机电产品的设计造制过程.ppt

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1、机械工程导论机器的设计制造过程赫东锋2012年4月参考书参考书汽油发动机方面的参考书汽油发动机方面的参考书:林家让林家让.汽车构造发动机篇汽车构造发动机篇.北京：电子工业出版社，北京：电子工业出版社，2004 发动机拆解与检测：发动机拆解与检测：机电产品设计过程：机电产品设计过程：黄靖远黄靖远.机械设计学（第机械设计学（第3版）版）.机械工业出版社，机械工业出版社，2006赵松年赵松年.机电一体化系统设计机电一体化系统设计.机械工业出版社，机械工业出版社，2004机电产品制造过程：机电产品制造过程：宗培言宗培言.机械工程概论机械工程概论.机械工业出版社，机械工业出版社，2002机电产品的生命周

2、期机电产品的生命周期设计设计制造制造包装运输包装运输销售销售使用使用维护维护报废回收报废回收生产准备生产准备设计文档设计文档原材料原材料 工艺文件工艺文件产品产品在用产品在用产品待售商品待售商品在用产品在用产品回收原料回收原料设计要求设计要求生产计划生产计划生产指令生产指令包装运输包装运输要求要求销售要求销售要求经营经营管理管理维护要求维护要求回收要求回收要求机电产品开发与设计的基本概念机电产品开发与设计的基本概念w设计与开发的基本概念。设计与开发的基本概念。n设计（设计（design):to make a drawing or plan so that someone can make or

3、 build something by it.n开发：指在进行生产前，将研究成果应用于某项计划或设计，以开发：指在进行生产前，将研究成果应用于某项计划或设计，以生产出新的或具有实质性改进的材料、装置、产品。生产出新的或具有实质性改进的材料、装置、产品。w设计与开发的特点设计与开发的特点n设计是对工程技术系统进行构思（计划）的过程。设计是生产的设计是对工程技术系统进行构思（计划）的过程。设计是生产的第一步，它为制造提供依据。第一步，它为制造提供依据。n设计以需求作为出发点，以发明新产品为目标，以设计图纸等设设计以需求作为出发点，以发明新产品为目标，以设计图纸等设计文档为表达的载体。计文档为表达的

4、载体。w教学案例教学案例:n家用清洁机器人家用清洁机器人n完成人完成人:02级：张艳利、吕晓杰、刘进、郑秀琦；级：张艳利、吕晓杰、刘进、郑秀琦；05级：莫静、级：莫静、闫键闫键机电产品开发与设计的基本概念机电产品开发与设计的基本概念德国凯驰德国凯驰RC3000科沃斯地宝科沃斯地宝730机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程w产品规划阶段（认识需求、可行性论证、产品规划阶段（认识需求、可行性论证、形成任务书）形成任务书）w功能原理方案设计阶段（分析功能、设功能原理方案设计阶段（分析功能、设计机器的工作原理，形成原理方案）计机器的工作原理，形成原理方案）w技术设计阶段（详细设计机

5、器的各组成技术设计阶段（详细设计机器的各组成部分及零件，形成装配图和零件图）部分及零件，形成装配图和零件图）w样机试制与测试样机试制与测试w批量化设计（商品化设计）阶段批量化设计（商品化设计）阶段机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程w产品规划阶段（明确设计任务阶段）产品规划阶段（明确设计任务阶段）n需求识别（创意的产生）需求识别（创意的产生）w提出问题比解决问题更重要更困难提出问题比解决问题更重要更困难w需求识别的方法：需求识别的方法：n从生活中的从生活中的“不方便不方便”之处发现需求；之处发现需求；n从生产发展的角度寻找需求；从生产发展的角度寻找需求；n根据现有技术的弱点

6、去寻找需求；根据现有技术的弱点去寻找需求；n从新技术应用的角度去发现需求；从新技术应用的角度去发现需求；n从意外中发现需求；从意外中发现需求；w需求明确与范围界定。需求明确与范围界定。机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程w产品规划阶段（明确设计任务阶段）产品规划阶段（明确设计任务阶段）n可行性研究可行性研究(调查研究调查研究)w技术调研：技术调研：n现有产品技术水平、优缺点、使用情况等；现有产品技术水平、优缺点、使用情况等；n专利情报；专利情报；n有关技术标准与法规；有关技术标准与法规；n适用的科技成果、新材料、新工艺、新技术等。适用的科技成果、新材料、新工艺、新技术等。w

7、市场调研：市场调研：n用户需求进一步调查：可能销售对象与销量；有关功能与性用户需求进一步调查：可能销售对象与销量；有关功能与性能、费用、外观、颜色、风格等方面的要求。能、费用、外观、颜色、风格等方面的要求。n同行情况与行业技术经济情报：竞争产品的种类、优缺点和同行情况与行业技术经济情报：竞争产品的种类、优缺点和市场占有情况；竞争企业的生产经营实力和状况等。市场占有情况；竞争企业的生产经营实力和状况等。n原料供应情况：原料品种、价格和供应情况。原料供应情况：原料品种、价格和供应情况。机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程w产品规划阶段（明确设计任务阶段）产品规划阶段（明确设计任

8、务阶段）n可行性论证（调查研究）可行性论证（调查研究）w社会调查：社会调查：n社会环境（产业政策、社会风俗、消费水平与购买能力等）；社会环境（产业政策、社会风俗、消费水平与购买能力等）；n企业内部信息（企业实力、发展动向等）。企业内部信息（企业实力、发展动向等）。n产品规划阶段的成果：产品规划阶段的成果：w可行性报告可行性报告必要性、可行性必要性、可行性w设计任务书：设计任务书：n功能与性能参数功能与性能参数n制造、运输、使用、人机与美学要求或约束；制造、运输、使用、人机与美学要求或约束；n费用与时间要求等。费用与时间要求等。机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程w原理方案设

9、计阶段原理方案设计阶段系统化设计方法系统化设计方法n分析抽象总功能；分析抽象总功能；n功能分解；功能分解；n分功能的求解：分功能的求解：n由分功能综合整体解；由分功能综合整体解；n方案评价与决策（必要时进行原理试验）；方案评价与决策（必要时进行原理试验）；n原理方案结果原理方案结果功能分解图、决策表、原理示意功能分解图、决策表、原理示意图等。图等。机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程w原理方案设计阶段原理方案设计阶段家用清扫机器人原理方案机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程w技术设计阶段（确定机器及零部件的结构）技术设计阶段（确定机器及零部件的结构）n总

10、体设计：总体设计：w确定总体参数确定总体参数n功率参数（运动参数、力参数、原动机功率）功率参数（运动参数、力参数、原动机功率）n总体结构参数（主要结构参数、工作装置尺寸参数）总体结构参数（主要结构参数、工作装置尺寸参数）n质量参数（整机质量、各部件质量、重点等）质量参数（整机质量、各部件质量、重点等）n确定总体参数的方法：理论计算、经验公式、类比、实验研确定总体参数的方法：理论计算、经验公式、类比、实验研究。究。w传动系统设计传动系统设计w总体布局设计总体布局设计各部件的总体布置。各部件的总体布置。w运动配合关系设计（工作循环图）运动配合关系设计（工作循环图）w人人-机机-环境的合理关系。环境

11、的合理关系。w控制系统硬件与软件的总体设计控制系统硬件与软件的总体设计.机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程w技术设计阶段（确定机器及零部件的结构）技术设计阶段（确定机器及零部件的结构）n总体设计：总体设计：主控制系统左电机驱动器左步进电机右步进电机左侧碰撞传感器右侧碰撞传感器左侧测距传感器前方测距传感器右侧测距传感器右电机驱动器电器控制清扫系统吸尘系统编码器接口编码器接口接口电路键盘/显示器接口键盘显示器遥控器接口遥控器左编码器右编码器清扫机器人的总体布局清扫机器人的总体布局清扫机器人的硬件系统总体设计清扫机器人的硬件系统总体设计机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与

12、设计的基本过程w技术设计阶段（确定机器及零部件的结构）技术设计阶段（确定机器及零部件的结构）n总体设计：总体设计：清扫机器人的软件系统总体设计清扫机器人的软件系统总体设计清扫机器人软件系统清 扫 路径 规 划模块避 障 模块自 动 充电模块用 户 界面 处 理模块地图构建清扫方式选择清扫路径计算静止障碍物检测台阶检测避障路径规划避障控制机器人定位充电路径规划充电对接键盘输入处理遥控器处理显示处理声音处理传感器信号处理模块运动控制模块机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程w技术设计阶段（确定机器及零部件的结构）技术设计阶段（确定机器及零部件的结构）n总体设计：总体设计：清扫机器

13、人的用户界面设计举例清扫机器人的用户界面设计举例机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程w技术设计阶段（确定机器及零部件的结构）技术设计阶段（确定机器及零部件的结构）n详细设计详细设计:w硬件电路的详细设计硬件电路的详细设计w软件的详细设计软件的详细设计w机械结构设计：包括构形（确定形状、尺寸和公差）、选机械结构设计：包括构形（确定形状、尺寸和公差）、选择材料。择材料。产生装配草图产生装配草图n结构的设计顺序：先主要功能后次要功能；按传动链逆向设结构的设计顺序：先主要功能后次要功能；按传动链逆向设计。计。n结构设计的原则：功能（运动实现、功能面）；性能（强度、结构设计的原则：功

14、能（运动实现、功能面）；性能（强度、刚度、精度、寿命与可靠性）；工艺性要求；使用与劳动保刚度、精度、寿命与可靠性）；工艺性要求；使用与劳动保护；经济性要求（制造及使用成本）。护；经济性要求（制造及使用成本）。n结构设计的方法：理论设计、经验类比设计、模型实验设计结构设计的方法：理论设计、经验类比设计、模型实验设计法（新型、重型、重要设备）。法（新型、重型、重要设备）。机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程n施工设计阶段施工设计阶段形成可实施的图纸和技术文件，形成可实施的图纸和技术文件，布线图、程序等。布线图、程序等。w拆画零件图，绘制正式装配图，形成符合规范要求的生产拆画零件

15、图，绘制正式装配图，形成符合规范要求的生产图纸（装配图、零件图、效果图等）图纸（装配图、零件图、效果图等）w图纸审核：图纸核对；工艺性审查；标准审核；润滑审核图纸审核：图纸核对；工艺性审查；标准审核；润滑审核等。等。w编写技术文件（如设计说明书、使用说明书等）。编写技术文件（如设计说明书、使用说明书等）。w硬件电路的施工设计硬件电路的施工设计设计绘制布线图和接线图设计绘制布线图和接线图w软件施工设计软件施工设计编写调试程序。编写调试程序。n样机试制与测试、改进阶段样机试制与测试、改进阶段w样机实验的主要内容：功能原理实验、性能实验、工业性样机实验的主要内容：功能原理实验、性能实验、工业性能实验

16、（寿命或耐久性实验、环境可靠性实验）。能实验（寿命或耐久性实验、环境可靠性实验）。机电产品开发与设计的基本过程机电产品开发与设计的基本过程n批量化设计与生产阶段批量化设计与生产阶段w商品化设计商品化设计提高产品的市场竞争力。提高产品的市场竞争力。n艺术造型设计艺术造型设计使产品更美观。使产品更美观。n价值优化价值优化使产品物美价廉，提高竞争力。使产品物美价廉，提高竞争力。n适应设计与系列化适应设计与系列化争取更多客户。争取更多客户。n标准化和模块化标准化和模块化加快设计周期，适应快速变化的市场。加快设计周期，适应快速变化的市场。n绿色设计绿色设计适应环境保护的要求。适应环境保护的要求。w试生产

17、阶段：试生产阶段：n小批量试生产与产品改进；小批量试生产与产品改进；n正式批量生产。正式批量生产。机电产品的制造过程机电产品的制造过程w基本制造过程：基本制造过程：n生产准备生产准备零件制造零件制造产品装配产品装配w生产准备阶段：生产准备阶段：n编制生产计划（品种、产量、进度）编制生产计划（品种、产量、进度）n设计工艺设计设计工艺设计n工艺装备设计制造、数控程序编制、材料消耗定额、工艺装备设计制造、数控程序编制、材料消耗定额、工时定额、质量标准等。工时定额、质量标准等。n备料与采购备料与采购w零件制造：材料、毛胚成形、零件加工零件制造：材料、毛胚成形、零件加工机电产品的制造过程机电产品的制造过

18、程w机械零件加工举例机械零件加工举例连杆的加工连杆的加工工艺。工艺。材料：材料：45或或40或或40Cr。毛胚成形：模锻毛胚成形：模锻各主要加工表面工序安排：各主要加工表面工序安排：两端面：粗铣、粗磨、半精磨、精磨两端面：粗铣、粗磨、半精磨、精磨小头孔、大头孔外圆：车大头孔外圆、车小头孔、大头孔外圆：车大头孔外圆、车小头孔外圆小头孔外圆小头孔：钻孔、扩孔、拉孔、精镗、钻小小头孔：钻孔、扩孔、拉孔、精镗、钻小头油孔、压入衬套、再次精镗头油孔、压入衬套、再次精镗大头孔：粗镗、半精镗、铣开、装配连杆大头孔：粗镗、半精镗、铣开、装配连杆体与连杆盖、精镗体与连杆盖、精镗螺栓孔：钻孔、扩孔、铰孔螺栓孔：钻

19、孔、扩孔、铰孔机电产品的制造过程机电产品的制造过程w机械零件加工举例机械零件加工举例连杆的加工工艺。连杆的加工工艺。工艺路线（工艺路线（33道工序）：道工序）：锻造锻造铣两端面铣两端面粗磨两端面粗磨两端面钻、扩小头孔钻、扩小头孔锪小头孔倒角锪小头孔倒角拉小头孔拉小头孔粗镗大头孔粗镗大头孔车大头外圆车大头外圆打成套编号打成套编号粗铣螺栓孔平面粗铣螺栓孔平面精铣螺栓孔平面精铣螺栓孔平面钻、扩、铰两螺栓孔钻、扩、铰两螺栓孔中间检验中间检验半精磨两端面半精磨两端面半精镗大头孔半精镗大头孔精镗小头孔精镗小头孔中间检验中间检验钻小头油孔钻小头油孔去小去小孔毛刺孔毛刺压入衬套压入衬套铣开铣开去毛刺去毛刺锪螺

20、锪螺栓孔倒角栓孔倒角钻连杆盖定位销孔钻连杆盖定位销孔钻连杆体定位钻连杆体定位销孔销孔装配连杆盖与连杆体装配连杆盖与连杆体精磨两平面精磨两平面精镗衬套孔和大头孔精镗衬套孔和大头孔中间检验中间检验车小头两端车小头两端面及孔口倒角面及孔口倒角去全部毛刺去全部毛刺清洗清洗最后检最后检验验机电产品的制造过程机电产品的制造过程w材料及其处理材料及其处理n常用的材料常用的材料w金属材料（铸铁、碳素钢、合金钢、有色金属）。金属材料（铸铁、碳素钢、合金钢、有色金属）。w无机材料（陶瓷、玻璃、水泥等）无机材料（陶瓷、玻璃、水泥等）w高分子材料（工程塑料、合成橡胶）高分子材料（工程塑料、合成橡胶）w复合材料复合材料

21、w功能材料（超导材料、半导体材料、电致（磁致）伸缩材料、形状记忆功能材料（超导材料、半导体材料、电致（磁致）伸缩材料、形状记忆合金、双金属材料、超硬材料等）合金、双金属材料、超硬材料等）n使用性能、工艺性能选用材料使用性能、工艺性能选用材料n进一步的发展方向：根据性能要求改变组成成分和组织结构以设计进一步的发展方向：根据性能要求改变组成成分和组织结构以设计材料。材料。n材料处理（材料改性）：材料处理（材料改性）：w常规热处理：退火、正火、淬火、回火常规热处理：退火、正火、淬火、回火w表面处理：表面淬火、表面化学热处理（渗碳、渗氮、渗金属（如渗铬）表面处理：表面淬火、表面化学热处理（渗碳、渗氮、

22、渗金属（如渗铬）等、表面沉积技术（沉积金属膜、非金属膜等）。等、表面沉积技术（沉积金属膜、非金属膜等）。机电产品的制造过程机电产品的制造过程w毛胚的成形方法：毛胚的成形方法：n液态成形：将液态金属（或非金属）浇注到液态成形：将液态金属（或非金属）浇注到与工件形状、尺寸相适宜的空腔内，待其冷与工件形状、尺寸相适宜的空腔内，待其冷却凝固，以获得毛胚或零件的工艺。却凝固，以获得毛胚或零件的工艺。机电产品的制造过程机电产品的制造过程w毛胚的成形方法：毛胚的成形方法：机电产品的制造过程机电产品的制造过程w毛胚的成形方法：毛胚的成形方法：n塑性成形：利用汽锤或压力机使金属产生塑塑性成形：利用汽锤或压力机使

23、金属产生塑性变形的成形方法，包括锻造、冲压以及轧性变形的成形方法，包括锻造、冲压以及轧制、拉拔等型材加工方法。制、拉拔等型材加工方法。自由锻自由锻冲压冲压裤扣的冲压成型机电产品的制造过程机电产品的制造过程w毛胚的成形方法：毛胚的成形方法：n焊接：通过使工件接头融化（融化焊）或通焊接：通过使工件接头融化（融化焊）或通过使母材融化填充工件接头（钎焊）而使材过使母材融化填充工件接头（钎焊）而使材料永久连接在一起成形方法。料永久连接在一起成形方法。机电产品的制造过程机电产品的制造过程w毛胚成形的发展趋势：毛胚成形的发展趋势：n探寻新的成形原理，如激光焊接、探寻新的成形原理，如激光焊接、快速堆积成形快速

24、堆积成形n精密成形技术，如压力铸造、锻精密成形技术，如压力铸造、锻造粉末、电子束焊接造粉末、电子束焊接n毛坯成形的自动化，铸造自动生毛坯成形的自动化，铸造自动生产线、焊接机器人等。产线、焊接机器人等。n成形过程的计算机模拟。成形过程的计算机模拟。n清洁节能技术。真空炉、温控加清洁节能技术。真空炉、温控加热炉等。热炉等。机电产品的制造过程机电产品的制造过程w零件的加工方法：零件的加工方法：n切削加工：利用刀具从工件表面切除多余金切削加工：利用刀具从工件表面切除多余金属，使工件获得所要求的形状和尺寸精度和属，使工件获得所要求的形状和尺寸精度和表面质量的方法。表面质量的方法。n刨削：刨削：机电产品的

25、制造过程机电产品的制造过程w零件的加工方法：零件的加工方法：n拉削：拉削：机电产品的制造过程机电产品的制造过程w零件的加工方法：零件的加工方法：n车削：车削：机电产品的制造过程机电产品的制造过程w零件的加工方法：零件的加工方法：n铣削：铣削：机电产品的制造过程机电产品的制造过程w零件的加工方法：零件的加工方法：n铣削：铣削：铣削时工件的安装铣削时工件的安装键槽用夹具键槽用夹具机电产品的制造过程机电产品的制造过程w零件的加工方法：零件的加工方法：n磨削：磨削：机电产品的制造过程机电产品的制造过程w零件的加工方法：零件的加工方法：n孔的加工孔的加工钻与镗钻与镗机电产品的制造过程机电产品的制造过程w

26、零件的加工方法：零件的加工方法：n钳工钳工錾削錾削锯切锯切挫削挫削套丝套丝机电产品的制造过程机电产品的制造过程w零件的加工方法：零件的加工方法：n特种加工：采用电、化学、光声等能量进行特种加工：采用电、化学、光声等能量进行加工的方法。加工的方法。电火花电火花激光加工激光加工超声加工超声加工机电产品的制造过程机电产品的制造过程w零件的加工方法：零件的加工方法：n特种加工：采用电、化学、光声等能量进行特种加工：采用电、化学、光声等能量进行加工的方法。加工的方法。机电产品的制造过程机电产品的制造过程w零件加工的最新进展零件加工的最新进展n加工精度不断提高加工精度不断提高由微米级向纳米级过渡。由微米级

27、向纳米级过渡。n高速切削。高速切削。n制造装备的发展制造装备的发展w新型加工机床新型加工机床并联机床并联机床w工艺复合化工艺复合化w数控化、智能化、数控化、智能化、CAD/CAM技术、柔性制造技术、柔性制造w加工的在线检测。加工的在线检测。w柔性工艺装备。柔性工艺装备。机电产品的制造过程机电产品的制造过程CAD建模建模汽车汽车外形外形CAD建模建模汽车汽车后桥后桥CAE塑料塑料外壳的外壳的制造时制造时的温度的温度分布分分布分析析CAM数控数控加工仿加工仿真真机电产品的制造过程机电产品的制造过程w产品装配过程：产品装配过程：n装配准备：熟悉装配图和技术要求；确定装配方法装配准备：熟悉装配图和技术

28、要求；确定装配方法和顺序，准备工具；清洗零件（去油污等）。和顺序，准备工具；清洗零件（去油污等）。n产品装配：组件装配、部件装配、总装配产品装配：组件装配、部件装配、总装配n调整及精度检验：调整及精度检验：w调节零件或机构间结合的松紧程度、配合间隙和相互位置调节零件或机构间结合的松紧程度、配合间隙和相互位置精度。方法：互换法、选配法、修配法、调整法精度。方法：互换法、选配法、修配法、调整法w精度检验：包括静态几何精度的检验和工作精度的检验。精度检验：包括静态几何精度的检验和工作精度的检验。n试车与性能检验。试车与性能检验。n涂防锈油、装箱。涂防锈油、装箱。机电产品的制造过程机电产品的制造过程w产品装配过程举例产品装配过程举例减速器的装配、汽油发减速器的装配、汽油发动机的装配动机的装配w装配技术的发展方向装配技术的发展方向:自动化装配自动化装配装配机器人影片机电产品的制造过程机电产品的制造过程机电产品的制造过程机电产品的制造过程w作业作业n选择有关机械设计与制造的特定新技术进行选择有关机械设计与制造的特定新技术进行文献检索与研读，然后用不超过文献检索与研读，然后用不超过500字对该字对该技术进行综述并说明你对该技术的认识。技术进行综述并说明你对该技术的认识。