制造装备.ppt
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1、机械制造装备,2013年9月,课程基本情况 1 任课教师:李剑锋,机电学院、制造工程学科(先进制造技 术重点实验室),机电楼302室,联系:13693321750。 2 课程情况:32学时(最后2学时考试),专业选修课。考核:出勤、作业、考察(开卷)。教材:机械制造装备设计(赵雪松,华中科技大学出版社) 。 3 主要内容: 1)第一章 绪论 (1)加工装备与工艺装备概述 (2)储运装备与辅助装备概述 2)第二章 机械制造装备设计方法 (1)机械制造装备设计的类型 (2)机械制造装备设计的方法,3)第三章 金属切削机床设计 (1)概述 (2)机床的总体设计 (3)主传动系统设计 (4)进给传动系
2、统设计 (5)主轴部件的设计 (6)支承部件的设计 (7)导轨部件的设计 (8)刀架装置的设计 4)第四章 机床夹具的设计 (1)概述 (2)工件定位与夹具定位设计 (3)工件夹紧与夹紧机构设计 (4)夹具的其他装置设计,4 课程学习的目的: 1)了解机械制造装备的原理与组成; 2)理解切削机床的设计原理与方法; 3)理解机床夹具的设计原理与方法;,5 成绩 平时20,考试80,总计100。 6 几点希望: 1)希望同学们按时出勤,课堂认真听讲; 2)阅读教材,理解原理与方法。,第一章 绪论,第一节 加工装备与工艺装备概述 定义:机械制造行业中使用的各类装备统称为机械制造装备。包括:加工设备、
3、工艺设备、储运设备和辅助设备四大类。 1.1.1 加工设备 加工设备主要指机床(工作母机),包括:金属切削机床、特种加工机床和锻(冲)压机床三大类。 1、金属切削机床 作用:为刀具、工件提供实现工件表面成形需要的相对运动和加工动力。通过刀具、工件的相对运动从工件上去除多余材料,获得满足尺寸、形状精度与表面粗糙度要求的零件。 分类:机床种类和规格较多,为便于区别、应用和管理,可以,从不同角度进行分类: (1)按加工方法与刀具分类:根据国标机床型号编制方法,分为11大类:车床(C)、钻床(Z)、镗床(T)、磨床(M)、铣床(X)、刨(插)床(B)、拉床(L)、齿轮加工机床(Y)、螺纹加工机床(S)
4、、锯床(G)和其他机床(Q)。 (2)按应用范围分类:通用机床、专门化机床和专用机床。 通用机床:加工范围较宽、通用性强,适用于多种零件的不同加工工序,但结构相对复杂。如卧式车床和万能铣床等。 专门化机床:工艺范围较窄,专门用于加工某一类零件或几类零件的某一道(或几道)特定工序加工。如齿轮加工(铣、磨)机床、曲轴车(磨)床和凸轮轴车(磨)床等。 专用机床:工艺范围最窄,只能用于加工某一种零件的某一道特定工序,适用于大批量生产。如加工机床主轴箱的专用镗床和车床导轨的专用磨床等。,另外:同一类机床按工作精度可以分为普通精度机床、精密机床和高精度机床。按重量与尺寸可以分为仪表机床、中型机床、大型机床
5、(质量大于10吨)、重型机床(质量大于30吨)和超重型机床(质量大于100吨)。 2、特种加工机床 特种加工机床是指应用物理(电、光、声、热和磁)或化学方法进行加工作业的机床。按其加工原理可分为:电加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、水射流加工机床等。 电加工机床:直接利用电能对工件进行加工的机床,包括:电火花加工机床和电解加工机床。 电火花加工机床利用工具电极和工件电极之间瞬时火花放电产生的高温熔蚀工件材料进行材料加工。主要用于加工高硬导电金属材料,如淬火钢、硬质合金等。,电解加工机床利用金属在电解液中产生的电化学阳极溶解效应,将工件加工成型。主要用于型孔、型腔、复杂型面、深
6、孔和膛线等加工。 超声波加工机床:利用超声(16-25kHz)振动工具的冲击效应对工件进行加工的机床。通过工具前端冲击工作液中的悬浮磨粒对工件表面进行撞击与抛磨。超声波加工适用于特硬材料,如石英、陶瓷、玻璃、水晶等材料的孔加工、研磨和雕刻加工等。 高能束加工机床:主要包括:激光加工机床、电子束和离子束加工机床。 激光加工机床由激光器、光学系统和机电控制系统等组成,利用激光高能量密度产生的高温聚焦效应,使工件被照射区域在瞬时急剧熔化和蒸发以改变工件的形状。主要用于金刚,石拉丝模、钟表宝石轴承、发动机喷油嘴、航空发动机叶片小孔以及多种金属、非金属材料的切割加工等。 电子束加工机床利用真空条件下阴极
7、发射的电子流被高电位阳极吸引的原理进行加工作业,在电子束飞向阳极的过程中,经过聚焦、偏转和加速,最后以高速和细束状轰击被加工工件,在极短时间内将能量转化为热能,使被轰击部位熔化、气化并蒸发,完成工件的加工。主要用于穿孔、切割、蚀刻、焊接和熔炼加工等。 离子束加工机床加工原理在真空条件下,将离子源产生的离子束进行聚焦、偏转和加速,并高速和细束状轰击被加工工件,由微观的机械撞击实现加工。常用于穿孔、切割、蚀刻、抛光、清洗和蒸镀等加工。 水射流加工机床:利用高速细水柱或掺有磨料的细水柱对工,进行冲击加工的机床。可用于陶瓷、硬质合金、高速钢、模具纲、淬火纲和耐热材料的加工。 3、锻压机床 锻压机床是利
8、用金属塑性变形进行成型加工的机床,属于无屑或微屑加工设备。狭义上讲主要包括锻造和冲压机床,广义上讲还涵盖挤压机和轧制机等。 锻造设备:利用金属材料的塑性变形,使坯料在工具的冲击或静压下成为具有一定形状和尺寸的工件,使其性能和金相组织符合一定的技术要求。常用的锻造设备有:空气锤、液压机、曲柄压力机、蒸汽-空气锤和水压机等。 冲压设备:借助于模具对板料施加外力,迫使材料按模具形状、尺寸进行剪裁或变形,得到符合要求的金属板制品。常用的设备有:剪床和冲床,对应的工序包括:分离工序和变形工序两大类。,1.1.2 工艺装备 工艺装备是生产过程中所用的各种刀具、夹具、模具、量具和辅助工具等的总称。 1、刀具
9、 刀具:切削加工过程中,从工件上切除多余材料或切断材料的工具统称为刀具。刀具种类(功能):车刀、铣刀、刨刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、螺纹加工刀具、齿轮加工刀具和砂轮等。刀具种类(标准):标准刀具按国家或行业标准制造的刀具,由专业化的工具制造厂大批量生产,占刀具的主要部分。非标准刀具根据工件与具体的特殊加工要求专门设计制造的刀具。 2、夹具 在生产过程中用来对工件进行定位与夹紧的工艺装备统称为夹具。机械加工中在机床上应用的夹具称为机床夹具。根据,机床形式的不同可分为:车床夹具、铣床夹具、刨床夹具、镗床夹具、钻床夹具和磨床夹具等。另外,按照使用范围和使用特点还可以分为:通用夹具、专用夹具、组合夹具
10、和随行夹具等。 3、模具 模具:通过将材料填充至型腔内,用来获得所需形状和尺寸工件的工艺装备。种类包括:粉末冶金模具、塑料模具、压铸模具、冷冲模具和锻压模具等。 4、测量器具 测量器具:以直接或间接方法对被测对象的相关量进行检测的工具、仪器和仪表。种类:通用量具、专用量具和组合测量仪等。通用量具标准化、系列化和商品化的量具,如游标卡尺、千分尺、千分表、量块以及光学、电动量仪等。专用量具用于特定零件的特定尺寸而设计的量具,如极限量规、样,板等。组合测量仪可以同时对多个尺寸进行测量,有时还能进行计算、比较和显示。,第二节 储运装备与辅助装备概述 1.2.1 储运装备 物料储运装备包括物料输送装置、
11、机床上下料装置、各级仓储装置和立体仓库等。机器人可以作为加工装备(如焊接与装配作业),也可以作为仓储输送设备(如用于物料的搬运和机床的上下料作业)。 1、物料输送设备 物料输送坯料、半成品、成品在车间或工作中心之间的传输。输送装置包括:运输小车、步进输送装置和自动输送线等。在自动化生产线上配置的输送装置要求工作可靠、输送速度快、输送定位精度高、与自动线的工作拍节相协调。 2、仓储装置与立体仓库 仓储原材料、外购器材、半成品、成品、工具的存储过程。现代化的仓储系统要求有较高的机械化程度、采用计算机,控制与库存管理,可以减少劳动强度,提高工作效率,并合理控制库存。 自动化立体仓库现代化的仓储设备,
12、具有布置灵活、占地面积小、便于实现机械化和自动化,方面计算机控制与管理等优点。 1.2.2 辅助装备 辅助设备主要包括:清洗机、排屑装置与包装设备等。 清洗机清洗工件表面尘屑与油污的机械设备。在零件装配前均需要经过清洗,以保证装配质量与使用寿命。在自动装配过程中,采用分槽多步式清洗生产线,完成大批量工件的自动清洗。 排屑装置用于自动机床或生产线,从加工区域将切屑清除,输送到机外或线外的集屑器内。清除切屑的装置常用离心 力、压缩空气、电磁、真空、冷却液冲刷等方式实现相关功能。输屑装置主要有:平带式、螺旋式和刮板式等多种形式。,第二章 机械制造装备的设计方法,第一节 机械制造装备的设计类型 机械制
13、造装备设计设计人员根据市场需求所进行的构思、计算、试验、选择方案、确定尺寸、绘制图样及编制设计文件等一系列创造性活动的总和。机械制造装备设计类型:新产品开发设计、变型产品设计和模块化设计等三大类。 1、新产品设计 新产品开发设计:依据对市场需求的预测,从产品功能出发,用新的技术手段和技术原理,改造传统产品,开发具有高技术附加值和自主知识产权的新产品。 内容:包括市场调研、明确设计任务、进行产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计、以及产品试制和产品定型等。因此,新产品的开发设计一般需要较长的开发设计周期和较,大的研制工作量。 2、变型产品设计 为了快速满足市场需求,企业常常在“基型产品”的基础上
14、,通过改变或更换部分部件或结构,或改变部分尺寸与性能参数,形成变型产品,相应的设计方法称为变型设计。 ”基型产品“应该是工作可靠、技术成熟和性能先进的产品。同时,变型设计应该是在原有产品的基础上,按照一定规律演变出各种不同的规格参数、布局和附件的产品,扩大原有产品的功能,形成一个产品系列。 由于变型产品的基本工作原理和主要功能结构与原有产品相同,在设计和制造工艺技术方面已较为成熟。因此,变型产品的开发设计周期较短,工作量和难度较小,设计效率和质量均较高。 3、模块化设计,模块化设计是对功能相同或相近、而性能和规格不同的产品进行功能分析,从而划分并设计出一系列功能模块,通过模块的选择和组合构成不
15、同的产品,以满足市场需求的设计方法。 模块化设计优点:缩短产品的开发周期,快速响应市场的需求,有利于提高设计标准化程度,有利于实现产品维修、升级和再利用,便于工厂和产品的重组,相对延长产品的生命周期。此外,采用模块化设计还能够以大批量生产的成本实现多品种、小批量个性化生产。 第二节 机械制造装备的设计方法 机械制造装备的设计方法主要有:创新设计、系列化设计、模块化设计等设计方法。 2.2.1 创新设计 创新设计设计人员通过采用创造性思维及创新设计理,论、方法和手段设计出结构新颖、性能优良和安全可靠的新产品。创新设计一般包括以下几个阶段: 1、产品规划阶段 产品规划阶段主要包括:市场分析、调研、
16、需求预测、可行性分析和编制产品设计任务书等环节。 (1)市场分析 对当前的市场需求、用户状态、竞争对手以及环境进行分析和研究,为产品设计目标决策提供依据。 (2)调研 调研主要包括市场调研、技术调研和社会环境调研三部分内容。 市场调研包括:用户对产品功能、质量、使用、维修保养、外观、需求量和价格等要求;新、老产品交替的动向分析;同行产品营销情况与发展趋势;本企业产品的市场,占有率与差距;主要竞争对手在技术、经济方面的优势;主要原材料、配件、半成品的质量、品种、价格和供应情况。 技术调研包括:产品技术的现状与发展趋势;行业技术与专业技术的发展趋势;新型元器件、新材料、新工艺的应用与发展情况;竞争
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