机械制造装备设计演示幻灯片

欢迎使用本套CAI,机械制造装备设计,多媒体课件使用说明,1,主页,第一章绪论,第二章机械制造装备设计方法,第三章金属切削机床设计,退出,下一页,第四章工业机器人设计,2,主页,第七章机械加工生产线总体设计,第五章机床夹具设计,第六章物流系统设计,退出,下一页,3,第一章绪论,第一章绪论,第一节机械制造装备及其在国民经济中的重要作用,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,返回主页,退出,上一页,下一页,4,第一章绪论,1.1机械制造装备及其在国民经济中的重要作用,1、制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱,2、机械制造业是制造业的核心,3、机械制造业的发展状况,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,5,第一章绪论,1.2机械制造装备应具备的主要功能,1、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,3、精密化,4、自动化,5、机电一体化,6、节材,7、符合工业工程要求,8、符合绿色工程要求,返回主页,退出,上一页,下一页,返回本章,6,机械制造装备设计,1。3机械制造装的分类,第一章绪论,1.3机械制造装备的分类,1、加工装备,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、工艺装备,3、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,上一页,进入下一章,返回主页,返回本章,7,第二章机械制造装备设计方法,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,第二节机械制造装备设计的方法,第三节机械制造装备设计的评价,返回主页,退出,上一页,下一页,8,第二章机械制造装备设计方法,2.1机械制造装备设计的类型,1、创新设计,2、变形设计,3、组合设计,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,9,第二章机械制造装备设计方法,2.2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,二、系列化设计,三、模块化设计,上一页,下一页,退出,返回主页,四、合理化工程,返回本章,10,第二章机械制造装备设计方法,产品规划阶段,需求分析,调查研究,预测,可行性分析,编制设计任务书,方案设计阶段,对设计任务的抽象,建立功能结构图1,寻求原理解与解决方法,初步设计方案的形成图3,初步设计方案的评价与筛选,退出,下一页,返回本节,2.2.1机械制造装备设计的典型步骤,返回主页,1、,2、,11,第二章机械制造装备设计方法,技术设计阶段,确定结构原理方案,总体设计,结构设计,施工设计阶段,零件图设计,完善装备图,商品化设计,编制技术文档,退出,返回本节,2.2.1机械制造装备设计的典型步骤,返回主页,3、,4、,下一页,12,第二章机械制造装备设计方法,系列化设计的基本概念,退出,返回本节,2.2.2系列化设计,返回主页,1、,2、,系列化设计的优缺点,3、,系列化设计的步骤,（1）,（2）,（3）,主参数和主要性能指标的确定,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,下一页,13,第二章机械制造装备设计方法,模块化设计的基本概念,退出,返回本节,2.2.3模块化设计,返回主页,1、,2、,模块化设计的优缺点,3、,模块化设计的步骤,（1）,（2）,（3）,明确任务,建立功能结构图4、图6,合理确定产品的系列型谱和参数,下一页,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）,14,第二章机械制造装备设计方法,退出,返回本节,2.2.4合理化工程,返回主页,进入下一节,合理化工程是一种管理哲理。,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。,15,第二章机械制造装备设计方法,2.3机械制造装备设计的评价,一、技术经济评价,二、可靠性评价,三、人机工程学评价,上一页,下一页,退出,返回主页,四、结构工艺性评价,五、产品造型评价,六、标准化评价,返回本章,16,第二章机械制造装备设计方法,建立目标系统和确定评价标准,退出,返回本节,2.3.1技术经济评价,返回主页,1、,2、,确定重要性系数图7,4、,确定各设计方案的评价分数,总权重值ZQj,技术评价Tj,经济评价Ej:,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,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=1的方案经济上最理想。如经济评价值小于0.7，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TEj:,当Tj和Ej的值相差不太悬殊时，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，建议用双曲线法计算Ej值：,TEj=Tj+Ej,下一页,17,第二章机械制造装备设计方法,可靠性特征量,退出,返回本节,2.3.2可靠性评价,返回主页,1、,2、,可靠性预测,下一页,产品可靠性指标,可靠性,维修性,有效性,耐久性,安全性,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,可靠性指标的分配,3、,18,第二章机械制造装备设计方法,1、人因素方面2、机器因素方面3、环境因素方面4、人机系统方面,退出,返回本节,2.3.3人机工程学评价,返回主页,下一页,19,第二章机械制造装备设计方法,加工工艺性,装配工艺性,退出,返回本节,2.3.4结构工艺性评价,返回主页,1、,2、,下一页,3、,维修工艺性,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。,20,第二章机械制造装备设计方法,产品造型设计,产品色彩,退出,返回本节,2.3.5产品造型评价,返回主页,1、,2、,下一页,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。,尺度与比例对称与均衡安定与轻巧对比与调和过度与呼应节奏与韵律重点与一般,色调选择配色方法,21,第二章机械制造装备设计方法,标准化及其目的,标准分类,退出,返回本节,2.3.6标准化评价,返回主页,1、,2、,进入下一章,3、,企业标准体系结构图22,产品设计的标准化,4、,技术标准,工作标准图21,管理标准,企业标准的审查,设计文件的标准化审查,工艺文件的标准化审查,工装设计文件的标准化审查,22,第三章金属切削机床设计,第三章金属切削机床设计,第一节概述,第二节金属切削机床设计的基本理论,第三节金属切削机床总体设计,返回主页,退出,上一页,下一页,第四节主传动系设计,23,第三章金属切削机床设计,第三章金属切削机床设计,第五节进给传动系设计,第六节主轴部件设计,第七节支承件设计,返回主页,退出,上一页,下一页,第八节导轨设计,24,第三章金属切削机床设计,第三章金属切削机床设计,第九节机床刀架和自动换刀装置设计,第十节机床控制系统设计,返回主页,退出,上一页,下一页,25,第三章金属切削机床设计,3.1概述,一、机床设计应满足的基本要求,二、机床设计方法,三、机床设计步骤,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,26,第三章金属切削机床设计,（1）工艺范围（2）柔性（3）与物流系统的可亲性（4）刚度（5）精度（6）噪声（7）成产率和自动化（8）成本（9）生产周期（10）可靠性（11）造型与色彩,退出,返回本节,3.1.1机床设计应满足的基本要求,返回主页,下一页,27,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,3.1.2机床设计方法,返回主页,下一页,机床设计正在向着“以系统为主的机床设计”方向发展，即在机床设计时要考虑它如何更好地适应FMS等先进制造系统的要求，例如要求具有时、空柔性，与物流的可亲性等等。,机床设计方法是根据其设计类型而定。通用机床采用系列化设计方法。系列中基型产品属创新设计类型，其他属变形设计类型。有些类型，如组合机床属组合设计类型。,在创新设计类型中，机床总体方案的产生方法可采用分析式设计或创成式设计。,28,第三章金属切削机床设计,2、总体设计,退出,返回本节,3.1.3机床设计步骤,返回主页,进入下一节,3、结构设计,1、确定结构原理方案,6、定型设计,5、机床整机综合评价,4、工艺设计,29,第三章金属切削机床设计,3.2金属切削机床设计的基本理论,1、,上一页,下一页,退出,返回主页,机床的运动学原理,机床运动学是研究、分析和实现机床期望的加工功能所需要的运动功能配置,返回本章,30,几何表面的形成原理图示,1,2,a)平面,1,2,b)圆柱面,1,2,c)平面,1,2,d)圆锥面,1,母线,2,导线,31,发生线的形成图示,1,f,n,n,1,.,f,n1,n2,1,a),c),b),f,n1,n2,f,d),e),a)点刃车刀车外圆柱面b)宽刃车刀车外圆柱面c)砂轮磨外圆柱面d)盘铣刀铣外圆柱面e)滚齿加工,32,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,工件表面的形成方法,返回主页,下一页,几何表面的形成原理图示,发生线的形成图示,发生线的形成：1）轨迹法（描述法）2）成型法（仿形法）3）相切法（旋切法）4）展成法（滚切法）,33,机床运动功能方案设计,（1）工艺分析（2）选取坐标系（3）写出机床运动功能式（4）画出机床运动功能图(例：滚齿机）,（5）绘制机床传动原理图,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,运动功能图形符号,a),回转运动,b),直线运动,Zf,Ba,Ya,Cp,Cf,W/CfYaZfBaCp/T,34,第三章金属切削机床设计,3.2金属切削机床设计的基本理论,2、,3、,4、,上一页,下一页,退出,返回主页,5、,6、,精度,运动精度,传动精度,定位精度,工作精度,几何精度,精度保持性,刚度,抗振性,热变形,噪声,返回本章,35,第三章金属切削机床设计,3.3金属切削机床总体设计,一、机床系列型谱的制定,二、机床的运动功能设计,三、机床总体结构方案设计,上一页,下一页,退出,返回主页,四、机床主要参数的设计,返回本章,36,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,3.3.1机床系列型谱的制定,返回主页,下一页,中型卧式机床的简略系列型谱表,注：基型，变型,37,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,金属切削机床的基本功能是提供切削加工所必须的运动和动力。其基本工作原理是：通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。,工件表面的形成方法,机床运动功能方案设计,3.3.2机床的运动功能设计,38,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,1、运动功能分配设计,2、结构布局设计：立式、卧式、斜置式,3.3.3机床总体结构方案设计,3、机床总体结构的概略形状与尺寸设计,设计的主要依据是：机床总体结构布局设计阶段评价后所保留的机床总体结构布局形态图，驱动与传动设计结果，机床动力参数及加工空间尺寸参数，以及机床整机的刚度及精度分配。,评价的主要因素有：1）性能2）制造成本3）制造周期4）生产率5）与物流的可亲性6）外观造型7）机床总体结构方案设计修改与确定,39,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,1、主参数和尺寸参数,2、运动参数,3.3.4机床主要参数的设计,机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数，基本参数可包括尺寸参数、运动参数和动力参数。,机床主参数是代表机床规格大小即反映机床最大工作能力的一种参数，有些机床还规定有第二主参数。,运动参数是指机床执行件如主轴、工作安装部件（工作台、刀架）的运动速度。,主运动参数：(1)最低（nmin）和最高（nmax)转速的确定,（2）主轴转速数列呈等比级数规律分布，转数范围内的转数相对均匀损失率为：,A=(n-nj)/n,产生的最大转速相对损失为：,A=(nj+1-nj)/nj+1=1-nj/nj+1,40,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,进入下一节,3.3.4机床主要参数的设计,3、动力参数主电动机功率的确定进给驱动电动机功率的确定快速运动电动机功率的确定金属切削机床实例课外资料,41,第三章金属切削机床设计,3.4主传动系设计,一、主传动系设计应满足的基本要求,二、主传动系分类和传动方式,三、分极变速主传动系,上一页,下一页,退出,返回主页,四、无极变速主传动系,返回本章,五、数控机床主传动系设计特点,42,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.1主传动系设计应满足的基本要求,1、满足机床使用性能要求2、满足机床传递动力要求3、满足机床工作性能的要求4、满足产品设计经济性的要求5、维修调整方便，结构简单、合理，便于加工和装配。,43,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.2主传动系分类和传动方式,主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、刀架、工作台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。1、主传动系分类按驱动主传动的电动机类型：交流电动机驱动、直流电动机驱动按传动装置类型：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合按变速的连续性：分极变速传动、无极变速传动2、主传动系的传动方式集中传动方式：主传动系的全部传动和变速机构集中装在同一个主轴箱内。图11分离传动方式：主传动系中的大部分传动和变速机构装在远离主轴的单独变速箱中。图12,44,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.3分级变速主传动系,1、拟定转速图和结构式转速图在转速图中可以表示出传动轴的数目，传动轴之间的传动关系，主轴的各级转速值及其传动路线，各传动轴的转速分级和转速值，各传动副的传动比等。设一中型卧式车床，其变速传动系图13结构式变速组的级比是指主动轴上同一点传往被动轴相邻两传动线的比值，用表示。级比中的指数值称为指数，相当于上述相邻两传动线与被动轴交点之间相距的格数。,45,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.3分级变速主传动系,2、各变速组的变速范围及极限传动比变速组中最大与最小传动比的比值，称为该变速组的变速范围。即：（i=0，1，2，j)在设计机床主传动系时，一般限制降速最小传动比直齿圆柱齿轮的最大升速比斜齿圆柱齿轮可取,46,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.3分级变速主传动系,3、主变速传动系设计的一般原则传动副前多后少的原则传动顺序与扩大顺序相一致的原则变速组的变速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转速,47,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.3分级变速主传动系,4、主变速传动系的几种特殊设计具有多速电动机的主变速传动系设计采用多速异步电动机和其他方式联合使用，可以简化机床的机械结构，使用方便。多刀半自动车床的主变速传动系图和转速图16具有交换齿轮的变速传动系交换齿轮的变速组应设计成对称分布的。交换齿轮可用较少的齿轮，以得到多级转速，并使变速箱结构大大简化。液压多刀半自动车床主变速传动系图17采用公用齿轮的变速传动系采用公用齿轮可以减少齿轮的数目，简化结构，缩短轴向尺寸。铣床主变速传动系图11,48,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.3分级变速主传动系,5、扩大传动系变速范围的方法增加比变速组采用背轮机构采用双公比的传动系采用分支传动,49,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.3分级变速主传动系,6、齿轮齿数的确定对于定比传动的齿轮齿数和带轮直径，可依据机械设计手册推荐的方法确定。确定齿轮齿数时，选取合理的齿数和是很关键的。各对传动副的齿数和应该是相同的。齿轮的中心距取决于传递的转矩。扭矩越大，中心矩越大。在主传动中，一般取最小齿轮齿数三联滑移齿轮的最大于此大齿数之间的齿数差应大于或等于4。齿轮齿数确定后，还应验算转速误差：式中：n-主轴实际转速n-主轴的标准转速-公比,50,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.3分级变速主传动系,7、计算转速机床的功率扭转特性驱动直线运动工作台的这类机床的主运动属恒转矩传动。如刨床的工作台。主运动是旋转运动的机床基本上是恒功率传动。如车床、铣床的主轴。主轴或各传动件传递全部功率的最低转速为它们的计算转速变速传动系中传动件计算转速的确定变速传动系中的传动件包括轴和齿轮，它们的计算转速可根据主轴的计算转速和转速图确定。确定的顺序是先定出主轴的计算转速，再顺次由后往前，定出各传动主轴的计算转速，然后再确定齿轮的计算转速。,51,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.3分级变速主传动系,8、变速箱内传动件的空间布置与计算变速箱内各传动轴的空间布置各传动轴是空间布置（卧式车床主轴箱横截面图23，展开图24）各传动轴在一个铅直平面内（卧式铣床变速箱图25）变速箱内各传动轴的轴向固定轴向固定的方法有：一端固定图26、两端固定图27。各传动轴的估算和验算按扭转刚度估算轴的直径按弯曲刚度验算轴的直径,52,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.4无级变速主传动系,1、无级变速装置的分类机床主传动中常采用的无级变速装置有三大类：变速电动机、机械无级变速装置、液压无级变速装置2、无级变速主传动系设计原则尽量选择功率和转矩特性符合传动系要求的无级变速装置。无极变速系统装置单独使用时，其调速范围较小，满足不了要求，尤其是恒功率调速范围往往远小于机床实际需要的恒功率变速范围。,53,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,3.4.5数控机床主传动系设计特点,1、主传动采用直流或交流电动机无级调速直流电动机无级调速，一般直流电动机恒转矩调速范围较大，达30，甚至更大；而恒功率调速范围较小，仅能达到23。交流电动机无级调速，一般交流电动机体积小，转动惯性小，动态响应快；采用全封闭结构，具有空气强冷，保证高转速和较强的超载能力，具有很宽的调速范围。,54,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,未完待续,3.4.5数控机床主传动系设计特点,2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计在设计数控机床主传动系时，必须考虑电动机与机床主轴功率特性匹配问题。由于主轴要求的恒功率变速范围远大于电动机恒功率变速范围，所以在电动机与主轴之间要串联一个分级变速箱，以扩大其恒功率调速范围，满足低速大功率切削对电动机输出功率的要求。设计分级变速箱时，考虑机床结构的复杂程度，运转平稳性要求等因素，变速箱公比的选取有下列三种情况：,55,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,未完待续,3.4.5数控机床主传动系设计特点,2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计取变速箱的公比等于电动机的恒功率调速范围，即=，功率特性图是连续的，无缺口和无重合。若要简化变速箱结构，变速级数应少些，变速箱公比可取达于电动机的恒功率调速范围，即。图31、图32,56,第三章金属切削机床设计,退出,返回本节,返回主页,未完待续,3.4.5数控机床主传动系设计特点,2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计如果数控机床为了恒线速切削需在运转中变速时，取变速公比小于电动机的恒功率变速范围，即20m/min图56（1）内滚式镗套：尺寸大，精度高，后导向（2）外滚式镗套：尺寸小，精度低，前导向镗杆的螺旋导向：镗孔直径大于镗套内径时，若镗刀在镗模外侧安装，则需加引刀槽。镗杆进入镗套时，导向槽进入镗杆的键槽中，此时，镗刀与镗套的引刀槽对正。,228,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.5.2对刀装置,（铣床、刨床）为调整刀具相对于工件的位置，可设置对刀装置。对刀块对刀面的位置应以定位元件的定位表面来标注，该位置尺寸加塞尺厚度等于工件加工面与定位基准面间的尺寸。试切法对刀时，不用对刀块。,229,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.5.3分度装置,分度装置的作用：工件上有按一定角度分布的相同表面，需要在一次定位夹紧后加工出来，此时，需要分度装置。斜面分度装置图59,230,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,进入下一节,5.5.4对定装置,对定装置的作用：保证夹具相对于机床主轴或刀具、机床运动导轨有准确的位置和方向。,231,第五章机床夹具设计,5.6可调整夹具的设计,一、可调整夹具的特点,二、可调整夹具的调整方式,三、可调整夹具的设计,上一页,下一页,退出,返回主页,四、成组夹具设计,返回本章,232,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.6.1可调整夹具的特点,可调整夹具为几个零件的相同工序设计，这些零件具有尺寸、结构和工艺相似的特点。成组夹具（专用可调整夹具）专门为成组工艺中的一组零件设计。（较专用一些)结构：基础部分（夹具体，夹紧结构、操作机构等）可调整部分（定位元件、导向元件和夹紧元件等）可调整夹具图62,233,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.6.2可调整夹具的调整方式,调节式：图62高度、径向；更换式：如上图中的钻套；更换组件；可更换定位板：联接孔位要一致综合式：上述两种方式兼而有之，取二者之长；组合式：适用工件品种少且批量较大的场合（同一夹具可加工不同零件）。用于三种杆形零件的花键孔的拉削加工。,234,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.6.3可调整夹具的设计,特殊性（1）按相似性原则归组（结构、工艺、尺寸、精度、定位基准面、夹紧方式、加工方式）；（2）总图设计：以组内最大和最小零件为依据；（3）精度计算：应满足组内精度最高零件的要求；（4）操作空间、材料性能；（5）调整方便；（6）编制调整卡。,235,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,进入下一节,5.6.4成组夹具设计,成组夹具是在成组技术指导下，为实现成组工艺而设计的夹具。属于可调整夹具。其结构特点和调整方式与可调整夹具相同，设计方法基本一样。适用的工件必须是同一个成组零件族的、并在同一生产单元内进行同一工序的加工。又称专用可调整夹具。成组车床夹具图65,236,第五章机床夹具设计,5.7组合夹具的设计,上一页,未完待续,退出,返回主页,返回本章,组合夹具是根据被加工工件的工艺要求，利用一套标准化的夹具元件进行组合而成的夹具。适用于单件、小批量生产，以及新产品试制。特点是灵活多变，万能性强，大大减少夹具的设计和制造工作量。但一次投入大，夹具往往体积较大、笨重。,237,第五章机床夹具设计,5.7组合夹具的设计,上一页,未完待续,退出,返回主页,返回本章,组合夹具：槽系组合夹具（图66）（各元件靠键槽、T形槽，由定位键定位，T形槽钉固定）孔系组合夹具（各元件依靠孔、销配合来定位，由螺钉来固定）,238,第五章机床夹具设计,5.7组合夹具的设计,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,组合夹具组装过程：（1）熟悉技术资料（工序图、工序内容、要求）（2）设计组装方案（3）选件试装（检查构思合理性、修正）（4）连接、调整、固定（5）检查组装结果（6）试加工工件,239,第五章机床夹具设计,5.8机床夹具设计步骤,一、机床专用夹具的设计步骤,二、夹具精度的验算,三、夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件,上一页,下一页,退出,返回主页,四、高精度机床夹具设计,返回本章,240,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.8.1机床专用夹具的设计步骤,1、准备工作（1）明确工件的年生产纲领；（2）熟悉工件零件图和工序图；（3）了解本工序的加工内容。2、总体方案的确定（1）定位方案；（2）夹紧方案（力的作用点、方向、大小；机构）；（3）夹具总体形式。3、绘制夹具装配图主视图按操作实际位置布置三视图要清楚表达夹具工作原理与结构4、绘制夹具零件（非标准件）夹具设计过程示例图69,241,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,未完待续,5.8.2夹具精度的验算,影响位置精度的主要因素：（1）工件在夹具中的安装误差:定位误差和夹紧误差（2）夹具在机床上对定误差（3）加工过程中出现的误差夹具精度验算是指前两项，其和不大于工件允差的2/3为合格。,242,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,未完待续,5.8.2夹具精度的验算,夹具精度验算实例，工件和夹具装配图691、验算中心距影响此项精度的因素：（1）定位误差主要是定位孔与定位销的间隙产生，最大间隙为0.05mm。（2）钻模板衬套中心与定位销中心距误差，装配图标注尺寸为,误差为0.02mm。（3）钻套与衬套的配合间隙,由可知，最大间隙为0.029mm。（4）钻套内与外圆的同轴度误差，对于标准钻套，精度较高，此项可以忽略。,243,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,未完待续,5.8.2夹具精度的验算,夹具精度验算实例，工件和夹具装配图691、验算中心距影响此项精度的因素：（5）钻头与钻套间的间隙会引偏刀具，产生中心距误差e，e由下式求出式中，e为刀具引偏量（mm），H为排屑空间，钻套下端面与工件间的空间高度（mm），B为钻孔（mm），为刀具与钻套间的最大间隙。上述各量可参见图70.,244,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,未完待续,5.8.2夹具精度的验算,夹具精度验算实例，工件和夹具装配图691、验算中心距影响此项精度的因素：（5）图70.该例中，设刀具与钻套的配合为，可知=0.025mm;将H=30mm,h=12mm,B=18mm代入，可求出e=0.038mm。,245,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.8.2夹具精度的验算,夹具精度验算实例，工件和夹具装配图691、验算中心距影响此项精度的因素：（5）图70.由于上述各项都是按最大误差计算，实际上各项误差也不可能同时出现最大值，各误差方向也很可能不一致，因此综合误差按概率法求和该项误差略大于中心距允差0.1mm的2/3,勉强可用。应减小定位和导向的配合间隙。,246,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,未完待续,5.8.2夹具精度的验算,夹具精度验算实例，工件和夹具装配图692、验算两孔平行度精度工件要求孔全长上允差0.05mm。导致产生两孔平行度误差的因素有：（1）设计基准与定位基准重合，没有基准转换误差，但配合间隙及孔与端面的垂直度误差会产生基准位置误差，定位销轴中心与大头孔中心的偏斜角（rad）为式中，为处最大间隙（mm）;为定位销轴定位面长度（mm）.,247,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.8.2夹具精度的验算,夹具精度验算实例，工件和夹具装配图692、验算两孔平行度精度工件要求孔全长上允差0.05mm。导致产生两孔平行度误差的因素有：（2）定位销轴中心线对夹具底平面的垂直度，图中没有注明。（3）钻套孔中心与定位销轴的平行度，图中标注为0.02mm,（4）刀具引偏量e产生的偏斜角，图70。因此，总的平行度误差合格。,248,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.8.3夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件,在夹具装配图上标注尺寸和技术条件目的是为了检验本工序零件加工表面的形状，位置和尺寸精度在夹具中是否可以达到，为了设计夹具零件图，也为了夹具装配和装配精度的检测。1、尺寸标注（1）轮廓尺寸；（2）与机床的联系尺寸（安装）；（3）与刀具的联系尺寸；（4）配合尺寸、种类、精度；（5）各关键元件装配后的位置尺寸及公差。上述联系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相应公差1/3-1/10，最常用的是1/3。,249,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.8.3夹具装配图上应标注的尺寸和技术条件,2、技术要求标注（1）定位元件的定位表面间相互位置精度；（2）定位元件的定位表面与夹具安装基面、定向基面间位置精度；（3）定位表面与导向元件工作面间的位置精度；（4）各导向元件工作面间的位置精度；（5）定位表面、导向工作面与检测基准的位置精度。,250,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,进入下一节,5.8.4高精度机床夹具的设计,高精度机床夹具设计也是按本节前述设计步骤进行，但更重视其高精度这一特点，为此应注意以下几个方面：（1）定位方案要符合六点定位原理和保证本工序的技术要求，减少定位误差；（2）提高夹具设计的技术要求；（3）提高对定精度；（4）提高定位的可靠性，减少夹紧力产生的工件和夹具的变形；（5）高精度机床夹具应具有高刚度和高精度；（6）高精度机床夹具要求装配后整体精度高，设计中有意识地对某些重要表面采用“合件加工”、“就地加工”方法。,251,第五章机床夹具设计,5.9典型机床夹具的设计要求,一、钻床夹具,二、镗床夹具,三、铣床夹具,上一页,下一页,退出,返回主页,四、车床夹具,返回本章,252,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.9.1钻床夹具,1、钻模的结构形式固定式钻模回转式钻模翻转式钻模盖板式钻模滑柱式钻模2、钻模板的形式固定式铰链式分离式（盖板式）悬挂式可调式3、定位和定向一般不设定位定向装置，只设固定位置,253,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.9.2镗床夹具,1、镗床导向支架的布置形式（1）单面前导向：D60mmL/DD两种情况（3）单面双导向（4）双面单导向L1.5D或同轴多个短孔,254,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.9.2镗床夹具,2、设计注意事项（1）若先调刀后入镗模注意引刀问题（镗套）若多刀加工同轴多孔注意引刀问题（毛孔）（2）镗模导向支架上不允许安装夹紧元件及其机构,防止导向支架受力变形，影响加工孔的精度和孔系位置精度。,255,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.9.3铣床夹具,1、铣床夹具的类型根据进给方式，铣床夹具分为直线进给式、圆周进给式和仿形进给式三类。直线进给式：又有单工件、多工件之分，或单工位、多工位之分。多用于中、小批量生产。圆周进给式：工作台同时安装多套相同的夹具，或多套粗、精两种夹具。生产率较高，一般用于大批量生产。仿形进给式：按进给方式又可分为直线进给仿形和圆周进给仿行铣床夹具。图76,256,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,5.9.3铣床夹具,2、注意事项（1）断续切削，夹紧力大受力元件强度、刚度比较大；（2）设置对刀装置、定向键；（3）固定U形口T形口。,257,第五章机床夹具设计,退出,返回本节,返回主页,进入下一章,5.9.4车床夹具,外圆定位的卡盘、卡头；内孔定位的各类心轴；中心孔定位的各类顶尖、拨盘。这些夹具比较简单，有些已经标准化、通用化。对非回转体工件：（1）定心方式要与选用机床主轴端部结构相等；（2）夹紧力必需考虑充分，夹紧力有可靠自锁；（3）外形尽量呈圆柱形，重心靠近主轴；（4）注意动平衡（可设置配重）调整；（5）注意安全措施，不得有尖角和突出夹具体转盘外径的部分。,258,退出,第六章物流系统设计,第六章物流系统设计,返回主页,第一节概述,第二节机床上下料装置设计,第三节机床间工件传送装置的设计,第四节自动化仓库设计,第五节工厂物流系统的总体设计,上一页,下一页,259,第六章物流系统设计,6.1概述,一、物流系统设计的意义,二、现代物流系统的特点、基本构成及功能,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,三、物流系统设计应满足的要求,260,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.1.1物流系统设计的意义,物流：从原材料和毛坯进厂，经过储存、加工、装配、检验、包装，直至成品和废料出厂，在仓库、车间、工序之间流转、移动和储存的全部过程。向生产组织和管理要效益：合理地进行物流系统的设计可以在不增加或少增加投资的条件下，取得明显的技术经济效益。,261,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.1.2现代物流系统的特点、基本构成及功能,1、现代物流系统的主要特点物流系统担任运输、储存、装卸物料等任务。（1）采用现代化的物流装备（2）计算机管理（3）系统化与集成化2、现代物流系统的基本构成（1）管理层有较高的智能（2）控制层有较好的实时性（3）执行层有较高的可靠性,262,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.1.2现代物流系统的特点、基本构成及功能,3、现代物流系统的功能（1）原材料和毛坯、外购件、在制品、产品、工艺装备的储存及搬运存放有序，存取容易，自动化；（2）设备的上下料自动化；（3）工序间在制品储存有序、合理；（4）工位间工件搬运及时、迅速；（5）物流装置调度、控制可变化、可优化；（6）物流监测、判别反应敏捷。,263,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,进入下一节,6.1.3物流系统设计应满足的要求,1、应可靠地、无损伤地、快速实现物料流动；2、具有一定的柔性；3、尽量缩短装卸工件的辅助时间及工序间流动路线；4、尽量减少在制品积压；5、合理的物料（毛坯、在制品、产品）储存量。,264,第六章物流系统设计,6.2机床上下料装置设计,一、机床上下料装置的设计原则,二、料仓式上料装置,三、料斗式上料装置,上一页,下一页,退出,返回主页,四、上下料机械手,返回本章,265,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.2.1机床上下料装置的设计原则,机床的上下料是指将毛坯送到正确的加工位置及将加工好的工件从机床上取下的过程。按自动化程度：人工上下料装置（单件小批生产或大型的或外形复杂的工件）自动上下料装置（大批大量生产，如料仓式、料斗式、上下料机械手或机器人等）（1）上下料时间要符合生产节拍的要求；（2）上下料工作平稳，尽量减少冲击，避免使工件产生变形或损坏；（3）上下料装置结构简单，工作可靠，维护方便；（4）有一定的适用范围，尽可能满足多种需求。,266,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.2.2料仓式上料装置,1、功用和组成功用:当单件毛坯的尺寸较大，而且形状比较复杂，难于自动定向时，可采用料仓上料机构。适用于加工时间较长的零件。用在大量和批量生产中。组成：料仓、隔料器、上料器、上料杆、下料杆等部分。料仓上料装置简图1,267,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,未完待续,6.2.2料仓式上料装置,2、料仓料仓作用是储存毛坯。料仓大小取决于毛坯的尺寸及工作循环的长短。按照毛坯在料仓中的送进方法，将料仓分为两类，即靠毛坯的自重送进和强制送进。,268,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.2.2料仓式上料装置,2、料仓（1）靠毛坯自重送进的料仓直线式、曲线式、螺旋式、管式、料斗式、料斗料箱式（2）强制送进的料仓重锤式、弹簧式、摩擦式、链式、圆盘式当毛坯质量太轻，不能保证靠自重可靠地落在上料器中，或毛坯形状复杂，不便靠自重送进，采用强制送进的料仓。,269,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.2.2料仓式上料装置,3、隔料器作用：把待加工的毛坯从料仓中的许多毛坯中隔离出来，使其自动进入上料器；或由隔料器直接将其送到加工位置。由上料器兼作隔料器、杆式隔料器、鼓轮式隔料器。,270,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.2.2料仓式上料装置,4、上料器作用：把毛坯从料仓送到机床加工位置。料仓兼作上料器、槽式上料器、圆盘式上料器、由机床的部件和专门的接收器来充当上料器。图5,271,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.2.2料仓式上料装置,5、上料杆和卸料杆上料杆的作用：将毛坯件推入加工位置。两种方式：采用挡块来限制毛坯送进的位置；依靠上料杆的行程使毛坯顶到所要求的位置。卸料杆的作用：将加工好的工件推出加工位置。两种类型：带弹簧的和固定长度的卸料杆。,272,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.2.3料斗式上料装置,1、功用和组成料斗式与料仓式的不同：后者只是将已定向好的工件由储料器向机床供料，而前者则可对储料器中杂乱的工件进行自动定向整理再送给机床。组成：由装料机构、储料机构组成。装料机构由料斗、搅动器、定向器、剔除器、分路器、送料槽、减速器等组成。储料机构由隔料器、上料器等组成。,273,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.2.3料斗式上料装置,2、料斗料斗：工件在料斗中完成定向，并依次送到出口处，有时需加搅动器或剔除器。搅动器：防止工件进入送料器时产生阻塞。定向器：矫正工件位置，剔除位置不正确的工件。剔除器：剔除从料斗到送料槽中一些位置不正确的工件。振动式料斗图9自动定向方法,274,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.2.3料斗式上料装置,3、送料槽送料槽要求工件能顺利流畅稳速移动，不能发生阻塞或滞留现象，因此要认真考虑其倾斜角度和弯曲的大小。基本形式：矩形、槽形、V形、圆形、双轨式、单轨式、直立的笼形、滚道式。图13,275,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.2.3料斗式上料装置,4、减速器作用：防止工件移动速度过大造成机件或工件因碰撞而损坏。5、分路器作用：把运动的工件分为两路或多路，分别送到各机床一料斗多机床分路器的结构形式图15,276,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,进入下一节,6.2.4上下料机械手,机械手是按照程序要求实现抓取和搬运工作，或完成某些劳动作业的机械自动化装置。按其安放位置分为：内装式、附装式和单置万能式。按其是否移动分为：固定式和行走式。工业机器人在这里仅用于上下料，它当然比焊接、喷漆机器人的功能要求要简单一些。图16、图21,277,第六章物流系统设计,6.3机床间工件传送装置的设计,一、托盘及托盘交换器,二、随行夹具,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,三、传送装置,278,第六章物流系统设计,6.3机床间工件传送装置的设计,四、有轨运输小车,五、无轨运输小车,上一页,下一页,退出,返回主页,返回本章,六、随行工作台站,279,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.3.1托盘及托盘交换器,机床间的工件传递和运送装置主要有：托盘、随行夹具、各种传送装置、有轨小车和无轨小车等。托盘交换器是机床和传送装备之间的桥梁和接口。不仅起到连接作用，还可以暂时存储工件，起到防止物流系统阻塞的缓冲作用。回转式托盘交换器有两位、四位和多位。八工位回转式托盘交换器图22,280,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.3.2随行夹具,随行夹具：用于结构复杂或较软的有色金属工件。返回方式：有上方返回、下方返回、水平返回三种。水平返回的随行夹具图27,281,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,未完待续,6.3.3传送装备,传送装备不仅起到将各物流站、加工单元、装配单元衔接起来的作用，而且具有物料的暂存和缓冲功能。常见的传送装备有滚道式、链式、悬挂式等。1、滚道式传送机图28结构简单，使用广泛。滚道可以是无动力的，货物由人力推动。,282,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.3.3传送装备,1、滚道式传送机机动滚道多种实施方案：（1）每个滚子都配备一个电动机和一个减速机，单独驱动。（2）每个滚子轴上装两个链轮。（3）用一根链条通过张紧轮驱动所有的滚子。（4）在滚子底下布置一条胶带，依靠摩擦力作用驱动。（5）用一根纵向的通轴，通过扭成8字形的传送带驱动所有滚子。图32轨道输送机可以直线传送，还可以改变传送方式。,283,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,下一页,6.3.3传送装备,2、链式传送机图34最简单的链式传送机由两根套筒滚子链条组成。用链条和托板组成的链板传送机是一种广泛使用的连续传送机械。3、悬挂式传送机主要用于在制品的暂存。另外尤其适合于批量产品的喷漆。自动上料图37,284,第六章物流系统设计,退出,返回本节,返回主页,