精密機(jī)械概述及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、精密機(jī)械設(shè)計(jì)及控制精密機(jī)械設(shè)計(jì)及控制主主 講講 教教 師師: : 唐唐 焱焱單位：機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械制造工程單位：機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械制造工程Tel:el:1893477968518934779685E-mail:E-mail: 11959572561195957256 QQQQ輔輔 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師：師： 黃黃 偉偉26/0126/01總總 學(xué)時(shí)：學(xué)時(shí)：64 64 理論學(xué)時(shí)：理論學(xué)時(shí)：52 52 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：12 12 學(xué)學(xué) 分：分：4 4教材：教材：韓良著韓良著. .電子精密機(jī)械設(shè)計(jì)電子精密機(jī)械設(shè)計(jì)（第（第4 4版）版）. . 東南大學(xué)出

2、版社東南大學(xué)出版社, 2011.06, 2011.06參考書：參考書：陳國強(qiáng)陳國強(qiáng). . 等著；韓兵等譯等著；韓兵等譯 國際機(jī)械先進(jìn)技術(shù)譯叢國際機(jī)械先進(jìn)技術(shù)譯叢. . 機(jī)械工業(yè)出版社，機(jī)械工業(yè)出版社，2011.102011.1026/0226/02 精密機(jī)械廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及科精密機(jī)械廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究，本課程將學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)基本概念、學(xué)研究，本課程將學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)基本概念、基礎(chǔ)理論、相應(yīng)設(shè)計(jì)方法及其典型應(yīng)用?；A(chǔ)理論、相應(yīng)設(shè)計(jì)方法及其典型應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容具體包括兩部分：教學(xué)內(nèi)容具體包括兩部分： 典型機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及方法典型機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及方法 常見機(jī)電算控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及評估常見機(jī)電算控制系統(tǒng)

3、設(shè)計(jì)及評估課程學(xué)習(xí)研究的主要對象課程學(xué)習(xí)研究的主要對象26/0326/03 通過了解典型機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體通過了解典型機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體程序，嘗試對已學(xué)機(jī)械工程知識(shí)的應(yīng)程序，嘗試對已學(xué)機(jī)械工程知識(shí)的應(yīng)用，達(dá)到知識(shí)體系的鞏固和更深層次用，達(dá)到知識(shí)體系的鞏固和更深層次的理解。的理解。本課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法本課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法1 1）課程特點(diǎn)）課程特點(diǎn) 課程內(nèi)容隨科學(xué)技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求，課程內(nèi)容隨科學(xué)技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求，不斷更新和充實(shí)，具有：不斷更新和充實(shí)，具有：綜合性：綜合性：研究對象與多學(xué)科有密切聯(lián)系。研究對象與多學(xué)科有密切聯(lián)系。實(shí)踐性：實(shí)踐性：學(xué)習(xí)過程與生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)。學(xué)習(xí)過程與生產(chǎn)實(shí)

4、踐密切相關(guān)。工程性：工程性：設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容需從工程實(shí)際應(yīng)設(shè)計(jì)方法和內(nèi)容需從工程實(shí)際應(yīng) 用角度理解和掌握。用角度理解和掌握。26/0426/042 2）學(xué)習(xí)方法及要點(diǎn)）學(xué)習(xí)方法及要點(diǎn)注重基本概念注重基本概念 結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)、材料、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)、材料、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，了解涉及內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)和異同?；A(chǔ)知識(shí)，了解涉及內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)和異同。掌握基本方法掌握基本方法 典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程：典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程：功能功能 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 控制控制理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合 自主學(xué)習(xí)欲望、工程實(shí)踐能力；結(jié)合生產(chǎn)自主學(xué)習(xí)欲望、工程實(shí)踐能力；結(jié)合生產(chǎn)過程的具體問題，進(jìn)行獨(dú)立思考、及時(shí)小結(jié)

5、。過程的具體問題，進(jìn)行獨(dú)立思考、及時(shí)小結(jié)。26/0526/05閉卷考試：時(shí)間閉卷考試：時(shí)間120120分鐘分鐘平時(shí)成績：平時(shí)成績：10%10%（含考勤情況）（含考勤情況）實(shí)驗(yàn)成績：實(shí)驗(yàn)成績：20%20%考試成績：考試成績：70%70%26/0626/061. 1. 基本概念基本概念 改變勞動(dòng)對象的形狀、性質(zhì)、狀態(tài)、位改變勞動(dòng)對象的形狀、性質(zhì)、狀態(tài)、位置，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)置，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。2. 2. 基本組成基本組成1.1 1.1 精密工作機(jī)基本概念及基本要求精密工作機(jī)基本概念及基本要求26/0726/07原動(dòng)機(jī)構(gòu)原動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出輸出控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)檢測系統(tǒng)檢

6、測系統(tǒng)輸入輸入現(xiàn)代控制現(xiàn)代控制必備環(huán)節(jié)必備環(huán)節(jié)例：各類加工中心例：各類加工中心26/0826/08立式加工中心立式加工中心五軸聯(lián)動(dòng)加工中心五軸聯(lián)動(dòng)加工中心臥式加工中心臥式加工中心主軸及工作臺(tái)主軸及工作臺(tái)動(dòng)力：動(dòng)力：電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)：傳動(dòng)系統(tǒng)：齒輪、絲杠等一系列機(jī)構(gòu)齒輪、絲杠等一系列機(jī)構(gòu)執(zhí)行：執(zhí)行：主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、工作臺(tái)主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、工作臺(tái)控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行件計(jì)算機(jī)、傳感器、執(zhí)行件檢測系統(tǒng)：檢測系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)、各類傳感器計(jì)算機(jī)、各類傳感器動(dòng)力：動(dòng)力：電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)：傳動(dòng)系統(tǒng)：液壓臺(tái)及液路系統(tǒng)液壓臺(tái)及液路系統(tǒng)執(zhí)行：執(zhí)行：固定工作站、移動(dòng)壓力器固定工作站、移動(dòng)壓力器控

7、制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)、液壓傳感器、執(zhí)行件計(jì)算機(jī)、液壓傳感器、執(zhí)行件反饋系統(tǒng)：反饋系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)、各類傳感器計(jì)算機(jī)、各類傳感器例：液壓成型機(jī)例：液壓成型機(jī)26/0926/09（1 1）功能要求）功能要求 生產(chǎn)作業(yè)、自動(dòng)控制、監(jiān)測反饋生產(chǎn)作業(yè)、自動(dòng)控制、監(jiān)測反饋數(shù)據(jù)處理、誤差校正及補(bǔ)償數(shù)據(jù)處理、誤差校正及補(bǔ)償顯示、記錄、輸出顯示、記錄、輸出 功能要求是實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的基礎(chǔ)，尤功能要求是實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的基礎(chǔ)，尤其是精密機(jī)械其是精密機(jī)械“工作機(jī)工作機(jī)”領(lǐng)域。領(lǐng)域。3. 3. 精密機(jī)械設(shè)計(jì)基本要求精密機(jī)械設(shè)計(jì)基本要求26/1026/10 在規(guī)定時(shí)間內(nèi)和確定的使用條件下，能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)和確定的使用條件下，能

8、有效的實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。有效的實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。具體表現(xiàn)：具體表現(xiàn)： 工作可靠、效率穩(wěn)定、操作方便、維修簡潔工作可靠、效率穩(wěn)定、操作方便、維修簡潔基礎(chǔ)保障基礎(chǔ)保障 總體方案、具體結(jié)構(gòu)、零件質(zhì)量、控制總體方案、具體結(jié)構(gòu)、零件質(zhì)量、控制系統(tǒng)、檢測及反饋系統(tǒng)系統(tǒng)、檢測及反饋系統(tǒng)（2 2）可靠性要求）可靠性要求 26/1126/11 精密機(jī)械的重要技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)時(shí)必須精密機(jī)械的重要技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)時(shí)必須保證正常工作時(shí)所要求的精度。保證正常工作時(shí)所要求的精度。精度保障的四個(gè)環(huán)節(jié)：精度保障的四個(gè)環(huán)節(jié)： 方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)（功能、原理、用途）（功能、原理、用途） 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（特性）（特性） 零件設(shè)計(jì)及技術(shù)

9、要求零件設(shè)計(jì)及技術(shù)要求（互換性）（互換性） 控制及反饋系統(tǒng)控制及反饋系統(tǒng)（關(guān)鍵指標(biāo)、智能化程（關(guān)鍵指標(biāo)、智能化程度、穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)功能等）度、穩(wěn)定性、網(wǎng)絡(luò)功能等）（3 3）精度要求）精度要求26/1226/12 市場經(jīng)濟(jì)的競爭需求。市場經(jīng)濟(jì)的競爭需求。 要求產(chǎn)品的各個(gè)組成部分具有高的性能要求產(chǎn)品的各個(gè)組成部分具有高的性能價(jià)格比；總體制造在價(jià)格比；總體制造在價(jià)值、周期、環(huán)保價(jià)值、周期、環(huán)保 等等方面都具有較好的經(jīng)濟(jì)性。方面都具有較好的經(jīng)濟(jì)性。例：例：三類機(jī)械零件的經(jīng)濟(jì)性分析三類機(jī)械零件的經(jīng)濟(jì)性分析 專用件：專用件：普通機(jī)械零件（功能設(shè)計(jì)）普通機(jī)械零件（功能設(shè)計(jì)） 通用件：通用件：關(guān)鍵結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化（螺

10、紋、齒輪）關(guān)鍵結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化（螺紋、齒輪） 標(biāo)準(zhǔn)件：標(biāo)準(zhǔn)件：統(tǒng)一形狀、尺寸、機(jī)械性能等統(tǒng)一形狀、尺寸、機(jī)械性能等 （4 4）經(jīng)濟(jì)性要求）經(jīng)濟(jì)性要求 26/1326/13技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析：技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析：專用件：專用件：按需求設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，生產(chǎn)按需求設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，生產(chǎn)批量小，制造過程繁雜。批量小，制造過程繁雜。結(jié)論：結(jié)論：經(jīng)濟(jì)性最差（設(shè)計(jì)、制造全程投入）經(jīng)濟(jì)性最差（設(shè)計(jì)、制造全程投入）選用要求：選用要求：結(jié)構(gòu)盡量簡潔，工藝性好結(jié)構(gòu)盡量簡潔，工藝性好通用件：通用件：部分結(jié)構(gòu)按需求設(shè)計(jì)，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)按需求設(shè)計(jì)，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)有成熟工藝保證。有成熟工藝保證。結(jié)論：結(jié)論：經(jīng)濟(jì)性較好經(jīng)濟(jì)性較好選用要求：選

11、用要求：用標(biāo)準(zhǔn)系列參數(shù)用標(biāo)準(zhǔn)系列參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)例：設(shè)計(jì)實(shí)例： 螺紋設(shè)計(jì)螺紋設(shè)計(jì)T48T486 6 齒輪設(shè)計(jì)齒輪設(shè)計(jì) z=29 z=29；m=3m=3；=20=20標(biāo)準(zhǔn)件：標(biāo)準(zhǔn)件：不需要任何設(shè)計(jì)、加工，按相關(guān)標(biāo)不需要任何設(shè)計(jì)、加工，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（國家、行業(yè)、企業(yè)）直接選用。準(zhǔn)（國家、行業(yè)、企業(yè)）直接選用。結(jié)論：結(jié)論：經(jīng)濟(jì)性最好經(jīng)濟(jì)性最好選用要求：選用要求：嚴(yán)格遵循對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格遵循對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)實(shí)例：設(shè)計(jì)實(shí)例：緊固螺紋緊固螺紋GB/T5781-2000 GB/T5781-2000 六角螺栓六角螺栓M12M123030緊固螺母緊固螺母GB/T6170-2000 GB/T6170-2000 六角螺母六角螺母M

12、12M12圓柱銷圓柱銷GB/T119.1-2000 GB/T119.1-2000 圓柱銷圓柱銷10104040 GB/T119.2-2000 GB/T119.2-2000 圓柱銷圓柱銷10104040（淬火）（淬火） 社會(huì)物質(zhì)文明的發(fā)展促進(jìn)了精神文明社會(huì)物質(zhì)文明的發(fā)展促進(jìn)了精神文明的建設(shè)，形成復(fù)雜的社會(huì)需求。的建設(shè)，形成復(fù)雜的社會(huì)需求。造型：造型：外形美觀、色澤和諧外形美觀、色澤和諧科學(xué)：科學(xué)：仿生學(xué)、人機(jī)工程學(xué)仿生學(xué)、人機(jī)工程學(xué)環(huán)保：環(huán)保：有害物質(zhì)、輻射、噪聲有害物質(zhì)、輻射、噪聲 符合現(xiàn)代健康、高效、舒適、環(huán)保等符合現(xiàn)代健康、高效、舒適、環(huán)保等高度社會(huì)文明的趨勢。高度社會(huì)文明的趨勢。（5 5

13、）外觀及環(huán)保要求）外觀及環(huán)保要求26/1426/14常規(guī)工作機(jī)的分類常規(guī)工作機(jī)的分類u傳動(dòng)類傳動(dòng)類u儀器儀表類儀器儀表類u工作類工作類1.2 1.2 精密機(jī)械設(shè)備基本類型及發(fā)展趨勢精密機(jī)械設(shè)備基本類型及發(fā)展趨勢26/1526/151. 1. 電子精密機(jī)械分類電子精密機(jī)械分類26/1626/16傳動(dòng)類：傳動(dòng)類：生產(chǎn)輔機(jī)，生產(chǎn)輔機(jī)，用于自動(dòng)生產(chǎn)線的銜用于自動(dòng)生產(chǎn)線的銜接或單機(jī)作業(yè)的進(jìn)出料、接或單機(jī)作業(yè)的進(jìn)出料、工序轉(zhuǎn)移等。工序轉(zhuǎn)移等。人工傳輸人工傳輸自動(dòng)傳輸自動(dòng)傳輸工作類：工作類：26/1726/17 生產(chǎn)主機(jī)，單臺(tái)或連線作業(yè)，用于實(shí)現(xiàn)各類生產(chǎn)主機(jī)，單臺(tái)或連線作業(yè)，用于實(shí)現(xiàn)各類生產(chǎn)，如：生產(chǎn)，如：

14、機(jī)加工、清洗、包裝機(jī)加工、清洗、包裝包裝機(jī)包裝機(jī)臥式車床臥式車床數(shù)顯立數(shù)顯立式銑床式銑床智能多頭智能多頭電子秤電子秤滾齒機(jī)滾齒機(jī)儀器儀表類：儀器儀表類：26/1826/18 通常用于控制、檢測、顯示，屬于生產(chǎn)輔機(jī)通常用于控制、檢測、顯示，屬于生產(chǎn)輔機(jī)類，用于生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制等。類，用于生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制等。三坐標(biāo)三坐標(biāo)測量儀測量儀汽車儀表汽車儀表電子顯微電子顯微鏡系統(tǒng)鏡系統(tǒng)傳感器性能傳感器性能測試臺(tái)測試臺(tái)（1 1）單工位工作機(jī)）單工位工作機(jī) 最簡單的作業(yè)方式，被加工零件在全生產(chǎn)最簡單的作業(yè)方式，被加工零件在全生產(chǎn)周期中只有一次裝（待加工）、卸（完工）。周期中只有一次裝（待加工）、卸（完工）。

15、工作周期工作周期T Tc c：完成單位成品的時(shí)間總和。完成單位成品的時(shí)間總和。工藝周期工藝周期T T工藝工藝：完成單位成品全部工藝的時(shí)完成單位成品全部工藝的時(shí)間總和，等于工作周期間總和，等于工作周期T Tc c。2. 2. 電子精密機(jī)械工作機(jī)特點(diǎn)電子精密機(jī)械工作機(jī)特點(diǎn)26/1926/19組織生產(chǎn)的主要參數(shù)之一：組織生產(chǎn)的主要參數(shù)之一： 生產(chǎn)率（生產(chǎn)節(jié)拍）生產(chǎn)率（生產(chǎn)節(jié)拍）工作周期時(shí)間計(jì)算：工作周期時(shí)間計(jì)算： 工作周期決定了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力。工作周期決定了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力。 根據(jù)工序的復(fù)雜程度及先后要求，周期根據(jù)工序的復(fù)雜程度及先后要求，周期計(jì)算分三種情況：計(jì)算分三種情況：流水作業(yè)：流水作業(yè)

16、：T Tc c=T=T工藝工藝=t=t上上+t+t下下+ +并列作業(yè)：并列作業(yè)：T Tc c=T=T工藝工藝=t=t上上+t+t下下+ +t tmaxmax混合作業(yè)：混合作業(yè)：T Tc c=T=T工藝工藝=t=t上上+t+t下下+ +t tmaxmax+ +1niit26/2026/201niit（t ti i工序時(shí)間）工序時(shí)間）（t tmaxmax最長工序時(shí)間）最長工序時(shí)間）（2 2）周期位移多工位工作機(jī)）周期位移多工位工作機(jī) 生產(chǎn)線是最常見的作業(yè)形式之一，由多生產(chǎn)線是最常見的作業(yè)形式之一，由多工位單機(jī)或多臺(tái)機(jī)床構(gòu)成。工位單機(jī)或多臺(tái)機(jī)床構(gòu)成。運(yùn)動(dòng)形式：運(yùn)動(dòng)形式：工件工件間歇運(yùn)動(dòng)間歇運(yùn)動(dòng)，經(jīng)線

17、上所有工，經(jīng)線上所有工位，完成不同加工內(nèi)容。分兩種情況：位，完成不同加工內(nèi)容。分兩種情況： 工件隨設(shè)備夾持機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)工件隨設(shè)備夾持機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 工件隨設(shè)備輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)工件隨設(shè)備輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)工作周期：工作周期：T Tc c=T=T工藝工藝= =t tmaxmax + + t th h式中：式中：t tmaxmax最大運(yùn)動(dòng)時(shí)間；最大運(yùn)動(dòng)時(shí)間；t th h靜止時(shí)間靜止時(shí)間26/2126/21（3 3）連續(xù)位移多工位工作機(jī)）連續(xù)位移多工位工作機(jī) 工件連續(xù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)所有工位以完成所有工件連續(xù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)所有工位以完成所有工序。常用裝置有盤式、帶式兩種機(jī)構(gòu)。工序。常用裝置有盤式、帶式兩種機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)盤式轉(zhuǎn)盤式 工作周期：工作

18、周期：T Tc c=T=T工藝工藝=2/=2/zz直線移動(dòng)式直線移動(dòng)式 工作周期：工作周期：T Tc c=T=T工藝工藝=s/v=s/v26/2226/223. 3. 精密機(jī)械的作用及發(fā)展趨勢精密機(jī)械的作用及發(fā)展趨勢 各類精密機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括電子各類精密機(jī)械應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括電子產(chǎn)品、常規(guī)制造業(yè)、國防等，是國家機(jī)械制產(chǎn)品、常規(guī)制造業(yè)、國防等，是國家機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志。造水平的重要標(biāo)志。滲入技術(shù)密集型各行各業(yè)滲入技術(shù)密集型各行各業(yè) 我國技術(shù)密集型正逐步取代勞動(dòng)密集企業(yè)。我國技術(shù)密集型正逐步取代勞動(dòng)密集企業(yè)。高精度、高效率高精度、高效率 加工中心、測試測繪、航空航天、微電子等。加工中心、測試測繪、航空航天、微電子等。專業(yè)化、微觀化、智能化專業(yè)化、微觀化、智能化 微型化功能專一的智能裝備。微型化功能專一的智能裝備。26/2326/231