2,課程教材講義課程主要參考書1.馮辛安機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社，20052.黃鶴汀機(jī)械制造裝備（第2版）機(jī)械工業(yè)出版社，20103.黃開榜等，金屬切削機(jī)床第2版，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20064.張芙麗，張國強(qiáng)，機(jī)械制造裝備及其設(shè)計(jì)，北京：國防工業(yè)出版社，20115.陳立德等，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)，北京：國防工業(yè)出版社，2010,3,課程學(xué)時(shí)課堂學(xué)習(xí)36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)課程考核及評(píng)價(jià)百分制，累加式：平時(shí)（10%）大作業(yè)（20%）實(shí)驗(yàn)（10%）期末考試（60%）,4,課程主要內(nèi)容第1章緒論第2章機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法第3章機(jī)床分析第4章機(jī)床設(shè)計(jì)總論第5章機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第6章主軸組件第7章支承件第8章導(dǎo)軌第9章操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),制造業(yè)是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱,標(biāo)志著一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平、生活水準(zhǔn)和國防實(shí)力的水平。它主要是為國防和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域提供合格的產(chǎn)品，它所創(chuàng)造的產(chǎn)值約占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的百分之七十。,第1章緒論,1.1機(jī)械制造裝備在國民經(jīng)濟(jì)中的作用,機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的核心。他擔(dān)負(fù)著為其他領(lǐng)域提供高水平機(jī)械裝備的重要任務(wù)，這主要包括：,農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力機(jī)械運(yùn)輸機(jī)械,礦山機(jī)械化工機(jī)械林業(yè)與木工機(jī)械食品機(jī)械醫(yī)療機(jī)械紡織機(jī)械服裝機(jī)械制造裝備,20世紀(jì)20年代生產(chǎn)軍火主要采用不計(jì)成本的生產(chǎn)模式。20世紀(jì)50年代為了降低成本、提高效率，采用大量生產(chǎn)模式。20世紀(jì)70年代生產(chǎn)模式的基本原則是“消滅一切浪費(fèi)”，代表的公司是日本的豐田公司，后來被美國麻省理工學(xué)院總結(jié)成為：精益生產(chǎn)的制造模式。,1.2機(jī)械制造裝備的狀況及發(fā)展,20世紀(jì)80年代，隨著人們生活水平的提高，對(duì)產(chǎn)品的需求更加多樣化，出現(xiàn)了單項(xiàng)的先進(jìn)制造技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(CAD)計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)(CAM)計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(CAPP),制造資源規(guī)劃(MRP)成組技術(shù)(GT)并行工程(CE)柔性制造系統(tǒng)（單元）(FMS)全面質(zhì)量管理(TQC),進(jìn)入90年代，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，全球經(jīng)濟(jì)打破了地域經(jīng)濟(jì)的束縛?？焖夙憫?yīng)市場成為制造業(yè)發(fā)展的主要方向敏捷制造精益敏捷柔性快速可重組制造,21世紀(jì)制造模式的主要特征:以用戶需求為中心制造的戰(zhàn)略重點(diǎn)是時(shí)間、速度、質(zhì)量、品種以柔性、敏捷、精益作為競爭的優(yōu)勢(shì)技術(shù)進(jìn)步、人因改善、組織創(chuàng)新為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源的快速集成虛擬公司將是一種新的企業(yè)模式,將更多地采用高技術(shù)裝備來滿足產(chǎn)品的個(gè)性化和多樣化的要求。,生產(chǎn)模式的變化對(duì)機(jī)械制造裝備提出了新的要求,1.3機(jī)械制造裝備的類型,主要指機(jī)床，制造機(jī)器的機(jī)器，也稱工作母機(jī)。,1.3.1加工裝備,車床、銑床、鉆床、鏜床、磨床、刨（插）床、拉床、齒輪加工機(jī)床螺紋加工機(jī)床其他機(jī)床（珩磨機(jī)床、鋸床、鍵槽加工機(jī)床）,1、金屬切削機(jī)床,利用切削刀具與金屬工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)從工件上切除多余的金屬或預(yù)留層，以獲得符合規(guī)定的尺寸、形狀、精度及表面質(zhì)量要求的零件。,按加工方式分：,通用機(jī)床專用機(jī)床專門化機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線,按通用性分：,按精度分：,普通精度機(jī)床精密機(jī)床高精度機(jī)床超精密機(jī)床,按自動(dòng)化程度分：,手動(dòng)機(jī)床自動(dòng)機(jī)床半自動(dòng)機(jī)床,2、特種加工機(jī)床電加工機(jī)床、超聲波機(jī)床、激光加工機(jī)床、電子束加工機(jī)床、離子束加工機(jī)床、水射流加工機(jī)床等（1）電加工機(jī)床直接利用電能對(duì)工件進(jìn)行加工的機(jī)床主要指電火花機(jī)床線切割機(jī)床電解加工機(jī)床,（2）超聲波加工機(jī)床直接利用超聲波能對(duì)工件進(jìn)行加工的機(jī)床（3）激光加工機(jī)床直接利用激光能對(duì)工件進(jìn)行加工的機(jī)床（4）離子束加工機(jī)床（5）水射流加工機(jī)床,SUPERTURBO-X44最大加工尺寸：1250X1250mm最大載重質(zhì)量：4000W/315kg激光氣體：He，N2，CO2的混合氣體,切割最大厚度達(dá)25mm,速度為15m/min,4.0kW,3、鍛壓機(jī)床鍛壓機(jī)床是利用金屬的塑性變形的特點(diǎn)進(jìn)行成形加工的機(jī)床。屬于無屑加工機(jī)床。主要指:鍛造機(jī)沖壓機(jī)擠壓機(jī)軋制機(jī),（四）木工機(jī)床,34,1.3機(jī)械制造裝備的類型,1.3.2工藝裝備,是指機(jī)械制造過程所使用的刀具、夾具、量具、模具等各種工具的總稱。,（1）刀具切削加工時(shí)，從工件上切除多余材料所用的工具。如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭、絲錐、齒輪刀具等。,刀具的種類車刀、刨刀、銑刀、鉆頭、絲錐、齒輪刀具等。大部分已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，不需要專門設(shè)計(jì)。,36,1.3機(jī)械制造裝備的類型,（2）夾具是安裝在機(jī)床上用于裝夾（定位和夾緊）工件的工藝裝備。,按安裝在不同機(jī)床上可分為車床夾具、銑床夾具、刨床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具等。按夾具應(yīng)用范圍可分為通用夾具、專用夾具、成組夾具、組合夾具、隨行夾具等。,37,1.3機(jī)械制造裝備的類型,通用夾具一般不需要調(diào)整就可適用于相當(dāng)廣泛的一類工件的加工，如車床上的卡盤，銑床上的平口鉗等。,專用夾具專為某個(gè)零件的某一道工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)和制造的。,成組夾具根據(jù)成組加工工藝的原則，針對(duì)一組尺寸相近、結(jié)構(gòu)形狀相似、工藝相似零件而設(shè)計(jì)的組內(nèi)通用夾具。,組合夾具是由預(yù)先制造好的標(biāo)準(zhǔn)元件和通用部件，按照工序加工要求組裝而成的夾具。,隨行夾具是在自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)中使用的一類夾具。,40,（3）模具是用來將材料填充在其形腔中，以獲得所需要形狀和尺寸制件的工具。按填充方法和材料的不同模具分為：粉末冶金模具、塑料模具、壓鑄模具、冷沖模具、鍛壓模具。,1.3機(jī)械制造裝備的類型,（4）測(cè)量器具是直接或間接地測(cè)出被測(cè)對(duì)象量值的工具、儀器及儀表等，簡稱量具和量儀。如千分尺、千分表、量塊等。,（四）量具量具是以固定形式復(fù)現(xiàn)量值的計(jì)量器具的總稱。,48,1.3機(jī)械制造裝備的類型,包括各級(jí)倉儲(chǔ)、物料輸送、機(jī)床上下料等。,倉儲(chǔ)存儲(chǔ)原材料、外購件、半成品、成品、工具、夾具、模具等。物料輸送裝置主要指坯料、半成品或成品在車間內(nèi)傳輸。輸送方法有各種傳送裝置和自動(dòng)運(yùn)輸小車。機(jī)床上下料裝置將坯料送到機(jī)床加工位置的機(jī)構(gòu)（上料裝置）；加工完后將制品從機(jī)床上取走的機(jī)構(gòu)（下料裝置）。常用料倉式和料斗式上料裝置、上下料機(jī)械手等。,1.3.3倉儲(chǔ)輸送裝備,49,1.3機(jī)械制造裝備的類型,1.3.4輔助裝備,包括清洗機(jī)、排屑設(shè)備等。,清洗機(jī)用來清洗工件表面塵屑油污，以保證產(chǎn)品裝配質(zhì)量和使用壽命。排屑裝置用于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，從加工區(qū)域?qū)⑶行记宄?，輸送到機(jī)外或線外的集屑器內(nèi)。清除切屑的裝置常用離心力、壓縮空氣、電磁或真空、冷卻液沖刷等方法。輸屑裝置則有平帶式、螺旋式和刮板式多種。,50,1.4課程學(xué)習(xí)的目的和主要內(nèi)容,學(xué)習(xí)的目的是在設(shè)計(jì)思想層面上，熟悉機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)類型和設(shè)計(jì)方法，建立機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)思想，正確理解和運(yùn)用機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的基本理論與方法，掌握機(jī)械制造裝備的工作原理和結(jié)構(gòu)，并具備一定的機(jī)械制造裝備總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。主要內(nèi)容以典型的機(jī)械制造裝備金屬切削機(jī)床為研究對(duì)象，重點(diǎn)介紹機(jī)床的總體設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主軸組件、支承件和導(dǎo)軌等方面的基本知識(shí)、設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法。,51,第2章機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法,機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的類型,機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià),機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法,機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的要求,52,對(duì)加工裝備來說：1、加工精度2、強(qiáng)度、剛度、抗振性3、加工穩(wěn)定性4、耐用度5、技術(shù)經(jīng)濟(jì),2.1機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的要求,還應(yīng)強(qiáng)調(diào)柔性化、精密化、自動(dòng)化、機(jī)電一體化、節(jié)材節(jié)能、符合工業(yè)工程和綠色工程等方面的要求。,2.1.1一般功能要求,53,2.1機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的要求,適應(yīng)對(duì)象變化的能力。功能柔性化是指裝備的功能多，一臺(tái)裝備可以在同一時(shí)期內(nèi)適應(yīng)多品種生產(chǎn)，空間上相當(dāng)于多個(gè)裝備，也稱空間柔性。結(jié)構(gòu)柔性化是指在不同時(shí)期，組成裝備的各部件經(jīng)過重新組合，改變其功能，形成新的功能，以適應(yīng)產(chǎn)品變化的要求，也稱時(shí)間柔性。,2.1.2柔性化,54,提高裝備本身的精度（設(shè)計(jì)與制造）誤差源的控制與誤差補(bǔ)償“母性原則”和“創(chuàng)造性原則”,2.1.3精密化,零件精度和質(zhì)量從微米級(jí)發(fā)展到亞微米級(jí)乃至納米級(jí)。,2.1機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的要求,55,可以減少制造過程的人工干預(yù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量及其穩(wěn)定性，同時(shí)可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。全自動(dòng)化：自動(dòng)完成工件的上料、加工、下料的全過程。半自動(dòng)化：人工上料、下料。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化方法從低到高順序：凸輪控制、程序控制、數(shù)字控制、適應(yīng)控制。,2.1.4自動(dòng)化,2.1機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的要求,56,機(jī)電一體化是指機(jī)械技術(shù)與微電子、傳感檢測(cè)、信息處理、自動(dòng)控制和電力電子等技術(shù)，按系統(tǒng)工程和整體優(yōu)化的方法，有機(jī)組成的最佳技術(shù)系統(tǒng)。,2.1.5機(jī)電一體化,2.1機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的要求,57,2.1.6結(jié)構(gòu)模塊化,通過不同模塊的組合，可以快速獲得不同性能的眾多產(chǎn)品，最大限度地增加產(chǎn)品類型、降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造周期，滿足市場需求；可方便地對(duì)結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行更新，加快機(jī)械制造裝備的更新?lián)Q代。,2.1機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的要求,58,2.1.8符合綠色工程,2.1.7符合工業(yè)工程,是指在保證人和最終用戶健康、安全條件下，以最低的成本生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品。,不能以犧牲環(huán)境和消耗資源來增加產(chǎn)出，要達(dá)到人、機(jī)器和環(huán)境有機(jī)的協(xié)調(diào)。從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期中，對(duì)環(huán)境的影響最小，資源效率最高。,2.1機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的要求,59,新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、變型產(chǎn)品設(shè)計(jì)2.2.1新產(chǎn)品設(shè)計(jì)是指依據(jù)市場需求發(fā)展的預(yù)測(cè)，進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，用新的技術(shù)手段和技術(shù)原理改造傳統(tǒng)產(chǎn)品，或開發(fā)新一代的、具有高技術(shù)附加值的新產(chǎn)品的全過程。,2.2機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的類型,60,新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程市場調(diào)研和預(yù)測(cè)產(chǎn)品規(guī)劃方案設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì),還應(yīng)通過產(chǎn)品試制和產(chǎn)品試驗(yàn)來驗(yàn)證技術(shù)可行性。較長的設(shè)計(jì)開發(fā)周期，較大的研發(fā)工作量。,（明確設(shè)計(jì)任務(wù)）,（功能原理設(shè)計(jì)）,（方案設(shè)計(jì)的具體化）,（工作圖、商品化設(shè)計(jì)等）,2.2機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的類型,61,2.2.2變型設(shè)計(jì)1、適應(yīng)型設(shè)計(jì):原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上，基本工作原理和總體結(jié)構(gòu)保持不變，改變或更換部分部件或結(jié)構(gòu)，形成所謂的變型產(chǎn)品。2、變參數(shù)型設(shè)計(jì)：原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上，基本工作原理和總體結(jié)構(gòu)保持不變，改變部分尺寸與性能參數(shù)，形成所謂的變型產(chǎn)品。,2.2機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的類型,62,2.3.1系列化設(shè)計(jì)1.系列化設(shè)計(jì)的概念在設(shè)計(jì)某一類產(chǎn)品中，選擇功能、結(jié)構(gòu)和尺寸等方面較典型的產(chǎn)品為基型，以它為基礎(chǔ)，運(yùn)用結(jié)構(gòu)典型化、零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，設(shè)計(jì)出其它各種尺寸參數(shù)的產(chǎn)品，構(gòu)成產(chǎn)品的基型系列。在產(chǎn)品基型系列基礎(chǔ)上，同樣運(yùn)用結(jié)構(gòu)典型化、零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的原則，增加、減去、更換或修改少數(shù)零部件，派生出不同用途的變型產(chǎn)品，構(gòu)成產(chǎn)品派生系列。,2.3機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法,63,系列,表2-1中型臥式車床的簡略系列型譜表,基型，變型,橫向,型譜,主參數(shù)系列,縱向,64,在系列型譜中，各規(guī)格產(chǎn)品應(yīng)有相同的功能結(jié)構(gòu)，相似的結(jié)構(gòu)型式；同一類型的零部件在規(guī)格不同的產(chǎn)品中具有完全相同的功能結(jié)構(gòu)；不同規(guī)格的產(chǎn)品，同一種參數(shù)按一定規(guī)律（通常按等比級(jí)數(shù)）變化。系列化設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“產(chǎn)品系列化、零部件通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)的典型化”，即所謂的“四化”原則。,2.3機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法,65,2.系列化設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)系列化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：1）用較少的品種規(guī)格的產(chǎn)品滿足市場較大范圍的需求；2）減少設(shè)計(jì)工作量，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的研制周期；3）壓縮工藝裝備的數(shù)量和種類，有助于縮短產(chǎn)品的研制周期，降低生產(chǎn)成本；4）便于進(jìn)行產(chǎn)品的維修，改善售后服務(wù)質(zhì)量；5）為開展變型設(shè)計(jì)提供技術(shù)基礎(chǔ)。系列化設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)：用戶只能在系列型譜內(nèi)有限的一些品種規(guī)格中選擇所需的產(chǎn)品。,2.3機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法,66,3.系列化設(shè)計(jì)的步驟1）主參數(shù)和主要性能指標(biāo)的確定應(yīng)最大程度地反映產(chǎn)品的工作性能和設(shè)計(jì)要求。2）參數(shù)分級(jí)主參數(shù)應(yīng)盡可能采用優(yōu)先數(shù)系。優(yōu)先數(shù)系是公比為，N=5、10、20或40的等比數(shù)列。3）制訂系列型譜系列型譜通常是二維甚至多維的，其中一維是主參數(shù)，其它維是主要性能指標(biāo)。系列型譜內(nèi)的產(chǎn)品是在基型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上經(jīng)過演變和派生而擴(kuò)展成的。,2.3機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法,67,（1）縱系列產(chǎn)品是一組功能、工作原理和結(jié)構(gòu)相同，而尺寸和性能參數(shù)不同的產(chǎn)品。主要技術(shù)指標(biāo)和主參數(shù)按優(yōu)先數(shù)系派布。（2）橫系列產(chǎn)品是在基型產(chǎn)品基礎(chǔ)上，通過加、減去、更換或修改某些零部件，實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展的派生產(chǎn)品。（3）跨系列產(chǎn)品跨系列產(chǎn)品是采用相同的主要基礎(chǔ)件和通用部件的不同類型產(chǎn)品。,2.3機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法,68,2.3.2模塊化設(shè)計(jì)1.模塊化設(shè)計(jì)的概念為了開發(fā)多種不同功能結(jié)構(gòu)，或相同功能結(jié)構(gòu)而性能不同的產(chǎn)品，在一定范圍內(nèi)不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，將這些模塊經(jīng)過不同的組合來構(gòu)造具有不同功能結(jié)構(gòu)和性能的多種產(chǎn)品。,模塊也應(yīng)用系列化設(shè)計(jì)原理進(jìn)行，即每類模塊具有多種規(guī)格，其規(guī)格參數(shù)按一定的規(guī)律變化，而功能結(jié)構(gòu)則完全相同，不同模塊中的零部件盡可能標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。,2.3機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的方法,69,2.模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)與系列化設(shè)計(jì)方法優(yōu)缺點(diǎn)類似；尚有如下優(yōu)點(diǎn)：l）便于用新技術(shù)設(shè)計(jì)性能更好的模塊取代原有舊的模塊，提高產(chǎn)品的性能，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代。2）可快速滿足用戶提出的特殊訂貨要求，大大縮短設(shè)計(jì)和供貨周期。3）有利于采用成組加工等先進(jìn)