机械制造装备设计类型及步骤
《机械制造装备设计》课程标准
《机械制造装备设计》课程标准一、课程概述机械制造装备设计是机械工程的一门分支学科。
是一门研究各种机械制造装备的结构、工作原理和设计方法的科学。
《机械制造装备设计》是机械类专业的主干专业课程，与《机电一体化设计》、《模具设计》等学科处于同一层次。
它与《机床电器控制》、《机械CAD/CAM》、《现代制造技术》等构成机械制造及自动化方向的专业选修课程体系。
该课程是将原机制专业的四门专业课程（即机床设计、夹具设计、工业自动化、工业机器人）融合形成机械制造装备设计新学科内容，是按照重基础、少学时、低重心、新知识、宽面向的原则整合而成的，是实施素质教育的机制专业课程体系改革的主要内容之一。
这门学科的重点是为机械制造及其自动化专业的学生，了解典型机械制造装备的工作原理、性能、传动与结构，掌握机械制造装备设计的基本理论、基本知识和基本方法，完成复杂机械制造装备的设计能力的培养服务的。
先修课程有《工程力学》、《机械设计》、《机械工程材料》、《机械制造技术基础》、《机械设计课程设计》、《金工实习》等。
二、课程目标1.了解常用机械制造装备的典型结构、运动与传动等。
2.掌握分析和调整机械制造装备运动、传动的方法。
3.掌握机械制造装备运动、传动设计的方法。
4.掌握机械制造装备整机和主要部件的设计方法。
5.了解机械制造装备性能的实验研究方法。
6.掌握机械制造装备运动学理论，掌握机械制造装备传动系统设计、主要零部件的载荷及力学分析、传动件计算条件确定的有关理论，了解精度、强度、刚度、动态特性、热特性、噪声理论在机械制造装备设计中的应用。
7.具有分析、比较和选择机械制造装备主要参数的能力、机械制造装备整体方案设计的能力、机械制造装备主要部件设计的能力。
三、课程内容和要求这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。
这四个层次的一般涵义表述如下：知道——是指对这门学科、机械制造装备的结构和工作原理的认知。
理解——是指对这门学科所涉及的基本概念、原理、方法的领会，能作自主的解释、说明，并把握一般机械装备的结构与性能之间的相互关系。
机械制造装备设计课程设计
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三、设计的内容及步骤
一、专用夹具设计的基本要求
（1）保证工件的加工精度 保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定 位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注 意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的 加工精度要求。
（2）提高生产效率 专用夹具的复杂程度应与生产纲领相适应，应尽量采 用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产 效率。
5．绘制夹具零件工作图
▪ 夹具总图绘制完毕后，对夹具上的非标准件要绘制
零件工作图，并规定相应在的技术要求。零件工作图 应严格遵照所规定的比例绘制。视图、投影应完整， 尺寸要标注齐全，所标注的公差及技术条件应符合总 图要求，加工精度及表面粗糙度应选择合理。
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机电工程学院17来自三、设计的内容及步骤2024/7/28
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四、设计成绩的考核
▪ 课程设计的全部图样及说明书应有设计者的签字。 ▪ 由指导教师对学生进行答辩。设计者本人应首先对自
己的设计进行 讲解 ，然后进行答辩。每个学生的答辩 总时间 , 一般为5 ~ 10min。
▪ 课程设计成绩根据平时的工作情况、设计说明书的编
制、图样的质与量、独立工作能力以及答辩情况综合 衡量 。
▪ 答辩成绩定为五级 : 优秀、良好、中等、及格和不及
格。
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一、设计的目的
▪ 机械制造装备设计课程设计是在学完了机械制
造装备、进行了生产实习之后的下一个教 学环 节。它一方面要求学生通过设计能获得综合运 用过去所学过的全部课程进行结构设计的基本 能力，另外，也为以后作好毕业设计进行一次 综合训练和准备。学生通过机械制造装备设计 课程设计，应在下述各方面得到锻炼：
机械制造装备设计9
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刀柄 刀具识别装置
次线圈 编码环 检测线圈
(a)
(b)
非接触式磁性识别
光导纤维刀具识别
利用PLC（可编程控制器）实现随机换刀
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
（四） 换 刀 机 械 手
常见的机械手形式
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
1）单臂单爪回转式机械手 可以回转不同的角度进行自动换刀，手臂上只有 一个夹爪，不论在刀库上或在主轴上，均靠这一个夹 爪来装刀及卸刀，因此换刀时间较长。
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置
2）单臂双爪摆动式机械手 手臂上有两个夹爪，两个夹爪有所分工，一个 夹爪只执行从主轴上取下“旧刀”送回刀库的任务， 另一个夹爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴的任 务，其换刀时间较上述单爪回转式机械手要短。
3.4.4 带有刀库的自动换刀装置 3）单臂双爪回转式机械手 手臂两端各有一个夹爪，两个夹爪可同时抓取刀 库及主轴上的刀具，回转180°后又同时将刀具放回 刀库及装入主轴。换刀时间较以上两种单臂机械手均 短，是最常用的一种形式。图右边的一种机械手在抓 取刀具或将刀具送入刀库及主轴时，两臂可伸缩。
3.4.2 机床的几种典型刀架
（3）双排回转刀架：外圆类、内孔类刀具分别布 置在刀架的一侧面。回转刀架的回转轴与主轴倾 斜，每个刀位上可装两把刀具，用于加工外圆和 内孔。
3.4.2 机床的几种典型刀架
回转刀架的工位数最多可达20多个，但最常用的 是8、10、12和16工位4种。工位数越多，刀间夹 角越小，非加工位置刀具与工件相碰而产生干涉 的可能性就越大，因此在刀架布刀时要给予考 虑，避免发生干涉现象。
机械装备制造-第二章 机械制造装备设计方法 (重点)
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。
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.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。
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： P23 4. 系列化设计的步骤 （1）主参数和主要性能指标的确定
《机械制造装备设计》重要知识点
机械制造装备设计第一章、机械制造及装备设计方法第一节、概述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3、绿色制造与可持续发展4、智能制造技术与智能化装备第二节机械制造装备应具备的主要功能机械制造装备应具备的主要功能需满足以下几方面要求1、一般的功能要求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、符合绿色工程要求一般的功能要求包括（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第三节机械制造装备的分类机械制造装备的分类1、加工装备（机床或工作母机）2、工艺装备3、储运装备4、辅助装备加工装备包括：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。
金属切削机床可按如下特征进行分类：1、按机床的加工原理分为：车床、钻床、镗床、纹加工机床、铣床、刨（插）床、拉床、机床设计应满足的基本要求（1）工艺范围（2）柔性（5）精度（6）噪声（7）成产率和自动化（10）可靠性机床设计步骤1、确定结构原理方案4、工艺设计3）与物流系统的可亲性8）成本（11）造型与色彩2、总体设计5、机床整机综合评价4）刚度9）生产周期3、结构设计6、定型设计切断机床和其它机床等。
2、按机床的使用范围分为：通用机床：通用的金属切削机床可加工多种尺寸和形状的工件的多种加工面专用机床：用于特定工件的特定表面、特定尺寸和特定工序加工的机床专门化机床：用于对形状相似尺寸不同的工件的特定表面，按特定的工序进行加工3、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、万能和简式机床等第四节机械制造装备设计的类型机械制造装备设计可分为创新设计、变型设计和模块化设计等三大类第五节机械制造装备设计的方法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）施工设计阶段第二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机床的运动学原理金属切削机床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。
机械制造装备设计的方法
机械制造装备设计的方法机械制造装备设计的主要方法为创新设计方法、系列化设计方法和模块化设计方法。
其中创新设计方法的步骤最为典型，可划分为产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计等四个阶段。
一、机械制造装备设计的典型步骤（一）产品规划阶段产品规划阶段主要包括需求分析、调查讨论、猜测、可行性分析及编制设计任务书等内容。
（二）方案设计阶段方案设计阶段实质上是依据设计任务书的要求，进行产品功能原理的设计。
方案设计阶段大致包括对设计任务的抽象、建立功能结构、寻求原理解与求解方法、形成初步设计方案和对初步设计方案的评价与筛选等步骤。
（三）技术设计阶段技术设计阶段是将方案设计阶段拟定的初步设计方案详细化，确定结构原理方案；进行总体技术方案设计，确定主要技术参数及总体布局；进行结构设计，绘制装配草图，初选主要零件的材料和工艺方案，进行各种必要的性能计算；假如需要还可以通过模型试验检验和改善设计；通过技术经济分析选择较优的设计方案。
（四）工艺设计阶段工艺设计阶段主要进行零件工作图设计、完善部件装配图和总装配图，进行商品化设计，编制各类技术文档等。
二、系列化设计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，设计出其他各种尺寸参数的系列产品，构成产品的基型系列。
在产品基型系列的基础上，同样运用上述原则，增减、更换或修改少数零部件，派生出不同用途的变型产品，构成产品的派生系列。
为了缩短产品的设计、制造周期，降低成本，保证和提高产品的质量，在产品设计中应遵循系列化设计的方法，以提高系列产品中零部件的通用化和标准化程度。
系列化设计方法应遵循“产品系列化、零部件通用化、标准化” 原则，简称“三化”原则。
有时将“结构的典型化”作为第四条原则，即所谓的“四化” 原则。
三、模块化设计模块化设计的基本概念是：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，不必对每种产品单独进行设计，而是细心设计出一批功能模块，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。
机械制造装备设计课程设计pdf
机械制造装备设计课程设计pdf一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握机械制造装备设计的基本原理和方法，理解装备的构成、功能及工作原理。
2. 使学生了解常见机械制造装备的类型、特点及应用场景，能结合实际需求进行合理选型。
3. 培养学生运用CAD软件进行机械制造装备设计和绘图的能力。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决机械制造过程中装备设计问题的能力。
2. 培养学生动手实践和团队协作能力，能参与简单机械制造装备的设计、制作和调试。
3. 提高学生的创新意识和工程实践能力，能针对特定需求提出机械制造装备的改进方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱机械工程，关注我国机械制造业的发展，树立社会责任感和使命感。
2. 培养学生严谨求实的科学态度，养成认真细致的工作作风。
3. 培养学生尊重他人意见，学会与他人合作交流，培养团队精神。
本课程针对高年级学生，课程性质为理论与实践相结合。
在教学过程中，充分考虑学生的认知水平、学习兴趣和个性特点，注重启发式教学，引导学生主动探究和实践。
通过本课程的学习，期望学生能够达到上述课程目标，为将来的职业发展打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 机械制造装备设计原理：介绍机械制造装备设计的基本概念、原理和方法，涵盖装备的力学分析、运动学分析及动力学分析等内容。
2. 常见机械制造装备：分析各类机械制造装备的构造、性能、应用场景及选型方法，包括切削机床、特种加工设备、自动化装配线等。
3. CAD软件应用：教授CAD软件的基本操作，培养学生运用CAD软件进行机械制造装备设计和绘图的能力。
4. 机械制造装备设计实例：分析典型机械制造装备设计案例，使学生了解设计过程，掌握设计方法和技巧。
5. 机械制造装备设计实践：组织学生进行团队设计实践，培养学生的动手能力、创新意识和团队协作能力。
教学内容按照以下进度安排：1. 第1-2周：机械制造装备设计原理学习。
1机械制造装备分类
1机械制造装备分类：加工装备、工艺装备、仓储传送装备、辅助装备。
2机械制造装备设计分为创新设计、变型设计、模块化设计。
3创新设计步骤分为产品规划、方案设计、技术设计、工艺设计4机床的主要参数包括主参数和尺寸参数、运动参数、动力参数5可靠度是可靠性的度量化指标，是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定任务的概率，一般记为R。
可靠度是时间函数，故也记为R（t），称为可靠度函数。
6机床设计应满足的基本要求：工艺范围、柔性、与物流系统的可接近性，刚度、精度、噪声、生产率、自动化、成本、生产周期、可靠性、造型与色彩、机床设计方法。
7运动原理图是将机床的运动功能式用简洁的符号和图形表达出来，除了描述机床的运动轴个数、形式及排列顺序之外，还表示了机床的两个末端执行器和各个运动轴的空间相对方位，是认识、分析和设计机床传动系统的依据。
8在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬行。
会影响机床的定位精度、工件的加工精度和表面粗糙度。
是因摩擦产生的自激振动现象。
9机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参，基本参数可包括尺寸参数、运动参数及动力参数。
10分级变速主传动系设计的内容和步骤：根据已确定的主变速传动系的运动参数，拟定结构式，转速图，合理分配各变速组中各传动副的传动比，确定齿轮齿数和带轮直径，绘制主变速传动系图。
11主轴和各传动件传递全部功率的最低转速为它们的计算转速nj。
12主轴轴承的配置形式：速度型、刚度型、刚度速度型。
13以承受弯矩为主的支撑件的截面形状应取矩形，以承受扭矩为主的支撑件的截面形状应取圆（环）形，对承受弯矩与转矩相当的立柱截面应设计成空心方截面。
14直线运动导轨的截面形状主要有四种：矩形（具有承载能力大，刚度高，制造简便，检验和维修方便等优点，但存在侧向间隙，需用镶条调整，导向性差），三角形，燕尾形，圆柱形15机器人的位姿两种描述方式（1）用动作功能的要求来描述（2）用机器人的运动来描述16机床间的工件传递和运送装置包括：托盘、随行夹具、各种传送装置，有轨小车（RGV）及无轨小车（AGV）17随行夹具的返回方式有上方返回、下方返回、水平放回。
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5．编制 设计任务 书 产品设计 任务书是 指导产品 设计的基 础性文件， 其主要任 务是对产 品进行选 型，确定 最佳设计 方针。
(二)方案设计阶段
1．对设计任务的抽象
设计师应对设计任务进行抽象，抓住主要要求，兼顾次 要要求，才能避免由于知识和经验的局限性，思想上的 种种框框，误导设计方案的制订。
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，创新产品只占一小部分。
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。
竞争对手在技术、经济方面的优势和劣势及发展趋向。 供应情况——主要原材料、配件、半成品等的质量、品
种、价格、供应等方面的情况及变化趋势等。
(2)技术调研 一般包括产品技术的现状及发展趋势； 行业技术和专业技术的发展趋势； 新型元器件、新材料、新工艺的应用和发展动态；竞 争产品的技术特点分析； 竞争企业的新产品开发动向； 环境对研制的产品提出的要求，如使用环境的空气、 湿度、有害物质和粉尘等对产品的要求；为保证产品 的正常运转，研制的产品对环境提出的要求等。
对设计任务进行抽象是对设计任务的再认识，通过功能 关系和与任务相关的主要约束条件的分析，对“设计要 求表”一步一步进行抽象，找出具有本质性的和主要的 要求，即本质功能，以便找到能实现这些本质功能的解， 再进一步找出其最优解。
(一)产品规划阶段
4. 可行性分析
所谓产品设计的可行性分析是指通过调查研究与预测后， 对产品开发中的重大问题应进行充分的技术经济论证， 判断是否可行。
一般包括技术分析、经济分析和社会分析三个方面。 最后应提出产品开发的可行性报告。
可行性报告一般包括如下内容： 1)产品开发的必要性，市场调查及预测情况，包括用户 对产品功能、用途、质量、使用维护、外观、价格等方 面的要求； 2)同类产品国内外技术水平，发展趋势； 3)从技术上预期产品开发能达到的技术水平； 4)从设计、工艺和质量等方面需要解决的关键技术问题； 5)投资费用及开发时间进度，经济效益和社会效益估计； 6)现有条件下开发的可能性及准备采取的措施。
二、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
(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。
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。
发展状况作出推测和估计。采用的方法有走访调查、查 资料、抽样调查、类比调查、专家调查等。 (2) 定量预测
对影响预测结果的各种因素进行相关分析和筛选，根 据主要影响因素和预测对象的数量关系建立数学模型， 对市场发展情况作出定量预测。采用的方法有时间序列 回归法、因果关系回归法、产品寿命周期法等。
(一)产品规划阶段
1．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 任务的要求。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 分析，及时找到和预测市场的需求，并在市场大量需求 到来之前完成新产品的研制工作，抢先投放市场，以取 得丰厚的回报。
（二） 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 原有产品基础上，基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基础上，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 “基形”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。
(3)社会调研 一般包括企业目标市场所处的社会环境和有关的经济技 术政策，如产业发展政策、投资动向、环境保护及安全 等方面的法律、规定和标准； 社会的风俗习惯； 社会人员的构成状况、消费水平、消费心理和购买能力； 本企业实际情况、发展动向、优势和不足、发展潜力等。
(一)产品规划阶段
3. 预测
(1) 定性预测 在数据和信息缺乏时，依靠经验和综合分析对未来的
需求分析一般包括对销售市场和原材料市场的分析.
1)新产品开发面向的社会消费群体，他们对产品功能、 技术性能、质量、数量、价格等方面的要求；
2)现有类似产品的功能、技术性能、价格、市场占有情 况和发展趋势；
3)竞争对手在技术、经济方面的优势和劣势及发展趋向；
4)主要原材料、配件、半成品等的供应情况、价格及变 化趋势等。般从以下几方面进行调研： 用户需求——有关产品功能、性能、质量、使用、保养、
维修外观、颜色、风格、需求量和价格等方面的要求。 产品情况——产品在其生命周期曲线中的位置，新老产
品交替的动向分析等。 同行情况——同行产品经营销售情况和发展趋势．主要
（三） 模块化设计
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。
模块化设计通常是MRP- II（制造资源规划）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计划部门， 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和步骤
一、械制造装备设计的类型
（一） 创新设计 （二）变型设计 （三）模块化设计
（一） 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。