机械制造装备设计方法
机械制造装备设计(第二章机械制造装备的设计方法)
创新设计方法
总结词
注重创新思维和跨学科融合的设计方法。
详细描述
创新设计方法注重创新思维和跨学科融合，强调对产品性能、功能和用户体验的全面优化。这种方法需要具备创 新思维和多学科知识，但能够带来更高的设计价值和市场竞争力。
03
机械制造装备设计的技术基
础
计算机辅助设计技术
总结词
计算机辅助设计技术是现代机械制造装备设计的核心技术之一，它利用计算机软件进行二维和三维建 模，实现设计过程的自动化和智能化。
01
02
方案设计
根据需求分析结果，制定多种设计方 案，进行比较和选择，确定最优方案。
03
详细设计
对选定方案进行详细设计，包括结构 设计、部件设计和零件设计等，确保 设计的可行性和正确性。
05
04
优化与改进
对初步设计的机械制造装备进行优化 和改进，提高性能、降低成本、增强 可靠性等。
02
机械制造装备设计方法
详细描述
计算机辅助设计技术通过使用CAD软件，设计师可以在计算机上创建和修改产品的几何形状、尺寸和 公差等设计参数。这大大提高了设计的效率和准确性，缩短了产品开发周期。
有限元分析技术
总结词
有限元分析技术是一种数值模拟方法， 用于分析复杂机械结构的力学性能，为 机械制造装备设计提供重要的理论依据 。
VS
详细描述
有限元分析技术将复杂的机械结构离散化 为有限个小的单元，通过数学模型描述每 个单元的物理特性，并利用计算机软件进 行数值分析和求解。这有助于设计师预测 产品的性能和优
优化设计技术是一种基于数学方法和计算机 技术的设计方法，旨在寻找满足多目标函数 最优解的设计方案。
详细描述
优化设计技术通过建立数学模型，将设计问 题转化为求解多目标函数最优解的问题。设 计师可以利用优化软件，在多个设计方案中 寻找满足性能、成本、可靠性等目标的最优 解。这有助于提高产品的竞争力和降低生产 成本。
1 机械制造装备设计方法1.2
（2）提出初步的零件表、加工和装配说明书；
（3）对结构设计进行技术经济评价。
采用诸如有限元分析、优化设计、可靠性设计、
计算机辅助设计等现代设计方法来解决设计中出 现的问题。
1.5 机械制造装备设计方法 (四)施工设计阶段（工艺设计阶段）
1．零件图设计
包含了为制造零件所需的全部信息，包括几何形 状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形位公差、 表面质量要求、材料和热处理要求以及其它特殊 技术要求。
1.5 机械制造装备设计方法
—提交可行性分析报告，内容包括：
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、使用维护及价格 等方面的要求；
②国内外同类产品的技术水平与发展趋势；
1.5 机械制造装备设计方法
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）系列化设计的步骤 确定主参数和主要性能指标
参数分级
制定系列型谱
1．确定主参数和主要性能指标的确定 ---选择和设计基型产品
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ基型产品一般选择系列产品中应用最广泛的中
档产品，是精心设计的新产品。
主参数和主要性能指标应最大程度地反映产品 的工作性能和设计要求。
例如： （1）卧式车床产品中，一般选择床身上最大回转直
1.4 机械制造装备设计的类型
二、变型设计（变型产品设计）——系列产品
变型产品：在现有产品基本工作原理和总体 结构不变的基础上，仅对部分结构、尺寸或性能 参数加以改变的产品。 变型设计：在现有产品基本原理和总体结构 保持不变的基础上，仅对部分结构、尺寸或性能 参数加以改变，以获得变型产品的设计方法。分 为：
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
02209 机械制造装备设计
02209 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一、全新生产制造模式的主要特征⑴以用户的需求为中心；⑵制造的战略重点是时间和速度，并兼顾质量和品种；制造的战略重点是时间和速度，并兼顾质量和品种；⑶以柔性、精益和敏捷作为竞争的优势；以柔性、精益和敏捷作为竞争的优势；⑷技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作；技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作；集成对象涉及技术、⑸实现资源快速有效的集成是其中心任务，集成对象涉及技术、、人组织和管理等，应在企业之间、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；施相应的资源集成；⑹组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。
组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。
第二节机械制造装备应具备的主要功能一、机械制造装备应满足的一般功能包括：机械制造装备应满足的一般功能包括：（1）加工精度方面的要求；加工精度方面的要求；（2）强度、刚度和抗振性方面的要求；强度、刚度和抗振性方面的要求；（3）加工稳定性方面的要求；加工稳定性方面的要求；（4）耐用度方面的要求，提高耐用度的主要措施包括减少磨损、均耐用度方面的要求，提高耐用度的主要措施包括减少磨损、匀磨损、匀磨损、磨损补偿等5）技术经济方面的要求二、柔性化含义：即产品结构柔性化和功能柔性化. 含义：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，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。
速地推出满足市场需求的，具有不同功能的新产品。
市场需求的是指只需进行少量的调整或软件修改，功能柔性化是指只需进行少量的调整或软件修改，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。
改变产品或系统的运行功能，以满足不同的加工需要。
机械制造装备设计方法
主参数和主要性能指标应最大程度地反映产晶的工作性 能和设计要求。 例如普通车床的主参数是在床身上的最大回转直径，主 要性能指标之一是最大的工件长度；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等。 上述参数决定了相应机床的主要几何尺寸、功率和转速 范围，因而决定了该机床的设计要求。
(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。
2.1 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
2.1.1 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。
2.1.2 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。
《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。
第二章机械制造装备的设计方法
机械制造装备设计方法
系列化设计
机械制造装备 的设计方法
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。设计出它的各种尺寸的 产品，构成产品基型系列。
机械制造装备设计方法
系列化优点：
机械制造装备 的设计方法
a、以较少的品种规格满足较大的市场需求： b、产品已经定型，减小了设计开发工作量，缩短开发周期而且质 量有保证 c、压缩了工艺设备，降低了成本。 d、种类少结构相似，便于维修和售后服务。
数学方法结合法
机械制造装备设计方法
系统结合法
机械制造装备 的设计方法
底料定位机构 翻角机构 揭纸机构
如果系统有 n个子功能 实现每个功 能有m种方 法 实现总功能 就有mn种方 案
折边结构
电气
气动 液压 齿轮 齿条 凸轮
机械制造装备设计方法
五、初步方案的评价和筛选
机械制造装备 的设计方法
原理解的结合可以获得几种或几十种初步方案，而最终采用的只用一种 如何从众多的方案种选择最合理的一种？常用的方法有： 1、观察淘汰法 2、分数比较法
机械制造装备设计方法
机械制造装备 的设计方法
一、对设计任务的抽象 通过对设计任务的抽象，明确设计产品的总功能 。总功能是表达输入量转变为输出量的能力，输入、 输出量指的是物料、能量和信息
机械制造装备设计方法
机械制造装备 的设计方法
机械制造装备设计方法
机械制造装备 的设计方法
电能 总功能
热能
风能
机械制造装备 设计的类型
三、模块设计 按合同的要求，选择适当的功能模块，直接拼成所谓 的组合产品。如（计算机、组合机床、模块化的工业 铝型材）。
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（三）技术设计阶段 1. 确定结构原理方案 （1）确定结构原理方案的主要依据 （2）确定结构原理方案 （3）评价和修改 2. 总体设计
（四）工艺设计阶段 1. 零件图设计 2. 完善装配图 3. 商品化设计 4. 编制技术文档
（1）主要结构参数
（2）总体布局
（3）系统原理图
（4）经济核算
（5）其他
（二）方案设计阶段 1.对设计任务的抽象 2.建立功能结构
分功能和多级子功能及它们之间的关系称为功能结构。
3.寻求原理解与求解方法 所谓原理解就是能实现某种功能的工作原理，以及实现该工作原理
的技术手段和结构原理，即所谓的功能载体。 从技术上和结构上实现工作原理的功能载体是以它具有的某种属性
来完成某一功能的。 4.初步设计方案的形成
（1）缩短开发周期、提高产品质量、降低成本和加强市场竞争能力。 （2）根据科学技术的发展，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，组合出功能更完善、性能更先进的 组合产品，加快产品的更新换代。 （3）大大缩短设计和供货周期。 （4）有利于采用成组加工等先进工艺，有利于组织专业化生产，既提高 质量，又降低成本。 （5）维护修理更为方便，对生产影响少。
（一）建立目标系统和确定评价标准 （二）确定重要性系数
（三）确定各设计方案的评价分数
（四）总权重值 ZQj
n
ZQj qij i1
（五）技术评价 Tj
Tj ZQj Q max
（六）经济评价 Ej
一、机械制造装备设计的典型步骤
▪ 产品规划阶段 ▪ 方案设计阶段 ▪ 技术设计阶段 ▪ 工艺设计阶段
（一）产品规划阶段 1.需求分析 2.调查研究 （1）市场调研：一般从用户需求、产品情况、同行情况、供应情况几 方面进行调研。 （2）技术调研 （3）社会调研 3.预测 （1）定性预测：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：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。
三、模块化设计
▪ 模块化设计的基本概念 ▪ 模块化设计的优缺点 ▪ 模块化设计的步骤
（一）模块化设计的基本概念 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，不必
对每种产品单独进行设计，而是精心设计出一批模块，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。 （二）模块化设计的优缺点
3. 结构设计
结构设计阶段的主要任务是在总体设计的基础上，对结构原理方案
结构化，绘制产品总装图、部件装配图；提出初步的零件表，加工
和装配说明书；对结构设计进行技术经济评价。
二、系列化设计
▪ 系列化设计的基本概念 ▪ 系列化设计的优缺点 ▪ 系列化设计的步骤
（一）系列化设计的基本概念 （二）系列化设计的优缺点 优点：1）可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。
四、合理化工程
第三节 机械制造装备设计的评价
▪ 技术经济评价 ▪ 可靠性评价 ▪ 人机工程学评价 ▪ 结构工艺性评价 ▪ 产品造型评价 ▪ 标准化评价
一、技术经济评价
▪ 建立目标系统和确定评价标准 ▪ 确定重要性系数 ▪ 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
第二章 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方法 ▪ 机械制造装备设计的评价
第一节 机械制造装备设计的类型
创新设计
创造性思维
适应型设计
直觉思维 逻辑思维
变型设计
变参数型设计
模块化设计
第二节 机械制造装备设计的方法
• 机械制造装备设计的典型步骤 • 系列化设计 • 模块化设计 • 合理化工程
2）系列中不同规格的产品是经过严格性能试验和长期生产考验的基 型产品演变和派生而成的，可以大大减少设计工作量，提高设计 质量，减少产品开发的风险、缩短产品的研制周期。
3）产品有较高的结构相似性和零部件的通用性，因而可以压缩工艺 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) 零备件的种类少，系列中的产品结构相似，便于进行产品的维 修，改善售后服务质量。
（1）系统结合法 所谓系统结合法是按功能结构的树状结构，根据逻辑关系把原理
解结合起来。 （2）数学方法结合法
5.初步设计方案的评价与筛选 （1）初步设计方案的初选
1）观察淘汰法 2）分数比较法 （2）初步设计方案的具体化
具体化采用的方法大致有： ① 绘出方案原理图、整机总体布局草图、主要零部件草图。 ② 进行运动学、动力学和强度方面的粗略计算。 ③ 进行必要的原理试验。 ④ 对于大型、复杂设备，可制作模型。 （3）对初步设计方案进行技术经济评价
5) 为开展变型设计提供技术基础。 缺点：1）用户有可能选不到最满意的产品。
2）用户选择的产品有些功能可能冗余。
（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 表2－2 3.制定系列型谱
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。 （1）纵系列产品 （2）横系列产品 （3）跨系列产品
4.可行性分析 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。 5.编制设计任务书
（三）模块化设计的步骤 1.明确设计任务
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
1）对模块进行编码，以便进行计算机管理。 2）给出模块系统最多可组合的产品数。 3）对于用户的某一给定的设计要求，分析是否存在一种有效的组合方案。 4）在满足要求的几种组合方案中进行评价，选择最佳的组合方案。 5）若干有效的组合方案满足用户要求，为新的模块设计提供信息。 6）给出已选方案的模块组装图、明细表及价格表。