機械制造裝備學機械制造裝備設計、制造與控制

介紹機械制造裝備設計與控制的原理和方法，并反映國內外的先進技術和發(fā)展趨勢。

課程重點

除傳統(tǒng)的剛度、精度、抗振性、熱變形、噪聲、磨損和低速運動平穩(wěn)性外還包括柔性化、精密化、自動化、機電一體化、節(jié)材節(jié)能、綠色制造和工業(yè)工程等。基本理論

課程主要內容制造裝備的基礎部件物流裝備機械加工生產自動線金屬切削機床特種加工機床工業(yè)機器人成型加工機床刀具模具夾具量具各種裝備實例和加工實例主要參考書機械制造裝備設計關慧貞、馮辛安.北京：機械工業(yè)出版社，2009金屬切削機床戴曙．北京：機械工業(yè)出版社，1994

機械電子學劉政華.何將三.長沙:國防科技大學出版社,1999.機電一體化設備結構與維修宋福生.朱江等.南京:東南大學出版社,2000.體系安排第二章制造裝備的基礎部件設計2．1主軸回轉部件2．2導軌及支撐部件2．3主傳動部件2．4進給傳動系部件2．5液壓與氣壓傳動2．6零傳動第一章緒論1．1制造裝備的定義及分類1．2制造裝備在國民經濟中的重要作用1．3制造裝備應具備的功能和性能1．4制造裝備的設計方法第三章加工裝備3．1金屬切削機床3．2特種加工機床3．3工業(yè)機器人3．4成型加工機床第四章工藝裝備4．1刀具4．2模具4．3夾具4．4量具第五章物流裝備5．1倉儲5．2輸送5．3上下料第六章機械加工生產自動線6．1生產線專用機床的總體設計6．2生產線專用機床的液壓系統(tǒng)6．3生產線專用機床的邏輯控制6．4生產線的總體布局設計6．5柔性制造生產線教材制造裝備學（講義）

前期課程及知識

大學物理、工程力學、工程材料、機械制圖與畫法幾何、機械原理、機械零件、互換性與技術測量、機械制造技術基礎、成型加工工藝、機械制造過程技術、機電傳動控制、微機原理等。應經過金工實習、認識實習和生產實習，具備必要的實踐知識。

相關課程

夾具設計

機械制造系統(tǒng)

機床設計

機械制造工藝學本課程的目的

從基本知識入手，結合典型的系統(tǒng)學習，使學生

1.對制造裝備有較全面的認識，

2.基本掌握總體設計的理論和方法，

3.掌握元部件的選擇和計算，

4.初步具備制造裝備的開發(fā)能力。機械制造裝備學第一章緒論第一節(jié)

機械制造裝備的分類

機械制造裝備是用于完成機械產品制造過程中采用的一大類機電設備、裝置和工具。按功能可劃分為四個種類：一、加工裝備二、工藝裝備三、倉儲和傳送裝備四、輔助裝備原則上，自動生產線和柔性生產線是這四類的綜合體。

一、加工裝備：指采用機械加工方法制作機器零件的機床。是制造機器的機器，也稱工作母機。包括：（一）金屬切削機床（二）特種加工機床（三）鍛壓機床（一）金屬切削機床：是采用切削工具，從工件上除去多余或預留的金屬，以獲得符合規(guī)定的尺寸、幾何形狀、相互位置精度和表面質量要求的零件的裝備。

機床的種類很多，按其特征分類：1、按加工原理分：車、刨、鉆、銑、鏜、磨、拉、齒輪、螺紋、特種，切斷和其它（如鋸、鍵槽、珩磨、研磨等）共13類2、按使用范圍分：

1）通用機床可加工多種尺寸和形狀的工件。結構一般較復雜。適用于單件小批量生產。

2）專用機床用于特定工件的特定表面，特定尺寸和特定工序的加工。按特定的工藝要求專門設計制造的。結構較簡單，多用于成批和大量生產。3）專門化機床其特點介于通用和專用機床之間。用于形狀相似尺寸不同的特定表面，按特定的工序進行加工。如精密絲桿機床，花鍵機床，曲軸機床。4）數(shù)控機床由于其優(yōu)異的高效和適應能力，正大量普及。（二）特種加工機床很多零件形狀特殊（彎孔、微孔、復雜形面等），或材料難切削（鈦合金，陶瓷，不銹鋼等），或精度，效率有特殊要求，用一般常規(guī)加工手段難以完成甚至無法完成的零件，用電能、超聲能、化學能、光能、水能等技術來加工零件的機床；還有當今發(fā)展最火的生長成型技術機床——三D打印機床。簡介如下：

1、電加工機床直接利用電能對工件進行加工的機床。如電解加工機床，電火花機床，線切割機床。電火花加工機床利用工具電極與工件（另一極）之間的脈沖放電現(xiàn)象從工件上連續(xù)去除微粒材料達到加工要求。加工硬，脆，高熔點的金屬。成型，雕刻，展成，磨削甚至穿孔加工。加工效率一般。線切割加工機床也屬于電火花加工。利用一根移動的金屬絲作電極，在金屬絲和工件間通過脈沖放電，并澆上液體介質，使工件產生放電腐蝕而進行的切割加工。效率和切割精度較高。尤其是慢走絲線切割機床。電解加工機床

電解加工機床是利用金屬在直流電流作用下，在電解液中產生陽極溶解的原理對金屬工件（陽極）進行加工。電解機床通常是根據(jù)用戶具體需求單機設計、研制的電解設備。加工效率比電火花高數(shù)倍。但電解液對環(huán)境有污染。

2、超聲波加工機床利用超聲波能量對材料進行機械加工的設備。

3、激光加工機床采用激光能量對零件進行加工的設備。

4、電子束加工機床

5、離子束加工機床

6、水射流加工機床

7、3D打印成型機床（三）鍛壓機床

鍛壓機床利用金屬的塑性變形特點進行成形加工。屬無屑加工設備。有鍛造、擠壓、沖壓和軋制機四類。超聲波加工機床

加工時工具作超聲振動，并以一定靜壓力壓在工件上，工件和工具間引入磨料懸浮液。在振動工具的作用下，磨粒對工件和工具進行擠壓，加上空化和爆炸作用將材料切除?？杉庸ぬ赜驳慕饘俸头墙饘俨牧??？汕懈?，雕刻，研磨，還可以做塑料焊接等工藝。激光雕刻機水射流切割機鍛壓和軋制機床四柱液壓機（一千九百噸）沖壓機床鉆頭軋制機床軋制的波紋管二、工藝裝備

工藝裝備產品制造時所用到的各種刀具、模具、夾具、量具等工具的總稱。（一）刀具刀具切削加工時，從工件上切除多余材料所用的工具。刀具種類很多，大都以標準化，可直接購買。（二）模具

模具模具是用來將材料填充在其型腔中，以獲得所需形狀和尺寸制作的工具。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。（三）夾具

夾具安裝在機床上，用于對工件進行定位和夾緊的裝置。夾具的分類：

1按夾具所安裝的機床分類。如車床夾具，銑床夾具等。各種刀具模具極其產品2按夾具專用化程度分

1）通用夾具通用性強，適合多種零件的加工。結構較復雜。用于單件小批量生產。市場可直接購買。

2）專用夾具為特定工件的特定工序而設計。結構較簡單。用于大批大量生產。

3）成組夾具采用成組技術，將形狀、尺寸相近或工藝相似的工件進行分組，再對組內零件設計的夾具。工藝范圍比通用夾具窄，但比專用夾具寬。

4）組合夾具按某工序要求，由一套事先準備好的通用的標準元件和部件組合而成的夾具。組裝迅速，可反復使用，適合新產品試制和單件小批生產。（四）量具

量具以固定形式復現(xiàn)量值的計量器具的總稱。許多量具已商品化，如千分尺，百分表，量塊，量規(guī)。三坐標量儀，光學量儀，數(shù)顯光珊，編碼器等都屬于量具。三、倉儲傳送裝備

倉儲傳送裝備包括各級倉儲、物料傳送、機床上下料等設備。

1倉儲用于儲存原材料、外購器材、半成品、成品、工具、夾具，模具等物品所使用的器材?，F(xiàn)代化的高效倉儲系統(tǒng)開發(fā)具有重要意義。如計算機管理的具有全自動化的立體倉庫。精密圓柱量規(guī)的應用精密圓柱量規(guī)三坐標測量儀光學取象量儀光學投影測量儀2物料傳送裝置主要指在車間和倉儲中的坯料，半成品或成品的傳輸。

3機床上下料裝置

上下料裝置專為機床將坯料送到加工位置或將加工完畢后的制品從機床上取走的機構。四、輔助裝備包括清洗機和排屑裝置等設備清洗機用來清洗工件表面的油污、鐵屑、灰塵。排屑裝置主要用于自動機，自動線，數(shù)控機床和加工中心上。提升機，引導橋，傳送小車傳送裝置（輥，帶）機床傳送和上下料裝置機械手和上料裝置零件清洗機轉塔車削中心（右側為排屑裝置）排屑裝置第二節(jié)機械制造裝備應具備的主要的功能一、一般的功能要求二、柔性化要求三、精密化要求四、自動化要求五、機電一體化要求六、節(jié)材要求七、符合工業(yè)工程要求八、符合綠色工程要求一、一般的功能要求

1加工精度要求

加工精度指零件加工后對理想尺寸，形狀和位置的符合程度。滿足加工精度要求是機械制造裝備的最基本要求。

2強度、剛度和抗振性要求

3加工穩(wěn)定性要求

加工穩(wěn)定性指設備在使用過程中，抵抗切削熱、摩擦熱、環(huán)境熱對加工性能的影響的能力。

4耐用度要求

5技術經濟要求既要做到技術先進也要盡可能使投資少，減小生產成本，獲取最大利潤，盡早收回投資。第二節(jié)機械制造裝備應具備的主要的功能二、柔性化要求柔性化包括產品結構柔性化和功能柔性化

產品結構柔性化設計時采用模塊化設計和機電一體化技術，只需對結構作少量的重組和修改，或修改軟件，就可以快速推出新產品。例如組合機床，組合夾具?！白儺a品”

功能柔性化指設計的產品只需進行少量的調整或修改軟件，就可以方便地改變產品或系統(tǒng)的運行功能，以滿足不同的加工需要。例如數(shù)控機床，F(xiàn)MS系統(tǒng)?！白児δ堋比?、精密化要求提高精密度的方法：

1傳統(tǒng)方法：壓縮工件制造的公差帶，使機械制造裝備精密化2采用誤差補償技術機械補償：采用校正尺或校正凸輪數(shù)字化校正：建立誤差數(shù)學模型，用電子誤差補償裝置進行補償四、自動化要求分半自動和全自動化。半自動：須人工完成上下料。全自動：自動完成上料、加工和卸料全過程。從初級到高級實現(xiàn)自動化的方法依次為：凸輪控制、程序控制、數(shù)字控制和適應控制。

1凸輪控制采用凸輪機構控制多個部件運動，使之互相協(xié)調的工作。改變工作循環(huán)必須更換凸輪。如自動車床的分配軸。2程序控制指工作程序和定位尺寸可以根據(jù)不同的加工對象加以選擇，但不能控制運動軌跡。如注塑機。分固定程序控制和可編程控制器（PLC）控制。

3數(shù)字控制除了控制工作程序外，還可以控制運動軌跡。一般采用專門的數(shù)控裝置，相當于一臺專用的計算機。

4適應控制在加工過程中按事先給定的評價指標根據(jù)實際工作條件（如材料硬度的變化、刀具的磨損等）自動改變加工系統(tǒng)的參數(shù)（如切削用量等），使加工過程始終按給定的評價指標進行。如高檔數(shù)控加工中心。五、機電一體化要求

機電一體化指機械技術與微電子、傳感檢測、信息處理、自動控制、電力電子等技術一道，按系統(tǒng)工程和整體優(yōu)化的方法，有機地組成的最佳技術系統(tǒng)。制造裝備采用機電一體化技術的好處：

1、可對機器的運行參數(shù)進行巡檢和控制。如壓力，速度，流量等。

2、可對機器的工作程序進行控制。并且可方便的更改程序使機器帶“柔性”。

3、可簡化產品的機械結構。六、節(jié)材要求七、符合工業(yè)工程要求

工業(yè)工程對人、物料、設備、能源和信息所組成的集成系統(tǒng)進行設計、改善和實施的一門學科。其目標是設計一個生產系統(tǒng)和控制方法，在保證工人和最終用戶健康和安全的條件下，以最低的成本生產出符合質量要求的產品。產品符合工業(yè)工程要求是指：

1設計時，要考慮結構工藝性，提高標準化，通用化程度。

2制造中要使用最佳工藝方案。包括選設備，定工藝路線和工藝參數(shù)等。

3使產品有合理的質量標準，有合理的性價比。八、符合綠色工程要求設計時在充分考慮到產品功能、質量、開發(fā)周期和成本的同時，還要使產品從設計開始到產品使用報廢的整個生命周期對環(huán)境影響最小，資源利用率最高。如盡量選環(huán)保材料；產品報廢后易回收處理；零部件的可重復使用；設計“免維”部件等。

第三節(jié)機械制造裝備及其在國民經濟中的重要作用

一、機械制造裝備在國民經濟中的地位1、制造業(yè)是國民經濟發(fā)展的重要支柱產業(yè)，其先進程度標志著國家的經濟實力、國防實力、科技水平、生活水平；2、機械制造裝備是各行制造業(yè)的基礎裝備，正是靠它為制造業(yè)提供了各種高性能機械設備。直接創(chuàng)造國民生產總值的1/3制造業(yè)對國民經濟的貢獻占整個工業(yè)生產的4/5為國家財政提供1/3以上的收入對出口總額的貢獻率90%制造裝備是國家高技術產業(yè)的基礎和載體宇航生物工程微電子光電子信息技術核技術空間技術制造裝備先進制造技術是國家安全的重要保障先進制造技術是現(xiàn)代武器裝備的載體；尖端制造技術和裝備一直是西方國家技術封鎖和限制的重點；保證就業(yè)率穩(wěn)定，緩解就業(yè)壓力，保障社會穩(wěn)定。集成電路成本占總成本的比例

軍艦22%戰(zhàn)車24%

飛機33%

導彈45%航天器