国家课程：《机械制造装备设计》第一章

机械制造装备设计(国家精品课程)我们不能人云亦云，这不是科学精神，科学精神最重要的就是创新工欲善其事必先利其器目录第一章机械制造装备设计方法第二章金属切削机床设计第三章典型部件设计第七章机械加工生产线总体设计第五章机床夹具设计共60页

第1页第一节

概述第二节机械制造装备应具备的主要功能第三节

机械制造装备的分类第四节

机械制造装备设计的类型第五节机械制造装备设计的方法第六节

机械制造装备设计的评价第一章机械制造装备设计方法

国家需求1.1.1开展机械制造装备的战略意义第一章共60页

第2页国家科技重大专项高档数控大型飞机IC制造高档数控机床与根底制造装备2021年，我国机床消费全球第一，进口价值54亿美元，90％以上为高档数控机床和重型制造装备。Ref:GardnerPubl,2021国家科技重大专项核心内容高档数控大型飞机IC制造高档制造装备高速、精密、重型数控机床大型数控成形冲压和重型锻造设备重型、清洁、高效的热加工设备共性技术数字化设计技术多轴联动加工技术高档数控装置和驱动装置高速车铣复合金切机床五轴联动加工复杂叶片国家科技重大专项大行程重载精密传动技术行程8m×8m×2m承重100吨精度10μm大功率高速旋转主轴功率10～45kW转速12000～60000r/min多轴多通道数控装置伺服周期0.125ms纳米平滑重型七轴五联动机床五轴联动高速加工机床高档数控大型飞机IC制造国家科技重大专项极大规模集成电路制造装备及成套工艺2021年我国半导体芯片设备市场:54.8亿美元。光刻机、刻蚀机、高质量薄膜材料生长及后封装等关键设备全部依赖进口。参考：ICInsights公司高档数控大型飞机IC制造国家科技重大专项高档数控大型飞机IC制造制造装备战略高端：光刻机、刻蚀机、薄膜设备等量大面广：键合机、划片机、清洗设备等关键技术超精密运动平台光刻机光学系统高性能平面/直线电机高加速度高精度控制技术光刻机晶圆操作高档数控大型飞机IC制造高精度工作台运动<10nm两工作台同步平均偏差<5nm大行程掩模台和硅片台的行程>300mm大载荷

工作台载荷>40kg速度和加速度掩模台480mm/s，加速度1.9g国家科技重大专项国家科技重大专项高精度空间运动控制运动精度<2-5微米高加速度运动控制加速度>15g高起停频率起停频率>15次/秒高定位精度机器视觉定位<1微米引线键合机高档数控大型飞机IC制造国家科技重大专项大型飞机2005年-2021年间，我国通用飞机市场需求量应在1万架左右。支线客机ARJ21—700，发动机、电子控制系统等关键部件依赖进口，国产化率很低。大飞机工程中，国产化率要到达30%。高档数控大型飞机IC制造国家科技重大专项制造方面的核心内容高档数控大型飞机IC制造机身结构件典型零件大型机翼整体壁板大型复合材料结构件

大型整体框类结构件发动机关键零件耐高温高强度材料的机匣耐高温钛合金材料的叶片高温合金材料的整体叶盘机翼根肋大梁,长6m整体叶盘国家科技重大专项发动机关键零件—整体叶轮制造通道复杂、空间狭窄，材料去除>75%2.8mm1.4mm叶片薄，切削力大，易变形和振动高温合金材料，切削性能差

高档数控大型飞机IC制造国家科技重大专项大型整体薄壁件高效加工大型整体薄壁件长7米，厚1毫米材料去除率大去除率约95％加工精度难以保证易变形和振动表面质量难以控制表面粗糙度和毛刺梁间整体肋高档数控大型飞机IC制造机床工业的战略地位国际军事竞争的战略物资----数控机床现代飞机大量复杂曲面铝合金零件加工去除率80%以上，需要多轴联动、高速、高效龙门加工中心，带A、B轴五轴加工中心等数控机床。航空发动机零件精度高、形状复杂，大局部采用高强度、高温合金，需要高精度、大扭矩高刚度、多轴联动数控机床进行加工。J11J10飞豹歼击机心脏涡扇发动机，数控机床是保障

航天工业开展要大批高精度、特种加工数控机床国际军事竞争的战略物资国际军事竞争的战略物资

舰艇导航设备舰载武器制造需要高性能数控机床军事工业的支撑数控机床国家综合能力的象征我国新研发的核动力潜艇需求大型5轴联动数控机床确保潜艇低噪声潜航舰船的螺旋桨－须五轴联动支撑

国际军事竞争的战略物资

兵器工业武器需要各种规格数控机床，其中特殊合金钢材料加工，需要大扭矩、高刚度、大功率、高效率数控机床。

发电机2002年我国装机6.22亿千瓦，2021年装机达8.5亿千瓦，2021年装机13亿千瓦，大型铸锻件需要重型和超重型数控机床、五轴联动加工中心、3.6万吨垂直挤压机。2007年9月7日温家宝总理视察大连机床集团时指出：数控机床的水平是一个国家机械化、现代化的重要标志，象征着一个国家的科学水平、创新能力和综合能力，中国要成为生产数控机床的大国。温家宝总理视察哈量集团

温家宝总理视察大连机床集团1.1.2制造模式的演变及开展趋势第一章共60页

第2页我国制造装备的现状-制造装备局部——摘自路甬祥的?走向绿色和智能制造_中国制造开展之路?〔2021〕1.wmv;2.wmv;3.wmv;5.wmv;7.wmv;9.wmv机械制造装备的开展趋势用中国装备装备中国1、向高效、高速、高精度方向开展2、多功能复合化、柔性自动化的产品成为主流3、实施绿色制造与可持续制造开展战略我国数控机床开展趋势摘录于装备制造业“十二五〞规划:高速立、卧式加工中心国内目前所能到达的最高水平：主轴转速15000，快速进给速度40，加速度0.8。国外可以到达的水平：主轴转速30000，快速进给速度100，加速度2.5。到达如下目标：数控机床工作台面宽度≥630，主轴最高转速15000~30000，快速进给40~100，加速度1~2.5；完成系列产品开发，根本实现功能部件国产化，要求可靠性与精度稳定性到达同类产品国际先进水平。精密立、卧式加工中心国内能到达的水平：定位精度0.008，重复定位精度0.005。国外水平可以到达定位精度≤0.003，重复定位精度0.0015。目标：台面宽度≥1000，定位精度≤0.005，重复定位精度≤0.00251.2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；符合绿色工程要求好多的功能要求！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、外表形状精度、相互位置精度和外表粗糙度等。满足加工精度方面的要求应是机械制造装备最根本的要求。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。1.2机械制造装备的主要功能1.2.1一般的功能要求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1.2.1一般的功能要求1.2机械制造装备的主要功能1.2.2柔性化1.2机械制造装备的主要功能1.2.2柔性化1.2机械制造装备的主要功能1.2.3精密化1.2机械制造装备的主要功能1.2.3精密化精密数控车床及车削中心〔源自装备制造业十二五规划〕国内水平：定位精度0.015，重复定位精度0.0075，主轴径跳0.0008。国外可以到达定位精度≤0.003，重复定位精度≤0.0015，主轴径跳≤0.0002。目标：直径≤Φ500：定位精度0.003，重复定位精度0.0015，主轴径跳0.001；直径≥Φ500：定位精度0.005，重复定位精度0.0025，主轴径跳0.002。引起误差的因素有哪些？机械制造装备的热变形、几何误差、传动误差、运动误差、定位误差和工艺系统的弹性变形等。提高精度的措施？1.2机械制造装备的主要功能1.2.4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。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；半自动那么上下料需人工完成。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。1.2机械制造装备的主要功能1.2.4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、最正确适应控制和学习适应控制等。1.2机械制造装备的主要功能1.2.5机电一体化1.2机械制造装备的主要功能1.2.6节材我国产品设计水平低，选取的平安系数一般偏大，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，造成所谓的工艺性材料浪费。采用现代设计法，合理地选取平安系数，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。

传统设计理念：只有足够的刚度才能保证加工精度；造成资源“浪费〞的原因何在？？？现有机床组成材料的80%用于“保证〞机床的刚度；而只有20%的材料用于满足机床运动学的需要。设计本质：传统设计理念的“刚度观〞十分局限！设计自由度仅限于〔结构型式与结构尺寸〕，使得传统设计空间过于狭窄；“刚度观〞十分局限，需要大量冗余材料及冗余结构来保证整机刚度要求。整机性能的提高是用惊人的材料浪费换来的！传统设计理念：机床运行过程中用于切除金属的功率占到运行总功率的25%；各种损耗和辅助功能占到运行总功率的75%。整机运行过程中的能源消耗与环境负荷惊人！装备的“刚性〞驱动功率无法适应变化的加工工艺范围；

造成能源“浪费〞的原因何在？？？设计本质：传统设计理念的“功率观〞十分局限！“功率观〞十分局限，需要大量冗余能量的转换与传递来保证运行功能要求。1.2机械制造装备的主要功能1.2.7符合工业工程要求工业工程是对由人、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平安的条件下，以最低的本钱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本钱的优化。1.2机械制造装备的主要功能1.2.7符合工业工程要求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，以便采用最正确的工艺方案，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机械制造装备的主要功能1.2.8符合绿色工程要求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，使经济开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到达有机的协调。这就是所谓的绿色工程要求。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、开发周期和本钱的同时，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机械制造装备的主要功能1.2.8符合绿色工程要求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；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。原材料再循环的本钱一般较高，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式等来实现产品拆卸的方便性和经济性。

其中，假设机床的主轴功率22KW,加工时间占57%，并假设每年SUV行驶12,000英里，耗油量为20.7mpg。美国麻省理工学院的Gutowski教授在2021年的一个报告中给出了一个令人震惊的结论：一台主轴功率22KW的数控机床〔配置有相应的辅助装置〕，运行一年的所耗电能所对应的CO2排放量〔按美国国家电网有关数据推算〕相当于61辆SUV汽车的排放量。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。1.3机械制造装备的类型1.3.1加工装备:金属切削机床

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。卧式车床立式车床转塔车床卧式车床通用性好，加工范围广，适于加工中、小型轴类、盘套类零件的内外回转面、端面等；立式车床适于加工高度小于直径的大型盘套类零件；转塔车床适用于成批加工形状复杂的盘套类零件；万能外圆磨床内圆磨床平面磨床外圆磨床适用于磨削内、外圆柱面、圆锥面及阶梯轴轴肩和端平面；内圆磨床适于单件小批生产磨削淬硬零件上的孔；平面磨床卧轴(立轴)矩台(圆台)，分周磨法和端磨法

齿轮加工方法与加工机床〔一〕齿轮加工方法按轮齿成形原理分两大类：1.成形法加工精度和生产率较低，适于单件小批生产。2.展成法加工精度和生产率较高，一把刀可加工相同模数、相同压力角的任何齿数的齿轮。〔二〕齿轮加工机床圆柱齿轮：滚齿机、插齿机等；直齿锥齿轮刨齿机、铣齿机、拉齿机；弧齿锥齿轮铣齿机。剃齿机、珩齿机、磨齿机成形法认识机床-滚齿机

〔一〕滚齿原理—模拟一对螺旋齿轮啮合过程〔二〕滚齿机运动分析主运动—滚刀旋转运动；展成(啮合)运动—齿坯与滚刀按一定速比转动；进给运动—滚刀沿齿坯轴向运动。滚齿原理1—床身2—立柱3—刀架溜板4—刀杆5—刀架体6—支架7—心轴8—后立柱9—工作台10—床鞍认识机床-插齿机

应用：加工内齿轮、多联齿轮、扇形齿轮、齿条等。1.插齿原理主运动：插齿刀上下往复运动，插斜齿轮时插刀主轴在螺旋导轨上运动；展成运动：插齿刀与齿坯按一定速比转动；让刀运动；径向进给运动；认识机床-磨齿机

多用于淬硬齿轮的齿面精加工，6～3级精度。

磨齿机分两大类：成形法磨齿和展成法磨齿展成法磨齿分：连续磨齿(砂轮为蜗杆形)分度磨齿(砂轮有碟型、大平面型、锥形，利用齿条和齿轮啮合原理)认识机床-组合机床

以系列化、标准化的通用部件为根底再配以少量的专用部件组成的专用机床。生产率及及自动化程度高，精度易保证。自动化程度高，精度易保证。缩短设计制造周期，经济效果好。能适应产品更新，快速可调、灵活装配，提高设备利用率。易于联成机床自动线。德国MAHO五轴NC加工中心铝合金整体叶轮零件认识机床-NC五轴联动加工中心1.3机械制造装备的类型1.3机械制造装备的类型1.3机械制造装备的类型1.3.1加工装备:特种加工机床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称超声波加工机床。加工时工具作超声振动，并以一定的静压力压在工件上，工件与工具间引入磨料悬浮液。在振开工具的作用下，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。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。1.3机械制造装备的类型1.3.1加工装备:特种加工机床3．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。激光是一种高强度、方向性好、单色性好的相干光。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。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。常用于加工金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的小孔加工及切割加工。1.3机械制造装备的类型1.3.1加工装备:特种加工机床4．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。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，可进行镀膜和曝光，也属于电子束加工。1.3机械制造装备的类型1.3.1加工装备:特种加工机床5．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。在电场作用下，将正离子从离子源出口孔“引出〞，在真空条件下，将其聚焦、偏转和加速，并以大能量细束状轰击被加工部位，引起工件材料的变形与别离，或使靶材离子沉积到工件外表上，或使杂质离子射人工件内。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。1.3机械制造装备的类型1.3机械制造装备的类型1.3机械制造装备的类型1.3.1加工装备:锻压机床

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。

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并同时改变其性能。分热轧和冷轧。按轧制方式又可分纵轧、横轧和斜轧。

纵轧用于轧制板材、型材、钢轨等；横轧用于轧制套圈类零件；斜轧主要用于轧制钢球。1.3机械制造装备的类型1.3.2加工装备:刀具切削加工时，从工件上切除多余材料所用的工具，称之为刀具。刀具的种类颇多，如车刀、刨刀、铣刀、钻头、丝锥、齿轮滚刀等。大局部刀具已标准化，由工具制造厂大批量生产，不需自行设计。1.3机械制造装备的类型1.3.2加工装备:模具模具是用来将材料填充在其型腔中，填充材料的不同，以获得所需形状和尺寸制件的工具。1．粉末冶金模具粉末冶金是制造机器零件的一种加工方法，将一种或多种金属或非金属粉末混合，放在粉末冶金模具内，加压成形，再烧结成制品。2．塑料模具塑料是以高分子合成树脂为主要成分，在一定条件下可塑制成一定形状且在常温下保持形状不变的材料。塑制成型制件所用的模子称之为塑料模具。1.3机械制造装备的类型1.3.2加工装备:模具

压塑模具又称压胶模，是成型热固性塑料件的模具。成型前，根据压制工艺条件将模具加热到成型温度，然后将塑料粉放人型腔内预热、闭模和加压。塑料受热和加压后逐渐软化成粘流状态，在成型压力的作用下流动而充满型腔，经保压一段时间后，塑件逐渐硬化成形，然后开模和取出塑件。

挤塑模具又称挤胶模，是成型热固性塑料或封装电器元件等用的一种模具。成形及加料前先闭模，塑料先放在单独的加料室内预热成粘流状态，再在压力的作用下使融料通过模具浇注系统，高速挤入型腔，然后硬化成型。1.3机械制造装备的类型1.3.2加工装备:模具注射模具沿分型面分为定模和动模两局部。定模安装在注塑机的定模板上，动模那么紧固在注射机的动模板上。工作时注射机推动模板与定模板紧密压紧，然而将料筒内已加热到熔融状态的塑料高压注入型腔，融料在模内冷却硬化到一定强度后，注射机将动模板与定模板沿分模面分开，开启模具，将塑件顶出模外，获得塑料制件。3．压铸模具熔融的金属在压铸机中以高压、高速射人压铸模具的型腔，尺寸精度高，外表光洁，主要用于制造有色金属件。1.3机械制造装备的类型1.3.2加工装备:模具4．冷冲模具压铸冷冲模具包括阴模和阳模两局部。在室温下借助阳模对金属板料施加外力，迫使材料按阴模型腔的形状、尺寸进行裁剪或塑性变形。进行冷冲加工所用的钢材应是含碳量较低的高塑性钢。5．锻压模具锻压模具是锻造用模具的总称。按使用锻造设备的不同可分为锤锻模、机锻模、平锻模、辊锻模等。按使用目的不同可分为终成形模、预成形模、制坯模、冲孔模、切边模等。工艺装备——模具塑料模具压铸模具冲压模具锻压模具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1.4机械制造装备设计的类型1.4机械制造装备设计的类型1.4.1创新设计

1.4机械制造装备设计的类型1.4.1创新设计

1.4机械制造装备设计的类型1.4.1创新设计

1.4机械制造装备设计的类型1.4机械制造装备设计的类型1.4.2模块化设计组合设计又称模块化设计，是按合同要求，选择适当的功能模块，直接拼装成所谓的“组合产品〞。组合产品是系列产品的进一步细化，组合产品中的模块也应按系列化设计的原理进行。组合设计通常是MRP一驱动的，可由销售部门承担，或在销售部门中成立一个专门从事组合设计的设计组承担，有关设计资料可直接交付生产方案部门，对组成产品的各个模块安排投产，并将这些模块拼装成所需的产品。1.5机械制造装备设计的方法

1.5.1机械制造装备设计的典型步骤

1.5.2系列化设计

1.5.3模块化设计

1.5.4合理化工程1.5机械制造装备设计的方法辅助材料：辅助材料\第二次课1.5-1.6\机床设计过程.doc1.5机械制造装备设计的方法1.5机械制造装备设计的方法1.5机械制造装备设计的方法1.5.1机械制造装备设计的典型步骤(二)方案设计阶段总功能是表达输入量转变成输出量的能力。总功能可逐级往下分解，分解到子功能的要求比较明确，便于求解为止。分功能和多级子功能及它们之间的关系称为功能结构。便于了解产品中哪些子功能重复出现，为制订通用零部件标准提供依据。1.5机械制造装备设计的方法1.5.1机械制造装备设计的典型步骤(二)方案设计阶段功能间结构型式：串联结构如图2—2a所示;并联结构如图2—2b所示;环形结构如图2—2c所示;图2—2e那么是有选择性地进行反响的循环结构。1.5机械制造装备设计的方法(二)方案设计阶段初步设计方案的形成(1)系统结合法：按功能结构的树状结构，根据逻辑关系把原理解结合起来。(2)数学方法结合法：采用数学方法进行初步设计方案的组合。1.5机械制造装备设计的方法1.5机械制造装备设计的方法(四)工艺设计阶段1.5机械制造装备设计的方法1.5.2系列化设计(一)系列化设计的根本概念系列化设计方法是在设计的某一类产品中，选择功能、结构和尺寸等方面较典型的产品为基型，以它为根底，设计出其它各种尺寸参数的产品，构成产品基型系列。在产品基型系列的根底上，派生出不同用途的变型产品，构成产品派生系列。编制反映基型系列和派生系列关系的产品系列型谱。系列化设计应遵循“产品系列化、零部件通用化、标准化〞原那么，结构的典型化〞即所谓的“四化〞原那么。系列化设计是产品设计合理化的一条途径，是提高产品质量、降低本钱、开发变型产品的重要途径之一。1.5机械制造装备设计的方法1.5.2系列化设计(二)系列化设计的优缺点1.5机械制造装备设计的方法1.5.2系列化设计(二)系列化设计的优缺点系列化设计的缺点：为以较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求，每个品种规格的产品都具有一定的通用性，满足一定范围的使用需求，用户只能在系列型谱内有限的一些品种规格中选择所需的产品，选到的产品，一方面其性能参数和功能特性不一定最符合用户的要求，另方面有些功能还可能冗余。1.5机械制造装备设计的方法1.5.2系列化设计(三)系列化设计的步骤1、2、3、主参数和主要性能指标确实定参数分级制定系列型谱纵系列产品横系列产品跨系列产品abc1.5机械制造装备设计的方法1.5.3模块化设计(一)模块化设计的根本概念为了开发多种不同功能结构，或相同功能结构而性能不同的产品，不必对每种产品单独进行设计，而是精心设计出一批模块，将这些模块经过不同的组合来构造具有不同功能结构和性能的多种产品。模块上具有特定的联接外表和联接方法，以保证相互组合的互换性和精确度。模块化设计是产品设计合理化的另一条途径，是提高产品质量、降低本钱、加快设计，进行组合设计重要途径。模块化系统多数是属于模块和非模块的混合系统。1.5机械制造装备设计的方法1.5.3模块化设计(二)模块化设计的优缺点1.5机械制造装备设计的方法1.5.3模块化设计划分模块的出发点是功能分析。分功能包括根本功能、辅助功能、特殊功能和附加功能等几类1.5机械制造装备设计的方法1.5.3模块化设计1.5机械制造装备设计的方法1.5.4合理化工程1.6机械制造装备设计的评价1.6机械制造装备设计的评价树状目标系统每个树叶代表一个评价标准。1.6机械制造装备设计的评价经济评价是理想生产本钱CL与实际生产本钱Cs之比,即:Ej=CL/Cs产品本钱主要包括材料本钱和开发制造成本两大局部1.6机械制造装备设计的评价经济性评价方法质量估算法 材料本钱折算法 回归分析法 相似关系估算法 1.6机械制造装备设计的评价1.6机械制造装备设计的评价1.6.2可靠性评价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平安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[例1]有1000只电子管。开始工作至500小时内有100只失效；工作至1000上时时共计有500只失效，求500小时和1000小时的可靠度。[解]N0=1000只r〔500〕=100只r〔1000〕=500只那么：R(500)=(1000－100)/1000=0.9=90%R(1000)=(1000－500)/1000=0.5=50%1.6机械制造装备设计的评价1.6.2可靠性评价(二)可靠性预测目的是为了发现薄弱环节，提供方案比较、修改、优选和进行可靠性分配的依据，并对产品的维修费用以至全寿命运行费用作出估计。可靠性预测包括单元可靠性预测和系统可靠性预测。可靠性预测有许多方法，随预测的目的、设计的时期、系统的规模、失效的类型及数据情况等的不同而用不同的方法，如统计分析法、失效模式及后果分析法(FMECA)、故障树分析法(FTA)、可靠性逻辑框图法及近似值法等。1.6机械制造装备设计的评价1.6.2可靠性评价根据单元在系统中所处的状态及其对系统的影响，系统可分为如图2—11所示-的几种类型。分析系统可靠性时，必须了解系统中每个单元的功能，各单元间在可靠性功能上的联系，以及这些单元功能、失效模式对系统功能的影响，这是建立可靠性逻辑框图的根底。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可靠性评价系统可靠性模型混联系统可靠度如何计算？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表决系统——组成系统的n个单元中，至少有r个单元正常工作，系统才能正常工作，大于(n-r)个单元失效，系统也就失效。这样的系统称之为r/n表决系统。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复杂系统可靠性分析方法分解分析方法：选择关键单元，先分解系统，再组合计算。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，假设系统只有一个单元工作，系统就算正常，那么系统的可靠度为多少？假设只有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？1.6机械制造装备设计的评价1.6机械制造装备设计的评价1.6.2可靠性分配方法等同分配按比例分配综合评分分配最优化分配辅助材料：辅助材料\第二次课1.5-1.6\机床可靠性.doc;辅助材料\第二次课1.5-1.6\故障模式及影响分析.ppt1.6机械制造装备设计的评价1.6.3人机工程评价〔一〕人因素方面〔人体静态尺寸、动态尺寸、操作力、视觉和听觉〕〔二〕机器因素方面〔信号显示装置、操作装置、平安保障、人体舒适性和使用方便性〕〔三〕环境因素方面〔作业空间、物理环境、化学环境等〕〔四〕人机系统方面〔人机功能合理分配，人机控制链的优化，人机系统可靠性和平安性，环境因素对劳动质量和生活质量的影响〕人机工程学是研究人机关系的一门学科，它把人和机作为一个系统，研究人机系统应具有什么样的条件，才能使人机实现高度协调性1.6机械制造装备设计的评价1.6.3人机工程评价如运动件作回转运动，按钮位置的排列方向应与距该组按钮最近的运动件上的圆周线速度方向相一致按钮位置按钮的排列直线应和运动件的运动方向相平行，即操纵运动件向右、向前或向上的按钮应布置在按钮板的最右、最前和最上方，如下图。1.6机械制造装备设计的评价1.6.4结构工艺性评价加工工艺性〔产品结构的合理组合、零件加工工艺性〕装配工艺性〔便于装配的产品结构、便于装配的零件接合部位结构、便于装配的零件结构〕〔一〕〔二〕〔三〕维修工艺性〔平均修复时间短、维修所需元器件或零部件互换性好、宽敞的维修工作空间等〕结构工艺性评价的目的是降低生产本钱,缩短生产时间,提高产品质量。结构工艺性应从加工、装配、维修和运输等方面来评价。1.6机械制造装备设计的评价1.6.4结构工艺性评价(一)加工工艺性1．产品结构的合理组合根据工艺要求，设计时应合理地考虑产品的结构组合，把工艺性不太好或尺寸较大的零件分解成多个工艺性较好的较小零件。产品结构的合理组合也包括设计时把多个结构简单、尺寸较小的零件合并为一个零件，以减轻重量，减少联接面数量，节省加工和装配费用，改善力学性能。有些零件上各工作面的工作条件不同，常采用不同的材料，可将多个零件的坯件用不可拆方式联接在一起，如热压配合、铆接、粘接或螺纹联接等，然后再整体地进行加工，可取得很好的效果。1.6机械制造装备设计的评价1.6.4结构工艺性评价(一)加工工艺性2．零件的加工工艺性零件的结构形状、材料、尺寸、外表质量、公差和配合等确定了其加工工艺性。加工工艺性的评价应依据制造厂现有的生产条件，没有一个绝对的标准。这些生产条件概括起来包括如下几个方面：传统的工艺习惯，本企业的加工设备和工装条件，外协加工条件，与老产品结构的通用，材料、毛坯和半成品的供给情况和质量检验的可能性等。1.6机械制造装备设计的评价1.6.4结构工艺性评价(一)加工工艺性2．零件的加工工艺性铸件类零件尽可能不用型芯，模型和型芯尽量用直线、平面。模锻件类零件应考虑拔模方便，分模面的设置要合理；冷挤压件零件考虑拔模方便，防止边缘倾斜；车削加工类零件要有必要的退刀槽、孔加工公差不要太严；钻孔加工类零件尽量用通孔，防止盲孔，斜孔要有凸台和凹面；铣削加工类零件尽量用平铣刀或组合铣刀，少用成形铣刀；尽量用盘状铣刀，防止用指状铣刀。磨削加工类零件尽量采用大直径圆周砂轮，注意留退刀槽。1.6机械制造装备设计的评价1.6.4结构工艺性评价(二)装配工艺性1．便于装配的产品结构(1)装配操作的分解产品-部件-组件-零件；平行装配，缩短工期(2)装配操