机械制造装备设计课件第1第2章

?机械制造装备设计?主讲人：魏永庚1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第四章工业机器人设计目录2第五章机床夹具设计第六章物流系统设计第七章机械加工生产线设计目录3制造业是一个国家经济开展的重要支柱,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。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：机械制造装备及其在国民经济中的重要作用4●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5

1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第四节

装备实例-集成电路制造重大装备61.1机械制造装备及其在国民经济中的重要作用国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争。机械制造业是制造业的核心，其生产能力和开展水平标志着一个国家或地区的经济现代化的程度，而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。“拿来主义〞不能形成制造业的核心竞争力，开展先进的装备制造技术刻不容缓，是实现向“制造强国〞跨越的必由之路。机床及其它制造装备是机械制造技术的重要载体。开展机械制造装备的战略意义第一章

绪论7制造模式的演变过程及开展趋势第一章

绪论1.1机械制造装备及其在国民经济中的重要作用8机械制造装备设计▲20世纪20年代——生产军火——主要采用不计本钱的生产模式。▲20世纪50年代——为了降低本钱、提高效率，采用大量生产模式。▲20世纪70年代——生产模式的根本原那么是“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。机械制造业的开展历程9机械制造装备设计▲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)10机械制造装备设计●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)11机械制造装备设计●计算机辅助设计技术(CAD)

计算机和生产制造相结合，进行产品的各种设计，例如，各种造型软件。

12机械制造装备设计●计算机辅助制造技术(CAM)在机械制造业中，利用电子数字计算机通过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程。简称cam。除cam的狭义定义外，还有一个广义的定义：“通过直接的或间接的计算机与企业的物质资源或人力资源的联接界面，把计算机技术有效地应用于企业的管理、控制和加工操作。〞按照这一定义，计算机辅助制造包括企业生产信息管理、计算机辅助设计和计算机辅助生产、制造3局部。计算机辅助生产、制造又包括连续生产过程控制和离散零件自动制造两种计算机控制方式。采用计算机辅助制造零件、部件，可改善对产品设计和品种多变的适应能力，提高加工速度和生产自动化水平，缩短加工准备时间，降低生产本钱，提高产品质量和批量生产的劳动生产率。13机械制造装备设计●计算机辅助工艺规划(CAPP)

计算机辅助工艺规划(ComputerAidedProcessPlanning，简称CAPP)是通过向计算机输入被加工零件的原始数据，加工条件和加工要求，由计算机自动地进行编码，编程直至最后输出经过优化的工艺规程卡片的过程。这项工作需要有丰富生产经验的工程师进行复杂的规划，并借助计算机图形学、工程数据库以及专家系统等计算机科学技术来实现的。计算机辅助工艺规划常是联结计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)的桥梁。14机械制造装备设计●制造资源规划(MRP)它是ManufacturingResourcePlanning的英文缩写，它是以物料需求方案MRP(MaterialsRequirementsPlanning)为核心，覆盖企业生产活动所有领域、有效利用资源的生产管理思想和方法的人机应用系统。几乎所有的企业所追求的根本运营目标都是要以最少的资金投入而获得最大的利润。追求这一目标的结果使制造业产生了诸多的问题，其主要表现在：

(1)生产方案的合理性；

(2)库存的合理管理；

(3)设备的充分利用;

(4)作业的均衡安排；

(5)财务状况的及时分析。15机械制造装备设计●成组技术(GT)(GT为GroupTechnology)，它主要针对解决提高多品种小批量生产中生产率问题。根本思想是用GT解决MRP－II未考虑作业如何分配，未考虑按零件或按工序分组进行生产的弱点。同时，用MRP－II弥补了GT无法直接满足生产上一些实际、重要的问题，到达取长补短，它是一个适用于多品种小批量生产的有效的生产方案和控制系统。16机械制造装备设计●并行工程(CE)〔ConcurrentEngineering即CE〕是现代产品设计的主要开展方向，是一种系统方法，它以集成的并行方式设计产品极其相关过程，包括对制造过程、支持过程的设计。CE方法的主要目的是要使产品开发人员从一开始就考虑到从概念形成到投放市场的整个产品全寿命周期中质量、本钱、开发时间和用户需求等有关组成因素。CE的实质就是在TQCS〔即时间、质量、本钱、效劳〕方面提高企业在国际市场中的竞争力。17机械制造装备设计●柔性制造系统〔单元〕(FMS)是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(FlexibleManufacturingSystem)。采用FMS的主要技术经济效果是：能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产〞；提高产品质量的一致性。18机械制造装备设计进入90年代，随着信息技术的开展，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开展的主要方向●敏捷制造●精益—敏捷—柔性●快速可重组制造19机械制造装备设计●敏捷制造敏捷制造目前尚无统一、公认的定义，一般可以这样认为：敏捷制造是在“竞争—合作/协同〞机制作用下，企业通过与市场/用户、合作伙伴等方面具有以下特点。

敏捷制造思想的出发点是基于对产品和市场的综合分析，具体包括：市场/用户是谁；市场/用户需要什么；企业对市场做出快速响应是否值得；如果企业做出快速响应，能否获取利益。20●快速原型技术(RapidPrototyping，RP)RP可迅速地将设计思想物化产品原型或直接制成零件，以便对产品设计进行早期检验或对产品性能进行早期测试，从而使制造过程的反复大为减少。●虚拟制造技术(VirtualManu—facturing，VM)VM是仿真技术的扩展，它以计算机支持的数字多媒体技术为根底，对全部制造活动进行统一的数字化建模和仿真，从而更有效、更经济、柔性灵活地组织生产，到达产品的开发周期和本钱的最小化，产品设计质量的最优化，生产效率的最高化。21●准时化生产(JustInTime，JIT)、精益生产(LP)原那么、全面质量管理(TotalQualityManagement，TQM)开始出现。制造业包括制造技术与制造管理两局部工作，制造技术水平决定着制造管理方式并推动其变革；反之，制造管理方式又影响着制造技术的进步。●20世纪90年代初，以人工神经网络(ANN)、模糊逻辑(FL)、遗传算法(GA)为代表的新一代计算智能技术补充了符号智能的缺乏，使制造过程各环节中制造知识的获取、表示、存储和推理成为可能，因此表达制造系统化、自动化和智能化综合开展的智能制造技术和智能制造系统(IMT＆IMS)的研究与开发，在世界范围内蓬勃兴起。22制造模式的演变过程及开展趋势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根底工作；实现资源快速有效集成是其中心任务，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。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23我国制造业的开展现状我国机械制造装备模式根本上为国外60-70年代的水平，根本上是通用机床加专用工艺装备，自动化程度低；已建立起门类齐全、相当规模的制造业体系，制造技术已有相当根底。我国是制造大国制造业从业人员8307万人；占全国工业从业人员的90.7％；我国还不是制造强国70%的轿车工业装备、85%的集成电路制造装备和100%的光纤制造装备依赖进口。我国是最大的机床进口国。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24国际先进水平国内水平精度:复杂零件加工精度1微米10微米效率:高速加工进给速度100米/分加速度2g20米/分0.2g可靠性:数控机床平均无故障时间3000小时450小时我国的制造技术和制造能力落后于世界先进水平，制造技术的差距突出表现在：如何实现更好、更快、更可靠的制造？

1.1.3我国制造业的开展现状第一章

绪论1.1机械制造装备及其在国民经济中的重要作用251.1.3我国制造业的开展现状第一章

绪论飞机发动机发动机叶片的关键技术

单晶定向凝固单晶是指物质结构内部是一个单一晶相结晶方向与受力方向一致;多晶容易断裂.

目前兴旺国家航空发动机的大修间隔均能到达1万小时以上;国内根本在900小时以内.国内外差距关键是涡轮和压气机叶片，在高温和强气流条件下老化、断裂、蠕动;发动机主轴承等.

1.1机械制造装备及其在国民经济中的重要作用261.2机械制造装备的主要功能

一般的功能要求

柔性化精密化自动化机电一体化节材符合工业工程要求符合绿色工程要求第一章

绪论原来机械装备设计的要求这么多！271.2.1一般的功能要求1．加工精度方面的要求加工精度是指加工后零件对理想尺寸、形状和位置的符合程度，一般包括尺寸精度、外表形状精度、相互位置精度和外表粗糙度等。满足加工精度方面的要求应是机械制造装备最根本的要求。影响机械制造装备加工精度的因素很多，与机械制造装备本身有关的因素有其几何精度、传动精度、运动精度、定位精度和低速运动平稳性等。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能281.2.1一般的功能要求2．强度、刚度和抗振性方面的要求为了提高加工效率，切削速度越来越高，切削力越来越大，机械制造装备应具有足够的强度、刚度和抗振性。提高强度、刚度和抗振性不能一味地加大制造装备零部件的尺寸和重量，成为“傻、大、黑、粗〞的产品。应利用新技术、新工艺、新结构和新材料，对主要零件和整体结构进行改进设计，在不增加或少增加重量的前提下，使装备的强度、刚度和抗振性满足规定的要求。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能291.2.1一般的功能要求3．加工稳定性方面的要求

机械制造装备在使用过程中，受到切削热、摩擦热、环境热等的影响，会产生热变形，影响加工性能的稳定性。对于自动化程度较高的机械制造装备，加工稳定性方面的要求尤为重要。提高加工稳定性的措施是减少发热量，散热和隔热，均热、热补偿、控制环境温度等。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能30车床刀架变形曲线ΔX（μm）10203040500123F（KN）运转时间/h0

1

2

3

450150100200位移

/μm20406080温升/℃ΔYΔX前轴承温升车床受热变形形态车床温升与变形曲线车刀热变形曲线τ(min)连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线ξ（μm）ξmaxτb0τc0.63ξmax1.2.1一般的功能要求第一章

绪论加工稳定性方面的要求1.2机械制造装备的主要功能311.2.1一般的功能要求4．耐用度方面的要求

机械制造装备经过长期使用，因零件磨损、间隙增大，原始工作精度将逐渐丧失。对于加工精度要求很高的机械制造装备，耐用度方面的要求尤为重要。提高耐用度应从设计、工艺、材料、热处理和使用等多方面综合考虑。从设计角度，提高耐用度的主要措施包括减少磨损、均匀磨损、磨损补偿等。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能321.2.1一般的功能要求5．技术经济方面的要求投入机械制造装备上的费用将分摊到产品本钱中去。如产品产量很大，分摊到每个产品的费用较少。反之，产品的产量较少，甚至是单件，过大地在机械制造装备上投资，将大幅度地提高产品的本钱，削弱产品的市场竞争力。因此不应盲目地追求机械制造装备的技术先进程度，无方案地加大投入，而应该进行仔细的技术经济分析，确定机械制造装备设计和选购方面的指导方针。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能331.2.2柔性化柔性化即产品结构柔性化和功能柔性化。产品结构柔性化是指产品设计时采用模块化设计方法和机电一体化技术，只需对结构作少量的重组和修改，或修改软件，就可以快速地推出满足市场需求的、具有不同功能的新产品。功能柔性化是指只需进行少量的调整或修改软件，就可以方便地改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能341.2.2柔性化在柔性制造系统中，不同工件可以同时上线，实现混流加工。这类加工装备投资极大，研制周期长，使用维护涉及的技术难度大，应通过认真的技术经济分析认为有利可图时才可考虑采用。要实现机械制造装备的柔性化不一定非要采用柔性制造单元或系统。专用机床，包括组合机床及其组成的生产线也可设计成具有一定的柔性。其柔性表现在机床可进行调整以满足不同工件的加工。调整方法如采用备用主轴、位置可调主轴、工夹量具成组化、工作程序软件化和局部动作实现数控化等。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能351.2.3精密化随着市场竞争的国际化，对产品技术性能的要求越来越苛刻，制造精度的要求越来越高。为提高产品的质量，许多工厂还不断地压缩工件制造的公差带，机械制造装备的精密化成为普遍开展的趋势，从微米级开展到亚微米级，乃至纳米级。采用误差补偿技术可提高机械制造装备自身的精度。误差补偿技术可以是机械式的，如采用的校正尺或校正凸轮等。较先进的是采用数字化技术，将误差的数学模型存人计算机。在加工时，算出将产生的综合误差，然后由误差补偿装置按算出的综合误差进行补偿。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能361.2.4自动化可以提高加工效率和劳动生产率，还可以提高产品质量的稳定性，改善劳动条件等。自动化有全自动和半自动之分：全自动是指能自动完成工件的上料、加工和卸料的生产全过程；半自动那么上下料需人工完成。凸轮控制是采用凸轮机构控制多个部件的运动，使之互相协调地工作，改变工作循环需更换或调整凸轮。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能371.2.4自动化程序控制指工作程序和定位尺寸可以根据不同的加工对象选择，但不能控制运动轨迹。程序控制可分为固定程序控制和可变程序控制。数字控制除了可控制工作程序外，还可以控制运动轨迹，一般采用专门的数控装置。适应控制能按事先给定的评价指标，在加工过程中根据实际工作条件(如材料硬度的变化，刀具磨损等)自动地改变加工系统的参数(如切削用量等)，使加工过程始终按照给定的评价指标进行。适应控制分约束适应控制、最正确适应控制和学习适应控制等。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能381.2.5机电一体化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，有机地组成的最正确技术系统。机电一体化系统和产品的结构通常是机械的，用传感器检测来自外界和机器内部运行状态的信息，由计算机进行处理，经控制系统由机械、液压、气动、电气、电子及它们的混合形式的执行系统进行操作，使系统能自动适应外界环境的变化，机器始终处于正常的工作状态系统功能强、质量好和故障率低、节能和节材、性能价格比高，具有足够的“结构柔性〞的系统。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能391.2.6节材我国产品设计水平低，选取的平安系数一般偏大，造成产品肥头大耳，造成所谓的结构性材料浪费；又由于工艺水平落后，铸造和锻造过程中金属回收率低，毛坯的加工余量大，不仅浪费了原材料，也浪费了加工工时和能源，造成所谓的工艺性材料浪费。采用现代设计法，合理地选取平安系数，对主要零部件进行精确计算和优化，改进产品的结构，采用先进的制造装备提高材料的利用率是必要的。第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能40工业工程是对由人、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和实施的一门学科。其目标是设计一个生产系统及其控制方法，在保证工人和最终用户健康和平安的条件下，以最低的本钱生产出符合质量要求的产品。工业工程可以定量分析为主，研究整个大系统工作效率和本钱的优化。1.2.7符合工业工程要求第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能41产品设计符合工业工程的要求是指在产品开发阶段，充分考虑结构的工艺性，提高标准化、通用化程度，以便采用最正确的工艺方案，选择最合理的制造设备，减少工时和材料的消耗；合理地进行机械制造装备的总体布局，优化操作步骤和方法，减少操作过程中工人的体力消耗；对市场和消费者进行调研，保证产品正确的质量标准，减少因质量标准订得过高造成不必要的超额工作量。1.2.7符合工业工程要求第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能42企业必须纠正不惜牺牲环境和消耗资源来增加产出的错误做法，使经济开展更少地依赖地球上的有限资源，而更多地与地球的承载能力到达有机的协调。这就是所谓的绿色工程要求。按绿色工程要求设计的产品称绿色产品。绿色产品设计在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和本钱的同时，优化各有关设计要素，使得产品从设计、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。1.2.8符合绿色工程要求第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能43绿色产品设计考虑的内容很广泛，包括产品材料的选择应是无毒、无污染、易回收、可重用、易降解的；产品制造过程应充分考虑对环境的保护，资源回收，如废弃物的再生和处理，原材料的再循环，零部件的再利用等；产品的包装也应充分考虑选用资源丰富的包装材料，以及包装材料的回收利用及其对环境的影响等。原材料再循环的本钱一般较高，应考虑经济上、结构上和工艺上的可行性。为了零部件的再利用，应通过改变材料、结构布局和零部件的连接方式等来实现产品拆卸的方便性和经济性。1.2.8符合绿色工程要求第一章

绪论1.2机械制造装备的主要功能441.3.1加工装备〔主要指机床，也称工作母机〕包括金属加工机床、特种加工机床、锻压机床、冲压机床、注塑机、焊接设备、铸造设备等。1.3.2工艺装备包括刀具、模具、夹具、量具、辅具等。1.3.3储运装备包括物料运输装置、机床上下料装置、刀具输送装置、仓储设备等1.3.4辅助装备包括清洗机、排屑设备和测量、包装设备等。1.3机械制造装备的类型第一章

绪论45通用的金属切削机床按其切削方式可分为车床、钻床、镗床、螺纹加工机床、铣床、刨(插)床、拉床、切断机床和其它机床等。专用机床是为特殊的工艺目的设计和制造的加工装备，组合机床及其自动线是其中的一个大分支，包括大型组合机床及其自动线、小型组合机床及其自动线、自动换刀数控组合机床及其自动线等。机床按其通用特征可分为高精度精密、自动、半自动、数控、仿形、自动换刀、轻型、万能和简式机床等。

加工装备:

金属切削机床第一章

绪论1.3机械制造装备的类型46第一章

绪论三维数控钻床1.3机械制造装备的类型471．电加工机床直接利用电能对工件进行加工的机床，统称电加工机床，一般仅指电火花加工机床、火花线切割机床和电解加工机床。电火花加工机床是利用工具电极与工件之间产生的电火花小电弧从工件上去除微粒材料到达加工要求的机床，主要用于加工硬的导电金属，如淬火钢、硬质合金等。按工具电极的形状和电极是否旋转，电火花加工可进行成形穿孔加工、电火花成形加工、电火花雕刻、电火花展成加工、电火花磨削等。1.3.1加工装备:

特种加工机床第一章

绪论1.3机械制造装备的类型48电火花线切割机床是利用一根移动的金属丝作电极，在金屑丝和工件间通过脉冲电流，并浇上液体介质，使之产生放电腐蚀而进行切割加工。电解加工机床是利用金属在直流电流作用下，在电解液中产生阳极溶解的原理对工件进行加工的方法，又称电化学加工。加工时，工件与工具分别接正负极，两者相对缓慢进给，并始终保持一定的间隙，让具有一定压力的电解液连续从间隙中流过，将工件上的被溶解物带走，使工件逐渐按工具的形状被加工成型。第一章

绪论1.3.1加工装备:

特种加工机床1.3机械制造装备的类型492．超声波加工机床利用超声波能量对材料进行机械加工的设备称超声波加工机床。加工时工具作超声振动，并以一定的静压力压在工件上，工件与工具间引入磨料悬浮液。在振开工具的作用下，磨粒对工件材料进行冲击和挤压，加上空化爆炸作用将材料切除。超声波加工适用于特硬材料，如石英、陶瓷、水晶、玻璃等的孔加工、套料、切割、雕刻、研磨和超声电加工等复合加工。第一章

绪论1.3.1加工装备:

特种加工机床1.3机械制造装备的类型503．激光加工机床采用激光能量进行加工的设备统称激光加工机床。激光是一种高强度、方向性好、单色性好的相干光。利用激光产生的上万度高温聚焦在工件上，使工件被照射的局部在瞬间急剧熔化和蒸发，并产生强烈的冲击波，使熔化的物质爆炸式地喷射出来以改变工件的形状。激光加工可以用于所有金属和非金属材料，特别适合于加工微小孔和材料切割。常用于加工金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的小孔加工及切割加工。第一章

绪论1.3.1加工装备:

特种加工机床1.3机械制造装备的类型514．电子束加工机床在真空条件下，由阴极发射出的电子流被带高电位的阳极吸引，在飞向阳极的过程中，经过聚焦、偏转和加速，最后以高速和细束状轰击被加工工件的一定部位，在几分之一秒内，将其百分之九十九以上的能量转化成热能，使工件上被轰击的局部材料在瞬间熔化、气化和蒸发，以完成工件的加工。电子束加工机床就是利用电子束的上述特性进行加工的装备。常用于穿孔、切割、蚀刻、焊接、蒸镀、注入和熔炼等。此外，利用低能电子束对某些物质的化学作用，可进行镀膜和曝光，也属于电子束加工。第一章

绪论1.3.1加工装备:

特种加工机床1.3机械制造装备的类型525．离子束加工机床离子束加工机床就是利用离子束的特性进行加工的装备。在电场作用下，将正离子从离子源出口孔“引出〞，在真空条件下，将其聚焦、偏转和加速，并以大能量细束状轰击被加工部位，引起工件材料的变形与别离，或使靶材离子沉积到工件外表上，或使杂质离子射人工件内。用这种方法对工件进行穿孔、切割、铣削、成像、抛光、蚀刻、清洗、溅射、注入和蒸镀等，统称离子束加工。第一章

绪论1.3.1加工装备:

特种加工机床1.3机械制造装备的类型536．水射流加工机床水射流加工是利用具有很高速度的细水柱或掺有磨料的细水柱，冲击工件的被加工部位，使被加工部位上的材料被剥离。随着工件与水柱间的相对移动，切割出要求的形状。常用于切割某些难加工材料，如陶瓷、硬质合金、高速钢、模具钢、淬火钢、白口铸铁、耐热合金、复材等。第一章

绪论1.3.1加工装备:

特种加工机床1.3机械制造装备的类型54锻压机床是利用金属的塑性变形特点进行成形加工，属无屑加工设备。锻造机是利用金属的塑性变形，使坯料在工具的冲击力或静压力作用下成形为具有一定形状和尺寸的工件，同时使其性能和金相组织符合一定的技术要求。锻造加工可分为手工锻造、自由锻造、胎模锻造、模型锻造和特种锻造等。也可分热锻、温锻和冷锻等。冲压机是借助模具对板料施加外力，迫使材料按模具形状、尺寸进行剪裁或塑性变形，得到要求的金属板制件。根据加工时材料温度的不同，可分为冷冲压和热冲压。冲压工艺省工、省料和生产率高。第一章

绪论1.3.1加工装备:

锻压机床1.3机械制造装备的类型553万吨水压机双机协调锻压第一章

绪论1.3机械制造装备的类型56挤压机是借助于凸模对放在凹模内的金属坯料加力挤压，迫使金属挤满凹模和凸模合成的内腔空间，获得所需的金属制件。挤压加工更节约金属、提高生产率和制品的精度。可分为冷挤压、温热挤压和热挤压。轧制机是使金属材料经过旋转的轧辊，在轧辊压力作用下产生塑性变形，以获得所要求的截面形状并同时改变其性能。分热轧和冷轧。按轧制方式又可分纵轧、横轧和斜轧。纵轧用于轧制板材、型材、钢轨等；横轧用于轧制套圈类零件；斜轧主要用于轧制钢球。第一章

绪论1.3.1加工装备:

锻压机床1.3机械制造装备的类型57切削加工时，从工件上切除多余材料所用的工具，称之为刀具。刀具的种类颇多，如车刀、刨刀、铣刀、钻头、丝锥、齿轮滚刀等。大局部刀具已标准化，由工具制造厂大批量生产，不需自行设计。第一章

绪论1.3.2工艺装备:

刀具1.3机械制造装备的类型58第一章

绪论1.3.2工艺装备:

刀具精密螺旋锥齿轮大型蜂窝曲面大型螺旋桨1.3机械制造装备的类型59模具是用来将材料填充在其型腔中，填充材料的不同，以获得所需形状和尺寸制件的工具。1．粉末冶金模具粉末冶金是制造机器零件的一种加工方法，将一种或多种金属或非金属粉末混合，放在粉末冶金模具内，加压成形，再烧结成制品。2．塑料模具塑料是以高分子合成树脂为主要成分，在一定条件下可塑制成一定形状且在常温下保持形状不变的材料。塑制成型制件所用的模子称之为塑料模具。第一章

绪论1.3.2工艺装备:

模具1.3机械制造装备的类型60压塑模具又称压胶模，是成型热固性塑料件的模具。成型前，根据压制工艺条件将模具加热到成型温度，然后将塑料粉放人型腔内预热、闭模和加压。塑料受热和加压后逐渐软化成粘流状态，在成型压力的作用下流动而充满型腔，经保压一段时间后，塑件逐渐硬化成形，然后开模和取出塑件。挤塑模具又称挤胶模，是成型热固性塑料或封装电器元件等用的一种模具。成形及加料前先闭模，塑料先放在单独的加料室内预热成粘流状态，再在压力的作用下使融料通过模具浇注系统，高速挤入型腔，然后硬化成型。第一章

绪论1.3.2工艺装备:

模具1.3机械制造装备的类型61注射模具沿分型面分为定模和动模两局部。定模安装在注塑机的定模板上，动模那么紧固在注射机的动模板上。工作时注射机推动模板与定模板紧密压紧，然后将料筒内已加热到熔融状态的塑料高压注入型腔，融料在模内冷却硬化到一定强度后，注射机将动模板与定模板沿分模面分开，开启模具，将塑件顶出模外，获得塑料制件。3．压铸模具熔融的金属在压铸机中以高压、高速射入压铸模具的型腔，尺寸精度高，外表光洁，主要用于制造有色金属件。第一章

绪论1.3.2工艺装备:

模具1.3机械制造装备的类型624．冷冲模具压铸冷冲模具包括阴模和阳模两局部。在室温下借助阳模对金属板料施加外力，迫使材料按阴模型腔的形状、尺寸进行裁剪或塑性变形。进行冷冲加工所用的钢材应是含碳量较低的高塑性钢。5．锻压模具锻压模具是锻造用模具的总称。按使用锻造设备的不同可分为锤锻模、机锻模、平锻模、辊锻模等。按使用目的不同可分为终成形模、预成形模、制坯模、冲孔模、切边模等。第一章

绪论1.3.2工艺装备:

模具1.3机械制造装备的类型63夹具是安装在机床上用于定位和夹紧工件的工艺装备，它保证加工时的定位精度、被加工面之间的相对位置精度，有利于工艺规程的贯彻和提高生产效率。夹具一般由定位机构、夹紧机构、刀具导向装置、工件推入和取出导向装置和夹具体构成。按夹具专用化程度可分为专用夹具、成组夹具和组合夹具等。按夹具安装在什么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。第一章

绪论1.3.2工艺装备:

夹具1.3机械制造装备的类型64专用夹具是专为特定工件的特定工序设计和制造的。产品改变或工艺改变，夹具根本上要报废。成组夹具是采用成组技术，把工件按形状、尺寸和工艺相似性进行分组，再按每组工件设计组内通用的夹具。成组夹具的特点是具有通用的夹具体，只需对夹具的局部元件稍作调整或更换，即可用于组内各个零件的加工。组合夹具是利用一套标准元件和通用部件(如对定装置、动力装置)按加工要求组装而成的夹具。产品改变，可以将组合夹具拆散，按新的加工要求重新组装。它常用于新产品试制和单件小批生产中，可缩短生产准备时间，减少专用夹具的品种和缩短试制周期。第一章

绪论1.3.2工艺装备:

夹具1.3机械制造装备的类型65量具是以固定形式复现量值的计量器具的总称。许多量具已商品化，如千分尺、千分表、量块、极限量块、样板等。有些量具是专用的，有些量具尽管是专用的，但可以相互借用，不必重新设计与制造；有些那么属于组合测量仪，根本是专用的，或只在较小的范围内通用。组合测量仪可同时对多个尺寸进行测量，如圆度、垂直度等。第一章

绪论1.3.2工艺装备:

量具1.3机械制造装备的类型661．仓储仓储是用来存储原材料、外购器材、半成品、成品、工具、胎夹模具等，分别归厂或各车间管理。现代化的仓储系统应有较高的机械化程度，采用计算机进行库存管理，以减少劳动强度。提高工作效率，配合生产管理信息系统，控制合理的库存量。立体仓库是一种很有开展前途的仓储结构，具备很多优点，包括占地面积小而库存量大；便于实现全盘机械化和自动化；便于进行计算机库存管理等。第一章

绪论1.3.3储运装备:

仓储输送设备1.3机械制造装备的类型672．物料输送装置物料输送主要指坯料、半成品或成品在车间内工作中心间的传输。输送装置主要有四种主要类型：由许多辊轴装在型钢台架上构成床形短距离滑道，由人工或靠工件自重实现输送；由刚性推杆推开工件作同步运动的步进式输送装置；带有抓取机构的、在两工位间输送工件的输送机械手；由连续运动的链条带开工件或随行夹具的非同步输送装置。用于自动线中的输送装置要求工作可靠、输送速度快、输送定位精度高、与自动线的工作协调等。第一章

绪论1.3.3储运装备:

仓储输送设备1.3机械制造装备的类型68自动运输小车主要用于工作中心间工件的输送。与上述输送装置相比，具有较大的柔性，即可通过计算机控制，方便地改变工作中心间工件输送的路线，故较多地用于柔性制造系统中。自动运输小车按其运行的原理分有轨和无轨两大类。无轨运输小车的走向一般靠浅埋在地面下的制导电缆控制。在小车紧贴地面的底部装有接受天线，接收制导电缆的感应信息，不断判别和校正走向。第一章

绪论1.3.3储运装备:

仓储输送设备1.3机械制造装备的类型693．机床上下料装置专为机床将坯料送到加工位置的机构称上料装置；加工完毕后将制品从机床上取走的机构称下料装置。在大批量自动化生产中，为减轻工人体力劳动，缩短上下料时间，常采用机床上下料装置。第一章

绪论1.3.3储运装备:

仓储输送设备1.3机械制造装备的类型70辅助装备包括清洗机、排屑和计量等设备。清洗机是用来清洗工件外表尘屑油污的机械设备。零件在装配前均需经过清洗保证装配质量和使用寿命。采用浸洗、喷洗、气相清洗和超声波清洗等方法。在自动装配线中，采用分槽多清洗生产线，完成工件的自动清洗。排屑装置用于自动机床或自动线上，从加工区域将切屑去除，输送到机外或线外的器内。去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；输屑那么有平带式、螺旋式和刮板式多种。第一章

绪论1.3机械制造装备的类型1.3.4辅助装备:

辅助设备711.4机械制造装备的设计要求

A精密化

B高效化

C柔性自动化

D机电一体化

E结构模块化

F装备与技术配套化

G符合工业工程要求

H符合绿色工程要求

I符合产品造型、色彩和人机工程设计第一章

绪论72

石器时代

(约250万年-约1万年前;1万年-5000年前)1.5

装备实例-集成电路制造重大装备第一章

绪论1.5.1工具开展史上的几次重大变革青铜器时代一般把中国青铜器开展划分为三大阶段，即形成期、鼎盛时期和转变期。形成期距今4500-4000年；鼎盛期包括夏、商、西周、春秋及战国早期，延续约一千六百余年；转变时期指战国末期－秦汉时期，青铜器已逐步被铁器取代.731.5

装备实例-集成电路制造重大装备第一章

绪论工具开展史上的几次重大变革铁器时代

(公元前6世纪中国出现生铁制品)硅器时代

20世纪70年代集成电路规模生产为标志铁器时代指已能运用很复杂的金属加工来生产铁器。铁的高硬度，高熔点与铁矿的高蕴含量，使得铁相对青铜来说来得廉价及可在各方面运用。P-N结发现1940三极管创造1945IC电路出现1958硅是地壳中最常见的元素，许多岩石的主要成分都是二氧化硅，然而，经过数百道工艺制成的集成电路，其价值可达上万美元；把石头变成硅片的过程是一项点石成金的成就也是近代科学的奇迹之一。信息时代的特征性材料是硅，如今，以硅为原料的电子元件产值超过了以钢为原料的产值，人类的历史因而正式进入了一个新时代-硅器时代。

74第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备我们的身边遍布IC(integratedcircuit)75

第一台通用电子计算机：ENIACElectronicNumericalIntegratorandCalculator1946年2月14日MooreSchool，Univ.ofPennsylvania18,000个电子管组成大小：长24m，宽6m，高2.5m速度：5000次/sec；重量：30吨；功率：140KW；平均无故障运行时间：7min第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备76小型化价格急剧下降;功耗降低故障率降低国家的重大需求电子信息产业的核心国民经济开展的基石综合国力的重要标志硅基集成电路产业ICInsight的最新报告显示，2005年中国半导体市场增长了32%，总体销售额到达408亿美元，首次成为全球消耗IC最大的市场！！该机构预测，到2021年，中国IC市场将增长两倍以上到达1240亿美元ICInsights：2005年中国国产IC产值只有88亿美元左右，约占21%第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备77根据商务部统计信息：

2005年集成电路及微电子组件进口金额高达815亿美元；是原油进口额的1.7倍第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备国家的重大需求78国产设备跟不上，国内制造业难以良性开展，在诸如半导体照明、太阳能电池、集成电路制造、液晶显示器件制造等关系国家经济命脉的产业中，假设解决不了关键设备国产化问题，我们将始终受制于人，只能辛辛苦苦为别人赚取设备钱。但是，如果设备国产化问题解决了，世界的制造业一定看中国。第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备主要差距与问题79主要差距与问题技术落后加工线宽：相差五个技术档次〔0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.13μm、0.1μm〕加工尺寸：国外12英寸设备已经成熟，我国8英寸设备仍在试制阶段。规模太小国产设备国内市场占有率不到2%，占我国半导体行业销售额的0.5%，占全球半导体设备销售额的0.1%左右。第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备80MEMS加工工艺：刻蚀得到的局部图形第一章

绪论81对专用设备的认识和政策不到位缺乏与电子信息产业的协调开展，影响了技术、人才、资金等社会资源对电子专用设备业的注入，限制了行业的快速开展根底研究严重缺乏，创新开发能力弱以跟踪、模仿、借鉴、翻新为主，正向设计少，根底和原理性的研究缺乏，难以创新。第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备主要差距与问题82人才缺乏高层次人才少，既精通集成电路制造工艺又掌握整机系统设计制造技术的复合型人才更少。工艺配合不到位，与使用环节脱节工艺单位参与设备研制少，积极性得不到充分发挥。投资严重缺乏国外公司的研发费占销售收入的15%，用于新品开发的费用高达单台售价的十几倍，我国仅为其几十分之一。第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备主要差距与问题83PentiumIIICPU芯片第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备84不断提高产品的性能价格比是微电子技术开展的动力集成电路芯片的集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小倍，这就是摩尔定律微电子开展的规律第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备8520032001Productionready0.13µmGatewidthMoore’sLaw

…ContinuestoPowertheNet200565nm202132nm200745nm70nm30nm20nm15nmRaisedSource/Drain<30nm

SiliconOxideGateHigh-kGateDielectricTerahertzTransistorStructureFullyDepleted

Channel90nm0.35µm0.25µm0.18µm199919971995.13mm50nm.20mm.35mm第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备86第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备87在未来相当长时间内硅基集成电路仍是信息产业的基石集成电路特征尺寸进一步缩小仍是开展的趋势据2005版ITRS预测，2021年CPU栅长将缩小至9nm第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备微电子开展的规律88集成电路制造生产线工艺集成电路制造生产线根本工艺步骤第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备8920种IC制造关键设备第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备90第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备20种IC制造关键设备91第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备20种IC制造关键设备92IC制造重大装备----集成电路制造生产线工艺亚微米CMOSIC制造厂的典型工艺流程

第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备93IC制造重大装备----与关键工艺对应的相关设备光刻：光刻机/EB注入：离子注入机刻蚀：刻蚀机薄膜：CVD第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备94开展IC制造重大装备的意义和作用年份2001200320052007201020132016开始试生产1006545开始量产（约10%）1301008065453222主流生产线（50%以上）250～180180～130130～100100～6565～4565～4545～32残留生产线(约20%)350以上250以上180以上90以上65以上45以上32以上集成电路工艺水平与装备需求层次〔特征尺寸：nm〕进入300mm，65nm时代已为期不远，而且预计未来需求增长最快的将是65nm规格以下的设备。面对强大的市场需求，我们有责任和义务开展中国自己的集成电路装备产业，抢占技术的制高点。第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备95IC重大装备--超低能大束流离子注入机关键技术

离子注入机是IC制造必不可少而又非常关键的设备之一，也是标志生产线工艺水平的关键设备。随着技术的推进，离子注入的工艺种类在逐步增加。离子注入的工艺种类在CMOS中可分为三大类：沟道区及阱区掺杂、多晶硅注入、源漏区注入。

兆伏级高能离子注入机中能中束流离子注入机超低能大束流离子注入机主要用途深阱和三阱注入阱注入、晕（Halo）、袋（Pocket）注入源、漏与源漏延伸注入第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备96系统结构图第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备IC重大装备--超低能大束流离子注入机关键技术

9712、高可靠性技术

1、低能离子传输理论与技术

2、长寿命大束流离子源技术3、离子束减速技术4、大片径高速全自动靶室技术

5、注入时圆片电荷消除技术

6、离子束扩束技术

8、注入剂量自动补偿技术

9、智能控制技术

10、精密能量过滤系统技术

11、超浅结注入工艺技术

7、离子注入剂量均匀性与重复性实时控制技术

第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备IC重大装备--超低能大束流离子注入机关键技术

98每个子系统的供给链按“神舟5号〞类似模式划分为电子元器件、机械零部件(硬件)、软件三大局部。“神舟5号〞共用电子元器件12万个、机械零部件假设干、软件50万条；100nm大角度离子注入机β机(本身)共用电子元器件27919个、机械零部件25081个、软件33.5万条。电子元器件机械零部件软件神舟五号12万个若干50万条100nm大角度离子注入机β机27919个25081个33.5万条第一章

绪论1.5

装备实例-集成电路制造重大装备IC重大装备--超低能大束流离子注入机关键技术

99第一章

绪论本章复习重点内容1机械制造装备应具备的一般功能要求是什么？2机械制造装备大致可划分为哪几大类？

3柔性化指的是什么？1001012机械制造装备设计方法第一节

机械制造装备设计的类型(3)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1022.1机械制造装备设计的类型2.1.1创新设计2.1.2变型设计2.1.3组合设计第二章

机械制造装备设计方法1032.1.1创新设计创新设计通常应从市场调研和预测开始，明确产品设计任务，经过产品规划、方案设计、技术设计和施工设计等四个阶段；还应通过产品试制和产品试验来验证新产品的技术可行性；通过小批试生产来验证新产品的制造工艺和工艺装备的可行性；一般需要较长的设计开发周期，投入较大的研制开发工作量。2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法104有效的创新方法希望打破“常规”的人广博的技术知识实现创新!创新三要素2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法105关键技术的自给率低关键技术大局部来自进口，其中工程机械高技术产品80%以上；数控机床70%；石油化工装备76%；集成电路芯片制造设备80%；光钎制造装备100%；通讯、半导体、生物、医药和计算机行业60%~90%；DVD产量占全球70%以上，但没有掌握核心专利技术；彩电、和微机CPU都掌握在别人手里。2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法106出口一台DVD一美元利润2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法交专利费18美元成本13美元企业利润1美元出口售价32美元107创造性人才必备条件、创造性人才创造者个性品质创造学知识及创造原理创造思维能力根底领域知识创造技能学习精神合作精神结构特性奉献精神独立精神知识能力综合创造能力创造技法2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法108智商与创造力关系图高智商是高创造力的必要条件，但不是充分条件，高智商的人也可能是低创造力。日本中国2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法109世界科技史上的前27项重大创造序发明年代国家/地域发明者发明项目评价或影响1前4000埃及不明陶器献给人类最早的人造容器2前3500美索不达米亚不明青铜器献给人类最早的金属制品3前3000西亚不明玻璃这是影响久远的新材料4前2000中国不明丝绸开创历史上丝绸产业，提高人们衣着质量5前770~前746中国不明冶铁术创造历史上起过革命作用的最重要原料之一6前600古希腊不明瓦对房屋产生深远影响7前507~前444中国不明磨对人类的机械制造具有极大的示范作用2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法110前27项重大创造〔续一〕序发明年代国家或地域发明者发明项目评价或影响8前400中国不明自来水开创自来水产业9前206中国不明十进位李约瑟：“没有这个十进位，几乎不可能出现我们这个统一化的世界了。”10前105中国蔡伦纸对人类文化传播产生了广泛、久远影响。11前60古罗马凯撒报纸是传播人类文化的最早载体1225中国不明瓷器中国人对世界文明的独特贡献1325中国不明水车风车它是人类利用水力、风力的早期工具14220中国不明算盘是“世界上最早的手动计算机2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法111前27项重大创造〔续二〕、序年代国家发明者发明项目评价或影响15220~280中国马钧指南车是一切自动控制机械的祖先16215~282中国皇甫针灸术是中医学中最天才、最具独特风格的发明。17约500印度西萨象棋世界上影响最久远的智力玩具18808中国不明火药它曾改变了整个世界事物的面貌和状态19900中国不明指南针造成航海技艺方面的巨大改革201000中国不明曲酿酒术它为人类奉献了独步世界的美酒佳酿211041~1048中国毕升活字印刷这是人类印刷术史上的第一次革命221247中国秦九韶秦九韶法它是世界数学史上解高次方程的最早发明2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法112前27项重要创造〔续三〕、序年代国家发明者发明项目评价或影响231453德国古腾堡印刷机推动了世界铅字印刷机械化的发展241508阿拉伯不明玻璃眼镜人类第一种增强视力，有利于学习文化的新工具251556德国阿古里科拉螺丝钉这是用于机件连接用途最广泛的新元件261567~1572中国不明人痘接种法世界医学史上人工免疫预防传染病的重大发明271536~1610中国朱载育十二平均率科学美学史上“一个革命性的变革”2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法113创造性思维方法创造性思维方法逻辑思维直觉思维形象思维幻想思维联想思维灵感思维相似联想关系联想接近联想对比联想2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法114法那么1：完备性法那么一个完整的技术系统包含动力装置、传输装置、执行装置和控制装置四个部件控制装置产品传输装置执行装置动力装置能量源控制装置完整的技术系统2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法货物桅杆船体帆风能水手帆船完成“货物运输〞功能的技术系统115法那么2：能量传递法那么必须保证能量能从能量源流向技术系统的所有元件能使能量流动的路径缩短的方向开展，以减少能量损失2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法116法那么2能量传递法那么实例尽管收音机内各子系统工作都正常，但收音机在汽车〔金属屏蔽的环境〕中电台传导的能量源受阻不能正常收听播送，在汽车外加一根天线，问题就解决了绞肉机替代菜刀，用旋转运动代替刀的垂直运动，能力传递路径缩短，能量损失减少，同时提高了效率2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法117法那么3：动态性进化法那么技术系统的进化应沿着增加结构柔性、可移动性、可控性的方向开展，以适应环境状况或执行方式的变化2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法柔软性可移动性可控性照相机进化刚体单铰体多铰体柔性体液体/气体场四腿椅转椅滚轮椅手动调焦通过按钮调焦感应光线调焦自动调焦118法那么4：提高理想度法那么技术系统沿着提高理想度，向最理想系统的方向进化，代表着所有技术系统进化法那么的最终方向。理想化意味着：系统的质量、尺寸、能量消耗∞0实现的功能数量∞02.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法第一台计算机重量：数吨;功能:计算现代计算机重量：1000克功能：上千种。包括计算、绘图、通信、多媒体等119法那么5：子系统不均衡进化法那么任何技术系统所包含的子系统都不是同步、均衡进化的，每个子系统都是沿自己的S曲线向前开展不均衡的进化经常会导致子系统之间的矛盾出现整个技术系统的进化速度取决于系统中开展最慢的子系统的进化速度2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法120法那么5实例

自行车的进化

起先、脚蹬子直接安装在前轮上，自行车速度与前轮直径成正比，为提高速度人们着眼与增加前轮直径；随着前后轮尺寸差异加大，自行车的稳定性变得很差，于是人们开始研究自行车的传动系统，在自行车上装上了链条和链轮2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法121法那么6：向超系统进化法那么技术系统沿着从单系统→双系统→多系统的方向开展进化到极限时，实现某项功能的子系统会从系统中剥离，转移至超系统，作为超系统的一局部。在该子系统的功能得到增强改进的同时，也简化了原有的技术系统2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法飞机在长距离飞行时，需要在飞行中加油。最初：燃油箱是飞机的一个子系统；进化后：燃油箱脱离了飞机，进化至超系统，以空中加油机的形式给飞机加油。飞机系统简化，不必再随身携带庞大的燃油箱122法那么7：向微观进化法那么沿着减小其元件尺寸的方向开展，从最初的尺寸向原子、根本粒子的尺寸进化，同时能够更好的实现相同的功能实例：电子元件的进化真空管晶体管集成电路2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法123法那么8：协调性法那么技术系统的进化是沿着各个子系统相互之间更协调的方向开展。即系统的各个部件在保持协调的前提下，充分发挥各自的功能。表现在：结构上的协调各性能参数的协调工作节奏/频率上的协调2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法124法那么8协调性法那么实例结构上的协调早期积木：只能摞、搭现代积木：可自由组合、随意插合成不同的形状各性能参数的协调网球拍需要考虑两个性能参数的协调：将球拍整体重量降低，以提高其灵活性，同时增加球拍头部重量，以保证产生更大的挥拍力量工作节奏/频率上的协调为提高混凝土强度，建筑工人在浇注施工中，一面灌混凝土，一面用震荡器进行振荡，以确保混凝土的密实2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法125创新实例简介

传统扳手

美国专利扳手常规的扳手，为拧开生锈的螺母非常困难，还经常损坏螺母，要揭开这个难题，可以有三个答案：2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法126、1〕提高制造精度，使扳手内侧和螺母侧面较好吻合；2〕允许扳手的侧面做自我调整，使其与螺母的侧面相符；3〕使用软一些材料做扳手，以使不损坏螺母。上述三个答案中的第一个是最切实际的。如果制造精度越高，工艺性那么越差。分析说明，如果扳手工作面与螺母侧面能多点接触，而不只是棱角单点接触，问题就可以得到解决。该设计于1995年在美国获得了专利。2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法创新实例简介127单元技术与单元技术集成实例波音747飞机是波音公司的工程师们把公司喷气发动机、航空材料、导航等方面的新技术成果集成起来，开发出与之配套的制造技术和工艺，于1970年投入商业运行。由于主要用的是几种成熟的单元技术，致使说不上波音747飞机的创造者究竟是谁。2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法单元技术与系统技术集成实例火力发电机就是由锅炉、汽轮机、发电机、励磁机等产品上大量先进单元技术和测量、控制、整体优化等系统综合集成的产物兴旺国家经常购置落后国家的单元产品，然后回国内组装，再返销回落后国家。集成创新128大型系统技术集成实例宏伟的“阿波罗〞登月方案是人类系统集成创新的典范。是当代诸多行业、多种学科、多种方法、大型系统的集成产物，也是典型的政府主导的大型系统集成创新工程整个飞船由700余万零件组成历时10年，耗资250亿美元参加该方案研究的有120多所大学、2万家企业和研发机构，投入45万多名科技工作者科研立题5万余项，2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法129原创性与常规技术的集成实例集一项原发性创新技术结合多项常规的技术改进，给众多产品及产业带来翻天覆地的变化例如，随着当前环保意识的增强及世界燃料日趋短缺问题的提出，我国及世界很多兴旺国家都在从事燃料电池的研发工作，一旦试制成功，必将给电动汽车及相关的各种交通工业带来新的突破。又如，激光原理与不同领域内技术的集成就会产生众多的创新2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法130激光原理钻孔技术导航技术焊接技术切割技术测量技术全息技术印刷技术防伪技术美容技术模具加工技术核聚变控制技术光刻技术爆破技术医疗技术显像技术热处理技术2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法131实现创新的捷径希望打破“常规”的人实现创新有效的创新方法相关的技术知识创新理论和规律2.1.1创新设计2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法1322.1.2变型设计适应型设计和变参数型设计统称“变型设计〞。都是在原有产品根底上，根本工作原理和总体结构保持不变.变型设计应在原有产品的根底上，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。开展变型设计的依据是原有产品，它应属于技术成熟的“基型〞产品。作为变型设计依据的原有产品，通常是采用创新设计方法完成的。2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法1332.1.3组合设计组合设计又称模块化设计，是按合同要求，选择适当的功能模块，直接拼装成所谓的“组合产品〞。组合产品是系列产品的进一步细化，组合产品中的模块也应按系列化设计的原理进行。组合设计通常是MRP一驱动的，可由销售部门承担，或在销售部门中成立一个专门从事组合设计的设计组承担，有关设计资料可直接交付生产方案部门，对组成产品的各个模块安排投产，并将这些模块拼装成所需的产品。2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法134据不完全统计，机械制造装备产品中有一大半属于变型产品和组合产品，创新产品只占一小局部。尽管如此，创新设计的重要意义不容低估。这是因为：采用创新设计方法不断推出崭新的产品，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根底上进行的，而基型和模块系统也是采用创新设计方法完成的。2.1机械制造装备设计的类型第二章

机械制造装备设计方法2.1.3组合设计1352.2.1机械制造装备设计的典型步骤2.2.2系列化设计2.2.3模块化设计2.2.4合理化工程2.2机械制造装备设计的方法第二章

机械制造装备设计方法1362.2.1机械制造装备设计的典型步骤(一)产品规划阶段(二)方案设计阶段(三)技术设计阶段(四)施工设计阶段2.2机械制造装备设计的方法第二章

机械制造装备设计方法137(一)产品规划阶段产品规划阶段的任务是明确设计任务，通常应在市场调查与预测的根底上识别产品需求，进行可行性分析，制订设计技术任务书。在产品规划阶段将综合运用技术预测、市场学、信息学等理论和方法来解决设计中出现的问题。2.2机械制造装备设计的方法第二章

机械制造装备设计方法2.2.1机械制造装备设计的典型步骤1381．需求分析需求分析的任务是将需求具体化和恰到好处，明确设计任务要求。是设计工作的开始，指导设计工作的进行。识别需求是一个创造性的过程，设计人员必须重视需求分