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设计案例分析
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非标机械设计的探讨
发表时间:2012-03-21  文字 〖 〗  阅读次数:    [关闭窗口]

        非标机械有别于传统机械设计,非标机械设计有时间性限制,设计周期要短,设计要简洁、准确、安全、可靠及满足客户合理的专业性要求,用户对非标机械的设计往往有许多的要求,包括合理和不合理的,这是一项挑战性的工作,在此我们对非标设计进行探讨。

        设计产品的分类。要弄清所设计的机械属于成熟型的非标机械还是非成熟型的非标机械,所谓成熟型的非标机械是指哪些工作原理清晰,机械结构较为通用,甚至有产品样板可以模仿的产品;所谓非成熟产品是指工作原理比较复杂,机械结构不通用,更严重的是连客户都未完全了解其产品的整个生产工艺,或者是客户正在试验使用未成熟的生产工艺,而要设计一些机械来满足生产工艺要求,所以,非成熟产品设计就会有难度性高、不确定性和风险性的特点。除了以上的因素外,企业已经拥有的成熟技术也是一个重要因素,某些订单产品对于拥有成熟技术的公司来说属于成熟的产品,对于完全未涉足过该领域的企业来说则属于非成熟产品,要具体分析。

        成熟产品的设计。成熟非标机械设计可以分为三类,第一、主机相同,夹具和辅件不同,这类型的设计较简单,只要消化好主机和辅件的作用就行了;第二、主机的规格要放大或缩小,动力要变化,那就需要将产品的结构和动力重新考虑,例如企业有30吨压力的四柱压机,现在客户要订造一台60吨四柱压机,这样,在结构形式、液压油路和电路相同的情况下,我们就要对框架进行力学分析计算,重新选择框架用料大小,另外,液压缸、液压泵、液压阀等重新选型;第三、主机不同,部件相同,那就要根据成熟的部件进行组合设计,达到客户要求,这样则尽可能采用成熟的部件,对特别设计部分进行设计,并提早对特别设计部分进行试验,另外,使用三维图对整体进行组装,在图中对运动部件进行仿真运动,确认总体结构成功。

       非成熟产品设计。非成熟产品设计分成三类,第一、单机类,主机较简单,但本企业对该产品不了解,客户提供较详细资料,甚至包括样机。针对这类型的设计,企业要对目前样机工作内容、工作原理、采用的结构进行详细分析后进行设计;第二、组合机类,主机较为复杂,部分结构可以使用企业成熟的结构,总体上要重新设计,针对这类型的设计,企业首先是要评审,企业是否有足够的能力承担设计任务,评审通过后,则要对所设计机械生产产品的生产工艺进行详细的了解,了解所设计产品的工作原理,进而进行机械结构和控制原理的选择,和总体构思和设计;第三、生产线类,这类型产品是最复杂的设计,这类型的设计往往不能由本企业就可以完成,需要选用外部产品与本企业组合才能完成生产线,包括液压机、锅炉、制冷设备、输送设备、风送等流体输送设备、吊重设备、模具、夹具、自动化入料和出料等专用设备。因而生产线的设计的评审要更加严格,除了评审本企业是否能够完成设计外,配套供应商是否也达到要求,对生产线的生产工艺和生产线工作原理要了解,对生产线的各台设备更要详细分析。

        设计前评审。对于成熟产品中的复杂类型和非成熟产品则要采用设计前评审,设计前评审的内容包括第一、企业的拥有的技术、客户提供的技术、企业短期可以获得的技术和协作企业提供的产品和技术支持程度是否足够;第二、企业的人力资源情况和资金情况;第三、完成该产品后带来的收益,包括资金、技术、市场及人力资源等方面,若设计失败后带来的损失,包括资金、市场和公司形象等方面。

        总体设计方案的评审。当设计前评审通过后,则可以开展设计,根据设计任务的大小和难度交由不同的设计小组去完成,设计小组首先要进行设计的选型和组合工作,进而完成设计方案,包括设计总图(产品总图采用三维设计)、主机或生产线的主要参数、配套的主要设备、机械和电气的主要部件和参数、主要控制方式等。在评审前评审小组收集的评审依据,评审依据包括:第一、企业与客户签订的技术协议;第二、本企业的技术标准;第三、相关的其它技术标准,包括国际、国家和行业标准;第四、产品直接成本和合同价格。评审小组对以上内容进行评审,评审的原则有:第一、方案符合客户的合理要求;第二、方案采用行业和企业标准化、通用和成熟的设备和结构;第三、产品要达到高质量、低成本和先进性的综合要求。

        部件和零件评审。当完成总体方案评审后,设计小组则可以进行部件和零件设计,评审依据包括:第一、客户与企业签订的技术协议(指定外购件品牌为主);第二、本企业的部件、零件和外购件标准;第三、设计手册标准及企业常用设计公差配合、精度、选材等标准;第四、力学计算依据和热力学计算等计算依据等。评审的内容包括:部件图、零件图、主电路图、控制线路图、零件清单、外购件清单、标准化清单、力学和热力学计算书等。在非标设计过程中,往往是时间紧迫,因而采用三维设计会减少设计失误,部件和零件审核过程中,若时间有限,则对主要部件、零件、外购件和计算书进行审核,避免出较严重的错误。

        企业设计标准的制定。企业标准包括的内容有:第一、常规产品标准,指本企业产品目录的产品。包括的内容有:经过设计成熟后,企业完善产品的技术参数,图纸(总三维图和零件二维图)、设计书、说明书和零件、外购件和标准件清单,以及产品视频、图片等;第二、常用机构标准,企业将常用的机构确定为企业的标准部件,包括驱动减速机构、液压系统、输送机构、传动机构、装夹机构、起重机构、导向机构、停车减速控制机构、加热机构、冷却机构、风送机构、机架结构、保温结构、防护机架等,企业将成熟的机构设计图纸、物料清单、视频、图片、计算书等归类;第三、常用部件和零件标准,包括驱动部件、从动部件、导向部件、液压站、车轮、托辊、导向轮、常用轴、支座、门、窗等;第四、常用外购件,包括电机、风机、减速机、发热冷却元件、液压元件、气动元件、电气元件、机械元件、五金元件、直线道轨、丝杆等;第五、材料标准,包括钢、有色金属、合金、非金属材料板材和型材等;第六、产品和零件的外观标准,产品的机架型材、地脚和护罩选择、制造工艺、油漆的质量和颜色,零件的防锈处理工艺和颜色,企业和安全标志,吊装点的设置,各类行程、光电开关安装方法和防护,线槽、气管和液压管布置。企业标准建立过程中不断地吸收常用机械零件制造商的制造产品目录,将常用的零件列入企业的标准中,将常用的电机、减速机、PLC等机械电器件列入企业标准中。企业标准的建立要遵循几个原则:第一、常用性,无论是产品标准还是其它标准都应当是常用的列入标准,避免参与标准品格泛滥;第二、质量和安全性,建立标准的产品、机构、部件、零件和外购件都必须经过检验使用安全可靠,质量保证;第三、成本性,成熟成为标准的产品、机构、部件、零件、外购件和材料都应当在保证质量的前提下,确保低成本原则。

        设计的总结和检讨。企业每次设计完成后必须对设计进行总结分析,第一、失败和失误的地方检讨,分析造成的原因,出现问题的设计是否偏离企业的标准,是否属于未有企业标准的内容,是否要建立相应的企业标准;第二、结构、传动等是否符合企业标准,检讨那些偏离企业标准,要修正,或企业标准不足,要进行补充;第三、经过该项目后,发现有好的设计将其纳入企业标准,完善企业标准。

        企业常用的传动机构。第一、直线运动机构有:驱动机构A,采用电机(伺服电机、变频电机)、减速机、同步轮(主动和被动)、同步带、同步带连接块,由同步带连接块驱动物件作直线运动;驱动机构B,采用伺服电机、减速机、联轴器或同步带轮、丝杆(T型和滚珠型)和螺母,由螺母驱动物件作直线运动;驱动机构C,电机、减速机、链传动或同步带传动、滚筒(主动和被动)、托轮和输送平带或网带,或者滚筒带链条传动,链条带动网车或输送网,直接驱动网和带作循环或往复运动;驱动机构D,采用电机、减速机、联轴器、车轮,车轮与道轨摩擦驱动物件直线运动,或者,数个车轮(托轮)与小车摩擦驱动小车直线运动;气缸传动、液压缸和伺服缸传动,缸轴推动物件作直线往复运动;电机、减速机、链轮、曲轴、连杆,连杆驱动物料作直线往复运动;驱动机构E,采用卷扬机钢丝绳牵物件作直线往复运动;驱动机构F,采用电机、减速机、凸轮、连杆,连杆驱动物件进行往复直线运动,或者轴向凸轮,用凸轮槽驱动轴承及物件作直线往复运动;驱动机构G,采用电机、减速机、压辊(主动和被动),由压辊直接驱动物料作直线或往复运动。第二、直线运动的导向机构有直线道轨及道轨副、V型加平型轮配V型和平型道轨、导向轴配轴套等;第三、圆周运动机构有:驱动机构A,电机、减速机、主轴及轴承,主轴驱动物件作圆周运动;驱动机构B,电机、分割器、转盘,由转盘驱动物料作圆周间歇运动。第四、风送机构有:风送机构A,利用压缩空气吹送轻质物料,物料在道轨运动;风送机构B,压缩空气吹送粒状和粉料,压缩空气将粒状和粉料混合成料和气混合物,在管道内传送,再进行料气分离,进行传送物料。第五、加热机构,红外线发热板直接加热,卤素灯直接加热、电热棒直接加热循环空气、燃气炉直接加热循环空气、电热板或电热棒加热钢板后加热(接触式),导热油加热钢板后加热(接触式);第六、冷却系统,冷却塔和冷冻机冷却配水池;第七、空气循环,轴流风机和离心风机;第八、吸料和夹料装配,气缸驱动针刺装配、机械夹手装配和真空吸盘。

       非标机械设计要取得成功,有几方面我们是要努力的,第一、企业要聘用、培养和凝聚一支优秀的设计队伍;第二、企业提供良好的设计环境和设施,及保密设施和制度;第三、企业建立和持续完善企业的产品、机构、部件、零件、外购件、外观等标准,建立企业的技术库,包括方案、工艺说明书、三维总图、清单、计算书、目录、图片和视频等;第四、企业不断检讨企业设计的产品,持续改善;第五、企业不断学习先进的产品和技术,对于专业技术,本企业无法学习的,则要向先进企业(包括欧美和日本等先进国家企业)直接购买,或聘请拥有先进技术的设计技术人员,不断地研发,进行新技术储备。当企业拥有优秀的设计队伍,这支队伍的积极性得到充分提高后,企业的技术积累到一定阶段时,企业就将迎来强的设计能力和高的设计水平,从而让企业成为行业的先锋及具备跨行业发展的能力。

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