畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）超聲波清洗機(jī)設(shè)計(jì)與電氣控制

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　題 目： 超聲波清洗機(jī)設(shè)計(jì)與電氣控制 </p><p><b>　　湘潭大學(xué)興湘學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 超聲

2、波清洗機(jī)設(shè)計(jì)與電氣控制 </p><p>　　一、主要內(nèi)容及基本要求 </p><p>　　對超聲波清洗原理的了解，對超聲波發(fā)生器進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析；對清洗槽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，完成相應(yīng)的工藝參數(shù)和成型設(shè)備，并進(jìn)行工程制圖。基本要求如下：

3、 </p><p>　　1.繪制清洗槽裝配圖 1張 </p><p>　　2.繪制清洗槽零件圖 2張 </p><p>　　3.編寫設(shè)計(jì)說

4、明書 1份 </p><p>　　4.繪制了電路圖 4張 </p><p>　　5 文獻(xiàn)翻譯

5、 1篇 </p><p><b>　　二、重點(diǎn)研究的問題</b></p><p>　　為了能夠使人能從繁瑣的家務(wù)勞動中解脫出來，設(shè)計(jì)一種能清洗家庭廚具和一些難洗的生活用具的超聲波清洗機(jī)。根據(jù)所需功率和最佳清洗頻率對超聲波發(fā)

6、生器電路進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì)出振蕩器、放大器、匹配電路，使超聲波清洗機(jī)的清洗效果更佳,并對清洗槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)制圖。 </p><p><b>　　三、進(jìn)度安排</b></p><p>　　四、應(yīng)收集的資料及主要參

7、考文獻(xiàn)</p><p>　　[1] 曹風(fēng)國. 超聲加工技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005(1)</p><p>　　[2] 張海燕．超聲波清洗技術(shù)[J]．近代物理知識，2002(6)</p><p>　　[3] 白基成 郭永豐. 特種加工技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006(1)</p><p>　　[4] 胡傳忻 夏志東. 特種加工

8、手冊[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社，2007(9)</p><p>　　[5] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，1987(6)</p><p>　　[6] 艾小洋．中國工業(yè)清洗領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[M]．現(xiàn)代制造，2004(2)</p><p>　　[7] 欒桂冬 張金鐸. 王仁乾．壓電換能器和換能器陣[M]．修訂版；北京大學(xué)出版社，2005(9)<

9、/p><p><b>　　湘潭大學(xué)興湘學(xué)院</b></p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評閱表</p><p>　　學(xué)號 2008963034 姓名 張松杰 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 超聲波

10、清洗機(jī)設(shè)計(jì)與電氣控制 </p><p><b>　　湘潭大學(xué)興湘學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)鑒定意見</b></p><p>　　學(xué)號：2008963034姓名： 張松杰 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化</p><p>　　

11、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 42 頁 圖 表 4 張</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言……………………………………………………………………………….….3</p><p>　　第一章 超聲波清洗機(jī)原理與結(jié)構(gòu)……………………………………....

12、...4</p><p>　　第一節(jié) 超聲波清洗的原理和特點(diǎn)…………………………….…...................4</p><p>　　第二節(jié) 超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)定………………………..…………..5</p><p>　　第二章 超聲波發(fā)生器設(shè)計(jì)…………………………………………………..6

13、 </p><p>　　第一節(jié) 超聲波發(fā)生器的選擇………………………………………………....6</p><p>　　第二節(jié) 超聲波振蕩器設(shè)計(jì)………………………..……………………..……7</p><p>　　第三節(jié) 超聲波放大器設(shè)計(jì)……………………………………………………8</p><p>　　第四節(jié) 高頻驅(qū)動和匹配電

14、路…………………………………………..……10</p><p>　　第三章 超聲波換能器設(shè)計(jì)…………….…………………………………..11</p><p>　　換能器的選擇……………….……………………………………...11</p><p>　　換能器設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………....12</p><p>　　第四章

15、 清洗槽設(shè)計(jì)……………………………………………………….…16 </p><p>　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………...17</p><p>　　附錄一：外文文獻(xiàn)及其翻譯</p><p>　　附錄二：AutoCAD圖紙</p><p><b>　　附錄三：電路圖</b></

16、p><p><b>　　超聲波清洗機(jī)</b></p><p>　　摘要：超聲波清洗始于20世紀(jì)50年代初，隨著技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)用日益擴(kuò)大。目前已廣泛地用于電子電器工業(yè)、清洗半導(dǎo)體器件、電子管零件、印刷電路、繼電器、開關(guān)和濾波器等；機(jī)械工業(yè)中用于清洗齒輪、軸承、油泵油嘴偶件、燃油過濾器、閥門及其他機(jī)械零件，大如發(fā)動機(jī)及導(dǎo)彈部件，小如手表零件；再如光學(xué)和醫(yī)療器械方面用于清洗各種透

17、鏡、眼鏡及框、醫(yī)用玻璃器皿、針管和手術(shù)器具等；此次設(shè)計(jì)的超聲波清洗機(jī)主要應(yīng)用于家庭中廚具和一些難洗的生活用具。該產(chǎn)品是一種機(jī)電產(chǎn)品，通過壓電陶瓷材料做成的超聲波換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變成機(jī)械振動，在液體中產(chǎn)生超聲波振動進(jìn)行清洗。利用超聲波可以穿透固體物質(zhì)而使整個(gè)清洗介質(zhì)振動并產(chǎn)生空化氣泡，該清洗方式對任何生活用具不存在清洗不到的死角，且清洗潔凈度非常高。這種新一代時(shí)尚家電，能夠使人們從繁瑣的家務(wù)勞動中解脫出來。</p>&

18、lt;p>　　關(guān)鍵詞：超聲波；清洗機(jī)；換能器</p><p>　　Ultrasonic washer</p><p>　　Abstract: ultrasonic cleaning began in the early 1950s, with the development of technology application widening. Currently has been

19、widely used in electronic industry, semiconductor device, cleaning tube parts and printing circuit, relays, switches and filter; etc. Mechanical industry for the cleaning gears, bearings, diesel oil, fuel filter, valves

20、and other mechanical parts, such as engine and missile components, such as watch of small parts, Again, such as optical and medical equipment used f</p><p>　　Keywords: ultrasonic, Cleaner, transducer</p&g

21、t;<p><b>　　引言</b></p><p>　　超聲波是一種超過人類聽力頻率范圍的聲波，具有頻率高、方向性準(zhǔn)、穿透能力強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于清洗、距離測量、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。超聲清洗始于2O世紀(jì)5O年代初，開始主要用于電子、光學(xué)和醫(yī)藥等領(lǐng)域，作為一項(xiàng)實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù)，其應(yīng)用場所廣泛，涉及到大的機(jī)械零部件，小半導(dǎo)體器件的清洗等，常常稱作“無刷清洗”。超聲波清洗的主要特點(diǎn)是速度快

22、、效果好、容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制等針對復(fù)雜工件表面，如空穴、凹凸處，普通清洗方法很難實(shí)現(xiàn)，而采用超聲波就可以獲得很好的效果。隨著聲化學(xué)的出現(xiàn)與應(yīng)用，再配合使用適當(dāng)?shù)娜芤海{(diào)節(jié)清洗液酸堿度等，清洗效果更好</p><p>　　第一章 超聲波清洗機(jī)原理與結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.1 超聲波清洗的原理和特點(diǎn)</p><p>　　圖1是超聲波清洗的原理圖，換能器將超聲頻電

23、能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動并通過清洗槽壁向盛在槽中的清洗液輻射超聲波。存在于液體中的微氣泡(稱為空化核)在聲波的作用下振動，當(dāng)聲壓或聲強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增長，然后突然閉合。在氣泡閉合時(shí)，產(chǎn)生沖擊波，在氣泡周圍產(chǎn)生10 一10 Pa的壓力及局部高溫，這種物理現(xiàn)象稱為超聲空化。空化所產(chǎn)生的巨大壓力能破壞不溶性污物而使它們分散于溶液中。蒸汽型空化對污垢層的直接反復(fù)沖擊，一方面破壞污物與清洗件表面的吸附，另一方面也會引起污物層的疲勞破壞而脫離。氣體

24、型氣泡的振動對固體表面進(jìn)行擦洗，污層一旦有縫可鉆，氣泡還能“鉆入”裂縫作振動，使污垢脫落。由于空化作用，兩種液體在界面迅速分散而乳化，當(dāng)固體粒子被油污裹著而附在清洗件表面時(shí)，油被乳化，固體粒子自行脫落。超聲在清洗液中傳播時(shí)會產(chǎn)生正負(fù)交變的聲壓，沖擊清洗件，同時(shí)由于非線形效應(yīng)會產(chǎn)生聲流和微聲流，而超聲空化在固體和液體界面上會產(chǎn)生高速的微聲流，所有這些作用能夠破壞污物，除去或削弱邊界污層，增加攪拌、擴(kuò)散作用，加速可溶性污物的溶解，強(qiáng)化化學(xué)清

25、洗劑的清洗作用。</p><p>　　圖1 超聲波清洗機(jī)原理圖</p><p>　　由此可見，凡是液體能浸到聲場存在的地方都有清洗作用，而且清洗速度快、質(zhì)量高，特別適合于清洗件表面形狀復(fù)雜，如空穴、狹縫等的細(xì)致清洗，易于實(shí)現(xiàn)清洗自動化。對一般的除油、防銹、磷化等工藝過程，在超聲波作用下只需兩三分鐘即可完成，其速度比傳統(tǒng)方法可提高幾倍到幾十倍，清潔度也達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)。在某些場合下可以用水劑代替有

26、機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，或降低酸堿的濃度。對于一些有損人體健康的清洗，如清洗放射性污物可以實(shí)現(xiàn)遙控和自動化清洗。超聲清洗也有其局限性，例如對聲波反射強(qiáng)的材料如金屬、陶瓷和玻璃等清洗效果好，而對聲波吸收大的材料如布料、橡膠以及粘度大的污物清洗效果差。</p><p>　　1.2 超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)定</p><p>　　(1)超聲波清洗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　

27、超聲波清洗機(jī)主要由超聲波發(fā)生器、超聲換能器和清洗槽組成，其結(jié)構(gòu)如圖1。超聲波發(fā)生器將50Hz的交流電轉(zhuǎn)換成超聲頻電振蕩信號后，通過電纜輸送給超聲換能器。清洗槽是盛放清洗液和被清洗零部件的容器。</p><p><b>　　(2)參數(shù)設(shè)定</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)超聲波清洗的高效率，應(yīng)當(dāng)選擇最佳的聲強(qiáng)、頻率及清洗槽聲場分布等參數(shù)。工作頻率選在20—50kHz

28、之間。低頻聲波的空化氣泡大、數(shù)量少，易于清洗較粗糙物品。高頻聲波空化氣泡小、數(shù)量多，易于清洗精細(xì)且形狀復(fù)雜的物品。本超聲波用清洗機(jī)于清洗較粗糙的生活用具，所以采用低頻20kHz。清洗液采用碳?xì)淝逑匆?，碳?xì)淝逑匆壕哂幸韵绿攸c(diǎn)：清洗性能好，蒸發(fā)損失小，無毒，材料相容性好，不破壞環(huán)境，價(jià)格便宜。</p><p>　　第二章 超聲波發(fā)生器設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1超聲波發(fā)生器的選擇<

29、/p><p>　　超聲波發(fā)生器也稱作超聲電源，它是一種用以產(chǎn)生超聲頻電能并向超聲換能器提供的裝置。按照所采用的工作原理，可以把超聲波發(fā)生器分為模擬電路和數(shù)字電路兩大類。模擬電路超聲波發(fā)生器又分為振蕩一放大型和逆變型兩種。本設(shè)計(jì)采用振蕩一放大型超聲波發(fā)生器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。它是一個(gè)帶有振蕩電路的放大器，由振蕩、放大、匹配電路和電源組成。振蕩器產(chǎn)生一定頻率的信號，放大器將其放大到一定的功率輸出。達(dá)到最佳負(fù)載值，通過

30、輸出變壓器進(jìn)行阻抗匹配，并通過功放輸出。</p><p>　　圖2 振蕩-放大型超聲波發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　振蕩條件：</b></p><p>　　從結(jié)構(gòu)上看，正弦波振蕩器就是一個(gè)沒有輸入信號的、帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大器。圖3表示接正反饋時(shí)放大器在輸入信號=0時(shí)的方框圖，簡化下得圖4。由圖4可知，如果在放大器輸入端1外接一

31、定頻率，一定幅度的正弦波信號Xa，經(jīng)過基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的環(huán)路輸出后，在反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端2得到反饋信號Xf與Xa在大小和相位上都一致，則可以除去外接信號Xa，將1、2兩端連接在一起(如圖中虛線所示)而形成閉環(huán)系統(tǒng)，其輸出端可繼續(xù)維持與開環(huán)時(shí)一樣的輸入信號，即=。</p><p>　　圖3 正弦波振蕩器方框圖</p><p>　　圖4 正弦波振蕩器方框圖</p>&l

32、t;p>　?。紸F＝1 振幅平衡條件 </p><p>　　和 </p><p>　　+ =2n n=0,1,2,3…… 相位平衡條件</p><p>　　這兩個(gè)式子是正弦波振蕩器產(chǎn)生持續(xù)振蕩的兩個(gè)必要條件。振蕩器的振蕩頻率0是由相位平衡條件決定的。一個(gè)正弦波振蕩器只在某一個(gè)頻率下滿足相位平

33、衡條件，這個(gè)頻率就是f0,這就是要求在環(huán)路中包含一個(gè)具有選頻特性的網(wǎng)絡(luò)。它可以設(shè)置在放大器A中，也可以設(shè)置在反饋網(wǎng)絡(luò)F中，它可以用R、C元件組成，也可以用L、C元件組成。欲使振蕩器能自行建立振蕩，就必須滿足＞1的條件。這樣在接通電源后，振蕩器就可以自行起振，最后趨于穩(wěn)態(tài)平衡。</p><p>　　2.2超聲波振蕩器設(shè)計(jì)</p><p>　　由于TL494價(jià)格便宜而且性能優(yōu)越，設(shè)計(jì)采用由開關(guān)

34、穩(wěn)壓塊TL494構(gòu)成的振蕩器。振蕩器電路見圖5</p><p><b>　　圖5 振蕩器電路圖</b></p><p>　　將TL494的5腳(CT)和6腳(RT)接定時(shí)元件電阻R和電容c，即可起振，振蕩器工作頻率由下式?jīng)Q定：= ()</p><p>　　由于頻率選為20k由上公式得RC=0.5958×,振蕩器輸出方波的占空比是換能器

35、產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度的決定因素。通過給TL494的4腳加以一定的直流電壓就可實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)整。定時(shí)元件由電容C、電阻R1和電位器R2構(gòu)成，調(diào)節(jié)電位器R2即可實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)整。本機(jī)供電電源為12V，采用的是推挽工作方式。電阻R3(10kQ)和電位器R4(10kQ)構(gòu)成分壓電路，死區(qū)時(shí)間控制端的電位應(yīng)界于2．5～5V之間。調(diào)節(jié)電位器R4亦可實(shí)現(xiàn)超聲波的強(qiáng)度調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.3超聲波放大器設(shè)計(jì)</p>

36、<p>　?。?）超聲波放大器的選擇</p><p>　　超聲波放大器的作用是將振蕩信號放大至所需電平。放大部分可以是單級的，也可以是多級的，主要看輸出功率的需要。早期的超聲波發(fā)生器使用電子管做放大器件，現(xiàn)在則普遍采用晶體管（三極管、場效應(yīng)管和IBGT器件）。近年來越來越多的廠家采用功率集成電路做超聲波發(fā)生器的放大器件。目前工業(yè)上廣泛使用的超聲波發(fā)生器基本上被晶體管電路壟斷。與電子管發(fā)生器相比，晶體

37、管發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)在于體積小、重量輕、效率高。但從另一方面講由于受到方向擊穿電壓、最大集電極電流、最大集電極耗散功率參數(shù)的限制，通常一對晶體管的最大輸出功率只能達(dá)到百瓦級。要提高晶體管發(fā)生器的輸出能力，除了有賴于搞性能器件外，還必須采用高效率的電路。傳統(tǒng)的甲類、乙類、丙類放大器是把有源器件作為電流源工作。在這些放大器中，晶體管工作在伏安特性曲線的有源區(qū)。集電極電流受基極激勵(lì)信號控制作相應(yīng)變化。</p><p><

38、;b>　　(2)低壓驅(qū)動電路</b></p><p>　　本機(jī)采用高壓小電流功放電路，由兩只三極管和耦合變壓器構(gòu)成，見圖6。為了避免兩只功放管同時(shí)導(dǎo)通，導(dǎo)致內(nèi)部功耗增加，兩管的導(dǎo)通時(shí)間必須錯(cuò)開，使它們在交替工作時(shí)有一段同時(shí)截止的時(shí)間。為此，三極管P1和P2對振蕩器的輸出作反相處理，三極管選用PNP型的8550。低壓驅(qū)動電路所用的電源是直流12V，而功放電路的電源是交流220V，在三極管后加入一個(gè)

39、耦合變壓器，完成高低壓隔離的任務(wù)。</p><p>　　圖6 低壓驅(qū)動電路圖</p><p>　　(3)功放匹配電路功放電路</p><p>　　如圖7所示。電路由兩個(gè)VMOS功率場效應(yīng)管2SK791構(gòu)成。具有線性度高、頻率響應(yīng)好、開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是理想的開關(guān)元件。但其關(guān)斷特性在電流小時(shí)并不理想，下降沿有拖尾。</p><p><b&

40、gt;　　圖7 功放電路</b></p><p>　　2.4 高頻驅(qū)動和匹配電路</p><p>　　超聲發(fā)生器與一般放大器的一個(gè)重要區(qū)別在于它的匹配電路部分。一般放大器與負(fù)載之間的匹配只牽涉到阻抗變換，而超聲波發(fā)生器與負(fù)載之間的匹配則除了阻抗變換之外，還有一項(xiàng)很重要的內(nèi)容—調(diào)諧，即選用一定值的阻抗元件，使之在工作頻率上與負(fù)載中的電抗成分諧振。只有在同時(shí)進(jìn)行了阻抗變換和調(diào)諧之后

41、，整個(gè)系統(tǒng)才算是達(dá)到了匹配，換能器才能正常工作。</p><p>　　高頻驅(qū)動和匹配電路如圖8</p><p>　　圖8高頻驅(qū)動和匹配電路</p><p>　　超聲波清洗機(jī)中的匹配電路是將發(fā)生器輸出的電能送往換能器的通道。匹配電路雖然結(jié)構(gòu)簡單(通常只有一個(gè)匹配電感)，卻具有重要作用。相同型號的清洗機(jī)，匹配調(diào)得好的清洗效果好；匹配調(diào)得差的則清洗效果差。對同一臺機(jī)器而言

42、，如果工作一段時(shí)間后清洗效果變差，或者換能器經(jīng)過更換，都需要重新調(diào)整匹配。與一般電子設(shè)備的匹配有所不同，超聲清洗機(jī)的匹配除了要解決變阻問題(即變換負(fù)載的阻值，使之與發(fā)生器的最佳負(fù)載值相等)外，還要解決調(diào)諧問題，即用匹配電感的感抗抵消換能器的容抗，使換能器呈純阻性。技術(shù)人員通常是根據(jù)各自的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行匹配。例如，有人在改變清洗槽水位時(shí)觀察電流的變化，如果電流變化處于一定范圍之內(nèi)，同時(shí)管子不發(fā)熱，空化聲強(qiáng)，便認(rèn)為匹配已調(diào)好。也有人讓機(jī)器空載時(shí)稍

43、，微呈電感性，而在加載后轉(zhuǎn)變?yōu)榧冏锠顟B(tài)。這些經(jīng)驗(yàn)都是適用的。但在已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再掌握匹配的原理，就可以在匹配時(shí)有的放矢，更加主動，從而收到事半功倍的效果。</p><p>　　第三章 超聲波換能器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1換能器的選擇</b></p><p>　　用于超聲清洗的換能器有兩種類型．一是磁致伸縮換能器，另一種是

44、壓電換能器，磁致伸縮換能器這種換能器的電聲效率比較低．而且金屬鎳材料價(jià)格昂貴，制造工藝復(fù)雜，所以目前很少采用還有一種用鐵氧體材料做成的磁斂伸縮換能器，雖然其電聲效率比較高，但機(jī)械強(qiáng)度低，所能承受的電功率容量小，因而目前我國也很少應(yīng)用目前我國主要采用壓電換能器，因?yàn)檫@種換能器的電聲轉(zhuǎn)換效率高．原材料價(jià)格便宜，而且便于制造不同的結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的清洗要求。壓電換能器又有很多種如圓柱形、喇叭形等。經(jīng)過對比最后確定選用喇叭形夾心壓電換能器作為此

45、次的換能器。</p><p>　　換能器是用來進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的器件，是將一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量的裝置。在聲學(xué)研究領(lǐng)域中，換能器主要是指電聲換能器，它能實(shí)現(xiàn)電能和聲能之間的相互轉(zhuǎn)換。超聲波換能器的特性參數(shù)包括共振頻率、頻帶寬度、機(jī)電耦合系數(shù)、電聲效率、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)、阻抗特性、指向性、發(fā)射及接收靈敏度等不同用途的換能器對性能參數(shù)的要求是不同的，如對于發(fā)射超聲波換能器，要求換能器有大的輸出功率和高的能量轉(zhuǎn)換

46、效率；而對于接收型超聲波換能器，則要求寬的頻帶和高的靈敏度等 。因此，在換能器具體設(shè)計(jì)過程中，必須根據(jù)具體的應(yīng)用，對換能器的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.2換能器的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　對如圖9所示的換能器，設(shè)前蓋板、壓電陶瓷堆及后蓋板的特性阻抗分別為、、（， 分別是密度、聲速和截面積），長度分別為、和。頻率方程可由等效傳輸線理論求得。把換能器看做等效傳輸線，對應(yīng)

47、于自由端其阻抗為零，對應(yīng)于節(jié)點(diǎn)處，其阻抗為無窮大，對均勻截面細(xì)棒如圖10其阻抗變換關(guān)系為</p><p>　　式中，為棒的特性阻抗；是右端的負(fù)載阻抗；是從棒左端看的阻抗；k是波數(shù)。其阻抗變換關(guān)系可以用mobius變換方法設(shè)，，則有</p><p>　　錐形棒 </p><p><b>　　且，</b></p&g

48、t;<p><b>　　阻抗的反變換為</b></p><p>　　節(jié)面在前后蓋板長度滿足：</p><p>　　由上式得 mm</p><p>　　圖9 喇叭形換能器結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖10 等截面細(xì)棒阻抗變換</p><p>　　第四章 清洗槽設(shè)計(jì)&

49、lt;/p><p>　　清洗槽由內(nèi)槽和外殼組成．內(nèi)槽的外表面(一般在槽底外表)粘結(jié)超聲換能器，槽內(nèi)盛清洗液．槽一般用耐腐蝕的不銹鋼板制成，過于厚會影響聲的輻射．槽的內(nèi)壁，尤其是粘有換能器的輻射板要平整拋光，不能有傷痕，否則易產(chǎn)生空化腐蝕，縮短使用壽命．為避免被清洗工件直接與槽壁板接觸而劃傷，一般用鏤空吊籃(網(wǎng)籃)或支架將清洗件懸吊在清洗液中．網(wǎng)籃的骨架應(yīng)盡可能地小而輕，一般用不銹鋼絲編成或用其它反射聲良好的材料做成．

50、結(jié)構(gòu)上要使超聲波受阻小而清洗液易于流動．內(nèi)槽的尺寸要根據(jù)清洗件的大小和形狀而定．清洗件的總表面積不應(yīng)大于內(nèi)槽的體積．粘有換能器的輻射板(如槽底板)所承受的電功率強(qiáng)度一般低于1．5 W／an2(用壓電換能器時(shí)．大多數(shù)應(yīng)在0．5～1 w／cm2之間)．過高的強(qiáng)度會加速輻射板表面的空化腐蝕，同時(shí)由于過劇烈的空化所產(chǎn)生的氣泡會影響能量傳遞，使遠(yuǎn)離輻射面的液體空間聲強(qiáng)變?nèi)醵_(dá)不到均勻清洗的目的．在普通的清洗槽中，由于液面的反射，在清洗槽中會產(chǎn)生的

51、駐波，使得在液體空間有些區(qū)域聲壓最小(波節(jié)處)，有些地方聲壓最大(波腹處)而造成清洗干凈程度不均勻．為減少駐波的形成，有時(shí)清洗槽的形狀要特別設(shè)計(jì)，或采取其他措施，例</p><p>　　內(nèi)槽尺寸為400×360×200mm，超聲波功率為500瓦；外槽尺寸為420×490×380mm；超聲波發(fā)生器電路箱為224×100×135mm，由六個(gè)直徑為4.5毫米的

52、螺紋固定。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 曹風(fēng)國. 超聲加工技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005(1)</p><p>　　[2] 張海燕．超聲波清洗技術(shù)[J]．近代物理知識，2002(6)</p><p>　　[3] 白基成 郭永豐. 特種加工技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版

53、社，2006(1)</p><p>　　[4] 胡傳忻 夏志東. 特種加工手冊[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社，2007(9)</p><p>　　[5] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，1987(6)</p><p>　　[6] 艾小洋．中國工業(yè)清洗領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[M]．現(xiàn)代制造，2004(2)</p><p>　　[7] 欒

54、桂冬 張金鐸. 王仁乾．壓電換能器和換能器陣[M]．修訂版；北京大學(xué)出版社，2005(9)</p><p>　　工藝規(guī)程制訂與并行工程</p><p>　　T. Ramayah and Noraini Ismail</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　產(chǎn)品設(shè)計(jì)是用于產(chǎn)品，及它的部件裝配的計(jì)劃。為

55、了把產(chǎn)品設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成一個(gè)實(shí)際物體，這需要一個(gè)制造計(jì)劃。而制訂一個(gè)這樣的計(jì)劃的行動就叫做工藝規(guī)程制訂。它是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造之間的連接，工藝規(guī)程制訂包括決定加工順序和制造產(chǎn)品所必須完成的裝配步驟。在以下文章中,我們將解釋工藝規(guī)程制訂和他的一些相關(guān)主題</p><p>　　文章開始，我們應(yīng)該區(qū)別在下列文章中被反復(fù)提到的工藝規(guī)程制訂和生產(chǎn)計(jì)劃。工藝規(guī)程制訂與如何制造產(chǎn)品和它的零件等工程技術(shù)問題有關(guān)，制造零件和裝配產(chǎn)品需要什么

56、樣的設(shè)備和工具？工藝規(guī)程制訂與產(chǎn)品制造物流管理有關(guān)系。它在工藝規(guī)程制訂后面與原料分類及獲得滿足制造充分?jǐn)?shù)量產(chǎn)品要求的資源有關(guān)。</p><p><b>　　工藝規(guī)程制訂</b></p><p>　　工藝規(guī)程制訂包括決定最適當(dāng)?shù)闹圃旒把b配步驟和順序，在這些順序和步驟中他們必須根據(jù)所提出的詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明書規(guī)范完成給定零件或產(chǎn)品制造。 能夠被計(jì)劃的工藝范圍和多樣性通常由于公

57、司車間可用設(shè)備和技術(shù)能力而受到限制。在公司內(nèi)部不能夠制造的零件必須到外部市場購買，工藝規(guī)程制訂所提及的工藝選擇同樣也受到詳細(xì)設(shè)計(jì)資料的限制，我們稍后將會回到這一點(diǎn)。</p><p>　　工藝規(guī)程制訂通常是由制造工程師完成的，工藝制訂者必須熟悉工廠中詳細(xì)可用的制造流程并且能夠說明工程圖?；谥朴喺叩闹R、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，用于制造每個(gè)零件的工藝步驟以最合乎邏輯的順序被發(fā)展制訂。下列各項(xiàng)是在工藝規(guī)程制訂范圍里的許多決定和詳

58、細(xì)資料：</p><p>　　.設(shè)計(jì)圖的說明.  在工藝規(guī)程制訂的開始，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的這一部分( 材料、尺寸、公差、表面處理等等)必須進(jìn)行分析。</p><p>　　.工藝和順序.  工藝制訂者必須選擇哪一個(gè)工藝是必需的及必需工藝的序列。此外還必須準(zhǔn)備好一個(gè)簡短的工藝步驟描述。</p><p>　　.設(shè)備選擇.  大體上，工藝制訂者必須逐步

59、展開利用工廠現(xiàn)有機(jī)器的計(jì)劃。另外，組件必須被購買或在新設(shè)備上的投資必須被制定。</p><p>　　.工具、沖模、鑄模、夾具、量具.  工藝必須決定每個(gè)工序需要什么工具，這些工具的實(shí)際設(shè)計(jì)和制造通常通過委派工具設(shè)計(jì)部門和工具庫或者聯(lián)系專攻那種工具制造的外面廠商來完成。</p><p>　　.方法分析.  車間規(guī)劃，小工具，提升重物的提升間。甚至在一些人工操作情景中的肢體

60、動作也被指定。</p><p>　　.操作步驟.  工作測量技術(shù)被用來為每個(gè)操作設(shè)定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　.切削工具和切削條件.  這些必須對加工操作通過推薦標(biāo)準(zhǔn)手冊來進(jìn)行詳細(xì)說明。</p><p><b>　　零件工藝規(guī)程制訂</b></p><p>　　對于單個(gè)零件，加工順序通過一種被稱

61、為進(jìn)路表的表格來進(jìn)行文件證明備份。就如工程圖被用于詳細(xì)說明設(shè)計(jì)產(chǎn)品一樣，進(jìn)路表被用于詳細(xì)說明工藝計(jì)劃。他們是類似的，一個(gè)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，另一個(gè)用于制造。</p><p>　　制造單個(gè)零件的典型加工順序包括：(1) 一個(gè)基本工序 (2) 二級工序 (3) 提高物質(zhì)特性工序和(4) 最后工序。一個(gè)基本工序決定了工件的起始造型。金屬鑄件、塑料成型、金屬精煉是基本工序中的實(shí)例。起始造型常常必須通過改變起始造型操作(或者接近

62、于最終造型)的二級工序來精制。二級工序習(xí)慣于和基本工序一起提供起始造型，當(dāng)砂型鑄造是基本工序，車加工通常是二級工序。當(dāng)軋鋼廠制造金屬片是基本工序，沖壓操作像沖裁和彎曲通常是二級工序。當(dāng)塑料注入成型是基本工序時(shí)，二級工序通常是不必要的，因?yàn)樗拇蠖鄶?shù)幾何特征制造通過別的方式如成型制造來完成。塑料成型和其他操作的二級工序被稱為凈成型工序的并發(fā)二級工序，需要一些但并不多的二級工序的操作就是所提到的近似成型工序。許多有印象的摸鍛件就是這一類，這

63、類零件能夠經(jīng)常在鍛造(初級工序)階段被成型，因此減少了必要的加工(二級工序)。</p><p>　　一旦模型被建立，許多零件的下一步是改良它們的機(jī)械物理性能。提高特性工序并不改變零件模型，然而，它卻能改變零件的物理特性。金屬零件的熱處理操作就是最普通的實(shí)例。類似的如玻璃通過熱處理來制造鋼化玻璃，對于大多數(shù)零件的制造來說，這些特性加強(qiáng)工序在加工工序中并不需要。</p><p>　　最后工序通

64、常對零件(或裝配體)的表面提供一個(gè)涂層。例如電鍍、薄膜沉積技術(shù)、涂漆。表面處理的目的是改善外觀，改變顏色或者表面保護(hù)防止腐蝕和磨損等等。在很多零件中最后工序是并不需要的。例如：塑料成型就很少需要最后程序。當(dāng)必須需要最后程序，他通常是加工順序的最后一步。</p><p><b>　　裝配工藝規(guī)程制訂</b></p><p>　　一個(gè)既定產(chǎn)品的典型裝配方法由以下因素決定的

65、：(1)預(yù)期產(chǎn)品數(shù)量(2)裝配產(chǎn)品的復(fù)雜性。例如：不同組件的數(shù)量和(3)常用裝配工藝。例如：機(jī)械定位焊接、對于小數(shù)量產(chǎn)品，通常在人工裝配線上進(jìn)行裝配。對于大量制造的一打或這樣組件的簡單零件，要采用適當(dāng)?shù)淖詣踊b配線。無論如何這里有一個(gè)工作必須被完成的優(yōu)先順序，這個(gè)優(yōu)先需求經(jīng)常用一個(gè)優(yōu)先表來進(jìn)行圖表描繪。</p><p>　　裝配工藝規(guī)程制訂包括裝配指令的發(fā)展，但是更詳細(xì)地對于小批量生產(chǎn)。在一個(gè)崗位完成整個(gè)裝配，對

66、于一個(gè)裝配線上的大批量生產(chǎn)，工藝規(guī)程制訂由一種分配工作條件到裝配線個(gè)別工位并被叫做人工投入線性平衡法的程序組成。這種裝配線按照裝配線平衡解決方案決定的順序發(fā)送工作單元到個(gè)別工位，在個(gè)別組成，任意工具或夾具的工藝規(guī)程制訂時(shí)，一條裝配線的決定、設(shè)計(jì)和制造必須被完成，并且工作站的必須被列出來。</p><p><b>　　制造或購買決定</b></p><p>　　在工藝制

67、定過程中出現(xiàn)的一個(gè)重大問題是一個(gè)特定零件應(yīng)該在公司內(nèi)部的工廠內(nèi)生產(chǎn)還是從外部銷售商處購買，并且這個(gè)問題的答案被認(rèn)為是制造或購買決定。如果公司沒有技術(shù)設(shè)備或制造零件所必須的詳細(xì)制造工藝中的專門技術(shù)，那么答案就很明顯了。因?yàn)闆]有其他選擇零件必須購買。然而，在很多例子中零件既可以在利用現(xiàn)有設(shè)備在內(nèi)部制造或者可以從外部擁有相似制造能力的生產(chǎn)銷售商處購買。</p><p>　　在我們的關(guān)于制造或購買的決定的討論中，他應(yīng)該認(rèn)

68、識到在開始幾乎所有的制造者從供應(yīng)商那里購買原料。一個(gè)機(jī)械加工廠從一個(gè)金屬經(jīng)銷商購買他的起動柄原料或從一個(gè)鑄造廠購買他的砂型鑄件。一個(gè)塑料成型廠從一個(gè)化工廠購買他的模塑料。一個(gè)沖壓廠可以去經(jīng)銷商或直接從軋鋼廠購買金屬片。很少的公司能夠在操作中從原料一直進(jìn)行垂直整合，這看來至少購買一些也許在他的工廠可以另外制造的零件是合理的。也有可能為公司使用的每一個(gè)組成要求制造或購買決定。</p><p>　　這里有許多影響制造或

69、購買決定的因素，一個(gè)人可能認(rèn)為成本是決定是購買還是制造零件的最重要的因素。如果一個(gè)外部經(jīng)銷商比公司工廠更精通于制造零件的工藝，因而公司內(nèi)部生產(chǎn)成本可能比經(jīng)銷商賺取成本后的價(jià)格還要高?？墒?，如果購買決定導(dǎo)致公司工廠設(shè)備和勞動的閑置，購買零件的表面優(yōu)勢就會喪失?？紤]以下例子制造或購買決定。</p><p>　　為一個(gè)特定零件被引述的價(jià)格是100個(gè)單位的每單位$20.00。制造零件的成分如下所示：</p>

70、<p>　　單位原料成本=每單位$8.00</p><p>　　直接勞動成本=每單位$6.00</p><p>　　勞動加班150%=每單位$9.00</p><p>　　設(shè)備修理成本=每單位$5.00</p><p>　　___________________</p><p>　　總計(jì)=每單位$28.00

71、</p><p>　　這個(gè)組成應(yīng)該被購買還是在內(nèi)部制造？</p><p>　　解決方案：盡管經(jīng)銷商的引證似乎支持購買決定，讓我們來考慮如果引證被接受可能在生產(chǎn)操作中的沖突。$5.00設(shè)備維修成本是已經(jīng)被制定的投資成本，如果設(shè)備設(shè)計(jì)因?yàn)橘徺I零件的決定而變的沒有利用價(jià)值，那么這個(gè)固定成本仍然繼續(xù)盡管設(shè)備閑置著。同樣，如果零件被購買由工廠空間，效用和勞動成本組成的$9.00的勞動間接成本仍然繼續(xù)

72、。通過這種推理，如果應(yīng)該已用于生產(chǎn)零件的設(shè)備閑置的購買決定并不是一個(gè)好決定因?yàn)樗赡芑ㄙM(fèi)公司將近$20.00+$5.0+$9.00=$34.0每單元。另一方面，如果正在討論的設(shè)備可以被用于生產(chǎn)其他零件并且內(nèi)部生產(chǎn)成本低于外部聯(lián)系報(bào)價(jià)，那么一個(gè)購買決定就是一個(gè)好決定。</p><p>　　制造或購買決定并不像這個(gè)例子中的那樣直接。這幾年的一個(gè)趨勢，尤其在汽車工業(yè)，公司和零件供應(yīng)者建立緊密關(guān)系。由此我們將引出并行工程

73、。</p><p>　　在計(jì)劃操作方面制造公司有很大興趣利用計(jì)算機(jī)輔助工藝（CAPP）系統(tǒng)來完成。那些熟悉加工詳細(xì)資料和其他工藝的工廠培訓(xùn)的工人逐漸退休，并且這些人在將來工藝制訂的過程中是非常有用的。一種可選擇的用于完成這種功能的方式是必需的，CAPP 提供了這種選擇。CAPP經(jīng)常被看作是計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）的一部分。然而這種趨向意味著CAM是一系列系統(tǒng)。事實(shí)上，當(dāng)CAD和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)協(xié)同作用創(chuàng)造了一個(gè)CA

74、D/CAM系統(tǒng)。在這樣一個(gè)系統(tǒng)中，CAPP成為設(shè)計(jì)和制造之間的直接聯(lián)結(jié)。來自計(jì)算機(jī)輔助工藝的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)： </p><p>　　.工藝合理化和標(biāo)準(zhǔn)化.  自動工藝規(guī)程制訂比完全用手工編制工藝產(chǎn)生的更合理化和一致化。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)趨向產(chǎn)生低成本和高生產(chǎn)質(zhì)量。</p><p>　　.增強(qiáng)工藝制訂者的生產(chǎn)力.  在數(shù)據(jù)文件中的系統(tǒng)方法和標(biāo)準(zhǔn)加工設(shè)計(jì)的實(shí)用性使工藝制訂者可完成更

75、多的工作。</p><p>　　.減少工藝規(guī)程的制訂時(shí)間.  與手工準(zhǔn)備相比，利用CAPP系統(tǒng)的工藝制訂者可以在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)備好進(jìn)路表。</p><p>　　.改良異讀性.  計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備的進(jìn)路表比手工準(zhǔn)備的進(jìn)路表更容易簡潔。</p><p>　　.結(jié)合其他應(yīng)用軟件.  CAPP 系統(tǒng)可以在界面上與其它應(yīng)用軟件結(jié)合，象成本估計(jì)和工作標(biāo)準(zhǔn)

76、。</p><p>　　計(jì)算機(jī)輔助工藝圍繞著兩個(gè)路徑來設(shè)計(jì)，這兩個(gè)路徑被叫做：（1）CAPP檢索系統(tǒng)和（2）CAPP生成系統(tǒng)。許多CAPP系統(tǒng)結(jié)合這兩種路徑而被稱為生成檢索CAPP系統(tǒng)。</p><p>　　制造業(yè)的并行工程和設(shè)計(jì)</p><p>　　并行工程引用一種常用于產(chǎn)品發(fā)展的路徑，通過它使工程設(shè)計(jì)功能、工程制造功能和其他功能綜合起來以減少一種新產(chǎn)品投放市場所

77、需要的共用時(shí)間，也被稱為并發(fā)工程，他可能被認(rèn)為是CAD/CAM技術(shù)的類似組織版本，按照傳統(tǒng)路徑來使一件產(chǎn)品投放市場。如圖(1)a所示，工程設(shè)計(jì)功能和工程制造功能這兩種功能是分開并且連續(xù)的，產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門開展一項(xiàng)新的設(shè)計(jì)有時(shí)很少考慮到公司的制造能力，也很少有機(jī)會能夠讓制造工程師來提供如何使設(shè)計(jì)更容易制造的一些建議。他好像消除了在設(shè)計(jì)和制造之間的一堵墻，當(dāng)設(shè)計(jì)部門完成設(shè)計(jì)，他投擲工程圖和說明書越過這面墻，并且那時(shí)工藝規(guī)程制訂也開始了。<

78、/p><p>　　圖（1）  比較 : (a) 傳統(tǒng)產(chǎn)品發(fā)展周期和 (b) 并行產(chǎn)品的發(fā)展周期</p><p>　　通過比較，實(shí)行并行工程的公司，工程制造部門在早期就參與到產(chǎn)品發(fā)展周期。為如何使產(chǎn)品和他的組成能夠被設(shè)計(jì)的更適于制造提供建議。他同樣為產(chǎn)品提供制造計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行的早期準(zhǔn)備，這種并行工程的路徑在圖(1)b中被描繪出。除了工程制造以外其他功能同樣被包括在產(chǎn)品發(fā)展周期中，如質(zhì)量工

79、程、制造部門、后勤服務(wù)、市場供應(yīng)評定組成和一些情況下將使用這些產(chǎn)品的消費(fèi)者。在產(chǎn)品發(fā)展階段的所有這些功能不僅能改善新產(chǎn)品的功能和性能，同時(shí)也能改善他的可造性、自檢性、易測性、服務(wù)能力和可維護(hù)性。通過早期功能改善，因?yàn)樵谧罱K產(chǎn)品設(shè)計(jì)之后的回顧太晚以至于不能對設(shè)計(jì)進(jìn)行便利的修改的不利因素的消除，使產(chǎn)品發(fā)展周期的持續(xù)期大大減少。</p><p>　　并行設(shè)計(jì)包含以下因素：(1)一些制造和裝配設(shè)計(jì)(2)質(zhì)量設(shè)計(jì)(3)成本

80、設(shè)計(jì)和(4)生命周期設(shè)計(jì)。另外，像快速成型、虛擬制造、和組織轉(zhuǎn)變等輔助技術(shù)需要被用來促進(jìn)公司的并行工程。</p><p><b>　　制造和裝配設(shè)計(jì)</b></p><p>　　據(jù)估計(jì)一件產(chǎn)品的70%的生命周期成本是由在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)所做的基本決定所決定的，這些設(shè)計(jì)決定包括每個(gè)零件的材料、零件模型、公差、表面處理、零件是如何被組織裝配的和常用裝配方法。一旦這些決定被指定，

81、減少產(chǎn)品制造成本的能力就會被限制。例如，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)者決定用鋁砂型鑄造法制造一個(gè)分開零件，但是這個(gè)零件的工藝特性只能通過加工來完成(如螺紋孔和配合公差)，制造工程師沒有選擇的余地，只能按照先砂型鑄造在加工的方法來達(dá)到既定要求。在這個(gè)例子中，用一個(gè)在單獨(dú)步驟所需要的塑料模制品也許是一個(gè)較好的決定。因此，當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)展開時(shí)給制造工程師一個(gè)忠告設(shè)計(jì)者的機(jī)會對產(chǎn)品的順利可造性是非常重要的。</p><p>　　這種被用于嘗

82、試描述順利改變一件新產(chǎn)品的可造性的條件是制造設(shè)計(jì)(DFM)和裝配設(shè)計(jì)(DFA)。當(dāng)然，DFM和DFA是緊密相連的，因此讓我們用制造和裝配設(shè)計(jì)(DFM/A)的形式來表達(dá)。制造和裝配設(shè)計(jì)包括在一件新產(chǎn)品中的可造性和可裝配性的綜合考慮，這包括： (1)組織變化和(2)設(shè)計(jì)原理和指導(dǎo)方針。</p><p>　　.在DFM/A中的組織變化.  DFM/A的有效執(zhí)行包括公司組織機(jī)構(gòu)的正式或非正式的變化，因此設(shè)計(jì)職工

83、和制造職工之間有很好的交流和交互作用。這可以通過以下方法來完成：(1)通過成立由產(chǎn)品設(shè)計(jì)者制造工程師和其他員工(例如：質(zhì)量工程師、材料專家)組成的攻關(guān)小組來進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)；(2)通過要求設(shè)計(jì)工程師用一些事業(yè)時(shí)間在制造上，以能夠掌握第一手可造性和可裝配性是如何通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起的；(3)通過指派制造工程師到產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門在一個(gè)臨時(shí)的或?qū)Ｈ蔚幕A(chǔ)上做一個(gè)還原性顧問。</p><p>　　.設(shè)計(jì)說明和指導(dǎo)方針.

84、0; DFM/A為了理解如何設(shè)計(jì)一個(gè)既定產(chǎn)品來使可造性和可裝配性最大化也依賴于設(shè)計(jì)說明和指導(dǎo)方針的使用，這些通用設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針中的一些幾乎適用于任何產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在其他方面，一些設(shè)計(jì)原理只適用于特定工序，例如：軸或錐度在階梯中的使用和利用模制品來切除模內(nèi)零件，在制造過程中我們只把這些具體過程指導(dǎo)方針放在書本上。</p><p>　　指導(dǎo)方針有時(shí)互相矛盾，一條指導(dǎo)方針是“簡化零件模型，避免不必要的特征”。但是在同一表格里

85、的另一指導(dǎo)方針為了裝配安全而規(guī)定在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)“特殊幾何特征必須不時(shí)加上他的組成”。而且他也許值得來結(jié)合個(gè)別裝配件的特征來減少產(chǎn)品中零件的數(shù)量。在這些示例中零件制造設(shè)計(jì)與裝配設(shè)計(jì)相沖突，在這個(gè)矛盾沖突的兩邊，一個(gè)適當(dāng)解決方法必須被發(fā)現(xiàn)。</p><p>　　Process Planning and Concurrent Engineering</p><p>　　T. Ramayah and

86、 Noraini Ismail</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The product design is the plan for the product and its components and subassemblies. To convert the product design into a physical e

87、ntity, a manufacturing plan is needed. The activity of developing such a plan is called process planning. It is the link between product design and manufacturing. Process planning involves determining the sequence of pro

88、cessing and assembly steps that must be accomplished to make the product. In the present chapter, we examine processing planning and several related</p><p>　　Process Planning </p><p>　　Process p

89、lanning involves determining the most appropriate manufacturing and assembly processes and the sequence in which they should be accomplished to produce a given part or product according to specifications set forth in the

90、 product design documentation. The scope and variety of processes that can be planned are generally limited by the available processing equipment and technological capabilities of the company of plant. Parts that cannot

91、be made internally must be purchased from outside v</p><p>　　Process planning is usually accomplished by manufacturing engineers. The process planner must be familiar with the particular manufacturing proces

92、ses available in the factory and be able to interpret engineering drawings. Based on the planner’s knowledge, skill, and experience, the processing steps are developed in the most logical sequence to make each part. Foll

93、owing is a list of the many decisions and details usually include within the scope of process planning.</p><p>　　.Interpretation of design drawings.  The part of product design must be analyzed (materia

94、ls, dimensions, tolerances, surface finished, etc.) at the start of the process planning procedure.</p><p>　　.Process and sequence.  The process planner must select which processes are required and thei

95、r sequence. A brief description of processing steps must be prepared.</p><p>　　.Equipment selection.  In general, process planners must develop plans that utilize existing equipment in the plant. Otherw

96、ise, the component must be purchased, or an investment must be made in new equipment.</p><p>　　.Tools, dies, molds, fixtures, and gages.  The process must decide what tooling is required for each proces

97、sing step. The actual design and fabrication of these tools is usually delegated to a tool design department and tool room, or an outside vendor specializing in that type of tool is contacted.</p><p>　　.Meth

98、ods analysis.  Workplace layout, small tools, hoists for lifting heavy parts, even in some cases hand and body motions must be specified for manual operations. The industrial engineering department is usually respon

99、sible for this area.</p><p>　　.Work standards.  Work measurement techniques are used to set time standards for each operation.</p><p>　　Cutting tools and cutting conditions.  These mus

100、t be specified for machining operations, often with reference to standard handbook recommendations.</p><p>　　Process planning for parts</p><p>　　For individual parts, the processing sequence is

101、documented on a form called a route sheet. Just as engineering drawings are used to specify the product design, route sheets are used to specify the process plan. They are counterparts, one for product design, the other

102、for manufacturing.</p><p>　　A typical processing sequence to fabricate an individual part consists of: (1) a basic process, (2) secondary processes, (3) operations to enhance physical properties, and (4) fin

103、ishing operations. A basic process determines the starting geometry of the work parts. Metal casting, plastic molding, and rolling of sheet metal are examples of basic processes. The starting geometry must often be refin

104、ed by secondary processes, operations that transform the starting geometry (or close to final geometr</p><p>　　Once the geometry has been established, the next step for some parts is to improve their mechani

105、cal and physical properties. Operations to enhance properties do not alter the geometry of the part; instead, they alter physical properties. Heat treating operations on metal parts are the most common examples. Similar

106、heating treatments are performed on glass to produce tempered glass. For most manufactured parts, these property-enhancing operations are not required in the processing sequence.</p><p>　　Finally finish oper

107、ations usually provide a coat on the work parts (or assembly) surface. Examples included electroplating, thin film deposition techniques, and painting. The purpose of the coating is to enhance appearance, change color, o

108、r protect the surface from corrosion, abrasion, and so forth. Finishing operations are not required on many parts; for example, plastic molding rarely require finishing. When finishing is required, it is usually the fina