1、會計學1機械裝備設計方法機械制造裝備設計第機械裝備設計方法機械制造裝備設計第四四第一章 機械制造及裝備設計方法第二章 金屬切削機床設計第三章 典型部件設計第七章 機械加工生產線總體設計第五章 機床夾具設計第四章 工業機器人設計第六章 物流系統設計第1頁/共83頁共共60頁頁 第第1頁頁第一節 概述第二節 機械制造裝備應具備的主要功能第三節 機械制造裝備的分類第四節 機械制造裝備設計類型和設計方法第五節第五節 機械制造裝備設計的評價機械制造裝備設計的評價第2頁/共83頁p制造大國制造大國制造業占國民經濟制造業占國民經濟30%的產值的產值工業增加值居世界第四位工業增加值居世界第四位p建設制造強國是

2、我國的國家目標建設制造強國是我國的國家目標發展高端制造裝備發展高端制造裝備掌握關鍵零部件的核心制造技術掌握關鍵零部件的核心制造技術第3頁/共83頁第一章第一章共共60頁頁 第第2頁頁 國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產能力的競爭。 機械制造業是制造業的核心，其生產能力和發展水平標志著一個國家或地區的經濟現代化的程度，而機械制造業的生產能力主要取決于機械制造裝備的先進程度。“拿來主義”不能形成制造業的核心競爭力，發展先進的裝備制造技術刻不容緩，是實現向“制造強國”跨越的必由之路。 機床及其它制造裝備是機械制造技術的重要載體。第4頁/共83頁第5頁/共83頁機械制造裝備的發展趨勢用中國裝備裝備中

3、國1、向高效、高速、高精度方向發展2、多功能復合化、柔性自動化的產品成為主流3、實施綠色制造與可持續制造發展戰略4、智能制造技術和智能化裝備有了新的發展5、我國自主創新和高新技術的發展第6頁/共83頁p 一般的功能要求；p 柔性化；p 精密化；p 自動化；p 機電一體化；p 節材；p 符合工業工程要求；p符合綠色工程要求多角度的功能要求！第7頁/共83頁一般的功能要求1加工精度方面的要求加工精度是指加工后零件對理想尺寸、形狀和位置的符合程度，一般包括尺寸精度、表面形狀精度、相互位置精度和表面粗糙度等。滿足加工精度方面的要求應是機械制造裝備最基本的要求。影響機械制造裝備加工精度的因素很多，與機械

4、制造裝備本身有關的因素有其幾何精度、傳動精度、運動精度、定位精度和低速運動平穩性等。第8頁/共83頁一般的功能要求2強度、剛度和抗振性方面的要求為了提高加工效率，切削速度越來越高，切削力越來越大，機械制造裝備應具有足夠的強度、剛度和抗振性。提高強度、剛度和抗振性不能一味地加大制造裝備零部件的尺寸和重量，成為“傻、大、黑、粗”的產品。應利用新技術、新工藝、新結構和新材料，對主要零件和整體結構進行改進設計，在不增加或少增加重量的前提下，使裝備的強度、剛度和抗振性滿足規定的要求。第9頁/共83頁一般的功能要求3加工穩定性方面的要求機械制造裝備在使用過程中，受到切削熱、摩擦熱、環境熱等的影響，會產生熱

5、變形，影響加工性能的穩定性。對于自動化程度較高的機械制造裝備，加工穩定性方面的要求尤為重要。提高加工穩定性的措施是減少發熱量，散熱和隔熱，均熱、熱補償、控制環境溫度等。溫升變形誤差第10頁/共83頁一般的功能要求4耐用度方面的要求機械制造裝備經過長期使用，因零件磨損、間隙增大，原始工作精度將逐漸喪失。對于加工精度要求很高的機械制造裝備，耐用度方面的要求尤為重要。提高耐用度應從設計、工藝、材料、熱處理和使用等多方面綜合考慮。從設計角度，提高耐用度的主要措施包括減少磨損、均勻磨損、磨損補償等。第11頁/共83頁一般的功能要求5技術經濟方面的要求投入機械制造裝備上的費用將分攤到產品成本中去。如產品產

6、量很大，分攤到每個產品的費用較少。反之，產品的產量較少，甚至是單件，過大地在機械制造裝備上投資，將大幅度地提高產品的成本，削弱產品的市場競爭力。因此不應盲目地追求機械制造裝備的技術先進程度，無計劃地加大投入，而應該進行仔細的技術經濟分析，確定機械制造裝備設計和選購方面的指導方針。第12頁/共83頁柔性化l 柔性化即產品結構柔性化和功能柔性化。l 產品結構柔性化是指產品設計時采用模塊化設計方法和機電一體化技術，只需對結構作少量的重組和修改，或修改軟件，就可以快速地推出滿足市場需求的、具有不同功能的新產品。l 功能柔性化是指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的運行功能，以滿足

7、不同的加工需要。數控機床、柔性制造單元或系統具有較高的功能柔性化程度。第13頁/共83頁柔性化l 在柔性制造系統中，不同工件可以同時上線，實現混流加工。這類加工裝備投資極大，研制周期長，使用維護涉及的技術難度大，應通過認真的技術經濟分析認為有利可圖時才可考慮采用。l 要實現機械制造裝備的柔性化不一定非要采用柔性制造單元或系統。專用機床也可設計成具有一定的柔性。其柔性表現在機床可進行調整以滿足不同工件的加工。調整方法如采用備用主軸、位置可調主軸、工夾量具成組化、工作程序軟件化和部分動作實現數控化等。第14頁/共83頁精密化l 隨著市場競爭的國際化，對產品技術性能的要求越來越苛刻，制造精度的要求越

8、來越高。l 為提高產品的質量，許多工廠還不斷地壓縮工件制造的公差帶，機械制造裝備的精密化成為普遍發展的趨勢，從微米級發展到亞微米級，乃至納米級。l 采用誤差補償技術可提高機械制造裝備自身的精度。誤差補償技術可以是機械式的，如采用的校正尺或校正凸輪等。較先進的是采用數字化技術，將誤差的數學模型存人計算機。在加工時，算出將產生的綜合誤差，然而由誤差補償裝置按算出的綜合誤差進行補償。第15頁/共83頁自動化l可以提高加工效率和勞動生產率，還可以提高產品質量的穩定性，改善勞動條件等。l動化有全自動和半自動之分：全自動是指能自動完成工件的上料、加工和卸料的生產全過程；半自動則上下料需人工完成。l凸輪控制

9、是采用凸輪機構控制多個部件的運動，使之互相協調地工作，改變工作循環需更換或調整凸輪。第16頁/共83頁自動化l程序控制指工作程序和定位尺寸可以根據不同的加工對象選擇，但不能控制運動軌跡。程序控制可分為固定程序控制和可變程序控制。l 數字控制除了可控制工作程序外，還可以控制運動軌跡，一般采用專門的數控裝置。l 適應控制能按事先給定的評價指標，在加工過程中根據實際工作條件(如材料硬度的變化，刀具磨損等)自動地改變加工系統的參數(如切削用量等)，使加工過程始終按照給定的評價指標進行。適應控制分約束適應控制、最佳適應控制和學習適應控制等。第17頁/共83頁機電一體化l指機械技術與微電子、傳感檢測、信息

10、處理、自動控制和電力電子等技術，按系統工程和整體優化的方法，有機地組成的最佳技術系統。l機電一體化系統和產品的結構通常是機械的，用傳感器檢測來自外界和機器內部運行狀態的信息，由計算機進行處理，經控制系統由機械、液壓、氣動、電氣、電子及它們的混合形式的執行系統進行操作，使系統能自動適應外界環境的變化，機器始終處于正常的工作狀態l系統功能強、質量好和故障率低、節能和節材、性能價格比高，具有足夠的“結構柔性”的系統。第18頁/共83頁節材l我國產品設計水平低，選取的安全系數一般偏大，造成產品肥頭大耳，造成所謂的結構性材料浪費；又由于工藝水平落后，鑄造和鍛造過程中金屬回收率低，毛坯的加工余量大，不僅浪

11、費了原材料，也浪費了加工工時和能源，造成所謂的工藝性材料浪費。l采用現代設計法，合理地選取安全系數，對主要零部件進行精確計算和優化，改進產品的結構，采用先進的制造裝備提高材料的利用率是必要的。第19頁/共83頁符合工業工程要求l工業工程是對由人、物料、設備、能源和信息所組成的集成系統進行設計、改善和實施的一門學科。l其目標是設計一個生產系統及其控制方法，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。l工業工程可以定量分析為主，研究整個大系統工作效率和成本的優化。第20頁/共83頁符合工業工程要求l 產品設計符合工業工程的要求是指在產品開發階段，充分考慮結構的工藝

12、性，提高標準化、通用化程度，以便采用最佳的工藝方案，選擇最合理的制造設備，減少工時和材料的消耗；合理地進行機械制造裝備的總體布局，優化操作步驟和方法，減少操作過程中工人的體力消耗；對市場和消費者進行調研，保證產品正確的質量標準，減少因質量標準訂得過高造成不必要的超額工作量。第21頁/共83頁符合綠色工程要求l企業必須糾正不惜犧牲環境和消耗資源來增加產出的錯誤做法，使經濟發展更少地依賴地球上的有限資源，而更多地與地球的承載能力達到有機的協調。這就是所謂的綠色工程要求。l按綠色工程要求設計的產品稱綠色產品。綠色產品設計在充分考慮產品的功能、質量、開發周期和成本的同時，優化各有關設計要素，使得產品從

13、設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對環境的影響最小，資源效率最高。第22頁/共83頁符合綠色工程要求l綠色產品設計考慮的內容很廣泛，包括產品材料的選擇應是無毒、無污染、易回收、可重用、易降解的；l產品制造過程應充分考慮對環境的保護，資源回收，如廢棄物的再生和處理，原材料的再循環，零部件的再利用等；產品的包裝也應充分考慮選用資源豐富的包裝材料，以及包裝材料的回收利用及其對環境的影響等。l原材料再循環的成本一般較高，應考慮經濟上、結構上和工藝上的可行性。為了零部件的再利用，應通過改變材料、結構布局和零部件的連接方式等來實現產品拆卸的方便性和經濟性。第23頁/共83頁 其中，假

14、設機床的主軸功率22KW,加工時間占57%，并假設每年SUV行駛12,000英里，耗油量為20.7mpg。美國麻省理工學院的Gutowski教授在2009年的一個報告中給出了一個令人震驚的結論：一臺主軸功率22KW的數控機床（配置有相應的輔助裝置），運行一年的所耗電能所對應的CO2排放量（按美國國家電網有關數據推算）相當于61輛SUV汽車的排放量。第24頁/共83頁加工裝備（主要指機床，也稱工作母機） 包括金屬加工機床、特種加工機床、鍛壓機床、沖壓機床、注塑機、焊接設備、鑄造設備等。工藝裝備 包括刀具、模具、夾具、量具、輔具等。儲運裝備 包括物料運輸裝置、機床上下料裝置、刀具輸送裝置、倉儲設備

15、等輔助裝備 包括清洗機、排屑設備和測量、包裝設備等。第25頁/共83頁加工裝備: 金屬切削機床 通用的金屬切削機床按其切削方式可分為車床、鉆床、鏜床、螺紋加工機床、銑床、刨(插)床、拉床、切斷機床和其它機床等。 專用機床是為特殊的工藝目的設計和制造的加工裝備，組合機床及其自動線是其中的一個大分支，包括大型組合機床及其自動線、小型組合機床及其自動線、自動換刀數控組合機床及其自動線等。 機床按其通用特征可分為高精度精密、自動、半自動、數控、仿形、自動換刀、輕型、萬能和簡式機床等。第26頁/共83頁加工裝備: 特種加工機床1電加工機床 直接利用電能對工件進行加工的機床，統稱電加工機床，一般僅指電火花

16、加工機床、火花線切割機床和電解加工機床。 電火花加工機床是利用工具電極與工件之間產生的電火花小電弧從工件上去除微粒材料達到加工要求的機床，主要用于加工硬的導電金屬，如淬火鋼、硬質合金等。按工具電極的形狀和電極是否旋轉，電火花加工可進行成形穿孔加工、電火花成形加工、電火花雕刻、電火花展成加工、電火花磨削等。 第27頁/共83頁加工裝備: 特種加工機床 電火花線切割機床是利用一根移動的金屬絲作電極，在金屑絲和工件間通過脈沖電流，并澆上液體介質，使之產生放電腐蝕而進行切割加工。 電解加工機床是利用金屑在直流電流作用下，在電解液中產生陽極溶解的原理對工件進行加工的方法，又稱電化學加工。加工時，工件與工

17、具分別接正負極，兩者相對緩慢進給，并始終保持一定的間隙，讓具有一定壓力的電解液連續從間隙中流過，將工件上的被溶解物帶走，使工件逐漸按工具的形狀被加工成型。第28頁/共83頁加工裝備: 特種加工機床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稱超聲波加工機床。 加工時工具作超聲振動，并以一定的靜壓力壓在工件上，工件與工具間引入磨料懸浮液。在振動工具的作用下，磨粒對工件材料進行沖擊和擠壓，加上空化爆炸作用將材料切除。 超聲波加工適用于特硬材料，如石英、陶瓷、水晶、玻璃等的孔加工、套料、切割、雕刻、研磨和超聲電加工等復合加工。第29頁/共83頁加工裝備: 特種加工機床3激光加工機床 采用激

18、光能量進行加工的設備統稱激光加工機床。激光是一種高強度、方向性好、單色性好的相干光。利用激光產生的上萬度高溫聚焦在工件上，使工件被照射的局部在瞬間急劇熔化和蒸發，并產生強烈的沖擊波，使熔化的物質爆炸式地噴射出來以改變工件的形狀。 激光加工可以用于所有金屬和非金屬材料，特別適合于加工微小孔和材料切割。 常用于加工金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、陶瓷、玻璃等非金屬材料和硬質合金、不銹鋼等金屬材料的小孔加工及切割加工。第30頁/共83頁加工裝備: 特種加工機床4電子束加工機床 在真空條件下，由陰極發射出的電子流被帶高電位的陽極吸引，在飛向陽極的過程中，經過聚焦、偏轉和加速，最后以高速和細束狀轟擊被加工工

19、件的一定部位，在幾分之一秒內，將其百分之九十九以上的能量轉化成熱能，使工件上被轟擊的局部材料在瞬間熔化、氣化和蒸發，以完成工件的加工。電子束加工機床就是利用電子束的上述特性進行加工的裝備。 常用于穿孔、切割、蝕刻、焊接、蒸鍍、注入和熔煉等。此外，利用低能電子束對某些物質的化學作用，可進行鍍膜和曝光，也屬于電子束加工。第31頁/共83頁加工裝備: 特種加工機床5離子束加工機床 離子束加工機床就是利用離子束的特性進行加工的裝備。 在電場作用下，將正離子從離子源出口孔“引出”，在真空條件下，將其聚焦、偏轉和加速，并以大能量細束狀轟擊被加工部位，引起工件材料的變形與分離，或使靶材離子沉積到工件表面上，

20、或使雜質離子射人工件內。 用這種方法對工件進行穿孔、切割、銑削、成像、拋光、蝕刻、清洗、濺射、注入和蒸鍍等，統稱離子束加工。第32頁/共83頁加工裝備: 特種加工機床6水射流加工機床 水射流加工是利用具有很高速度的細水柱或摻有磨料的細水柱，沖擊工件的被加工部位，使被加工部位上的材料被剝離。隨著工件與水柱間的相對移動，切割出要求的形狀。 常用于切割某些難加工材料，如陶瓷、硬質合金、高速鋼、模具鋼、淬火鋼、白口鑄鐵、耐熱合金、復材等。第33頁/共83頁加工裝備: 鍛壓機床 鍛壓機床是利用金屬的塑性變形特點進行成形加工，屬無屑加工設備。 鍛造機是利用金屬的塑性變形，使坯料在工具的沖擊力或靜壓力作用下

21、成形為具有一定形狀和尺寸的工件，同時使其性能和金相組織符合一定的技術要求。鍛造加工可分為手工鍛造、自由鍛造、胎模鍛造、模型鍛造和特種鍛造等。也可分熱鍛、溫鍛和冷鍛等。 沖壓機是借助模具對板料施加外力，迫使材料按模具形狀、尺寸進行剪裁或塑性變形，得到要求的金屬板制件。根據加工時材料溫度的不同，可分為冷沖壓和熱沖壓。沖壓工藝省工、省料和生產率高。第34頁/共83頁加工裝備: 鍛壓機床 擠壓機是借助于凸模對放在凹模內的金屬坯料加力擠壓，迫使金屬擠滿凹模和凸模合成的內腔空間，獲得所需的金屬制件。擠壓加工更節約金屬、提高生產率和制品的精度。可分為冷擠壓、溫熱擠壓和熱擠壓。 軋制機是使金屬材料經過旋轉的軋

22、輥，在軋輥壓力作用下產生塑性變形，以獲得所要求的截面形狀并同時改變其性能。分熱軋和冷軋。按軋制方式又可分縱軋、橫軋和斜軋。 縱軋用于軋制板材、型材、鋼軌等；橫軋用于軋制套圈類零件；斜軋主要用于軋制鋼球。第35頁/共83頁加工裝備: 刀具l 切削加工時，從工件上切除多余材料所用的工具，稱之為刀具。l 刀具的種類頗多，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭、絲錐、齒輪滾刀等。l 大部分刀具已標準化，由工具制造廠大批量生產，不需自行設計。第36頁/共83頁加工裝備: 模具 模具是用來將材料填充在其型腔中，填充材料的不同，以獲得所需形狀和尺寸制件的工具。1粉末冶金模具 粉末冶金是制造機器零件的一種加工方法，將一種或

23、多種金屬或非金屬粉末混合，放在粉末冶金模具內，加壓成形，再燒結成制品。2塑料模具 塑料是以高分子合成樹脂為主要成分，在一定條件下可塑制成一定形狀且在常溫下保持形狀不變的材料。塑制成型制件所用的模子稱之為塑料模具。第37頁/共83頁加工裝備: 模具 壓塑模具又稱壓膠模，是成型熱固性塑料件的模具。成型前，根據壓制工藝條件將模具加熱到成型溫度，然后將塑料粉放人型腔內預熱、閉模和加壓。塑料受熱和加壓后逐漸軟化成粘流狀態，在成型壓力的作用下流動而充滿型腔，經保壓一段時間后，塑件逐漸硬化成形，然后開模和取出塑件。 擠塑模具又稱擠膠模，是成型熱固性塑料或封裝電器元件等用的一種模具。成形及加料前先閉模，塑料先

24、放在單獨的加料室內預熱成粘流狀態，再在壓力的作用下使融料通過模具澆注系統，高速擠入型腔，然后硬化成型。第38頁/共83頁加工裝備: 模具 注射模具沿分型面分為定模和動模兩部分。定模安裝在注塑機的定模板上，動模則緊固在注射機的動模板上。工作時注射機推動模板與定模板緊密壓緊，然而將料筒內已加熱到熔融狀態的塑料高壓注入型腔，融料在模內冷卻硬化到一定強度后，注射機將動模板與定模板沿分模面分開，開啟模具，將塑件頂出模外，獲得塑料制件。3壓鑄模具 熔融的金屬在壓鑄機中以高壓、高速射人壓鑄模具的型腔，尺寸精度高，表面光潔，主要用于制造有色金屬件。第39頁/共83頁加工裝備: 模具4冷沖模具 壓鑄冷沖模具包括

25、陰模和陽模兩部分。在室溫下借助陽模對金屬板料施加外力，迫使材料按陰模型腔的形狀、尺寸進行裁剪或塑性變形。進行冷沖加工所用的鋼材應是含碳量較低的高塑性鋼。5鍛壓模具 鍛壓模具是鍛造用模具的總稱。按使用鍛造設備的不同可分為錘鍛模、機鍛模、平鍛模、輥鍛模等。按使用目的不同可分為終成形模、預成形模、制坯模、沖孔模、切邊模等。第40頁/共83頁創新設計 創新設計通常應從市場調研和預測開始，明確產品設計任務，經過產品規劃、方案設計、技術設計和施工設計等四個階段； 還應通過產品試制和產品試驗來驗證新產品的技術可行性；通過小批試生產來驗證新產品的制造工藝和工藝裝備的可行性； 一般需要較長的設計開發周期，投入較

26、大的研制開發工作量。第41頁/共83頁變型設計 適應型設計和變參數型設計統稱“變型設計”。都是在原有產品基礎上，基本工作原理和總體結構保持不變. 變型設計應在原有產品的基礎上，按照一定的規律演變出各種不同的規格參數、布局和附件的產品，擴大原有產品的性能和功能，形成一個產品系列。 開展變型設計的依據是原有產品，它應屬于技術成熟的“基型”產品。 作為變型設計依據的原有產品，通常是采用創新設計方法完成的。1.4 機械制造裝備設計類型和設計方法第42頁/共83頁模塊化設計 組合設計又稱模塊化設計，是按合同要求，選擇適當的功能模塊，直接拼裝成所謂的“組合產品”。組合產品是系列產品的進一步細化，組合產品中

27、的模塊也應按系列化設計的原理進行。 組合設計通常是MRP一驅動的，可由銷售部門承擔，或在銷售部門中成立一個專門從事組合設計的設計組承擔，有關設計資料可直接交付生產計劃部門，對組成產品的各個模塊安排投產，并將這些模塊拼裝成所需的產品。第43頁/共83頁機械制造裝備設計的典型步驟 (一)產品規劃階段（明確設計任務）； (二)方案設計階段(功能原理的設計)； (三)技術設計階段（結構原理方案、總體設計、結構設計等）； (四)施工設計階段（零件圖設計、完善裝配圖、商品化設計、編制技術文檔）第44頁/共83頁機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規劃階段 產品規劃階段的任務是明確設計任務，通常應在市場調查

28、與預測的基礎上識別產品需求，進行可行性分析，制訂設計技術任務書。 在產品規劃階段將綜合運用技術預測、市場學、信息學等理論和方法來解決設計中出現的問題。第45頁/共83頁機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規劃階段 產品規劃階段的任務是明確設計任務，通常應在市場調查與預測的基礎上識別產品需求，進行可行性分析，制訂設計技術任務書。 在產品規劃階段將綜合運用技術預測、市場學、信息學等理論和方法來解決設計中出現的問題。第46頁/共83頁機械制造裝備設計的典型步驟(二)方案設計階段總功能是表達輸入量轉變成輸出量的能力。總功能可逐級往下分解，分解到子功能的要求比較明確，便于求解為止。分功能和多級子功能及它

29、們之間的關系稱為功能結構。便于了解產品中哪些子功能重復出現，為制訂通用零部件規范提供依據。第47頁/共83頁(二)方案設計階段初步設計方案的形成(1)系統結合法：按功能結構的樹狀結構，根據邏輯關系把原理解結合起來。(2)數學方法結合法：采用數學方法進行初步設計方案的組合。第48頁/共83頁(三)技術設計階段 技術設計階段是將方案設計階段擬定的初步設計方案具體化，確定結構原理方案；進行總體技術方案設計，確定主要技術參數、布局；進行結構設計，繪制裝配草圖，初選主要零件的材料和工藝方案，進行各種必要的性能計算；還可以通過模型試驗檢驗和改善設計；通過技術經濟分析選擇較優的設計方案。第49頁/共83頁(

30、四)工藝設計階段 工藝設計階段主要進行零件工作圖設計，完善部件裝配圖和總裝配圖，進行商品化設計，編制各種技術文檔等。 零件圖設計； 完善裝配圖； 商品化設計； 編制技術文檔第50頁/共83頁系列化設計 (一)系列化設計的基本概念 系列化設計方法是在設計的某一類產品中，選擇功能、結構和尺寸等方面較典型的產品為基型，以它為基礎，設計出其它各種尺寸參數的產品，構成產品基型系列。 在產品基型系列的基礎上，派生出不同用途的變型產品，構成產品派生系列。編制反映基型系列和派生系列關系的產品系列型譜。 系列化設計應遵循“產品系列化、零部件通用化、標準化”原則，結構的典型化” 即所謂的“四化”原則。 系列化設計

31、是產品設計合理化的一條途徑，是提高產品質量、降低成本、開發變型產品的重要途徑之一。第51頁/共83頁系列化設計 (二)系列化設計的優缺點1)可以較少品種規格的產品滿足市場較大范圍的需求。2)系列產品是依據經過嚴格性能試驗和長期生產考驗的基型產品演變和派生而成的，可以大大減少設計工作量，提高設計質量，減少產品開發的風險，縮短產品的研制周期；3)產品有較高的結構相似性和零部件的通用性，可壓縮工藝裝備數量和種類，縮短產品的研制周期，降低生產成本；4)零備件的種類少，系列中的產品結構相似，便于進行產品的維修，改善售后服務質量；5)為開展變型設計提供技術基礎。第52頁/共83頁系列化設計 (二)系列化設

32、計的優缺點系列化設計的缺點： 為以較少品種規格的產品滿足市場較大范圍的需求，每個品種規格的產品都具有一定的通用性，滿足一定范圍的使用需求，用戶只能在系列型譜內有限的一些品種規格中選擇所需的產品，選到的產品，一方面其性能參數和功能特性不一定最符合用戶的要求，另方面有些功能還可能冗余。第53頁/共83頁模塊化設計 (一)模塊化設計的基本概念 為了開發多種不同功能結構，或相同功能結構而性能不同的產品，不必對每種產品單獨進行設計，而是精心設計出一批模塊，將這些模塊經過不同的組合來構造具有不同功能結構和性能的多種產品。模塊上具有特定的聯接表面和聯接方法，以保證相互組合的互換性和精確度。 模塊化設計是產品

33、設計合理化的另一條途徑，是提高產品質量、降低成本、加快設計，進行組合設計重要途徑。 模塊化系統多數是屬于模塊和非模塊的混合系統。第54頁/共83頁模塊化設計 (二)模塊化設計的優缺點1) 便于用新技術設計性能更好的模塊取代原有舊的模塊，提高產品的性能，組合出功能更完善、性能更先進的組合產品，加快產品的更新換代。2)采用模塊化設計，可快速滿足用戶提出的特殊訂貨要求，大大縮短設計和供貨周期。3)模塊化設計方法推動了整個企業技術、生產、管理和組織體制的改革。有利于采用成組加工等先進工藝，有利于組織專業化生產，既提高質量，又降低成本。4)模塊系統中大部分部件由模塊組成，設備如發生故障，只需更換有關模塊

34、，維護修理更為方便，對生產影響少。第55頁/共83頁模塊化設計劃分模塊的出發點是功能分析。分功能包括基本功能、輔助功能、特殊功能和附加功能等幾類第56頁/共83頁合理化工程合理化工程是一種管理哲理，適用于合同型企業。目的是采用先進的信息處理技術，縮短產品的開發周期，提高產品設計質量，縮短產品的生產周期，提高產品的質量，降低產品的成本，改善售后服務。產品結構的重組是進行系列產品和組合產品的開發、產品編碼和產品技術文件的系統化，從而減少零部件的類別數。產品設計開發過程的重組是將產品的設計開發過程分成全新產品設計和合同產品設計兩部分。全新產品設計進行的是換代產品和創新產品的設計。合同產品設計是進行變

35、型設計或組合設計。為了實現產品結構和產品開發過程的重組，企業必須采用CADCAM和MRP一技術，并實現兩者之間的信息集成。第57頁/共83頁技術經濟評價評價內容：技術的先進性和經濟的合理性樹狀目標系統每個樹葉代表一個評價標準。第58頁/共83頁可靠性評價第59頁/共83頁可靠性評價可靠性是指產品在規定條件和時間內完成規定功能的能力。可靠度：規定時間和條件下，完成規定任務的概率。產品可靠性指標可靠性維修性有效性耐久性安全性可靠度可靠壽命累積失效概率失效率平均壽命修復率維修度極限有效度平均有效度瞬時有效第60頁/共83頁可靠性評價例1 有1000只電子管。開始工作至500小時內有100只失效；工作

36、至1000上時時共計有500只失效，求500小時和1000小時的可靠度。解 已知 N0= 1000只 r（500）= 100只 r（1000）= 500只 則： R(500) = (1000100) / 1000 = 0.9 = 90% R(1000) = (1000500) / 1000 = 0.5 = 50%00( )( ) Nr tR tN第61頁/共83頁可靠性評價(二)可靠性預測 目的是為了發現薄弱環節，提供方案比較、修改、優選和進行可靠性分配的依據，并對產品的維修費用以至全壽命運行費用作出估計。 可靠性預測包括單元可靠性預測和系統可靠性預測。 可靠性預測有許多方法，隨預測的目的、設

37、計的時期、系統的規模、失效的類型及數據情況等的不同而用不同的方法，如統計分析法、失效模式及后果分析法(FMECA)、故障樹分析法(FTA)、可靠性邏輯框圖法及近似值法等。第62頁/共83頁可靠性評價分析系統可靠性時，必須了解系統中每個單元的功能，各單元間在可靠性功能上的聯系，以及這些單元功能、失效模式對系統功能的影響，這是建立可靠性邏輯框圖的基礎。根據單元在系統中所處的狀態及其對系統的影響，系統可分為如圖211所示-的幾種類型。第63頁/共83頁可靠性評價 系統可靠性模型串聯系統可靠度為并聯系統可靠度為第64頁/共83頁可靠性評價例題：在系統可靠性預測時，系統的單元數為4，每個單元的可靠度均為

38、0.9，若系統只有一個單元工作，系統就算正常，則系統的可靠度為多少？若只有4個單元全部工作，系統才能正常工作，系統的可靠度為多少？第65頁/共83頁可靠性分配的原則 1)對技術成熟的單元，能夠保證實現較高的可靠性，或預期投入使用時可靠性可有把握達到較高水平的單元，可分配較高的可靠度； 2)對較簡單的單元，組成單元的零部件數量少，裝配容易保證質量或故障后易于修復的單元，可分配較高的可靠度； 3)對重要的單元，該單元的失效將引起嚴重的后果，或該單元失效會導致全系統失效，應分配較高的可靠度； 4)對整個任務時間內需連續工作，或工作條件嚴酷的單元，應分配較低的可靠度。第66頁/共83頁人機工程評價（一

39、）人因素方面（人體靜態尺寸、動態尺寸、操作力、視覺和聽覺）（二）機器因素方面（信號顯示裝置、操作裝置、安全保障、人體舒適性和使用方便性）（三）環境因素方面（作業空間、物理環境、化學環境等）（四）人機系統方面（人機功能合理分配，人機控制鏈的優化，人機系統可靠性和安全性，環境因素對勞動質量和生活質量的影響）人機工程學是研究人機關系的一門學科，它把人和機作為一個系統，研究人機系統應具有什么樣的條件，才能使人機實現高度協調性第67頁/共83頁人機工程評價如運動件作回轉運動，按鈕位置的排列方向應與距該組按鈕最近的運動件上的圓周線速度方向相一致按鈕位置 按鈕的排列直線應和運動件的運動方向相平行，即操縱運動

40、件向右、向前或向上的按鈕應布置在按鈕板的最右、最前和最上方，如圖所示。第68頁/共83頁結構工藝性評價加工工藝性（產品結構的合理組合、零件加工工藝性）裝配工藝性（便于裝配的產品結構、便于裝配的零件接合部位結構、便于裝配的零件結構）（一）（二）（三） 維修工藝性（平均修復時間短、維修所需元器件或零部件互換性好、寬敞的維修工作空間等）結構工藝性評價的目的是降低生產成本,縮短生產時間,提高產品質量。結構工藝性應從加工、裝配、維修和運輸等方面來評價。第69頁/共83頁結構工藝性評價 (一)加工工藝性1產品結構的合理組合 根據工藝要求，設計時應合理地考慮產品的結構組合，把工藝性不太好或尺寸較大的零件分解

41、成多個工藝性較好的較小零件。 產品結構的合理組合也包括設計時把多個結構簡單、尺寸較小的零件合并為一個零件，以減輕重量，減少聯接面數量，節省加工和裝配費用，改善力學性能。 有些零件上各工作面的工作條件不同，常采用不同的材料，可將多個零件的坯件用不可拆方式聯接在一起，如熱壓配合、鉚接、粘接或螺紋聯接等，然后再整體地進行加工，可取得很好的效果。第70頁/共83頁結構工藝性評價 (一)加工工藝性2零件的加工工藝性 零件的結構形狀、材料、尺寸、表面質量、公差和配合等確定了其加工工藝性。 加工工藝性的評價應依據制造廠現有的生產條件，沒有一個絕對的標準。 這些生產條件概括起來包括如下幾個方面：傳統的工藝習慣

42、，本企業的加工設備和工裝條件，外協加工條件，與老產品結構的通用，材料、毛坯和半成品的供應情況和質量檢驗的可能性等。第71頁/共83頁結構工藝性評價 (一)加工工藝性2零件的加工工藝性 鑄件類零件盡可能不用型芯，模型和型芯盡量用直線、平面。 模鍛件類零件應考慮拔模方便，分模面的設置要合理； 冷擠壓件零件考慮拔模方便，避免邊緣傾斜； 車削加工類零件要有必要的退刀槽、孔加工公差不要太嚴； 鉆孔加工類零件盡量用通孔，避免盲孔，斜孔要有凸臺和凹面； 銑削加工類零件盡量用平銑刀或組合銑刀，少用成形銑刀；盡 量用盤狀銑刀，避免用指狀銑刀。 磨削加工類零件盡量采用大直徑圓周砂輪，注意留退刀槽。第72頁/共83

43、頁結構工藝性評價 (二)裝配工藝性1便于裝配的產品結構 (1)裝配操作的分解產品-部件-組件-零件；平行裝配，縮短工期 (2)裝配操作的壓縮零件合并；減少零件、接合部位和表面數量 (3)裝配操作的統一裝配時采用統一工具、裝配方向和方法 (4)裝配操作的簡化加工和裝配操作結合在一起2便于裝配的零件結合部位結構減少結合部位數量、統一和簡化結合部位的結構；粘接、卡接3便于裝配的零件結構零件結構應便于自動儲存、識別、整理、夾取和移動第73頁/共83頁結構工藝性評價 (二)維修工藝性 1)平均修復時間短； 2)維修所需元器件或零部件的互換性好，并容易買到或有充足的備件； 3)有寬敞的維修工作空間； 4)維修工具、附件及輔助維修設備的數量和種類少，準備齊全； 5)維修技術的復雜性低； 6)維修人員數量少； 7)維修成本低； 8)采用狀態監測和自動記錄第74頁/共83頁產品造型評價 機械產品的造型的總原則是