机械装备第1、2章.ppt

2,课程教材讲义课程主要参考书1.冯辛安机械制造装备设计（第2版）机械工业出版社，20052.黄鹤汀机械制造装备（第2版）机械工业出版社，20103.黄开榜等，金属切削机床第2版，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20064.张芙丽，张国强，机械制造装备及其设计，北京：国防工业出版社，20115.陈立德等，机械制造装备设计，北京：国防工业出版社，2010,3,课程学时课堂学习36学时，实验4学时课程考核及评价百分制，累加式：平时（10%）大作业（20%）实验（10%）期末考试（60%）,4,课程主要内容第1章绪论第2章机械制造装备设计方法第3章机床分析第4章机床设计总论第5章机床传动系统设计第6章主轴组件第7章支承件第8章导轨第9章操纵机构设计,制造业是一个国家经济发展的重要支柱,标志着一个国家的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力的水平。它主要是为国防和国民经济的各个领域提供合格的产品，它所创造的产值约占国民经济总产值的百分之七十。,第1章绪论,1.1机械制造装备在国民经济中的作用,机械制造业是制造业的核心。他担负着为其他领域提供高水平机械装备的重要任务，这主要包括：,农业机械动力机械运输机械,矿山机械化工机械林业与木工机械食品机械医疗机械纺织机械服装机械制造装备,20世纪20年代生产军火主要采用不计成本的生产模式。20世纪50年代为了降低成本、提高效率，采用大量生产模式。20世纪70年代生产模式的基本原则是“消灭一切浪费”，代表的公司是日本的丰田公司，后来被美国麻省理工学院总结成为：精益生产的制造模式。,1.2机械制造装备的状况及发展,20世纪80年代，随着人们生活水平的提高，对产品的需求更加多样化，出现了单项的先进制造技术。计算机辅助设计技术(CAD)计算机辅助制造技术(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（单元）(FMS)全面质量管理(TQC),进入90年代，随着信息技术的发展，全球经济打破了地域经济的束缚。快速响应市场成为制造业发展的主要方向敏捷制造精益敏捷柔性快速可重组制造,21世纪制造模式的主要特征:以用户需求为中心制造的战略重点是时间、速度、质量、品种以柔性、敏捷、精益作为竞争的优势技术进步、人因改善、组织创新为基础实现企业资源的快速集成虚拟公司将是一种新的企业模式,将更多地采用高技术装备来满足产品的个性化和多样化的要求。,生产模式的变化对机械制造装备提出了新的要求,1.3机械制造装备的类型,主要指机床，制造机器的机器，也称工作母机。,1.3.1加工装备,车床、铣床、钻床、镗床、磨床、刨（插）床、拉床、齿轮加工机床螺纹加工机床其他机床（珩磨机床、锯床、键槽加工机床）,1、金属切削机床,利用切削刀具与金属工件的相对运动从工件上切除多余的金属或预留层，以获得符合规定的尺寸、形状、精度及表面质量要求的零件。,按加工方式分：,通用机床专用机床专门化机床自动生产线,按通用性分：,按精度分：,普通精度机床精密机床高精度机床超精密机床,按自动化程度分：,手动机床自动机床半自动机床,2、特种加工机床电加工机床、超声波机床、激光加工机床、电子束加工机床、离子束加工机床、水射流加工机床等（1）电加工机床直接利用电能对工件进行加工的机床主要指电火花机床线切割机床电解加工机床,（2）超声波加工机床直接利用超声波能对工件进行加工的机床（3）激光加工机床直接利用激光能对工件进行加工的机床（4）离子束加工机床（5）水射流加工机床,SUPERTURBO-X44最大加工尺寸：1250X1250mm最大载重质量：4000W/315kg激光气体：He，N2，CO2的混合气体,切割最大厚度达25mm,速度为15m/min,4.0kW,3、锻压机床锻压机床是利用金属的塑性变形的特点进行成形加工的机床。属于无屑加工机床。主要指:锻造机冲压机挤压机轧制机,（四）木工机床,34,1.3机械制造装备的类型,1.3.2工艺装备,是指机械制造过程所使用的刀具、夹具、量具、模具等各种工具的总称。,（1）刀具切削加工时，从工件上切除多余材料所用的工具。如车刀、刨刀、铣刀、钻头、丝锥、齿轮刀具等。,刀具的种类车刀、刨刀、铣刀、钻头、丝锥、齿轮刀具等。大部分已经标准化，不需要专门设计。,36,1.3机械制造装备的类型,（2）夹具是安装在机床上用于装夹（定位和夹紧）工件的工艺装备。,按安装在不同机床上可分为车床夹具、铣床夹具、刨床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等。按夹具应用范围可分为通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具、随行夹具等。,37,1.3机械制造装备的类型,通用夹具一般不需要调整就可适用于相当广泛的一类工件的加工，如车床上的卡盘，铣床上的平口钳等。,专用夹具专为某个零件的某一道工序专门设计和制造的。,成组夹具根据成组加工工艺的原则，针对一组尺寸相近、结构形状相似、工艺相似零件而设计的组内通用夹具。,组合夹具是由预先制造好的标准元件和通用部件，按照工序加工要求组装而成的夹具。,随行夹具是在自动线和柔性制造系统中使用的一类夹具。,40,（3）模具是用来将材料填充在其形腔中，以获得所需要形状和尺寸制件的工具。按填充方法和材料的不同模具分为：粉末冶金模具、塑料模具、压铸模具、冷冲模具、锻压模具。,1.3机械制造装备的类型,（4）测量器具是直接或间接地测出被测对象量值的工具、仪器及仪表等，简称量具和量仪。如千分尺、千分表、量块等。,（四）量具量具是以固定形式复现量值的计量器具的总称。,48,1.3机械制造装备的类型,包括各级仓储、物料输送、机床上下料等。,仓储存储原材料、外购件、半成品、成品、工具、夹具、模具等。物料输送装置主要指坯料、半成品或成品在车间内传输。输送方法有各种传送装置和自动运输小车。机床上下料装置将坯料送到机床加工位置的机构（上料装置）；加工完后将制品从机床上取走的机构（下料装置）。常用料仓式和料斗式上料装置、上下料机械手等。,1.3.3仓储输送装备,49,1.3机械制造装备的类型,1.3.4辅助装备,包括清洗机、排屑设备等。,清洗机用来清洗工件表面尘屑油污，以保证产品装配质量和使用寿命。排屑装置用于自动机床或自动线上，从加工区域将切屑清除，输送到机外或线外的集屑器内。清除切屑的装置常用离心力、压缩空气、电磁或真空、冷却液冲刷等方法。输屑装置则有平带式、螺旋式和刮板式多种。,50,1.4课程学习的目的和主要内容,学习的目的是在设计思想层面上，熟悉机械制造装备设计要求、设计类型和设计方法，建立机械制造装备设计系列化、标准化、模块化设计思想，正确理解和运用机械制造装备设计的基本理论与方法，掌握机械制造装备的工作原理和结构，并具备一定的机械制造装备总体设计和结构设计能力。主要内容以典型的机械制造装备金属切削机床为研究对象，重点介绍机床的总体设计、传动系统设计、主轴组件、支承件和导轨等方面的基本知识、设计原理和设计方法。,51,第2章机械制造装备设计方法,机械制造装备设计的类型,机械制造装备设计的评价,机械制造装备设计的方法,机械制造装备设计的要求,52,对加工装备来说：1、加工精度2、强度、刚度、抗振性3、加工稳定性4、耐用度5、技术经济,2.1机械制造装备设计的要求,还应强调柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节材节能、符合工业工程和绿色工程等方面的要求。,2.1.1一般功能要求,53,2.1机械制造装备设计的要求,适应对象变化的能力。功能柔性化是指装备的功能多，一台装备可以在同一时期内适应多品种生产，空间上相当于多个装备，也称空间柔性。结构柔性化是指在不同时期，组成装备的各部件经过重新组合，改变其功能，形成新的功能，以适应产品变化的要求，也称时间柔性。,2.1.2柔性化,54,提高装备本身的精度（设计与制造）误差源的控制与误差补偿“母性原则”和“创造性原则”,2.1.3精密化,零件精度和质量从微米级发展到亚微米级乃至纳米级。,2.1机械制造装备设计的要求,55,可以减少制造过程的人工干预，保证产品质量及其稳定性，同时可以提高劳动生产率和减轻工人劳动强度。全自动化：自动完成工件的上料、加工、下料的全过程。半自动化：人工上料、下料。实现自动化方法从低到高顺序：凸轮控制、程序控制、数字控制、适应控制。,2.1.4自动化,2.1机械制造装备设计的要求,56,机电一体化是指机械技术与微电子、传感检测、信息处理、自动控制和电力电子等技术，按系统工程和整体优化的方法，有机组成的最佳技术系统。,2.1.5机电一体化,2.1机械制造装备设计的要求,57,2.1.6结构模块化,通过不同模块的组合，可以快速获得不同性能的众多产品，最大限度地增加产品类型、降低生产成本，缩短新产品设计与制造周期，满足市场需求；可方便地对结构模块进行更新，加快机械制造装备的更新换代。,2.1机械制造装备设计的要求,58,2.1.8符合绿色工程,2.1.7符合工业工程,是指在保证人和最终用户健康、安全条件下，以最低的成本生产出符合质量要求的产品。,不能以牺牲环境和消耗资源来增加产出，要达到人、机器和环境有机的协调。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。,2.1机械制造装备设计的要求,59,新产品设计、变型产品设计2.2.1新产品设计是指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，或开发新一代的、具有高技术附加值的新产品的全过程。,2.2机械制造装备设计的类型,60,新产品设计过程市场调研和预测产品规划方案设计技术设计施工设计,还应通过产品试制和产品试验来验证技术可行性。较长的设计开发周期，较大的研发工作量。,（明确设计任务）,（功能原理设计）,（方案设计的具体化）,（工作图、商品化设计等）,2.2机械制造装备设计的类型,61,2.2.2变型设计1、适应型设计:原有产品基础上，基本工作原理和总体结构保持不变，改变或更换部分部件或结构，形成所谓的变型产品。2、变参数型设计：原有产品基础上，基本工作原理和总体结构保持不变，改变部分尺寸与性能参数，形成所谓的变型产品。,2.2机械制造装备设计的类型,62,2.3.1系列化设计1.系列化设计的概念在设计某一类产品中，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。在产品基型系列基础上，同样运用结构典型化、零部件通用化、标准化的原则，增加、减去、更换或修改少数零部件，派生出不同用途的变型产品，构成产品派生系列。,2.3机械制造装备设计的方法,63,系列,表2-1中型卧式车床的简略系列型谱表,基型，变型,横向,型谱,主参数系列,纵向,64,在系列型谱中，各规格产品应有相同的功能结构，相似的结构型式；同一类型的零部件在规格不同的产品中具有完全相同的功能结构；不同规格的产品，同一种参数按一定规律（通常按等比级数）变化。系列化设计应遵循“产品系列化、零部件通用化、标准化、结构的典型化”，即所谓的“四化”原则。,2.3机械制造装备设计的方法,65,2.系列化设计的优缺点系列化设计的优点：1）用较少的品种规格的产品满足市场较大范围的需求；2）减少设计工作量，提高设计质量，缩短产品的研制周期；3）压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成本；4）便于进行产品的维修，改善售后服务质量；5）为开展变型设计提供技术基础。系列化设计的缺点：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。,2.3机械制造装备设计的方法,66,3.系列化设计的步骤1）主参数和主要性能指标的确定应最大程度地反映产品的工作性能和设计要求。2）参数分级主参数应尽可能采用优先数系。优先数系是公比为，N=5、10、20或40的等比数列。3）制订系列型谱系列型谱通常是二维甚至多维的，其中一维是主参数，其它维是主要性能指标。系列型谱内的产品是在基型产品的基础上经过演变和派生而扩展成的。,2.3机械制造装备设计的方法,67,（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。主要技术指标和主参数按优先数系派布。（2）横系列产品是在基型产品基础上，通过加、减去、更换或修改某些零部件，实现功能扩展的派生产品。（3）跨系列产品跨系列产品是采用相同的主要基础件和通用部件的不同类型产品。,2.3机械制造装备设计的方法,68,2.3.2模块化设计1.模块化设计的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，在一定范围内不同性能、不同规格的产品进行功能分析基础上，划分并设计出一系列功能模块，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。,模块也应用系列化设计原理进行，即每类模块具有多种规格，其规格参数按一定的规律变化，而功能结构则完全相同，不同模块中的零部件尽可能标准化和通用化。,2.3机械制造装备设计的方法,69,2.模块化设计的优缺点与系列化设计方法优缺点类似；尚有如下优点：l）便于用新技术设计性能更好的模块取代原有旧的模块，提高产品的性能，加快产品的更新换代。2）可快速满足用户提出的特殊订货要求，大大缩短设计和供货周期。3）有利于采用成组加工等先进