机械制造装备设计重点总结_机械制造装备设计小结
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机械制造装备设计
第一章
第一节
机械制造装备及其在国民经济中的重要作用
缩短生产周期（T），提高产品质量（Q），降低生产成本（C），改善服务质量（S）传统模式（产业）
精益-敏捷-柔性（LAF）生产系统，是全面吸收精益生产、敏捷制造和柔性制造的精髓，包括了全面质量管理（TQC）、准时生产（Just in time，缩写JIT）、快速课重组制造和并行工程等现代生产和管理技术。这种模式的主要特征是：
⑴以用户的需求为中心；⑵制造的战略重点是时间和速度，并兼顾质量和品种；⑶以柔性、精益和敏捷作为竞争的优势；⑷技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作；⑸实现资源快速有效的集成是其中心任务，集成对象涉及技术、人、组织和管理等，应在企业之间、制造过程和作业等不同层次上分别实施相应的资源集成；⑹组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。
第二节 机械制造装备应具备的主要功能
一、机械制造装备应满足的一般功能包括：
加工精度方面的要求；
强度、刚度和抗振性方面的要求；
加工稳定性方面的要求；
耐用度方面的要求，提高耐用度的主要措施包括减少磨损、均匀磨损、磨损补偿等
技术经济方面的要求
二、柔性化含义：产品结构柔性化和功能柔性化
模块化设计
三、精密化：采用传统的措施，一味提高机械制造装备自身的精度已无法奏效，需采用误差补偿技术。误差补偿技术可以是机械式的，如为提高丝杠或分度蜗轮的精度采用的校正尺或校正凸轮等。
四、自动化
自动化有全自动（能自动完成工件的上料、加工和卸料的生产全过程）和半自动（人工完成上下料）之分。实现自动化的方法从初级到高级依次为：凸轮控制、程序控制、数字控制和适应控制等。
五、机电一体化（是指机械技术与微电子、传感检测、信息处理、自动控制和电力电子等技术，按系统工程和整体化的方法，有机地组成最佳技术系统。）
这个系统应该是功能强、质量好和故障率低、节能和节材、性价比高，具有足够的“结构柔性”“。
六、节材
七、符合工业工程要求
工业工程是对人、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和实施的一门学科。其目标是设计一个生产系统及其控制方法，在保证工人和最终用户健康和安全的条件下，以最低的成本生产出符合质量要求的产品。
产品设计符合要求是指：在产品开发阶段，充分考虑结构的工艺性，提高标准化、通用化程度，以便采用最佳的工艺方案，选择合理的质量标准，减少操作过程中工人的体力消耗；对市场和消费者进行调研，保证产品合理的质量标准，减少因质量标准定得过高造成不必要的超额工作量。（强度、刚度、抗振性）
八、符合绿色工程要求
企业必须纠正不惜牺牲环境和消耗资源来增加产出的错误做法，使经济发展更少地依赖地球上的有限资源，而更多地与地球的承载能力达到有机的协调。这就是所谓的绿色工程要求。
第三节
机械制造装备的分类
机械制造大致可划分为加工装备、工艺装备、仓储传送装备和辅助装备四大类。
一、加工装备
是指采用机械制造方法制作机器零件的机床。
（一）金属切削机床是采用切削工具或特种加工等方法，从工件上除去多余或预留的金属，以获得符合规定尺寸、几何形状、尺寸精度和表面质量要求的零件。
按机床的加工原理进行分类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨（插）床、拉床、特种加工机床、切断机床和其他机床等12类。(二)特种加工机床：
(三）锻压机床
利用金属的塑性变形特点进行成形加工，属无屑加工设备，主要包括锻造机、冲压机和轧制机四大类。
二、工艺装备：
产品制造时所用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具，总称工艺装备。它是保证产品制造质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段。
模具分类：1.粉末冶金模具2.塑料模具3.压铸模具4.冷冲模具5.锻压模具
夹具：安装在机床上用于定位和夹紧工件的工艺设备，以保证加工时的定位精度、被加工面之间的相对位置精度。利于工艺规程的贯彻和提高生产效率。
量具：是以固定形式复现量值的计量器具的总称。如千分尺、百分表、量块。
三、仓储传送设备
包括各级仓储、物料传送、机床上下料等设备。机器人可作为加工装备，如焊接机器人和涂装机器人等，也可属于仓储传送设备，用于物料传送和机床上下料。
四、辅助装备
包括清洗机和排屑等设备。
第四节 机械制造装备设计的类型
机械制造装备设计可分为创新设计、变型设计和模块化设计等三大类型。适应型设计和变参数型设计统称“变型设计”
第五节 机械制造装备设计的方法
机械制造装备设计典型步骤
（一）产品规划阶段：
1.需求分析:产品设计是为了满足市场的需求，而市场的需求往往是不具体的，有时是模糊的、潜在的，甚至是不可能实现的。需求分析的本身就是设计工作的一部分，是设计工作的开始，而且至始至终指导设计工作的进行。
2.调查研究：市场调研、技术调研和社会调研三部分：市场调研：技术调研：社会调研： 企业目标市场所处的社会环境，有关的经济技术政策；社会风俗习惯 3.预测
4.可行性分析
1）产品开发的必要性
2）同类产品国内外技术水平
3）从技术上预期产品开发能达到的技术水平
4）从设计、工艺和质量等方面需要解决的关键技术问题 5）投资费用及开发时间进度，经济效益和社会效益估计 6）现有条件下开发的可能性及准备采取的措施
5.编制设计任务书
经过可行性分析后，应确定待设计产品的设计要求和设计参数，编制“设计要求”
将科学原理具体运用于特定的技术目的，提炼、构思成所谓的技术原理，是设计中最关键、最富于创造性的一个环节。
4.初步设计方案的形成⑴系统结合法 所谓系统结合法是按功能结构的树状结构，根据逻辑关系把原理解结合起来。
⑵数学方法结合法 当子功能原理解的物理和几何特征可定量表达时，有可能借助电子计算机，采用数学方法进行初步设计方案的组合。
在方案设计阶段，如子功能的原理解还不够具体，定量表达原理解的特征有困难或不够精确时，采用数学方法形成初步设计方案是不可行的，甚至会导致错误的结果。在变型设计、模块化设计或电路设计中，由于是已知零部件、元器件的组合，各子功能的物理和几何特征可以精确地测量定量表达，采用数学方法。
确定结构原理方案的过程如下：
（1）确定结构原理方案的主要依据 根据初步设计方案，在充分理解原理的基础上，确定结构原理方案的主要依据，其中包括：决定尺寸的依据，如功率、流量和联系尺寸等。决定布局的依据：物流方向、运动方向和操作位置等。决定材料的依据，如抗腐蚀能力、耐用性、市场供应情况„„决定和限制结构设计的空间条件：距离、规定的轴的方向、装入的限制范围„„
确定结构原理方案的过程如下：
⑴确定结构原理方案的主要依据 根据初步设计方案，在充分理解原理解的基础上，确定结构原理方案的主要依据，其中包括：决定尺寸的依据，如功率、流量和联系尺寸等；决定布局的依据，如物流方向、运动方向和操作位置等；决定材料的依据，如抗腐蚀能力、耐用性、市场供应情况等等；和决定和限制结构设计的空间条件，如距离、规定的轴的方向、装入的限制范围等等。⑵确定结构原理方案 „„
4.编制技术文档
如果创新设计遵循系列化和模块化设计的原理，为产品的进一步变型和组合已做了必要的考虑，变型设计和模块化设计的有些步骤可以简化甚至省略。
二、系列化设计应遵循“产品系列化、零部件通用化、标准化”
原则，简称“叄化”原则。有时将“结构的典型化”作为第四条原则，即所谓的“四化”原则。
（二）系列化设计的优缺点： 优点：
1）可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。
2）减少产品品种意味着提高每个品种产品的生产批量，有助于降低生产成本，提高产品制造质量的稳定性。
3）产品有较高的结构相似性和零部件的通用性，因而可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成本。
4）零备件的种类少，系列中的产品结构类似，便于进行产品的维修，改善售后服务质量。
5）为开展变型设计提供技术基础。系列化设计的缺点是：为以减少品种规格的产品满足市场较大范围的需求，每个品种规格的产品都具有一定的通用性，满足一定范围的使用需求，每个品种规格的产品都具有一定的通用性，满足一定范围的使用需求，用户只能在系列型谱内有心啊的一些品种规格中选择所需的产品，选到的产品，一方面其性能参数和功能特性不一定最符合用户的要求，另方面有些功能还可能冗余。（和机械图谱相联系）
三、模块化设计
（一）模块化设计的基本概念：为了开发多种不同功能的结构，或相同功能结构而性能不同的产品，不必对每种产品单独进行设计，而是精心设计出一批模块，将这些模块经过不同的组合来构造具有不同功能结构和性能的多种产品。„„
（二）模块化设计的优缺点 采用模块化设计方法开发产品的优缺点类似系列化设计方法，在缩短新产品开发周期、提高产品质量、降低成本和加强市场竞争能力方面综合经济效果十分明显„„ 优点：
1）根据科学技术的发展，便于用新技术设计性能更好的模块，取代原有的模块，提高产品的性能，组合出功能更完善、性能更先进的组合产品，加快产品的更新换代。
2）采用模块化设计，只需要更换部分模块，或设计制造个别模块和专用部件，便可快速满足用户提出的特殊订货要求，大大缩短设计和供货周期。
3）模块化设计方法推动了整个企业技术、生产、管理和组织体制的改革。由于产品的大多数零部件由单件小批生产性质变为批量生产，有利于采用成组加工等先进工艺，有利于组织专业化生产，既提高质量又降低成本。
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4）模块系统中大部分部件由模块组成，设备如发生故障，只需要更换有关模块，维护修理更为方便，对生产影响少。
为了实现产品结构和产品开发过程的重组，企业必须采用CAD/CAM和MRP-Ⅱ技术，并实现两者之间的信息集成。
第六节 机械制造装备设计的评价
（六）经济评价Ej 通常理想成本CL应低于市场同类产品最低价的70%。经济评价Ej越大，代表经济效果越好。Ej=1的方案经济上最理想。如经济评价值小于0.7，说明方案的实际生产成本大于市场同类产品最低价，一般不予考虑。
二、可靠性评价
可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
可靠度：是指可靠性的量化指标，是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定任务的概率。（一般记为R）
（三）可靠性分配的原则
1）对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用的可靠性有把握达到较高水平的单元，可分配较高的可靠度。
2）对较简单的单元，组成单元的零部件数量少，装配容易保证质量或故障后期易于恢复的单元，可分配度较高的可靠度。
3）对重要的单元，该单元的失效将引起严重的后果，或该单元失效会导致全系统失效，应分配较高的可靠度。
4）对整个任务时间内需连续工作，或工作条件严酷的单元，应分配较低的可靠度。加工工艺性： 1.产品结构的合理组合产品结构的合理组合：一个产品是由部件、组件和零件组成。组成产品的零部件越少，结构越简单，质量也可减小，但可能导致零件的形状复杂，加工工艺性差。
2.零件的加工工艺：零件的结构形状、材料、尺寸、表面质量、公差和配合等确定了其加工工艺性。
产品设计的标准化
产品设计的标准化对提高设计水平，保证设计质量，简化设计程序，节约设计费用将产生显著效果。设计文件的标准化审查
包括图样和技术文件成套性检查；„„P53
第二章 金属切削机床设计
第一节 概述
一、机床设计应满足的基本要求 1.工艺范围
是指机床适应不同生产要求的能力，也可称之为机床的加工功能。一般包括可加工的工件类型、加工方法、加工表面形状、材料、工件和加工尺寸的范围、毛坯类型„„
机床的工艺范围主要取决于其使用什么生产模式。
一般包括可加工的工件类型、加工方法、加工表面形状、材料、工件和加工尺寸范围、毛坯类型„„ 机床的工艺范围主要取决于其使用什么生产模式。
工艺范围直接影响到机床结构的复杂程度、设计制造成本、加工效率和自动化程度。（影响因素）生产模式：单件大批量、大量、批量。
柔性：机床的柔性是指其适应加工对象变化的能力。包括空间上的柔性和时间上的柔性。所谓空间柔性是指一台机床的工艺范围相当于多台机床的工艺范围,即机床的运动功能和刀具的数目较多，工艺范围较广，机床能够在同一时期内完成多品种加工的能力。所谓时间上的柔性也就是结构柔性，指的是在不同时期，机床各个部件经过重新组合，即通过机床重构，改变其功能，形成新的加工功能，以适应产品更新变化快的要求。
3.与物流系统的可接近性（acceibility）
可接近性是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑等）流动的方便程度。
4.刚度：加工过程中，在切削力的作用下，抵抗刀具相对于工件在影响加工精度方向变形的能力。刚度包括：静态刚度、动态刚度、热态刚度。机床的刚度直接影响机床的加工精度和生产率，因此机床应有足够的刚度。
5.精度 分为机床本身的精度，即空载条件下的精度（几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等）和工作精度。
7.生产率：通常是指单位时间内机床所加工的合格工件数量。
第二节 金属切削机床设计的基本理论 工件表面的形成方法 1.几何表面的形成原理 2.发生线的形成：
方法：⑴轨迹法（描述法）
⑵成形法（仿形法）
⑶相切法（旋切法）⑷展成法（创成法）3.加工表面的形成方法
母线形成方法和导线形成方法的组合（三）运动分类
1.按运动的功能分类
⑴成形运动①主运动
②形状创成运动
当形状创成运动中不包含主运动时，“形状创成运动与进给运动”与“进给运动”两个词等价；当创成运动中包含主运动时，“形状创成运动”与“成形运动”两个词等价。
1.按运动的功能分类
⑴独立运动：与其他运动之间无严格的运动关系
⑵复合运动：与其他运动之间有严格的运动关系
4.机床传动原理图
机床的运动功能图只表示运动的个数、形式、功能及排列顺序，不表示运动之间的传动关系。
a）合成机构
b）传动比可变的变速传动
c）传动比不变的传动
d）车床传动原理图 e）滚动机传动原理图
二、精度
包括几何精度、传动精度、运动精度、定位和重复定位精度、工作精度和精度保持性等。
几何精度：机床在空载条件下，在不运动（机床主轴不转或工作台不移动及转动等情况下）或运动速度较低时各主要部件的形状、相互位置和相对运动的精确程度。
⑴运动精度 是指机床空载并以工作速度运动时，执行部件的几何位置精度。
⑵工作精度 加工（标准）规定的试件，用试件的加工精度表示机床的工作精度。
三、刚度：
四、抗振性：机床的抗振能力是指机床在交变在和作用下，抵抗变形的能力。包括：抵抗受迫振动的能力和抵抗自激振动的能力。习惯上称之为：抗振性，后者常称为：切削稳定性。(平稳)
1.受迫振动
2.自激振动
3.影响机床振动的主要原因有：机床的刚度。机床的阻尼特性。机床系统固有频率。
五、热变形
机床在工作时受到内部热源（）和外部热源（）的影响（环境温度、周围热源辐射„„）的影响，使机床的温度高于环境温度，称之为温升。热变形对加工精度的影响。
六、噪声
机床噪声源：4个
机械噪声、液压噪声、电磁噪声、空气动力噪声
七、低速运动平稳性
低速运动时产生的运动不平稳称为爬行。是因为摩擦产生的自己振动现象。
机床主要参数设计：包括机床的主参数和基本参数，基本参数可包括尺寸参数、运动参数和动力参数。
相对转速损失率。Amaxnj1njnj11njnj1(11)100%
标准公比的规定：（1）1，因为机床要满足不同工艺需求，需要一系列等比数列转速，所以转速从n1到nmaxA依次递增。（2）12，因为大，则max大，对机床生产率影响大，所以规定Amax50%Amax11，即12Amax2 越小，Rn
标准公比的确定原则：已知越小，也越小，如要达到一定的Rn，需增加变速组数目，既增加传动副个数，则结构复杂。中型机床取=1.26、1.41，转速损失不大，结构又不过于复杂。
重型机床取=1.26、1.12、1.06，因加工时间长，如果小，转速损失率专用机床和自动机取Amax就小，机床工作效率高。
=1.12、1.26，因生产效率高，转速损失影响较大；又不常变速，用交换齿轮变速，不会使结构复杂。非自动化小型机床构简单，=1.58、1.78、2，因切削时间小于辅助时间，Amax对工作效率影响小，为使机床结取大值。
主传动系分类和传动方式：
（一）主传动系分类
（二）主传动系的传动方式
传动轴格线间转速点的连接线称为传动线，表示两轴间一对传动副的传动比u，用主动齿轮与从动齿轮的齿数比或主动带轮与从动带轮的轮径比表示。
变速组的级比是指主动轴上同一点传往从动轴相邻两传动线的比值，用 φXi 表示。级比φXi中的指数Xi值称为级比指数，它相当于由上述相邻两传动线的比值，用##表示。级比指数中的指数Xi值称为级比指数，它相当于由上述相邻两传动线与从动轴交点之间相距的格数。
（三）主变速传动系设计的一般原则
1.传动副前多后少原则
2.传动顺序与扩大顺序相一致的原则
3.变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转速。
（四）主变速传动系的几种特殊设计
1.具有多速电动机的主变速传动系设计
2.具有交换齿轮的变速传动系
优缺点：
（齿轮齿数的确定）一般在主传动中，取最小齿轮数Zmin≥18~22.（五）结构式 将转速级数按传动顺序写成各变速组传动副数的乘积，级比指数写在各传动副数右下角的数学式。如 机构式：
12312326
此结构式中第一变速组为基本组，第二变速组是为第一扩大组，第三变速组为第二扩大组。
1、极限传动比、极限变速范围原则
imin14。为减小振动，提高传动精度，为防止传动比过小造成从动轮过大，增加变速箱的尺寸，需限制需限制直齿轮的imax2，螺旋圆柱齿轮的imax2.5。
直齿轮变速组的极限变速范围r248
螺旋圆柱齿轮变速组的极限变速范围r2.5410
由于变速组的变速范围r随着j越大，变速范围越大，因此设计时只需检查最后扩大组是否超过极限值。
扩大变速范围的意义: 根据传动系统前多后少的传动顺序原则，最后扩大组一定是双速变速组。
一、增加变速组
二、背轮机构
三、双公比传动系统
四、分支传动
（七）计算转速：指主轴或传动件传递全部功率的最低转速。
机床的功率转矩特性：
1、主运动为直线运动的机床
主传动属于恒转矩传动 最大切削力存在于一切可能的切削速度中；驱动直线运动的传动件，忽略摩擦力因素时，在所有转速不承受的最大转矩相等。
2、主运动为旋转运动的机床
主传动属于恒功率传动 传动件传递的转矩与切削力、工件和刀具的半径有关。①粗加工时采用大吃刀深度、大走刀量，即较大的切削力矩，较低转速；精加工是则相反。②工件或刀具尺寸小时，切削力矩小，主轴转速高；工件或刀具尺寸大则相反。
无级变速装置的分类：变速电动机、机械无级变速装置和液压无级变速装置。
无级变速装置作为传动系中的基本组，而分级变速作为扩大组，其公比##理论上应等于无级变速装置的变速范围Rd。
进给传动系设计应满足的基本要求：
具有足够的静刚度和动刚度。
具有良好的快速响应性，做低速进给运动或微量进给时不爬行。
抗振性好，不会因摩擦自振而引起传动件„„
机械进给传动设计系的设计特点：1.进给传动是恒转矩传动
2.进给传动系中各传动件的计算转速是最高转速
在支撑件设计中，支撑件应满足哪些基本要求？
1）应具有足够的刚度和较高的刚度-质量比；
2）应具有较好的动态特性，包括较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼；整机的低价频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会因薄壁振动而产生噪声；
3）热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小； 4）排屑畅通、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。
根据什么原则选择支承件的截面形状，如何布置支承件上的肋板和肋条？ 答：支承件结构的合理设计是应在最小质量条件下，具有最大静刚度。具体为：
1）无论是方形、圆形或矩形，空心截面的刚度都比实心的大，且同样的断面形状和相同大小的面积，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弯刚度和抗扭刚度都高； 2）圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低； 3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度。导轨设计中应满足哪些要求？
应满足以下要求：精度高，承载能力大，刚度好，摩擦阻力小，运动平稳，精度保持性好，寿命长，结构简单，工艺性好，便于加工、装配、调整和维修，成本低等。
14、镶条和压板有什么作用？
答：镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨侧向间隙。压板用来调整辅助导轨面的间隙和承受颠覆力矩。
15、导轨的卸荷方式有哪些？各有什么特点？
答：导轨的卸荷方式有机械卸荷、液压卸荷和气压卸荷。
16、提高导轨耐磨性有那些措施？
答：合理选择导轨的材料和热处理；导轨的预紧；导轨的良好润滑和可靠防护；争取无磨损、少磨损、均匀磨损，磨损后应能补偿磨损量。
17、主轴部件应满足哪些基本要求？
1)旋转精度2)刚度3)抗振性4)温升和热变形5)精度保持性
18、主轴轴向定位方式有哪几种？各有什么特点？适用哪些场合？ 答：有一端固定和两端固定两种。
采用单列向心球轴承时，可以一端固定也可以两端固定 采用圆锥滚子轴承时，则必须两端固定。
一端固定的优点是轴受热后可以向另一端自由伸长，不会产生热应力，因此，宜用于长轴。
19、试述主轴静压滑动轴承的工作原理。答：（1）当有外载荷F向下作用时，轴径失去平衡，沿载荷方向偏移一个微小位移e。油腔3间隙减小，即p3h3h间隙液阻增大，流量减小，节流器
T3的压力降减少，因供油压力
ps是定值，故油腔压力随着增大；（2）同理，上油腔1间隙增大，即h1he
间隙液阻减小，流量增大，节流器T3的压力降增大，油腔压力p1随着减小；（3）两者的压力差pp3p1，将主轴推回中心以平衡外载荷F。
20、试述进给传动与主传动相比较，有哪些不同的特点？
1）进给传动与主传动不同是恒转矩传动，而主转动是恒功率传动
2）进给传动系传动转速图的设计刚巧与主传动系相反，其转速图是前疏后密结构 3）进给传动系中各传动件的计算转速是最高转速。4）进给传动的变速范围RN≤14。
第九节
机床刀架和自动换刀装置设计
一、刀库和换刀机械组成1、刀库组成加工中心上刀库类型有：鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线刀库等。
2、换刀机械
换刀机械手分为单臂单手式、单臂双手式和双手式机械手。
第四章
工业机器人设计
第一节
概述
一、工业机器人的定义和工作原理
（一）机器人的定义
工业机器人是一种自动化生产设备。可以广义的把机器人理解为模仿人的机器。
我国国家标准将工业机器人定义为：是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或夹持工具，用以完成各种作业。
（二）工业机器人的基本工作原理 工业机器人是一种生产装备，其基本功能是提供作业所须得运动和动力，其基本原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求。
（三）工业机器人与机床的不同之处有：机床是按直角坐标形式运动为主，而机器人是按关节形式运动为主；机床对刚度、精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对较低。
二、工业机器人的构成及分类
（一）工业机器人的构成1）操作机
是机器人的机械本体，也称为主机。
2）驱动单元
由驱动装置、减速器和内部检测元件等组成，为操作机各运动部件提供动力和运动。3）控制装置
由检测和控制两部分组成，用来控制驱动单元，检测器预备队参数并进行反馈。
（二）工业机器人的分类
1）关节型机器人
所谓关节就是运动副，由于关节型机器人的动作呢类似人的关节动作，故将其运动副成关节。
2）球坐标型机器人 3）圆柱坐标型机器人 4）直角坐标型机器人
三、工业机器人运动功能图形符号
四、工业机器人的主要特性表示方法
（一）机械结构类型
机器人的机械结构类型特征，用它的结构坐标形式和自由度数表示。
（二）工作空间 工作空间指工业机器人正常运行时，手腕参考点能在空间活动的最大范围，用它来衡量机器人工作范围能力的大小。机床的工作空间一般为长方体或圆柱体空间；而机器人的工作空间形状复杂。
五、工业机器人的设计方法
1、基本技术参数的选择 1）用途，如搬运等。
2）额定负载。即指在机器人规定的性能范围内，机械借口出所能负载的允许值。
3）按作业要求确定工作空间，同时考虑作业对象对机器人末端执行器的位置和姿态要求。4）额定速度
指工业机器人在额定负载、匀速运动过程中，机械接口中心的最大速度。5）驱动方式的选择
6）性能指标
按作业要求确定。一般指位姿准确度及位姿重复性、轨迹准确度及轨迹重复性、最小定位时间及分辨率等。
第二节
工业机器人运动功能设计
一、工业机器人的位姿描述
工业机器人的位姿是指其末端执行器在制定坐标系中的位置和姿态。
（一）作业功能姿态描述法
所谓用作业动作功能要求来描述机器人位姿，就是直接用末端执行器和机座之间的齐次坐标变换来描述。
（二）机器人运动功能姿态描述法
二、工业机器人的轨迹解析
由机器人的末端执行器的位姿求关节运动量，称为机器人的逆运动学解析。第三节 工业机器人传动系统设计
四，工业机器人的传动系统设计
（一）谐波齿轮减速装置
（二）1。工作原理：谐波齿轮传动装置是由三个基本构件组成的，即具有内齿的刚轮G，具有外齿容易
变形的，薄壁圆筒状柔轮R和波发生器H，如图4-16所示。2。传动比计算
1）波发生器主动，刚轮固定，柔轮从动时，波发生器与柔轮的减速传动比为： 2）波发生器主动，柔轮固定，刚轮从动时，波发生器和刚轮的减速传动比为： 3.谐波减速器在机器人中的应用
由于谐波减速传动装置具有传动比大（一级谐波齿轮减速比可以在50~500之间，采用多级或复波式传动时，传动比更大），承载能力强，传动精度高，传动平稳，效率高（一般可达0.7~0.9），体积小，质量小等优点，已广泛用于工业机器人中。
第四节
工业机器人机械结构系统由机座，手臂，手腕，末端执行器和移动装置组成。
工业机器人的手臂由动力关节和连接杆件构成，用以支承和调整手腕和末端执行器的位置。
（一）设计要求
1，手臂结构设计要求
1）手臂的结构和尺寸应满足机器人完成作业任务提出的工作空间要求。工作空间的形状和大小与手臂的长度，手臂关节的转角范围密切相关（关于工作空间问题已在本章第二节中讨论了）
2）根据手臂所受载荷结构的特点，合理选择手臂截面形状和高强度轻质材料。如常采用空心的薄壁矩形框体或圆筒，以提高其抗弯刚度和抗扭刚度，减小自身的质量。空心结构内部可以方便地安置机器人的驱动系统。
3）尽量减小手臂质量和相对其关节回转轴的转动惯量和偏重力矩，以减小驱动装置的负荷，减少运转的动力载荷与冲击，提高手臂运动的响应速度。
4）要设法减小机械间隙引起的运动误差，提高运动的精确性和运动刚度。采用缓冲和限位装置提高定位精度 2，机座结构要求
1）要有足够大的安装基面，以保证机器人工作时的稳定性
2）机座承受机器人全部重力和工作载荷，应保证足够的强度，刚度和承受能力
3）机座轴系及传动链的精度和刚度对末端执行器的运动影响最大，因此机座与手臂的连接要有可靠的定位基准面，要有调整轴承间隙和传动间隙的调整机构 二，工业机器人的手腕
手腕是连接手臂和末端执行器的部件，其功能是在手臂和机座实现了末端执行器在作业空间的三个位置坐标（自由度）的基础上，再由手腕来实现末端执行器在作业空间的三个姿态（方位）坐标，即实现三个旋转自由度。
（一）设计要求
对工业机器人手腕设计的要求有：
1）由于手腕处于手臂末端，为减轻手臂的载荷，应力求手腕部件的结构紧凑，减小其质量和体积。为此腕部机构的驱动装置多采用分离传动，将驱动器安装在手臂的后端。
2）手腕部件的自由度愈多，各关节角的运动范围愈大，其动作的灵活性愈高，会使手腕结构复杂，运动控制加度加大。因此，设计时，不应盲目增加手腕的自由度数。通用目的机器手手腕多配置三个自由度，某些动作简单的专用工业机器人的手腕，根据作业实际需要，可减少其自由度数，甚至可以不设置手腕，以简化结构。
3）为提高手腕动作的精确性。应提高传动的刚度，应尽量减少机械传动系统中由于间隙产生的反转回差。如齿轮传动中的齿侧间隙，丝杠螺母中的传动间隙，联轴器的扭转间隙等。对分离传动采用链，同步齿带传动或传动轴。
4）对手腕回转各关节轴上要设置限位开关和机械档块，以防止关节超限造成事故 第五节 工业机器人的控制
位置控制是机器人最基本的控制任务
一，工业机器人控制系统的构成工业机器人控制系统的构成形式取决于机器人所要执行的任务及描述任务的层次
第五章 机床夹具设计
第一节 机床夹具的功能和应满足的要求
一、机床夹具的功能
（1）保证加工精度
工件通过机床夹具进行安装，包括两层含义：一是工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位;二是通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保证不变，称为夹紧。（2）提高生产率
使用夹具来安装工件，可减少划线、找正、对刀等辅助时间，采用多件、多工位夹具，以及气动、液压动力夹紧装置，可以进一步减少辅助时间，提高生产率。
（3）扩大机床的使用范围
有些机床夹具实质上是对机床进行了部分改造，扩大了原有机床的功能和使用范围。
（4）减轻工人的劳动强度，保证生产安全
二、机床夹具应满足的要求
（1）保证加工的精度
这是必须做到的基本要求。其关键是正确的定位、夹紧和导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验证。
（2）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应
（3）安全、方便、减轻劳动强度
机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加保护装置。（4）排泄顺畅
机床夹具中积集切削会影响到工件的定位精度，切屑的热量使工件和夹具产生热变形，影响加工精度。
（5）机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性
第二节 机床夹具的类型和组成
一、机床夹具的类型（1）、通用夹具
（2）、专用夹具
因为它是用于某一特定工序的夹具，称为专用夹具。
（3）可调整夹具和成组夹具
这一类夹具的特点是具有一定的可调性，或称“柔性”。
（4）组合夹具
它是由一系列的标准化元件组装而成，标准元件有不同的形状，尺寸和功能，其配合部分有良好的互换性和耐磨性。（5）随行夹具
二、机床夹具的基本组成（1）定位元件及定位装置
用于确定工件正确位置的元件或装置。
（2）夹紧元件及夹紧装置
用于固定工件已获得的正确位置的元件或装置。（3）导向及对刀元件
用于确定工件与刀具相互位置的元件。（4）动力装置
(5)夹具体
用于各种元件、装置联接在一体，并通过它将整个夹具安装在机床上。
(6)其他元件及装置
第三节 机床夹具定位机构的设计
一、工件定位
（一）六点定位原理
一个物体在三维空间中可能具有的运动，称之为自由度。
（二）完全定位和不完全定位
根据工件加工表面的位置要求，有时需要将工件的六个自由度全部限制，称之为完全定位。有时需要限制的自由度少于六个，称之为不完全约束。
（三）定位的正常情况与非正常情况
根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制，就称为定位的正常情况，它可以是完全定位，也可以是不完全定位。
根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度没有完全被限制，或某自由度被两个或两个以上的约束重复限制，称之为非正常情况。
二、典型的定位方式、定位元件及装置
（一）平面定位
对于箱体、床身、机座、支架类零件的加工，最常用的定位方式是以平面为基准。
1、支承钉和支承板
也称为固定支撑。
2、可调支承和自位支承
3、辅助支承
主要作用是用于增加工件的刚度，减小切削变形。
（二）孔定位
1、心轴定位
广泛用于车床、磨床、齿轮机床等机床上，常见的心轴有以下几种：（1）锥度心轴（2）刚性心轴
2、定位销
（三）外圆定位（1）定心定位（2）V型块定位
（四）定位表面的组合三、定位误差的分析与计算
（一）定位误差
（1）、工件在夹具中的定位、夹紧误差。（2）、夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴（或刀具）或运动的位置误差，也称对定误差（3）、加工过程中的误差，如机床几何精度，工艺系统的受力、受热变形、切削振动等原因引起的误差。
（二）、产生定位误差的原因
1、基准不重合带来的定位误差
（1）平面定位情形
（2）v型块定位
2、间隙引起的定位误差
3、与夹具有关的因素产生的定位误差
1）、定位基准面与定位元件表面的形状误差
2）、导向元件、对刀元件与定位元件的位置误差，以及其形状误差导致产生的导向误差和对刀误差 3）、夹具在机床上的安装误差，即对定位误差导致工件相对刀具主轴后运动方向产生的位置误差。
4）夹紧力使工件或夹具变形，产生位置误差
5）定位元件与定位元件间的位置误差，以及定位元件、刀具元件、导向元件、定向元件等元件的磨损。
第四节 机床夹具夹紧机构的设计
一、夹紧机构设计应满足的要求
1、夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。
2、工件和夹具的变形必须在允许的范围内。
3、夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。
4、夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。
5、夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。
二、夹紧力的确定
（一）、加紧方向的确定
1、夹紧力的方向应有利工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。
2、夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。
3、夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。
（二）夹紧力作用点的选择
（三）夹紧力大小的确定
三、常用夹紧机构
（一）、斜楔夹紧机构
（二）、螺旋夹紧机构
（三）、偏心夹紧机构
四、其他夹紧机构
（一）铰链夹紧机构
特点是动作迅速、增力比大，易于改变力的作用方向。缺点是自锁性能差，一般常用于气动、液压夹紧。
（二）定心夹紧机构
一般按照一下两种原理设计：
1)定位—夹紧元件按等速位移原理来均分工件定位面的尺寸误差，实现定心或对中。
2）定位—夹紧元件按均匀弹性变形原理来实现定心夹紧。
(三)、联动夹紧机构
五、夹紧机构的动力装置
（一）、气动夹紧装置
（二）、液压夹紧装置
（三）、气—液联合夹紧装置
（四）、其它动力装置
1、真空夹紧
2、电磁夹紧
3、其它方式夹紧
第五节
机床夹具的其它装置
一、孔加工刀具的导向装置
刀具的导向是为了保证孔的位置精度，增加钻头和镗杆的支承以提高其刚度，减小刀具的变形，确保孔加工的位置精度。
（一）、钻孔的导向装置
钻床夹具中钻头的导向采用钻套，钻套有固定钻套、可换钻套、快换钻套和特殊钻套四种。
（二）、镗孔的导向一、二、对刀装置
第七章
机械加工生产线总体设计
第一节
概述
一、机械加工生产线定义及其基本组成在机械产品生产过程中，为保证产品质量、提高生产率和降低成本，往往把加工装备
按弓箭的加工工艺顺序依次排列，并用一些传送装备与辅助装备将它们连接成一个整体，被加工工件按其工艺规程顺序地经过各台加工装备，完成工件全部加工过程。这类生产作业线称之为机械加工生产线。
机械加工生产线由加工装备、工艺装备、传送装备、辅助装备和控制系统装备。
二、机械加工生产线的类型及特点
（一）单一产品固定节拍生产线
特点：
1）生产线由自动化程度较高的高效专用的加工装备、工艺装备、传送装备和辅助装备组成，制造单一品种的产品，生产效率高，产品质量稳定。
2）生产线所有装备的工作节拍等于或成倍于生产线的生产节拍。
3）生产线的制造装备按产品的工艺流程布局，工件沿固定路线，采用自动化的物流传送装备，严格按生产线的生产节拍，强制地从一台装备传送到下一台装备接受加工、检验、转位或清洗等，以减短工件在工序间的搬运路线，节省辅助时间。
4）由于工件的传送和加工严格地按生产节拍运行，工序间不必储存供周转用的半成品，因此在制品数量少。
（二）单一产品非固定节拍生产线 特点：
1）生产线由生产率较高、具有不同自动化程度的专用制造装备组成，在一些次要的工序也可采用一般的通用装备。
2）生产线的制造装备按产品工艺流程布局，工件沿固定的路线流动，以所短工件在工序间的搬运路线，节省辅助时间。
3）生产线上各准备的工作周期，是其完成各自工序需要的实际时间，是不一样的。工作周期最长的装备将一刻不停地工作，而工作周期较短的准备会经常停工待料。
4）由于各装备的工作节拍不一样，在相邻装备之间，或相隔若干个装备之间需设置储料装置，将生产线分成若干工段。5）生产线各准备间工件的传输没有固定的节拍，工件在工序间的不断传送通常不是直接从加工装备到加工装备，而是从加工装备到半成品暂存地，或从半成品暂存地到下一个加工装备。
（三）成组产品可调整生产线 特点：
1）生产线由按成组技术设计制造的可调整的专用制造装备组成，用于结构和工艺相似的成组产品，具有一定的生产效率和自动化程度。
2）生产线的制造装备按成组工艺流程布局，各产品沿大致相同的路线流动，以缩短工件在工序间的搬运路线，节省辅助时间。3）与第二类生产线一样，生产线上各装备的工作节拍是不一样的，装备或工段间需设置储料装置，以传送装备的自动化程度通常不是很高。
（四）柔性制造生产线
这里的“柔性”，是指适应各种生产条件变化的能力。
特点：
1）由高度自动化的多功能柔性加工装备、物料传送装备及计算机控制系统组成，主要用于中小批量生产各种结构形状复杂、精度要求高、加工工艺不同的同类工件。
2）组成柔性制造生产线的加工装备数量不多，但在每台加工装备上，通过工作台转位、自动更换的刀具、高度地集中工序、完成工件上多个方位、多种加工面、多种的加工，以减少工件的定位安装次数，减少安装定位误差，简化生产线内工件的运送系统。
3）生产线进行混流加工，即不同种类的工件同时上线，各装备的生产任务是多变的，由生产线的作业计划调度系统根据每台装备的工艺可能性随时分配生产任务。4）每种工件，甚至同一工件在生产线内流动的路线是不确定的。5）由于生产线没有统一的节拍，工序间应有在制品的储存。
6）物料传送装备有较大的柔性，可根据需要在任一台装备和储存场点之间进行物料的传送。第二节
生产线工艺方案设计
三、实现生产节拍的平衡的措施 1）采用新的工艺方法，提高工序节拍。
2）增加顺序加工工位。采用工序分散的方法，将限制性工序分解为几个工步，摊在几个工位完成。3）实行多件并行加工，以提高单件的工序节拍。第三节
生产线专用机床的总体设计
一、生产线所采用的工艺装备类型 1）通用的自动机床和半自动机床。2）经自动化改造的通用机床。3）专用机床。
二、被加工零件工序图
（一）被加工零件工序图的功用
被加工零件工序图是根据选定的工方案，表示在一台专用机床或一条生产线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度和表面粗糙度，技术要求，加工用定位基准、加紧部位、以及被加工零件的材料、硬度、质量和在本机床加工前的毛坯图样等。它是在原有零件图样的基础上，以突出本机床或生产线的加工内容，加上文字说明绘制的。它是专用机床设计的主要依据，也是制造及使用时检验和调整机床的重要技术文件。
（二）被加工零件工序图表示的内容有：
1)本机床加工前被加工零件是毛坯，需标明毛坯种类、精度和加工余量等；如是已经加工的半成品，应标明已加工面的部位、尺寸和已达到的技术要求。
2)加工用的定位基准、辅助支撑和夹紧部位及方向，以及它们与主要加工部位之间的尺寸精度，以便依次进行夹具的设计。
3)零件的加工部位、尺寸和精度、表面粗糙度、位置尺寸和技术要求。4)被加工零件的名称及编号、材料、硬度、质量等。
三、加工示意图
（一）加工示意图的作用
加工示意图是根据生产线要求和工序图要求而拟定的机床工艺方案，表达了被加工零件在机床上的加工过程和加工方法，是工件、刀具、夹具和机床各部件间的相对位置关系图，是刀具、辅具、夹具、电气、液压、主轴箱等部件设计的重要依据，是机床布局和机床性能是原始要求，是机床试车前对刀和调整的技术资料。
（二）被加工零件工序图的绘制方法
1)按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图。工件的非加工部位用实线画，加工部位则用粗实线画。工件在途中只允许画出加工部位。多孔同时加工时相邻距离很近的孔须严格按比例绘制，以便检查相邻轴承、主轴、导向套、刀具、辅具是否干涉。
2)根据工件加工要求及选定的加工方法确定刀具、导向套或托架的形式、位置及尺寸，选择主轴和刀杆。多孔同时加工时，找出其中最深的孔，从其加工中了位置开始，依次画出刀具刀具、导向套或托架示意图、刀杆和主轴，确定各部分轴向联系尺寸，最后确定主轴箱断面的位置。以确定的主轴箱端面的位置，画出其余各轴时，先确定刀具和主轴的尺寸，最后确定刀杆的长度尺寸。第五节 柔性制造系统
（一）FMS的组成FMS由下述三个子系统组成：
（1）加工子系统
包括加工装备、辅助装备和工艺装备。
（2）物流子系统
包括物料储存、传送和搬运。这里的物料指工件和刀具。典型的物流：
1）工件流
2）刀具流
（3）控制子系统
主要包括过程控制和过程控制两方面的内容。前者用于控制与协调FMS内各装置的活动，和物料储存、传送和搬运工作，后者用于故障的检测和处理。
（二）柔性制造系统的类型
柔性制造装置是以一台加工中心为主的系统。
