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1、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì),林利紅 副教授 重 慶 大 學(xué),第一章 緒 論,第一節(jié) 概述 （機(jī)械制造裝備及其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要作用）,一、本課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容、目的及要求,本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容 ： 緒論 ； 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法 ； 金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì) ； 機(jī)床夾具設(shè)計(jì) 。,1.本課程要求（教學(xué)目的）,機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)是機(jī)械專業(yè)的一門(mén)專業(yè)課，通過(guò)本課程的教學(xué)，使學(xué)生明白機(jī)械制造裝備的重要性，了解機(jī)械制造裝備的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)；對(duì)機(jī)械制造裝備的構(gòu)成和應(yīng)滿足的要求有一個(gè)較全面的認(rèn)識(shí)；掌握主要機(jī)械制造裝備的現(xiàn)代設(shè)計(jì)原理和方法；通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，具備一定的機(jī)械制造裝備的總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。,2.內(nèi)容及要求,（1）掌握

2、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的一般方法，具備一定的方案設(shè)計(jì)分析比較能力。 （2）熟悉機(jī)械制造裝備典型機(jī)構(gòu)工作原理，掌握運(yùn)動(dòng)分析、受力分析和結(jié)構(gòu)分析的方法。 （3）熟悉典型部件和機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法（主傳動(dòng)設(shè)計(jì)，主軸部件，進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，支承件，夾具）。 （4）推廣到其它機(jī)械設(shè)計(jì)的能力。,二. 機(jī)械制造裝備工業(yè)的作用和發(fā)展,1. 制造業(yè)的概述 制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平、生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是各國(guó)制造生產(chǎn)能力的競(jìng)爭(zhēng)。 而機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的核心，是制造如農(nóng)業(yè)機(jī)械、動(dòng)力機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械和礦山機(jī)械等機(jī)械產(chǎn)品的工業(yè)部門(mén)，也是

3、為國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門(mén)提供機(jī)械裝備的部門(mén)。機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)能力和發(fā)展水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家或地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的程度。,2.知識(shí)經(jīng)濟(jì)的概述,當(dāng)今世界已經(jīng)進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代與以往經(jīng)濟(jì)形態(tài)的不同主要在于對(duì)知識(shí)，特別是對(duì)知識(shí)的創(chuàng)新與利用的直接依賴。,21世紀(jì)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，知識(shí)經(jīng)濟(jì)是在充分知識(shí)化的社會(huì)中發(fā)展的經(jīng)濟(jì)，是以知識(shí)決策為導(dǎo)向的經(jīng)濟(jì)。它以高科技產(chǎn)業(yè)為第一產(chǎn)業(yè)支柱，以智力資源為首要依托，是可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)。知識(shí)經(jīng)濟(jì)的價(jià)值體現(xiàn)在智力和知識(shí)的占有。因此，人類已進(jìn)入科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的依托，它將引導(dǎo)社會(huì)價(jià)值取向的新變革，知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)將使“尊重知識(shí)，尊重人才”成為現(xiàn)實(shí)?？萍己徒?jīng)濟(jì)的大發(fā)展，人才

4、是最關(guān)鍵、最根本的因素。 因此現(xiàn)在提高制造生產(chǎn)能力的決定因素不是勞動(dòng)力和資本的密集累積，而是各項(xiàng)高新技術(shù)的迅速發(fā)展，高新技術(shù)促進(jìn)制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展，改變了企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝和裝備以及生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)。,3.機(jī)械制造裝備的發(fā)展階段,(1) 以通用制造設(shè)備為基礎(chǔ)的初期階段 時(shí)間：20年代開(kāi)始（制造業(yè)開(kāi)始起家）到二次世界大戰(zhàn)。 特點(diǎn)：不計(jì)成本大力發(fā)展軍火，使制造業(yè)取得飛速的發(fā)展。,(2)以高效專用加工設(shè)備為基礎(chǔ)的剛性自動(dòng)化階段,時(shí)間：50年代和平發(fā)展時(shí)期。 特點(diǎn)：不計(jì)成本的生產(chǎn)制造模式已經(jīng)不能被企業(yè)接受，為了降低成本、提高效率，采用“少品種大批量”的生產(chǎn)。強(qiáng)調(diào)“規(guī)模效益”。 代表：H.

5、福特開(kāi)創(chuàng)的大量生產(chǎn)制造模式。,規(guī)模效益 大批大量生產(chǎn) （提高效率，自動(dòng)化程度提高） 工序分散 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 (專用機(jī)床，組合機(jī)床),,,(3) 以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的柔性自動(dòng)化階段,時(shí)間：6070年代。計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)取代了機(jī)械液壓、電氣式的自動(dòng)化車床。將高效率、高質(zhì)量和高柔性集于一體。 特點(diǎn)： 1）有較強(qiáng)的適應(yīng)性和通用性 加工對(duì)象改變時(shí)，只需重新編制加工程序。,2）能夠加工形狀復(fù)雜的零件 數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)。 3）可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量 因?yàn)閿?shù)控機(jī)床是按照預(yù)定的程序自動(dòng)加工，可避免人為的干擾因素，而且加工精度還可以利用軟件來(lái)進(jìn)行校正和補(bǔ)償。

6、 4）有較高的生產(chǎn)率 可以選擇最佳切削用量，選用很高的空行程速度，縮短了輔助時(shí)間，可以不停車就自動(dòng)換刀和自動(dòng)改變切削用量。更換零件時(shí)，只需改變加工程序，節(jié)省了機(jī)床準(zhǔn)備與調(diào)整時(shí)間。這些都可提高生產(chǎn)率。,5）大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 6）提高了生產(chǎn)管理水平。,(4) 以精益生產(chǎn)（Lean Production）敏捷制造（Agile manufacturing）柔性生產(chǎn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的先進(jìn)生產(chǎn)模式(LAF) 精益生產(chǎn)：70年代，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，企業(yè)為了擊敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，主要通過(guò)提高質(zhì)量（Q）和降低成本（C）來(lái)實(shí)現(xiàn)。其基本原則是“消滅一切浪費(fèi)”和“不斷改善”，以最優(yōu)質(zhì)量和最低成本的產(chǎn)品提供給市場(chǎng)。70年

7、代日本豐田公司采用了這些原則，提出了一種新的生產(chǎn)制造模式，在汽車工業(yè)擊敗美國(guó)，震驚世界。1990年，美國(guó)麻省理工學(xué)院對(duì)日本的這種生產(chǎn)制造模式進(jìn)行總結(jié)，提出了“精益生產(chǎn)LP”這個(gè)概念。,精益生產(chǎn),也有人稱之為精益制造,無(wú)論哪一種叫法,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,在這里取之為“完善、周密高品質(zhì)、高效益”的意思。 當(dāng)前對(duì)精益生產(chǎn)的理解有廣義和狹義，狹義的精益生產(chǎn)就是生產(chǎn)系統(tǒng)的精益化，廣義的精益生產(chǎn)已超越了生產(chǎn)系統(tǒng)，其實(shí)就是企業(yè)精益管理。,精益管理就是通過(guò)以人為本，以團(tuán)體為組織細(xì)胞，由顧客確定產(chǎn)品價(jià)值結(jié)構(gòu)，實(shí)施JIT（適時(shí)、適量、適物）生產(chǎn)和供應(yīng)，采用并行工程

8、進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)“杜絕（浪費(fèi)）”的戰(zhàn)略思想，其結(jié)果是使企業(yè)能夠滿足用戶快速變化的、多樣性的、個(gè)性化的需求并獲得豐厚的利潤(rùn)。,80年代，歷史在前進(jìn)，時(shí)代在進(jìn)步，市場(chǎng)環(huán)境發(fā)生變化，競(jìng)爭(zhēng)全球化。制造業(yè)仍然采用傳統(tǒng)的做法，依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，依靠制造技術(shù)的改進(jìn)和管理方法的創(chuàng)新來(lái)適應(yīng)變化迅速無(wú)法預(yù)料的買方市場(chǎng)，以單項(xiàng)的先進(jìn)制造技術(shù)，如CAD，CAM，CAPP，MRP等作為工具與手段，來(lái)縮短T、提高Q、降低C、改善S。對(duì)不適應(yīng)當(dāng)前時(shí)代要求的傳統(tǒng)大批量封閉式生產(chǎn)制造模式?jīng)]有進(jìn)行改造。,90年代，全球經(jīng)濟(jì)打破了傳統(tǒng)的地域經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，市場(chǎng)變得更加廣闊，快速響應(yīng)市場(chǎng)成為制造業(yè)發(fā)展的一個(gè)主要方向，提出了許

9、多新的生產(chǎn)制造模式：如 Agile manufacturing，LAF，快速可重組制造和并行工程等現(xiàn)代生產(chǎn)和管理技術(shù)，是21世紀(jì)很有發(fā)展前景的先進(jìn)制造模式。,敏捷制造（Agile manufacturing ）,為了響應(yīng)日本企業(yè)的挑戰(zhàn)，重振美國(guó)制造業(yè)的雄風(fēng)，1988年，美國(guó)通用汽車公司（GM）與美國(guó)里海大學(xué)的幾位教授共同首次提出了一種新的制造企業(yè)戰(zhàn)略敏捷制造“Agile Manufacturing”的概念。1991年，美國(guó)Iacocca研究所在美國(guó)國(guó)會(huì)和國(guó)防部的支持下，主持召開(kāi)了21世紀(jì)發(fā)展戰(zhàn)略討論會(huì)，歷時(shí)半年形成了一份著名報(bào)告“美國(guó)21世紀(jì)制造戰(zhàn)略報(bào)告”，并向美國(guó)國(guó)會(huì)提交。這份報(bào)告對(duì)敏捷制造

10、的概念，方法及相關(guān)技術(shù)作了全面的描述。,敏捷制造的概念,美國(guó)Agility Forum（敏捷制造的研究組織）將敏捷制造AM定義為：能在不可預(yù)測(cè)的持續(xù)變化的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中使企業(yè)繁榮和成長(zhǎng)，并具有面對(duì)由顧客需求的產(chǎn)品和服務(wù)驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)作出迅速響應(yīng)的能力。,敏捷制造的要素,(1)集成 (2)高速 (3)各級(jí)工作人員的自信心和責(zé)任心 敏捷制造模式強(qiáng)調(diào)將柔性的、先進(jìn)的、實(shí)用的制造技術(shù)，熟練掌握生產(chǎn)技能的、高素質(zhì)的勞動(dòng)者以及企業(yè)之間和企業(yè)內(nèi)部靈活的管理三者有機(jī)地集成起來(lái)，實(shí)現(xiàn)總體最佳化，對(duì)千變?nèi)f化的市場(chǎng)作出快速反應(yīng)。,敏捷制造要求企業(yè)具備的特點(diǎn)：,(1)技術(shù)研發(fā)能力 高技術(shù)含量的產(chǎn)品帶來(lái)高附加值。技術(shù)成為決定產(chǎn)

11、品利潤(rùn)的重要因素。這也正是美國(guó)企業(yè)賴以抗衡日本企業(yè)的武器。 日本人提出了精益生產(chǎn)模式，主要是通過(guò)降低成本的方法來(lái)提高利潤(rùn)。而美國(guó)人的敏捷制造模式認(rèn)為，決定產(chǎn)品成本、產(chǎn)品利潤(rùn)和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力的主要因素是開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)該產(chǎn)品所需的知識(shí)的價(jià)值而不是材料，設(shè)備或勞動(dòng)力。,(2)生產(chǎn)的柔性能力,現(xiàn)在生產(chǎn)潮流由大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)向小批量多品種的方式，因此剛性生產(chǎn)模式也要改成敏捷化生產(chǎn)。即通過(guò)可重組的、模塊化的加工單元，實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)新產(chǎn)品及各種各樣的變型產(chǎn)品，從而使生產(chǎn)小批量、高性能產(chǎn)品能達(dá)到與大批量生產(chǎn)同樣的效益，達(dá)到同一產(chǎn)品的價(jià)格和生產(chǎn)批量無(wú)關(guān)。,(3)個(gè)性化生產(chǎn),敏捷制造型企業(yè)按訂單組織生產(chǎn)，以合適的價(jià)格生產(chǎn)顧客

12、的訂制產(chǎn)品或顧客個(gè)性化產(chǎn)品。這種方式取代了單一品種的生產(chǎn)模式，滿足了顧客多種多樣的要求。,(4)企業(yè)間的動(dòng)態(tài)合作,敏捷制造要求企業(yè)對(duì)內(nèi)部的生產(chǎn)工藝、流程、機(jī)構(gòu)能迅速進(jìn)行重組，以對(duì)市場(chǎng)機(jī)遇作出敏捷反應(yīng)，生產(chǎn)出用戶所需要的產(chǎn)品。當(dāng)企業(yè)發(fā)現(xiàn)單獨(dú)不能作出敏捷反應(yīng)時(shí)，就要進(jìn)行企業(yè)間的合作。,(5)激發(fā)員工的創(chuàng)造精神,敏捷制造型企業(yè)建立一種能充分調(diào)動(dòng)員工積極性、保持員工創(chuàng)造性的環(huán)境，以鞏固和提升企業(yè)持續(xù)的創(chuàng)新能力。有遠(yuǎn)見(jiàn)的領(lǐng)導(dǎo)者將具有創(chuàng)新能力的員工看成是企業(yè)的主要財(cái)富，而把對(duì)員工的培養(yǎng)和再教育作為企業(yè)長(zhǎng)期投資行為。,(6)新型的用戶關(guān)系,敏捷制造型企業(yè)強(qiáng)調(diào)與用戶建立一種嶄新的“戰(zhàn)略依存關(guān)系”，強(qiáng)調(diào)用戶參與

13、制造的全過(guò)程。,LAF這種全新的生產(chǎn)制造模式的主要特征有6點(diǎn)：,1)以用戶的需求為中心； 2)制造的戰(zhàn)略重點(diǎn)是時(shí)間和速度，并兼顧質(zhì)量和品種； 3)以柔性、精益和敏捷作為競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)； 4)技術(shù)進(jìn)步、人因改善和組織創(chuàng)新是三項(xiàng)并重的基礎(chǔ)工作；,5）實(shí)現(xiàn)資源快速有效的集成是其中心任務(wù)，集成對(duì)象涉及技術(shù)、人、組織和管理等，應(yīng)在企業(yè)之間、制造過(guò)程和作業(yè)等不同層次上分別實(shí)施相應(yīng)的資源集成。 6)組織形式采用如“虛擬公司”在內(nèi)的多種類型。,三、我國(guó)機(jī)械制造裝備工業(yè)目前狀況,1.柔性低。我國(guó)目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重比較低。剛性強(qiáng)，就要求產(chǎn)品的生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過(guò)多。 2.自動(dòng)化程度低。導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)效率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 3.智能化程度低。人占的比重大，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，加工精度的進(jìn)一步提高受到限制。,