机械制造装备设计北科大第一章.ppt

欢迎使用本套欢迎使用本套CAI 机械制造装备设计机械制造装备设计多媒体课件使用说明多媒体课件使用说明多媒体课件使用说明多媒体课件使用说明2021/9/231主页第一章第一章 机械制造及装备设计方法机械制造及装备设计方法第二章第二章 金属切削机床设计金属切削机床设计第三章第三章 典型部件设计典型部件设计退出退出下一下一页第四章第四章 工业机器人设计工业机器人设计2021/9/232主页第七章第七章 机械加工生产线总体设计机械加工生产线总体设计第五章第五章 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设计退出退出下一下一页上一页上一页2021/9/233第一章 机械制造及装备设计方法第一章第一章 机械制造及装备设计方法机械制造及装备设计方法第一节第一节 概述概述第二节第二节 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返返回回主主页退出退出上一上一页下一下一页2021/9/234第一章 机械制造及装备设计方法第一章第一章 机械制造及装备设计方法机械制造及装备设计方法 第四节第四节 机械制造装备设计的类型机械制造装备设计的类型第五节第五节 机械制造装备设计的方法机械制造装备设计的方法第六节第六节 机械制造装备设计的评价机械制造装备设计的评价返返回回主主页退出退出上一上一页下一下一页2021/9/235第一章 机械制造及装备设计方法1.1 1.1 概述概述 一、机械制造装备生产模式的演变一、机械制造装备生产模式的演变二、机械制造的作用及现状二、机械制造的作用及现状三、机械制造装备的发展趋势三、机械制造装备的发展趋势上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章2021/9/236第一章 绪论1.1.1 1.1.1 机械制造生产模式的演变机械制造生产模式的演变本世纪二十年代制造业开始起家，到二次世界大战，各国为了赢得战争，不计成本大力发展军火工业，制造业取得飞速发展五十年代和平发展时期，即“传统模式（产业）传统模式（产业）”。基本上是“一个工人、一把刀、一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定；为了降低成本、提高效率，采用“少品种大批量”的做法，因此，提出要“规模效益”，其代表是美国由H.福特开创的大量生产制造模式，广泛采用“刚性刚性”生产制造模式。由于这种生产制造模式在当时非常有效，为社会提供许多价廉物美的产品，认为是制造业的最佳模式。上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章2021/9/237第一章 绪论1.1.1 1.1.1 机械制造生产模式的演变机械制造生产模式的演变七十年代后，主要通过提高质量和降低成本来实现，其基本原则是“消灭一切浪费”和“不断改善”，以最优质量和最低成本的产品提供给市场。如日本丰田在汽车工业采用该模式击败了美国，震惊了世界。八十年代，以先进制造技术，CAD、CAM、计算机辅助工艺规划（CAPP）、制造资源规划（MRP）、成组技术（GT）、并行工程（CE）、柔性制造系统（FMS）和全面质量管理（TQC）等作为工具与手段，来缩短生产周期（T），提高产品质量（Q）、降低产品成本（C）和改善服务质量（S）。先进制造技术和TQC的采用确实给企业带来不少效益，上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章2021/9/238第一章 绪论1.1.1 1.1.1 机械制造生产模式的演变机械制造生产模式的演变九十年代，美国麻省理工学院对日本的这种生产制造模式进行总结，提出了“精益生产”（Lean Production）的制造模式。敏捷制造（Agile manufacturing）；快速可重组制造。敏捷制造和柔性制造的精髓，包括了全面质量管理（TQC）、准时生产（JIT）、快速可重组制造和并行工程等现代生产和管理技术，是21世纪很有发展前景的先先进制造模式进制造模式。上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章2021/9/239第一章 机械制造及装备设计方法1.1.1 1.1.1 机械制造生产模式的演变机械制造生产模式的演变上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章刚性生产模式一个工人，一把刀，一台机床 柔性生产模式数控机床、机器人计算机技术、电子技术、先进制造技术、优化生产技术、虚拟制造、快速成型制造技术、数字化设计与制造2021/9/2310第一章 绪论1.1.1 1.1.1 机械制造生产模式的演变机械制造生产模式的演变先进生产制造模式的主要特征先进生产制造模式的主要特征：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；技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作；实现资源快速有效的集成是其中心任务，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。上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章2021/9/2311第一章 绪论1.1.2 1.1.2 机械制造系统的作用和现状机械制造系统的作用和现状制造业制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力，国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争。机械制造业机械制造业是制造业的核心，是制造机械产品如农业机械、动力机械、运输机械，矿山机械等机械产品的工业部门，也是为国民经济各部门提供装备的部门。机械制造业的生产能力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。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中体现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章2021/9/2312第一章 绪论1.1.2 1.1.2 机械制造系统的作用和现状机械制造系统的作用和现状 东北地区东北地区东北地区东北地区是我国数控车床、加工中心、重型机床和锻压设备、量刃具的主要开发生产区。沈阳机床、大连机床、齐重数控、哈量4 家企业的金切机床产值约占全国金切机床产值的31.7%，对全国金切机床行业发展影响巨大。东部地区东部地区东部地区东部地区数控磨床产量占全国3/4，长江三角洲地区，成为磨床（数控磨床）、电加工机床、板材加工设备、工具和机床功能部件（滚珠丝杠和直线导轨副）的主要生产基地。上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章中国机床行业六大发展区的特色中国机床行业六大发展区的特色 西部地区西部地区西部地区西部地区：重点发展齿轮加工机床，西南地区西南地区，重点发展齿轮加工机床、小型机床、专用生产线以及工具。西北地西北地区区，主要发展齿轮磨床、数控车床和加工中心、工具和功能部件。2021/9/2313第一章 绪论1.1.2 1.1.2 机械制造系统的作用和现状机械制造系统的作用和现状 中部地区中部地区：重型机床产值占全国17%主要发展重型机床和数控系统。武汉武汉重型机床集团有限公司生产的重型机床数量占全国重型机床数量11、产值占全国重型机床产值17。数控系统代表企业是武汉华中数控股份有限公司。环渤海地区环渤海地区：主要发展加工中心和液压压力机，环渤海地区，包括北京、天津北京、天津等。北京主要发展加工中心、数控精密专用磨床、重型数控龙门铣床和数控系统。天津主要发展锥齿轮加工机床和各种液压压力机。珠江三角洲地区珠江三角洲地区：数控系统等的生产基地，形成数控车床和数控系统、功能部件生产基地。上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章2021/9/2314第一章 绪论1.1.2 1.1.2 机械制造系统的作用和现状机械制造系统的作用和现状“十一五”期间，国家发改委将全面加强创新能力基础设施建设。将投资60多亿元，启动建设散裂中子源、强磁场试验装置、海洋科学综合考察船等12项重大科技基础设施；投资近50亿元实施中科院知识创新三期工程，规划建设和完善50个国家工程研究中心、100 个国家工程实验室，支持建设300个国家认定企业技术中心，构建自主创新的基础支撑平台。上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章在“十一五”规划纲要中，国家将振兴装备制造业作为推进工业结构优化升级的主要内容，数控机床是振兴装备制造业重点之一2021/9/2315第一章 绪论1.1.2 1.1.2 机械制造系统的作用和现状机械制造系统的作用和现状2007年初，中央领导人视察了沈阳机床集团数控产业园区。当听到现场的许多数控机床都是为美国、德国、法国等工业发达国家用户制造的情况后，非常赞许，并语重心长地寄语中国制造业：“我们不能仅仅满足于制造，而是要进一步发展为智造，即用知识、用头脑去创新、去创造，这样才能缩短差距，实现赶超，从从制造大国制造大国 转变为转变为智造大国智造大国。”上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章2021/9/2316第一章 机械制造及装备设计方法1.1.3 1.1.3 机械制造装备的发展趋势机械制造装备的发展趋势 1、向高效、高速、高精度方向发展 2、多功能复合化、柔性自动化的产品成为发展的主流3、实施绿色制造与可持续发展战略上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章 4、智能制造技术和智能化装备有了新的发展 2021/9/2317第一章 机械制造及装备设计方法1.2 1.2 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 1、一般的功能要求、一般的功能要求（1）加工精度方面的要求（2）强度、刚度和抗振性方面的要求（3）加工稳定性方面的要求（4）耐用性方面的要求（5）技术经济方面的要求 2、柔性化、柔性化 3、精密化、精密化 4、自动化、自动化 5、机电一体化、机电一体化 6、节材、节材 7、符合工业工程要求、符合工业工程要求 8、符合绿色工程要求、符合绿色工程要求返返回回主主页退出退出上一上一页下一下一页返回本章返回本章2021/9/2318机械制造装备设计1 1。3 3 机械制造装的分类机械制造装的分类第一章 机械制造及装备设计方法1.3 1.3 机械制造装备的分类机械制造装备的分类 1、加工装备、加工装备机械制造装备包括机械制造装备包括加工装备、工艺装备、仓储运输装备和辅助装备四大类。2 2、工艺装备、工艺装备3、仓储运输装备、仓储运输装备主要指机床。机床是制造机器的机器，也称工作母机。各种刀具、模具、夹具、量具等总称为工艺装备。它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。仓储运输装备包括各级仓储、物料运输、机床上下料、机器人等。退出退出上一上一页进入下一章入下一章返返回回主主页返回本章返回本章4、辅助装备、辅助装备2021/9/2319第一章 机械制造装备设计方法1.4 1.4 机械制造装备设计的类型机械制造装备设计的类型 1、创新设计、创新设计2、变形设计、变形设计3、组合设计、组合设计上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页返回本章返回本章2021/9/2320第一章 机械制造装备设计方法1.5 1.5 机械制造装备设计的方法机械制造装备设计的方法 一、机械制造装备设计的典型步骤一、机械制造装备设计的典型步骤二、系列化设计二、系列化设计三、模块化设计三、模块化设计上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页四、合理化工程四、合理化工程返回本章返回本章2021/9/2321第一章 机械制造装备设计方法产品规划阶段产品规划阶段需求分析需求分析调查研究调查研究预测预测可行性分析可行性分析编制设计任务书编制设计任务书方案设计阶段方案设计阶段对设计任务的抽象对设计任务的抽象建立功能结构建立功能结构 图图1寻求原理解与解决方法寻求原理解与解决方法 图3初步设计方案的形成初步设计方案的形成初步设计方案的评价与筛选初步设计方案的评价与筛选退出退出下一下一页返回本返回本节 1.5.1 机械制造装备设计的典型步骤机械制造装备设计的典型步骤返回主返回主页1、2、2021/9/2322第一章 机械制造装备设计方法技术设计阶段技术设计阶段确定结构原理方案确定结构原理方案总体设计总体设计结构设计结构设计施工设计阶段施工设计阶段零件图设计零件图设计完善装备图完善装备图商品化设计商品化设计编制技术文档编制技术文档退出退出返回本返回本节 1.5.1 机械制造装备设计的典型步骤机械制造装备设计的典型步骤返回主返回主页3、4、下一下一页2021/9/2323第一章 机械制造装备设计方法系列化设计的基本概念系列化设计的基本概念退出退出返回本返回本节1.5.2 系列化设计系列化设计返回主返回主页1、2、系列化设计的优缺点系列化设计的优缺点3、系列化设计的步骤系列化设计的步骤（1）（2）（3）主参数和主要性能指标的确定主参数和主要性能指标的确定参数分级参数分级制定系列型谱制定系列型谱纵系列产品纵系列产品横系列产品横系列产品跨系列产品跨系列产品下一下一页2021/9/2324第一章 机械制造装备设计方法模块化设计的基本概念模块化设计的基本概念退出退出返回本返回本节1.5.3 模块化设计模块化设计返回主返回主页1、2、模块化设计的优缺点模块化设计的优缺点3、模块化设计的步骤模块化设计的步骤（1）（2）（3）明确任务建立功能结构 图图4 4、图图6 6合理确定产品的系列型谱和参数下一下一页模块模块是具有一定功能的零件、组件或部件。模块上具有特定的联接表面和联接方法，以保证相互组合的互换性和精确度。模块化设计是模块化设计是提高产品质量、降低成本、加快设计进度、进行组合设计的重要途径。（1）（2）2021/9/2325第一章 机械制造装备设计方法退出退出返回本返回本节1.5.4 合理化工程合理化工程返回主返回主页进入下一入下一节合理化工程是一种管理哲理。合理化工程是一种管理哲理。合理化工程的主要目的是合理化工程的主要目的是采用先进的信息处理技术，进行产品结构的重组、产品设计开发过程的重组和设计/管理系统信息集成，尽可能减少产品零部件的类别数，从而缩短产品的开发周期，提高产品设计质量。2021/9/2326第一章 机械制造装备设计方法1.6 1.6 机械制造装备设计的评价机械制造装备设计的评价 一、技术经济评价一、技术经济评价二、可靠性评价二、可靠性评价三、人机工程学评价三、人机工程学评价上一上一页下一下一页退出退出返返回回主主页四、结构工艺性评价四、结构工艺性评价五、产品造型评价五、产品造型评价六、标准化评价六、标准化评价返回本章返回本章2021/9/2327第一章 机械制造装备设计方法建立目标系统和确定评价标准建立目标系统和确定评价标准退出退出返回本返回本节1.6.1 技术经济评价技术经济评价返回主返回主页1、2、确定重要性系数确定重要性系数 图图7 74、确定各设计方案的评价分数确定各设计方案的评价分数总权重值总权重值ZQj技术评价技术评价Tj经济评价经济评价Ej:经济评价是经济评价是理想生产成本CL与实际生产成本Cs之比,即:Ej=CL/Cs技术经济评价的步骤技术经济评价的步骤3、5、7、6、通常理想成本CL应低于市场同类产品最低价格的70%。经济评价Ej越大，代表经济效果越好，Ej=1Ej=1的方案经济上最理想。如经济评价值小于小于0.70.7，说明方案的实际生产成本大于市场同类产品的最低价，一般不予考虑。技术经济评价技术经济评价TEj:TEj:当Tj和Ej的值相差不太悬殊时不太悬殊时，可用均值法计算Ej值：TEj=（Tj+Ej）/2当Tj和Ej的值相差很悬殊时很悬殊时，建议用双曲线法计算Ej值：TEj=Tj+Ej下一下一页2021/9/2328第一章 机械制造装备设计方法可靠性特征量可靠性特征量退出退出返回本返回本节1.6.2 可靠性评价可靠性评价返回主返回主页1、2、可靠性预测可靠性预测下一下一页产品可靠性指品可靠性指标可靠性可靠性维修性修性有效性有效性耐久性耐久性安全性安全性可可靠靠度度可可靠靠寿寿命命累累积失失效效概概率率失失效效率率平平均均寿寿命命平平均均修修复复时间修修复复率率维修修度度极极限限有有效效度度平平均均有有效效度度瞬瞬时有有效效度度可靠性指标的分配可靠性指标的分配3、2021/9/2329第一章 机械制造装备设计方法1、人因素方面、人因素方面2、机器因素方面、机器因素方面3、环境因素方面、环境因素方面4、人机系统方面、人机系统方面退出退出返回本返回本节1.6.3 人机工程学评价人机工程学评价返回主返回主页下一下一页2021/9/2330第一章 机械制造装备设计方法加工工艺性加工工艺性装配工艺性装配工艺性退出退出返回本返回本节1.6.4 结构工艺性评价结构工艺性评价返回主返回主页1、2、下一下一页3、维修工艺性维修工艺性结构工艺性评价的目的是结构工艺性评价的目的是降低生产成本、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。2021/9/2331第一章 机械制造装备设计方法产品造型设计产品造型设计产品色彩产品色彩退出退出返回本返回本节1.6.5 产品造型评价产品造型评价返回主返回主页1、2、下一下一页机械产品的造型的总原则是机械产品的造型的总原则是经济实用、美观大方。“经济”指的是造型成本低，并有助于提高产品的可靠性、寿命和人机界面。“实用”指的是实用操作方便、舒适、符合人体的生理和心理特征。尺度与比例尺度与比例对称与均衡对称与均衡安定与轻巧安定与轻巧对比与调和对比与调和过度与呼应过度与呼应节奏与韵律节奏与韵律重点与一般重点与一般色调选择色调选择配色方法配色方法2021/9/2332第一章 机械制造装备设计方法标准化及其目的标准化及其目的标准分类标准分类退出退出返回本返回本节1.6.6 标准化评价标准化评价返回主返回主页1、2、进入下一章入下一章3、企业标准体系结构企业标准体系结构 图图2222产品设计的标准化产品设计的标准化4、技术标准技术标准工作标准工作标准 图图21 21 管理标准管理标准企业标准的审查企业标准的审查设计文件的标准化审查设计文件的标准化审查工艺文件的标准化审查工艺文件的标准化审查工装设计文件的标准化审查工装设计文件的标准化审查2021/9/2333