第1章机械制造及装备设计方法

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1、机械制造装备设计我们不能人云亦云，这不是科学精神，科学精神最重要的就是创新工欲善其事 必先利其器目 录第一章 机械制造装备设计方法第二章 金属切削机床设计第三章 典型部件设计第七章 机械加工生产线总体设计第五章 机床夹具设计第四章 工业机器人设计第六章 物流系统设计共60页 第1页第一节 概述第二节 机械制造装备应具备的主要功能第三节 机械制造装备的分类第四节 机械制造装备设计的类型第五节 机械制造装备设计的方法第六节 机械制造装备设计的评价第一章第一章 机械制造装备设计方法机械制造装备设计方法国家需求p制造大国制造业占国民经济30%的产值工业增加值居世界第四位p建设制造强国是我国的国家目标发

2、展高端制造装备掌握关键零部件的核心制造技术1.1.1 发展机械制造装备的战略意义发展机械制造装备的战略意义第一章共60页 第2页 国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力的竞争。 机械制造业是制造业的核心，其生产能力和发展水平标志着一个国家或地区的经济现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度。“拿来主义”不能形成制造业的核心竞争力，发展先进的装备制造技术刻不容缓，是实现向“制造强国”跨越的必由之路。 机床及其它制造装备是机械制造技术的重要载体。国家科技重大专项高档数控大型飞机IC制造高档数控机床与基础制造装备2008年，我国机床消费全球第一，进口价值54亿美元，90

3、以上为高档数控机床和重型制造装备。Ref: Gardner Publ, 2009国家科技重大专项核心内容高档数控大型飞机IC制造p高档制造装备高速、精密、重型数控机床大型数控成形冲压和重型锻造设备重型、清洁、高效的热加工设备p共性技术数字化设计技术多轴联动加工技术高档数控装置和驱动装置高速车铣复合金切机床五轴联动加工复杂叶片国家科技重大专项高档五轴数控机床的关键技术p大行程重载精密传动技术行程8m8m2m承重100吨精度10mp大功率高速旋转主轴功率1045 kW转速1200060000 r/minp多轴多通道数控装置伺服周期0.125ms纳米平滑重型七轴五联动机床五轴联动高速加工机床高档数控

4、大型飞机IC制造国家科技重大专项极大规模集成电路制造装备及成套工艺 亟需开发集成电路关键制造装备和工艺，带动相关产业的技术提升和结构调整2008年我国半导体芯片设备市场: 54.8亿美元。光刻机、刻蚀机、高质量薄膜材料生长及后封装等关键设备全部依赖进口。 参考：IC Insights公司高档数控大型飞机IC制造国家科技重大专项核心内容：2010年实现90nm制造技术商品化高档数控大型飞机IC制造p制造装备 战略高端：光刻机、刻蚀机、薄膜设备等 量大面广：键合机、划片机、清洗设备等p关键技术 超精密运动平台 光刻机光学系统 高性能平面/直线电机 高加速度高精度控制技术 光刻机晶圆操作90nm光刻

5、机的技术指标高档数控大型飞机IC制造p高精度 工作台运动10nm 两工作台同步平均偏差300mmp大载荷 工作台载荷40kgp速度和加速度 掩模台480mm/s，加速度1.9g国家科技重大专项国家科技重大专项引线键合机的技术指标 p 高精度空间运动控制运动精度15gp 高起停频率起停频率15次/秒p 高定位精度机器视觉定位75%2.8mm1.4mmp叶片薄，切削力大，易变形和振动p高温合金材料，切削性能差 高档数控大型飞机IC制造国家科技重大专项大型整体薄壁件高效加工p 大型整体薄壁件长7米，厚1毫米p 材料去除率大去除率约95p 加工精度难以保证易变形和振动p 表面质量难以控制表面粗糙度和毛

6、刺梁间整体肋高档数控大型飞机IC制造机床工业的战略地位国际军事竞争的战略物资 高档数控机床对我国禁运: 2000年10月14日,美国参议院通过控制高技术机床出口法案,美国商务部把数控机床列为对我出口的20类敏感物资; 日本通产省禁止东芝公司龙门五面体加工中心、安田公司高精度数控机床、森精机公司精密机床、五轴联动数控机床出口到中国。 国际军事竞争的战略物资-数控机床 现代飞机大量复杂曲面铝合金零件加工去除率80%以上，需要多轴联动、高速、高效龙门加工中心，带A、B轴五轴加工中心等数控机床。航空发动机零件精度高、形状复杂，大部分采用高强度、高温合金，需要高精度、大扭矩高刚度、多轴联动数控机床进行加

7、工。 J11J10飞豹歼击机心脏涡扇发动机， 数控机床是保障高新技术产业发展的载体 航天工业发展要大批高精度、特种加工数控机床 国际军事竞争的战略物资运载火箭发动机燃烧室、机匣、机罩、进气堆、尾锥及火箭机体等制造需要高性能、专用数控机床。 国际军事竞争的战略物资 舰艇导航设备舰载武器制造需要高性能数控机床 军事工业的支撑 数控机床国家综合能力的象征国家综合能力的象征v我国新研发的核动力潜艇需求大型5轴联动数控机床确保潜艇低噪声潜航舰船的螺旋桨须五轴联动支舰船的螺旋桨须五轴联动支撑撑国际军事竞争的战略物资 兵器工业武器需要各种规格数控机床，其中特殊合金钢材料加工，需要大扭矩、高刚度、大功率、高效

8、率数控机床。 v国家综合竞争力的重要标志和体现 发电机 我国百万级核电机组、超超临界火电机组、燃气-蒸汽循环机组、大功率风力机组，发电设备大型转子、定子、叶片等需要重型、超重型数控机床、五轴联动加工中心。 发电机 2002年我国装机6.22亿千瓦，2010年装机达8.5亿千瓦，2020年装机13亿千瓦，大型铸锻件需要重型和超重型数控机床、五轴联动加工中心、3.6万吨垂直挤压机。铁路“十一五”新建1.7万公里，是前三个五年计划之和，平均每年投资2000亿元，2007年国家固定资产投资3320亿元，开工建设70项。特点：重载2万吨级机车试制成功；高速机车“动车组”时速200-350公里/小时。1.

9、1.2 制造模式的演变及发展趋势制造模式的演变及发展趋势第一章我国制造装备的现状-制造装备部分摘自路甬祥的走向绿色和智能制造_中国制造发展之路（2010） 我国数控机床产量从2001 年的117 万台增至2008 年的12. 2 万台,数控机床产量跃居世界第一,95 %的经济型数控系统和一些中高档数控系统由国内制造。 精密加工技术有了新进展,数控金属切削机床的加工精度已提升到微米级。 2009 年,中国兵器工业集团自主研制的35218MN 黑色金属垂直挤压机在北方重工公司成功完成热调试,标志着我国大口径厚壁无缝钢管制造技术打破国外垄断并达到世界领先水平。机械制造装备的发展趋势1、向高效、高速、

10、高精度方向发展2、多功能复合化、柔性自动化的产品成为主流3、实施绿色制造与可持续制造发展战略4、智能制造技术和智能化装备有了新的发展5、我国自主创新和高新技术的发展我国数控机床发展趋势摘录于装备制造业“十二五”规划:高速立、卧式加工中心国内目前所能达到的最高水平：主轴转速15000 ，快速进给速度40 ，加速度0.8 。国外可以达到的水平：主轴转速30000 ，快速进给速度100 ，加速度2.5 。达到如下目标：数控机床工作台面宽度630 ，主轴最高转速1500030000 ，快速进给40100 ，加速度12.5 ；完成系列产品开发，基本实现功能部件国产化，要求可靠性与精度稳定性达到同类产品国

11、际先进水平。精密立、卧式加工中心国内能达到的水平：定位精度0.008 ，重复定位精度0.005 。国外水平可以达到定位精度0.003 ，重复定位精度0.0015 。目标：台面宽度1000 ，定位精度0.005 ，重复定位精度0.00251.2 机械制造装备的主要功能p 一般的功能要求；p 柔性化；p 精密化；p 自动化；p 机电一体化；p 节材；p 符合工业工程要求；p符合绿色工程要求1.2 1.2 机械制造装备的主要功能机械制造装备的主要功能1.2.1 一般的功能要求1加工精度方面的要求 加工精度是指加工后零件对理想尺寸、形状和位置的符合程度，一般包括尺寸精度、表面形状精度、相互位置精度和表