01 机械制造及装备设计方法

中国制造—转型升级
研究 开发 订单 制造 销售 服务
硅谷 利润率25％ 新竹 利润率15％ 东莞 利润率5％
四、机械制造装备的发展趋势 1 向高效、高速、高精度方向发展 2 多功能复合化、柔性自动化的产品成为发展的主流
3 实施绿色制造与可持续发展战略
4 智能制造技术和智能化装备有了新的发展 5 我国自主创新和高新技术的发展
六
标准化评价
（一） 标准化及其目的 1、技术标准 （二） 标准分类 2、工作标准 3、管理标准 1、企业标准的审查 2、 设计文件的标准化审查 3、工艺文件的标准化审查 4、工装设计文件的标准化审查
（三） 企业标准体系结构 （四） 产品设计的标准化
作业： 第一章 习题与思考题
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第三节
机械制造装备的分类
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。
一、 加工装备
（一）金属切削机床 1 按机床的加工原理：车床、铣床、钻床、磨床、镗床等 2 按机床的使用范围：通用机床、专用机床、专门化机床。 （二）特种加工机床 例如：电加工机床、超声波加工机床、激光加工机床等 （三）锻压机床 主要包括：锻造机、冲压机、挤压机和轧制机。
本章结束
1797年莫兹利制造的第一台螺纹切削车床
第二节
机械制造装备应具备的主要功能
（一）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 （二）柔性化 （三）精密化 （四）自动化 （五）机电一体化 （六）节材 （七）符合工业工程要求 （八）符合绿色工程要求
三、我国制造业的现状
2. 制造业总体生产规模已居世界第四位，众多制成品产量 已居世界前列——“制造大国但非制造强国” 3. 各具特色的制造业聚集地逐渐形成 长江三角洲地区成为磨床（数控磨床）、电加工机 床、板材加工设备、工具和机床功能部件（滚珠丝杠和 直线导轨副）的主要生产基地。 4. 我国目前处于工业化的中期。
目录
第一章 机械制造装备设计方法
第二章
第三章 第四章 第五章 第六章
金属切削机床设计
典型部件设计 工业机器人设计（略） 机床夹具设计 物流系统设计
第七章
机械加工生产线总体设计
不等深度螺杆加工
第一章
第一节 第二节 第三节 第四节
机械制造装备设计方法
概述 机械制造装备应具备的主要功能 机械制造装备的分类 机械制造装备设计的类型
二、制造业的地位和作用
2. 制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的重要基石 3. 制造业是吸纳劳动就业和扩大出口的关键产业 2001年我国制造业全部从业人员 8083 万人，约占 全国工业从业人员总数的 90.13%，全国全部从业人口 的11.1%。 2001年我国制造业出口创汇2398亿元。占全国外贸 出口总额90%。 4. 制造业是国家安全的重要保障
三、我国制造业的现状
存在的问题： 1. 总体规模仍然偏小，仅为美国的1/5、日本的1/4。 2. 制造业的人均劳动生产率过低，仅为美国的1/25、日本的 1/26、德国的1/20。 3. 制造业结构呈轻型化状态，表现为机械电子制造所占比例偏 低。装备制造能力尤为偏低。
存在问题：
4. 技术创新能力和自主开发能力薄弱，突出表现为： ①机械产品技术来源的57%来自国外，绝大多数电子及通信 设备的核心技术依赖进口。 ②产品开发周期过长，企业对市场的快速反应能力差。我 国机械新产品的平均开发周期为18个月，美国（1990年） 新产品设计周期3个星期，试制周期3个月。 ③先进制造技术在国内尚处于初级开发阶段，普及率较低， 与发达国家存在着阶段性差距。 5. 低水平生产能力严重过剩。据第三次全国工业普查，机械、 电子、化工、轻工、冶金等行业生产能力利用率分别为 51.86%、54.45%、54.9%、46.09%和35.55%。
a 纵系列产品 b 横系列产品
c 跨系列产品
三 模块化设计
（一） 模块化设计的基本概念： 1、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。 2、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。 （二）模块化设计的优缺点 （三）模块化设计的步骤 1、 明确任务 2、 建立功能结构 3、 合理确定产品的系列型谱和参数 4、 模块的组合 5、 模块的计算机管理系统
（一） 产品规划阶段
（二） 方案设计阶段
一 机械制造装备设计的典型步骤
1、 确定结构原理方案 2、 总体设计 结构设计 3、 零件图设计 1、 完善装备图 2、 商品化设计 3、 编制技术文档 4、
（三） 技术设计阶段
（四） 施工设计阶段
二 系列化设计
（一） 系列化设计的基本概念 系列化设计方法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，设计出其他各种 尺寸参数的产品，构成产品的基型系列。
四 合理化工程
1、 合理化工程是一种管理哲理，适用于合同型企业。 合同型企业的产品通常需按顾客的特殊要求进行设 计制造。如果设计周期过长，导致产品交货期过长， 则有可能失去顾客；如果要求在规定的时间内交货， 产品设计周期过长，则产品的制造周期必须进行压 缩，会影响产品的制造质量。因此对于合同型企业， 压缩产品的设计周期是非常重要的。 2、 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。
二、工艺装备 各种刀具、模具、夹具、量具等总称为工艺装备。 一 刀具 二 模具 如：粉末冶金模具; 塑料模具; 压铸模具; 冷冲模具; 锻压模具
三 夹具
按机床分：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具等 按用途分：通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具和 随行夹具。 四 量具
三、仓储传送装备 主要包括：仓储、物料传送装置、机床上下料装置。
1、 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 2、 当Tj和Ej的值相差很悬殊时，可用双曲线法计算Ej值：
TE
j

Tj E
j
二 可靠性评价
可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规 定任务的能力。 产品的可靠性主要取决于产品在研制和设计阶段形成的产 品的固有可靠性。
在产品基型系列的基础上，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。 编制反映基型系列和派生系列关系的产品系列型谱。
（二） 系列化设计的优缺点
二 系列化设计
（三） 系列化设计的步骤 1、 主参数和主要性能指标的确定 2、 参数分级 3、 制定系列型谱
1、 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 2、 通常理想成本CL应低于市场同类产品最低价的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。
（七） 技术经济评价TEj:有两种计算方法
第五节
第六节
机械制造装备设计的方法
机械制造装备设计的评价
第一节 概 述 一、机械制造生产模式的演变
生产模式由“刚性”，自动化程度低 演变为：
“柔性化”、“自动化”和“精密化”。
二、制造业的地位和作用
1. 制造业是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机 美国：68% 的财富来源于制造业； 日本：49% 的国民生产总值（GNP）来源于制造业； 中国：2001年制造业增加值：37613.1 亿元占国民生产 总值的 39.21%，占工业生产总值的 77.61%。上交税金 4398.17亿元，占国家税收总额的30%和财政收入的27%。 过去50年的经济统计数据显示：我国制造业的工业增 加值增长率高出国民生产总值增长率约3~8个百分点。
四 结构工艺性评价
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。 （一） 加工工艺性 （二） 装配工艺性 （三）维修工艺性
五 产品造型评价
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。 1、尺度与比例 2、对称与均衡 3、安定与轻巧 4、对比与调和 （一）产品造型设计 5、过度与呼应 6、节奏与韵律 7、重点与一般 （二） 产品色彩 1、色调选择 2、配色方法
没有发达的制造业就不可能有国家的真正繁荣与强大； 国与国之间的竞争主要是制造业的竞争, 一个没有制造能力 的民族是没有希望的民族；
高度发达的现代制造业是一个国家综合国力和国际竞争力 的集中体现。
----- 中科院院长：路甬祥院士
三、我国制造业的现状
1. 已建立了一个比较完整的工业体系，提供重大装备的能力 不断提高 如：为上海磁悬浮列车项目提供有8台数控落地镗铣床组 成的轨道深加工自动线； 年产1～2千万吨级不同开采工艺的露天矿采掘和年产 500万吨级井下矿采掘成套设备； 葛洲坝枢纽工程170兆瓦、转轮直径11.3米轴流式水电 机组；300兆瓦核电站成套设备；500千伏交流输变电成 套设备； 水下机器人；激光照排设备；正负电子对撞机；曙光、 银河、联想等巨型计算机； 主战坦克；新舟60客机；飞豹轰炸机；神舟号无人飞 船；核动力潜艇；两弹一星等。
产品可靠性指标 可靠性 累 积 失 效 概 率 维修性 平 均 修 复 时 间 有效性 耐久性 安全性