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滚齿机外支架结构设计【优秀机械全套课程毕业设计含12张CAD图纸】

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机械设计制造中的并行工程.pdf---(点击预览)

机械产品的现代设计方法及其创新.pdf---(点击预览)

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A0后立柱.dwg

A0外支架装配图.dwg

A0总图.dwg

A1横樑.dwg

A1活动支架.dwg

A3传动系统.dwg

A3回转头.dwg

A4套.dwg

A4定位丝杆.dwg

A4滚轮.dwg

A4轴.dwg

A4重锤.dwg

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关键词：: 滚齿机外支架结构设计机械课程毕业设计滚齿机外支架结构设计

资源描述：

滚齿机外支架的设计

滚齿机外支架结构设计【优秀机械全套课程毕业设计含12张CAD图纸】

【带任务书+开题报告+课题申报表+实习报告+外文翻译】【20页@正文12000字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

A0后立柱.dwg

A0外支架装配图.dwg

A0总图.dwg

A1横樑.dwg

A1活动支架.dwg

A3传动系统.dwg

A3回转头.dwg

A4套.dwg

A4定位丝杆.dwg

A4滚轮.dwg

A4轴.dwg

A4重锤.dwg

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外文翻译译文.doc

实习报告.doc

开题报告.doc

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文献资料

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说明书封面.doc

课题申报表.doc

任务书

课题：滚齿机外支架结构设计

一、设计内容

根据设计要求，进行课题的调研和资料的收集，熟悉滚齿机的工作原理，与同组

同学一起分析讨论滚齿机的设计方案和机床的传动与调整情况，并最终确定机床总体

结构和传动方案。主要设计内容包括：

1、机床总体设计，绘制机床总图；

2、机床传动系统设计，绘制机床传动系统图；

3、外支架结构设计；

4、零件结构设计。二、设计依据

所设计的机床为Y38系列普通型滚齿机，机床主要用于单件、小批和成批圆柱齿

轮与蜗轮的铣削加工。在正常情况下，其加工精度达7－8级精度，表面粗糙度Ra

达3.2μm。

1、最大切削模数6mm(钢材)、8mm(铸铁)；

2、铣削圆柱齿轮最大外径800mm；

3、铣刀最大直径120mm；

4、铣刀最大垂直行程长度275mm；

5、滚刀转数范围47.5~192rpm。

三、设计要求

1、机床应能满足加工要求，保证加工精度；

2、机床应能满足强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等方面的要求；

3、机床应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；

4、设计图样总量：折合成A0幅面在3张以上；工具要求：应用计算机软件绘图。

5、到相关单位进行毕业实习，撰写不少于3000字实习报告；

6、查阅文献资料10篇以上，并有不少于3000汉字的外文资料翻译；

7、撰写开题报告，不少于3000字；

8、毕业设计说明书按照学校规定的格式规范统一编排、打印，字数不少于1万字。

四、毕业设计物化成果的具体内容及要求

1、设计成果要求

1）毕业设计说明书 1 份

2）机床总图 1 张

3）机床传动系统总图 1 张

4）外支架装配结构图 1 张

5）后立柱、横梁、活动支架等零件图不少于7张

2、外文资料翻译（英译中）要求

1）外文翻译材料中文字不少于3000字；

2）内容必须与毕业设计课题相关；

3）所选外文资料应是近10年的文章，并标明文章出处。

五、毕业设计（论文）进度计划

起讫日期工作内容备注

2月27日～2月28日布置任务，收集资料，熟悉课题

3月1日～3月14日调查研究，毕业实习

3月15日～3月31日方案论证，总体设计3月27—3月31日前期检查

4月1日～4月14日技术设计（部件设计）

4月14日～5月14日工作设计（零件设计）5月10日～5月14日设计初稿检查

5月15日～5月31日撰写毕业设计说明书5月23日--24日中期检查

6月1日～6月2日毕业设计预答辩

6月3日～6月9日修改资料

6月10日～6月11日评阅材料

6月12日～6月13日毕业答辩

6月14日～6月15日材料整理装袋

六、主要参考文献：

[1] 赵汝嘉. 机械设计手册(软件版). 北京: 机械工业出版社. 2003.

[2] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.

[3] 机械设计手册编委会. 机械设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2004.

[4] 徐灏. 机械设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2001.

[5] 杨叔子. 机械加工工艺师手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2002.

[6] 王健石. 机械加工常用刀具数据速查手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2005.

[7] 蔡学熙. 现代机械设计方法实用手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.

[8] 手册编委会. 机械加工工艺装备设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1998.

[9] 手册编委会. 现代机械传动手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2002.

[10] 朱孝录. 机械传动装置选用手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999.

[11] 机床设计手册编写组. 机床设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1986.

[12] 胡家秀. 机械零件设计实用手册[M].北京: 机械工业出版社, 1999.

[13] 叶伟昌. 机械工程及自动化简明设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2001.

[14] 李益民. 机械制造工艺设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1995.

[15] 范云涨, 陈兆年. 金属切削机床设计简明手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1994?.

[16] 吴圣庄. 金属切削机床概论[M]. 北京: 机械工业出版社, 1985?.

[17] 黄鹤汀. 金属切削机床设计[M]. 北京: 机械工业出版社,?1997.

[18] 上海纺织工学院. 机床设计图册[M]. 上海: 科学技术出版社, 1979.

[19] 成大先. 机械设计图册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2000.

[20] 李洪. 实用机床设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999.

摘要1

1 前言4

2 总体设计6

2.1 滚齿机工作原理6

2.1.1加工直齿轮时机床的运动和传动原理6

2.1.2加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理7

2.2 滚齿机的构成与布局8

2.3拟定选择传动方案9

2.4 主切削力的估算及电动机的选择[18]12

3.外支架结构的设计14

3.1外支架的概况14

3.2外支架结构零件的设计14

3.2.1 活动支架14

3.2.2 后立柱14

3.2.3 横梁16

3.3 导轨16

3.3.1 导轨的基本要求17

3.3.2 滑动导轨17

4 结论19

参考文献20

致谢21

滚齿机外支架结构设计

摘要:齿轮加工机床是一种技术含量高且结构复杂的机床，外支架是机床的重要部件。外支架在机床的一侧,其中包含了后立柱、横梁、活动支架及部分传动系统,活动支架连接着传动箱。外支架固定在工作台壳体上，它上面有燕尾型导轨。支承工件心轴的支臂，可沿导轨移动。支臂上有一专用手柄供支臂夹紧在支架上之用。当使用外支架时超过其最大加工直径时，就应取下外支架，才可加工。主电机开动后，活动支架进行位置的调整,使工件保持在最佳位置。活动支架要考虑其结构的要求，设计出来的活动支架安装好后不能与其他的零部件干涉。后立柱及横梁的设计要使该部分保持一定的平稳性。在设计过程中，要考虑到运动和动力的要求，还要注意不能使结构太臃肿。设计出的外支架能使机床满足强度、刚度及其寿命、工艺性与经济性等方面的要求；使机床运行平稳，工件可靠，结构合理，便于装卸、维修与调整，最后能满足加工要求，保证加工精度。

关键词：滚齿机；活动支架；后立柱；横梁

Structural Design of Outer Support System of the Gear-hobbing Machine

Abstract: The gear finishing lathe is one kind of technical content high also the structure complex engine bed, the outer support is the engine bed important part. Outer support in engine bed one side, after in which has contained the column, the crossbeam, the movable support and the partial transmission system, the movable support is connecting the gearbox. The outer support fixes on the work table shell, its above has the dovetail guide rail, the supporting work piece spindle arm support, may move along the guide rail, on the arm support has a special-purpose handle matter for the arm support clamp on the support using, when uses the outer support when surpasses its biggest processing diameter, should take down the outer support, only then may process. After the host electrical machinery starts, the movable support carries on the position the adjustment, makes the work piece to maintain at the best position, the movable support must consider its structure the request, after designs the movable support installs cannot and other spare part interference, the latter column and the crossbeam design must make this part to maintain certain stability. In this design process, must consider the movement and the power request, but also must pay attention cannot cause the structure too to be extremely fat. Designs the outer support can cause the engine bed to satisfy aspect and so on intensity, rigidity and life, technology capability and efficiency requests; Causes the engine bed movement to be steady, the work piece is reliable, the structure is reasonable, is advantageous for loading and unloading, the service and the adjustment, finally can satisfy the processing request, the guarantee processing precision.

Key word: Gear-hobbing machine; Movable support; Latter column; Crossbeam

1 前言

齿轮加工机床是一种技术含量高而且机构复杂的机床系统,由于齿轮使用的量大面广,齿轮加工机床已成为机械等行业的关键设备。特别是,随着汽车行业的高速发展,对齿轮的需求量日益增加,对齿轮加工的效率、质量及加工成本的要求愈来愈高,使齿轮加工机床在汽车、摩托车等行业中占有越来越重要的作用。滚齿机是齿轮加工机床中的一种,其占齿轮加工机床拥有量的40%-50%。它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。传统滚齿机在加工过程中有以下特点：

a.机床漏、混油严重；

b.加工成本高；

c.滚削钢齿轮时,应用切削液可提高刀具寿命,改善加工表面的质量和利于排出切削热而不致引起机床的热变形；

d.生产效率低下，加工质量差，难以满足现代企业生产的要求。

最近几年,我国在滚齿机设计技术方面研究的主要内容经历了从传统机械式滚齿机通过数控改造发展为2-3轴（直线运动轴）实用型数控高效滚齿机,到全新的六轴四联动数控高速滚齿机的开发。滚齿机加工（钢件）全部采用湿式滚齿方式。目前,国内主要滚齿机制造商重庆机床厂及南京二机床有限责任公司生产的系列数控高效滚齿机已采取全密封护罩加油雾分离器和磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。世界上滚齿机产量最大的制造商——重庆机床厂从2001 年开始研究面向绿色制造的高速干切滚齿技术,2002年初研制成功既能干切又能湿切的YKS3112六轴四联动数控高速滚齿机,2003年初又开始研制面向绿色制造的YE3116CNC7高速干式切削滚齿机,即将进入商品化阶段。

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内容简介：: 文献资料专业机械设计制造及其自动化学生姓名傅立班级 BD 机制 051 学号 052010105 指导教师邢青松 nts文献资料 1 武丽 . 机械产品的现代设计方法及其创新 J. 山西大学工程学院基础部 , 2008, (11):33-34 2 薛进学 , 孔庆华 . 机械设计制造中的并行工程 J. 同济大学机械工程学院上海， 2004， (11)： 98-100. 3 仲崇生，赵东标 . 机械制造新技术在混凝土砌块 (砖 )模具生产上的应用 J.自动化加工技术， 2008， (6)： 55-56. 4 杨友才 . 计算机辅助机械制造工艺设计研究 J.自动化加工技术， 2005，(7)： 6-15. 5 邢雪娟 . 绿色设计法在机械设计与制造中的应用 J. 林业机械与木工设备 .2006， (6):42-43. 6 肖礼均 . 起重机械设计与制造的监督检验探讨 J.制造技术与机床 ,2007,(12):87-88. 7 唐运周 . 浅谈机械制造系统的布置设计 J.内燃机配件 ,2004,(4):47-48. 8 王富文 . 谈我国先进机械制造技术的特点及发展趋势 J. 制造技术与机床 ,2007,(12):87-88. 9 陶表达 . 通用机械制造工艺资源管理系统研究与设计 , 制造技术与机床 ,2008,(8):97-100. 10 王桃严敬赖喜德刘小兵 . 虚拟现实技术在水力机械制造工艺课程中的应用 , 制造技术与机床 ,2008,(4):73-74. nts184 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald2008 NO.33Science and Technology Innovation Herald 学术论坛科技创新导报机械产品的设计从 19 世纪中期的技术设计发展到现在的计算机辅助创新设计(CAI Computer Aided Innovation) 已经历了一百多年的变迁和发展。其间任何产品生产的历史也就是人们追求先进产品与服务的创新设计、及其理论、方法与工具发展的历史 , 人类经历了漫长的创造、创新和设计制造的历程。近年来 , 随着科学技术的飞速发展 , 对产品功能要求日益增多 , 复杂性增加 , 寿命期缩短 , 更新换代速度加快 , 机械产品的设计方法更趋于科学、完善 , 计算精度更高 ,计算速度更快。在常规设计的基础上更趋于现代设计方法的应用。现代设计方法是一种工程活动 , 而且是一种创造性的智力活动 , 是一个综合、决策、迭代和寻优的过程。它具有四个方面的特点 : 设计理论与方法延伸、思维的变化及设计范畴的扩展。多种设计技术、理论与方法的交叉与综合。设计手段的精确化、计算机化、自动化与虚拟化 ;及并行化、最优化和智能化的设计过程。面向产品寿命周期过程的可行性设计及多种设计实验技术的综合应用等。现代设计与制造过程的正规化、流程化和统一化 , 极大地提高了工作效率 , 降低了成本 ,确保了产品质量。1 现代设计主要常用方法1.1 计算机辅助设计计算机辅助设计 (Computer AidedDesign), 简称 CAD, 它借助计算机进行信息处理 , 利用计算机具有运算速度快且准确、存储量大、逻辑判断功能强等特点 , 通过人机交互作用完成设计工作。其相对于传统的设计方法有以下优点 :(1) 显著提高了设计效率 , 缩短了设计周期 ; 加快了产品的更新换代 , 增强了产品的市场竞争能力。(2) 可以存储大量的设计信息和设计经验 , 使缺乏设计经验的新手也能顺利完成设计任务。(3) 能在短时间内给出很多设计方案 ,并进行分析比较 , 从而获得最佳设计方案。(4) 设计人员从繁重的重复性工作中得以解脱 , 而将更多的时间和精力集中到创造性的工作上。(5) 与计算机辅助制造 (CAM) 、计算机管理自动化结合起来形成计算机集成制造系统 (CIMS), 从企业总效益最高出发 , 综合进行市场预测、产品设计、生产计划、制造和销售等一系列工作 , 由此实现人力、物力和时间等各种资源的有效利用。1.2 优化设计优化设计是把设计问题的物理模型转化为数学模型 , 运用最优化的数学理论、选用适当的优化方法、借助计算机求解该数学模型 , 从而得出最佳设计方案的设计方法。近些年来 , 优化设计与其它一些设计方法结合起来 , 形成了新的优化设计方法。例如 , 和可靠性设计结合起来形成可靠性优化设计 ; 和模糊设计结合起来就形成模糊优化设计等。1.3 可靠性设计机械可靠性设计是将概率论、数理统计、失效物力和机械学相结合而形成的一种综合性设计技术。其主要特点是将常规设计方法中所涉及到的设计变量 , 如载荷、应力、强度、寿命等 , 所具有的多值现象看成是服从某种分布规律的随机变量 , 用概率统计方法设计出符合机械产品可靠性指标要求的零部件和整机的主要参数和结构尺寸。1.4 模块化设计模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上 , 划分并设计出一系列功能模块 , 通过模块的选择和组合就可以构成不同的产品 , 以满足市场的不同需求。产品模块化的主要目标之一就是以尽可能少的模块种类和数量组成尽可能多的种类和规格的产品。模块化设计相对于传统设计具有以下特点 :(1) 减少产品的设计和制造时间 , 缩短供货周期 , 有利于争取客户。(2) 有利于产品的更新换代和新产品的开发 , 增加企业对市场的快速反应能力。(3) 有利于提高产品质量 , 降低成本 , 增加产品的市场竞争能力。(4) 便于产品的维修。1.5 机械系统设计机械系统设计是应用系统的观点进行机械产品设计的一种设计方法。其过程一般包括计划、外部系统设计、内部系统设计和制造销售四个阶段。与传统设计相比 , 传统设计注重内部系统设计 , 重点在于改善零件或子系统的特性 , 而对于各零部件之间、内部与外部系统之间的相互作用和影响考虑较少。而当机械系统设计遵循系统的观点后 , 就将内、外系统和各子系统之间的相互关系综合进行了研究 , 且通过各子系统得协调工作 , 取长补短来实现整个系统最佳的总功能。1.6 机械动态设计机械动态设计是现代机械设计区别于传统机械设计的重要特征之一。它是根据机械产品的动载工况 , 以及对该产品提出的动态性能要求与设计准则 , 按动力学方法进行分析计算、优化与实验 , 并反复进行的设计。该设计方法可使机械产品的动态性能在设计时就得到预测和优化。1.7 专家系统专家系统是一种能够在专家水平上工作的计算机程序系统。它具有领域专家的丰富知识 , 能进行逻辑演绎推理 , 因此 , 它能够在特定的领域和范围内 , 运用领域专家的专门知识及推理能力 , 解决各种问题。在机械设计中应用机械设计专家系统 , 可明显提高设计效率和设计质量 , 获得较好的经济效益。1.8 并行设计机械产品的设计长期以来一直采用的是串行工程的方法。其缺点在于 : 产品的设计、制造等过程中 , 后一个环节必须等待前一个环节结束后才能开始 ; 且设计改动量大 , 产品开发周期长 , 成本高。而并行工程 (Concurrent Engineering, 简称 CE) 又叫同步工程 (Simultaneous Engineering) 或集成工程 (Integration Engineering) 它是集成、并行地设计产品及其各种过程 ( 包含制造过程和支持过程 ) 的系统化方法。其核心在于打破组织内部各机构单元的界限 , 建立以人际合作关系为基础的协同工作模式 , 追求提高产品质量、降低产品全生命周期成本和缩短产品上市的时间。除此介绍的现代设计方法外 , 还有人机学设计、疲劳设计、摩擦学设计、反求工程、创造性设计等。随着科学技术的快速进步 , 现代设计方法也在日益更新。2 机械现代设计方法的创新2.1 现代设计方法中创新最快的设计方法是并行设计并行设计是一种系统化、集成化的现代技术 ; 它以工程数学为基础、以计算机为主要技术手段 ; 是集成并行地设计产品及其各种过程的系统化方法 ; 在计算机、数据库管理系统和网络等信息技术支持下实现设计制造一体化 , 从而保证了产品设计过程中更全面地考虑周期、质量、成本三方面的要求 , 使开发的产品具有更强的竞争力。并行设计以 CAD 、 CAPP 、 CAM 、机械产品的现代设计方法及其创新武丽( 山西大学工程学院基础部山西太原 030013)摘要 : 通过论述机械产品的现代设计方法、应用及其发展趋势 , 论证了只有机械现代设计方法的不断创新才是机械设计及制造业发展的未来。关键词 : 机械产品现代设计方法创新中图分类号 :TH11 文献标识码 :A 文章编号 :1674-098X(2008)11(c)-0184-02nts185 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald学术论坛2008 NO.33Science and Technology Innovation Herald 科技创新导报PDMS 为支持 , 具有丰富的内涵 , 即 : 产品开发过程并行重组 ; 统一的产品信息模型 ; 具有人工智能处理不完备、不确定信息的功能 ; 基于时间的决策 ; 开放式的系统界面 ; 支持并行设计的群组工作方式 ; 分布式的软、硬件环境等等。由此提高了企业响应市场需求的速度及产品开发的一次成功率 , 同时还降低了产品开发的成本。例如 :CAD/CAE 的协同设计及管理过程就是一个并行工作过程。其中 CAD 就是工程技术人员以计算机为工具 , 对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的主体。同时 , 根据模型不同 ,CAD 系统分为二维 CAD 和三维 CAD系统 ; 采用参数化和变量化的几何建模技术进行产品结构设计及修改。参数化建模技术一般是指设计对象的结构形状比较定型 , 可以用一组参数来约定尺寸关系 , 参数的求解较简单 , 参数与设计对象的控制尺寸有显示对应关系 , 设计结果的修改受尺寸驱动。其主要造型技术特点是 :(1) 基于特征 ;(2) 全尺寸约束 ;(3) 尺寸驱动设计修改 ;(4) 全数据相关。参数化造型技术的采用彻底克服了自由建模的无约束状态 , 几何形状均以尺寸的形式而牢牢地控制住。它对于习惯看图纸、以尺寸来描述零件的设计者而言极其适合。变量化建模技术是指设计对象的修改需要更大的自由度 , 通过求解一组约束方程来确定产品的尺寸和形状。约束方程可以是几何关系 , 也可以是工程计算条件 , 计算结果的修改受约束方程的驱动。其主要造型技术的特点是 :(1) 保留了参数化技术的基于特征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的优点 , 而在约束定义方面做了根本性改变。 (2) 变量化技术将参数化技术中需定义的尺寸 “参数” 进一步区分为形状约束和尺寸约束。 (3) 除了考虑几何约束外 , 变量化设计还可将工程关系作为约束条件直接与几何方程联立求解 , 无须另建模型处理。CAE(Computer Aided Engineering) 是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈服稳定性、动力响应热传导、三维多体接触弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程 , 现已成为工程和产品分析中必不可少的数值计算工具 , 同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。CAE 系统的核心思想是有限元分析( 即结构的离散化 ) 。即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体 , 实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析 , 得出满足工程精度的近似结果来代替对实际结果的分析 , 这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。它由三个过程组成 :(1) 前处理 : 建立几何模型、物理模型和网格划分 , 构造有限元模型 , 完成分析数据的输入。 (2) 分析计算 : 即结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析及多物理场的耦合分析、多物理介质的相互作用分析及优化分析等的分析计算。 (3) 后处理 : 将计算结果采用 CAD 技术生成形象的图形输出 ,如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图 , 表示应力、温度、压力分布的彩色明暗图 , 以及随机械载荷和温度载荷变化生成的位移应力、温度压力等分布的动态显示图。CAD/CAM 协同设计及管理过程技术历经几十年的发展 , 现在工作站和微机平台的 CAD/CAM 软件已经占据主导地位 ,并且出现了许多优秀且流行的软件。其中美国的 PTC 公司开发的 Pro/Engineer 系统软件以单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAE/CAM 的传统观念 , 成为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准。该软件能将设计至生产全过程集成为一起 , 实现了并行工程。同时该软件易于使用 , 能极大地提高设计效率。又美国的 SUN 公司开发的 ANSYS 系统软件的 CAD/CAM 协同仿真设计及管理技术在新的 AWE(ANSYS WorkbenchEnvironment) 环境下能直接读入各种 CAD软件的零件模型 , 并在其统一环境中实现任意模型装配和 CAE 分析。整合相同或不同 CAD 软件模型数据就得到 CAE 分析用的 CAD 模型库 , 这些模型库保留 CAD 中的设计参数 , 并通过连接技术实现与 CAD 的软件之间的共享 , 其优点是任何 CAD 和CAE 设计人员对设计的改变都会立即反映到对方的软件环境中 , 从而实现设计仿真的同步协作。即 ANSYS 协同仿真环境中 , 将 UG 、 PRO/E 等 CAD 软件的零件模型直接读入 , 在保留尺寸参数的条件下实现任意装配、分析和优化。2.2 随着科技的迅猛发展 , 由目前国内外机械产品设计所用方法的主要特征 , 又可将现代设计方法概括为下述四大类型(1) 系统化设计方法 , 其主要特点是 : 将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统 , 每个设计要素具有独立性 , 各个要素间存在着有机的联系 , 并具有层次性 , 所有的设计要素结合后 , 即可实现设计系统所需完成的任务。具有代表性的系统化设计方法有 : 设计元素法、图形建模法、 “构思” “设计” 法、矩阵设计法等。(2) 结构模块化设计方法 : 即从规划产品的角度提出 : 定义设计任务时以功能化的产品结构为基础 , 引用已有的产品解 ( 如通用零件部件等 ) 描述设计任务 , 即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解 , 这样 , 能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾 , 早期预测生产能力、费用 , 以及开发设计过程中计划的可调整性 , 由此提高设计效率和设计的可靠性 , 同时也降低新产品的成本。(3) 基于产品特征知识的设计方法 : 该设计方法的主要特点是 : 用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验 , 建立相应的知识库及推理机 , 再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。采用的方法可归纳为 : 编码法、知识的混合型表达法、利用基于知识的开发工具、设计目录法、基于实例的方法。(4) 智能化设计方法 : 该设计方法的主要特点是 : 根据设计方法学理论 , 借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术 , 以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。总之 , 机械产品设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地 ( 网络 ) 协同设计制造需求的方向迈进 , 由于产品设计的计算机实现方法研究起步较晚 , 目前还没有非常成熟的、能够完全达到上述目标的产品设计工具软件。综合运用上述四种设计方法将是达到这一目标有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多 , 不仅与机械设计的领域知识有关 , 还涉及到系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识 , 但仍然是机械产品现代设计继续努力的方向。2.3 新产品的开发创新新产品源源不断的上市是工业界生存与发展之本 , 是提高其竞争力的关键因素 ;同时 , 新产品是国家宏观经济调控的重要决策因素、是国家经济发展的重要指标 ;也是实现 “使顾客完全满意 (TSC) ” 之本。新产品的开发创新特征为 : 具有高风险、高投资和高收益性 ; 新产品开发成功的一部分因素呈随机性或不确定性 ; 产品设计决定产品成本的 70% 85%; 其开发各阶段具有不同的成本效益特征 ; 开发各阶段面临众多相互冲突的要求 ; 应全面、正确地了解顾客和市场的要求 ; 新产品具有市场扩展的特点 , 用途明确、物美价廉的新产品市场扩展的速度最快。由此可见 , 既要符合市场需求又要创造最佳效益 , 只有采用成熟的标准化、成组化、模块化和 CAD 技术 , 进行新产品设计方法的创新 , 才能促进产品创新。这也是机械设计及制造业发展的未来。3 结语综上所述 , 不断地进行产品设计方法及其制造系统的创新是提高企业竞争力的关键因素 , 也是机械工业快速发展的经验总结 , 是国家兴旺发达的不竭动力。参考文献1 现代设计方法及其应用 J. 中国机械网 ,2006.2 机械零件的设计方法 J. 中国机械网 ,2006.3 盛伯浩 , 陈宗舜 . 机械产品设计与 CADM. 清华大学出版社 ,2005.4 王易 . 实现 CAD/CAE 协同设计与管理J. 中国计算机报 ,2005.5 Saeed Moaveni 美 . 有限元分析ANSYS 理论与应用第二版 M. 电子工业出版社 ,2005.6 机械产品方案的现代设计方法及发展趋势 J. 中国机械网 ,2005.nts第 34 卷 2006 年第 12 期98Mining & Processing Equipment98通用网络技术与信息技术的发展，使企业之间在技术开发、市场占有率等领域的竞争不断升级。面对这种挑战，应对策略是在企业内部涉及产品生命周期的各个过程之间实现集成化和由若干个企业集成为动态联盟这种更高级的竞争手段。并行工程 (CE) 是实现此策略的有效途径。本文对并行工程在机械产品设计与制造中的应用进行了探讨。1 现代制造技术的新要素机械制造业竞争的核心是产品，而产品的竞争目标随国民经济的发展而不断变化。以往机械制造业所追求的三大目标是：优质、高效、低成本，但随着国内市场经济的发展和国际市场的开拓，除增加交货期、服务两个要素外，又增加了环保这一要素，即绿色制造。随着知识经济时代的到来，知识创新这个要素也必将成为一个新要素。信息技术革命和以信息技术为主导的高新技术为机械制造业的发展提供了极大的技术支持，这导致了机械制造业的深刻变革。信息时代的现代制造技术及产业应运而生，现代集成制造系统 (CIMS) 技术及其产业正是其重要的组成部分。计算机集成制造系统(CIMS) 是现代制造技术、自动化技术、现代管理技术、计算机技术和信息技术相结合的产物，它包括了产品生命周期的各个活动。并行工程是集成地、并行地设计产品信息与过程开发的一种系统方法，强调各过程的整体性和协同性。应用并行工程，通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人 / 组织、经营管理和技术三要素的集成优化，提高机械制造企业市场应变和竞争的能力。2 现代集成制造系统的三类集成优化技术制造系统集成优化是 CIMS 技术与应用的核心技术。 CIMS 技术的发展可从系统集成优化发展的角度可划分为如下 3 个阶段：(1) 以静态的计算机集成制造 (CIM) 为标志的企业信息集成；(2) 以并行工程 (CE) 为标志的企业过程集成；(3) 以敏捷制造 (AM) 为标志的企业间集成。在这 3 个阶段中，企业信息集成始终贯穿其中。它是过程集成和企业集成的决定因素，并处于不断的研究发展之中。2.1 企业信息集成优化信息集成主要解决企业各个自动化孤岛之间的信息交换与共享，其主要内容有：(1) 企业建模、系统设计方法、软件工具和技术规范；(2) 异构环境和子系统的信息集成。理想的情况是所有 CIMS 信息应被并行地设计、构造和管理。但多数情况下，由于这些信息来源于早期的计算机辅助系统的各种异构数据，因而形成了巨大的信息孤岛。有限的信息共享、缺少数据交换和信息的不一致是这种系统的严重缺陷。解决信息孤岛问题的方法之一是建立一个信息集成系统 , 管理异构分布数据 , 以连接CIMS 中的信息孤岛 , 提供从设计、计划到制造的平滑的信息流动，允许多数据库间的信息自动交换与共享 , 保证 CIMS 数据源间动态数据的请求服务。关键之一是实现有效的信息集成。 CIMS 信息集成是对其信息系统中存在并活动于各个异构子系统中的异构信息进行集成，以便共享和优化运行。目前主要用 Intranet 、 Extranet 、 PDM 、集成平台和框架技术来实施。基于 CE 、 DFX 技术、软构件技术和 web 技术的集成框架已成为系统信息集成的重要支撑工具。2.2 企业过程集成优化传统的产品开发模式采用串行产品开发流程，设计与制造是 2 个独立的功能部门，缺乏数字化产品定义、 DFA / DFM 工具和产品数据管理；缺乏支持群组协同工作的计算机与网络环境。但是并行工程较好地解决了这些问题，它组成多学科团队，尽可能多地将产品设计中的各个串行过程转变为并行过程，在设计初期采用 CAX 、 DFX 工具，考虑可制造性 (DFM) 、可装配性 (DFA) 、质量 (DFQ) ，以减少返工，缩短技术开发与生产准备周期。并行工程的关键技术是：信息集成技术；过程建模及重组；面向并行工程的计算机辅助工具，如CAX 、 DFX ( 虚拟制造技术的一部分 ) ；支持并行作业的多学科的协同工作小组以及计算机网络支持下CSCW 和集成框架等。引进和应用 BMP 、项目管理、 MRP-II 与 JIT 相结合、 ERP 、精益制造等新的管理思想。2.3 企业间集成优化企业间集成优化是企业内外部资源的优化利用，实现敏捷制造，以适应知识经济、全球经济、全球制造的新形势。在技术发展日新月异和竞争不断升级的环境下，没有哪家企业可以在任何领域都占有优势，甚至在同论文编号： 1001-3954(200 6)12-0098-101机械设计制造中的并行工程薛进学 * 孔庆华同济大学机械工程学院上海 200092* 作者简介：薛进学，男， 1965 年生，河南灵宝人，毕业于中北大学机械制造及自动化专业，工学硕士，讲师。研究方向为制造信息系统。机械设计制造中的并行工程nts第 3 4 卷 200 6 年第 12 期99Mining & Processing Equipment99通用一生产过程的各个环节保持技术领先都是不可能的，越来越多的企业认识到集中经济资源，发挥核心优势的重要性。许多企业集中精力在自己擅长的领域和有利环境中进行生产，把不擅长的业务外包给其他企业，实现了在供应链上的分工。从管理的角度，企业间实现企业动态联盟(Virtual Enterprise) ，形成扁平式企业的组织管理结构，克服“小而全”、“大而全”的缺点，实现产品型企业，增强新产品的设计开发能力和市场开拓能力，发挥人在系统中的重要作用等。企业间集成的关键技术包括信息集成技术、并行工程的关键技术、虚拟制造、支持敏捷工程的使能技术系统、基于网络 ( 如 Internet / Intranet / Extranet)的敏捷制造、以及资源优化 (ERP 、 Supply chain 、 E-B) 。在上述过程中，只有通过应用并行工程，才能降低交易费用、减少不确定性、实现优势互补等目的，以支约方式结合起来共同提高市场竞争力。3 基于并行工程 (CE) 的 CAD /CAPP 的集成优化下面以本人开发的塑料机械 CAD CAPP 集成系统为例，说明并行工程的具体实施方法。3.1 两种设计过程的差异同济大学机械工程学院在 20 世纪 80 年代首创了样件式 CAPP 系统，但无论是手工工艺设计还是这样的 CAPP 系统，只是设计手段和孤岛技术效率的变革。其主导思想仍然是传统的串行设计思想，即必须等到设计人员完成产品设计 ( 手工绘图或 CAD) ，工艺人员才能依据设计资料进行制造工艺设计。工艺设计过程中发现问题，经反馈、修改设计后重订工艺，如此多次反复，贻误商机。其过程如图 1 所示。并行设计过程作为一种先进的系统方法，要求面向产品的整个生命周期。如图 2 所示，并行性有两方面的含义：其一是在设计过程中通过专家把关，同时考虑产品生命周期的各个方面；其二是在设计阶段就可同时进行工艺 ( 包括加工、热处理、检验和装配工艺 ) 过程设计，并对工艺设计的结果进行计算机仿真，也可用快速原型法(RP) 制造出产品的样件。这种方式与传统的设计在设计部门进行、工艺在工艺部门进行已大不相同。并行设计过程，在设计之初，就充分考虑到后续有可能涉及的影响因素，随着概念设计、详细设计的深入，有关工艺、制造等相关信息也随设计阶段的不同，逐渐融入设计领域，力求避免在某一设计阶段完成后才意识到因工艺、制造等因素的制约而造成该阶段甚至整个设计方案的更改。这就要求有一种能保证各部门之间进行实时通讯的并行工作环境，没有这种环境，并行工程仍然无法应用。网络安全技术与网络信息技术为这一应用提供了技术支持。3.2 基于并行工程的 CAD / CAPP 集成系统的支撑环境计算机协同工作 (Computer Supported Coopera-tive Work ， CSCW) 是通信技术、计算机技术以及网络技术的融合，产生的新的研究领域。它是在计算机支持的网络环境下，一个群体协同完成一项共同的任务 (CW) ，目标是设计出支持各种协同工作的工具、环境与应用系统。 CSCW 使并行工程在各孤岛技术集成中的应用成为现实，具体实施时，还要考虑以下问题。(1) 软件技术规范与标准设计、工艺阶段的软件工作平台不同，所形成的文件格式不统一。设计阶段主要以图形文件为主，而工艺阶段主要以表格、文本文件为主，利用产品信息模型和产品数据交换标准如 STEP 、 IGES 等将风格各异的工作环境和文档格式集成于一个统一的大环境中或从起始阶段就在同一软件平台上进行开发。(2) 产品生命周期信息共享应用网络信息传输技术 (INTRANET) 将设计阶段产生的信息，适时地传输到其它相关部门，实现产品生命周期中各阶段信息的实时共享，以便并行统筹协调地工作。(3) 产品生命周期信息管理随着企业产品品种、数量的不断增加，图形、工艺信息量急剧膨胀，通过产品数据管理 (PDM) 系统，实现科学有效的信息管理，满足信息检索的要求。 PDM 应并行工程的需求日益受到重视。3.3 基于并行工程的 CAD / CAPP 集成系统体系结构分析利用网络环境、 DFM 、 DFA 、 DFQ 等手段和技术，在设计阶段就将工艺思想、质量意识贯穿始终。即在设计阶段进行的同时，工艺部门就可以读取相应的工艺信息。根据这些工艺信息，既可以对设计过程实施工艺信息监控，又能为制造部门及时提供原材料和设备要求等信息。(1) 设计与制造一体化分析此阶段，设计部门只能提供有关产品模型的初步构思及相应的原始设计方案，所包含的工艺信息虽是有限的、粗糙的，但工艺人员从这些总体工艺信息中可以把握设计者的意图和思路。如同与产品设计人员和工艺人员面对面地对设计方案从产品模型的功能、结构、制造工艺性和成本核算等方面进行综合评价一样，实质上就是从制造角度对设计方案进行总体把握。通过设计、工艺两方面的综合考虑制定的总体设计、工艺方案，将更加可行、优化。(2) 设计的工艺视角评判随着各个阶段性设计工作的深入与细化， CAPP 系统要能保证实时地对设计的每一个细节加以评价，对从工艺方面无法实现或不太理想的设计，要实时通知有关设计人员，并根据设计意图提供合理化建议，将设计更改限制在最小范围内，其最终目的是通过设计阶段的多次“小反复”来避免传统串行工作模式中方案更改“大反复”所造成的各项损失。(3) 工艺方案制订在设计的不同阶段，设计部门提供不同级别详细程度的信息。所以，在工艺制订图 1 传统制造方式图 2 并行工程制造方式机械设计制造中的并行工程nts第 34 卷 2006 年第 12 期100Mining & Processing Equipment100通用过程中，也要跟踪相应设计流程，分层次制订工艺规程。根据设计过程的进展，逐渐细化总体工艺设计阶段制订的工艺方案，直至形成具体可行的工艺规程。在该集成环境下，设计和工艺均面向制造现场，以实现产品的功能要求为最终目标，根据产品模型的功能要求和结构特点，始终将具体产品的制造环境、设备、工艺装备要求、相应零部件的制造工艺性评价及车间作业调度等因素贯穿于产品和工艺设计过程中，在设计过程中从工艺角度完成虚拟制造过程和产品的可制造性检测。使工艺不但指导实际生产，而且也指导产品设计，真正实现工艺作为沟通设计、制造环节的桥梁纽带作用。3.4 基于并行工程的 CAD / CAPP 集成系统功能分析根据图 3 的功能模型，在进行产品设计的同时，工艺部门就可以通过网络传输系统读取设计信息，在网络环境中实现设计、工艺信息集成化，进而优化。(1) 构建与获取资料库基于网络环境的 CAD CAPP 集成软件系统能较好地实现功能集成、信息集成和过程集成。但是因为在 CAPP 过程中需要许多“人为”的创造性工作，还要用到人工智能的知识。CAPP 功能模块可基于数据库，最优的是基于 PDM子系统。(2) 基于 GT 编码系统功能名称的概念设计和初步设计产品设计时，首先提取基于设计特征的成组技术 (GT) 功能名称矩阵，如塑料机械分类编码系统SB-1 等成组技术分类编码系统。比如，某一待设计零件的功能名称为“底座”， GT 代码为 “ 8 ”，那么在该零件设计过程一开始，设计人员在设计特征信息中就可以输入 “ 8 ( 底座 ) ” 和相应零部件号，利用数据库中关键字段，根据数据库中事先建立的基于本企业工艺特点的工艺标准“类”库，自动生成包含基本工序和典型技术要求的工艺模板文件 ( 此时的工艺文件只是一种框架性指导文件 ) 。(3) 基于并行工程的具体工艺设计工艺部门通过网络系统可以在获得图形信息的同时，在工艺信息数据库中通过文件号将已经自动生成的工艺模板文件调出，同时利用关键字段 “ 8 ( 底座 ) ” 将本企业常用关于 “ 8 ( 底座 ) ” 的典型工艺路线和方法库 ( 如设备信息、工时计算或工艺技术要求等 ) 调出，从中选出所需信息，通过信息集成和再设计，形成详细工艺文件。这种工作方式实现了产品设计和工艺设计周期的部分重叠，极大地缩短了制造前的技术设计周期，而且在设计部门开展工作的同时，工艺部门通过网络系统，对设计工作的工艺可实现性进行监督和验证，并在发现问题后及时反馈，从制造可行性方面保证了设计工作的可靠性，大大消除了设计中存在的返工隐患。(4) 产品生命周期内信息的即时转移在传统串行工作模式中，设计部门工作时 , 工艺部门无事可做；设计一旦完成，工艺部门紧张工作，而设计部门则要“坐等”工艺部门的“核查”结果，一旦工艺方面提出异议或存在制造不可行因素，则设计部门的某些方案或技术参数就要进行返工或修改。这种往返式的信息滞后交流，造成了极大的时间浪费。在本文介绍的 CAD / CAPP 集成软件系统中，以并行工程思想为指导，较理想地解决了串行工作模式中存在的信息“集中”转移的问题，将串行工作模式中各部门之间信息转移和理解消化的这段独立时间融于部门之间的周期重叠之中去，缩短产品上市周期、实现信息和过程的集成与优化。4 结束语以上只是本人在开发塑料机械集成制造系统项目中的一些经验和体会。基于并行工程 (CE) 的 CAD /CAPP 集成只是过程集成的一部分。整个产品生命周期内各项活动的集成正处于不断的发展之中。发展趋势是：(1) 设计制造集成化从当前的企业内部的信息集成和功能集成，发展到以并行工程为代表过程集成、并正在步入以敏捷制造为代表的实现企业间集成的阶段；(2) 设计制造数字化、虚拟化从产品的数字化设计，发展到产品全生命周期中各类活动、设备及实体的数字化。在此基础上，虚拟化技术正迅速发展，主要包括虚拟现实 (VR) 、虚拟产品开发 (VPD) 和虚拟制造 (VM) ；(3) 设计制造网络化从基于局域网发展到基于Intranet / Internet / Extranet 的网络制造，以支持全球制造策略的实现；(4) 设计制造柔性化继续研究动态联盟、快速设计与制造、柔性可重组技术等，以实现敏捷制造；(5) 设计制造智能化在柔性化和集成化基础上进一步发展，引入各类人工智能 (AI) 和智能控制技术，实现具有自适应、分布式、智能化、仿生性、敏捷性等特点的新一代制造系统；(6) 设计制造绿色化资源、环境、人口是当今人类社会所面临的三大问题，绿色制造是一种充分考虑资源和环境的现代制造模式，是人类社会可持续发展战略在现代制造业的具体体现。参考文献1 陈炳森，张曙 . 生产系统学 . 上海：同济大学出版社， 1992.2 James A.Regh,Henry W.Kraebber:Computer-IntegratedManufacturing(2nd ed.). China Machine Press ， 2003.3 赵汝嘉 . 先进制造系统导论 . 北京：机械工业出版社， 2003.4 郑力，陈恳，张伯鹏 . 制造系统 . 清华大学出版社， 2001.5 侯宏仑，孙守迁等 . 网络设计与网络制造 . 中国机械工程， 2001(1)6 武良臣，郭培红，赵俊伟 . 敏捷夹具设计理论及应用 . 北京：煤炭工业出版， 2003. ( 下转第 101 页 )图 3 CAD / CAPP 集成体系结构模型机械设计制造中的并行工程nts第 3 4 卷 200 6 年第 12 期101Mining & Processing Equipment101通用目前交流电动机变频调速传动主要采用矢量控制和直接转矩控制的策略。 20 世纪 70 年代开始发展起来矢量控制技术是模仿直流电动机的控制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法，实现了交流电机的转矩和磁通控制的完全解耦，然而转子磁链难以观测，并且系统特性受电动机参数的影响较大，以及在模拟直流电动机的控制过程中，所用矢量旋转变换的复杂性，使得实际控制效果难以达到理论分析的

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