第1章機械制造裝備設計方法

《制造裝備設計》王揚威機電學院機械電子工程系辦公室地址：明故宮校區(qū)A15-B412電話：84892503Email：wangyw@教材機械制造裝備設計（第3版）關慧貞、馮辛安機械制造裝備設計趙永成制造裝備設計第一章機械制造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四章工業(yè)機器人設計（不講）制造裝備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（不講）第六章物流系統設計第一章機械制造裝備設計方法第一節(jié)

概述第二節(jié)機械制造裝備應具備的主要功能第三節(jié)

機械制造裝備的分類第一章機械制造裝備設計方法第四節(jié)

機械制造裝備設計的類型第五節(jié)機械制造裝備設計的方法第六節(jié)

機械制造裝備設計的評價先進制造技術發(fā)展趨勢數、精、極、自、集、網、智、綠“數”是指制造領域的數字化“精”是指加工精度及其發(fā)展“極”就是極端制造技術“自”就是自動化“集”就是集成化“網”就是網絡化“智”就是智能化“綠”就是“綠色”制造發(fā)展趨勢“精”是發(fā)展的關鍵“極”是發(fā)展的焦點“文”是發(fā)展的新義“綠”是發(fā)展的必然“快”是發(fā)展的動力“省”是發(fā)展的原則“效”是發(fā)展的追求“數”是發(fā)展的核心“自”是發(fā)展的條件“集”是發(fā)展的方法“網”是發(fā)展的道路“智”是發(fā)展的前景制造產品：制造過程：制造方法：1.1概述

1制造業(yè)的地位制造業(yè)是一個國家國民經濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平是衡量一個國家經濟實力、科技水平和綜合國力的重要標志之一。2機械制造業(yè)的地位機械制造業(yè)是制造業(yè)的核心，是向其它各行業(yè)提供工具、儀器及各種先進制造裝備的行業(yè)。3機械制造裝備的地位機械制造裝備的先進程度決定制造業(yè)的生產能力和水平。提高機械制造裝備的技術水平是機械制造業(yè)乃至國民經濟穩(wěn)定發(fā)展的當務之急。機械制造裝備及其在國民經濟中的重要作用1.1概述

4制造裝備的核心—機床金屬切削機床擔負了制造業(yè)40％～60％的工作，其水平直接影響產品質量和勞動生產率。

一個國家的機床工業(yè)水平在很大程度上代表著這個國家的工業(yè)生產能力和科學技術水平。1.1概述

《國家十一五規(guī)劃》和國務院的《關于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》（06年）都明確了振興裝備制造業(yè)實現16個關鍵領域重點突破的發(fā)展要求。1.發(fā)展大型清潔高效發(fā)電裝備。2.開展高壓交直流輸變電成套設備的研制。3.實現大型乙烯成套設備國產化。4.進行大型煤化工成套設備的研制開發(fā)。5.研制大型薄板冷熱連軋成套設備及涂鍍層加工成套設備。6.發(fā)展大型煤炭井下綜合采掘、提升和洗選設備。7.開發(fā)大型海洋石油工程裝備。8.掌握時速200公里以上高速列車等裝備核心技術。1.1概述

振興裝備制造業(yè)的16個關鍵領域：9.發(fā)展大氣治理等大型環(huán)保設備。10.加快大斷面巖石掘進機等大型施工機械的研制。11.發(fā)展重大工程自動化控制系統和關鍵精密測試儀器。12.發(fā)展大型、精密、高速數控裝備和數控系統及功能部件。13.發(fā)展新型紡織機械。14.發(fā)展新型、大馬力農業(yè)裝備。15.發(fā)展集成電路關鍵設備、生物工程和醫(yī)藥生產等專用設備。16.發(fā)展民用飛機及發(fā)動機、機載設備?！陡叨搜b備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》

工業(yè)和信息化部2012年5月發(fā)布

“十二五”期間我國高端裝備制造業(yè)的重大工程包括：支線飛機和通用航空產業(yè)化工程、空間基礎設施建設工程、先進軌道交通裝備及關鍵部件創(chuàng)新發(fā)展工程、深海工程裝備發(fā)展工程、智能制造裝備創(chuàng)新發(fā)展工程。1.1概述

《國家十一五規(guī)劃》和國務院的《關于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見》、《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》都明確了振興裝備制造業(yè)關鍵領域重點突破的發(fā)展要求。

每一個關鍵領域在研發(fā)制造中，每個都需要機床，每個項目的制造過程都需要工具，尤其是高檔數控機床和數控刀具。

1.1概述5機械制造裝備的發(fā)展史

機械制造裝備工業(yè)是隨著先進制造技術、先進制造生產模式、先進工藝技術的發(fā)展而不斷更新的。

（1）五十年代為“規(guī)模效益”模式，產品品種單一，為滿足市場需要，廣泛采用生產單一品種的自動機床、組合機床和專用生產線，以滿足大批量生產，提高勞動生產率的需求。

（2）七十年代為“精益生產”模式，社會需求多樣化、市場競爭日益激烈。生產企業(yè)既要提高產品質量，又要頻繁地改型，縮短生產周期。因此，采用數控機床來有效地自動化生產單件、小批量的精密復雜零件。1.1概述5機械制造裝備的發(fā)展史

（3）八十年代，“FMS和CIMS生產”模式。隨著世界經濟的發(fā)展，制造業(yè)為了贏得全球化競爭，開發(fā)了CAD、CAM、CAPP、MRP、GT、CE、FMS、TQC、CIMS等先進制造技術和管理方法，以縮短生產周期，提供產品質量，降低產品成本和改善服務質量。1.1概述5機械制造裝備的發(fā)展史CIMS核心在于將企業(yè)的人、成本核算、生產經營和工程技術系統有機地集成，構成適合于多品種、中小批量生產的高效益、高質量和高柔性的智能生產系統。CIMS的出現，使機械制造自動化水平由制造系統自動化向綜合自動化方向發(fā)展。FMS是采用一組數控機床和自動化的工藝裝備，由計算機信息控制系統和物料自動儲運系統有機結合的自動化制造系統。1.1概述

（4）九十年代，敏捷制造（AM）、精益－敏捷－柔性（LAF）生產系統、全球制造等新的制造模式。信息科學技術的發(fā)展，全球經濟打破了傳統的領域經濟發(fā)展模式，市場更加廣闊，為了快速響應市場，誕生出新型制造模式。機械制造裝備普遍具有柔性化、自動化和精密化的特點，適應多品種小批量和經常更新產品的需要。1.1概述我國機床工具行業(yè)受國際金融危機的直接沖擊，以及企業(yè)多年快速發(fā)展所積累矛盾的交錯影響，暴露的問題也十分明顯，加快結構調整和產業(yè)升級刻不容緩。具體表現如：雖然我國機床產值躍居世界第一大國，但我國也是世界第一機床進口大國，我國建設所需的高檔數控機床主要依靠進口，2008年進口機床76億美元，約占國內市場的39％。我國擁有完整的機床產業(yè)鏈，但是發(fā)展中高檔數控機床所需的數控系統和功能部件主要來自境外。1.1概述我國雖培育了一批年產值進入世界前列的機床集團（沈陽機床集團和大連機床集團機床年產值已經進入世界前十名），但從競爭力等分析，缺少像德國、日本等國著名跨國機床集團和世界級“精、特、?！毙【奕似髽I(yè)。我們大量生產機床鑄件，但不少鑄件出口到日本、韓國等，把污染留給自己。外企用我們的鑄件制造中高檔機床出口我國。我國擁有大量的鎢礦等稀有金屬元素，但是稀有金屬資源出口，國外用我們的礦粉配方后，制成高檔數控刀具，我們年進口高檔數控刀具達14億美元，幾乎覆蓋了國內高檔數控刀具市場。1.1概述我國是世界上最大的高速工具鋼生產國，其年產量占世界總量的35％，但用國產高速鋼制造的低檔刀具大量出口，其價格還不值當地的原材料價格。以上種種，如果長此下去，對我國機床工具行業(yè)可持續(xù)發(fā)展不利，后金融時代存在被邊緣化的危險。1.2機械制造裝備應具備的主要功能

1、一般的功能要求（1）加工精度方面的要求（2）強度、剛度和抗振性方面的要求（3）加工穩(wěn)定性方面的要求（4）耐用性方面的要求（5）技術經濟方面的要求2、柔性化3、精密化4、自動化凸輪控制、程序控制、數字控制、適應控制。5、機電一體化6、節(jié)材7、符合工業(yè)工程要求8、符合綠色工程要求1.2機械制造裝備應具備的主要功能

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

1、加工裝備機械制造裝備包括加工裝備、工藝裝備、倉儲運輸裝備和輔助裝備四大類。主要指機床。機床是制造機器的機器，也稱工作母機。包括金屬切削機床、鍛壓機床、特種加工機床。金屬切削機床按使用范圍分為：通用機床、專用機床、專門化機床。鍛壓機床利用金屬的塑性變形特點進行成型加工的無屑加工設備。有機械壓力機、液壓機、自動鍛壓機、錘鍛、剪切機、彎曲校正機等。特種加工機床按加工原理分為：電加工、超聲波加工、激光加工、電子束加工、水射流加工等加工機床。

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

龍門銑床1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

床身工作臺水平銑頭橫梁垂直銑頭立柱頂梁立柱垂直銑頭水平銑頭龍門銑床1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

數控系統（NumericalControlSystem）是一種程序控制系統，它能邏輯地處理輸入到系統中的數控加工程序，控制數控機床運動并加工出零件。適應性、靈活性好精度高、質量穩(wěn)定生產效率高勞動強度低、勞動條件好有利于現代化生產與管理使用、維護技術要求高數控機床的特點:1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

立式車床1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

雙主軸數控車床1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

復合加工CNC車床1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

五軸數控加工121。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

五軸數控加工121。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

柔性制造島1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

弧齒錐齒輪銑齒加工1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

2、工藝裝備各種刀具、模具、夾具、量具等總稱為工藝裝備。它是保證產品制造質量、貫徹工藝規(guī)程、提高生產效率的重要手段。（1）刀具能從工件上切除多余材料和切斷材料的工具。按加工方式和用途分：車刀、銑刀、孔加工工具（鉆頭、擴孔鉆、鉸刀）、拉刀、螺紋刀具（絲錐、板牙刀具）、齒輪刀具（滾刀）等。按結構分：整體刀具、機夾或機夾可轉位刀具。按被加工表面性能分：標準化通用刀具、專用刀具。1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

數控銑床刀具系統1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

加工中心刀具系統1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

2、工藝裝備

（2）模具在機床上通過壓力將金屬或非金屬材料制出所需形狀或制品的專用工具。按材料不同有粉末冶金模具、合金模具、塑料模具、冷沖模具、鍛壓模具等。1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

2、工藝裝備

（3）夾具能夾緊工件，使工件占有正確位置的工藝裝備。夾具能用于機械加工、裝配、檢驗、焊接、熱處理等冷熱工藝中。在生產線上使用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調夾具、成組夾具、組合夾具、隨行夾具。

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

2、工藝裝備

（4）量具以固定形式復現量值的計量器具。1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

3、倉儲運輸裝備倉儲運輸裝備包括各級倉儲、物料運輸、機床上下料、機器人等。（1）物料輸送裝置指坯料、半成品或成品在車間內工作中心間傳輸的裝置，采用的方式有各種輸送帶裝置和自動運輸小車。1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

3、倉儲運輸裝備1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

3、倉儲運輸裝備1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

（2）自動化立體倉庫是集機械、電子、計算機、通信、網絡、傳感器和自動控制等技術于一體，實現產品搬運機械化、出入庫控制自動化、庫存管理微機化、信息處理網絡化等高效率的產品流通與存儲的樞紐。

1。3機械制造裝的分類1.3機械制造裝備的分類

4、輔助裝備（1）清洗機用于清洗工件上的油污和塵屑的裝備。（2）排屑裝置用于將加工區(qū)域內的切屑清除、排送到機床或生產線外的集屑器內的設備。1、創(chuàng)新設計2、變型設計3、模塊化設計（組合設計）1.4機械制造裝備設計的類型1.4.1創(chuàng)新設計

創(chuàng)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(guī)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(fā)周期，投入較大的研制開發(fā)工作量。1.4.2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(guī)律演變出各種不同的規(guī)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(chuàng)新設計方法完成的。1.4.3模塊化設計

模塊化設計又稱組合設計，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，組合產品中的模塊也應按系列化設計的原理進行。

組合設計通常是MRPII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。制造資源計劃（MRPII）是一種先進的企業(yè)管理模式和管理信息系統。它是一個圍繞企業(yè)的基本經營目標，以計劃為核心，對企業(yè)各種制造資源進行統一的計劃和控制，全面集成銷售、制造和財務管理和模擬功能，使企業(yè)的物流、信息流、資金流流動暢通的動態(tài)反饋系統。

據不完全統計，機械制造裝備產品中有一大半屬于變型產品和組合產品，創(chuàng)新產品只占一小部分。

盡管如此，創(chuàng)新設計的重要意義不容低估。這是因為：采用創(chuàng)新設計方法不斷推出嶄新的產品，是企業(yè)在市場競爭中取勝的必要條件；變型設計和組合設計是在基型和模塊系統的基礎上進行的，而基型和模塊系統也是采用創(chuàng)新設計方法完成的。1.4機械制造裝備設計的類型1.5機械制造裝備設計的方法

一、機械制造裝備設計的典型步驟二、系列化設計三、模塊化設計四、合理化工程(一)產品規(guī)劃階段(二)方案設計階段(三)技術設計階段(四)施工設計階段1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規(guī)劃階段產品規(guī)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(guī)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。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規(guī)劃階段1．需求分析需求分析的任務是將需求具體化和恰到好處，明確設計任務的要求。是設計工作的開始，指導設計工作的進行。識別需求是一個創(chuàng)造性的過程，設計人員必須重視需求分析，及時找到和預測市場的需求，并在市場大量需求到來之前完成新產品的研制工作，搶先投放市場，以取得豐厚的回報。需求分析一般包括對銷售市場和原材料市場的分析。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟1)新產品開發(fā)面向的社會消費群體，他們對產品功能、技術性能、質量、數量、價格等方面的要求；2)現有類似產品的功能、技術性能、價格、市場占有情況和發(fā)展趨勢；3)競爭對手在技術、經濟方面的優(yōu)勢和劣勢及發(fā)展趨向；4)主要原材料、配件、半成品等的供應情況、價格及變化趨勢等。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規(guī)劃階段(一)產品規(guī)劃階段2.調查研究(1)市場調研一般從以下幾方面進行調研：用戶需求—有關產品功能、性能、質量、使用、保養(yǎng)、維修外觀、顏色、風格、需求量和價格等方面的要求。產品情況—產品在其生命周期曲線中的位置，新老產品交替的動向分析等。同行情況—同行產品經營銷售情況和發(fā)展趨勢．主要競爭對手在技術、經濟方面的優(yōu)勢和劣勢及發(fā)展趨向。供應情況—主要原材料、配件、半成品等的質量、品種、價格、供應等方面的情況及變化趨勢等。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(2)技術調研一般包括產品技術的現狀及發(fā)展趨勢；行業(yè)技術和專業(yè)技術的發(fā)展趨勢；新型元器件、新材料、新工藝的應用和發(fā)展動態(tài)；競爭產品的技術特點分析；競爭企業(yè)的新產品開發(fā)動向；環(huán)境對研制的產品提出的要求，如使用環(huán)境的空氣、濕度、有害物質和粉塵等對產品的要求；為保證產品的正常運轉，研制的產品對環(huán)境提出的要求等。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規(guī)劃階段(3)社會調研一般包括企業(yè)目標市場所處的社會環(huán)境和有關的經濟技術政策，如產業(yè)發(fā)展政策、投資動向、環(huán)境保護及安全等方面的法律、規(guī)定和標準；社會的風俗習慣；社會人員的構成狀況、消費水平、消費心理和購買能力；本企業(yè)實際情況、發(fā)展動向、優(yōu)勢和不足、發(fā)展?jié)摿Φ取?.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規(guī)劃階段(一)產品規(guī)劃階段3.預測(1)定性預測在數據和信息缺乏時，依靠經驗和綜合分析對未來的發(fā)展狀況作出推測和估計。采用的方法有走訪調查、查資料、抽樣調查、類比調查、專家調查等。(2)定量預測對影響預測結果的各種因素進行相關分析和篩選，根據主要影響因素和預測對象的數量關系建立數學模型，對市場發(fā)展情況作出定量預測。采用的方法有時間序列回歸法、因果關系回歸法、產品壽命周期法等。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規(guī)劃階段4.可行性分析所謂產品設計的可行性分析是指通過調查研究與預測后，對產品開發(fā)中的重大問題應進行充分的技術經濟論證，判斷是否可行。一般包括技術分析、經濟分析和社會分析三個方面。最后應提出產品開發(fā)的可行性報告。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟可行性報告一般包括如下內容：1)產品開發(fā)的必要性，市場調查及預測情況，包括用戶對產品功能、用途、質量、使用維護、外觀、價格等方面的要求；2)同類產品國內外技術水平，發(fā)展趨勢；3)從技術上預期產品開發(fā)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(fā)時間進度，經濟效益和社會效益估計；6)現有條件下開發(fā)的可能性及準備采取的措施。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規(guī)劃階段5．編制設計任務書產品設計任務書是指導產品設計的基礎性文件，其主要任務是對產品進行選型，確定最佳設計方針。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(一)產品規(guī)劃階段(二)方案設計階段1．對設計任務的抽象設計師應對設計任務進行抽象，抓住主要要求，兼顧次要要求，才能避免由于知識和經驗的局限性，思想上的種種框框，誤導設計方案的制訂。對設計任務進行抽象是對設計任務的再認識，通過功能關系和與任務相關的主要約束條件的分析，對“設計要求表”一步一步進行抽象，找出具有本質性的和主要的要求，即本質功能，以便找到能實現這些本質功能的解，再進一步找出其最優(yōu)解。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟2．建立功能結構總功能是表達輸入量轉變成輸出量的能力?？偣δ芸芍鸺壨路纸?，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(guī)范提供依據。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟功能結構圖功能間的聯系存在三種基本結構型式：串聯結構如圖2-2a所示，又稱順序結構。并聯結構如圖2-2b所示。環(huán)形結構如圖2-2c所示，是輸出反饋為輸入的循環(huán)結構。圖2-2e則是有選擇性地進行反饋的循環(huán)結構。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(二)方案設計階段3．尋求原理解與求解方法所謂原理解就是能實現某種功能的工作原理，和實現該工作原理的技術手段和結構原理，即所謂功能載體。工作原理是科學原理和技術原理的統稱。是設計中最關鍵、最富于創(chuàng)造性的一個環(huán)節(jié)。從技術上和結構上實現工作原理的功能載體是以它具有的某種屬性來完成某一功能的。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(二)方案設計階段4．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。具體方法是采用如圖所示的圖表。(2)數學方法結合法：當子功能原理解的物理和幾何特征可以定量的形式表達時，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。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(二)方案設計階段5.初步設計方案的評價與篩選(1)初步設計方案的初選：觀察淘汰法和分數比較法。(2)初步設計方案的具體化(3)對初步設計方案進行技術經濟評價1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(三)技術設計階段1.確定結構原理方案(1)確定結構原理方案的主要依據其中包括決定尺寸的依據；決定布局的依據；決定材料的依據；決定和限制結構設計的空間條件等。(2)確定結構原理方案在上述依據的約束下，對主要功能結構進行構思，初步確定其材料和形狀，進行粗略的結構設計。(3)評價和修改對確定的結構原理方案經過技術經濟評價提供依據。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(三)技術設計階段2.總體設計(1)主要結構參數(2)總體布局包括部件組成、各部件的空間位置布局和運動方向、操作位置、各部件相對運動配合關系。(3)系統原理圖包括產品總體布局圖、機械傳動系統圖、液壓系統圖、電力驅動和控制系統圖等。(4)經濟核算包括產品成本和運行費用的估算、成本回收期、資源的再利用等。(5)其它1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(三)技術設計階段3.結構設計主要任務是在總體設計的基礎上，對結構原理方案結構化，繪制產品總裝圖、部件裝配圖；提出初步的零件表，加工和裝配說明書；對結構設計進行技術經濟評價。必須遵守有關國家、部門和企業(yè)頒布的標準規(guī)范，通常要經過設計、審核、修改、再審核、再修改多次反復，才可批準投產。經常采用諸如有限元分析、優(yōu)化設計、可靠性設計、計算機輔助設計等現代設計方法，來解決設計中出現問題。1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟(四)工藝設計階段1.零件圖設計

2.完善裝配圖

3.商品化設計

4.編制技術文檔1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟1、產品規(guī)劃階段需求分析調查研究預測可行性分析編制設計任務書2、方案設計階段對設計任務的抽象建立功能結構尋求原理解與解決方法初步設計方案的形成初步設計方案的評價與篩選1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟3、技術設計階段確定結構原理方案總體設計結構設計4、工藝設計階段零件圖設計完善裝備圖商品化設計編制技術文檔1.5.1機械制造裝備設計的典型步驟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、結構的典型化”即所謂的“四化”原則。系列化設計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(fā)變型產品的重要途徑之一。1系列化設計的基本概念1.5.2系列化設計1)可以較少品種規(guī)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(fā)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)零部件的種類少，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。2系列化設計的優(yōu)點1.5.2系列化設計為以較少品種規(guī)格的產品滿足市場較大范圍的需求，每個品種規(guī)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(guī)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。2系列化設計的缺點1.5.2系列化設計1)主參數和主要性能指標的確定主參數和主要性能指標應最大程度地反映產品的工作性能和設計要求。例如普通車床的主參數是在床身上的最大回轉直徑，主要性能指標之一是最大的工件長度；主要性能指標是工作臺工作面的長度。搖臂鉆床的主參數是最大鉆孔直徑，主要性能指標是主軸中心線至立柱母線的最大距離等。上述參數決定了相應機床的主要幾何尺寸、功率和轉速范圍，因而決定了該機床的設計要求。3系列化設計的步驟1.5.2系列化設計2)參數分級經過技術和經濟分析，將產品的主參數和主要性能指標按一定規(guī)律進行分級，制訂參數標準。產品的主參數應盡可能采用優(yōu)先數系。3系列化設計的步驟1.5.2系列化設計3)制訂系列型譜系列型譜通常是二維甚至多維的，其中一維是主參數，其它維是主要性能指標。通過系列型譜的制訂，確定產品的品種、基型和變型、布局，各產品品種的技術性能和技術參數等。在系列型譜中，結構最典型、應用最廣泛的是所謂的“基型產品”，產品的系列設計通常從基型產品開始。系列型譜內的產品是在基型產品的基礎上經過演變和派生而擴展成的。擴展的方式有縱系列、橫系列和跨系列擴展三類。3系列化設計的步驟1.5.2系列化設計1、系列化設計的基本概念1.5.2系列化設計2、系列化設計的優(yōu)缺點3、系列化設計的步驟（1）主參數和主要性能指標的確定（2）參數分級（3）制定系列型譜縱系列產品橫系列產品跨系列產品為了開發(fā)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。1模塊化設計的基本概念1.5.3模塊化設計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(yè)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(yè)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(fā)生故障，只需更換有關模塊，維護修理更為方便，對生產影響少。2模塊化設計的優(yōu)點1.5.3模塊化設計（1）明確任務為了能以最少的模塊組合出數量最多、總功能各不相同的產品，需要對市場需求進行深入調查，對所有欲實現的總功能加以明確，摒棄市場需求很少而又需要付出很大設計和制造代價的那些總功能。3模塊化設計的步驟1.5.3模塊化設計（2）建立功能結構劃分模塊的出發(fā)點是功能分析。根據產品的總功能分解為分功能、功能元，求相應的功能模塊，再具體化為生產模塊。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，相應地建立基本模塊、輔助模塊、特殊模塊、調整模塊和非標模塊等。3模塊化設計的步驟1.5.3模塊化設計3模塊化設計的步驟1.5.3模塊化設計（3）合理確定產品的系列型譜和參數模塊化系統也應遵循系列化設計的原理，確定模塊的系列型譜。縱系列模塊系統中模塊功能及原理方案相同，結構相似，而尺寸參數有變化。隨參數變化對系列產品劃分合理區(qū)段，同一區(qū)段內模塊通用。橫系列模塊系統是在一定基型產品基礎上更換或添加模塊，以得到擴展功能的同類變型產品。跨系列模塊系統中包括具有相近動力參數的不同類型產品功能模塊。3模塊化設計的步驟1.5.3模塊化設計（4）模塊的組合模塊化系統的設計要考慮模塊如何組合，達到用較少種類的模塊組合出盡可能多的組合產品。模塊系統分開式和閉式兩類。閉式系統由一定數量種類的模塊組成有限數量的組合，而開式系統則是由模塊得到無限多的組合。閉式系統可計算出模塊的理論組合數。實際組合時要考慮使用需要、工藝可能及相容關系，實際組合數大大小于理論組合數。模塊組合要精心設計結合部的結構，結合部位的形狀、尺寸、配合精度等應盡量符合標準。3模塊化設計的步驟1.5.3模塊化設計（5）模塊的計算機管理系統1)對模塊進行編碼，以便進行計算機管理；2)給出模塊系統最多可組合的產品數；3)對于用戶的某一給定的設計要求，分析是否存在一種有效的組合方案；4)在滿足要求的幾種組合方案中進行評價，選擇最佳的組合方案；5)若無有效的組合方案滿足用戶要求，為新的模塊設計提供信息；6)給出已選方案的模塊組裝圖、明細表及價格表。3模塊化設計的步驟1.5.3模塊化設計模塊化設計的基本概念1.5.3模塊化設計1、2、模塊化設計的優(yōu)缺點3、模塊化設計的步驟（1）（2）（3）明確任務建立功能結構合理確定產品的系列型譜和參數模塊是具有一定功能的零件、組件或部件。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