0130-油管接頭注射模具設(shè)計(jì),油管,接頭,注射,模具設(shè)計(jì) 外 文 翻 譯 Reducing Automotive Engine Speed Fluctuation at Idle 單元制造和組裝工藝 摘要 現(xiàn)在有很多種制造工藝能夠把原材料加工成零件，然而如果把這些工藝過程分解為基本加工方法，就會(huì)發(fā)現(xiàn)只剩下一些單元工藝過程，這些單元工藝過程能夠構(gòu)成了最復(fù)雜的制造系統(tǒng)。這一章節(jié)將詳細(xì)的介紹這些單元工藝過程，使一個(gè)由其他專業(yè)人員組成的集成產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中的一個(gè)經(jīng)過訓(xùn)練的專業(yè)設(shè)計(jì)工程師能對(duì)關(guān)于制造過程的基本方面有很好的了解。而且本節(jié)介紹的知識(shí)將幫助那些希望從更專業(yè)的制造手冊(cè)、相關(guān)出版物及工具目錄中獲取進(jìn)一步資料的個(gè)人。 考慮到制造工藝對(duì)工件結(jié)構(gòu)的影響，可以分為以下五個(gè)單元工藝過程： 材料去除工藝——通過一種可控制且確定的方式改變材料的質(zhì)量來獲得工件的幾何形狀，例如銑削、車削、電火花加工、拋光。 變形工藝——在不改變工件質(zhì)量和成分的前提下，通過塑性變形來改變工件的形狀，例如滾壓、鍛造、印花。 初步成形工藝——通過大量的成形材料來形成工件的幾何形狀，例如鑄造、注射成型、金屬模鑄造和粉末成型。 結(jié)構(gòu)改變工藝——在不改變工件初始形狀的前提下，改變工件的顯微結(jié)構(gòu)、特性或者外表形貌，例如熱處理和表面硬化。 連接和裝配工藝——把小的工件組合在一起來獲得期望的形狀、結(jié)構(gòu)和特性。這種工藝有兩種基本類型：（1）利用機(jī)械能、化學(xué)能或熱能把工件連接在一起（例如焊接和擴(kuò)散連接）（2）完全的機(jī)械連接（例如鉚接、熱壓裝配和傳統(tǒng)裝配） 1、單元工藝過程的選擇 每個(gè)制造出來的工件都有確定的幾何形狀且要滿足一系列要求，包括以下方面： (1)形狀和尺寸 (2)物料清單 (3)精度和公差 (4)物理特性（包括機(jī)械特性） (5)產(chǎn)品質(zhì)量 (6)制造成本 在滿足這些要求下，通常有多種方法可用來生產(chǎn)特定的零件，這就需要權(quán)衡比較不同的方法。 2、單元工藝過程的控制和自動(dòng)化 每個(gè)單元工藝過程在某些方面必須是可以控制的。對(duì)更高精度、速度和制造生產(chǎn)率的要求促進(jìn)了自動(dòng)化融入到基本工藝中，這個(gè)過程包括零部件設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)翻譯到機(jī)器指令以及單元工藝過程自生的運(yùn)作并作為整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的一個(gè)子系統(tǒng)。這一章節(jié)關(guān)于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造（CAD/CAM）方面將討論CAD文件的建立和儲(chǔ)存以及它們?cè)贑AM中的使用中所設(shè)計(jì)的技術(shù)。對(duì)精度的要求不斷在變化，如下圖(2-1)。對(duì)日益嚴(yán)格的公差的要求促進(jìn)了設(shè)計(jì)和制造工藝的不斷改進(jìn)。 圖2-1精密加工領(lǐng)域 現(xiàn)代機(jī)床的控制強(qiáng)調(diào)兩個(gè)方面：自適應(yīng)控制和信息交流。對(duì)于自適應(yīng)控制，控制者必須調(diào)整控制增益使整個(gè)系統(tǒng)在有動(dòng)態(tài)干擾的情況下處于或接近于最佳狀態(tài)。擴(kuò)大的信息交流將基本工藝控制者搜集的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)制造的其它部分聯(lián)系了起來。關(guān)于生產(chǎn)時(shí)間和零件生產(chǎn)數(shù)量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)可以訪問的數(shù)據(jù)庫中且可以通過庫存控制和質(zhì)量監(jiān)測(cè)來使用，這個(gè)數(shù)據(jù)庫可以被用于生產(chǎn)調(diào)度，以避免冗余數(shù)據(jù)庫的問題和成本。 在一個(gè)工廠，包含兩個(gè)或更多數(shù)控機(jī)床的制造系統(tǒng)可能會(huì)使用一個(gè)獨(dú)立的能控制幾臺(tái)機(jī)床或整個(gè)車間的大型計(jì)算機(jī)，該系統(tǒng)通常被稱為分布式數(shù)控（DNC）。 現(xiàn)在很多工廠都采用柔性制造系統(tǒng)（FMS）——一種對(duì)DNC改進(jìn)的系統(tǒng)。一個(gè)FMS包括一些數(shù)控單元工藝過程（不僅僅是機(jī)床），這些數(shù)控單元工藝過程通過一個(gè)自動(dòng)物料處理系統(tǒng)連接起來，并且用工業(yè)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)有柔性要求的各種任務(wù)，例如裝卸單元工藝過程中的隊(duì)列。這些系統(tǒng)采用一個(gè)計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器，且每個(gè)單元工藝工程都用計(jì)算機(jī)來指示下一步的任務(wù)。FMS的特點(diǎn)包括： （1）能高自動(dòng)化地生產(chǎn)各種各樣的零部件； （2）減少了生產(chǎn)時(shí)間且降低了庫存； （3）提高了生產(chǎn)效率； （4）降低了生產(chǎn)成本； （5）能較快的適應(yīng)產(chǎn)品及生產(chǎn)水平的改變； 3、單元工藝過程 接下來將討論一些單元工藝過程，許多例子將介紹本手冊(cè)使用者經(jīng)常會(huì)碰到的金屬材料的工藝過程。然而，其它材料也可以用本章節(jié)所討論的單元工藝過程來加工，可能需要適當(dāng)?shù)母淖儭? 這一章節(jié)也將討論機(jī)械裝配和物料搬運(yùn)過程。機(jī)械裝配的時(shí)間平均占機(jī)械制造時(shí)間的一半，且可以通過改善工藝過程來提高機(jī)械裝配過程的自動(dòng)化和柔性化。物料搬運(yùn)過程使不同工藝過程間建立了聯(lián)系，物料搬運(yùn)系統(tǒng)能保證不同工藝過程和裝配工序所需的物料能在準(zhǔn)確的時(shí)間內(nèi)到達(dá)適當(dāng)?shù)奈恢谩? 這一章節(jié)結(jié)尾將通過一個(gè)案例研究來說明如何理解不同的單元工藝過程用于做出工程決策。 材料去除工藝 （1）傳統(tǒng)加工 鉆孔、鉸孔、拉孔、鏜孔、車削、銑削、磨削、刨削 （2）特種加工 電火花加工、電化學(xué)加工、激光加工、噴射加工、超聲波加工 相變工藝 砂型鑄造和熔模鑄造 結(jié)構(gòu)改變工藝 正火和激光表面硬化 變形工藝 模鍛和軋壓成形 整合工藝過程 高分子化合物聚合和金屬焊接 機(jī)械裝配工藝 物料搬運(yùn)過程 案例研究 4、材料去除工藝 這些工藝過程就是通過機(jī)械、電、激光或化學(xué)方法來加工得到期望的形狀和表面特性。工件材料包括陶瓷、聚合物、復(fù)合材料以及金屬，金屬中尤其是目前最常見的鐵和鋼合金。 通過其它工藝過程也能夠提高工件的表面粗糙度和尺寸精度，例如鍛造。加工過程是許多制造系統(tǒng)必不可少的一部分。 加工過程在制造過程中是重要的，其原因如下： （1）精度高 加工過程能獲得較準(zhǔn)確的幾何輪廓、較高的尺寸精度和表面粗糙度，而這些通常是不能通過其它工藝過程獲得的。例如砂型鑄造的表面粗糙度為400-800μin（10-20μm），鍛造的為200-400μin（5-10μm），壓力鑄造的為80-200μin（2-5μm）。超精密加工（超精加工、研磨、金剛石車削）的表面粗糙度能達(dá)到0.4μin（0.01μm）或更高 。在鑄造中獲得的尺寸精度的1-3%（公差與尺寸的比值）取決于熱膨脹系數(shù)，金屬鍛造中的0.05-0.3%取決于彈性剛度，而在加工中這個(gè)值是0.001%。 （2）柔性化 最終加工產(chǎn)品的的形狀是可以通過編程獲得的，因此在相同的機(jī)床上可以加工許多不同的零件，而且基本上所有形狀的零件都可以加工出來。在加工過程中，產(chǎn)品的輪廓是由刀具所走的路線形成的，而與刀具的形狀無關(guān)。與此相反，在鑄造、成型和鍛造過程中需要專用工具來形成產(chǎn)品的幾何輪廓，這限制了產(chǎn)品的柔性化。 （3）經(jīng)濟(jì)性 選擇合適的工藝過程來加工小批量和大批量產(chǎn)品時(shí)，其成本相對(duì)較低。 在傳統(tǒng)加工中，在刀具和工件相接處的地方起主要作用的物理機(jī)制是工件的塑性變形或工件的可控?cái)嗔眩ぜ系那邢髁κ怯杀裙ぜ驳牡毒叩那邢魅凶饔迷诠ぜ袭a(chǎn)生的。然而，許多新材料要么比傳統(tǒng)切削刀具硬，要么就不能承受傳統(tǒng)加工過程中的大切削力。特種加工能通過熱、化學(xué)、電化學(xué)和機(jī)械（具有高沖擊速度）間的相互作用來加工由那些高硬度、高強(qiáng)度的材料構(gòu)成的精密的零件。 機(jī)械的切削加工性是根據(jù)刀具壽命、切削功率要求和工件最終表面粗糙度來定義的。迄今為止，還不能用一個(gè)基本關(guān)系式來描述這三個(gè)因素之間的關(guān)系，因此，機(jī)械切削加工性是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)測(cè)試決定的。 4.1工藝過程的選擇 加工機(jī)床可以分為以下兩大類： （1）通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成表面的機(jī)床 （2）通過直線運(yùn)動(dòng)形成平面或輪廓表面的機(jī)床 加工設(shè)備和加工過程的選擇主要取決于以下幾個(gè)因素： （1）工件的大小 （2）工件的輪廓 （3）加工設(shè)備的能力（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、功率大?。? （4）尺寸精度 （5）工序數(shù)量 （6）要求的表面條件和產(chǎn)品質(zhì)量 例如，下圖描述了不同的傳統(tǒng)單元加工工藝過程所能達(dá)到的公差等級(jí)，這些數(shù)據(jù)能幫助你在符合產(chǎn)品要求的前提下選擇合適的加工工藝。 圖4-1加工過程的容差與三維數(shù)據(jù) 4.2傳統(tǒng)加工 傳統(tǒng)加工過程是通過塑性變形來去除工件材料的，這個(gè)過程需要工件和刀具直接接觸并且要通過工件和刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力來形成切屑，這就需要刀具比工件更硬，以避免刀具的磨損。這兒討論的單元工藝過程是經(jīng)常會(huì)碰到的工藝過程中具有代表性的，章節(jié)最后的參考資料中有關(guān)于單元加工工藝更詳盡的描述。 傳統(tǒng)加工中的運(yùn)動(dòng)學(xué) 在傳統(tǒng)加工過程中，工件表面形狀是由刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的，相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)兩個(gè)基本運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是由機(jī)床產(chǎn)生，能使工件和刀具產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是附加在主運(yùn)動(dòng)上且能使切削持續(xù)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也需要一部分能量。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)一般情況下同時(shí)進(jìn)行且運(yùn)動(dòng)方向正交。 雖然對(duì)車削、銑削、鉆削和磨削功能的定義沒有特別顯著的區(qū)別，但是加工工藝方面的專家已經(jīng)給有特定功能的組合或相關(guān)機(jī)器配置的工藝過程規(guī)定了專用術(shù)語?？梢愿鶕?jù)切削刃的基本類型將經(jīng)常使用的金屬切削刀具分為三類：?jiǎn)稳星邢鞯毒?、多刃切削刀具和砂輪? 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和振動(dòng) 在選擇機(jī)床時(shí)需要考慮機(jī)床的振動(dòng)穩(wěn)定性。在金屬切削過程中，刀具可能是以一定的振幅和頻率來加工工件的，這會(huì)引起切削力的過多變化，從而導(dǎo)致零件表面質(zhì)量不好以及會(huì)降低刀具的壽命。 切削中的強(qiáng)迫振動(dòng)是由回轉(zhuǎn)零件旋轉(zhuǎn)不平衡、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的缺陷以及多刃切削中的斷續(xù)切削中產(chǎn)生的周期性干擾力所引起的。自激振動(dòng)往往發(fā)生在提高切削速度的時(shí)候，自激振動(dòng)也稱為顫振。所有的自激振動(dòng)是由在切削過程中機(jī)架和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)間的負(fù)反饋回路產(chǎn)生的。機(jī)床的傳遞函數(shù)，在剛度和阻尼方面的特性，對(duì)整個(gè)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性起關(guān)鍵的作用。在切削刀具和工件間測(cè)量的大多數(shù)機(jī)床的靜剛度大約為100000 lb-ft/in，當(dāng)機(jī)床靜剛度達(dá)到1000000 lb-ft/in時(shí)性能很好，當(dāng)其靜剛度為10000lb-ft/in時(shí)，機(jī)床性能不佳，但這種剛度的小型機(jī)床仍能用于低成本產(chǎn)品的生產(chǎn)。 機(jī)床的基本部件 先進(jìn)的機(jī)床設(shè)計(jì)和制造理念消除了不同類型機(jī)床間的差別。50年前，大多數(shù)機(jī)床只有一種功能，如鉆孔或車削，而且只能單機(jī)操作。自動(dòng)換刀裝置和數(shù)控系統(tǒng)（CNC）的出現(xiàn)使車床成為了車削中心，銑床成為了加工中心，這些多工藝過程的加工中心具有很多加工功能，例如車削、銑削、鉆孔、鏜孔和磨削。 機(jī)床床身支撐著主軸箱和工作臺(tái)，在選擇機(jī)床床身的材料時(shí)應(yīng)考慮材料的硬度、耐磨性、熱膨脹系數(shù)、抗振性、抗腐蝕性以及成本。 工作臺(tái)或主軸箱安裝在導(dǎo)軌上，每種類型的導(dǎo)軌上都有一個(gè)沿床身軌道滑動(dòng)的滑板，在這個(gè)滑板上面安裝工作臺(tái)或主軸。矩形導(dǎo)軌是最原始和最簡(jiǎn)單的導(dǎo)軌，由于接觸面積大，具有剛度高、抗振性好等特性，而且能夠承受大切削力和沖擊載荷。由于導(dǎo)軌上靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)的不同，矩形滑板要經(jīng)歷粘滑運(yùn)動(dòng)，這種情況下會(huì)產(chǎn)生定位和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的誤差。直線導(dǎo)軌也包括一個(gè)尾座和滑板，只是直線導(dǎo)軌采用了能消除粘滑的滾動(dòng)軸承。直線導(dǎo)軌質(zhì)量輕而且操作時(shí)摩擦力小，因而能用較少的能量實(shí)現(xiàn)較快的定位，然而由于其表面接觸面積不大，導(dǎo)軌的剛度不夠高。 導(dǎo)軌上的滑板是由液壓裝置、齒輪齒條機(jī)構(gòu)或絲杠帶動(dòng)的。液壓活塞成本低、動(dòng)力強(qiáng)，但難于維護(hù)且精度較低，加工過程中產(chǎn)生的熱量會(huì)降低加工精度。電動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)易于維護(hù)且用于大范圍的運(yùn)動(dòng)，但精度不高且操作時(shí)消耗很多能量。電動(dòng)絲杠是使用最普遍的，包括成本較低的一般絲杠和高精度的滾珠絲杠兩種。滾珠絲杠間隙小，非常適合刀具軌跡連續(xù)的數(shù)控機(jī)床，然而受限于滾珠和絲杠間的接觸面積，滾珠絲杠的剛度不夠高。 電動(dòng)機(jī)是大多數(shù)機(jī)床的主要?jiǎng)恿υ?，提供主軸旋轉(zhuǎn)、滑板移動(dòng)以及一些輔助運(yùn)動(dòng)所需的動(dòng)力。大多數(shù)電動(dòng)機(jī)采用220V或440V的三相交流電。在調(diào)速時(shí)實(shí)現(xiàn)大的扭矩是機(jī)床和電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中的所追求的目標(biāo)。在最近幾年，主軸轉(zhuǎn)速提高得很快，例如5年前主軸轉(zhuǎn)速接近1600 rpm，而現(xiàn)在的主軸轉(zhuǎn)速能達(dá)到12,000 rpm或更高，然而高的轉(zhuǎn)速使振動(dòng)加劇，這會(huì)給機(jī)械傳動(dòng)帶來一定的困難。隨著電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)和控制技術(shù)的提高，現(xiàn)在也能實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。對(duì)于大多數(shù)高速和低扭矩機(jī)床來說，那些具有超過三速變速系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)已經(jīng)是不必要的了，電主軸的額定功率大概在3.7-112kW之間，平均能達(dá)到37Kw,而定位馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩大概在0.2-115Nm之間。 由于扭矩是由主軸傳遞給刀具的，因此主軸的旋轉(zhuǎn)精度對(duì)于機(jī)床來說非常重要。影響主軸旋轉(zhuǎn)精度的主要因素有：軸承類型及其布置形式、潤(rùn)滑和冷卻條件。 6