机械制造装备设计的方法
机械制造装备设计
机械制造装备设计1. 引言机械制造装备设计是指将机械设计和装备设计相结合，旨在开发高效、可靠、安全和功能强大的机械制造装备。
这些装备可以用于各种生产和制造领域，如汽车制造、航空航天、能源、化工等。
本文将介绍机械制造装备设计的关键要素和设计流程。
2. 关键要素机械制造装备设计的成功与否取决于以下几个关键要素：2.1 功能需求在设计机械制造装备之前，首先需要明确其功能需求。
这包括机械装备应该能够完成的任务、所需的能力和性能指标等。
例如，一个汽车制造装备的功能需求可能包括车身焊接、喷涂、组装等任务，并需要具备一定的生产能力和精度要求。
2.2 结构设计结构设计是机械装备设计的重要组成部分。
它涉及到选择合适的材料、构建机械组件的几何形状以及确定装备的总体结构。
一个好的结构设计应该能够保证机械装备的可靠性、稳定性和性能。
2.3 控制系统设计机械装备通常需要配备控制系统，以实现任务的自动化和精确控制。
控制系统设计包括选择合适的传感器、执行器和控制算法，以及设计合理的控制逻辑和界面。
一个可靠的控制系统可以提高机械装备的生产效率和操作安全性。
2.4 安全设计安全设计是机械装备设计中不可或缺的要素。
它涉及到预防事故和保护操作员的安全。
安全设计应包括合理的防护措施、紧急停机装置、警告系统等。
此外，还需要考虑设备的易维护性和易操作性，以降低操作员受伤的风险。
3. 设计流程机械制造装备设计的流程可以总结为以下几个关键步骤：3.1 需求分析需求分析是设计过程中的第一步。
它涉及到与用户和利益相关者沟通，了解他们对机械装备的需求和期望。
在这个阶段，设计团队需要收集相关资料、进行市场调研，并与客户进行讨论，以确保设计满足用户需求。
3.2 概念设计概念设计阶段是生成各种设计方案的阶段。
设计团队应该根据需求分析的结果，进行创意思考和头脑风暴，生成不同的概念设计。
这些设计应该考虑到功能和性能需求，以及结构和控制系统的设计。
3.3 详细设计在详细设计阶段，设计团队应该从概念设计中选择一个或多个最有潜力的设计方案，并进行详细设计。
机械制造装备设计
机械制造装备设计机械制造装备设计是指根据生产需求和工艺要求，设计出能够满足工业生产的自动化或半自动化设备。
这类设备通常包括传感器、执行器、控制系统等多个部件，能够实现对原材料的成型、加工、装配、检测等工序的自动化操作。
下面从设计原则、设计流程和设计案例三个方面进行详细介绍。
首先，机械制造装备设计的原则是满足生产需求和工艺要求，提高生产效率和产品质量。
在设计过程中，首先需要明确生产任务和目标，并进行技术经济分析，确保设计方案的合理性和可行性。
其次，需要遵循工业设计的基本原理和规范，保证设计结果具有良好的可操作性、可维修性和可扩展性。
同时，还需与工艺流程相匹配，使装备能够顺利完成生产任务。
其次，机械制造装备设计的流程通常包括需求分析、概念设计、详细设计和验证评估四个阶段。
需求分析阶段是建立在对生产需求和工艺要求的深入理解基础上，通过与用户进行反复沟通和了解，明确装备设计的目标和功能要求。
概念设计阶段是在需求分析的基础上，通过头脑风暴和创新思维，形成初步的设计方案，并进行原理性验证。
详细设计阶段是将概念设计转化为技术细节，包括选取合适的部件和材料，确定设计参数和计算分析，并进行模型制作和模拟仿真。
验证评估阶段是通过样机制作和实验验证，评估设计方案的可行性和可靠性，进一步完善和优化设计。
最后，以汽车焊装生产线设计为例来介绍机械制造装备的设计案例。
汽车焊装生产线是汽车制造过程中重要的一环，其设计要求高效、精确和稳定。
在需求分析阶段，需要了解生产线的生产能力、质量要求和工艺流程，同时考虑成本和占地面积等因素。
在概念设计阶段，可以设计出具备一定自动化功能和灵活性的焊装生产线方案。
在详细设计阶段，可以选取合适的焊接设备和机器人系统，设计焊接工作台和工装夹具，并完成相关的力学、电气和控制系统的设计。
在验证评估阶段，可以制作样机进行实验验证，优化设计方案，最终满足生产需求和工艺要求。
综上所述，机械制造装备设计是一个复杂而又重要的工作，需要在深入了解生产需求和工艺要求的基础上，进行综合考虑和创新设计，以提高生产效率和产品质量。
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。
机械制造装备设计第4版教学课件ppt作者关慧贞第一章机械制造机装备设计方法
机械制造装备设计
1.2 机械制造装备的主要功能
1.2.1 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成本中去。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 度地提高产品的成本，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，无计划地加大投入， 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。
机械制造装备设计
机械制造装备设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
目录
第一章 机械制造及装备设计方法 第二章 金属切削机床设计 第三章 典型部件设计 第四章 工业机器人设计 第五章 机床夹具设计 第六章 物流系统设计 第七章 机械加工生产线总体设计
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
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，发展先进的装备
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。
大连理工大学 机械工程学院
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机械制造装备设计
机床工业的战略地位
国际军事竞争的战略物资
高档数控机床对我国禁运: 2000年10月14日,美国参议院通过控制高技术 机床出口法案,美国商务部把数控机床列为对我 出口的20类敏感物资; 日本通产省禁止东芝公司龙门五面体加工中心、 安田公司高精度数控机床、森精机公司精密机床 、五轴联动数控机床出口到中国。
大连理工大学 机械工程学院
机械制造装备设计
1.2 机械制造装备的主要功能
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）。
1机械制造装备设计方法1.2
1.5 机械制造装备设计方法
2. 技术调查： ①现有同类产品的结构特征、技术性能、质量水平及
发展趋势； ②新型元器件、新材料和新工艺的应用和发展动态； ③竞争产品的技术特点及竞争企业新产品开发动向； ④环境条件对产品的要求 ⑤确定需解决的技术问题及技术实验项目。 ——提交技术调查报告
机械制造装备设计
主讲人：李爱芝
1.4 机械制造装备设计的类型
一、创新设计(新产品设计) 二、变型设计(变型产品设计) 三、模块化设计(组合设计)
1.4 机械制造装备设计的类型
一、 创新设计（新产品设计）——基型产品 新产品：新开发的或在性能、结构、原理等
某一方面或几个方面有重大变化的，以及技术上 有突破、创新的产品（生产一代，研制一代，构 思一代）。
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1.5 机械制造装备设计方法
一、典型设计步骤 二、系列化（产品）设计 三、模块化产品设计
1.5 机械制造装备设计方法
一、典型设计步骤 （一）产品规划阶段
（二）方案设计阶段
1. 市场调研和预测 2. 技术调查 3. 可行性分析 4. 编制设计任务书 5. 开发决策
1. 对设计任务的抽象 2. 建立功能结构 3. 寻求原理解 4. 初步设计方案的形成 5. 初步设计方案的评价与筛选
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；
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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。
模块也应当用系列化设计原理进行，即每类模块具有多种规格，其规格参数按肯定的规律变化，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。