機械製造裝備設計

本書是“卓越工程師教育培養機械類創新系列規劃教材”之一，是根據“機械設計製造及其自動化”專業教學指導委員會討論通過的指導性教學計劃以及相應的“十二五”教材編寫計劃組織編寫而成。

本書將機牀設計、夾具設計、刀具設計、工業機器人設計、檢測系統設計、物流系統設計和智能製造系統與裝備等內容合為一門專業課程，構成了一個新的課程體系。

本書着重介紹機械製造裝備設計的基本原理和方法，並反映國內外的先進技術和發展趨勢。本書內容與生產實踐緊密相連，取材精練，深入淺出，並通過設計範例進一步説明機械製造裝備設計的方法和步驟，方便讀者學習和應用。 ^[1] 

第1章 緒論 1

1.1 概述 1

1.1.1 機械製造生產模式的演變 2

1.1.2 機械製造的作用、地位和發展趨勢 5

1.1.3 機械製造裝備的作用、地位和發展趨勢 7

1.2 機械製造裝備的分類 11

1.2.1 加工裝備 11

1.2.2 工藝裝備 13

1.2.3 倉儲輸送裝備 14

1.2.4 輔助裝備 15

1.3 機械製造裝備的設計類型和方法 15

1.3.1 設計類型 15

1.3.2 一般產品開發設計方法及步驟 16

1.4 機械製造裝備設計的評價 25

1.4.1 評定指標 25

1.4.2 價值分析 28

1.4.3 設計評價 29

習題與思考 32

第2章 金屬切削機牀設計 33

2.1 概述 33

2.1.1 機牀產品的分類 34

2.1.2 機牀產品設計要求 36

2.1.3 機牀產品設計的方法 37

2.1.4 機牀設計步驟 38

2.2 金屬切削機牀總體設計 39

2.2.1 機牀系列型譜的制定 39

2.2.2 機牀運動原理方案設計與分析 41

2.2.3 表面形成的方法 42

2.2.4 非表面形成的運動 44

2.3 機牀主要參數的設計 44

2.3.1 尺寸參數 44

2.3.2 運動參數 45

2.3.3 動力參數及一般計算方法 46

2.4 主傳動系統設計 50

2.4.1 主傳動系統分類和傳動方式 50

2.4.2 分級變速主傳動系統設計 52

2.4.3 無級變速主傳動系統的設計 61

2.5 進給傳動系統設計 62

2.5.1 進給傳動系統的特點、轉速和組成 62

2.5.2 機械進給傳動系統的設計特點 63

2.5.3 電氣伺服進給系統 64

習題與思考 66

第3章 機牀典型部件設計 67

3.1 概述 67

3.2 變速箱結構及傳動軸和變速機構 68

3.2.1 變速箱結構及傳動軸 68

3.2.2 變速機構 72

3.3 主軸部件設計 75

3.3.1 主軸部件設計應滿足的基本要求 76

3.3.2 主軸的傳動方式 78

3.3.3 主軸部件結構設計 79

3.4 滾珠絲槓副傳動選型設計 90

3.4.1 滾珠絲槓副結構類型和特點 90

3.4.2 滾珠絲槓副的代號和標註方法 91

3.4.3 滾珠絲槓副軸向間隙的調整與預緊 93

3.4.4 滾珠絲槓副結構的選擇計算 94

3.5 支承件設計 95

3.5.1 支承件設計的基本要求 95

3.5.2 支承件的材料 96

3.5.3 支承件力學分析 97

3.5.4 機座或機架的設計 98

3.6 導軌設計 103

3.6.1 導軌的功用和分類 103

3.6.2 導軌的設計要求 104

3.6.3 導軌截面形狀選擇和導軌間隙調整 104

3.6.4 導軌的材料 108

3.6.5 導軌的驗算 109

3.6.6 滾動導軌 111

3.6.7 靜壓導軌 112

習題與思考 114

第4章 金屬切削機牀夾具設計 115

4.1 概述 115

4.1.1 機牀夾具的組成 116

4.1.2 夾具的分類 117

4.2 六點定位原理 118

4.3 常用定位元件及約束狀態 120

4.3.1 支承釘 120

4.3.2 支承板 120

4.3.3 定位銷 121

4.3.4 V形塊 122

4.4 定位誤差的分析與計算 122

4.5 夾緊機構設計 126 ^[2] 

4.5.1 夾緊力三要素分析 126

4.5.2 常用夾緊機構設計 128

4.5.3 典型機牀的夾具 133

4.5.4 組合夾具的設計 137

習題與思考 139

第5章 金屬切削刀具設計 141

5.1 概述 141

5.2 刀具的幾何角度及切削要素 142

5.2.1 切削運動與切削用量 142

5.2.2 刀具的幾何參數 144

5.2.3 刀具角度及工作角度 146

5.3 切削基本理論的應用 149

5.3.1 工件材料的切削加工性 149

5.3.2 切削液的選用 150

5.3.3 刀具幾何參數的合理選擇 152

5.3.4 切削用量的合理選擇 155

5.4 刀具材料 156

5.4.1 刀具材料類型 156

5.4.2 常用的刀具材料 157

5.5 常用刀具的選擇 161

5.5.1 車刀 161

5.5.2 銑刀 163

5.6 孔加工刀具 165

5.7 齒輪加工刀具 167

習題與思考 169

第6章 機械加工檢測裝置 170

6.1 概述 170

6.1.1 光學檢測裝置及其類型 171

6.1.2 電磁檢測裝置及其類型 172

6.1.3 電量檢測裝置及其類型 172

6.1.4 其他檢測裝置及其類型 173

6.2 機牀運動位移檢測裝置 174

6.2.1 電感式傳感器 174

6.2.2 電容式位移傳感器 177

6.2.3 光柵尺原理及其應用 179

6.2.4 感應同步器 181

6.2.5 角數字編碼器 182

6.2.6 激光干涉測量原理 185

6.2.7 三座標測量儀 189

6.3 加工系統在線測量與監測 193

6.3.1 孔徑的自動測量 193

6.3.2 探針式紅外自動測量系統 194

6.3.3 加工誤差在線檢測與補償系統 195

6.3.4 在線檢測加工尺寸和刀具磨損情況 196

6.3.5 用探針在線檢測刀具狀態 196

6.3.6 刀具狀態的智能化在線監控系統 196

習題與思考 197

第7章 機械製造物流系統設計 198

7.1 概述 198

7.2 製造業物流系統總體設計 201

7.2.1 生產物流系統的佈置方式 201

7.2.2 精益生產方式物流系統佈置 202

7.2.3 物流設備及其選擇與設計要求 203

7.3 上、下料裝置設計 203

7.3.1 卷狀料上料裝置 204

7.3.2 棒狀料上料裝置 204

7.3.3 件料上料機構 206

7.4 上、下料機器人(機械手) 208

7.4.1 機器人的基本構成 209

7.4.2 機器人的結構形式和運動形態分類 210

7.4.3 機器人主要技術參數 212

7.4.4 機器人主要部件 213

7.5 物流輸送裝置的設計 224

7.5.1 帶式輸送機 224

7.5.2 螺旋輸送機 227

7.5.3 輥子輸送機 229

7.5.4 鏈板輸送機 232

7.5.5 懸掛輸送機 234

7.5.6 自動運輸小車 236

7.6 自動化立體倉庫 237

7.6.1 自動化立體倉庫的分類 237

7.6.2 自動化立體倉庫的構成 238

7.6.3 自動化立體倉庫總體設計 242

習題與思考 246

第8章 智能製造系統與裝備 247

8.1 概述 247

8.2 智能製造系統模式 250

8.3 智能製造關鍵技術 251

8.3.1 先進製造基礎技術 252

8.3.2 新一代信息技術 253

8.3.3 人工智能技術 254

8.3.4 製造優化技術 255

8.3.5 大數據分析與決策支持技術 256

8.4 智能製造裝備 256

8.4.1 智能製造裝備國內外發展現狀 257

8.4.2 智能製造裝備關鍵技術 260

8.4.3 精密、超精密和智能機牀產品 271

習題與思考 275

第9章 機械製造裝備設計範例 276

9.1 機械製造裝備設計基本方法 276

9.2 C6140卧式車牀數控化改造設計(範例1) 277

9.2.1 概述 277

9.2.2 總體方案的確定 278

9.2.3 進給傳動部件的計算和選型 280

9.3 激光加工機的設計(範例2) 287

9.3.1 概述 287

9.3.2 軸的伺服傳動系統設計 288

9.3.3 x軸的伺服傳動系統設計 291

9.4 機械手自動控制(範例3) 294

9.4.1 設計任務與控制要求 294

9.4.2 控制方案 295

9.5 鑽牀夾具設計(範例4) 298

9.5.1 設計任務 298

9.5.2 加工工藝分析與設計 299

9.6 成形車刀的計算與設計(範例5) 303

9.6.1 設計任務 303

9.6.2 圓體成形車刀設計 303

習題與思考 309 ^[2]