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一联轴器1联轴器是用来连接相毗连轴的设备在机器结构中,联轴器被用做在两毗连轴间产生暂时性的连接永久性的连接在某种意义上并不意味着在机器的有效寿命之间被破坏,但是在紧急的情况或当坏件被取代时可以破坏和复原2有很多种类的联轴器,它们的特点取决于它们使用的目的如果一个特别长的轴被作为制造厂的主动轴或者被用作船的螺旋桨轴,它可以分段制造并且用刚性联轴器连接起来3当连接轴属于分离设备(如一个电机和一个减速箱)时,轴的精确校直是很困难的此时弹性联轴器被使用这类联轴器连接轴的目的就是减小为对准轴产生的有害结果弹性联轴器也允许轴在单独的载荷系统下偏移和在轴向没有其它轴的干预下自由移动弹性联轴器也可以用来减小振动载荷强度和一个轴到另一个轴传递的振动的强度4离合器是用来快速方便地连接将要旋转的轴或断开正在旋转的同心轴的设备离合器通常安装在机器的输入轴和主驱动电机的输出轴之间,并且为机器的启动和制动提供一个便捷的途径,同时也允许主驱动电机或发动机在空载状态下启动5电动机中的转子(旋转单位)具有转动惯量,并且当电机启动时需要一个使之加速的扭矩如果电机轴被刚性地连接在一个具有很大转动惯量的载荷上,并且通过合上开关使电机突然启动,在电机线圈被过度电流需求而烧坏之前电机可能没有足够的扭矩来使电机轴加速在电机和受载荷轴之间的离合器能够限制用来加速转子和离合器部分的电机启动扭矩6在一些机床上通过操作一个开关能很方便的使驱动机连续运转和开启关闭机床还有一些机床是通过在中间轴上的皮带轮驱动带而获得动能的,中间轴本身是通过皮带轮从长主动轴驱动的,长主动轴为一组机床提供驱动7轴是旋转的或固定的单位,通常是圆形横截面,通常被安装在这样的结构上如齿轮,皮带轮,飞轮,曲柄和其它能量传递的固件上轴可能遭受弯曲,拉伸压缩或扭转载荷,单独或与其它组合运转当它们组合起来,人们也许期望会发现不仅静态而且疲劳强度对于设计参考是非常重要的,然而单一轴可能同一时间遭受静态压力,周期性压力和重复性压力“轴”这个词涵盖了许多变化如轮轴和主轴轮轴就是或者固定或者旋转的轴,对扭转载荷不起作用一个短的旋转轴往往叫做主轴8弹簧是一个对载荷敏感的储存能量的构件,它的主要特点是在不失效的情况下具有承受大的偏移并且当载荷移除时能够恢复到原来尺寸大多数弹簧是机械的并且它们是从金属的固有塑性中获得功效的,液压弹簧和空气弹簧也是这样9弹簧有很多用处,如为钟和表提供动力,交通工具的减震,称重,约束机床构件,减轻从不平衡的运转机床到支撑结构的周期性干扰力的传递,并且能提供精密仪器的运输是的震动保护二润滑剂虽然润滑的主要目的是减小摩擦,但在滑动表面之间有控制摩擦和耗损能力的液体,固体或气体物质能被归类作为一种润滑剂润滑的多样性不加润滑剂的滑动,经过处理的金属移除了所有外来杂质和滑动时相互熔结的部分由于缺少如此高的洁净度,吸附气体,水蒸气,氧化物和减少摩擦物质和粘住的趋势,常常导致了严重的磨损,这被称为“无润滑的”或者时干滑动液体薄膜润滑,插入一完全分离滑动表面的液体薄膜能形成液体薄膜润滑当油在汽车的主轴承上时,液体会故意的被引入或者无意的,以水为例,在光滑的橡胶轮胎和多雨的道路之间虽然流体通常是液体,例如油,水和一个广泛变化的其他物质,它也可能是气体,气体最常使用空气为了使零件分离,对于润滑薄膜范围内的压力是有必要的,均衡滑动表面的载荷,如果润滑薄膜的压力被一个外部资源供给,那个系统也就是说被液体静力学润滑如果表面之间的压力时由于形状和自身表面的移动产生,然而,这个系统被流体动力的润滑了,润滑的第二类型取决于润滑剂的粘稠性边界润滑,位于无润滑滑动和液体薄膜润滑的情况被称为边界润滑,也可以定义为润滑的条件由表面特性和润滑特性决定的,除了粘性的表面摩擦,边界润滑包括润滑现象的一个重要部分和通常在机器的启动和制动期间发生固定润滑,当通常的润滑剂没有足够的抵抗去负载或温度极限的时候像石墨,钼,二硫化物固体被广泛的应用,但润滑不需要仅仅采取像脂肪,粉和气体这样通晓的形式,甚至一些金属常常服务于滑动表面,在一些精密机器中润滑剂的应用虽然一种润滑剂主要控制摩擦和磨损,但它也能实现许多其它功能,功能的运用时变化的和常常相互关联的摩擦控制、润滑剂的数量和特性使它更有可能成为对滑动表面有深刻的影响关于碰到的摩擦例如忽视温度和磨损这样的相关因素,而考虑两油膜润滑表面间的摩擦,这种摩擦比相同表面间无润滑剂的少于200次,在油膜条件下,摩擦与液体的粘性是直接成比例的,一些润滑剂例如生油衍生物,粘稠性有很大的变化和使功能性的必须品拓宽领域满意,在便捷润滑条件下,关于摩擦粘稠性的作用变得没有润滑剂化学性质那么重要磨损控制,磨损形成在润滑表面,由擦伤、腐蚀和固固接触而致适合的润滑剂对于每种类型会起到有效作用,它们通过滑动表面间增加距离来提供膜去减少擦伤和固固接触磨损,从而减少污染物和表面粗糙度危害温度控制,润滑剂有助于通过减少摩擦和减少供应的热量来控制温度,效率取决于润滑剂供应数量,周边温度和对于外部冷却的措施,对于一个较小程度,润滑剂的类型也影响表面温度腐蚀控制,一种润滑剂在于控制自身表面的腐蚀的角色是双倍的,当机器闲着的时候,润滑剂作为一种保护剂,当机器在运行时,润滑剂通过涂上一层润滑物质形成一层保护膜,可能含有添加剂去抵消腐蚀物质,润滑剂控制腐蚀的能力时与保留在金属表面油膜厚度和润滑剂化学组成直接相关的其他功能润滑剂有着广泛的应用用途不仅仅是减小摩擦,这些应用中的一些如下面所述动力传送在液体传动装置中,润滑剂被广泛的应用于液压流体隔离在特殊的应用中,像变压器和开关装置中,有较高电介质的润滑剂起着电绝缘体作用,为了绝缘性最好,润滑剂必须保持污染物和水的自由震动阻尼润滑剂在能量传递装置中起着液压阻尼作用,例如震动缓冲器和机器周围部分例如齿轮以间歇式载荷作用为主密封润滑油脂形成密封垫的特殊功能时保持润滑性或者排除杂质第三篇机座机座是一台机器的主要零件大多数的机座是由铸铁,焊接钢,复合材料或水泥制成的下列因素决定了材料的选择材料必须能够抵抗变形和断裂硬度和弹性必须均衡材料必须在承受载荷作用下抵抗冲击,弯曲而不发生撕裂或永久性变形机座材料必须减少或阻碍震动传递以降低精度等级和刀具寿命的波动机座材料必须能承受不良的车间环境,包括新的冷却剂和润滑剂为了最小化运动滑移所需的力,必须要了解材料的膨胀材料一定不能产生太多的热量,必须在生命周期中保持自身形状,而且必须要足够致密来保证在机器中传递力优点和缺点铸造件或焊接件都能应用在大多数的场合那一种材料更好的选择取决于在给定场合下的成本铸铁几乎所有机器的机座都传统的由铸铁制成,因为其他方法难以获得的轮廓特征都可以通过铸造得到铸造件有一个优良的硬度质量比和优良的阻尼质量改变壁厚和将材料添加到所需要的地方十分简便虽然铸铁是一种非常廉价的材料,但每次铸造都需要一个模具较大尺寸是一个限制性因素,因为模具成品,螺栓连接和铸造件退火对于较大的部分都是困难和高成本的较小的大规模生产机器通常用铸铁机座因为它们更容易承担模具费用焊接机座对于小批量机械会更经济焊接钢当铸造件不经济时,机械制造者会用焊接钢来制造钢制机座因为钢有更大的模数,它通常会制成l肋来提供强度焊接点的数目是一个设计折中通过焊接,制造大的部分简单并且可以添加新的特征甚至是在最初的设计完成之后,但热量产生变形并且增加成本焊接点也能帮助阻碍钢质机座中的震动传递制造者有时通过在焊接结构中循环冷却液或在机座腔体内加入铅或砂来增加阻尼复合材料这些材料的先进种类,包括聚合物金属和陶瓷材料,可能会引人注目的改变机械工具的设计陶瓷日本在20世纪引入了实验性的用陶瓷的机械机座陶瓷能够提供强度,刚度,稳定性,抗腐蚀性和较低的表面粗糙度但是它们易碎价格昂贵它们传导性的缺少可以是优点或缺点复合材料和陶瓷的应用都是有限的强化混凝土虽然在简单部分的传统钢筋混凝土能增加质量并减少振动,其他的种类通常是由压碎的混凝土或花岗岩被缚在基体上制成的复合物基体材料,更加普遍复合材料比铸铁有更好的阻尼特性,能够铸造成几乎各种类型,不需要压力缓和,并且如果使用嵌入件可以容纳紧固物和导轨然而它没有金属坚硬并且散热性较低设计者必须考虑到复合材料和与它连接的金属部分之间不同的膨胀系数,这种材料经常用于高精度的机床和磨床地基地基确保机器的稳定性,第二考虑缓冲和隔离如果机器硬度不够,地基可提供必要的硬度在选择地基时,设计者必须考虑到机器的重量,它产生的力,精度要求,临近机器传递到地面的负载,由于长期的变化会影响机器的稳定性,所以土壤条件也必须考虑在内如果一个小机床有足够的强度,地基就不用再提供额外的稳定性了对于轻微负载,机器只需152-203mm的混凝土的地基机器底座里的一个橡皮圈可以隔离机房或者工作处的其他力浇筑到机房地面的一个独立的厚片可以支撑更重的机器把一个厚片和工作处其他的消极或者积极的震动隔离因素隔离开来是最复杂的机座设计机座设计中主要应注意负载,阻尼,孔,热扭变和噪音负载了解一个机器产生稳定或者变化的力是基本的基本负荷是不变化的(机器及其附加件的重量变化的负荷是机器在运转时突然产生的负荷的总和,包括加速,减速,工具运动,不对称载荷(不均衡状况产生),自激载荷(负荷鱼震动相互作用产生)阻尼虽然选择材料和设计时应该处理阻尼,但是有时也再机床里做一个抑制物来处理一些特许问题如果设计者对所有的负荷了解清楚的话,那么在机器有小变化负荷的地方,抑制物会工作的很好并且效率很高例如一个抑制物在稳定的状况下工作正常,但是在变化的状况下往往会产生更多的坏处孔每个机床表面应该都是固体,但机器在装配和维修时需要打开因此设计者要将孔的数量,尺寸与稳定性及其所需强度平衡考虑热量来自内部或者外部的热量是机床变形的主要原因外部热源包括车间周围状况,冷却和润滑材料及日光;机器本身也产生热量,如发电机,机器运转时的摩擦,工件的切割运动理想地,机床温度应该最小化和保持不变噪音处于健康和安全的原因,减小噪音为人们普遍关注零件及风扇运转所产生的空气湍流是一个特别的问题外壳可以阻碍声音传出机器,隔声材料可以减少有害的声音四螺纹紧固件螺纹紧固件具有定位,夹紧,调整,和从机器的某一部分传递动力到另一个部分的功能它们是属于标准件和为大规模产品机器而设计的/用螺纹紧固仍然是主要的装配方式,在设计和制造机器中,尽管用其他方法联接更好一些因此设计者要选择最接近我们需要的标准类型和长度(规格)螺纹坚固件是一个实现在切向上施加一个小的力,使轴向上有效的产生和维持一个大的力的装置所有这些都基于单头螺纹螺钉,一个在一个小的部位产生很大机械效益的理论上叫做自锁的简单机构然而有效的使用必须借助于另外两个简单机构:杠杆和轮轴机构扳手属于杠杆,螺丝刀属于轮轴构件螺纹紧固件大抵可以认为是一个小的具有高抗拉能力的部件,螺纹是在圆柱棒表面上切削或冷成型出沟槽,从而得到螺旋隆起物/所以加工出来的部件叫做螺钉、螺栓、双头螺柱把螺纹加工在圆柱孔内的构件叫做螺母能够配合的外螺纹和内螺纹得所有螺纹坚固件的关键螺母绕螺柱旋转运动首先得到了一个沿螺钉轴线的运动当遇到抗阻力时,螺纹产生一个由契形要求限定的轴向力进一步旋转增加力矩,以增加轴向力所以联接保持紧密,除非有一些外部影响,例如,振动或温度变化超过了初始状态统一的标准螺纹有三种基本的一系列直经-螺距组合统一标准粗牙螺纹系列是最普通的,主要用于振动不大和经常拆卸的通用装配装置统一标准细牙螺纹系列能够提供在的拉力,更适用于精密调整的场合,这些系列常用于航天装配上超细牙螺纹系列被用在薄壁件上的外螺纹的配合上这个系列更抗振动并且能够实现非常细微的调整统一标准螺纹在图纸、零件表、等上标明时,用一个包含尺寸、螺纹系列、配合级别、内外螺纹符号A为外螺纹,B为内螺纹和旋向的简略符号标注例如,标注名称表示外螺纹公称直径为1/4英寸,每旋入一英寸包含20个粗牙螺纹,公差等级为2,螺纹右旋通常右旋标注可以省略,因为这些是标准另一例子是3/4-16UNF-2B-LH表示公称直径为3/4英寸的左旋内螺纹,每一英寸的长度有16个螺纹ISO标准包含许多直径螺距组合但是推荐美国标准详细指明的单一直径螺纹系列公制螺纹用字母M表示,后面紧跟毫米单位表示的公称直径,后面紧跟用符号“X“分开的毫米单位螺距,例如,M4*
0.7表示公称直径为4mm,螺距为
0.7mm的公制螺纹垫圈通常与螺纹紧固件配合使用来为螺母和螺栓提供更好的支撑面,在大的孔和缝隙上提供一个支撑面,以便在大面积上分布载荷来防止装配时的损坏,改进扭矩拉伸比例(通过减少摩擦力),并且通过弹簧作用提供自锁平垫圈为薄环状,通常用作支撑面和载荷分配而不具有自锁能力弹簧垫圈本质上是在载荷作用下变平的单圈螺旋形弹簧弹簧作用帮助维螺栓的载荷,同时纵向的齿刀通过咬入支撑面提供一些自锁作用弹簧垫圈通常由淬火钢制成螺纹紧固件主要用碳素钢和合金钢制成不锈钢合金被用于需要提高抗腐蚀性的螺纹连接以镍为基本成分的超合金入蒙乃尔同镍合金和因科合金被用在同时需要高温强度与抗腐蚀性的螺纹连接铝、青铜、黄铜也被用于螺纹紧固件在不要求高强度的腐蚀性环境下,尼龙和其他塑料制成的紧固件既合适又环保第五篇超高温涡轮机轴承下世纪早期用来为飞行器提供动力的先进的涡轮机已经处于设计阶段这些发动机将会是非常高效的,在许多情况下它可以使飞行器的速度达到3马赫以上这种发动机主轴的工作条件是非常苛刻的轴的转速将超过30000r/min而且轴承的工作温度也比曾经预测的650℃要高相关轴承的长的试用寿命再应用中也是有要求的,目前对于刚轴的液体润滑温度是200℃再短试用寿命的应用中可以达到450℃再保证使用寿命的前提下使用最先进的液体润滑剂和金属合金所能达到的最高温度是500℃在轴承的设计和耐高温金属与固体润滑剂的开发中需要信的想法在目前已知的工作温度下,预测的极限工作温度(800℃~900℃)是难以实线的陶瓷轴承为把工作温度提高到650℃以上提供了希望,但是再高速的配合处发生摩擦反映,高温陶瓷转动轴承是复杂多样的有效的轴承和润滑剂的选择要查看他们的热力学,物理学,化学和机械学特性,同时还要查看工作环境和应用场合滚动体与内外圈的材料评测高温轴承中滚动体与内外圈材料最重要的标准是高温强度(硬度),热力学机械性能和氧化特性工具钢是目前最普遍用于航空轴承再实用温度400℃作用在这个温度下正常的轴承钢很快的失去硬度高含钴量的硬质合金和高含钨量的合金工具钢,并不像一般的轴承钢,已经在高温下实用;但是他们在550℃作用失去硬度高性能陶瓷是看起来有希望作为超高温轴承的一种材料在1100℃以上时这些陶瓷比普通的轴承钢有更高的硬度再过去的十几年间陶瓷材料已经用来替代那些在高速,高温下转动的轴承(Si3N4)氮化硅是理想材料因为它在高温下有足够的强度和硬度,再强度与重量方面的优点和当有足够的润滑油时卓越的抵抗接触疲劳的性能1984年时的美国开始在500℃以上用固体润滑剂大规模实用这种材料然而,氮化硅也有缺点,包括低的延伸性,低的韧性和极低的热膨胀性由于这些特性制造陶瓷轴承的应用还有很多发展工作要作其他的陶瓷材料,像SiC和TiC被认为适合用来作滚动体和内外圈的材料虽然不像氮化硅那样流行和成熟,但它们有某些特性使得它们能够成为高温滚动轴承材料例如,碳化硅被用来做40000r/min的轴承滚动体的测试,虽然温度不是还在极限的条件下,它超过了液体润滑剂的范围润滑系统是由一系列单独的固体润滑组成的碳化硅用于高温轴承的有点是它的热传导性和热扩散性,它的抗氧化能力和高纯度(这些特性很少被杂质所影响)这种材料的其中一个缺点死它的高的然性模量这点比Si3N4高出50%并且被认为是潜在的问题因为高赫兹接触应力的危险固体润滑剂值得指出的是,温度对于最先进的合成润滑剂的限制几乎相当于对这些最先进轴承钢的限制计算出来的未来涡轮发动机的运行温度远远超过了这些材料的能力唯一的解决办法是利用非常规润滑剂如果一个滚动轴承有了很好的润滑,对污染物有了很好的密封,那么轴承的寿命通常受到材料疲劳强度的限制如果液体润滑剂不能用,然后某种形式的边界润滑是必要的,以尽量减少摩擦热喝磨损在有限的时期内,轴承接触部分的表面形成的氧化物可以提供合理有效的润滑在温度超过了液体润滑剂所允许的温度,含有氧化物,硫化物和氟化物的各种化学元素的高温,稳定坚实的化合物会被利用选择固体润滑剂的难点在于找到一种能在-50度到980度的很大温度范围内抵抗高温和氧化的化合物这里经常发生的情况是在低温状态下有良好润滑作用的固体润滑剂在高温状态下会失效或成为磨料,反之亦然许多常用的固体润滑剂如石墨和二硫化钼是有效的润滑剂是因为它们的晶体晶格很容易被剪切在空气中,有效的石墨润滑的最高温度取决于氧化程度通过添加氧化物或金属盐,氧化限制可以得到相应的提升,轴承表面石墨层的附着特性也能得到改善即使是使用陶瓷材料,需要润滑膜的重要性再怎么强调也不为过无润滑的氮化硅或碳化硅没有本质上的低摩擦,也没有良好的耐磨性这些特性可以通过添加与材料相适应的固体润滑剂来获得氮化硅,例如与含有高温添加剂的石墨润滑,能够形成摩擦化学膜用来降低摩擦系数,因此,减少了热量的产生减少摩擦取决于比基础材料更容易剪切的薄膜在超高温(高于550度)下运行的轴承,固体润滑剂被认为有比石墨和二硫化钼更好的热稳定性当务之急是复杂摩擦学系统的发展例如,对一个高温固体润滑的陶瓷轴承,是对它进行各个组成部分的单独摩擦学关系进行充分了解六工程图学1,工程图学是一项工程的基础工程的本质就是设计——需要在这个设计中把图学作为交流工具图学服务是设计,制造和结构步骤的共同线索2,学习工程图学的基本原理是你能作为工程师的关键,能够用草图描绘出一种思想是工程专业的先决条件,这种以提供三维几何形体来和其他的工程师,科学家,专业和非专业技术人员交流的能力,是一种有价值的能力同样重要的是知道如何去读和理解其他人员所画的图纸3,这种交流的能力是作为一个成功的工程师的关键,通过书面和口头的图学交流构成了工程学习培养方案的重要的部分,图形语言的基本原理是通用的,这种有利形势是书面和口头不具备的,因此图形语言可以被称为“一种工程师的语言”4,图形的学习包括三个方面术语,技术和原理在图形应用中能够接触到的定理定义如下5,工程图学是一个工程的一部分,它包括用应用图学的原理来形成和传递设计想法6,工程设计是一个能够产生问题的解决方案的系统过程工程图学提供了一种可见的支持,它是工程分析并且记录用于设计过程的资料的基础7,画法几何是一系列能够使得物体的图形形状通过物体的分解可以得到识别的原理,它是一种可以把三维几何形体所涉及到的空间角度,形状,尺寸,清晰度和相交的问题通过二维几何图形的表达来解决8,计算机图学是一个利用数字计算机来界定,处理和显示设备,流程和制度,目的是分析设计和交流设计方案9,组合建模通常是在一个数学表单中,更具体作为一个电子数据库,代表一个概念程序和系统运作,基于计算机的建模很方便的被分为线框,平面和实体10,工程图学是一个处于图形设计速度变化的时期传统的绘图工具,例如T形尺,圆规,绘图机,被计算机的硬件和软件所取,我们处在这样一个经历了一种从比例尺,三角板转变为电脑键盘,从蓝图转变为局部的令人兴奋的时代11,今天的工程师把工程图形看成是CAD的副产品,设计制造周期的控制现在已经成为了电子数据库的设计,变化立即被纳入所有方面的设计,型产品模型可以很快的被开发出来,通常可以利用计算机模拟进行认证从而绕过实体,如果图纸比较理想可以用来制造和记录的话,那么就可以快速的从数据库中获得12,现在工程专业的学生都从设计过程的起点进行学起,几何造型技术,基于数学理论的分析技术和实践中的可视化三维几何结构是强化计算机利用率的重点,为了准备建模和分析的想法,徒手绘图技术将会被学习和实践,学生将要学习生成和解释说明多视图图解草图和计算机技术,进行学习许多用于合理表达物体的形状(断面,标准尺寸,多视角)的图形标准13,计算机执行三维绘图,根据应用的情况图形将被容易的做成二维或者三维的模型可也通过CAD完成二维图形,例如平面XY,曲面的生成二维几何图形例如其中担任产生几何的圆柱和棱柱的圆和矩形是二维几何软件的一部分特别的应用程序例如标尺寸通常采用一组或者是一系列的二维视图14,三维几何建模包括线框,平面和实体模型,线框表示由一系列节点通过线连接起来形成一个物体,曲面模型完整定义了一系列区域连接起来所形成的物体的边界实体模型是一个物体的完整的定义,包括了所有边界和内部点的信息根据实体模型在计算机上应用合适的软件可以完整的分析物体的性能15,计算机图学已经成为一个强大的设计工具,极大的增强了工程师的能力,使得工程师在解决方案问题时具有创意和创新16,信息革命正在顺利进行,电子设计的迅速发展已经改变了我们的工作和生活的方式图形语言将继续是工程师和其他技术人员交流的基础然而,我们看到的图形传递以及书面口头语言方法改变是惊人的这些变化改变了工业和个人的生成能力,提高产品质量,改善工作环境对于二十一世纪的工程师的要求包括对于图形学原理的充分理解,运用实施图形学去支持整个设计过程七工作图1,工作图是一种用于实施设计的图纸,所有正投影的规则和制图学的技术可以用来沟通工作图上某个工程的细节一个零件图是在一套施工图中反映单一部分(或细节)的工作图2,技术要求是伴随工作图的书面指示当设计被一些图纸所代替的时候,技术要求通常是被写在图纸上来巩固某个单一安排的信息3,所有的零件必须与其他零件在某种程度上联系,通过设计来实现必要的功能在某些个特定部分的零件图被制出之前,设计者必须全面的分析工作图确保这些部分的参数与配合件统一,其中运用准确的公差,对接触表面进行精加工和保证两个部件间能够适当的运转4,在准备工作图的过程中,起草者做了大量的工作,但是通常是一名工程师的设计者仅仅负责工作图的正确性是工作图使产品和系统得以实现5,工作图是为工程师提供设计细节和技术要求文件指导的法律合同因此工作图必须清晰,精确,和尽可能的完备一个工程的修订和修改在生产和建设过程中实施比在最初的设计阶段要昂贵的多6,不好的工作图导致时间和资源的浪费并且增加了执行成本出于对竞争的经济角度的考虑工作图的错误要尽可能的少7,英寸是英制的基本单位,并且几乎所有的工厂都使用的是英寸尺度8,毫米是公制体制的基本单示数后面的公制的缩写是标准上的省略,因为在标题块附近的国际体系符号表明,所有单位都是公制的9,某些工作图既有英寸标注又有毫米标注,通常在圆括号或括号里的是毫米标注一些单位也可能首先以毫米尺度出现然后被转换,并显示在括号内为英寸从一种单位转换到另一种单位会导致小数舍入上的误差并且每一张工作图的初始单位体制的解释应该在标题块出得以体现10,标题块在应用时标题块通常包括标题或部分名称,起草者,日期,规模,单位和页码其他信息例如公差,校对者和材料也可以被给出任何在第一版本之后为了改善设计的修改或改变会在修订栏里表示出来11,根据工程的复杂性,一组工作图应该包括一张到一百张图给出每张图序号和总的图号对于每张图是很重要的12,在零件明细表的零件序号和零件名要与被标出的每个零件对应此外,同样的零件用了基础数量和材料要在装配图上标出来13,如果所有的零件图都是同样的形式只需要在每张图纸标题栏示一次,如果几张零件图示不同比例要在图纸的每组示图下方指示出来,这种情况示出“如图所示”在标题栏如果图纸示不是按比例画的要把“NTS”写在标题栏里14,给每个零件一个名字和序号,采用字母和数值1/8(3mm)高吧零件序号放在圆圈里,这圆圈接近于正常的四倍15,把零件图放在视图附近,因此它们连接关系是比较明确的,在装配图中,这个圆圈尤其重要,因为同样的零件序号在明细表中使用16,核查图纸的人必须具有专门资格以便于他们能发现错误兵进行修正和更改从而用最低的成本制造出比较好的产品核查员可能是在这个设计和制图工程中主要的有经验的绘图员野可能是发起这个项目的工程师和设计师在大型公司工作人员在各车间参与图纸生产图纸审查指定每个零件确保最有效的生产方法17,核对员不检查最原始图纸,代替的是,他们修改的标记用有颜色的铅笔在蓝图上改,做标记的图纸返回给绘图员,绘图员在患处另外的图用于最后人批准18,核对者检查工作零件图使得更加完善此外,还要负责图纸完整、质量、可实性和明确性19,除了个人的修改记录绘图员要做个工程所有更改记录在工程进行中,绘图员要记录更改日期和人员,这样一个记录可以使得任何一个人在将来检查这个工程时可以很容易理解兵明确所使用程序达到最后设计方案20,图纸的准备过程常需要做一些计算,如果他们丢失或没做好,他们可能需要重做,因此他们应该是一个常设的一部分日志第八章工程设计工程设计是对人类的需要的解答获得的一个系统的过程过程被申请用于变化复杂的问题例如,机械工程师将使用设计过程发现有效的,高效率的方法将往复移动的行动转换成传动的圆周运动用来驱动列车内燃机,电气工程师将在设计过程中,使用从高处落下的水作为发电的能源;材料工程师将在设计过程中,使用烧蚀材料(的方法),使宇航员能够安全地重返地球大气层绝大多数的复杂问题在当今的高科技社会解决方案不依赖单一的工程学学科,而依靠小组(形式)的工程师,科学家,环境学家,经济学家,社会学家,法定人员队,不仅取决于适当的应用技术,而且还取决于公众情绪来作为通过政府规章和(巩固)政治影响力作为工程师,我们有能力与技术专长,开发新的(产品)和改进的产品以及系统,但与此同时,我们必须越来越认识到一般而言我们的行动对社会和环境影响以及勤奋的工作直到鉴于所有相关因素最好解决办法的影响设计是工程学教育过程的顶点;这是与其他行业区别工程学的明显特点工程设计的一个正式定义是在工程技术学检定委员会的课程指南被找到的,工程技术学检定委员会检定课程并且获得它的会员资格课程有一个明确定义的设计如下工程设计的过程是制定一个系统,构件,或工艺,以满足所需的需要.它是一个决策过程(经常重复进行),其中基础是科学,数学,科学和工程科学,适用于优化资源转换,以满足阐明的目标工程设计的组成部分课程必须包括大多数具有以下特点发展学生的创造力,利用不限成员名额的问题,开发和利用现代设计理论和方法,制订设计问题的声明和规格,审议替代解决方案,可行性的考虑,生产过程,并行工程设计,系统和详细的说明进一步的,至关重要的是包括各种现实的制约因素,如经济因素,安全性,可靠性,美学,伦理学,和社会的影响如果什么都可以说,在过去二十世纪下半叶,那就是,我们有爆炸的信息量在数额之日起,可以发现在大多数科目是巨大势不可挡的,在上级组织人们有助理来凝缩他们必须阅读,聆听,或观看的事情当你开始寻找资料,准备扫描你的许多文件的来源和他们的位置,如果随后的数据似乎是重要的话,您可以轻松地找到它们一些消息来源,也可包括以下1,现有的解决方案,更可身子从目前的状况解决一个具体的实际需要,如果产品都可以找到,研究,并在某些情况下,购买了详细的分析改进的解决方案或一个创新的新的解决方案无法找到,除非现有的解决方案是彻底的理解2,您的图书馆,许多大学课程,教你如何使用图书馆,这些课程当你与化学和微积分做比较时是比较容易的,但是它们的重要性不能被低估,有很多课程在图书馆都能查询到你想要的信息,你能找到你需要的一个索引,像工程目录,有许多其他目录提供特殊的信息,问题的本质将直接帮助你,不要犹豫去图书馆寻找帮助,你应该善于使用建立在计算机基础上的数据库和CD只读存储器技术3,专业组织美国的机械工程师协会是一个技术型社团,将使学生有兴趣专研机械工程,在你大学的每个专业,在各个方面都是有联系的,这个联合的,具有社会性的专业协会是一个将最终有学生参与的组织协会,像美国土木工程师协会一样成为最新的技术型社团电气和电子工程师协会,或任何一个几十个服务的技术利益所在专业与专业做法似乎最密切相关,很多工程师们的几个成员协会和社团4,行业杂志通常是一些特殊的确切的产品和服务,它们被出版了数百种资金和经济是工程设计和决策的一部分,我们生活的这个社会是基于经济和竞争的基础之上,毋庸置疑的事实是许多好的建议被搁置是应为它们在经济上不可行的,我们中的大多是都意识到这个条件,在我们的日常生活中是存在的,我们从小父母就解释为什么我们不能得到一些想要的东西,是因为它们太贵了同样的,我们不能将一些非常称心的部分放到我们的设计中是以为它的价值使我们不能获得足够的收益制造业一直在不停的寻找各种新的产品,许多称心的产品是因为通用产品在市场上没有了竞争力,其他简单可靠的产品以为一出现人们就买它们,怎么知道未来的人们喜欢哪种新产品呢,他们必然很少知道在市场分析方面统计学是一个重要的认识,你们中的大多数将发现概率和统计是工程圈的一部分,这门技术在数学领域允许我们做出关于究竟会有多大的人群会根据少数人的反应而做出回应的推论九工程设计和安全系数任何对于工程材料的考虑和系统使用材料的工程设计必须首先要符合墨菲法则,这个法则是关于材料系统的他对材料的要求如下墨菲法则如果系统的人和材料可能失效,这个系统终将失效材料应用法则
(1)所有材料都是不稳定的
(2)材料系统的强度取决于它最薄弱和最不稳定的部分尽管这两点都明显是毫无疑问的,我们可以根据这个法则精心设计,尤其是这个材料应用法则所有材料本质上都是不稳定的即使像铂这样的材料在特殊环境下也会退化在应力作用下材料都会有所变化例如材料的蠕变在足够长的时间里,所有材料都会在缓慢的应力作用下失效盈利和环境会在细微的地方发挥作用而导致失效,例如应力腐蚀裂痕蠕变温度和应力温度的影响会引起材料特性的退化和零件及系统的失效设计流程设计流程从解决方案说明开始我们有时提到设计周期,但这个过程也许会包含设计周期外加一个设计实施方法,这个设计实施方法包含了基于设计的实际产品设计周期可以包括最初的构思,草图和说明阶段绘制工程图的知识计算机辅助设计正用于实现测试,模拟各种设计方法或设计构思的阶段即使在最初的设计期间,知道一些可能用到的材料是很有帮助的如果有些材料没有发明出来,那些需要这种材料特性的设计就永远也无法实现了所以制造之前,必须根据设计需求写明材料的技术说明如果所需材料的特性不存在,或者必须要等到新材料设计或制造出以后才能开工的话,再设计模拟中就必须更改对材料特性的要求在设计过程中,材料必须是现实存在的图1说明了莫伊设计流程的简要图示,它包括了设计实施方案材料在实施过程中必然担当者至关重要的角色,因为它们可以实现这个设计在图1中表示的设计或设计实施方案也许并不能刻画出最终产品的特性最初的工艺也许生产的只是一个雏形,这个雏形要经过测试和改进,指导生产出最终需要的产品为止总而言之,最终产品应该能运行平稳,经济节约(或有一定经济效益)并且安全工程设计中的安全系数安全系数的概念通常用于评价和考虑材料强度安全系数通常应用于屈服强度,但也同样应用于极限抗拉强度屈服应力是指使材料(尤其是金属或合金)产生永久变形的应力超过了屈服应力或屈服强度,材料会开始发生蠕变若施加的负载持续超过屈服强度就会使材料产生滑移,也就是晶格位移一段时间后,材料会产生足够的滑移,导致材料断裂所以若材料在不超过屈服强度的条件下运行,它似乎就不会因过载而失效我们有时根据屈服强度的几分之一来设计例如,我们假定一种材料运行时不会超过屈服强度的一半,我们可以认为此时的安全系数为2在极限状态下,我们可以允许系统的最大应力达到σy/4,这时安全系数是4显然在设计过程中,使材料长时间处于临近极限拉应力的状态下是不安全的另一方面,过大的安全系数会导致设计难以实现,因为没有材料可以达到所需强度另外,即使满足了强度要求,也无法合理应用材料使用的材料可能太贵或具有很强腐蚀性,或者在预期时间内,其他方面不稳定或者除了高强度,还需要高的电传导性最后让我们来看看材料系统的概念一个系统普遍意义上是指把各部件或元素布置并且相互联系成一个整体一台机器就是把各个零件连接在一起的机械系统材料系统是指一种相联接材料的布置这个系统可分为在连接处的不同材料,并且在最理想的系统中通过接触面,两零件的联接面,或者通过从一个领域转换到另一个领域来把材料分开的由于在晶界上可能出现裂纹,因此多晶金属或金属合金都可以看成是一种晶体相互连接的系统从我们刚刚讨论过的失效问题方面来考虑,你必须要知道失效现象不可能仅出现在一个小范围(相连接的零件)上,也可能是联接本身所以接触面也是系统的一部分,我们必须考虑到理论上最薄弱环节的各个联接和墨菲法则在一个非常复杂的系统中是可以防止失效现象的,但这需要大量的测试,评估和对材料在各种条件下所处状态的初步了解选择出最佳条件,避免系统零件处在极限状态,引入安全系数的概念,考虑到环境的改变和特殊工作状态——这些都能使你成功地应用产品你只要看看我们周围的科技产品你就会发现能设计出这些有效、可靠、有用的产品和设备是多么的令人感叹啊!十机械设计历史上大多数时期,机械设计这个学科仅仅需要学习机械零件和装配的只是但在二十世纪早期,电力元件被引进了机械设备从那时起,学科经历了从纯粹的机械到机电的产品这样一个稳定的转变不管怎样,无论变成多么电子化的设备,它们始终需要机器制造,装配和壳、套、箱等的机械组成部分另外,几乎所有的产品都需要人机界面20世纪60年代和70年代时,机电设计这一学科被建立起来,也就是软件设计现在许多机电产品都有作为控制部分的微处理器仔细想想,例如,照相机,复印机以及许多“智能”玩具这些产品都有机械,电力和软件组成部分被称作机电一体化产品这些设备的设计困难是因为它需要有联系又明显不同的三个学科的领域和设计工艺知识传统上讲,按机械工程学的各种表面分,我们把它分解成流体力学,热力学,机械学等在划分类型的机械设计问题,这一学科为导向的方法是不恰当的仔细想想,例如,最简单的设计问题,一种选择设计问题选择设计问题就是从一个有相关要求的选择条目的清单中选择一个(或几个)最普通的例子就是从一个轴承一览表中选择正确的轴承,为一个光学设备选择正确的透镜,为制冷设备选择合适的风扇或者是为一个工序选择合适的热交换器这当中的每一个问题即便学科是非常不同的设计过程都是基本相同的这篇文章的目的是描述不同的独立学科的设计问题在开始之前,我们必须认识到最常用的设计情形是混合各种问题例如,我们也许会设计一种新型消费品,它在一个预定的设计下将一个生蛋打碎,煎炸,然后装盘既然这是一个新产品,就将会有许多原创性设计的工作已经完成了无论如何,设计过程进行的时候,我们将找到各种零件必要的配置;分析油炸部分的热传导将需要的参数;选一个传热零件和各种紧固件把各个组成部分连接起来每一个斜体部分都包含不同种的设计问题,很少能找到完全是一种类型的问题选择设计选择设计需要从一系列相似项目中选择一个(或几个)我们每一次从目录中选择一个项目然后做这种类型的设计听起来简单,但是如果一个目录中含有许多个项目或是有许多不同特征的项目,问题就变得十分复杂了为了解决一个设计问题我们必须从确定的需求开始着手选择的目录或清单事实上会产生潜在的解决问题的方法我们必须评估可能的解决方案与我们的具体要求,作出正确的选择结构设计少许地比较复杂的设计类型被称作结构设计在这种类型的问题中,所有组成部分都已经设计出来以及怎么把它们装配成完整的产品的问题参数设计参数设计需要确定变量,参数的数值,就是我们要研究对象的特征这看起来十分简单仅仅找到一些数值来平衡方程举一个简单的例子我们想设计一个圆柱形的能盛装4立方米的液体的储存罐这个大罐可以用参数半径r,长度l描述这样容积就被v=π×r×r×l给定容积等于4立方米,然后r×r×l=
1.273我们能找到无数个半径和长度的值来平衡方程参数会被设计成什么样确切的值呢?答案是不明显的根据给出的信息也是无法定义的创新设计在任何时候设计问题都需要工艺,组成部分,装配在现有基础上发展,它被称作创新设计(它也可以说成,如果我们从没看见过齿轮并且我们要发明它,我们就要创新设计)尽管大多数选择,结构和参数问题都可以用方程、规则或是一些其他的逻辑问题来表达创新设计问题,不能归结为算法的问题每一个设计问题都是新的独特的在许多方面其他类型的设计问题——选择,结构,参数——只被限定是创新设计的子集可能的解决方案是有限的一份清单,安排的组成部分或一组相关的特征值因此,如果我们有一个明确的方法论履行原来的设计,那么,我们应该能够解决任何问题设计了一套较为有限的潜在解决方案十一产品责任保护在过去几十年,产品制造商已经成为数目惊人的人身伤害诉讼的目标公司在防卫此类诉讼上所用的管理和技术的时间是大量的并且无关于生产产品责任危机并不是虚构的故事它是几乎每家美国公司现在所面临的经济困扰什么是产品责任诉讼产品诉讼可能被产品的制造商,批发商,零售商或修理人员起诉基本上,索赔和诉讼是开始在消费者受到与产品公司相关的伤害或者损害之后获得的产品责任诉讼可能引起民事侵权——这个需要原告受到因被告产品引起的伤害或损害的证据(违反了公司对消费者应付的责任)合同——违反了引起原告使用被告产品的一个表示或隐含保证产品责任声称产生于以下的一般领域的团体活动在哪方面疏忽或者违反了被确实的保证研究和开发;设计;试验;制造;质量控制;警告,说明和注意事项;广告;销售产品设计设计者必须评价设计,建立设计标准,按照某些设计计算步骤来生产最安全最高效的产品设计标准包括产品的可销售性,有成本效益的生产技术,人为因素,储存,保质期,制造成本和安全这是最近的准则,安全最终是设计者考虑的首要因素,关键不能由于利润的动机而牺牲安全制造阶段设计者必须考虑在其他有关联的,没有关联的工业的发展在很多跟航空工业没有明确关系的领域,太空时代技术已经产生引人注目的技术水平的发展分析阶段设计者必须为质量工程分析生产一个模型他应该是一个实际的工作模式,一个电脑模型,一个以前修改过的产品,或者是一个纸模型利用这个模型,是设计者使用的基本工程原则他考虑失效模式,他对可用的可改变的材料进行评估,进行可靠性研究失效模式任何产品索赔产生是由于部分产品的失效四个基本因素使结构零件产生机械失效力,时间,温度和反应环境记住关键设计的保证是安全,这极其重要设计者必须准备重新开始如果设计不能将安全运作作为准则原型最终,一个全面的,充分发挥作用的模型具有所有最后生产产品的特征,唯一的区别是他不是大量生产的原型用于发展和评估测试现在设计师可以决定生产如果产品可以最终满足所有设计保证测试测试必须完全彻底,越精密的产品越精密的测试所有的测试结果予以记录并且拍摄或者录像是决定性的测试要求产品必须在最坏的环境下运行,并且试图迫使产品暴露最严重的特点当案件被审讯时,测试中保存的文字和录像是其中一个最有力的关于公司的证据警告和说明当设计者在研发和设计产品时,一个并行的过程中设计考虑必须遵循有关的警告,有责任警告是新兴的理论,在其中原告律师没有攻击设计而是注意事项和说明关于产品的使用制造商有责任警告消费者产品存在的危险并说明如何安全使用很多产品都有本身的危害,比如说化学产品,重型机械,机动车,飞机和汽油产品会被认为过与危险如果他比一个有常识的普通消费者所认为的更危险如果有害影响在价值上超过了产品的利益,那么产品本身太危险而且不可能被销售即使内含警告如果产品没有合理制造或者设计存在缺陷,一个警告不足以推卸制造商的责任如果制造商在产品投入市场后发现有危险的设计缺陷或者是制造缺点,他们一般有责任来警告那些已经在使用产品的消费者在某些情况下,制造商有责任将产品召回,他们还有责任来警告消费者在可预见却无意识或者错用产品会带来的危险后果销售产品在这个时候,产品已经完全准备好投入市场(绝大多数),它仍需要测试,工程师需从消费者方面比较产品的功能和它的警告,注意事项,说明等等来进行评估销售代表必须与设计者,制造商,责任经理和合作顾问保持密切联系一个产品不能用目测或者口头表达来作为工作性能而不是它的设计目的公司形象重要的是要认识到,公司只是在市场上向消费者售卖他们的产品,事实上是向法庭的消费者(委员)销售记住这个基本原则——一个好的产品通常会在市场和法庭都卖的好法庭认为产品畅销依靠它的设计,生产和销售文件记录了所有重要的设计决定将增强在审讯中合作的意向陪审员是普通人比如你或者是我因此,必须以适当的方式来发展企业形象来吸引普通人至关重要的是清楚的关注消费者的安全始终被记录并且被公司所表达十二工程师工程师首先至少有责任遵守专业原则其次,伦理委员会的老ECPD(工程师的理事会,专业发展)的前身教唆(认可委员会工程与工艺)进行准备,继而提供一个个基本的,假如不是很理想的框架工程师的信念“我是一名工程师,我在专业领域里得到了很高的评价,但是我不自负;拥有着一切都是因为我坚守庄严的职责去力求完美作为一名工程师我没有别的,就有一颗踏实取心因为他已经作为一名雇主或客户参与了我的工作,我要进我最大的努力去工作和尽忠职守每当有需要时,我的知识和能力就会毫无保留为公共事业而奉献出去从专业技能责任到把其在服务于人们我接受着带来的挑战出于对我自己良好名声的考虑,我极力保持我在这方面的利益和对我应该知道的工程师保持了解但是我不会动摇,应该正常的工作,通过不道德肆无忌惮的揭露有关的事实,已经知道自己愧对专业从石器时代开始,人类的进步就是随着我的专业的祖先们不断创新而进行的他们已变得可用自然对人类的巨大资源,物质和能量他们已经富有创造力,几乎已经用科学准则和科技新发现除了继承那些积累下来的经验,我的努力成果相当微小我将我的精力用于传播工程方面的知识,特别是对教学的年轻成员在我职业的所有艺术和传统接下来我保证在所有相同的措施下我要求他们完善和公平交易,宽容和尊重为职业准则和尊严的献身精神;有了对专业的觉悟,经常地,我们专业技能有义务用十分的诚意为人民服务责任观念责任在其最简单的术语是一个条件,负责实际或可能的损失,罚款,或负担索普和米登多夫在他们关于赔偿责任的论述中,描绘了合同和侵权行为的概念以前,一份合同,一张保单,或者一份保证可以在次谈判中展示出来(通常是写下来)也有扩增保证携带的例外,任何产品或部分出售的是“合理”的安全再后来的概念中,侵权行为被描述为一种会导致伤害的(例如,甚至一庄成功的生意)错误的和不负责任的行为从中会引起民事诉讼为了建立一种侵权行为的责任体系因此有必要建立疏忽制度(当标准是基于什么是“合理的”工程师,设计师,或制造商将这样做),这关系到的无疑是责任或者说表明出严格的责任关于严格的责任它不在于某部分制造商,工程师或者设计师的疏忽,而是在于产品或者产品的某部分有缺陷,不合理的危险因素和可以直接导致伤害的因素作为专业领域的责任,意味着肩负减少危险的义务,下面是每位工程师必须履行的1遵守他所在领域的最高标准并且坚守这个信念2根据所有安全要求,设计准则,标准,然后在规定的方式下进行试验别轻率地走捷径,不要因为某人所施加压力而摒弃自己的专业原则有勇气为保证安全而不断思索,即使有可能是错的3如果必须在设计和生产产品的过程中作出妥协的话,就必须清楚产品在使用过程中的限制因素责任常常是简单地显示出作为一个未能合理地告知使用者产品的限制4考虑到设计的潜在缺陷,材料的不足以及使用者的粗心大意诉讼诉讼是一种用法律来起诉的行为一场司法辩论包括了一些由证据决定的论战诉讼包含了一系列决定责任,义务的程序在产品或材料,产品组件不合格的情况下,失败的分析提供了证据工程师实实在在的提供了拿这些证据律师出事这些证据并且在他们如何解释的证据基础上反对责任十三磨削磨削是一个金属切削的过程,每一点差不多都是车削或铣削,除了加工在微观水平上的金属屑太小了而不能被看见或识别,另一个在磨削和大规模的车削或铣削不同的是磨削的工具磨料的粒子是规则形状并且在运输商有确定的方向,它是一个砂轮,磨石或者其他的磨削装置在金属加工时,磨削是一种车削和铣削的混合方式对于铣削磨削,工具是处于运动的,对于车削,工件几乎也是运动的,尽管不必须使其旋转对于旋转工件和在磨削工具下处于线性的或来回摆动的工件显著区别是除了不同情况定义了最基本的分配在磨削的区别下这种组装一般称为外圆磨削后者称为平面磨削这两种方式都能加工出平整的表面,即使不是必须平整的对于工具和工件都是正常运转使磨削操作的分析和管理比车削和铣削的更加复杂,这就是为什么磨削原则仍然趋向于自我构建和设计计算机数字控制管理的主要原因很多外圆磨床的设计和车床是很相似的,用一个机械装置进给磨轮取代刀夹但是所有其他因素如主轴箱,尾座和床身,对于任何熟悉车床的人,都能很容易识别主要区别在于全部的工作系统通常放在一侧,所以正常的磨削能水平的通过导轮通常一个外圆磨床的磨头平稳的径向进给到工件表面,工作可以保持平稳或作往复运动,当工件作往复运动时,没有进给量,进给量是在每个行程的最后,切入式磨削在观念上接近传统的单刃刀具车削,导轮被进给或退出产生特定功能的工件,如轴肩第三种主要的圆柱面磨削类型是无心磨床设计,它是一种在车削大家庭中没有相似方法在一台无心磨床中,工作时并不依赖于顶尖或托盘中,但是需要一种在砂轮喝导轮之间的一种托板,这种托板控制它的轮转循环这种导轮控制了工作的循环速度,既是对一个正在工作的机械结构服务,也是对一种闸门就如无心磨床从砂轮中活的加速度提供服务,这种托板保持了工作时砂轮和导轮的工作位置磨削也是来自于一些基础的设计,也许最大的共同点是拥有齿轮而且它的其它相关的机器是在往复运动的工作台上或者其它直线运动装置,这些装置决定这些工作齿轮通过轴的往复运动进给量,与此同时在工作时在它的下面向前或向下移动有一种理念,这种类型的磨削的磨床要比这种刀夹已经被砂轮所代替的刨床小的多,这种磨削正常情况下处理这种齿轮在这种类型机器的圆柱齿面磨削是一种过程,中国广泛应用,许多变量在这些基本的设计中体已经被研发出来在几年时间内,而且将来不会左任何尝试详细的覆盖它们坐标磨床,过度精确活的球状磨削机床,而且整个范围内其它的专门研究磨削车床要比这种坐标磨床能够容易成为更长期文章话题然而这种原则,必须是普遍的而且应该是可使用的通过细微的修正来完成任何你需要完成的磨削的应用一种专业磨削成床,作为一种有简直的简洁的工具,切削磨床正如它的名字所暗示的那样,是一种专门为切削和重复切削设计的一种切削工具这些机床必须是从混合符合特征既是圆柱面而且是表面磨削,而且对特殊任务来说是必须要实行的获得了这些成果然而为了缓进给磨削磨床必须被特殊的设计,因为技术是特别敏感的静态和动态稳定的机器需要提高三倍主轴功率可以比常规磨削加工更方便缓进给也需要特别的能力认真注意轮的硬度,良好外冷却控制,以及大量的依靠经验的工艺知识缓进给磨削,像其它的金工技术一样,为精确加工提供重要的便利它不是一种可以解决一切问题的方法,也不是解决每一种磨削问题的方案,由它的非常特异的地方看来,在把资金投入前,你应该自习的眼界其过程,为你的需求制作正确的方案在磨削的结构设计中确实没有什么秘密,在磨床中比在加工中心或车床中更平稳,但是,大体上,提出相似结构的选择更容易的分类十四工业生产中车床工业生产中车床在工业生产中车床被广泛应用生产各种个样的机器零件其中的一些是多功能车床,而另一些用来生产特殊零件机器普通车床普通车床,当然是被世界各处的工厂广泛应用于生产和维护车床的规格,从最小的台式车床到巨大重型组装设备许多装配的附属装置的大型车床在普通工厂中并不常见例如,溜板的自动停车装置靠磨车床和仿形车床靠磨车床或仿形车床的设计用来自动地生产不规则形状部件这样车床的基本构成如下一个任意平面的磨板或者加紧装置中放置的三维形状,一个导向器或指向器,沿着这个形状移动,他的运动轨迹控制着切削刀具仿形装置可能包括一个直角或锥形台,凹槽,锥形,和外形轮廓像这样的工件原动轴,细轴,活塞,鞭苔,车轴,汽轮机,和工种各样的其他零件都可能用这种类型的车床生产出来转塔车床转塔车床与普通车床相似,除了传统的刀具用六角形的刀架代替外,这个刀架可根据需要在垂直的轴线下旋转,适当的刀具被固定在刀具的六个方向上,每个刀具的长度都可以调整通过转换刀架的角度来实现任何刀具可以精确引进如期望的进行要求,这些切削工具可以达到因此,被成功应用于不需要卸下工具时和每次不需要固定新的刀具时,这就是与传统普通车床不同之处这样,导致了在需要安装刀具时节约了许多时间而且,在六角车床中高技巧机械师只是需要安装刀具,只进行了一点培训的工人在此后就可运行这样的车床而且生产的零件与那些高级师车床制造的零件是一致的自动螺丝车床自动螺丝车床在构造上与转塔车床相似,除了他们的头部设计成可以抓紧和进给棒料,然而,它们之间有些不同点,两者都为复合工艺装备,而设计对相等的工件都有适应性,最初,六角车床被设计成卡盘车床,用于机器加工小铸件,锻件和不规则形状工件,第一台螺丝车床设计成进给棒料和线料,用于制作小的螺旋部件现在,然而六角车床使用时习惯附带夹盘和自动螺旋装置,可以装备夹盘保持部件主轴鼓自动螺丝车床,如它名字的含义,车床一次只能加工一根棒料16到20英寸的棒料通过主轴鼓进给,是通过夹套紧紧固定车床工作是通过固定在六角架上和横刀架的切具完成的当车床运转中,轴喝料旋转在选定的速度下做不同运行如果需要迅速反转轴的方向是允许的对于单轴自动螺丝车床,一个具体长度的料自动地通过轴进给到建工领域,在这点上,六角刀架和横刀架移动到确切位置和自动执行操作是需要的,在工件被切断之后,料再一次进给到加工区域,然后整个周期重复进行,多轴的自动螺丝车床有4到8根轴位于主轴鼓周围,长的棒料被支撑在机器的尾部,经过这些通心轴,通过夹头夹紧,对于单轴车床,方角头分布在轴周围,当刀架上一个刀具工作时,其它的停止工作,对于多轴车床,不同的是轴自身可以转换角度,这样棒料被送给各种各样的断面和侧面加工刀具前,每一个刀具都工作在一个位置,但是所有刀具都同时运动,因此,4到8工件可以同时被加工立式转塔车床立式转塔车床基本上是转塔车床,他被立在主轴箱的底部,用来执行各样的旋转加工,包括一个转塔一个旋转工作台一个侧刀架,包含一个四角刀架,为了固定额外刀具运动的执行通过装配在六角刀架和侧刀架的任意刀具进行的可以通过止动机构控制加工中心现今的许多复杂车床都可以叫做加工中心,因为它们有完成任务的能力除了普通的旋转操作,还有铣削和钻削功能基本上,一个加工中心可以认为是转塔车床和铣床的结合,优势附加的功能需要制造商增加车床的多样性才能达到十五电动机和驱动装置电动机和驱动装置所有的机械装置都需要一些种类的驱动装置来提供输入运行和能量有许多种可能;如果设计需要一个持续旋转输入轨迹,像滑块曲柄和凸轮,那么电动机就是一个必然的选择电动机有多种形式,对电动机来说,最平常的能量来源是电,但是压缩空气和增压的水力的流体也可以被用于气压和液压电动机汽油和柴油燃料是另一种可能电动机别制造成几种形式在交流直流伺服机构和步进电动机的一种交流和直流分别是指交流和直流电动机,在美国交流是典型的被能源公司提供的产品可以在60赫兹和110-220伏特电压下提供电量Ac电动机是解决旋转输入转动最便宜的方法并且有许多的转矩速度曲线来适应多种伏在要求他们被限定在几种在60赫兹起作用的速度,最常用的交流电动机在空载状态下是1725-3450转每分,表示高价的同频损耗的直流电动机的速度在1800-3600转每分钟如果需要其他的输出素六可以在电动机杆上连接一个齿轮减速器图一现实了直流电动机的固定曲线,注意到例句和速度有很大的关系,从零速度的最大力矩到零力矩的最大速度这种关系是功率=力矩*角速度由于电动机的有效能量呗限制力矩的增加会导致速度的减小,反之也是图一b所示的是电动机一组叠加在转矩-速度曲线的载荷线,这些载荷线表述的是电动机提供给及其的变化的应用载荷问题是事实上当必须的载荷转矩增加时电动机必须降低速度然而输入的速度会随响应的载荷变化而变化恒速度是理想状态,但这是不可能达到的一个解决的办法是用一个包含一个能在载荷变化下保持恒定速度能增加或减少电流的回路的控制速度的直流电动机这些直流电动机将会运行,能量源是交流电动机,然而这部分花销是很昂贵的,另一种解决的方法是在输入轴上加一个飞轮,飞轮能储存动能和在载荷变化的情况下使暑促的速度变化平缓设计的这些直流电动机和交流电动机能提偶那个连续的输出尽管他们能在有载荷下失速,但他们不能在满载电流下零速度,在没有足够散热的情况下只能工作几分钟伺服电动机响应迅速,笔录控制电动机提供速度和加速度功能的本领也能承受一部分载荷闭路意味着对其位置速度加速度反馈信息的传感电动机中的电路控制响应是通过增加或减少电动机电流来反馈信息的,然而这些输出装置的精确位置是可能的,通过时间响应来改变载荷和输入命令的速度和状态的控制这些装置都非常昂贵而在飞行器和导弹的控制中比较常用这些都相对较小,需要能量较低转矩容量也较低,这些都是相对于交流、直流来说的步进马达是一个输出装置不同于不同的私服发动机,电路中存在开路意味着他们将无法收到在输出装置是否会在需要是做出回应的反馈信息他们内部结构是由大量排布在转子和定子周围的条状磁铁片构成当转动时,转子会动一步到下一个磁铁作为一个脉冲因此断续的动力装置并且不像其他电动机那样提供持续的转动运行这些数量多磁性铁条决定了他们的转换他们被比喻成微型交流活直流电动机并且有很低的力矩容量他们有一点昂贵并且需要特殊的操作人员第十六课电传动1工厂负责人倾向于把自动操作看成是一个必然的不幸,谁又能指责他们呢?自动的生产线是昂贵的、复杂的,并且一旦被认定很难被改变一些管理者声明到现在为止自动控制带来的利益刚刚是超过成本2尽管如此,上述人中的大多数人发现他们自己依靠更多的自动控制来赶上当今的形式,从大型计算机开始,这种新型的自动控制是从底部的传感器和制动器开始工作,而不是从上到下的工作,这些机电一体化的成分将会是将来易操纵类型工厂的组成部件尽可能的是大多数生产线在作业程序完全转变3特别是电传动,将会在自动控制这种新类型中扮演一个重要的角色因为他们是在工厂这一层里电脑和运动最直接的联结者新传动类型打开了通向制造业新式道路的闸门制造业公司将会凭借快速应付新型活重组生产线这一转变而不会被飞速发展的市场一扫而空,他们的工厂仅需做较小改变就有能力成为多样化高质量的制造厂4把电传动看成是梦想者称作的柔性自动控制实现的关键之一是几分讽刺许多关于自动控制的以前的问题主要来自于电器制动器直到最近,电传动才很是艰难的被提出来,经常由于提出者心情的转变而几乎不可能被改变根据一个承制厂商所说,一个电传动一旦被安装它的性能便开始下降,更糟的是使用者经常发现和冒险停止生产线来试图调整传动速率相比减少产品输出更容易让人忍受5几年以前,一个电传动意味着一个电动机和动力放大器,这对装置以来于外部操纵器来指挥它何时动,怎么动何时停止,在许多的箱格中三个部分-----操纵器、放大器、制动器——代表不同的品牌由于这些部件不是特定的,所以他们通常理由需花费昂贵的资金去协调在一起工作,但是这种情况正在转变6渐渐的越来越多的控制功能被加到基本放大器的那些没有智能到独立工作的点上这些传动装置是典型的容易安装并且课根据需求重设程序7提供的装配工具是一个箱子、两个箱子、还是三个箱子要取决于负荷,如何负荷很大并且需要很大的电流,最好哦啊能分别出动力和逻辑允许范围但是对于小负荷而言整合一个单独的所有电子工学是唯一可能实行的方法8围绕单独一个房屋有许多的优点首先,通常创建和试验一个单元来代替两个或三个单元要便替得多,有关统一的问题也被排除,不过是个盒子的几个零件(变换器、调整器、接触面放大器)是以前的两倍并且代替了三到四个微调过程和一大把的运算放大器,一个灵巧的传动仅通过一个微控制器和一个单独的数字信号处理器来数控关闭某个地方、速度、和电流回路而且通过中心关闭反馈回路灵巧的传动会减少噪声和其它的关于明线的各种问题9灵巧的传动当然是冯家值得信任的,因为他们几乎没有联系,并且能更好的实现能量转换10但最重要的是灵巧的传动可以很容易使用他们经常通过在windows—base绘画的银幕上输入数字而在作业程序中完全被设定,使用这些参数许多的组织系统可以自己协调自身一致设计的复杂的程序和以前的手工调节已经消失了11自动调谐是一个软件的特征常常是根据老练的生产经验来支配工程师的他们的只是深入到一种基于规则的模糊逻辑的规则系统中一旦程序被设定这种自动调谐软件会生成一系列的电脑输入阶梯功能这种组织系统到是会试验这个自闭线响应和预测新的微分比例积分来协调所获来的更多的输出产品,如果调谐调节器不能找到一个适当的解决方法软件会自动的给工厂操纵人员发信息一寻求帮助12要达到直接自动控制在实体范围之内并不容易传动制造商在消费者提出类似热量流失和电传动噪音的设计问题是不得不降低价格使情况更加糟糕的是消费者要求买可以架在任何地方的那种小箱子的事实13为了满足这种需求,运行控制提供商借鉴了电脑制造也的经验像pc制造商,开了一家把普通孔印刷电路板转换成在两边都提供信号调制和激动传动线路的表面硬氏板线路传动制造商也开始完全购买组合的、封装的和试验能量输出组件,来代替他们自己制造现成的组件呼没有手工电路板,并且普通的构件和产品生产工艺放到一起工作可以降低价格和提高可信度十七机床电机电动机是大部分机床功能的原动机它们制造成不同的型号用来满足三种通用机床的需求主轴动力,华东驱动,辅助动力它们大多数在380伏的三相交流电下工作工作原理所有的电动机的工作原理都是同级排斥和异级相吸通过线圈或永久磁铁的电流产生了磁场电动机通过转换电机内部磁场来传递扭矩,这样转轴就可以持续转动了最初,所有的电机都用直流电这种电流在定子和转子间产生磁场,然后,机械激励和去除激励的定子线圈产生了一个变动的磁场驱动转子的转动在交流电动机内部,电流自发地阴阳极互换通过传递交流电流到定子线圈来产生驱动转子转动的磁场对于大部分的机床应用,异步交流电动机被用来主轴驱动,而大部分的同步交流电动机被用于滑动驱动ALittleHistory多年来,机床和电动机的设计难题是在不同的速度下得到一个很大的扭矩起初,由齿轮.皮带,齿轮带组成的机械传动来提供速度变化的性能在同一时刻通常可以达到36个速度范围但是这种额外的硬件是昂贵的而且需要维修近十年来,由于速度要求产生的振动增加了不精确性,这种不精确性导致复杂机械传动在某些方面应用是不可接受的,而这种问题在低速时是不存在的机床制造商在许多应用中仍然采用机械传动,但是由于电机多变的速度控制三速传动更加普遍如今,主轴的运转速度低至3600r/min、高至10000r/min甚至更高,一些主轴,如小直径的磨床主轴在200000r/min的转速下运行,与此同时电机设计和控制技术取得了巨大进步早期的电机很难改变功率让电机反馈不同的工作条件如今,多亏了电脑技术使得电机能够快速改变速度和扭矩这意味着驱动装置、功率调配器用来感应和转换通到电机的电信号的功率供应的设备的增加驱动装置从安装在电机上的小的电子箱排列到连接在机床控制计算机上的独立箱体主轴驱动电机主轴是给刀具配置和传送能量或加紧工件的驱动轴主轴驱动电机,驱动轴它是机器上的主要驱动电机交流异步感应主轴电机也被称为鼠笼式电机交流电在以个正弦波内从正变化到负;连通到三定子绕组产生一个旋转磁场与此同时,感应电流通入转子产生另一个磁场由这两个磁场产生的力使转子转动停止时,通过一反向控制电流这种类型的经济型电机通过改变频率控制速度,更大一些和精度更亮的电机使用向量控制法来控制速度,向量控制法需要一个拥有数学算法精度控制电流的微处理器,还有电磁线圈和电流产生扭矩的装置所以,向量控制也提供实时位置和电流反馈电流反馈很好的提示主轴和其刀具正在什么(空转还是切削金属)这个信息也确定以个已知刀具已经使用了多久,这对于自动刀具管理很重要了解刀具在哪对于使自动换刀工作正常很重要作为主轴驱动目前获得认可的另一种电机设计是拥有永磁转子的直流同步电机这种电机在低速时能产生高扭矩,当使用大型工具时这很重要直流同步电机不像交流电机产生那么多的热,但是直流同步电机更大,更贵,且有速度限制伺服电机定位电机驱动滚珠丝杠,带动承载轴和工作台的滑块移动定位电机的关键特征是加速、减速、平稳、精度高,滑块或轴快速的到达他需要去的位置和主轴电机一样,位置电机早期也是用直流推动方式之后是交流感应电机变得广泛,接着是液压系统驱动由于液压系统规模小有很好的加速和功率自量比尽管仍然用在一些高度反复的场合,但是他们一般被交流伺服所代替,因为其寿命长、效率高、产生的热量低今天最流行的定位电机是从所周知的交流伺服电机它的转子上有永磁铁,定子上有线圈,这样能够激发一个旋转的磁场它的主要优点是体积小,大扭矩和低热量永磁电机更容易控制,因为线圈电流和扭矩的产生有着更多的限定关系精确定位位置控制是伺服电动机操作的重要特点了解精确的定位依靠于伺服反馈或一个闭环系统是很重要的精度取决于系统制作的良好程度和是否有任何事物干扰系统运作如果不是正确位置,控制系统会警告操作者或者发送一个修正信号这个在电动机和控制系统间的“交流”几乎是实时进行的电动机通过编码器和分解器告知它们的位置编码器是一种与电动机的轴相联系的设备它产生能够记录电动机主轴完整或不完全转数的电信号分解器是一种在电动机上,能够随电动机运转产生正弦波的设备控制器可以识别这种正弦波,同时计算波的数量和角度来获取电动机的位置今天,由于负载和加速度的需要,两种电动机的特点发生了重叠由于主轴需要一系列的加速,减速和在高速,低速下工作的转矩,因此配置要求更高的转矩和复杂的操作循环
18.机床1电机车床最原始的金属切削机器之一,电机车床具有实用价值高,生产效率高的特点这些车床首要被用在哪些生产规模小而不适用于大规模生产的小车间中2对于电机车床来说公差主要取决于操作人员的操作技术,设计工程师必须对已经被一名技术精湛的操作人员在电机车床上加工生产的实验性的工件运用公差时加以细心当重复设计一个实验性产品的部件时,经济型公差应该被应用3在今天的车间中,这种电机车床已经被一个多种多样的自动化车床所取代,比如说转塔式车床,自动化螺丝车床及其和自动靠模车床4转塔式车床现在产品的车床设备必须被定价评估,在于精确的快速的重复的能力上,不能在像以前那样了对于用一种特定方法来建立的产品资格来应用这种标准,转塔式车床有一种高速率价值5对于设计哪些100到200个工件的小规模车间来说,应用转塔式车床最具经济效益为了在转塔式车床上能实现最适宜的工差,设计人员必须努力取得最低限度操作6自动螺丝车床一般来说自动螺丝车床分为几大类单主轴自动车床,多主轴地洞车床,和自动卡盘车床,最初设计的目的是为了用于快速的自动螺丝产品和类似的丝状部件的制造自动螺丝车床已经远远超出了这个狭窄领域的限制,并且现在在大规模的生产多样性精确部件的过程中起着重要作用7对于自动螺丝车床,数量在其产品的经济性中起着重要作用,数量少于1000个部件的砖塔车床比自动螺丝车床更省钱,通过对大部分零件尺寸的计算和合适机器的选择数量使这些机器花费减少8自动靠模车床由于表面粗糙度主要取决于车削的材料,所用的刀,以及进给量和进给速度,所以,最小公差可以根据自动靠模车床而定,而不需要根据国家的标准公差9在某些情况下,公差在±
0.05之间的用于连续产品,但是切削除外,某些部件的切槽宽度公差能够到达±
0.
125.对于高速加工的产品而言,公差超出其最大范围是需要的一个±
0.125的最小公差是在直径和长度切削上的国家标准10除了车削和钻削,毫无疑问铣削是最广泛的切削金属的方法,很好的适应性和预备性适应了各种数量工件的经济性生产,铣削几乎无限制的用途优点应该被设计者在产品生产时充分考虑11就像其他工序一样,铣削的工件应该被设计成合理的公差,来满足要求,如果被加工工件的公差尺寸设计成比需求的高,额外工作就不得不做以提高公差等级,这样也会增加工件的成本12磨削是成品工件应用最广泛的方法以提高工件公差等级和很好的表面精度目前有各种类型磨床应用磨削工作,一个工件的特别设计特点就要求磨床类型有很很高级别,当生产成本过多时,工件设计时应减少一些花费,高产的磨削方法也许更有价值例如,无论在哪合理的利用无心磨床队产品的经济性都是有帮助的13虽然磨床通常被认为是一种能够完成操作的工序,但它常常作为一种在不被车削或其他机床加工条件下而能在坚固条件下进行加工零件的车床而被利用,这样很多种类的锻件和其它一些零件用砂轮可轻松完成而且节省时间和花费磨床包括以下种类外圆磨床、无心磨床、内圆磨床、平面磨床和工件磨床外圆磨床和无心磨床是用于直线的加工外援或者加工体这样磨轮主轴和部分零件被安装在具有无心或共心的外圆磨床上螺纹磨床是用于精确加工螺纹制品的,同心度在主轴直径和螺纹中径之间的精度零件被安装中更接近公差范围内圆磨床用于精确加工孔,外圆气缸和一些相似操作的能够被加工完成的各种气缸平面磨床用于加工各种平面的工作或者能被磨轮的表面或边缘加工的一些简单平面,这些机器能够交换使用19数控1数控可以被定义为由一系列被称为程序的编码指令来控制机器工具的运行,它主要由数字特性组成2从这个定义中可以看出动作的顺序是有计划的可语言的,换句话说,任何需要的动作的顺序都可以通过编写适当的指令获得也可以通过改变编码指令而改变因此,数控系统可以被认为是可编程自动化的典型形式3数控的基本观念不是全新的,它可以追溯到工业革命前期那时约瑟夫研发出一种用穿孔卡片控制织布机但当他为他的发明申请专利的时候,他被英国女王否认了这项专利,因为她相信这将会使穷困的工人失去工作,实际上这个古老的发明可认为是最简单,原始的数控机床4现代数控于1947年出现于帕森斯公司的特拉菲斯城,密西根轴,由于需要约翰c帕森斯(所有者的公司)制造的以满足他的合同的足够快的直升机旋翼桨叶,后来帕森斯工程和美国麻省理工学院一起被授予一项由美国中均物资总部的研究合同,以加快生产和发展连续路径这个任务后来交给了麻省理工,他们研发的这台机器并于1952年成功示范,1953~1960年,在美国制作和销售数控机床的速度很慢这种类型的机床后来得到工业运用的普及,是因为需要一致的尺寸和紧密的公差5对于任一工程应用,数控程序都是以笛卡尔坐标系为基础的根据这个坐标系统,平面中的任意一点都可以用到XY轴的距离来定义并且两垂直轴线的交点称作原点或零点坐标点根据它所在的位置可以同时为正同时为负或者一正一负实际上,这两垂直相交的轴线把平面分成四个象限它沿逆时针方向计数,所有值都为正则在第一象限,相反则在第三象限在第二象限X值为负则,Y值为正在第四象限符号与之相反换句话说当一个点在Y轴右边,它的X的坐标是正的,但当它在Y轴的左边,X坐标为负,然而当点在X轴上边时Y坐标为正,当点在X轴下面时Y坐标相反6笛卡尔坐标系可以通过增加Z轴这个第三维数扩展到描述空间的一个点,Z轴垂直于X轴和Y轴组成的平面7控制数控机床有三种基本类型,点对点,直线切削和轮廓系统8点对点系统,该系统常用于数控钻空机床,它被用于精确钻孔因此移动主轴(或移动工作台)来精确定位,只要给出一个指令就可以钻出一个控,要求的孔一旦被钻出,主轴就移动到下一个规划好的位置钻另一个孔,等等主轴从一个孔移动到下一个,必须要用最快的速度以确保有最少的飞生产用的时间花在运动中,因此,速度超过2500mm/min是很正常的9直线切削系统直线切削系统同前面的系统很相似,只是沿着每个机床轴线的进给速度要是受控制以确保和机床相配,无法控制主轴沿倾斜的直线进入机床的XY轴,沿每个轴运动是独立于另一个轴的因为它受到分离的数控线圈控制然而沿一条与X轴或Y轴一致或平行的直线的运动能正确的控制10.为了使在工件上有角消减,两个伺服电动机(一个用于X轴运动和其他一个用于Y轴运动)必须运行不平等的速度,事实上,速度沿Y方向除以该速度沿X方向必须是等于θ的正切值,其中θ是角与X方向的角降息,控制管理系统的功能为主轴(或表)在同一时刻沿两条轴线运动的线性插补值11.控制系统非轮廓类型也可以产生曲线非常接近的公差值,因此,有时也被称为连续轨迹系统,沿曲线方向采用线性插补值设计并产生打断曲线弧大量直线段,以此种方式的结束是在每一行开始的下一个(首尾相接)每一个线段因此必须进行分割,以便为轨迹所复核需要的曲线,我们可以清楚的看到,当分割线段越多,每个分割线段越小,那么这个轨迹曲线变得越平滑12数控机床的优势不仅是体现工厂车间,而且在许多其他部门的业务公司以下是其中的一些能够证明数控机床能够胜任优点1,数控机床的设计和结构,连同一个事实,即这些机器是有数控系统来进行控制的,确保定位精度和可重复性换句话来说,如果同样的程序是用来生产一些部件,它们完全相同层面
2.复杂形状的部件可以自动生成,并与更紧密的公差非常高程度的可靠性确实,当准备设计时这给设计者提供了一个很大程度上的灵活性和自由性3高尺寸精度和可重复性使零部件的制造,需要一系列操作那些部分难以用传统方法生产,因为累积误差会产生完全不能接受的结果
4.因为数控机床在编程完以后能够自动执行任何所需的任务(在他们的能力),并且不需要操作人员一直站在机器旁边,它们可以被用来在恶劣环境完成作业,加工的例子涉及一些高分子材料如有毒气体演变所造成的加工操作5数控系统的很大一部分转让的规划的加工工序从车间到办公室,那里的专家在一个舒适的工作环境编写的NC程序的一部分.所以,生产可直接监测和控制管理20手册的选择和CNC工具1数控机床在短期运行中提供了大量的,灵活的生产,但是或许不能象适合大批量生产的无数控机床那样进行细致的加工但是,或许他并不是单独车间或修理车间最经济的选择2,在这两种条件下的重点是经济,因为数控机床的性能被认为是比手工那部分耗费更大多以,对于额外的效益你能得到什么3,数控机床强大的适应性是灵活的,在正确性和重复性上并不落后我们似乎不承认他,但是当今的机电系统是每一位都相等的大多数工程师曾经用过的,而且他们从未尝试过换句话说在质量稳定的地方,他很难和电脑控制过程的一致争论4,另一方面,如果所有的机器被需要运作,被证明圆柱筒的修理部分作为基本需要,你或许想要认真考虑人工机床他不仅耗费少,而且工程师能够创造快速计划,同数控机床一样的机床转化为数控机床的优势,然而如果同样部分被经常做,如果部分很复杂,或者,这种情况经常出现在未来,如果没人知道怎样运行人工机床5全面考虑,在经济条件相同的情况下数控机床,在任何地方都可能是更好的选择而灵活性,准确性和可重复性的关键要求,数控机床也显然是符合的6选择数控或手工?,经常因为是非常不同的原因当您评价车床或铣床,和发挥相同作用的磨床的时候这是一个简单的选择举例来说,考虑进程的特点7在工厂或变化机器中,数控装置的一个主要优势是很容易编程复杂的刀具轨迹和生产符合表面结构要求的工作能力在一个磨床中,你不得不做的是要把要求的结构改成轮状,他们被自动的传递到工件上,因此为什么你想付高价在数控磨床上8答案就在于对其加工过程中的控制,在铣削和车削中直线控制的细节要求并不是必须的在磨削当中cnc的优势在于能对工艺程序的控制直接影响尺寸,几何形状和工件的表面粗糙度,重点是用一个相当复杂的例子解释的9汽车凸轮轴叶一向之间中心暴跌型轮行动中,饲料所控制凸轮同步工件rotation.while这一安排能够满足可接受的标准为历史上规模,完成后,和叶几何,同时提供足够的生产力,它已被证明越来越无法实现更严格的质量要求,今天的高功率密度引擎可接受的生产速度10一个答案已经把过程变换到计算机数字控制当中,这些机器主轴进给轮和工作台都在计算机数字控制的作用下被伺服系统驱动那就意为在实际当中磨削的条件在任何方面可以认定为最佳工作条件在凸轮表面通过改变车轮或者工作速度来实现对准确无误的磨削效率最高的工作条件11当凸轮形式的磨床有必要的把一系列的把平衡合并到工作当中时,CNC机床实际上什么也不需要结果获得了一个高效率高精度高产量的加工过程12这就是一个好例子说明为什么磨床加工比车削或铣削机床生产更可能设计和建立自己的CNC的原因,控制器不得不有不同的速度和能源,他们不得不处理具体的那些不正式形状的非磨削机床刀具的条件13一个CNC也能控制一个CNC修整器,它能提高尺寸控制和轮子寿命当被合并到一个全面的控制系统时,CNC修整器装有一个必要的小金刚石刀具车床,使得外圆或水平表面磨削修整砂轮更容易,并且为成型磨削生产了一个简单或复杂的轮廓14当然,CNC也可以使得控制相对简单工件的属性更简单,例如,尺寸最新一代的加工过程中的量具与控制协同的工作来满足尺寸和几何的可接受公差,仅仅这在很多年前仅能在实验室里完成15最后,一个CNC磨床对于短期运行应用可能更容易安装和使用综合考虑,它的主要优点应是他的精确控制并且不仅是服务于加工行列§22非传统制造加工工艺人类通过使用工具、制造,使用生命更易生存的事物的智慧,以便区别自己经历几个世纪,使用的这些工具和能源不断进化,满足日益增强的简短的复杂的人类思想在最早时期,工具基本上由石器制成考虑到加工物和造型材料的相对简单性,石器已经足够满足要求了当发明铁制工具时,可以制造耐用金属和更尖端制品21世纪出现了由历史上最耐用的、结果也是最难加工的材料制成的产品努力满足由这些材料引起的制造挑战,刀具材料发展包括象铝合钢、硬质合金、金刚石和陶瓷用于刀具的方法也在相应发展最初,刀具由肌肉驱动,要么是由人、要么是由动物驱动然而利用像水、风、蒸汽、电这样的动力,人类能够更进一步用新机床、更高精度、更快加工速度扩展制造能力每次使用新刀具、刀具材料和驱动源,制造者的效率和能力都得到很大提高然而,随着老问题的解决,新问题和挑战随之产生,这样现在的制造者就要面对以下尖锐的问题在没有经验性锥度或径向跳动情况下,你如何钻削2毫米直径、670毫米深的孔?在复杂铸件内部有办法能有效去除通道毛刺并百分之百地保证没有任何毛刺被遗漏吗?有焊接法可以去除在我的产品上发生的热损伤吗?自从20世纪40年代以来,一旦再允许制造者满足由日益尖端的设计和耐用的、而不是在许多方面不可加工的材料所提出的要求,制造业的革命就将发生这种制造业改革现在就像过去一样集中于新刀具、新能源形势的使用结果是引入新的制造过程用于材料去除、成形和接合,就像现在所熟知的非传统制造过程现在用于材料去除的传统制造过程取基本决于电动机和硬质刀具材料来完成诸如锯切、钻削和拉削这样的任务传统成形操作利用电动机、液压和重力等能量来完成同样地,材料接合传统上是由热能源如燃烧气体和电弧完成相比之下,非传统制造工艺使用过去标准的非常规的能源材料切除现在可以通过电化学反应、高温等离子和液体与磨料的高速喷射来完成过去非常难成形的材料通过磁场、爆炸和来自强大电火花的冲击波成形材料接合能力扩大为使用高频声波和电子束过去五十年里,二十多种非传统制造工艺被投资并成功应用于生产大量非传统工艺与大量传统工艺存在的原因是相同的每个工艺都有它自己的特征属性和限制,因此对所有制造条件来说没有一个工艺过程是最好的例如,非传统工艺有时要么通过减少生产产品所需的整个制造操作,要么通过用比以前用过的方法更快的速度完成操作来提高生产率另一方面,非传统工艺用于减少由于使用古老的制造方法提高可靠性,减小工艺过程中易碎工件的损坏或最小化对工件属性的不利影响而产生的废品的数量由于上述属性,非传统制造过程自引入以来便经历了稳步成长过程未来工艺过程中渐增的成长速度由以下原因确保
1.目前,非传统工艺过程与传统工艺过程相比,实际上具有无限能力,除了没有大批量材料去除速度的能力最大优势体现在过去几年工艺过程中增长去除速度方面毋庸置疑,这种趋势不会在未来持续下去
2.大约一半的非传统制造工艺过程可通过工艺参数计算机控制得到计算机的使用使不熟悉工艺过程的人们也会感到简捷,因此提高了可接受性此外,计算机控制确保了可靠性与可重复性,这也提高了可接受性和完整性
3.绝大多数非传统工艺过程能够通过视觉系统、激光测量和其他工艺检测技术的使用进行自适应控制例如,如果工艺过程检测系统决定产品上被加工孔的尺寸要更小,那么在不改硬质刀具如钻刀条件下,尺寸可被修改非传统制造工艺过程的完成随着制造工程师、产品设计师、冶金工程师逐渐意识到它的能力和非传统制造工艺过程提供的利润会继续完善§
2.23数控机床的设计考虑因素数控机床设计要求考虑控制系统响应特征和机床构件的机械特征的多方面方法因为数控机床是个复杂系统,要采用综合方法、设计独立的组成以便符合设计整个系统的标准如果机械执行件不能对命令产生足够的响应,那么大多数准确控制系统是有限制值的一旦机床性能要求被确定,就可以设计整个数控系统了全局参数如机器功能、工件尺寸、型号和材料、精度和表面粗糙度、功率消耗、控制特征、辅助功能,所有参数都利于适当选择综合控制系统和机器配置数控机床的优势直接与它的精度、速度和自动化程度有关然而,这也是产生设计问题的特征手动操作机床具有误差补偿能源,也就是说,使用一段时间特定机床的机械师掌握了机床的特性在给定的运行条件下,经验会教他由机件缺陷导致的
一、两千个错误知识算子可以补偿数控机床只能补偿检测到的和与控制单元通信的误差结构柔度、振动和机械设计其它方面的操作既不容易也不经济由于该原因,数控机床要设计得更强大、更硬以达到比传统机床更精确的标准数控与传统设备实现不同动态性能数控机床单元在高的加速和减速条件下能准确加工因为丝杠和传动装置是闭环系统的综合零件,像间隙和缺陷这些机械不准确性容易产生不稳定性,必须减小到不需手动操作机床的水平数控车床控制系统要求在稳定状态和动态运行条件下做到准确反应数控机床结构设计的一般标准根据广泛的载荷条件最佳的硬度/重量比提供足够的静态硬度机床动态响应直接与硬度/重量比有关小质量的硬度机床具有快速动态响应与数控机床机械本质相关的其它方面(例如摩擦、间隙、爬行)如果它们不能得到补偿或最小化,可能相反地影响机床性能导致刀具颤震的振动对表面粗糙度和精度具有破坏性影响在非常条件下,它可以导致机床损坏干摩擦是不被希望有的,在数控机床中应最小化干摩擦会导致爬行现象在数控机床滑板上发现的低于法向压力的条件下,应用阿摩登摩擦定律,如这里F代表摩擦力,代表摩擦系数,N代表法向力在工作台和滑板间大的初始摩擦系数要求下,初始运动对应相当大的摩擦力,也就是说,克服组件的附着一旦开始运动,就下降,必须维持运动的驱动力快速下降,引起机床工作台运动超过驱动力等于滑动摩擦力的点滑移是因为能量快速得到释放,工作台和弹簧影响的惯量导致的尽管爬行现象只发生在低进给速度时,但是它仍对系统性能具有破坏性,应被最小化滚动轴承用于减小机床滑板与导轨间的摩擦系数和爬行现象常用两种基本轴承——滚动轴承和流体静态轴承两种轴承都会导致低摩擦系数并具有固有的优势与劣势特殊轴承的选择取决于法向力水平、成本和预期精度以数控机床滑动设备用途为例,思考图1a例举的图示流体静态轴承恒压液压流体流过轴承,以图1b结果所示形式的压力分布方式在轴承面排放压力由能使轴承依靠流体层H的向下载荷平衡图1(a)流体静态轴承示意图图(b)压力分布流体静态轴承的优点包括爬行现象的去除,摩擦系数减小到约10-5因为表面是分离的,忽略磨损,导轨精度误差取平均值,使所用机床表面成本更低,由于油膜破损,流体静态轴承限制为低法向压力应用为了减少机件缺陷,每个机件硬度一定要能抵消施加的载荷因此,机件易于具有大质量和大惯量为了更好地设计机床,不能加强硬度的质量被去除§3质量与生产率§
3.24制造质量机床质量美国制造工程师学会(SME)最近调查表明两倍美国制造商把外国制造的机床视为比美国制造的生产设备更可靠反言之,两倍的美国制造商认为美国销售商提供设备技术维护要比海外提供的好美国公司以三倍的速度反应零件有效性会提高八倍基于美国制造工程师学会称为机床质量性能很关键的四个元素的调查描述了美国机床工业的概况安装和启动、根据要求的生产速度的连贯操作、可靠的操作、维护支持调查研究被发送给五个基本工业中的两千名工程师和经理金属产品、机械/计算机设备、电/电子设备、运输设备、仪器/光学产品应答者中的一些人评论道,美国设备制造商正迎头赶上,就在最近提高生产率、质量和价格其他人认为与欧洲供应商相比,美国提供的系统完整性很差幸运的是,质量提高计划正在日益发展的机床公司中起步,努力满足国外竞争挑战一家公司声称他们公司70%以上的员工至少要进行二十小时的质量培训汽车供应商质量控制对那些将零件提供给将来的汽车制造业的零件商来说,美国联合弹簧有限公司AS(布里斯托,美邮政)是依照的好范例美国联合弹簧有限公司现在是福特占优势的供应商,并且是北美汽车制造业最大的弹簧阀供应商然而,美国联合弹簧有限公司必须再加强他们的质量,努力夺回1982年在福特公司失去的财富美国联合弹簧有限公司已建立了质量保证计划,包括内部和外部直来能够保证标准(供应商)计划背后的导向哲学是美国联合弹簧有限公司要服务与客户,这要求建立客户与供应商间的合作公司必须支持这个哲学理念,同意投资培训,再教育所有员工,更新设备和技术后者包括现有公司的现代化和用自动化技术建立新公司在每个分组中,关键技能的人才都努力成为并赢得作为经过检定的质量工程师的认可AS正在实现一个避免失效的计划或故障模式和效应分析来预防缺陷零件的生产,并辨别缺陷零件,去除由于特别原因而产生的缺陷零件故障模式和效应分析由每个零件族和/或生产线完成来识别潜在的失效模式每个潜在失效模式用来分析确定必要的控制和正确的操作换句话说,过程相对识别可能引起缺陷产品的条件十分简单AS实现的机械化和操作质量规划公司范围是它的质量协议(QC),一组关键的设计、生产、工程、每个公司小组的质量人才联合弹簧质量协议的焦点集中指向四个主要方面供应质量、内部分配审核、教育与培训、自认证供应质量计划焦点集中在产品与过程,最终目标是建立长期供应关系AS购买团的关键策略是发展长期供应的质量体系选择团队限定了谁应该调查供应商,如何持续评定供应商等级,他们何时受到调查,如何交流结果建立供应商发展准则是每个分配组负责调查所有提供最大消费的供应商所有调查根据所给成绩,结果每月刊登一次反馈给每个分组的购买经理最近调查结果表明接受调查的供应商69%满足或超过可接受的质量系统的最低标准不满足标准的供应商表明愿意提高水平十字分配内部对质量系统的审核也要进行处理这提供分配与提取每个分配质量系统和使它们成为其它分配系统的一部分之间的机械化所有内部审核至少在每年基础上由AS使用的供应商采用相同评价系统登记方法的团队处理每个分配,在审核结论时,都被提供一些列它应该提高质量努力和为了提高成为最优秀的方案的方面联合弹簧质量协议也在发展联合弹簧的自身认证计划许多联合弹簧客户目前有一个允许每件产品或提供位置认证这样的计划一旦设计提供给供应商,它们的产品就不再需要进厂检验,而是直接运送到装配线这允许准时生产、允许联合弹簧公司证明它的产品在客户没有他们自己认证计划下不经过检验也是值得使用的这使质量变成一个重要的市场策略§
3.25现代商业环境中的质量产品满足使用者要求是最基本的因此,我们将质量定义为合理应用在制造操作中用作原料的产品购买者是消费者,对于适于使用的制造者来说,购买者意味着有能力用低成本或最少的肥料或重复工作加工原材料零售商购买精加工商品,期望商品有适合的包装、标签、安排便捷的运输、处理和展览我和你也许购买汽车时希望免于制造缺陷或不一致性,希望汽车应提供超市可靠的、经济的运输两个通用质量方面设计质量和符合质量在不同级别或水平的质量中,所有商品和服务都会产生在不同级别、水平的质量中的这些变化是有意的,结果,适当的技术是设计质量例如,所有汽车都把提供给消费者的安全行驶看作基本客观条件然而,汽车就大小、车身内部装饰、外形和性能都不同,这些区别是在汽车类型中有意设计的不同设计区别包括构造中使用的材料类型、制造中的公差、通过发动机驱动系统和其它附属装置或设备的工程发展获得的可靠性符合质量是指产品与技术要求和设计要求公差有多么好的符合标准符合质量受很多因素影响,包括制造过程的选择、劳动者的训练和监督、使用的质量保证系统的类型(过程控制、测试、检测活动等),在某种程度上要遵循质量保证过程,质量保证过程是劳动者实现质量目标的动力在我们的社会关于质量有个相当大的困惑,通常使用的术语没有阐述清楚我们是否在谈论设计质量还是符合质量为了实现设计质量要求,有意地决定在产品或过程设计阶段确保一定的功能要求会得到满意的满足例如,办公复印机的设计也许用备用件设计电路,因为他知道这可以提高产品可靠性,增加平均故障间隔时间相反这也会导致更少的业务通话以保持复印机运行,消费者会更加满意产品性能以这种方式设计产品质量经常导致更高的产品成本然而,当它们在产品生命周期中更大程度地防止质量问题时,成本增加实际是预防费用多数组织发现提供消费者毫无质量性能问题的产品是很困难的(也很昂贵的)困难的主要原因是变化性每个产品都存在一定的变化例如,喷气涡轮发动机推力器上的叶片厚度即使在同样的推力器上也是不一致的推力器间叶片厚度也会不同如果叶片厚度变化小,那么对消费者无影响然而,如果变化大,那么消费者也会能观察到不期望的和不可接受的单元这种变化来源包括材料间不同、性能与制造设备的操作的不同、操作者执行任务的方式不同因此,我们将质量改进定义为过程和产品中变化的冗余由于变化仅能用统计学来描述,因此统计方法在质量改进努力中使用相当多在许多产品和服务中,质量变成基本的消费决定因素这种现象很普遍,不管消费者是否是个体、工业公司还是零售店结果,质量是导致商业成功、成长、提高竞争地位和关键因素从有效质量改进计划提供增长的利润到有效地将质量用作商业策略,都潜在的反映在投资上消费者感到某家公司产品在质量上,大体上比他们与其竞争的公司要更好,相应地也作出购买决定有效质量改进计划可能导致增长的市场渗透、更高的生产率、较低的制造和服务的总成本结果,制定这样计划的公司可能享受到重要的竞争优势所有商业组织使用财政控制这些财政控制包括实际与预算成本的比较、在实际与预算成本间进行差别与变化的相关分析和对区别或变化的作用通常在部门或功能级使用这些财政控制多年来,对质量功能成本没有直接尝试测定或计算然而,20世纪50年代开始,许多组织开始正式估算与质量相关的成本存在几个质量成本应详细在组织中考虑的原因这些原因包括
1.因为与先进技术相关的制造加工产品复杂度增加而引起的质量成本的增加
2.日益加强的生命周期成本的意识包括维修、劳动力、备件和磁场失效成本
3.需要质量工程师和经理有效地以通常的经营语言——也就是,钱,来交流质量成本结果,质量成本作为管理财政控制工具,作为辨别减少质量成本支持方式而出现§
3.26设计和制造公差公差是产品与过程设计中最重要的参数之一,它在设计和制造中期关键作用公差定义为在零件根据预期目标可接受范围内标定技术要求的最大偏差公差通常表达为标定值的较低和较高偏差制造包括将一系列操作应用于组件(零件、部件等)这些操作目的是确保工件的特殊几何要求工程图标定说明理想几何要求尺寸、位置、形状因为工艺过程和材料中存在变化,因此制造过程会产生与理想几何有些相似的零件引入公差概念要求并控制变化随之装配线的出现,能制造出可互换性零件变得至关重要为了维修,操作替换零件的使用也需要零件的可互换性公差用于确保零件这个属性(可互换性)常用两种公差设计公差和制造公差设计公差与机械组件或元件工序要求相关而制造公差主要是为制造零件加工工艺规划而提出的制造公差必须保证设计公差的实现例如,使用三个制造工艺过程加工一个上偏差为+
0.01,下偏差为0,直径为20毫米的孔,工艺包括钻孔、镗孔和磨削在这些工艺中,假设使用下列尺寸和公差分别为、、在产品和过程设计中运用两种公差公差分析和公差合成公差分析包括设计中相关公差的同一化和相关公差堆积的计算公差累加过程是个建模过程,修正合成公差如果不满足设计要求,则调整公差值,重新计算堆积公差另一方面,公差合成是一个在相关设计(或制造)公差中就功能性或装配而言,与设计相关的分配公差值的过程这是一个在许多与相关尺寸中分配公差值的过程基于极值法或统计法可以解决公差问题在极值法中,考虑公差的极值保证所有公差零件的完整可互换性因为零件的加工都是在不同机床上加工或在同一机床加工,但如期在不同时刻零件尺寸是随机自变量这样随机公差计算是有效的在统计法中,公差计算是基于零件尺寸随机分布的标定值然而允许更大公差用于设计和制造中,统计公差会导致更低的制造成本然而,统计法的结果是生成废品极值公差合成用于单批量或小批量生产关键用法,例如,航空飞机因此,统计法对于大批量生产更有意义设计和工艺工程师很关心公差的影响设计师通常要求紧密度公差保证设计的功能和性能工艺工程师更喜欢松弛公差,能够更容易、更低廉地生产零件因此,公差技术要求成为设计与制造间的关键联系良好的公差设计保证了低成本的质量成本对于机械零件来说,尺寸的制造误差基本取决于以下因素机床精度、夹具精度、刀具精度、安装精度、在外力下加工系统的变形(包括机床、夹具、刀具、工件)、加工系统的热变形、测量误差、材料杂质这些误差可分为两类确定性的和随机性的误差例如,由于铰刀直径的不准确性,因此铰孔直径的制造误差是确定性误差由于材料硬度变化引起的制造误差是随机误差零件特征尺寸的整体制造误差是以上提到的误差的综合结果这些误差主要与机床、夹具、刀具、安装、测量和材料有关操作员技能水平也是影响制造误差的因素在机制造公司,通常存在许多机床和制造工艺辅助设备的可供选择的组合每个组合都与制造精度水平和成本有关较高精度水平(更紧密误差)通常要求较高制造成本,因为需要更精确的机床、夹具、刀具、安装和经验更丰富的操作员加工变化精度取决于资源精度(包括设备、材料和操作员)因此,对于特定的制造工艺,在制造成本和精度范围间存在单调递减关系制造公差分配适当地决定了零件制造工艺的制造公差机械零件通常有大量尺寸,这样零件加工要注意那些尺寸在制造中,尺寸通常通过完成几个制造工艺过程获得工艺的数量取决于几何复杂度、尺寸及其相关表面的表面粗糙度要求——公差有关零件制造中加工尺寸间的关系通常很复杂,尤其当需要大量操作生产零件时公差的图表计算法用于建立加工尺寸间的联系它提供工艺工程师一个有效的加工尺寸和公差分析工具§
3.27产品可靠性要求可靠性是可销售的商品吗?说是也是,说不是也不是这都取决于你所处的行业类型在航天业,可以给出绝对的毫无疑问的肯定回答考虑到其任务的技术复杂度,阿波罗航天使命达到的可靠性是惊人的阿波罗宇航员百分百安全返回一定是二十世纪下半业可靠性的成功典范有人说为什么呢?只因为可靠性被制定为技术要求,还有在总体工程阶段的其它性能参数招标因此是以编入技术说明书中可靠性的标准为依据的在全球市场经济中,高水平可靠性仅是刺激利润的动力之一个体公司或组织必须评定必要的可靠性水平确保达到预期销售目标,还有其它性能参数和操作特征参数为确保具有竞争性的销售价格必须维持投放市场的产品的生产成本通常会决定所选用构造类型既然这是新颖的形式,那么工程开发成本必须与达到的预期可靠性水平相关的消费保持一致开发一种具有令人不满意可靠性的新产品可能使设计好的市场计划变得彻底毫无疑义开发工作可以在许多方面被用作市场策略的一部分,也可以形成开发计划的基本部分如果技术要求中要求了初始可靠性的话,这也是一种好的保障因为如果用户认为,他如果感受到并看到所设计的产品经过产品可靠性检验的话,即便遇到麻烦通常也会没那么生气综合开发市场策略来自汽车行业、航天发动机行业、风扇行业当发布一款行车模型时,潜在客户脑中就会产生两种相反的反应⑴这款车是新的(因此比以前的更好)⑵它是新的(因此未被证明、充满潜在的初期困难,这会导致不可靠的操作)策略是使用户认为它是新的(因此比以前更好、更值得期待),并用最有力的检验去证明(因此存在很少隐患,这要求频繁拜访服务站)为了做到这点,在广告中涉及到更容易理解的测试以证明新型汽车的可靠性是至关重要的,例如“在我们向公众推出该产品已驾驶10万英里了”或“已选两百驾驶员测试样车确保我们的新车可以承受每天工作驾驶的负荷”过去这些测试都用于尝试,包括在广泛研发工作中的驾驶人员为达到预期可靠产品而进行一些具有代表性的研发航天发动机行业中的战略(与汽车行业)相似,因为要通过回答航天公司或军事用户提出的他可能记得前一个发动机遇到的早期困难这样的问题,使之信服,并回答该做些什么确保他不必再次经历相似的过程?完成开发计划的最简单方法是表明以前新的发动机在航天工作或军队服役前在实验台上运行发动机进行一万小时的测试,但是现在新发动机在操作开始前,在实验台上进行一万四千小时运行测试在这种形势下,最好使用市场智能分析关于用户真正需求和用户真正会为买什么付钱在风扇行业,用户关心价格、性能、可靠性因此,有可能用较少的钱用于细致的测试,每个测试对于工程师来讲都是有意义的,对于用户来说使之信服他可以不用记住任何步骤地安装产品因为相对便宜,场测试非常重要,但是当然要花费相当多流逝的时间这里用户看到安装或安装细节会很信服,因此新产品很令人满意地运作潮湿的、蒸汽的或脏的安装特别需要在磁试验条件下引入过载测试如果风扇安装在农业条件下,那么找到最认真的使用者不进行场测试很重要,但有人会以更随意的方式清洁,当不能随意清洁时,可以用水龙带冲洗用水龙带冲洗可以很好表明密封装置需要安装轴上阻止水进入发动机而破坏可靠性§
3.28产品可靠性可靠性有时简单定义为工艺中产品实现预期或特定功能的可能性定义中的本质是在一定状态条件或环境下,还有在特定时间内实现功能的含义质量定义稍有不同,有时定义为“决定产品可接受性的特征的总和”有人可能选择定义为与技术要求相符,适用或第一次就满足要求可靠性作为概念超出了质量基本理念,因为它将时间概念增加到基本定义中也就是说,可靠性也许被视为第一次和每一次都满足要求产品也许有质量然而没有可靠性有可靠性的产品你一定会有质量属性许多公司意识到在竞争的世界里,质量本身并不充分产品要根据预期功能建立并设计持续一段时间额外的要求超出了基本质量,为公司添加了新标注到市场就产品接受度,最成功的公司意识到整个生命周期成本和用户满意度的重要性可靠性的良好理解就时间和资源而言,实现最低成本是必要的有三种元素提供可靠性产品基础——设计、制造和零件设计是指从概念阶段到满足公司目标和用户期望的形式制定产品的一系列操作此外,这步应包括一些标注,目标也的确会满足这经常指设计合法化步骤典型地,产品有限的关键特征表明满足产品预期寿命的目标成败的原因在产品史与成本、方案成为大约束前得到纠正和提高时是一致的可靠性技术在维持测试条件中需要决定最适当的、最有效的测试,还有减少测试时间这称为加速测试协同工作在这变得很重要主题是在尽可能短时间内成功完成设计过程将其它组代入设计合法化过程有助于将后来需要的测试最少化,也会减少重复性下一步,制造,包括没有不利影响条件下将设计转化为现实经过统计过程控制技术,连续性对于生产经过测试并证明可靠的产品来说很关键不止一个可靠性设计受到损坏或削弱一个或更多零件或配件工艺过程的影响这经常发生在没有任何人知道的情况下,直到后者测试或产品用户确定条件为止在生产可靠设计中第三个涉及到的重要因素包括形成最终产品的零件和配件高质量、一致性零件需要保持设计与建立的制造工艺相容这意味着要提前选择重要的零件供应商,保证每个零件类型质量,在产品生命期没有重新鉴定下(设计)不变在购买方案中不提倡改变初选的供应商为了防止该状况发生,需要在采购文件中特别声明——“没有预先通知前不要改变”可靠性功能包括估算与预期寿命的一致性,还有保证与失效分析信息该功能在许多组间建立了关键交互的可靠性小组当开发测试方案或处理失效分析时,协同工作变得很重要尤其是测试最终产品的初始方案的开发包括销售、设计、制造和产品管理从所有功能到讨论提出的测试大纲,代表会议几乎总会产生一个测试方案满足设计目的并确定用户需求可靠性工程师使用的数值模型称为浴盆式曲线,它是根据特殊形状而命名的这个曲线经常用来描述复杂系统的可靠性下降的倾斜度接近初始线表示方案处于早期阶段,并表明是递减的失效率如果表明产品寿命初期没几个小时或没几天情况就最差,那么就要进行一些列改进有时称作早期失效率时期电子系统可以持续五千小时或更久整个时期,失效率降低到基本可以保持连续长时间的低点这部分曲线称为特征寿命或使用寿命其中,特征寿命是产品寿命时期的连续失效率后部分曲线描述了递增的失效率,属于磨损期不足为奇,最高时效发生在该阶段适当使用浴盆式曲线也为期望产品或系统最终什么时候在磁场中进行测试提供了数值线索可靠性与质量以不同方式同步进行二者在世界市场中保持竞争地位至关重要理解提高产品可靠性的基本概念和方法,在产品设计与制造所有阶段应用基本原则是非常重要的§
3.29总体质量管理欧洲和美国许多制造商在二十世纪七十年代中期分羹市场中经历了一场浩劫,即使能维持分羹市场的生产者的地位,也会感到外国竞争的压力同时,制造技术随着尖端的、可靠的硬件的引入,例如机器人、计算机数控机床、可编程逻辑控制器、材料搬运系统、坐标测量机等开始成熟起来计算机变得更小、更廉价此外,通用软件解决制造和生产控制方案的数量显著增加二十世纪七十年代从制造中获取的经验是技术本身本能地提高企业经营业绩,需要新关注质量和劳动力的开发重点转移到质量有两个主要因素一个是新哲学,企业必须如何作用和使用质量工具达到预期效果质量更广泛的看法包含在称为总体质量管理的过程中总体质量管理有两部分原则和工具原则允许组织克服组织管理组织使用潜在的、有技能的、有知识的雇员这样的传统障碍工具允许定量、定性的系统测量决定过程满足组织目标的程度总体质量管理的定义有三个显著主题⑴企业中每个员工参与管理;⑵成功且连续改进过程的实现;⑶有效使用多功能团队在总体质量管理实现中考虑的六个重要原则包括⑴焦点集中在用户需求和满意度;⑵焦点集中在用于生产与结果或产品焦点相反的产品的过程;⑶焦点集中在预防问题上,例如以下方面质量、生产、机床操作和工程设计变更;⑷焦点集中在运用组织中每个员工的智慧;⑸焦点集中在将决定基于当发生问题时毫无指责的制造与设计的事实;⑹焦点集中在发展企业信息通道总是开放的,这样产品数据和过程信息流会在所有级别和所有员工间传递近于零缺陷的生产目标通过采用6设计和生产过程达到的多数制造过程产品有正态分布,这意味着所有生产
99.74%在平均中心值加或减三个标准偏差正态曲线和产品与过程设计间的关系决定了加工偏差怎样影响最终产品加工偏差与设计公差间的关系如图1所示加工变化±3称为工序能力,当工序能力比设计公差T或标有尺寸下限和尺寸上限的规定的尺寸范围更大时缺陷长生了任何引起工序能力超过尺寸限制(尺寸下限或尺寸上限)都会引起产品缺陷工序能力指数(Cp),加工固有能力的测量、生产零件满足设计要求,等于设计公差T除以工序能力
(6).工序能力指数越大,零件越可能满足生产要求确保防治缺陷零件产生的方法是使设计公差尽可能宽,工序能力尽可能窄如果正态分布机床制造标准偏差零件,多数零件就会落在平均值的±3范围内如果关键零件尺寸可允许规定的尺寸范围是±6,即使正态加工偏差比四个缺陷零件小,也会制造一百万分之一加工导致接近零缺陷生产自动化劳力管理作为两个关键内在因素结果变化着操作员与机床间的关系;自动化生产系统的高度集成特征影响劳力管理的外部因素是扩展全球市场和劳力的进化由劳力进化导致的最重要的事件是转移到自主工作团队转移到团队是两个因素的结果第一,组织保持竞争、全球竞争需要企业中每个人解决问题;第二,劳力要进化到一种状态,员工要愿意负责控制由管理安排他们的生产过程在实现自主工作团队后,经营变成什么样的团队决定经营什么和怎样经营;自主工作团队处理怎样的问题,他们焦点集中在如何最有效地生产产品§
3.30尝试组建团队最为管理的勇者开始寻求方法提高制造过程,成为线性运动产品制造商——明尼苏达州明尼阿波利斯Tol-O-Matic公司经营中的经验快速地成长,中型公司Tol-O-Matic生产一千两百多种产品十多年来,连续十天发送和保证返回率低于
0.3%寻找方法提高生产率和客户服务,Tol-O-Matic公司开始研发了柔性制造单元在考虑中单元由带有一百二十个换刀装置的卧式加工中心用于零件检测的触发式测头,带有二十个装载/下载站的随行夹具组成和所有需要切削刀具归属于刀具库计算机模拟用以下方法揭示了三个问题缺乏占地面积、缺乏绘图与测量主零件质量的工作台面积、由于许多不同零件和快速引起操作员失误的可能性Tol-O-Matic公司制造工程师团队和车间监督员开始非正式地讨论选择自动化柔性制造单元他们安装的较少的自动化单元需要手动将夹具安装到机床上,然后输入适当的计算机数控程序两个有本质区别的零件可以同时加工使空间问题最小化,其它夹具在加工中心时允许更换夹具然而,新单元概念需要彻底不同的想法如何在工厂操作,需要高级别的支持和来自车间成员的承认Tol-O-Matic公司形成了一个具有多种智能的获取团队,该团队每个代表是来自质量保证与制造工程师、公司经理、第一班和第二班轮班车间监督员、安装员、同行选出的机床操作员团队由制造工程经理领导,他起到团队协调员的作用,但是没有决定制定工艺的表决权团队在第一个月每个周末聚一个小时目的是在1991年1月建立新的立式加工中心,机床在“零”准备时间运行,完成重要零件特征在线监测所有团队成员都认为手动柔性加工单元概念是可行的他们一致认为必须解决几个问题确保满足项目主体,包括移动夹具到机床上或从机床上在十五分钟左右移走的方法,与确保使用正确计算机数控程序的系统团队限制机床选择为四个主要制造商初选基于技术与质量支持、当地发行商的服务、制造商的声誉和质量支持团队最终选择了MazakH400N订购于1990年7月最后一周,留给团队六个月时间最后确定所有操作程序、设计、获取初始零件工装、准备计算机数控程序制造工程部开始由团队进行周期性的问题的工装设计,同时团队着手最后确定夹具运动方案主要忧虑的事情是快速、准确定位机床上的夹具,能轻放夹具以免零件损坏在考虑选择从叉式起重车到液压驱动的举重臂之后,团队选择了钢索提升机提升机有两种来回速度和两个方向缓进给,当夹具安装在机床上时,保证软着陆团队设计的木制夹具箱体在贮存期起到保护工装作用箱体底部安全支持夹具,允许用叉车把它们从绞手架平台移动到夹具架当壳体被去除,设计滑面允许安全接触工装操作中,机床操作员把夹具工装放在更换的位置上,输入八位零件数值、控制接受验证零件码、选择适当程序Renishaw探测器检测重要特征,根据编程公差核对结果超差特征使机床停下来,提醒操作员出现了问题1991年1月中完成了安装,月末单元制造产品操作不止一年以后,手动柔性制造单元在所有原计划中均可获得起初团队概念看上去效率低,但是Tol-O-Matic认为柔性制造单元项目节约的时间更加能补偿缓启动因为来自所有职能部门的团队成员先期的输入工程,安装问题最小化团队成员从开始承担工程的所有权,继续解决与单元相关的、来自管理的、最少投入的任何问题新团队在讨论进一步改进操作一个团队会从Mazak下载数据研究SPC计划另一个团队则研究完整的、及时的生产系统压力静压分布轴承间距(b)或尺寸上限尺寸下限设计公差加工偏差公称尺寸=均方值,=标准偏差图1加工偏差和设计公差。