具等工具的总称。（一）刀具刀具切削加工时，从工件上切除多余材料所用的工具。刀具种类很多，大都以标准化，可直接购买。（二）模具

模具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作的工具。模具分为粉末冶金模具、塑料模具、压铸模具、冷冲模具、锻压模具。（三）夹具

夹具安装在机床上，用于对工件进行定位和夹紧的装置。夹具的分类：

1按夹具所安装的机床分类。如车床夹具，铣床夹具等。各种刀具模具极其产品2按夹具专用化程度分

1）通用夹具通用性强，适合多种零件的加工。结构较复杂。用于单件小批量生产。市场可直接购买。

2）专用夹具为特定工件的特定工序而设计。结构较简单。用于大批大量生产。

3）成组夹具采用成组技术，将形状、尺寸相近或工艺相似的工件进行分组，再对组内零件设计的夹具。工艺范围比通用夹具窄，但比专用夹具宽。

4）组合夹具按某工序要求，由一套事先准备好的通用的标准元件和部件组合而成的夹具。组装迅速，可反复使用，适合新产品试制和单件小批生产。（四）量具

量具以固定形式复现量值的计量器具的总称。许多量具已商品化，如千分尺，百分表，量块，量规。三坐标量仪，光学量仪，数显光珊，编码器等都属于量具。三、仓储传送装备

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、夹具，模具等物品所使用的器材。现代化的高效仓储系统开发具有重要意义。如计算机管理的具有全自动化的立体仓库。精密圆柱量规的应用精密圆柱量规三坐标测量仪光学取象量仪光学投影测量仪2物料传送装置主要指在车间和仓储中的坯料，半成品或成品的传输。

3机床上下料装置

上下料装置专为机床将坯料送到加工位置或将加工完毕后的制品从机床上取走的机构。四、辅助装备包括清洗机和排屑装置等设备清洗机用来清洗工件表面的油污、铁屑、灰尘。排屑装置主要用于自动机，自动线，数控机床和加工中心上。提升机，引导桥，传送小车传送装置（辊，带）机床传送和上下料装置机械手和上料装置零件清洗机转塔车削中心（右侧为排屑装置）排屑装置第二节机械制造装备应具备的主要的功能一、一般的功能要求二、柔性化要求三、精密化要求四、自动化要求五、机电一体化要求六、节材要求七、符合工业工程要求八、符合绿色工程要求一、一般的功能要求

1加工精度要求

加工精度指零件加工后对理想尺寸，形状和位置的符合程度。满足加工精度要求是机械制造装备的最基本要求。

2强度、刚度和抗振性要求

3加工稳定性要求

加工稳定性指设备在使用过程中，抵抗切削热、摩擦热、环境热对加工性能的影响的能力。

4耐用度要求

5技术经济要求既要做到技术先进也要尽可能使投资少，减小生产成本，获取最大利润，尽早收回投资。第二节机械制造装备应具备的主要的功能二、柔性化要求柔性化包括产品结构柔性化和功能柔性化

产品结构柔性化设计时采用模块化设计和机电一体化技术，只需对结构作少量的重组和修改，或修改软件，就可以快速推出新产品。例如组合机床，组合夹具。“变产品”

功能柔性化指设计的产品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。例如数控机床，FMS系统。“变功能”三、精密化要求提高精密度的方法：

1传统方法：压缩工件制造的公差带，使机械制造装备精密化2采用误差补偿技术机械补偿：采用校正尺或校正凸轮数字化校正：建立误差数学模型，用电子误差补偿装置进行补偿四、自动化要求分半自动和全自动化。半自动：须人工完成上下料。全自动：自动完成上料、加工和卸料全过程。从初级到高级实现自动化的方法依次为：凸轮控制、程序控制、数字控制和适应控制。

1凸轮控制采用凸轮机构控制多个部件运动，使之互相协调的工作。改变工作循环必须更换凸轮。如自动车床的分配轴。2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加以选择，但不能控制运动轨迹。如注塑机。分固定程序控制和可编程控制器（PLC）控制。

3数字控制除了控制工作程序外，还可以控制运动轨迹。一般采用专门的数控装置，相当于一台专用的计算机。

4适应控制在加工过程中按事先给定的评价指标根据实际工作条件（如材料硬度的变化、刀具的磨损等）自动改变加工系统的参数（如切削用量等），使加工过程始终按给定的评价指标进行。如高档数控加工中心。五、机电一体化要求

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、电力电子等技术一道，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。制造装备采用机电一体化技术的好处：

1、可对机器的运行参数进行巡检和控制。如压力，速度，流量等。

2、可对机器的工作程序进行控制。并且可方便的更改程序使机器带“柔性”。

3、可简化产品的机械结构。六、节材要求七、符合工业工程要求

工业工程对人、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和控制方法，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。产品符合工业工程要求是指：

1设计时，要考虑结构工艺性，提高标准化，通用化程度。

2制造中要使用最佳工艺方案。包括选设备，定工艺路线和工艺参数等。

3使产品有合理的质量标准，有合理的性价比。八、符合绿色工程要求设计时在充分考虑到产品功能、质量、开发周期和成本的同时，还要使产品从设计开始到产品使用报废的整个生命周期对环境影响最小，资源利用率最高。如尽量选环保材料；产品报废后易回收处理；零部件的可重复使用；设计“免维”部件等。

第三节机械制造装备及其在国民经济中的重要作用

一、机械制造装备在国民经济中的地位1、制造业是国民经济发展的重要支柱产业，其先进程度标志着国家的经济实力、国防实力、科技水平、生活水平；2、机械制造装备是各行制造业的基础装备，正是靠它为制造业提供了各种高性能机械设备。直接创造国民生产总值的1/3制造业对国民经济的贡献占整个工业生产的4/5为国家财政提供1/3以上的收入对出口总额的贡献率90%制造装备是国家高技术产业的基础和载体宇航生物工程微电子光电子信息技术核技术空间技术制造装备先进制造技术是国家安全的重要保障先进制造技术是现代武器装备的载体；尖端制造技术和装备一直是西方国家技术封锁和限制的重点；保证就业率稳定，缓解就业压力，保障社会稳定。集成电路成本占总成本的比例

军舰22%战车24%

飞机33%

导弹45%航天器