工艺装备机械制造装备设计

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、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变型设计和模块化设计（概念）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)施工设计阶段第六节机械制造装备设计的评价(一)技术经济评价(二)可靠性评价（三）人机工程评价(四)结构工艺性评价(五)产品造型评价（六）标准化评价第二章金属切削机床设计第一节概述机床设计应满足的基本要求（了解）（1）工艺范围（2）柔性（3）与物流系统的可亲性（4）刚度（5）精度（6）噪声（7）成产率和自动化（8）成本（9）生产周期（10）可靠性（11）造型与色彩机床设计步骤1、确定结构原理方案2、总体设计3、结构设计4、工艺设计5、机床整机综合评价6、定型设计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。

工件表面的形成方法与机床运动几个概念：从几何学表面观点来看，机器零件上每个表面都可以看作是一条线（母线），沿着另一条线（导线）运动的轨迹。

母线和导线统称为形成表面的发生线。

在切削加工的过程中，这两条发生线是通过刀具的切削刃与毛坯的相对运动把零件的表面切削成要求的形状。

可逆表面：形成平面、直线成形表面和圆柱面的两条发生线——母线和导线可以互换，而不改变形成表面的性质。

不可逆表面：形成不可逆表面的母线和导线是不可互换的。

圆锥面、球面、圆环面和螺旋面等，都属于不可逆表面。

发生线的形成方法1）轨迹法（描述法）2）成型法（仿形法）3）相切法（旋切法）4）展成法（滚切法）机床的运动分类按运动的功能分：成形运动和非成形运动按运动的性质分：直线运动和回转运动按运动之间的关系分类：独立运动和复合运动机床的成形运动的分类：主运动和形状创成运动机床运动功能的描述方法1、机床运动功能式左边写工件，用W表示；右边写刀具，用T表示；中间写运动，按运动顺序排列；工件、运动和刀具之间用“/”分开，下标p表示主运动，下标f表示进给运动，下标a表示分成形运动2、机床运动原理图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、形式及排列顺序外，还表示了机床两个末端执行器和各个运动轴的空间方位，min max min 1000v n d π=是认识、分析、设计机床传动系统的依据。

精度1、几何精度2、运动精度3、传动精度4、定位精度和重复定位精度5、工作精度6、精度保持性低速运动平稳性概念及表现形式：机床上有些运动部件，需要低速或微小位移。

当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，从动件往往出现明显的速度不均的跳跃式运动，即时走时停或者时快时慢的现象，这种在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬行。

产生原因：爬行是个很复杂的现象，它是因摩擦产生的自激振动现象，产生这一现象主要原因是摩擦面上的摩擦系数随速度的增大而减小和传动系的刚度不足。

解决方案：在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦系数之差，提高传动机构的刚度和降低移动件的质量等。

第三节 金属切削机床总体设计金属切削机床总体设计内容包括1、机床系列型谱的制定2、机床运动功能设置3、机床总体结构方案设计4、机床主要参数的设计在机床主要参数的设计阶段若干概念机床的主要技术参数包括机床的主参数和基本参数主参数基本参数主运动为回转运动的机床,主运动参数是主轴转速n （r/min ）。

转速与切削速度v 的关系为：d ——工件或刀具直径（mm ） 主运动的速度范围： 变速范围Rn ： 几个重要参数的选择：v max 和 v min切削速度与刀具材料、工件材料、进给量和切削深度有关。

dv n π1000=max minmax 1000v n d π=max min n n R n =选择v max和v min，是根据机床上几种典型加工情况来考虑的。

例如，车床最高切削速度是在用硬质合金刀具半精车钢件时，作为选择v max典型加工情况。

最低切削速度是在用高速钢刀具车螺纹时，作为选择v min的典型加工情况。

dmax 和dmind max和d min不是指机床上可能加工的最小直径和最大直径d min是指在典型加工实际使用v max时经常加工工件直径d值的较小值。

d max是指在典型加工实际使用v min时经常加工工件直径d值的较大值。

标准公比和标准数列规定标准公比ϕ＞1，并且规定相对速度损失的最大值A max不大于50％，则相应ϕ不大于2，所以1＜ϕ≤2。

为了简化机床设计和使用，规定了几个标准值，这些数值是选取2或10的某次方根，1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2。

★★★★第四节主传动系设计★★★★主传动系设计应满足的基本要求：1、满足机床使用性能要求2、满足机床传递动力要求3、满足机床工作性能的要求4、满足产品设计经济性的要求5、维修调整方便，结构简单、合理，便于加工和装配。

主传动系分类按驱动主传动的电动机类型：交流电动机驱动、直流电动机驱动按传动装置类型：机械传动装置、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合按变速的连续性：分极变速传动、无极变速传动主传动系的传动方式分类：集中传动方式和分散传动方式★★★★分级变速主传动系的设计★★★★（掌握）1、主变速传动系设计的原则2、各变速组的变速范围及极限传动比3、分级变速主传动系的设计（包括多速电动机）无级传速主传动系机床主传动中常采用的无级变速装置有三大类：1、变速电动机、2、机械无级变速装置、3、液压无级变速装置无级变速主传动系设计原则1、尽量选择功率和转矩特性符合传动系要求的无级变速装置。

2、无极变速系统装置单独使用时，其调速范围较小，满足不了要求，尤其是恒功率调速范围往往远小于机床实际需要的恒功率变速范围。

第三章典型部件设计第一节主轴部件设计主轴部件的组成及作用主轴部件是机床的执行件，由主轴及其支承轴承、传动件、密封件及定位元件等组成。

主轴部件的作用是夹持工件或刀具，直接参与工件表面的成形运动，并在一定转速下传递扭矩、承受载荷主轴部件应满足的基本要求：（1）旋转精度：旋转精度指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。

（2）刚度：指主轴部件在外加载荷作用下抵抗变形的能力。

（3）抗震性：指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳地运转的能力主轴振动有两种类型：受迫振动和自激振动（4）温升和热变形：主轴组件工作时，由于摩擦和搅油等而发热，产生了温升（5）精度保持性：是指其长期保持原始精度的能力，即精度的保持性主轴的传动方式：齿轮传动、带传动、电动机直接驱动主轴部件结构设计多数机床的主轴采用前、后两个支承。

为提高刚度和抗振性，有的机床采用三个支承。

三个支承中可以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承。

推力轴承的位置配置型式：1、前端配置2、后端配置3、两端配置4、中间配置主轴滑动轴承的分类：按产生油膜的方式，可分为动压轴承和静压轴承两类。

按照流体介质不同可分为液体滑动轴承和气体滑动轴承。

动压轴承的工作原理：当主轴旋转时，带动润滑油从间隙大处向间隙小处流动，形成压力油楔而产生油膜压力p将主轴浮起第二节支承件设计支承件是指床身、立柱、横梁、底座等大件支承件的形状及提高支承件结构性能的措施（了解）支承件应满足的基本要求：（1）应具有足够的刚度和较高的刚度——质量比。

（2）应具有良好的动态特性，各阶频率不致引起结构共振。

（3）热稳定性好。

（4）排屑畅通、调运安全，并具有良好的结构工艺性第三节导轨设计导轨的功用和分类导轨的功用是承受载荷和导向。

导轨按结构形式可分为开式导轨和闭式导轨。

导轨应满足的要求1、导向精度高2、承载能力大，刚度好3、精度保持性好；4、低速运动平稳5、结构简单、工艺性好6、导轨要求结构简单，易于加工直线导轨的截面形状：（掌握）主要有四种：矩形、三角形、燕尾形和圆柱形对应的图机床直线运动导轨的组合形式1、双三角形导轨2、双矩形导轨3、矩形和三角表导轨的组合4、矩形和燕尾形导轨的组合第四节、机床刀架和自动换刀装置设计机床刀架和自动换刀装置的类型按安装刀具的数目分为单刀架和多刀架。

按结构形式分为方刀架、转塔刀架、回轮式刀架等。

按驱动刀架转位的动力分为手动转位刀架和自动（电动和液动）转位刀架刀库的类型：盘式刀库、链式刀库、斗笠式刀库加工中心（了解概念）第四章工业机器人设计第一节概述工业机器人的基本工作原理（掌握）工业机器人的构成工业机器人的分类第二节工业机器人运动功能设计工业机器人的位姿（了解概念）第三节工业机器人传动系统设计谐波齿轮减速装置及其特点（掌握）驱动方式的选择第四节工业机器人的机械结构系统设计工业机器人的手臂设计的要求（掌握）工业机器人的末端执行器第六章物流系统设计第一节概述物流的概念从原材料和毛坯进厂，经过储存、加工、装配、检验、包装，直至成品和废料出厂，在仓库、车间、工序之间流转、移动和储存的全部过程物流系统的设计要求1、工厂平面布置合理化2、工厂物流活动与生产工艺流程同步化3、物料搬运路线简捷、直线化4、物料搬运机械化、省力化、自动化5、单元化容器标准化、通用化6、库存合理化7、采用看板运输管理，保护增生产物流活动准时化8、提倡储、运、包一体化，集装单元化9、在物料流程中，上下工位之间、前后生产车间之间要有固定位置的流程图，为手法、运送、搬运的有关人员指明产品、零件流向，起到现场调度作用物流系统设计的主要任务1、合理规划厂区2、合理布局车间工位3、合理确定库存量4、合理选择搬运装备料仓式上料装置功用和组成功用：当单件毛坯的尺寸较大，而且形状比较复杂，难于自动定向时，可采用料仓上料机构。