【重庆大学机械装备制造】第二章（重点）

机械制造装备设计 林利红副教授重庆大学 第二章机械制造装备设计方法 第一节机械制造装备设计的类型机械制造装备设计分为创新设计 变型设计和组合设计等三大类型 一 创新设计 重点 1 必要性企业要生存 就要不断推出具有竞争力的创新产品 2 定义 创新设计是依据市场需求发展的预测 进行产品结构的调整 用新的技术手段和技术原理 改造传统产品 开发新一代的具有高技术附加值的新产品 提高产品的竞争能力 进一步占领和扩大国内外市场 3 分为四个阶段 1 产品规划阶段 2 方案设计阶段 3 技术设计阶段 4 施工设计阶段4 缺点 需要较长的开发周期和投入较大的开发工作量 二 变型设计 快速满足市场要求的变化 重点 1 概念 在原有产品基础上 基本工作原理和总体结构保持不变 按一定的规律演变出各种不同的规格参数 布局和附件的产品 扩大原有产品的性能和功能 2 特点 变型设计的原有产品 是采用创新设计方法完成的 320普通车床创新 320数控机床变型设计 320精密车床 3 类型 都是在原有产品的基础上 基本工作原理和总体结构保持不变 按照一定的规律演变出各种不同的规格参数 布局和附件的产品 扩大原有产品的性能和功能 形成一个产品系列 1 适应型设计 通过改变或更换部分部件或结构 2 变参数型设计 通过改变部分尺寸与性能参数 例适应型设计 普通型摇臂钻床车式摇臂钻床 铁道用 万向摇臂钻床 大型零件用 变参数型设计 400车床 300车床 630车床 结论 构成产品系列 创新设计 基型产品变型设计 变形产品 三 组合设计 重点 1 定义 又称为模块化设计 按合同要求 选择适当的功能模块 直接拼装成组合产品 2 要求 组合产品的设计应先在一定范围内不同性能 不同规格的产品进行功能分析的基础上 划分并设计出一系列模块 通过模块的组合 构成不同类型或相同类型不同性能的产品 以满足市场的要求 3 原理 按系列化设计的原理进行 结论 在机械制造装备产品有一大半属于变型设计和组合产品 创新设计的产品只占一小部分 但创新设计的意义不容低估 是企业在市场竞争中取胜的必要条件 变型设计和组合设计是在基型和模块系统的基础上进行的 而基型和模块系统也是采用创新设计方法完成的 第二节机械制造装备设计的方法 一 机械制造装备设计的的典型步骤 创新设计 一 产品规划阶段 动与静 任务 协调企业生产要求相对稳定和市场需求瞬间万变的矛盾 明确设计任务 通常应在市场调查与预测的基础上识别产品需求 进行可行性分析 制订设计技术任务书 综合运用技术预测 市场学 信息学等理论和方法来解决设计中出现的问题 1 需求分析 市场的需求往往是不具体的 开发新产品最困难的不是技术 而是需要开发什么样的产品 识别需求是一个创造性的过程 任务 明确设计任务的要求 需求分析包括销售市场和原材料市场的分析 具体内容P15 2 调查研究 1 市场调研 2 技术调研 3 社会调研 3 预测 1 定性预测 采用方法有走访调查 查资料 抽样调查 类比调查 专家调查 2 定量预测 采用方法有时间序列回归法 因果关系回归法 产品寿命周期法 建立数学模型 4 可行性分析 技术经济论证 1 技术分析 关键技术作全面的分析 提出解决这些关键技术问题的措施 2 经济分析 最少的投入获得最满意的功能 取得较好的经济效果 3 社会分析 分析开发的产品对社会和环境的影响 提出产品开发的可行性报告 P16 3 压铸模具 主要用于制造有色金属件 5 编制设计任务书 内容 确定最佳设计方针 产品的必要性和现实意义 产品的用途描述 应满足的要求 条件和限制 二 方案设计阶段 1 任务 根据设计任务书的要求 进行产品功能原理的设计 2 建立功能结构 步骤 例 车削加工 功能间的联系有3种基本结构型式 1 串联结构 顺序结构 分功能间存在的因果关系或时间 空间顺序关系 2 并联结构 同时完成多个功能后再执行下一个分功能 3 环形结构 输出反馈为输入的循环结构 3 寻求原理解与求解方法 原理解 能实现某种功能的工作原理 和实现该工作原理的技术手段和结构原理 工作原理是科学原理和技术原理的统称 4 初步设计方案的形成 将所有子功能的原理解结合起来 才能形成和实现总功能 可以得到多个初步设计方案 常用的结合方法有 系统结合法 数学方法结合法等 5 初步设计方案的评价与筛选 1 初步设计方案的初选1 观察淘汰法2 分数比较法 2 初步设计方案的具体化量化方法有 绘出方案原理图 整机总体布局草图 主要零部件草图 3 对初步设计方案进行技术经济评价 三 技术设计阶段 具体化 1 确定结构原理方案 1 确定结构原理方案的依据 2 确定结构原理方案 3 评价和修改 技术经济评价 2 总体设计 将结构原理方案进一步具体化 1 主要结构参数 2 总体布局 3 系统原理图 4 经济核算 5 其它 3 结构设计 绘制产品总装图 部件装配图 提出初步的零件表 加工和装配说明书 对结构设计进行技术经济评价 遵守标准规范 考虑零部件通用化和标准化 采用现代设计技术 采用有限元分析 优化设计 可靠性设计 计算机辅助设计 四 施工设计阶段 1 零件图设计零件分为 标准件 外购件 基本件 零件图包含了制造零件所需的全部信息 2 完善装配图更加具体地从结构强度 工艺性和标准化进行零件的结构设计 3 商品化设计 1 价值分析和价值设计 2 色彩 造型设计 3 包装设计 4 编制技术文档 编制技术文档的目的 为产品制造 安装和调试提供所需要的信息 为产品的质量检验 安装运输 使用等作出相应的规定 二 系列化设计 重点 市场的需求是多样化的 不能用单一规格的产品去满足市场的需求 需要设计制造出尺寸规格 功率参数和精度等各不相同的一系列产品投放市场 系列化设计是提高产品质量 降低成本 开发变型产品的重要途径 1 系列化设计的概念 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 以它为基础 运用结构典型化 零部件通用化 标准化的原则 设计出其它各种尺寸参数的产品 构成产品的基型系列 2 遵循的原则 零部件通用化 标准化 结构的典型化 产品系列化 3 系列化设计的优缺点 优点 P23缺点 P234 系列化设计的步骤 1 主参数和主要性能指标的确定主参数和主要性能指标应最大程度地反映产品的工作性能和设计要求 例 普通车床的主参数是在床身上的最大回转直径 主要性能指标是最大的工件长度 升降台铣床的主参数是工作台工作面的宽度 主要性能指标是工作台工作面的长度 摇臂钻床的主参数是最大钻孔直径 主要性能指标是主轴中心线至立柱母线的最大距离 结论 这些参数决定了相应机床的主要几何尺寸 功率和转速范围 因而决定了该机床的设计要求 2 参数分级 1 将产品的主参数和主要性能指标按一定规律进行分级 制订参数标准 产品的主参数应尽可能采用优先数系 2 如果主参数 系列公比选得较小 则分级较密 有利于选到满意的产品3 如果主参数系列公比选得较大 则分级较粗 系列内产品的规格品种较小 结论 如果产品的需求量越大 要求的技术性能越准确 参数分级应越密 反之 参数分级可粗些 3 制订系列型谱 型谱通常是二维或三维的 其中的一维主参数 其它维是主要性能指标 通用化 指同一类型 不同规格或不同类型的产品中 部分零部件彼此相互适用 标准化 指使用要求相同的零部件按照现行的各种标准和规范进行设计和制造 分类 1 纵系列产品 是一组功能 工作原理和结构相同 而尺寸和性能参数不同的产品 2 横系列产品 在基型产品基础上 增 删 更换或修改某些零部件 构成产品主参数同 用途结构不同 3 跨系列产品 采用相同的主要基础件和通用部件的不同类型产品 三 模块化设计 1 模块 具有一定功能和联接要素的单位 联接要素指边界条件 联接尺寸 联接表面 联接方法 形状 概念 2 模块化设计的概念 为了开发出不同功能结构 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 3 模块化设计的目的 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 不同模块中的零部件尽可能标准化和通用化 4 纯模块系统 一个模块化系统完全由模块组合而成 很难实现 要考虑很多因素 5 模块化系统的组成 属于模块和非模块的混合系统 6 模块分类 1 基本模块 实现系统中最基本的功能 2 辅助模块 实现模块间的联接 通常为联接元件和接头 3 特殊模块 完成某些特殊的 补充的和设计任务书特别要求的功能 4 调整模块 不同系统边界转换 5 非标准模块 为某个具体任务单独开发的 二 模块化设计的优点 采用模块化设计方法开发产品可以缩短新产品开发周期 提高产品质量 降低成本和加强市场竞争能力 优点 P25 三 模块化设计的步骤 四 合理化工程 如果设计