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銑鉆汽車“十字”軸的組合機(jī)床設(shè)計 鄭建喜 ( 福建工程學(xué)院,福建 福州 350014 ) 1 前 言 汽車萬向節(jié)上的“ 十字”軸零件,屬于易損件,在汽車 生產(chǎn)配套及汽車配件市場上都有著較大需求量,已成為 某些汽車配件廠的拳頭產(chǎn)品。如圖 1 所示,各種汽車所用 的“ 十字”軸零件在尺寸上有所差別,但結(jié)構(gòu)基本相同,其 中 L 尺寸一般在 40 ~ 140mm , D 尺寸一般在 φ 10~ φ 40mm 。 某汽車配件公司各種型號“ 十字”軸零件的月需求總量為 2 萬套,為了實現(xiàn)零件加工高效、高質(zhì),更換加工不同型號 零件時方便、快捷的目的,本人為其設(shè)計了一臺數(shù)控組合 機(jī)床,完成“ 十字”軸零件的銑削端面、鉆頂尖孔工序任務(wù)。 2 機(jī)床結(jié)構(gòu)及工作原理 組合機(jī)床的外形結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。整機(jī)主要由 2 臺 ZX250 型銑削頭、 1 套經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng)、 1 個數(shù)控驅(qū) 動工作臺、 1 臺數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架、 1 套工裝、 2 套鉆孔機(jī)構(gòu)等 組成。 具體工作流程如下:將“ 十字”軸零件固定到工裝上 后,按壓啟動按扭,數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令,驅(qū)動 Z 向步進(jìn)電 機(jī)快進(jìn),帶動工作臺快速移動到位后轉(zhuǎn)為工進(jìn),同時兩側(cè) 銑削頭啟動,左側(cè)銑削頭逆時針旋轉(zhuǎn),右側(cè)銑削頭順時針 旋轉(zhuǎn)( 銑削旋向),開始銑削工件兩側(cè)端面。工件兩端面銑 完后,工作臺帶動工件快進(jìn),至工件軸中心對準(zhǔn)中心鉆中 心( 即銑削頭回轉(zhuǎn)中心)時停止。此時數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動兩側(cè) X 向步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動,通過絲桿螺母機(jī)構(gòu)推動鉆孔機(jī)構(gòu)工 進(jìn),同時左側(cè)銑削頭轉(zhuǎn)為順時針旋轉(zhuǎn)( 鉆削旋向),與右側(cè) 銑削頭分別帶動兩側(cè)中心鉆旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生中心鉆主切削運 動,對工件兩側(cè)端面鉆削中心孔。中心孔鉆削到尺寸要求 后,兩側(cè) X 向步進(jìn)電機(jī)快速反轉(zhuǎn)帶動鉆孔機(jī)構(gòu)快退到原 位。然后兩側(cè)銑削頭停轉(zhuǎn),工作臺快退到原位。最后,數(shù)控 轉(zhuǎn)位刀架轉(zhuǎn)位 90 °并自動鎖緊,工作臺快進(jìn),機(jī)床再按前 述程序完成另外兩側(cè)端面銑削加工,及兩中心孔鉆削加 工,則 1 個工件加工完畢。 上述工作中,兩銑削頭銑刀之間的距離決定了工件 的 L 尺寸,這可以通過移動銑削頭套筒的位置來調(diào)整。其 余如工作臺的快速移動、工進(jìn)、停止,兩側(cè)滑套的快速移 動、工進(jìn)、停止,數(shù)控轉(zhuǎn)位刀架的轉(zhuǎn)位等均由用戶對數(shù)控 系統(tǒng)進(jìn)行編程控制,可以適應(yīng)“ 十字”零件不同型號的加 工。機(jī)床柔性高,調(diào)整方便快捷。 3 中心孔鉆削機(jī)構(gòu) 為了減少工作臺位移距離,達(dá)到提高效率的目的,將 鉆孔機(jī)構(gòu)安裝在銑削頭中心,主運動由銑削頭驅(qū)動, X 向 步進(jìn)電機(jī)帶動絲桿螺母機(jī)構(gòu)實現(xiàn)中心鉆快進(jìn)、工進(jìn)、快退 等動作,完成中心孔鉆削加工。結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。銑刀固 定在銑削頭主軸端部,其內(nèi)孔與滑套配合,并用鍵聯(lián)接, 61 機(jī)械工程師 2006 年第 2 期 摘 要: 將數(shù)控功能部件納入組合機(jī)床的設(shè)計,充分提高組合機(jī)床的柔性及與制造信息化接口的能力,將是組合機(jī)床發(fā) 展的一個新方向。文中介紹了汽車“ 十字”軸零件銑鉆工序組合機(jī)床的設(shè)計結(jié)構(gòu)及控制方案,探討了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控功能部 件在該組合機(jī)床設(shè)計中的應(yīng)用方案,對拓寬組合機(jī)床設(shè)計思路具有一定的指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞: 組合機(jī)床;汽車“ 十字”軸;數(shù)控 中圖分類號: TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號: 1002- 2333 ( 2006 ) 02- 0061- 03 Mechanical Design 機(jī) 械 設(shè) 計 使 滑 套 既 可 以 在 孔 內(nèi) 沿 軸 向 滑 動 , 還 能 在 銑 刀 的 帶 動 下 作 圓 周 運 動 。 滑 套 與 絲 桿 之 間 用 一 套 向 心 球 軸 承 和 端 面 軸 承 聯(lián) 接 , 絲 桿 用 導(dǎo) 鍵 限 制 其 轉(zhuǎn) 動 , 使 絲 桿 只 能 沿 軸 向 推 動 滑 套 進(jìn) 退 , 但 不 隨 其 轉(zhuǎn) 動 。 絲 桿 螺 母 安 裝 在 X 向 減 速 箱 內(nèi) , 由 X 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 通 過 齒 輪 帶 動 旋 轉(zhuǎn) 。 選 擇 X 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 型 號 為 1 1 0 B F - 0 0 3 , 其 步 距 角 δ 為 0 . 7 5 ° , 絲 桿 螺 母 副 按 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 螺 距 T 確 定 為 4 m m , 若 使 脈 沖 當(dāng) 量 θ 為 0 . 0 1 m m , 則 X 向 減 速 箱 減 速 比 i = T δ 3 6 0 θ = 4 × 0 . 7 5 3 6 0 × 0 . 0 1 = 5 6 所 以 取 齒 輪 I 齒 數(shù) Z 1 = 9 0 , 齒 輪 I I 齒 數(shù) Z 2 = 7 5 。 另 外 , 工 作 臺 的 移 位 驅(qū) 動 部 件 直 接 選 用 南 京 大 方 數(shù) 控 有 限 公 司 J B F - 8 型 減 速 步 進(jìn) 電 機(jī) , 并 配 螺 距 為 6 m m 的 滾 珠 絲 桿 裝 配 而 成 , 其 脈 沖 當(dāng) 量 也 為 0 . 0 1 m m 。 4 控 制 系 統(tǒng) 為 了 降 低 機(jī) 床 的 成 本 , 數(shù) 控 控 制 系 統(tǒng) 選 用 國 產(chǎn) 的 簡 易 數(shù) 控 系 統(tǒng) 。 由 于 本 機(jī) 床 要 求 有 3 個 移 位 運 動 控 制( 工 作 臺 移 動 、 兩 鉆 削 滑 套 的 移 位 ) , 且 要 有 1 個 轉(zhuǎn) 位 控 制 。 一 般 銑 床 簡 易 數(shù) 控 系 統(tǒng) 中 , 只 有 三 座 標(biāo) 移 位 運 動 控 制 而 無 轉(zhuǎn) 位 控 制 功 能 , 而 車 床 簡 易 數(shù) 控 系 統(tǒng) 中 , 有 數(shù) 控 刀 架 轉(zhuǎn) 位 控 制 功 能 , 但 只 有 2 個 移 位 運 動 控 制 。 分 析 本 機(jī) 床 的 控 制 要 求 , 其 中 兩 鉆 削 滑 套 的 移 位 都 是 同 時 進(jìn) 行 , 且 運 動 方 式 一 樣 , 故 考 慮 選 用 車 床 簡 易 數(shù) 控 系 統(tǒng) , 用 其 中 的 Z 向 移 位 運 動 控 制 驅(qū) 動 Z 向 步 進(jìn) 電 機(jī) , 控 制 工 作 臺 移 動 , X 向 運 動 控 制 接 兩 塊 電 機(jī) 驅(qū) 動 板 , 分 別 驅(qū) 動 兩 臺 X 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 工 作 , 以 實 現(xiàn) 兩 鉆 削 滑 套 的 移 位 控 制 。 為 了 實 現(xiàn) 兩 鉆 削 滑 套 在 手 動 時 能 夠 獨 立 調(diào) 節(jié) , 在 數(shù) 控 系 統(tǒng) 中 加 裝 一 個 手 動 切 換 開 關(guān) , 當(dāng) 手 動 切 換 開 關(guān) 置 于 I 位 時 , 右 側(cè) X 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動 , 左 側(cè) 不 能 動 作 , 可 獨 立 調(diào) 節(jié) 右 側(cè) 中 心 鉆 的 初 始 位 置 ; 當(dāng) 手 動 切 換 開 關(guān) 置 于 Ⅲ 位 , 左 側(cè) X 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動 , 右 側(cè) 不 能 動 作 , 可 獨 立 調(diào) 節(jié) 左 側(cè) 中 心 鉆 的 初 始 位 置 ; 當(dāng) 手 動 切 換 開 關(guān) 置 于 Ⅱ 位 , 則 兩 側(cè) X 向 步 進(jìn) 電 機(jī) 同 時 工 作 。 本 機(jī) 床 的 轉(zhuǎn) 位 架 選 用 電 動 四 工 位 轉(zhuǎn) 位 刀 架 改 裝 , 根 據(jù) 四 工 位 刀 架 的 出 廠 轉(zhuǎn) 位 精 度 標(biāo) 準(zhǔn) , 完 全 可 以 達(dá) 到 本 機(jī) 床 的 9 0 ° 轉(zhuǎn) 位 要 求 。 控 制 系 統(tǒng) 原 理 圖 如 圖 4 。 5 編 程 示 例 根 據(jù) 以 上 控 制 要 求 , 對 于 L 尺 寸 為 1 0 0 m m , 直 徑 為 1 6 m m 的“ 十 字 ” 軸 零 件 , 數(shù) 控 編 程 如 下 : T 1 0 / / 轉(zhuǎn) 位 刀 架 回 到 一 工 位 G 0 0 W - 2 0 / / 工 作 臺 快 進(jìn) M 0 3 / / 兩 銑 削 頭 啟 動( 銑 削 轉(zhuǎn) 向 ) G 0 1 W - 2 0 F 6 0 0 / / 工 作 臺 工 進(jìn) , 進(jìn) 行 端 面 銑 削 加 工 M 0 4 / / 左 側(cè) 銑 削 頭 換 向( 鉆 削 轉(zhuǎn) 向 ) G 0 0 W - 1 3 / / 工 作 臺 快 進(jìn) , 使 工 件 中 心 對 準(zhǔn) 中 心 鉆 中 心 G 0 1 U - 5 F 5 0 0 / / 鉆 兩 側(cè) 中 心 孔 U - 3 F 3 0 0 / / 鉆 兩 側(cè) 6 0 ° 錐 G 0 0 X 0 M 0 5 / / 鉆 削 滑 套 快 退 到 原 位 , 同 時 銑 削 頭 停 轉(zhuǎn) Z 0 / / 工 作 臺 快 退 回 原 位 T 2 0 / / 轉(zhuǎn) 位 刀 架 旋 轉(zhuǎn) 9 0 ° 準(zhǔn) 備 加 工 另 兩 側(cè) 面 G 0 0 W - 2 0 / / 工 作 臺 快 進(jìn) M 0 3 / / 兩 銑 削 頭 啟 動( 銑 削 轉(zhuǎn) 向 ) G 0 1 W - 2 0 F 6 0 0 / / 工 作 臺 工 進(jìn) , 進(jìn) 行 端 面 銑 削 加 工 M 0 4 / / 左 側(cè) 銑 削 頭 換 向( 鉆 削 轉(zhuǎn) 向 ) G 0 0 W - 1 3 / / 工 作 臺 快 進(jìn) , 使 工 件 中 心 對 準(zhǔn) 中 心 鉆 中 心 G 0 1 U - 5 F 4 0 0 / / 鉆 兩 側(cè) 中 心 孔 W - 3 F 2 0 0 / / 鉆 兩 側(cè) 6 0 ° 錐 G 0 0 X 0 M 0 5 / / 鉆 削 滑 套 快 退 到 原 位 , 同 時 銑 削 頭 停 轉(zhuǎn) G 2 6 / / 工 作 臺 快 退 回 原 位 M 0 2 / / 一 個 工 件 加 工 完 畢 6 工 效 計 算 根 據(jù) 上 面 的 編 程 示 例 , 取 系 統(tǒng) G 0 0 快 進(jìn) 速 度 為 3 0 0 0 , 則 : 快 進(jìn) 、 快 退 總 行 程 為 :( 2 0 + 1 3 + 3 3 + 8 ) × 2 = 1 4 8 m m 總 消 耗 工 時 為 : 6 0 × 1 4 3 / 3 0 0 0 = 2 . 8 6 s 工 進(jìn) 工 時 為 : 2 × 6 0 ×( 2 0 / 6 0 0 + 5 / 5 0 0 + 3 / 3 0 0 ) = 6 . 4 s 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 位 刀 架 轉(zhuǎn) 位 時 間 : 2 × 3 = 6 s 工 件 裝 夾 時 間 : 1 0 s 所 以 , 單 件 總 工 時 為 : 2 . 8 6 + 6 . 4 + 6 + 1 0 = 2 5 . 2 6 s 按 每 天 工 作 時 間 為 8 h , 每 月 上 班 2 2 天 算 , 則 每 月 總 產(chǎn) 量 為 : 2 2 × 8 × 6 0 × 6 0 / 2 5 . 2 6 = 2 5 0 8 3 件 , 達(dá) 到 每 月 產(chǎn) 量 2 萬 件 以 上 的 目 標(biāo) 。 6 2 機(jī) 械 工 程 師 2 0 0 6 年 第 2 期 機(jī) 械 設(shè) 計 M e c h a n i c a l D e s i g n 電 機(jī) 與 變 壓 器 中 判 定 同 名 端 的 方 法 賀 占 杰 ( 陜 西 省 機(jī) 電 工 程 學(xué) 校 , 陜 西 咸 陽 7 1 2 0 2 5 ) 1 前 言 “ 電 機(jī) 與 變 壓 器 ” 是 一 門 實 踐 性 很 強(qiáng) 的 專 業(yè) 基 礎(chǔ) 課 , 在 整 個 專 業(yè) 課 程 體 系 中 起 著 承 上 啟 下 的 作 用 。 其 中 變 壓 器 和 三 相 異 步 電 動 機(jī) 是 本 課 程 中 的 重 要 內(nèi) 容 。 在 生 產(chǎn) 實 踐 中 , 若 變 壓 器 同 名 端 判 定 錯 誤 , 將 會 使 變 壓 器 無 法 正 常 工 作 ; 若 三 相 異 步 電 動 機(jī) 同 名 端 判 斷 錯 誤 , 將 會 使 其 不 產(chǎn) 生 旋 轉(zhuǎn) 磁 場 , 電 動 機(jī) 不 旋 轉(zhuǎn) 。 為 了 保 證 變 壓 器 或 三 相 異 步 電 動 機(jī) 的 正 常 運 行 , 需 要 正 確 判 定 其 同 名 端 , 而 判 定 同 名 端 時 常 常 會 出 現(xiàn) 判 定 結(jié) 果 混 淆 的 情 況 。 在 此 用 相 同 的 判 定 方 法 來 歸 納 、 比 較 其 判 定 結(jié) 果 的 差 異 , 避 免 其 結(jié) 果 發(fā) 生 混 淆 , 以 便 使 學(xué) 生 更 好 地 掌 握 其 判 定 方 法 。 2 變 壓 器 與 三 相 異 步 電 動 機(jī) 同 名 端 的 判 定 方 法 常 用 同 名 端 判 定 的 方 法 : 直 流 法 , 即 用 電 池( 3 V 、 6 V 、 9 V ) 和 萬 用 表 判 定 其 同 名 端 。 ( 1 ) 變 壓 器 同 名 端 的 判 定( 如 圖 1 所 示 ) 變 壓 器 的 一 次 側(cè) 接 電 池 , 1 U 1 經(jīng) 開 關(guān) K( K 斷 狀 態(tài) ) 接 電 池 正 極 , 1 U 2 接 電 池 負(fù) 極 , 2 U 1 接 萬 用 表 正 表 筆 , 2 U 2 接 萬 用 表 負(fù) 表 筆 , 此 時 萬 用 表 置 直 流 毫 安 檔 。 當(dāng) 開 關(guān) K 閉 合 的 瞬 間 , 觀 察 萬 用 表 表 針 的 偏 轉(zhuǎn) 情 況 , 若 正 偏 , 則 1 U 1 和 2 U 1 或 1 U 2 和 2 U 2 為 同 名 端 ; 若 反 偏 , 則 1 U 1 和 2 U 2 或 1 U 2 和 2 U 1 為 同 名 端 。 ( 2 ) 三 相 異 步 電 動 機(jī) 同 名 端 判 定( 如 圖 2 所 示 ) 取 任 意 一 相 為 參 照 相 , 按 圖 2 所 示 接 線 , 當(dāng) 開 關(guān) K 閉 合 的 瞬 間 , 若 表 針 正 偏 , 則 U 1 和 W 2 或 U 2 和 W 1 為 同 名 端 ( U 1 和 W 2 或 U 2 和 W 2 即 為 首 端 或 尾 端 ) ; 若 反 偏 , 則 U 1 和 W 1 或 U 2 和 W 2 為 同 名 端 ( U 1 和 W 1 或 U 2 和 W 2 即 為 首 端 或 尾 端 ) 。 3 判 定 結(jié) 果 的 比 較( 如 下 表 所 示 ) 顯 然 , 用 相 同 的 方 法 判 定 變 壓 器 與 三 相 異 步 電 動 機(jī) 的 同 名 端 , 其 結(jié) 果 是 截 然 不 同 的 。 總 之 , 判 定 變 壓 器 和 三 相 異 步 電 動 機(jī) 的 同 名 端 在 實 際 應(yīng) 用 中 尤 為 重 要 , 所 以 在 其 同 名 端 的 判 定 實 踐 教 學(xué) 中 , 應(yīng) 充 分 注 意 到 判 定 結(jié) 果 的 差 異 , 從 而 加 深 對 同 名 端 判 定 方 法 的 理 解 及 其 判 定 結(jié) 果 的 正 確 認(rèn) 定 , 以 免 影 響 變 壓 器 或 三 相 異 步 電 動 機(jī) 的 正 常 運 行 。 ( 編 輯 昊 天 ) 作 者 簡 介 : 賀 占 杰( 1 9 7 1 - ) , 男 , 助 理 實 驗 師 。 收 稿 日 期 : 2 0 0 5 - 1 1 - 1 4 6 3 機(jī) 械 工 程 師 2 0 0 6 年 第 2 期 摘 要 : 如 何 判 定 變 壓 器 和 三 相 異 步 電 動 機(jī) 同 名 端 是 容 易 混 淆 的 問 題 , 文 中 從 判 定 的 方 法 及 判 定 結(jié) 果 的 差 異 入 手 , 對 其 做 了 有 益 的 探 討 , 以 期 在 教 學(xué) 過 程 中 使 學(xué) 生 易 于 掌 握 , 便 于 判 定 。 關(guān) 鍵 詞 : 同 名 端 ; 判 定 方 法 ; 結(jié) 果 差 異 中 圖 分 類 號 : T M 3 4 3 . 2 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 : B 文 章 編 號 : 1 0 0 2 - 2 3 3 3( 2 0 0 6 ) 0 2 - 0 0 6 3 - 0 1 類 別 變 壓 器 三 相 異 步 電 動 機(jī) 萬 用 表 指 針 偏 轉(zhuǎn) 情 況 正 偏 反 偏 正 偏 反 偏 同 名 端 1 U 1 和 2 U 1 或 1 U 2 和 2 U 2 1 U 1 和 2 U 2 或 1 U 2 和 2 U 1 U 1 和 W 2 或 U 2 和 W 1 U 1 和 W 1 或 U 2 和 W 2 !!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!! 7 結(jié) 論 在 傳 統(tǒng) 機(jī) 械 制 造 業(yè) 中 , 組 合 機(jī) 床 仍 然 是 完 成 批 量 生 產(chǎn) 任 務(wù) 的 首 選 設(shè) 備 。 通 過 采 購 現(xiàn) 有 的 機(jī) 床 功 能 部 件 , 并 進(jìn) 行 適 當(dāng) 改 造 , 在 盡 可 能 短 的 時 間 內(nèi) 制 造 出 符 合 功 能 要 求 的 機(jī) 床 , 是 跟 上 現(xiàn) 代 企 業(yè) 快 節(jié) 奏 的 一 種 有 效 方 法 。 而 隨 著 數(shù) 控 技 術(shù) 的 發(fā) 展 , 數(shù) 控 系 統(tǒng) 及 各 種 執(zhí) 行 部 件 已 經(jīng) 成 為 成 熟 的 部 件 , 選 購 方 便 , 用 戶 服 務(wù) 也 有 較 好 的 保 證 。 選 用 數(shù) 控 設(shè) 備 進(jìn) 行 組 合 機(jī) 床 設(shè) 計 , 既 可 以 使 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計 簡 單 , 工 作 穩(wěn) 定 可 靠 , 還 可 以 實 現(xiàn) 組 合 機(jī) 床 在 一 定 范 圍 內(nèi) 的 柔 性 調(diào) 整 , 所 以 數(shù) 控 組 合 機(jī) 床 將 是 組 合 機(jī) 床 設(shè) 計 的 一 個 新 突 破 點 。 [ 參 考 文 獻(xiàn) ] [ 1 ] [ 加 ] Y u s u f A l t i n t a s . 數(shù) 控 技 術(shù) 與 制 造 自 動 化[ M ] . 羅 學(xué) 科 譯 . 北 京 : 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 , 2 0 0 2 . ( 編 輯 黃 荻 ) 作 者 簡 介 : 鄭 建 喜( 1 9 7 3 - ) , 男 , 現(xiàn) 任 福 建 工 程 學(xué) 院 臺 鉆 廠 技 術(shù) 副 廠 長 , 工 程 師 , 工 程 碩 士 研 究 生 , 主 要 研 究 方 向 為 機(jī) 械 設(shè) 計 、 機(jī) 電 一 體 化 和 虛 擬 樣 機(jī) 。 收 稿 日 期 : 2 0 0 5 - 0 8 - 3 1 經(jīng) 驗 借 鑒P r a c t i c a l E x p e r i e n c e
外文翻譯
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 生 姓 名 錢 俊
班 級 B機(jī)制077
學(xué) 號 0710101715
指 導(dǎo) 教 師 袁 健
外文資料名稱: Series Design of Large-Scale NC
Machine Tool
外文資料出處:J China Univ Mining & Technol 2007, 17(2): 0272–0276
附 件: 1.外文資料翻譯譯文
2.外文原文
指導(dǎo)教師評語:
簽名:
年 月 日
大型數(shù)控機(jī)床的系列設(shè)計
TANG Zhi
東華大學(xué),工程及機(jī)械研究所、中國,上海201620
錢俊 譯
摘 要: 在西方發(fā)達(dá)國家,產(chǎn)品體系的設(shè)計是一個成熟的概念.在上個世紀(jì),它已應(yīng)用于軍工業(yè)。然而到目前為止, 在中國,功能組合仍是產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計的主要方法。因此,就產(chǎn)品概念的生成和產(chǎn)品相互作用而言,我們和全球市場的要求相比處于弱勢。今天,這個系列產(chǎn)品設(shè)計的想法已經(jīng)引起了人們對設(shè)計領(lǐng)域和產(chǎn)品一代的定義及其參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)注。雖然一臺大型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計是很復(fù)雜的,但是系列產(chǎn)品牢固地設(shè)計了平臺建立的概念,它可以由配售對象設(shè)計的精確演練進(jìn)一步優(yōu)化。一臺大型數(shù)控機(jī)床的設(shè)計過程詮釋了系列產(chǎn)品設(shè)計的本質(zhì)。
關(guān)鍵詞:大型數(shù)控機(jī)床;系列產(chǎn)品設(shè)計;優(yōu)化設(shè)計
1 前言
大型機(jī)床的設(shè)計管理需要許多不同科目的參與包括工程學(xué),運動學(xué),色彩研究學(xué),工效學(xué)和企業(yè)標(biāo)識。目前,在中國強(qiáng)調(diào)功能設(shè)計,然而在西方國家,多彩識別系統(tǒng)和系列產(chǎn)品定義已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域。在中國模仿臺灣和其他一些地區(qū)的產(chǎn)品是很普遍的,這就導(dǎo)致了市場中的產(chǎn)品質(zhì)量相同的現(xiàn)象。不同工廠制造的大型數(shù)控機(jī)床基本上沒有區(qū)別。所以,引進(jìn)系列產(chǎn)品設(shè)計對中國的生產(chǎn)過程很重要。
早在19世紀(jì)30年代,美通用公司的設(shè)計者們采用了一種新的設(shè)計模式,即計劃性淘汰。根據(jù)這個計劃,汽車的風(fēng)格至少每2年有一個小的變化,每3-4年有較大的變化,這樣就能定期提供新款式的汽車。這個計劃的目的就是說服客戶放棄他們的舊汽車來追趕新的風(fēng)格。理論上,根據(jù)計劃廢除已經(jīng)建立的系列產(chǎn)品設(shè)計,引進(jìn)新的系列產(chǎn)品設(shè)計提高了公司內(nèi)部的管理決策水平和銷售。從19世紀(jì)30年代到60年代,系統(tǒng)設(shè)計由于金融危機(jī)和第二次世界大戰(zhàn)沒有得到太多的改善。然而,戰(zhàn)爭的需求激發(fā)了消費者產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn),在產(chǎn)生了大量廉價的工業(yè)產(chǎn)品后,戰(zhàn)爭的另一種危害出現(xiàn)了。第二次世界大戰(zhàn)之后,系統(tǒng)設(shè)計和系列產(chǎn)品設(shè)計在美通用汽車公司和一些其他出現(xiàn)在意大利,英國和德國的汽車制造商。這發(fā)展到先進(jìn)水平,許多注意力被用來指導(dǎo)公司間的合作。很明顯,這種變化的影響非常顯著,例如BRAUN。從1960年到1970年,日本開始在多國公司進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā),與此同時,日本政府設(shè)立工業(yè)產(chǎn)品出口規(guī)范。在最近20年,許多機(jī)構(gòu)和組織忙于設(shè)計過程,設(shè)計方法和設(shè)計管理的研究。目前,就大型數(shù)控機(jī)床的系列設(shè)計而言,重要的是保持對公司的內(nèi)部特色,這是系列設(shè)計系統(tǒng)的核心。圖1是中國一個特定公司的大型數(shù)控機(jī)床的原型。
圖1中原始機(jī)床原型的風(fēng)格實際上與20世紀(jì)中期的設(shè)計系統(tǒng)相符合。它有一些問題:1)無輔助設(shè)備發(fā)動機(jī);2)尖銳的角落風(fēng)格;3)配件不匹配的主機(jī);4)線路安排并非有序;5)開放式的門已經(jīng)過時了;6)單一的顏色,缺少鑒定;7)整體風(fēng)格過時,與先進(jìn)產(chǎn)品識別系統(tǒng)不相符合。因此,這樣的風(fēng)格在表達(dá)產(chǎn)品形態(tài)和功能方面太直接。系列產(chǎn)品的設(shè)計與其基本功能特點相符合是很重要的。
圖1原始車床原型
2 產(chǎn)品識別系統(tǒng)
一般的,產(chǎn)品識別因素決定了特定公司的運作,這是產(chǎn)品識別系統(tǒng)的本質(zhì)即清楚地鑒定特定的產(chǎn)品。因此,產(chǎn)品識別系統(tǒng)應(yīng)該1)盡可能地吸引社會關(guān)注,2)同意公司的視覺概念標(biāo)準(zhǔn),3)提供一個特有的標(biāo)志,4)能給人留下深刻印象,5)滿足不同類型產(chǎn)品的需求,6)符合審美情趣,7)不會顯著增加新的設(shè)計開發(fā)帶來的生產(chǎn)成本。
從產(chǎn)品鑒別的觀點來看,這是為了提高產(chǎn)品價格和滿足市場競爭的需求。類似于飛利浦標(biāo)簽上的“精于心簡”,其核心價值觀的體現(xiàn)是一個公司獲得公眾熱情接受的關(guān)鍵。其平臺的建立,優(yōu)化設(shè)計和模塊化管理應(yīng)作為系列產(chǎn)品的主體被引進(jìn)來支持公司層面上的產(chǎn)品識別系統(tǒng)。
圖2是設(shè)計平臺圖表。
在建立識別系統(tǒng)之前,需要提供一個大型系列數(shù)控機(jī)床的通用平臺,然后為了確定哪個平臺適合特定產(chǎn)品的設(shè)計而進(jìn)行優(yōu)化。因此,該平臺是未來系列產(chǎn)品的關(guān)鍵。
圖2 平臺設(shè)計的介紹
3 建立產(chǎn)品平臺
3.1 平臺的建立過程
為了產(chǎn)品集成的不同構(gòu)架,該平臺通常能最有效的確定成本。設(shè)計時間可以減少,生產(chǎn)率可以提高因為變形產(chǎn)品來自同一個平臺。特別的,對大型數(shù)控機(jī)床來說,特定地區(qū)的定制產(chǎn)品采用已經(jīng)建立的產(chǎn)品平臺簡單而且有效,這很重要。
建立一個平臺的目的不是為了產(chǎn)品功能,而是專注于系列產(chǎn)品的設(shè)計和對其他系統(tǒng)有關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)。就平臺而言,工程團(tuán)隊?wèi)?yīng)該建立產(chǎn)品的系統(tǒng)模型,包含了精確描述產(chǎn)品的系統(tǒng)框架,然后匯報給設(shè)計師作為建立平臺的參考(圖3)。
圖3 機(jī)床平臺的設(shè)計過程
3.2平臺設(shè)施的評價
以下是四個基本評價標(biāo)準(zhǔn):
1) 材料成本和生產(chǎn)成本(這將影響到產(chǎn)品的最終價格)。
2) 庫存成本。
3) 視覺的需求。
4) 工效學(xué)。
這些標(biāo)準(zhǔn)的列舉是系列產(chǎn)品差異化的基礎(chǔ)。圖4顯示了該系列產(chǎn)品四個備選項目的清單。這些產(chǎn)品都列在圖標(biāo)的頂部,并列為介紹。為了方便分析,該系列產(chǎn)品分為幾個部分。四個不同的平臺提出四個不同的系列,其中A系列包含一個電源供應(yīng)器,B系列包含電源,石油槽和電線,C系列包含電源,底座和一條線控制器,D系列包含電源和油過濾器。它們的分?jǐn)?shù)根據(jù)以下規(guī)則記錄:1)基本設(shè)計,“0”; 2)好于基本設(shè)計,“+”; 3)差于基本設(shè)計,“X”。
圖4 產(chǎn)品平臺及系列產(chǎn)品選擇圖表
在評價之后,我們獲得一個總得分,這是優(yōu)化平臺的基本項目。對像大型數(shù)控機(jī)床這樣的項目來說,為產(chǎn)品零件建立一個部分優(yōu)化設(shè)計是至關(guān)重要的。
4 產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計
優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計的通常的目的不是在于平臺,而是在于特定產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)設(shè)計,它應(yīng)該遵循一些功能就像我們機(jī)床門風(fēng)格的改善。平臺和單一的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計通常被大型設(shè)備所采用。通過利用基本平臺,新型產(chǎn)品很容易被開發(fā)出來。模塊化開發(fā),電樞板技術(shù)和快速成形技術(shù)變得很容易并足以滿足市場的需求。然而,基本平臺也有一些缺點。一般來說,一個系列中只有一樣產(chǎn)品在材料,開發(fā)費用,外觀要求和人為因素方面都較為成功的。對于其他低等級的系列產(chǎn)品來說,這就是所謂的旗艦產(chǎn)品。
假設(shè)某產(chǎn)品是一個單一的設(shè)計,不是基于平臺,因此它可以表示為一個優(yōu)化問題?,F(xiàn)在讓我們來嘗試一下優(yōu)化以為結(jié)構(gòu)變量的目標(biāo)函數(shù),受限于函數(shù),成本和其他方面的限制,然后我們得到
限制函數(shù),
預(yù)算限制 ,
其中g(shù)代表限制函數(shù),cost代表系列產(chǎn)品,B代表預(yù)算。
計劃工作已平臺能夠構(gòu)建一個優(yōu)化模型為基礎(chǔ)。在選擇產(chǎn)品平臺之前,我們首先必須確定什么是公用部分和什么事專用部分。當(dāng)專用部分的成本降至最低時,整個系列的成本也隨之降為最低。所以優(yōu)化需要在兩個層面是進(jìn)行,即平臺和專用部分?;谄脚_的產(chǎn)品的功能取決于變量,共用同一平臺的產(chǎn)品功能取決于變量的設(shè)置。同樣這個準(zhǔn)則也可以用于單一產(chǎn)品的設(shè)計。在平臺上控制相關(guān)變量,不同的優(yōu)化過程可以變得靈活。優(yōu)化問題由
函數(shù)極限,
預(yù)算極限所決定。
其中B為系列產(chǎn)品的預(yù)算。
這個數(shù)學(xué)表達(dá)式是優(yōu)化過程的一個簡單描述。事實上,我們在細(xì)節(jié)方面仍然采用小規(guī)模的模塊化設(shè)計。對于這些大型數(shù)控機(jī)床,模塊化設(shè)計非常適用,它可以處理產(chǎn)品內(nèi)部零件的細(xì)節(jié),使研究和開發(fā)成本降低。此外,優(yōu)化設(shè)計可以應(yīng)用在功能模塊組合,就像不同尺寸的機(jī)床在結(jié)構(gòu)和門的數(shù)量上有很大差異。然而,優(yōu)化設(shè)計需要在控制臺的安裝,接線設(shè)置和應(yīng)用方面進(jìn)行一定的調(diào)整。
5 產(chǎn)品模塊化設(shè)計
配件的標(biāo)準(zhǔn)化和快速成形是模塊化設(shè)計的兩個主要特點。基于這兩個特點,在一個系統(tǒng)中,模塊化產(chǎn)品一般可以分為幾個層次。然而,由于不同角度的理解,模塊化的標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)果并不是唯一的;子函數(shù)的最終關(guān)系很可能是整體或模塊化的結(jié)構(gòu)。有兩種產(chǎn)品模塊:一種基于功能模塊,另一種基于生產(chǎn)模塊。第一種是根據(jù)一般產(chǎn)品功能設(shè)置并由子功能來表達(dá)。對于第二種,考慮到生產(chǎn)過程中一些配件的結(jié)合,形成組裝模塊(圖5)。此處提到的模塊化是在概念層次的,它的功能特性有生產(chǎn)和組裝。
圖5 產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計模塊
6 系列產(chǎn)品的參數(shù)集
6.1 尺寸參數(shù)
在像大型數(shù)控機(jī)床的復(fù)雜產(chǎn)品方面,參數(shù)的確定是很重要的。當(dāng)我們調(diào)節(jié)相對量的時候,產(chǎn)品的功能性是我們首先要考慮的。現(xiàn)在,毫無疑問,產(chǎn)品受到全球競爭,越來越多的經(jīng)典產(chǎn)品成為世界范圍內(nèi)的首選。
對一個來自系列產(chǎn)品設(shè)計的旗艦產(chǎn)品來說,冗雜,復(fù)雜的和反人性的細(xì)節(jié)已經(jīng)根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)消除。在設(shè)計過程中,審美,結(jié)構(gòu)和相互作用必須加以考慮。顯然,機(jī)床的底座和電源可以是三維特性標(biāo)準(zhǔn)(圖6),即新產(chǎn)品的標(biāo)志設(shè)計。所以,大小和比例參數(shù)是可調(diào)的。關(guān)于不同種類的比例參數(shù),見圖7,介紹了門的比例,移動門和電源。所有參數(shù)都根據(jù)人體工程學(xué)確定,特別鑒于亞洲人的身體比例。
圖6 新機(jī)床概念
圖7 工程圖設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)
6.2 參數(shù)設(shè)置圖表
有四種類型的產(chǎn)品,每個都有四個名叫A,B,C和D的平臺。工程師們被要求選擇出適合任一產(chǎn)品的平臺。他們還被要求對應(yīng)于每一類產(chǎn)品評估剩余的四個因素:材料成本,開發(fā)成本,視覺需求和人體工程學(xué)要求。
7 結(jié)論
真正的產(chǎn)品是系列產(chǎn)品設(shè)計的必然結(jié)果。在最后組裝過程中調(diào)整參數(shù)唧是很有必要的。
任何能夠占據(jù)目標(biāo)市場的單一產(chǎn)品會在不久的將來變得眾所周知,系列產(chǎn)品的發(fā)展方向必定將贏得世界個地的美譽(yù)。每一個在產(chǎn)品方面的改進(jìn)并不意味著徹底改變。開始時有一個好的計劃設(shè)計方向是項目管理的關(guān)鍵。在市場經(jīng)濟(jì)指導(dǎo)下,滿足系列產(chǎn)品設(shè)計的期望是很必要的,如果我們不能有效地利用新產(chǎn)品的發(fā)展和設(shè)計過程,我們將會失去系列產(chǎn)品設(shè)計所用的資源。
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文 獻(xiàn) 資 料
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 生 姓 名 錢 俊
班 級 B機(jī)制077
學(xué) 號 0710101715
指 導(dǎo) 教 師 袁 健
文 獻(xiàn) 資 料
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第19卷第4期 2009年10月 null null null null null null null 安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報 Journal of AnhuiVocational College of Metallurgy andTechnology null null null null null null null null Vol.19.No.4 Oct. 2009 ' d G F ? 5 ¥ ! 9 # ? / 丁貴軍,王碩煜,楊null 鈞,吳昊川 (馬鋼第二機(jī)械設(shè)備制造公司null 安徽馬鞍山null 243000) K null 1 :介紹了馬鋼第二機(jī)制公司在加工深孔時利用數(shù)控機(jī)床加工, 為了降低生產(chǎn)成本,提高數(shù)控機(jī)床的使用率, 根據(jù)深 孔加工的特點,設(shè)計并制造了一臺專門用于加工深孔的組合機(jī)床