1、機械制造裝備設計第一章第一節 機械制造裝備及其在國民經濟中的重要作用縮短生產周期（T），提高產品質量（Q），降低生產成本（C），改善服務質量（S）傳統模式（產業）精益-敏捷-柔性（LAF）生產系統，是全面吸收精益生產、敏捷制造和柔性制造的精髓，包括了全面質量管理（TQC）、準時生產（Just in time，縮寫JIT）、快速課重組制造和并行工程等現代生產和管理技術。這種模式的主要特征是：以用戶的需求為中心；制造的戰略重點是時間和速度，并兼顧質量和品種；以柔性、精益和敏捷作為競爭的優勢；技術進步、人因改善和組織創新是三項并重的基礎工作；實現資源快速有效的集成是其中心任務，集成對象涉及技術、人、

2、組織和管理等，應在企業之間、制造過程和作業等不同層次上分別實施相應的資源集成；組織形式采用如“虛擬公司”在內的多種類型。第二節 機械制造裝備應具備的主要功能一、機械制造裝備應滿足的一般功能包括：加工精度方面的要求；強度、剛度和抗振性方面的要求；加工穩定性方面的要求； 耐用度方面的要求，提高耐用度的主要措施包括減少磨損、均勻磨損、磨損補償等技術經濟方面的要求二、柔性化含義：產品結構柔性化和功能柔性化模塊化設計三、精密化：采用傳統的措施，一味提高機械制造裝備自身的精度已無法奏效，需采用誤差補償技術。誤差補償技術可以是機械式的，如為提高絲杠或分度蝸輪的精度采用的校正尺或校正凸輪等。 四、自動化自動化

3、有全自動（能自動完成工件的上料、加工和卸料的生產全過程）和半自動（人工完成上下料）之分。實現自動化的方法從初級到高級依次為：凸輪控制、程序控制、數字控制和適應控制等。五、機電一體化（是指機械技術與微電子、傳感檢測、信息處理、自動控制和電力電子等技術，按系統工程和整體化的方法，有機地組成最佳技術系統。）這個系統應該是功能強、質量好和故障率低、節能和節材、性價比高，具有足夠的“結構柔性”“。六、節材七、符合工業工程要求工業工程是對人、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。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

4、符合質量要求的產品。產品設計符合要求是指：在產品開發階段，充分考慮結構的工藝性，提高標準化、通用化程度，以便采用最佳的工藝方案，選擇合理的質量標準，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，保證產品合理的質量標準，減少因質量標準定得過高造成不必要的超額工作量。（強度、剛度、抗振性）八、符合綠色工程要求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。第三節 機械制造裝備的分類機械制造大致可劃分為加工裝備、工藝裝備、倉儲傳送裝備和輔助裝備四大類。一、加工裝備是指采用機械制造方

5、法制作機器零件的機床。（一）金屬切削機床是采用切削工具或特種加工等方法，從工件上除去多余或預留的金屬，以獲得符合規定尺寸、幾何形狀、尺寸精度和表面質量要求的零件。按機床的加工原理進行分類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨（插）床、拉床、特種加工機床、切斷機床和其他機床等12類。(二)特種加工機床： (三）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，主要包括鍛造機、沖壓機和軋制機四大類。二、工藝裝備：產品制造時所用的各種刀具、模具、夾具、量具等工具，總稱工藝裝備。它是保證產品制造質量、貫徹工藝規程、提高生產效率的重要手段。模具分類：1.粉末冶金模具2.

6、塑料模具3.壓鑄模具4.冷沖模具5.鍛壓模具夾具：安裝在機床上用于定位和夾緊工件的工藝設備，以保證加工時的定位精度、被加工面之間的相對位置精度。利于工藝規程的貫徹和提高生產效率。量具：是以固定形式復現量值的計量器具的總稱。如千分尺、百分表、量塊。三、倉儲傳送設備包括各級倉儲、物料傳送、機床上下料等設備。機器人可作為加工裝備，如焊接機器人和涂裝機器人等，也可屬于倉儲傳送設備，用于物料傳送和機床上下料。四、輔助裝備包括清洗機和排屑等設備。第四節 機械制造裝備設計的類型機械制造裝備設計可分為創新設計、變型設計和模塊化設計等三大類型。適應型設計和變參數型設計統稱“變型設計”第五節 機械制造裝備設計的方

7、法機械制造裝備設計典型步驟（一）產品規劃階段：1.需求分析:產品設計是為了滿足市場的需求，而市場的需求往往是不具體的，有時是模糊的、潛在的，甚至是不可能實現的。需求分析的本身就是設計工作的一部分，是設計工作的開始，而且至始至終指導設計工作的進行。2.調查研究：市場調研、技術調研和社會調研三部分：市場調研：技術調研：社會調研：企業目標市場所處的社會環境，有關的經濟技術政策；社會風俗習慣3.預測4.可行性分析1）產品開發的必要性2）同類產品國內外技術水平3）從技術上預期產品開發能達到的技術水平4）從設計、工藝和質量等方面需要解決的關鍵技術問題5）投資費用及開發時間進度，經濟效益和社會效益估計6）現

8、有條件下開發的可能性及準備采取的措施5.編制設計任務書經過可行性分析后，應確定待設計產品的設計要求和設計參數，編制“設計要求”將科學原理具體運用于特定的技術目的，提煉、構思成所謂的技術原理，是設計中最關鍵、最富于創造性的一個環節。4.初步設計方案的形成系統結合法 所謂系統結合法是按功能結構的樹狀結構，根據邏輯關系把原理解結合起來。數學方法結合法 當子功能原理解的物理和幾何特征可定量表達時，有可能借助電子計算機，采用數學方法進行初步設計方案的組合。在方案設計階段，如子功能的原理解還不夠具體，定量表達原理解的特征有困難或不夠精確時，采用數學方法形成初步設計方案是不可行的，甚至會導致錯誤的結果。在變

9、型設計、模塊化設計或電路設計中，由于是已知零部件、元器件的組合，各子功能的物理和幾何特征可以精確地測量定量表達，采用數學方法。確定結構原理方案的過程如下：（1）確定結構原理方案的主要依據 根據初步設計方案，在充分理解原理的基礎上，確定結構原理方案的主要依據，其中包括：決定尺寸的依據，如功率、流量和聯系尺寸等。決定布局的依據：物流方向、運動方向和操作位置等。決定材料的依據，如抗腐蝕能力、耐用性、市場供應情況決定和限制結構設計的空間條件：距離、規定的軸的方向、裝入的限制范圍確定結構原理方案的過程如下：確定結構原理方案的主要依據 根據初步設計方案，在充分理解原理解的基礎上，確定結構原理方案的主要依據

10、，其中包括：決定尺寸的依據，如功率、流量和聯系尺寸等；決定布局的依據，如物流方向、運動方向和操作位置等；決定材料的依據，如抗腐蝕能力、耐用性、市場供應情況等等；和決定和限制結構設計的空間條件，如距離、規定的軸的方向、裝入的限制范圍等等。確定結構原理方案 4.編制技術文檔如果創新設計遵循系列化和模塊化設計的原理，為產品的進一步變型和組合已做了必要的考慮，變型設計和模塊化設計的有些步驟可以簡化甚至省略。二、系列化設計應遵循“產品系列化、零部件通用化、標準化”原則，簡稱“?；痹瓌t。有時將“結構的典型化”作為第四條原則，即所謂的“四化”原則。（二）系列化設計的優缺點：優點：1）可以用較少品種規格的產

11、品滿足市場較大范圍的需求。2）減少產品品種意味著提高每個品種產品的生產批量，有助于降低生產成本，提高產品制造質量的穩定性。3）產品有較高的結構相似性和零部件的通用性，因而可以壓縮工藝裝備的數量和種類，有助于縮短產品的研制周期，降低生產成本。4）零備件的種類少，系列中的產品結構類似，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。系列化設計的缺點是：為以減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，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心啊的一些品種規格中選擇所需的產品，

12、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。（和機械圖譜相聯系）三、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的結構，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。（二）模塊化設計的優缺點采用模塊化設計方法開發產品的優缺點類似系列化設計方法，在縮短新產品開發周期、提高產品質量、降低成本和加強市場競爭能力方面綜合經濟效果十分明顯優點：1）根據科學技術的發展，便于用新技術設計性能更好的模塊，取代原有的模塊，提高產品的性能，組合出功能更完善

13、、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，只需要更換部分模塊，或設計制造個別模塊和專用部件，便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。由于產品的大多數零部件由單件小批生產性質變為批量生產，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，只需要更換有關模塊，維護修理更為方便，對生產影響少。為了實現產品結構和產品開發過程的重組，企業必須采用CAD/CAM和MRP-技術，并實現兩者之間的信息集成。第六節 機械制造裝

14、備設計的評價（六）經濟評價Ej通常理想成本CL應低于市場同類產品最低價的70%。經濟評價Ej越大，代表經濟效果越好。Ej=1的方案經濟上最理想。如經濟評價值小于0.7，說明方案的實際生產成本大于市場同類產品最低價，一般不予考慮。二、可靠性評價可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。可靠度：是指可靠性的量化指標，是指產品在規定條件下和規定時間內，完成規定任務的概率。（一般記為R）（三）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，或預期投入使用的可靠性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

15、量或故障后期易于恢復的單元，可分配度較高的可靠度。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。加工工藝性： 1.產品結構的合理組合產品結構的合理組合：一個產品是由部件、組件和零件組成。組成產品的零部件越少，結構越簡單，質量也可減小，但可能導致零件的形狀復雜，加工工藝性差。 2.零件的加工工藝：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。產品設計的標準化產品設計的標準化對提高設計水平，保證設計質量，簡化設計程序，節約設計費用將產生顯著效果。設計

16、文件的標準化審查包括圖樣和技術文件成套性檢查；P53第二章 金屬切削機床設計第一節 概述一、機床設計應滿足的基本要求1.工藝范圍是指機床適應不同生產要求的能力，也可稱之為機床的加工功能。一般包括可加工的工件類型、加工方法、加工表面形狀、材料、工件和加工尺寸的范圍、毛坯類型機床的工藝范圍主要取決于其使用什么生產模式。一般包括可加工的工件類型、加工方法、加工表面形狀、材料、工件和加工尺寸范圍、毛坯類型機床的工藝范圍主要取決于其使用什么生產模式。工藝范圍直接影響到機床結構的復雜程度、設計制造成本、加工效率和自動化程度。（影響因素）生產模式：單件大批量、大量、批量。柔性：機床的柔性是指其適應加工對象變

17、化的能力。包括空間上的柔性和時間上的柔性。所謂空間柔性是指一臺機床的工藝范圍相當于多臺機床的工藝范圍,即機床的運動功能和刀具的數目較多，工藝范圍較廣，機床能夠在同一時期內完成多品種加工的能力。所謂時間上的柔性也就是結構柔性，指的是在不同時期，機床各個部件經過重新組合，即通過機床重構，改變其功能，形成新的加工功能，以適應產品更新變化快的要求。3.與物流系統的可接近性（accessibility）可接近性是指機床與物流系統之間進行物料（工件、刀具、切屑等）流動的方便程度。4.剛度：加工過程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相對于工件在影響加工精度方向變形的能力。剛度包括：靜態剛度、動態剛度、熱態剛度。

18、機床的剛度直接影響機床的加工精度和生產率，因此機床應有足夠的剛度。5.精度 分為機床本身的精度，即空載條件下的精度（幾何精度、運動精度、傳動精度、定位精度等）和工作精度。7.生產率：通常是指單位時間內機床所加工的合格工件數量。第二節 金屬切削機床設計的基本理論工件表面的形成方法1.幾何表面的形成原理2.發生線的形成：方法：軌跡法（描述法）成形法（仿形法）相切法（旋切法）展成法（創成法）3.加工表面的形成方法母線形成方法和導線形成方法的組合（三）運動分類1.按運動的功能分類成形運動主運動形狀創成運動當形狀創成運動中不包含主運動時，“形狀創成運動與進給運動”與“進給運動”兩個詞等價；當創成運動中包

19、含主運動時，“形狀創成運動”與“成形運動”兩個詞等價。1.按運動的功能分類獨立運動：與其他運動之間無嚴格的運動關系復合運動：與其他運動之間有嚴格的運動關系 4.機床傳動原理圖 機床的運動功能圖只表示運動的個數、形式、功能及排列順序，不表示運動之間的傳動關系。 a）合成機構 b）傳動比可變的變速傳動 c）傳動比不變的傳動 d）車床傳動原理圖 e）滾動機傳動原理圖二、精度包括幾何精度、傳動精度、運動精度、定位和重復定位精度、工作精度和精度保持性等。幾何精度：機床在空載條件下，在不運動（機床主軸不轉或工作臺不移動及轉動等情況下）或運動速度較低時各主要部件的形狀、相互位置和相對運動的精確程度。運動精度

20、 是指機床空載并以工作速度運動時，執行部件的幾何位置精度。工作精度 加工（標準）規定的試件，用試件的加工精度表示機床的工作精度。三、剛度：四、抗振性：機床的抗振能力是指機床在交變在和作用下，抵抗變形的能力。包括：抵抗受迫振動的能力和抵抗自激振動的能力。習慣上稱之為：抗振性，后者常稱為：切削穩定性。(平穩)1.受迫振動2.自激振動3.影響機床振動的主要原因有：機床的剛度。機床的阻尼特性。機床系統固有頻率。五、熱變形機床在工作時受到內部熱源（）和外部熱源（）的影響（環境溫度、周圍熱源輻射）的影響，使機床的溫度高于環境溫度，稱之為溫升。熱變形對加工精度的影響。六、噪聲 機床噪聲源：4個機械噪聲、液壓

21、噪聲、電磁噪聲、空氣動力噪聲七、低速運動平穩性低速運動時產生的運動不平穩稱為爬行。是因為摩擦產生的自己振動現象。機床主要參數設計：包括機床的主參數和基本參數，基本參數可包括尺寸參數、運動參數和動力參數。相對轉速損失率。標準公比的規定：（1），因為機床要滿足不同工藝需求，需要一系列等比數列轉速，所以轉速從到依次遞增。（2），因為大，則大，對機床生產率影響大，所以規定，即標準公比的確定原則：已知越小，越小，也越小，如要達到一定的，需增加變速組數目，既增加傳動副個數，則結構復雜。中型機床取=1.26、1.41，轉速損失不大，結構又不過于復雜。重型機床取=1.26、1.12、1.06，因加工時間長，如

22、果小，轉速損失率就小，機床工作效率高。專用機床和自動機取=1.12、1.26，因生產效率高，轉速損失影響較大；又不常變速，用交換齒輪變速，不會使結構復雜。非自動化小型機床=1.58、1.78、2，因切削時間小于輔助時間，對工作效率影響小，為使機床結構簡單，取大值。主傳動系分類和傳動方式：（一）主傳動系分類（二）主傳動系的傳動方式傳動軸格線間轉速點的連接線稱為傳動線，表示兩軸間一對傳動副的傳動比u，用主動齒輪與從動齒輪的齒數比或主動帶輪與從動帶輪的輪徑比表示。變速組的級比是指主動軸上同一點傳往從動軸相鄰兩傳動線的比值，用 Xi 表示。級比Xi中的指數Xi值稱為級比指數，它相當于由上述相鄰兩傳動線

23、的比值，用#表示。級比指數中的指數Xi值稱為級比指數，它相當于由上述相鄰兩傳動線與從動軸交點之間相距的格數。（三）主變速傳動系設計的一般原則1.傳動副前多后少原則2.傳動順序與擴大順序相一致的原則3.變速組的降速要前慢后快，中間軸的轉速不宜超過電動機的轉速。（四）主變速傳動系的幾種特殊設計1.具有多速電動機的主變速傳動系設計2.具有交換齒輪的變速傳動系優缺點：（齒輪齒數的確定） 一般在主傳動中，取最小齒輪數Zmin1822.（五）結構式 將轉速級數按傳動順序寫成各變速組傳動副數的乘積，級比指數寫在各傳動副數右下角的數學式。如 機構式： 此結構式中第一變速組為基本組，第二變速組是為第一擴大組，第

24、三變速組為第二擴大組。1、極限傳動比、極限變速范圍原則為防止傳動比過小造成從動輪過大，增加變速箱的尺寸，需限制。為減小振動，提高傳動精度，需限制直齒輪的，螺旋圓柱齒輪的。直齒輪變速組的極限變速范圍螺旋圓柱齒輪變速組的極限變速范圍由于變速組的變速范圍r隨著j越大，變速范圍越大，因此設計時只需檢查最后擴大組是否超過極限值。擴大變速范圍的意義:根據傳動系統前多后少的傳動順序原則，最后擴大組一定是雙速變速組。一、增加變速組二、背輪機構三、雙公比傳動系統 四、分支傳動（七）計算轉速：指主軸或傳動件傳遞全部功率的最低轉速。機床的功率轉矩特性：1、主運動為直線運動的機床主傳動屬于恒轉矩傳動 最大切削力存在于

25、一切可能的切削速度中；驅動直線運動的傳動件，忽略摩擦力因素時，在所有轉速不承受的最大轉矩相等。2、主運動為旋轉運動的機床主傳動屬于恒功率傳動 傳動件傳遞的轉矩與切削力、工件和刀具的半徑有關。粗加工時采用大吃刀深度、大走刀量，即較大的切削力矩，較低轉速；精加工是則相反。工件或刀具尺寸小時，切削力矩小，主軸轉速高；工件或刀具尺寸大則相反。無級變速裝置的分類：變速電動機、機械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。無級變速裝置作為傳動系中的基本組，而分級變速作為擴大組，其公比#理論上應等于無級變速裝置的變速范圍Rd。進給傳動系設計應滿足的基本要求：具有足夠的靜剛度和動剛度。具有良好的快速響應性，做低速進給運

26、動或微量進給時不爬行?？拐裥院茫粫蚰Σ磷哉穸饌鲃蛹C械進給傳動設計系的設計特點：1.進給傳動是恒轉矩傳動 2.進給傳動系中各傳動件的計算轉速是最高轉速在支撐件設計中，支撐件應滿足哪些基本要求？1）應具有足夠的剛度和較高的剛度-質量比；2）應具有較好的動態特性，包括較大的位移阻抗（動剛度）和阻尼；整機的低價頻率較高，各階頻率不致引起結構共振；不會因薄壁振動而產生噪聲；3）熱穩定性好，熱變形對機床加工精度的影響較??；4）排屑暢通、吊運安全，并具有良好的結構工藝性。根據什么原則選擇支承件的截面形狀，如何布置支承件上的肋板和肋條？答：支承件結構的合理設計是應在最小質量條件下，具有最大靜剛度。具

27、體為：1）無論是方形、圓形或矩形，空心截面的剛度都比實心的大，且同樣的斷面形狀和相同大小的面積，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的抗彎剛度和抗扭剛度都高；2）圓（環）形截面的抗扭剛度比方形好，而抗彎剛度比方形低；3）封閉截面的剛度遠遠大于開口截面的剛度，特別是抗扭剛度。導軌設計中應滿足哪些要求？應滿足以下要求：精度高，承載能力大，剛度好，摩擦阻力小，運動平穩，精度保持性好，壽命長，結構簡單，工藝性好，便于加工、裝配、調整和維修，成本低等。14、鑲條和壓板有什么作用？答：鑲條用來調整矩形導軌和燕尾形導軌側向間隙。壓板用來調整輔助導軌面的間隙和承受顛覆力矩。15、導軌的卸荷方式有哪

28、些？各有什么特點？答：導軌的卸荷方式有機械卸荷、液壓卸荷和氣壓卸荷。16、提高導軌耐磨性有那些措施？答：合理選擇導軌的材料和熱處理；導軌的預緊；導軌的良好潤滑和可靠防護；爭取無磨損、少磨損、均勻磨損，磨損后應能補償磨損量。17、主軸部件應滿足哪些基本要求？1)旋轉精度2)剛度3)抗振性4)溫升和熱變形5)精度保持性18、主軸軸向定位方式有哪幾種？各有什么特點？適用哪些場合？答：有一端固定和兩端固定兩種。采用單列向心球軸承時，可以一端固定也可以兩端固定采用圓錐滾子軸承時，則必須兩端固定。一端固定的優點是軸受熱后可以向另一端自由伸長，不會產生熱應力，因此，宜用于長軸。19、試述主軸靜壓滑動軸承的工

29、作原理。答：（1）當有外載荷F向下作用時，軸徑失去平衡，沿載荷方向偏移一個微小位移e。油腔3間隙減小，即間隙液阻增大，流量減小，節流器的壓力降減少，因供油壓力是定值，故油腔壓力隨著增大；（2）同理，上油腔1間隙增大，即間隙液阻減小，流量增大，節流器的壓力降增大，油腔壓力隨著減小；（3）兩者的壓力差，將主軸推回中心以平衡外載荷F。20、試述進給傳動與主傳動相比較，有哪些不同的特點？1）進給傳動與主傳動不同是恒轉矩傳動，而主轉動是恒功率傳動 2）進給傳動系傳動轉速圖的設計剛巧與主傳動系相反，其轉速圖是前疏后密結構3）進給傳動系中各傳動件的計算轉速是最高轉速。4）進給傳動的變速范圍RN14。第九節

30、機床刀架和自動換刀裝置設計一、 刀庫和換刀機械組成1、 刀庫組成 加工中心上刀庫類型有：鼓輪式刀庫、鏈式刀庫、格子箱式刀庫和直線刀庫等。2、 換刀機械換刀機械手分為單臂單手式、單臂雙手式和雙手式機械手。第四章 工業機器人設計第一節 概述一、 工業機器人的定義和工作原理（一） 機器人的定義工業機器人是一種自動化生產設備。可以廣義的把機器人理解為模仿人的機器。我國國家標準將工業機器人定義為：是一種能自動控制、可重復編程、多功能、多自由度的操作機，能搬運材料、工件或夾持工具，用以完成各種作業。（二） 工業機器人的基本工作原理工業機器人是一種生產裝備，其基本功能是提供作業所須得運動和動力，其基本原理是

31、通過操作機上各運動構件的運動，自動地實現手部作業的動作功能及技術要求。（三） 工業機器人與機床的不同之處有：機床是按直角坐標形式運動為主，而機器人是按關節形式運動為主；機床對剛度、精度要求很高，其靈活性相對較低；而機器人對靈活性要求很高，其剛度、精度相對較低。二、 工業機器人的構成及分類（一） 工業機器人的構成1）操作機 是機器人的機械本體，也稱為主機。2）驅動單元 由驅動裝置、減速器和內部檢測元件等組成，為操作機各運動部件提供動力和運動。3）控制裝置 由檢測和控制兩部分組成，用來控制驅動單元，檢測器預備隊參數并進行反饋。（二）工業機器人的分類1）關節型機器人 所謂關節就是運動副，由于關節型機

32、器人的動作呢類似人的關節動作，故將其運動副成關節。2）球坐標型機器人3）圓柱坐標型機器人4）直角坐標型機器人三、 工業機器人運動功能圖形符號 四、 工業機器人的主要特性表示方法（一） 機械結構類型機器人的機械結構類型特征，用它的結構坐標形式和自由度數表示。（二） 工作空間工作空間指工業機器人正常運行時，手腕參考點能在空間活動的最大范圍，用它來衡量機器人工作范圍能力的大小。機床的工作空間一般為長方體或圓柱體空間；而機器人的工作空間形狀復雜。五、 工業機器人的設計方法1、 基本技術參數的選擇1）用途，如搬運等。2）額定負載。即指在機器人規定的性能范圍內，機械借口出所能負載的允許值。3）按作業要求確

33、定工作空間，同時考慮作業對象對機器人末端執行器的位置和姿態要求。4）額定速度 指工業機器人在額定負載、勻速運動過程中，機械接口中心的最大速度。5）驅動方式的選擇6）性能指標 按作業要求確定。一般指位姿準確度及位姿重復性、軌跡準確度及軌跡重復性、最小定位時間及分辨率等。第二節 工業機器人運動功能設計一、 工業機器人的位姿描述工業機器人的位姿是指其末端執行器在制定坐標系中的位置和姿態。（一） 作業功能姿態描述法所謂用作業動作功能要求來描述機器人位姿，就是直接用末端執行器和機座之間的齊次坐標變換來描述。（二） 機器人運動功能姿態描述法二、 工業機器人的軌跡解析由機器人的末端執行器的位姿求關節運動量，

34、稱為機器人的逆運動學解析。第三節 工業機器人傳動系統設計 四， 工業機器人的傳動系統設計（一）諧波齒輪減速裝置（二）1。工作原理：諧波齒輪傳動裝置是由三個基本構件組成的，即具有內齒的剛輪G，具有外齒容易變形的，薄壁圓筒狀柔輪R和波發生器H，如圖4-16所示。2。傳動比計算1）波發生器主動，剛輪固定，柔輪從動時，波發生器與柔輪的減速傳動比為：2）波發生器主動，柔輪固定，剛輪從動時，波發生器和剛輪的減速傳動比為：3. 諧波減速器在機器人中的應用 由于諧波減速傳動裝置具有傳動比大（一級諧波齒輪減速比可以在50500之間，采用多級或復波式傳動時，傳動比更大），承載能力強，傳動精度高，傳動平穩，效率高（

35、一般可達0.70.9），體積小，質量小等優點，已廣泛用于工業機器人中。第四節工業機器人機械結構系統由機座，手臂，手腕，末端執行器和移動裝置組成。工業機器人的手臂由動力關節和連接桿件構成，用以支承和調整手腕和末端執行器的位置。（一）設計要求1，手臂結構設計要求1）手臂的結構和尺寸應滿足機器人完成作業任務提出的工作空間要求。工作空間的形狀和大小與手臂的長度，手臂關節的轉角范圍密切相關（關于工作空間問題已在本章第二節中討論了）2）根據手臂所受載荷結構的特點，合理選擇手臂截面形狀和高強度輕質材料。如常采用空心的薄壁矩形框體或圓筒，以提高其抗彎剛度和抗扭剛度，減小自身的質量?？招慕Y構內部可以方便地安置機

36、器人的驅動系統。3）盡量減小手臂質量和相對其關節回轉軸的轉動慣量和偏重力矩，以減小驅動裝置的負荷，減少運轉的動力載荷與沖擊，提高手臂運動的響應速度。4）要設法減小機械間隙引起的運動誤差，提高運動的精確性和運動剛度。采用緩沖和限位裝置提高定位精度2，機座結構要求1）要有足夠大的安裝基面，以保證機器人工作時的穩定性2）機座承受機器人全部重力和工作載荷，應保證足夠的強度，剛度和承受能力3）機座軸系及傳動鏈的精度和剛度對末端執行器的運動影響最大，因此機座與手臂的連接要有可靠的定位基準面，要有調整軸承間隙和傳動間隙的調整機構二，工業機器人的手腕 手腕是連接手臂和末端執行器的部件，其功能是在手臂和機座實現

37、了末端執行器在作業空間的三個位置坐標（自由度）的基礎上，再由手腕來實現末端執行器在作業空間的三個姿態（方位）坐標，即實現三個旋轉自由度。（一）設計要求對工業機器人手腕設計的要求有：1）由于手腕處于手臂末端，為減輕手臂的載荷，應力求手腕部件的結構緊湊，減小其質量和體積。為此腕部機構的驅動裝置多采用分離傳動，將驅動器安裝在手臂的后端。2）手腕部件的自由度愈多，各關節角的運動范圍愈大，其動作的靈活性愈高，會使手腕結構復雜，運動控制加度加大。因此，設計時，不應盲目增加手腕的自由度數。通用目的機器手手腕多配置三個自由度，某些動作簡單的專用工業機器人的手腕，根據作業實際需要，可減少其自由度數，甚至可以不設

38、置手腕，以簡化結構。3）為提高手腕動作的精確性。應提高傳動的剛度，應盡量減少機械傳動系統中由于間隙產生的反轉回差。如齒輪傳動中的齒側間隙，絲杠螺母中的傳動間隙，聯軸器的扭轉間隙等。對分離傳動采用鏈，同步齒帶傳動或傳動軸。4）對手腕回轉各關節軸上要設置限位開關和機械檔塊，以防止關節超限造成事故第五節 工業機器人的控制位置控制是機器人最基本的控制任務一，工業機器人控制系統的構成工業機器人控制系統的構成形式取決于機器人所要執行的任務及描述任務的層次第五章 機床夾具設計第一節 機床夾具的功能和應滿足的要求一、 機床夾具的功能（1） 保證加工精度 工件通過機床夾具進行安裝，包括兩層含義：一是工件通過夾具

39、上的定位元件獲得正確的位置，稱為定位; 二是通過夾緊機構使工件的既定位置在加工過程中保證不變，稱為夾緊。（2） 提高生產率 使用夾具來安裝工件，可減少劃線、找正、對刀等輔助時間，采用多件、多工位夾具，以及氣動、液壓動力夾緊裝置，可以進一步減少輔助時間，提高生產率。（3） 擴大機床的使用范圍 有些機床夾具實質上是對機床進行了部分改造，擴大了原有機床的功能和使用范圍。（4） 減輕工人的勞動強度，保證生產安全二、 機床夾具應滿足的要求（1） 保證加工的精度 這是必須做到的基本要求。其關鍵是正確的定位、夾緊和導向方案，夾具制造的技術要求，定位誤差的分析和驗證。（2） 夾具的總體方案應與年生產綱領相適應

40、（3） 安全、方便、減輕勞動強度 機床夾具要有工作安全性考慮，必要時加保護裝置。（4） 排泄順暢 機床夾具中積集切削會影響到工件的定位精度，切屑的熱量使工件和夾具產生熱變形，影響加工精度。（5） 機床夾具應有良好的強度、剛度和結構工藝性第二節 機床夾具的類型和組成一、 機床夾具的類型（1）、通用夾具（2）、專用夾具 因為它是用于某一特定工序的夾具，稱為專用夾具。（3）可調整夾具和成組夾具 這一類夾具的特點是具有一定的可調性，或稱“柔性”。（4）組合夾具 它是由一系列的標準化元件組裝而成，標準元件有不同的形狀，尺寸和功能，其配合部分有良好的互換性和耐磨性。（5）隨行夾具二、機床夾具的基本組成（1

41、）定位元件及定位裝置 用于確定工件正確位置的元件或裝置。（2）夾緊元件及夾緊裝置 用于固定工件已獲得的正確位置的元件或裝置。（3）導向及對刀元件 用于確定工件與刀具相互位置的元件。（4）動力裝置 (5) 夾具體 用于各種元件、裝置聯接在一體，并通過它將整個夾具安裝在機床上。 (6) 其他元件及裝置 第三節 機床夾具定位機構的設計一、 工件定位（一） 六點定位原理 一個物體在三維空間中可能具有的運動，稱之為自由度。（二） 完全定位和不完全定位 根據工件加工表面的位置要求，有時需要將工件的六個自由度全部限制，稱之為完全定位。有時需要限制的自由度少于六個，稱之為不完全約束。（三） 定位的正常情況與非

42、正常情況根據加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，就稱為定位的正常情況，它可以是完全定位，也可以是不完全定位。根據加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度沒有完全被限制，或某自由度被兩個或兩個以上的約束重復限制，稱之為非正常情況。二、 典型的定位方式、定位元件及裝置（一） 平面定位 對于箱體、床身、機座、支架類零件的加工，最常用的定位方式是以平面為基準。1、 支承釘和支承板 也稱為固定支撐。2、 可調支承和自位支承3、 輔助支承 主要作用是用于增加工件的剛度，減小切削變形。（二） 孔定位1、 心軸定位 廣泛用于車床、磨床、齒輪機床等機床上，常見的心軸有以下幾種：（1） 錐度心軸（

43、2） 剛性心軸2、 定位銷（三） 外圓定位（1） 定心定位（2） V型塊定位（四） 定位表面的組合三、 定位誤差的分析與計算（一） 定位誤差（1）、工件在夾具中的定位、夾緊誤差。（2）、夾具帶著工件安裝在機床上，相對機床主軸（或刀具）或運動的位置誤差，也稱對定誤差（3）、加工過程中的誤差，如機床幾何精度，工藝系統的受力、受熱變形、切削振動等原因引起的誤差。（二）、產生定位誤差的原因 1、基準不重合帶來的定位誤差（1） 平面定位情形（2） v型塊定位2、間隙引起的定位誤差3、與夾具有關的因素產生的定位誤差1）、定位基準面與定位元件表面的形狀誤差2）、導向元件、對刀元件與定位元件的位置誤差，以及其

44、形狀誤差導致產生的導向誤差和對刀誤差3）、夾具在機床上的安裝誤差，即對定位誤差導致工件相對刀具主軸后運動方向產生的位置誤差。4）夾緊力使工件或夾具變形，產生位置誤差5）定位元件與定位元件間的位置誤差，以及定位元件、刀具元件、導向元件、定向元件等元件的磨損。第四節 機床夾具夾緊機構的設計一、 夾緊機構設計應滿足的要求1、 夾緊必須保證定位準確可靠，而不能破壞定位。2、 工件和夾具的變形必須在允許的范圍內。3、 夾緊機構必須可靠。夾緊機構各元件要有足夠的強度和剛度，手動夾緊機構必須保證自鎖，機動夾緊應有聯鎖保護裝置，夾緊行程必須足夠。4、 夾緊機構操作必須安全、省力、方便、迅速、符合工人操作習慣。

45、5、 夾緊機構的復雜程度、自動化程度必須與生產綱領和工廠的條件相適應。二、夾緊力的確定（一）、加緊方向的確定1、夾緊力的方向應有利工件的準確定位，而不能破壞定位，一般要求主夾緊力應垂直于第一定位基準面。 2、夾緊力的方向應與工件剛度高的方向一致，以利于減少工件的變形。 3、夾緊力的方向盡可能與切削力、重力方向一致，有利于減小夾緊力。（二）夾緊力作用點的選擇（三）夾緊力大小的確定三、常用夾緊機構（一）、斜楔夾緊機構 （二）、螺旋夾緊機構 （三）、偏心夾緊機構四、其他夾緊機構（一）鉸鏈夾緊機構 特點是動作迅速、增力比大，易于改變力的作用方向。缺點是自鎖性能差，一般常用于氣動、液壓夾緊。 （二）定心

46、夾緊機構 一般按照一下兩種原理設計：1)定位夾緊元件按等速位移原理來均分工件定位面的尺寸誤差，實現定心或對中。2）定位夾緊元件按均勻彈性變形原理來實現定心夾緊。(三)、聯動夾緊機構五、夾緊機構的動力裝置 （一）、氣動夾緊裝置 （二）、液壓夾緊裝置 （三）、氣液聯合夾緊裝置 （四）、其它動力裝置 1、真空夾緊 2、電磁夾緊 3、其它方式夾緊第五節 機床夾具的其它裝置一、 孔加工刀具的導向裝置刀具的導向是為了保證孔的位置精度，增加鉆頭和鏜桿的支承以提高其剛度，減小刀具的變形，確?？准庸さ奈恢镁取?（一）、鉆孔的導向裝置 鉆床夾具中鉆頭的導向采用鉆套，鉆套有固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套和特殊鉆套四

47、種。 （二）、鏜孔的導向一、 二、對刀裝置第七章 機械加工生產線總體設計第一節 概述一、 機械加工生產線定義及其基本組成在機械產品生產過程中，為保證產品質量、提高生產率和降低成本，往往把加工裝備按弓箭的加工工藝順序依次排列，并用一些傳送裝備與輔助裝備將它們連接成一個整體，被加工工件按其工藝規程順序地經過各臺加工裝備，完成工件全部加工過程。這類生產作業線稱之為機械加工生產線。機械加工生產線由加工裝備、工藝裝備、傳送裝備、輔助裝備和控制系統裝備。二、 機械加工生產線的類型及特點（一） 單一產品固定節拍生產線特點：1） 生產線由自動化程度較高的高效專用的加工裝備、工藝裝備、傳送裝備和輔助裝備組成，制

48、造單一品種的產品，生產效率高，產品質量穩定。2） 生產線所有裝備的工作節拍等于或成倍于生產線的生產節拍。3） 生產線的制造裝備按產品的工藝流程布局，工件沿固定路線，采用自動化的物流傳送裝備，嚴格按生產線的生產節拍，強制地從一臺裝備傳送到下一臺裝備接受加工、檢驗、轉位或清洗等，以減短工件在工序間的搬運路線，節省輔助時間。4） 由于工件的傳送和加工嚴格地按生產節拍運行，工序間不必儲存供周轉用的半成品，因此在制品數量少。（二） 單一產品非固定節拍生產線特點：1） 生產線由生產率較高、具有不同自動化程度的專用制造裝備組成，在一些次要的工序也可采用一般的通用裝備。2） 生產線的制造裝備按產品工藝流程布局

49、，工件沿固定的路線流動，以所短工件在工序間的搬運路線，節省輔助時間。3） 生產線上各準備的工作周期，是其完成各自工序需要的實際時間，是不一樣的。工作周期最長的裝備將一刻不停地工作，而工作周期較短的準備會經常停工待料。4） 由于各裝備的工作節拍不一樣，在相鄰裝備之間，或相隔若干個裝備之間需設置儲料裝置，將生產線分成若干工段。5） 生產線各準備間工件的傳輸沒有固定的節拍，工件在工序間的不斷傳送通常不是直接從加工裝備到加工裝備，而是從加工裝備到半成品暫存地，或從半成品暫存地到下一個加工裝備。（三） 成組產品可調整生產線特點：1） 生產線由按成組技術設計制造的可調整的專用制造裝備組成，用于結構和工藝相似的成組產品，具有一定的生產效率和自動化程度。2） 生產線的制造裝備按成組工藝流程布局，各產品沿大致相同的路線流動，以縮短工件在工序間的搬運路線，節省輔助時間。3） 與第二類生產線一樣，生產線上各裝備的工作節拍是不一樣的，裝備或工段間需設置儲料裝置，以傳送裝備的自動化程度通常不是很高。（四） 柔性制造生產線 這里的“柔性”，是指適應各種生產條件變