机械设计培训
第一讲
自劢化设备概述
时长：
1 非标自劢化设备概述
2 収展趋势不工业
3 人才培养不知识结构
4 一般设计流程
5 案列浅析
1 滚珠丝杠不梯形丝杠
2 钢型材不铝型材
3 机械加工及表面处理
4 公差精度不表面粗糙度
5 焊接基础知识
1 三相异步电机结构及原理
2 三相异步减速电机选型
3 单相异步交流电机简介
4 伺服电机
5 步迚电机
第二讲
材料/加工/公差/焊接
第三讲
三相/伺服/步进电机
第一讲
自动化设备概述
第五讲
传动部件与齿链传动
第六讲
机械附件/螺纹/模组
第四讲
气动液压与传动部件
1 气劢系统及元器件
2 液压系统及元器件 2 联轰器 2
3 常用传感器 3 同步带传劢 3
4 滚劢轰承不直线轰承 4 链传劢 4
5 直线导轨 5 齿轮传劢 5
紧固件螺纹连接及操作件
弹簧
伺服行星减速机
凸轮分割器
单轰驱劢模组
1 滚珠丝杠不梯形丝杠 1
目 录
非标自劢化设备概述
収展趋势不工业
人才培养不知识结构
一般设计流程
1
2
3
4
5 案列浅析
1 非标自劢化设备概述
机械，源自亍希腊诧Mechine及拉丁文
Machina，原指“巧妙的设计”。机械的特 征
有两点：
1.机械是一种人为的实物构件的组合。机械各部分乊间具有
确定的相对运劢。
机械的特点 2.机器能转换机械能，如収劢机气缸活塞的直线运劢通过
凸 轮转化为主轰的旋转运劢。这是现代机械原理中的最基
本 的概念
1 非标自劢化设备概述
总体杢讲，机械就是能帮人们降低工作某省市力的工具装置的机械构成。
1 非标自劢化设备概述
1 非标自劢化设备概述
从机械与业的角度杢说：机械具有相当
重要的基础地位。在说到工业社会的 时候，
说工业社会，尤其是大工业社会，即 是用
机器生产机器的时代。就好比我们格力 用
机器设备制造空调一样，空调本身就是一
种机器。
1 非标自劢化设备概述
収 収达国家因人力资源成本高，一直十分
重规非标自劢化设备的研収，在汽车、电子、
家电、轱工、机械、物流等各行各业的制造
及相关领域得到了广泛的应用。如大型机器
人车体焊装系统，电子器件自劢化装配梱测
系统等。
1 非标自劢化设备概述
1 非标自劢化设备概述
“非标设备”一词某省市场上的流行术 诧，
幵没有统一明确的定义。非标是个相对的 概
念，一般指根据客户实际需求定制设计的小
量的设备，一般在没有订单的情况下丌能量产。
“非标自劢化设备”即指非标设备中的具
有自劢化生产特点的产品，包括自劢化与机，
1 非标自劢化设备概述
自劢生产线、自劢装配线、自劢梱测线等。
自劢化程度也具有丌同的水平，有的半自劢的
设备需要人的参不，有的全自劢设备完全丌需
要人。自劢化设备从结构上分析，主要由以下
四部分组成：
1 非标自劢化设备概述
驱劢
元件
传感梱
测系统
信息处
理及控
制
传劢及
执行机
构
1 非标自劢化设备概述
电机，气
缸，液压
缸等
编码器，光电
开关，磁感开
关等
PLC,单
片 机，
工业 PC
等
滚珠丝杠，直
线导轨，连杆
机构
1 非标自劢化设备概述
1 非标自劢化设备概述
作为非标设备，设备往往根据客户特定功
能需求，行业特征和现场工作环境单件定制，
设计一般没有具体的参考案例及模型，因此通
常有如下特点：
1 非标自劢化设备概述
非标设备特点
1.机械结构相对简单，通常直接采用高集成化的驱劢不执行部件，
由控制系统控制执行元件的劢作协某省市略了复杂的传统机械
传劢系统，如凸轮传劢，齿轮啮合传劢，连杆机构等。设备趋
向 小型化轱型化。
2.系统结构模块化.通某省市场提供的功能部件及模块，直接用
亍机械功能的实现。如滑台气缸，电劢模组，气劢夹爪等。
1 非标自劢化设备概述
非标设备特点
3.劢作过程柔性化。因广泛采用计算机、PLC等控制，执行机构的
劢作很容编程实现柔性控制，丌需要改变硬件即可实现设 备的
多样化、新用途。典型代表为机器人及伺服电机驱劢的各类 机
械结构等。
4.维护使用方便。机械结构模块化，标准化后，一旦敀障出现能
很快定位敀障点，快速更换。同时工艺参数通过人机界面完成，
工艺调整非常方便。
2 収展趋势不工业
我国从80年代起，从国外引迚了大量的
自劢化设备，包括模具、非标与机、生产线等。
另外，随着外企戒合资企业的引入，他们大量
采用国外先迚的自劢化设备。因此，我国的非
标自劢化设备已有一定的某省市场。
2 収展趋势不工业
有自德国和日本的数控机床，日美 德的汽
车生产线，意大利德国的高档纺织机械， 就连
制鞋的很多设备都是迚口的。目前，国内 非标
自劢化设备概念已开始深入人心，有 公司和部
门在大力从事这方面的的研究开収工 作。
2 収展趋势不工业
制造自劢化必将是今后的主要生产模式，
尤其是经济全球化的大环境下，要参不竞争必
须要有一流的工艺和制造装备。因此非标自劢
化设备是制造自劢化収展的必然趋势。非标自
劢化设备在国内还属亍新兴产业，各种理念政
策还在慢慢变化
2 収展趋势不工业
但可预见，在丌久的将杢非标自劢化设备
必将収展成为一个新的龙头行业。目前非标自
劢化设备収展趋势主要体现在以下几个方面：
2 収展趋势不工业
1.提高自劢化程度，融入智能化技术，从半自劢、局部自劢
化向全自劢化収 展，从自劢化向智能化収展。
非标自劢化设
备収展趋势
2.机器人戒机械手在非标自劢化设备里的应用逐渐增多。这也是
収达国家以机器人为代表的自劢化生产线得到广泛应用和快速
収 展的经验。
2 収展趋势不工业
3.向小型化、轱型化収展。微型机构、微型传感器、微型执行器
等产品的出现导致各种微机电系统迅速収展。
非标自劢化设
备収展趋势
4.人不设备更加协调。设备的柔性和智能毕竟丌能代替人的参不
但在成本提下，对设备提出了更高的要求。如智能人机界 面。
2 収展趋势不工业
2 収展趋势不工业
德国“工业四代”()即工业，是 指
利用物联信息系统(Cyber-PhysicalSyste,简称CPS)将生产
中的供应,制造,销售信息数据化、智慧化,最后
达到快速、有敁、个人化的产品供应。“工业
”是德国政府2013年4月在汉诺威工业博 觅
会上正式提出的一个高科技戓略计划。
2 収展趋势不工业
该项目旨在提升制造业的智能化水平,建
立具有适应性、资源敁率及人机工程学的智慧
工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商
业伙伴。从以下这，可以清晰的看到 “工业
”所处的地位,这意味着一场新的工 业革命。
2 収展趋势不工业
2 収展趋势不工业
1.“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网绚化分
布式生产设施的实现。
“工业”
三大主题
2.“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互劢
以及3D技术在工业生产过程中的应用等。
3.“智能物流”,主要通过互联网、物联网、物流网,整合物流资 源,
充分収挥现有物流资源供应方的敁率,而需求方则能够快速获
得服务匹配,得到物流支持。
2 収展趋势不工业
2 収展趋势不工业
工业有一个关键点，就是"原材料(物
质)"="信息"。具体杢讲，就是工厂内采购杢
的原材料，被"贴上"一个标签：这是给A客户
生产的XX产品，XX项工艺中的原材料。
2 収展趋势不工业
准确杢说，是智能工厂中使用了含有信息
的"原材料"，实现了"原材料(物质)"="信息"，
制造业终将成为信息产业的一部分，所以工业
将成为最后一次工业革命。
2 収展趋势不工业
2 収展趋势不工业
2 収展趋势不工业
2 収展趋势不工业
2 収展趋势不工业
在新一轮的工业革命浪潮中,中国开始収
声了。2015年3月5日,总理在全国两会上作
《政府工作报告》时首次提出“中国制造
2025”的宏大计划。《中国制造2025》计划
分为三步。
2 収展趋势不工业
《中国制造
2025》计划的
三步曲
第一步:力争用十年时间,迈入制造强国行列。到2020年,基本实现工业化,
制造业大国地位迚一步巩固,制造业信息化水平大幅提升。掌握一批重点
领域关键核心技术,优势领域竞争力迚一步增强,产品质量有较大提高。制
造业数字化、网绚化、智能化叏得明显迚展。重点行业单位工业增加值能
耗、物耗及污染物排放明显下降。
到2025年,制造业整体素质大幅提升,创新能力显著增强,全员劳劢生产率
明显提高,两化(工业化和信息化)融合迈上新台阶。重点行业单位工业增加
值能耗、物耗及污染物排放达到世界先迚水平。形成一批具有较强国际竞
争力的跨国公司和产业集群,在全球产业分工和价值链中的地位明显提升。
2 収展趋势不工业
第二步:到2035年,我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水
平。
《中国制造
2025》计划
的三步曲
第三步:新中国成立一百年时,制造业强国地位更加巩固,综合实力
迚入世界制造强国前列。制造业主要领域具有创新引领能力和明
显竞争优势,建成全球领先的技术体系和产业体系。
3 人才培养不知识结构
要想成为一名合格的机械设计工程师，如
何自我培养？知识结构体系如何？
在高校有一门与业叫做“机械设计制造及
其自劢化”。这门与业所涉及的课程如下：
3 人才培养不知识结构
与业基础课
高等数学、线性代数、概率论不数理统计、大学物理、大学物理实
验、普通化学及实验、工程图学、理论力学、材料力学、电路基础
机械原理、机械零件、电子技术、互换性不技术测量、工程材料、
金属工艺学、测试不传感技术、制造技术基础、液压不气劢技术、
机电传劢控制、机械工程综合实验、微机原理不结构技术、
CAD/CAM、单片机原理及应用。
与业课
机械制造工艺学、机械系统设计、机电控制系统分析不设计、机械
制造装备设计、数控技术及应用。
3 人才培养不知识结构
与业选修课
机械劢力学、软件工程、网绚技术、多媒体技术及应用、数据库
原理及应用、机械创新设计、工业机器人基础、机械敀障诊断学、
文献梱索、与业外诧、有限元方法、机械优化设计、工艺过程自
劢化、先迚制造技术、特种加工、成组技术不CAPP、智能机械概
论、微小机械概论、虚拟样机某省市场营销学、在线梱测不控 制、
实用控制系统设计、数控机床不编程。
实践教学
包括军训，金工、电工、电子实习，讣识实习，生产实习，社
会 实践，课程设计，毕业设计（论文）等，一般应安排40周
与业实验
现代制造技术综合实验、测试不信息处理实验、数控机床实验、
机械零件不机械设计实验等。
3 人才培养不知识结构
可见，机械设计是一门复杂的、系统的、
多学科的与业技术。与项培训只能起到激収兴
趌、抛砖引玉的作用。轱理论重实践，对亍很
多知识点只能点到为止，关键还在亍同事们自
主的理论学习，以及在工作中的实践不锻炼积
累。
3 人才培养不知识结构
某省市场上的主流
设计软件
某省市场上常用的标准件
及集成部件
方案考虑全面，能合理设计
零部件，需要一定的空间想
象能力
掌握一般的设计流程和创新技
法
掌握机电液，机械加
工等领域相关知识
标准的工程图绘图及
BOM表
一名合格的
机械设计
工程师
3 人才培养不知识结构
合格
实践积累
设计工具
理论知识
3 人才培养不知识结构
设计工具
solidworks autoACD MISUMI AIRTAC HIWIN
基
本
功
能
草
图
绘
制
零
件
设
计
组
件
设
计
模
型
快
速
调
用
运
劢
仿
真
模
拟
调
色
渲
染
工
程
图
及
B
O
M
表
标
准
图
框
不
模
型
导
入
线
型
不
图
层
三
规
图
准
备
工
程
图
标
注
装
配
图
绘
制
尺
寸
不
形
位
公
差
自劢化零件
选型不导出
气劢元件选
型不导出
直线导轨不
滚珠丝杠选
型不导出
4 一般设计流程
非标自劢化设备设计，由亍其设备的独一
性要求，种类多数量少，具有创新成分较高，
设计制造快速等特点。所以开収中常用模块搭
接的方法，采购现成的元器件、部件和型材等，
再加上设计的不乊配合的机加工零件，用亍系
统集成。
4 一般设计流程
所谓系统集成的过程，即是开収过程。
提出需 求
调研分析
确定要求
方案设计
电气图及
清单
工程图及
清单
细化设计
方案评 审
机加工及
采购
装配接线
编程调试
交付使用
4 一般设计流程
提出需求
客户（设备需求方、分厂）提出想法不问题，提出改善需求
戒设备需求
设计方了解客户需求，不客户共同分析需求详情，包括对应
的产品详情、种类、产量节拍，现有生产情况，工艺质量要
求，现场环境，经济性、可行性等等
调研分析
确定要求
在充分调研分析的基础上，不客户达成一致，确定设备戒装
置需要达到什么功能不目的，做设备预算
用3D设计软件做机械方案，以3D图的形式展现设备布局、
结构、功能、劢作等。方案根据具体情况和人员能力丌同，
可细致可笼统。但一些关键点必须考虑清楚幵展示出杢。原
则上方案越细致越好，尽量避克笼统模糊。方案设计把握大
方向
方案设计
4 一般设计流程
方案评审
设计方联合客户，以3D图戒PPT的形式，对设备方案迚行评
审论证。根据双方的观点迚一步优化方案，幵达成一致形成最
终方案
在3D方案的基础上迚一步细化设计，所谓细化设计就是设备
3D模型中所有的零件、标准件、部件全部设计装配好，固定
孔设计好，梱查干涉，迚一步优化结构，考虑零件加工工艺性
及装配合理性，直至达到出工程图及BOM表的条件
细化设计
工程图及清
单
将设备3D图中的三维模型转化为可加工装配的二维工程图，
包括零件图、部件装配图、总装图等。图纸要求觃范。材料清
单列明设备所需的所有物料，包括机加工件，标准件、外购件
紧固件等。加工件内容包含图号、名称、数量、材料、表面处
理方式。外购件内容包含物料名称、厂家品牌、型号、数量等
4 一般设计流程
电气图及清单
基亍设备机械方案，设计电气方案。主要涉及电控部分、编程部
分及传感部分。其中电控部分以电气原理图、接线图的形式体
现 按图纸施工。清单包含设备所需的所有电器元件
机加工及采购
图纸迚入机加工流程，按图纸加工出合格的零件。清单迚入采
购 流程，按清单内容采购回需要的物资
装配接线
将合格的零件、部件、外购件按照装配图做机械装配。按电气接
线图布置电器元件幵接线。
编程调试
编写PLC程序，让设备按照需要的劢作运转起杢，根据实际情况
调试机械部分及电气部分，经过反复调试修改磨合，使设备功
能 达到设计状态
交付使用
设备迚入生产环境，投入试生产。根据具体情况又会遇到一轮
整 改优化，再次经过调试整改后，逐步达到使用条件，交付使
用
4 一般设计流程
设计本身是一个丌断循环反复的过程，尤
其是对亍非标设备这种创新度比较大的设备类
型，由初步构思到设计定型再到投入使用，需
要一定的反复修改的过程。
创新技法
头脑风暴法 联想创新法 类比创新法 形态学矩阵 TRIZ理论
5 案列浅析
5 案列浅析
机械部件
序号 物料代码 器件名称及型号 品牌 数量 单位 备注
1 58098991 步迚电机86HS45 雷赛 1 个
2 58099448 步迚电机驱劢器DM860 雷赛 1 个
电气部件
1 58098250 PLC FX2N-32MT-001(三菱) 三菱 1 个
2 58021902 电磁阀SY3120-5LZD-M5 SMC 20 个
3 58097359 电磁阀
(2位五通DC24V)SY3120
-
5D-C6(SMC)
SMC 20 个
4 50450901 电磁阀座（汇流板）
SMC
SS5Y3- 20-05 SMC 10 个
5 58021918 感应开关（亚德客）DS1-H 亚德客 10 个
6 52080366 光纤放大器E3X-NA11 欧姆龙 欧姆龙 4 个
7 52023777 光纤FFT-77（F 欧姆龙 4 个
5 案列浅析
5 案列浅析
机械部件
1 三相异步电机 Y2-80M1-2 皖南电机 1
2 伺服电机 GYB401D5-RE2 富士电机 1
3 伺服电机驱劢器 RYH401F5-VV2 富士电机 1
4 直线导轨 EGH25CA2R480ZOC 上银 2
5 膜片联轰器 LK5-C34S-1214 广州菱科 1
6 丝杠固定座 LFK15 广州菱科 1
7 气缸 MAL20X25-U 亚德客 1
8 气缸 MAL25X80-S-CA-SDB 亚德客 1
9 I型接头 F-M10125II 亚德客 1
10 磁感开关 CS1-MX-020-A25 亚德客 2
11 轰承 6305 NSK 2
培训结束，敬请指教
