FA 工业自动化设备设计基础
（增补修订版）
By: Duyeslin
目录
绪论
一 目的
二 设备结构划分
三 设备模块划分
四 设备元器件
五 图纸
六 软件
第一章 基于工程实践的工程制图基础
第一节 工程图纸基本要求
第二节 制作工程图纸
清晰的视图
完整的尺寸
合理的公差
适当的材料
正确的工艺要求
完整的文档管理内容及工件信息
附 1 图纸中常用英文单词
附 2 尺寸链解算方法
附 3 关于公差的补充说明
第二章 常用的自动化元器件及选型基础
第一节 气动系统元器件选型及应用
气动系统基本元器件
气缸及其附件选型及应用
真空器件选型及其应用
第二节 油压缓冲器选型计算
第三节 电力驱动元器件及相关执行机构配件选型及应用
伺服电机+减速机+滚珠丝杠机构的选型基础
步进电机+凸轮分割器圆盘分度机构的选型基础
第四节 常用传感器介绍
附 常用自动化元器件英文单词
第三章 自动化部件结构设计基础
第一节 零件的典型工艺性结构设计
第二节 常用的气动机构模块设计
气缸配直线轴承
气缸配直线导轨
气缸在快速夹具中的应用
气缸在步进送料系统中的应用
气缸驱动齿轮齿条将直线运动转换为旋转运动
第三节 常用的电动机构模块设计
步进电机驱动滚珠丝杠+直线导轨的直线运动机构
步进电机驱动同步带+直线导轨的直线运动机构
步进电机驱动齿轮齿条的直线运动机构
倍速链基础知识
第四节 产品工装夹具设计
圆柱形产品的定位
异形产品的定位夹紧设计
第四章 设备整体设计思路及方法
第一节 设备设计的一般过程
第二节 设备设计的思考方法和决策过程
设备的功能模块划分和布局基础
设备模块设计思路和方法
设备方案失效模式分析方法
附： 设备设计术语英文单词
第五章 项目管理基础
第一节 项目管理的基本内容
第二节 项目管理方法和过程
项目工作分解
项目时间管理
绪 论
一 目的
随着科学技术的发展以及人们对于产品品质的更高追求，越来越多的企业和
工厂都期望使用大量的自动化设备和装置来取代工人繁冗无味的重复劳动，实现
产品的全部或者部分制造过程的自动化以消除因为人为因素导致的产品质量的
不稳定性，这就是我们通常所说的“工厂自动化”（Factory Automation,简称：
FA）。
本文以及后续系列篇幅介绍的就是为了实现工厂自动化而做的工业自动化
设备的设计基础知识。本系列文章主要面对的对象是：有志于投身机械设计行业
的，具有基本机电知识的大学生、应届毕业生以及毕业 3 年以内的初级设计师（助
理设计师）。所以本系列文章的主要宗旨是：让在校大学生明白学习的方向，让
应届毕业生能迅速地把学校学到的理论知识正确地应用到设计实践中来，让助理
设计师发现自己的不足之处。本系列文章不会解释设计方法学的问题，凡涉及到
设计方法学的问题，烦请诸位自己查阅相关资料。比如：自顶向下设计、优化设
计等。所以，在接下来的讲解中，本人会尽量使用简洁、系列的方式，通俗的语
言列举我们所要表达的内容，尽量做到不罗嗦、不重复，尽量减小诸位的阅读强
度、节约大家的时间。所以，我们的口号是“理论联系实际”。好了，以下咱们
开始进入工厂自动化设备的天地中。
注意：本文中所说的自动化设备主要是大量使用了现代自动化元器件以及自
动化控制系统的各类设备，与传统的纯机械机构组成的设备有一定的区别。但是，
也不可盲目的崇拜自动化元器件和现代控制技术的能力，传统的机械机构仍然是
机械的主要组成部分；与现代自动化器件组成的结构模块相比较，传统的机械机
构具有非常明显的简洁、高效的优点；所以，在设备设计过程中，只有合理地运
用机构和自动化元器件、现代控制技术才有可能设计出完美的自动化设备。由于
机械机构学在 18 世纪已经发展成熟，而且在大学的《机械原理》课程中有清晰
的阐述，所以，本文会尽量少的提到机械原理，涉及到的机械原理相关知识请各
位自己去翻资料。但是，请各位一定要记住：机械原理是一切设备设计的理论基
础！切勿忽视！但凡由本人面试的工程师，如果机械原理知识不扎实，一概不予
录用。
声明：本系列篇章中讲述的都是一般工程应用知识，如有特殊应用场合，则
请参阅相关专著并结合实际应用场合进行分析、计算和设计。倾向于理论研究者
则完全不必在此耗费时间和心血。
以下介绍依据设备设计过程进行
二 设备结构划分
在工厂自动化的设备中，主要有三大类：物流类、制造类、检测类。物流类
设备或者装置主要是为了解决产品原材料、半成品、成品在工厂内部各工序之间
的输送、包装等问题。比如：各种输送线、转送小车等。制造类设备主要是为了
实现产品原材料到成品或半成品之间各个工序的加工、制造、装配过程。比如：
各类专用机床等。检测类设备主要是为了控制产品质量而进行设计制造的离线或
在线品质监控装置。比如：各类尺寸、外观以及内部质量检测设备或装置等。
为了便于讲解，我们把自动化设备划分为的五大部分：上料、操作、卸料、
控制系统、人机界面。
上料 上料部分实际上包括三大功能模块：上料模块、排列模块和分料模块
（或者合流模块）。在工厂生产实际中，各种各样的原料加载衍生了各种类型的
上料机构或上料装置。我们在工程实际中常用的上料方式主要有：振动盘上料、
漏斗型料仓上料、料盘上料以及弹匣式料仓上料。在上料过程中，根据产品的外
形规格还需要对产品进行整列，这就是排列模块的工作。而从上料模块到排列模
块出来的产品都是一个挨一个的，这就需要有分料模块来将即将取走的工件从整
列队列中分离出来，这是分料模块的活。若果是装配类设备，还需要有多种材料
上料，那么，我们需要将各种原材料按照装配顺序进给，所以，我们也需要有合
理的合流装置。
操作 我们把任何设备对产品进行的任何加工、装配、检测等工作都称为操
作。
卸料 卸料就是将本设备加工制造完成的产品按照要求从设备中取出放到
指定位置。
控制系统 控制系统包含硬件系统和软件系统。硬件系统指的是：由处理器
（PLC、工业控制计算机、单片机等中央处理单元器件）、继电器、传感器以及
各类管线等组成的各种电路。软件系统指的是：为了让设备正常运转而设计的软
件。
人机界面 为了让设备能够且易于操作而设计的装置：按钮、触摸屏、显示
器等。
三 设备模块划分
通过以上的划分，我们对设备已经有了一个大致的印象。接下来，我们应该
去探索一下设备的内部了。
任何自动化设备都是由各种各样的机构组成，所以，我们现在来说说在工厂
自动化过程中，我们需要常常用到的机构以及驱动系统。在现代工业自动化设计
理论以及实践中都前所未有的强调模块化设计，不论是机械设计还是控制设计。
这也是由现代工厂产品生产和自动化产品的发展所决定的。模块化设计的优点在
于：提高设计效率（易于实现并行设计）、柔性好、便于生产（易于实现批量生
