机械制造装备设计机械制造装备设计 林利红林利红 副教授副教授重重 庆庆 大大 学学 第一章 绪论第一节概述 （机械制造装备及其在国民经济中的重要作用）一、本课程的学习内容、目的及要求 本课程学习内容本课程学习内容 ：绪论绪论 ；机械制造装备设计方法机械制造装备设计方法 ；金属切削机床设计金属切削机床设计 ；机床夹具设计机床夹具设计 。1.1.本本课程要求（教学目的）程要求（教学目的） 机械制造装备设计是机械专业的一门专业课，机械制造装备设计是机械专业的一门专业课，通过本课程的教学，使学生明白机械制造装备的通过本课程的教学，使学生明白机械制造装备的重要性，了解机械制造装备的技术现状和发展趋重要性，了解机械制造装备的技术现状和发展趋势；对机械制造装备的构成和应满足的要求有一势；对机械制造装备的构成和应满足的要求有一个较全面的认识；掌握主要机械制造装备的现代个较全面的认识；掌握主要机械制造装备的现代设计原理和方法；通过本课程的学习，具备一定设计原理和方法；通过本课程的学习，具备一定的机械制造装备的总体设计和结构设计能力。的机械制造装备的总体设计和结构设计能力。 2.2.内容及要求内容及要求 （1）掌掌握握机机械械制制造造装装备备设设计计的的一一般般方方法法，具具备备一一定定的方案设计分析比较能力。的方案设计分析比较能力。（2）熟熟悉悉机机械械制制造造装装备备典典型型机机构构工工作作原原理理，掌掌握握运运动分析、受力分析和结构分析的方法。动分析、受力分析和结构分析的方法。（3）熟熟悉悉典典型型部部件件和和机机构构的的传传动动设设计计，结结构构设设计计方方法法（主主传传动动设设计计，主主轴轴部部件件，进进给给驱驱动动，支支承承件件，夹具）。夹具）。（4 4）推广到其它机械设计的能力。）推广到其它机械设计的能力。 二.机械制造装备工业的作用和发展1.制造业的概述 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争。 而机械制造业是制造业的核心，是制造如农业机械、动力机械、运输机械和矿山机械等机械产品的工业部门，也是为国民经济部门提供机械装备的部门。机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度。2.2.知知识经济的概述的概述 当今世界已经进入知识经济时代，当今世界已经进入知识经济时代，知识经济时代与以往经济形态的不知识经济时代与以往经济形态的不同主要在于对知识，特别是对知识同主要在于对知识，特别是对知识的创新与利用的直接依赖。的创新与利用的直接依赖。 21世纪是知识经济的时代，知识经济是在充分知识化的社会中发展的经济，是以知识决策为导向的经济。它以高科技产业为第一产业支柱，以智力资源为首要依托，是可持续发展的经济。知识经济的价值体现在智智力力和和知知识识的的占占有有。因此，人类已进入科学技术是第一生产力的依托，它将引导社会价值取向的新变革，知识经济时代的到来将使“尊尊重重知知识识，尊尊重重人人才才”成为现实。科技和经济的大发展，人才是最关键、最根本的因素。因此现在提高制造生产能力的决定因素不是劳动力和资本的密集累积，而是各项高新技术的迅速发展，高新技术高新技术促进制造技术的蓬勃发展，改变了企业的产品结构、生产方式、生产工艺和装备以及生产组织结构。3.机械制造装备的发展阶段 (1) (1) 以通用制造设备为基础的初期阶段以通用制造设备为基础的初期阶段 时时间间：2020年年代代开开始始（制制造造业业开开始始起起家家）到二次世界大战。到二次世界大战。 特点：不计成本大力发展军火，使制造特点：不计成本大力发展军火，使制造业取得飞速的发展。业取得飞速的发展。 (2)以高效专用加工设备为基础的刚性自动化阶段 时间：时间：5050年代年代和平发展时期。和平发展时期。 特特点点：不不计计成成本本的的生生产产制制造造模模式式已已经经不不能能被被企企业业接接受受，为为了了降降低低成成本本、提提高高效效率率，采采用用“少品种大批量少品种大批量”的生产。强调的生产。强调“规模效益规模效益”。代表：代表：H.H.福特开创的大量生产制造模式。福特开创的大量生产制造模式。 规模效益大批大量生产 （提高效率，自动化程度提高）工序分散设备结构简单 (专用机床，组合机床)(3) 以数控机床为基础的柔性自动化阶段时间：6070年代。计算机技术得到了飞速的发展，数控技术取代了机械液压、电气式的自动化车床。将高效率、高质量和高柔性集于一体。特点：1）有较强的适应性和通用性加工对象改变时，只需重新编制加工程序。2）能够加工形状复杂的零件数控机床可以实现多个坐标轴联动。3）可以提高零件的加工精度，稳定产品的质量因为数控机床是按照预定的程序自动加工，可避免人为的干扰因素，而且加工精度还可以利用软件来进行校正和补偿。4）有较高的生产率可以选择最佳切削用量，选用很高的空行程速度，缩短了辅助时间，可以不停车就自动换刀和自动改变切削用量。更换零件时，只需改变加工程序，节省了机床准备与调整时间。这些都可提高生产率。5）大大减轻了工人的劳动强度。6）提高了生产管理水平。(4) 以精益生产（Lean Production）敏捷制造（Agile manufacturing）柔性生产系统为基础的先进生产模式(LAF)精益生产：70年代，市场的竞争日益激烈，企业为了击败竞争对手，主要通过提高质量（Q）和降低成本（C）来实现。其基本原则是“消灭一切浪费”和“不断改善”，以最优质量和最低成本的产品提供给市场。70年代日本丰田公司采用了这些原则，提出了一种新的生产制造模式，在汽车工业击败美国，震惊世界。1990年，美国麻省理工学院对日本的这种生产制造模式进行总结，提出了“精益生产LP”这个概念。精益生产,也有人称之为精益制造,无论哪一种叫法,核心都是精益.lean的英文原意有;瘦的,少脂肪的.有“精干”的意思,在这里取之为“完善、周密高品质、高效益”的意思。当前对精益生产的理解有广义和狭义，狭义的精益生产就是生产系统的精益化，广义的精益生产已超越了生产系统，其实就是企业精益管理。精益管理就是通过以人为本，以团体为组织细胞，由顾客确定产品价值结构，实施JIT（适时、适量、适物）生产和供应，采用并行工程进行产品开发，最终实现“杜绝（浪费）”的战略思想，其结果是使企业能够满足用户快速变化的、多样性的、个性化的需求并获得丰厚的利润。80年代，历史在前进，时代在进步，市场环境发生变化，竞争全球化。制造业仍然采用传统的做法，依靠计算机技术的兴起，依靠制造技术的改进和管理方法的创新来适应变化迅速无法预料的买方市场，以单项的先进制造技术，如CAD，CAM，CAPP，MRP等作为工具与手段，来缩短T、提高Q、降低C、改善S。对不适应当前时代要求的传统大批量封闭式生产制造模式没有进行改造。90年代，全球经济打破了传统的地域经济发展模式，市场变得更加广阔，快速响应市场成为制造业发展的一个主要方向，提出了许多新的生产制造模式：如 Agile manufacturing，LAF，快速可重组制造和并行工程等现代生产和管理技术，是21世纪很有发展前景的先进制造模式。敏捷制造（Agile manufacturing）为了响应日本企业的挑战，重振美国制造业的雄风，1988年，美国通用汽车公司（GM）与美国里海大学的几位教授共同首次提出了一种新的制造企业战略敏捷制造“AgileManufacturing”的概念。1991年，美国Iacocca研究所在美国国会和国防部的支持下，主持召开了21世纪发展战略讨论会，历时半年形成了一份著名报告“美国21世纪制造战略报告”，并向美国国会提交。这份报告对敏捷制造的概念，方法及相关技术作了全面的描述。敏捷制造的概念敏捷制造的概念美国AgilityForum（敏捷制造的研究组织）将敏捷制造AM定义为：能在不可预测的持续变化的竞争环境中使企业繁荣和成长，并具有面对由顾客需求的产品和服务驱动的市场作出迅速响应的能力。敏捷制造的要素敏捷制造的要素(1)集成(2)高速(3)各级工作人员的自信心和责任心敏捷制造模式强调将柔性的、先进的、实用的制造技术，熟练掌握生产技能的、高素质的劳动者以及企业之间和企业内部灵活的管理三者有机地集成起来，实现总体最佳化，对千变万化的市场作出快速反应。敏捷制造要求企业具备的特点：(1)技术研发能力高技术含量的产品带来高附加值。技术成为决定产品利润的重要因素。这也正是美国企业赖以抗衡日本企业的武器。日本人提出了精益生产模式，主要是通过降低成本的方法来提高利润。而美国人的敏捷制造模式认为，决定产品成本、产品利润和产品竞争能力的主要因素是开发、生产该产品所需的知识的价值而不是材料，设备或劳动力。(2)生产的柔性能力现在生产潮流由大批量生产转向小批量多品种的方式，因此刚性生产模式也要改成敏捷化生产。即通过可重组的、模块化的加工单元，实现快速生产新产品及各种各样的变型产品，从而使生产小批量、高性能产品能达到与大批量生产同样的效益，达到同一产品的价格和生产批量无关。(3)个性化生产敏捷制造型企业按订单组织生产，以合适的价格生产顾客的订制产品或顾客个性化产品。这种方式取代了单一品种的生产模式，满足了顾客多种多样的要求。(4)企业间的动态合作敏捷制造要求企业对内部的生产工艺、流程、机构能迅速进行重组，以对市场机遇作出敏捷反应，生产出用户所需要的产品。当企业发现单独不能作出敏捷反应时，就要进行企业间的合作。(5)激发员工的创造精神敏捷制造型企业建立一种能充分调动员工积极性、保持员工创造性的环境，以巩固和提升企业持续的创新能力。有远见的领导者将具有创新能力的员工看成是企业的主要财富，而把对员工的培养和再教育作为企业长期投资行为。(6)新型的用户关系敏捷制造型企业强调与用户建立一种崭新的“战略依存关系”，强调用户参与制造的全过程。LAF这种全新的生产制造模式的主要特征有6点：1)以用户的需求为中心；2)制造的战略重点是时间和速度，并兼顾质量和品种；3)以柔性、精益和敏捷作为竞争的优势；4)技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作；5）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。 6)组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。 三、我国机械制造装备工业目前状况1.柔性低。我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺设备，数控机床在机械制造装备中的比重比较低。刚性强，就要求产品的生产批量不宜太小，生产品种不宜过多。2.自动化程度低。导致劳动生产效率低下，产品质量不稳定。3.智能化程度低。人占的比重大，导致生产效率低，加工精度的进一步提高受到限制。