970-超聲波清洗機(jī),超聲波,清洗 1湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目： 超聲波清洗機(jī) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2006183919 姓 名： 謝鑫 指導(dǎo)教師： 周里群 教授 完成日期： 2010- 05-31 2湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)論文（設(shè)計(jì)）題目： 超聲波清洗機(jī) 學(xué) 號(hào)： 2006183919 姓名： 謝鑫 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 周里群 教授 一、主要內(nèi)容及基本要求 對(duì)超聲波清洗原理的了解和分析，對(duì)超聲波發(fā)生器進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算；對(duì)清洗槽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，完成相應(yīng)的成型設(shè)備和成型工藝參數(shù)，進(jìn)行了工程制圖基本要求如下： 1.繪制清洗槽裝配圖 1 張 2.繪制清洗槽零件圖 2 張 3.編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 份 4.繪制了電路圖 4 張 5 文獻(xiàn)翻譯 1 篇 二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題為了能夠使人么從繁瑣的家務(wù)勞動(dòng)中解脫出來(lái)，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(duì)超聲波發(fā)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,對(duì)清洗槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)制圖。 3三、進(jìn)度安排序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間1 收集資料、查找相關(guān)的參考文獻(xiàn) 1 周2 確定超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和參數(shù) 1 周3 設(shè)計(jì)超聲波發(fā)生器電路和換能器 2 周4 清洗槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 周5 繪制清洗槽零件圖和裝配圖 3 周6 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、翻譯英文資料 1 周7 畢業(yè)答辯 1 周8四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)[1] 曹風(fēng)國(guó). 超聲加工技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005(1)[2] 張海燕．超聲波清洗技術(shù)[J]．近代物理知識(shí)，2002(6)[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)[4] 胡傳忻 夏志東. 特種加工手冊(cè)[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社，2007(9)[5] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，1987(6)[6] 艾小洋．中國(guó)工業(yè)清洗領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[M]．現(xiàn)代制造，2004(2)[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)4湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表學(xué)號(hào) 2006183919 姓名 謝鑫 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 超聲波清洗機(jī) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。5湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見(jiàn)學(xué)號(hào)：2006183919 姓名： 謝鑫 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 42 頁(yè) 圖 表 4 張論文（設(shè)計(jì)）題目： 超聲波清洗機(jī) 內(nèi)容提要： 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(guò)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(dòng)，在液體中產(chǎn)生超聲波振動(dòng)進(jìn)行清洗。這種新一代時(shí)尚家電，能夠使人們從繁瑣的家務(wù)勞動(dòng)中解脫出來(lái)。本次設(shè)計(jì)分析了超聲波發(fā)生器電路，根據(jù)所需功率和較好綜合評(píng)價(jià)評(píng)閱人： 2010 年 5 月 日6的清洗頻率，計(jì)算設(shè)計(jì)了超聲波振蕩器電路，然后對(duì)其進(jìn)行功放匹配，設(shè)計(jì)出超聲波放大器，為了能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率，有對(duì)其設(shè)計(jì)了匹配電路，對(duì)超聲波清洗槽進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)并對(duì)其進(jìn)行了工程制圖，并編寫(xiě)超聲波清洗機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)較好的完成了超聲波清洗機(jī)中超聲波發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)，電路穩(wěn)定、合理，清洗槽的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)合理，簡(jiǎn)單實(shí)用。設(shè)計(jì)期間遵守校紀(jì)校規(guī)，表現(xiàn)良好，成績(jī)建議評(píng)為中等。指導(dǎo)教師： 年 月 日7答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ)答辯小組組長(zhǎng)： 年 月 日目 錄引言………………………………………………………………………………3第一章 超聲波清洗機(jī)原理與結(jié)構(gòu)………………………………….….4第一節(jié) 超聲波清洗的原理和特點(diǎn)…………………………….…...4第二節(jié) 超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)定………………………..5第二章 超聲波發(fā)生器設(shè)計(jì)……………………………………….. ……..6 第一節(jié) 超聲波發(fā)生器的選擇………………………………………..6第二節(jié) 超聲波振蕩器設(shè)計(jì)………………………..…………….……7第三節(jié) 超聲波放大器設(shè)計(jì)……………………………………………8第四節(jié) 高頻驅(qū)動(dòng)和匹配電路………………………………………..10第三章 超聲波換能器設(shè)計(jì)…………….…………………………………118第一節(jié) 換能器的選擇……………….………………………………….11第二節(jié) 換能器設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………..12第四章 清洗槽設(shè)計(jì)…………………………………………………………16 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………..17附錄一：外文文獻(xiàn)及其翻譯附錄二：AutoCAD 圖紙附錄三：電路圖超聲波清洗機(jī)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(kāi)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(guò)濾器、閥門及其他機(jī)械零件，大如發(fā)動(dòng)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(guò)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(dòng)，在液體中產(chǎn)生超聲波振動(dòng)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(dòng)并產(chǎn)生空化氣泡，該清洗方式對(duì)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(dòng)中解脫出來(lái)。9關(guān)鍵詞：超聲波；清洗機(jī)；換能器Ultrasonic washerAbstract: ultrasonic cleaning began in the early 1950s, with the development of technology application widening. Currently has been 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 and other mechanical parts, such as engine and missile components, such as watch of small parts, Again, such as optical and medical equipment used for washing various aspects lens, glasses and frame, glassware, medical and surgical instruments, etc.; adjusted The design of ultrasonic cleaning machine is mainly used in the family of kitchen utensils and appliances and some difficult life washing. This product is a kind of mechanical and electrical products, 10through the piezoelectric materials made of ultrasonic transducer will exceed audio electrical oscillation into mechanical vibration, ultrasonic vibration in liquid in cleaning. Using ultrasonic can penetrate solid material and make the cleaning medium vibration and produce cavitation bubbles, the cleaning method for any life appliance does not exist in a corner, and not cleaned clean cleanliness is very high. This new generation of fashionable home appliance, can make people from the housework.Keywords: ultrasonic, Cleaner, transducer引言超聲波是一種超過(guò)人類聽(tīng)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(cè)量、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。超聲清洗始于2O世紀(jì)5O年代初，開(kāi)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(chǎng)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(wú)刷清洗”。超聲波清洗的主要特點(diǎn)是速度快、效果好、容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制等針對(duì)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?，調(diào)節(jié)清洗液酸堿度等，清洗效果更好11第一章 超聲波清洗機(jī)原理與結(jié)構(gòu)1.1 超聲波清洗的原理和特點(diǎn)圖1是超聲波清洗的原理圖，換能器將超聲頻電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)并通過(guò)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(dòng)，當(dāng)聲壓或聲強(qiáng)達(dá)到一定值時(shí)，氣泡迅速增長(zhǎng)，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?？栈a(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(duì)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(huì)引起污物層的疲勞破壞而脫離。氣體型氣泡的振動(dòng)對(duì)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(dòng)，12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(huì)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(huì)產(chǎn)生聲流和微聲流，而超聲空化在固體和液體界面上會(huì)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)清洗劑的清洗作用。圖 1 超聲波清洗機(jī)原理圖由此可見(jiàn)，凡是液體能浸到聲場(chǎng)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(dòng)化。對(duì)一般的除油、防銹、磷化等工藝過(guò)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(chǎng)合下可以用水劑代替有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，或降低酸堿的濃度。對(duì)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(dòng)化清洗。超聲清洗也有其局限性，例如對(duì)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(duì)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。1.2 超聲波清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)定(1)超聲波清洗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(hào)后，通過(guò)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。(2)參數(shù)設(shè)定為了實(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(chǎng)分布等參數(shù)。工作頻率選在20—50kHz之間。低頻聲波的空化氣泡大、數(shù)量少，易于13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(wú)毒，材料相容性好，不破壞環(huán)境，價(jià)格便宜。第二章 超聲波發(fā)生器設(shè)計(jì)2.1超聲波發(fā)生器的選擇超聲波發(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(hào)，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(guò)輸出變壓器進(jìn)行阻抗匹配，并通過(guò)功放輸出。14振蕩器 放大器 匹配器電源超聲換能器圖 2 振蕩-放大型超聲波發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖振蕩條件：從結(jié)構(gòu)上看，正弦波振蕩器就是一個(gè)沒(méi)有輸入信號(hào)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(hào) =0時(shí)的方框圖，簡(jiǎn)化下得圖1X4。由圖 4可知，如果在放大器輸入端 1外接一定頻率，一定幅度的正弦波信號(hào)Xa，經(jīng)過(guò)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(hào) Xf與 Xa在大小和相位上都一致，則可以除去外接信號(hào) 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(kāi)環(huán)時(shí)一樣的輸入信號(hào)，即 = 。fX?a基本放大器（A）反饋網(wǎng)絡(luò) （F）圖 3 正弦波振蕩器方框圖15A?F?圖 4 正弦波振蕩器方框圖＝AF＝1 振幅平衡條件 AF?和 + =2n n=0,1,2,3…… 相位平衡條件a?f?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f平衡條件，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AF?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AF?于穩(wěn)態(tài)平衡。2.2超聲波振蕩器設(shè)計(jì)由于 TL494價(jià)格便宜而且性能優(yōu)越，設(shè)計(jì)采用由開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓塊 TL494構(gòu)成的振蕩16器。振蕩器電路見(jiàn)圖 5圖 5 振蕩器電路圖將 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： = ( )f610.87.420C???ZH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Z(yǔ)H1S比是換能器產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)度的決定因素。通過(guò)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)。2.3超聲波放大器設(shè)計(jì)（1）超聲波放大器的選擇超聲波放大器的作用是將振蕩信號(hào)放大至所需電平。放大部分可以是單級(jí)的，也可以是多級(jí)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17放大器件，現(xiàn)在則普遍采用晶體管（三極管、場(chǎng)效應(yīng)管和 IBGT器件） 。近年來(lái)越來(lái)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(duì)晶體管的最大輸出功率只能達(dá)到百瓦級(jí)。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(hào)控制作相應(yīng)變化。(2)低壓驅(qū)動(dòng)電路本機(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(jiàn)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(kāi)，使它們?cè)诮惶婀ぷ鲿r(shí)有一段同時(shí)截止的時(shí)間。為此，三極管 P1和 P2對(duì)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(dòng)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)耦合變壓器，完成高低壓隔離的任務(wù)。圖 6 低壓驅(qū)動(dòng)電路圖18(3)功放匹配電路功放電路如圖 7所示。電路由兩個(gè) VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管 2SK791構(gòu)成。具有線性度高、頻率響應(yīng)好、開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是理想的開(kāi)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。圖 7 功放電路2.4 高頻驅(qū)動(dòng)和匹配電路超聲發(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19和調(diào)諧之后，整個(gè)系統(tǒng)才算是達(dá)到了匹配，換能器才能正常工作。高頻驅(qū)動(dòng)和匹配電路如圖 8圖 8高頻驅(qū)動(dòng)和匹配電路超聲波清洗機(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(jiǎn)單(通常只有一個(gè)匹配電感)，卻具有重要作用。相同型號(hào)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(duì)同一臺(tái)機(jī)器而言，如果工作一段時(shí)間后清洗效果變差，或者換能器經(jīng)過(guò)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(wèn)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(wèn)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，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(dòng)，從而收到事半功倍的效果。20第三章 超聲波換能器設(shè)計(jì)3.1換能器的選擇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(guó)也很少應(yīng)用目前我國(guó)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(guò)對(duì)比最后確定選用喇叭形夾心壓電換能器作為此次的換能器。換能器是用來(lái)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(duì)性能參數(shù)的要求是不同的，如對(duì)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)換效率；而對(duì)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(guò)程中，必須根據(jù)具體的應(yīng)用，對(duì)換能器的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。3.2換能器的設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)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） ，1Z23nnZcs??1,23.ncs?長(zhǎng)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1l23l傳輸線，對(duì)應(yīng)于自由端其阻抗為零，對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)處，其阻抗為無(wú)窮大，對(duì)均勻截面細(xì)棒如圖10其阻抗變換關(guān)系為2100tanrctLi ZZjklj??????????????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00Zcs??Li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) ，1/c)iWZs??（，則有2/()LcsbaZWcd??錐形棒 1cossinNa??22()(1)sicosbj N???????????????????sincj1osiNd????且 ，1/2(Ns?） kl?阻抗的反變換為dWbZca???節(jié)面在前后蓋板長(zhǎng)度滿足：323tn()t)wllZc?ta1N??由上式得 mm320lm?20l37.25lm?17.5d?260S22圖 9 喇叭形換能器結(jié)構(gòu)000Zsc??LZ圖 10 等截面細(xì)棒阻抗變換第四章 清洗槽設(shè)計(jì)23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(guò)于厚會(huì)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．結(jié)構(gòu)上要使超聲波受阻小而清洗液易于流動(dòng)．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(guò)高的強(qiáng)度會(huì)加速輻射板表面的空化腐蝕，同時(shí)由于過(guò)劇烈的空化所產(chǎn)生的氣泡會(huì)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(huì)產(chǎn)生的駐波，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，例如掃頻工作方式．清洗件在槽中的排列要有一定的間隔，而最窄小的面應(yīng)朝向換能器的輻射面，以免妨礙聲輻射到整個(gè)清洗槽空間內(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毫米的螺紋固定。參考文獻(xiàn)：24[1] 曹風(fēng)國(guó). 超聲加工技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005(1)[2] 張海燕．超聲波清洗技術(shù)[J]．近代物理知識(shí)，2002(6)[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)[4] 胡傳忻 夏志東. 特種加工手冊(cè)[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社，2007(9)[5] 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，1987(6)[6] 艾小洋．中國(guó)工業(yè)清洗領(lǐng)域的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[M]．現(xiàn)代制造，2004(2)[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)25附錄一:工藝規(guī)程制訂與并行工程T. Ramayah and Noraini Ismail摘要產(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(dòng)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)主題文章開(kāi)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(wèn)題有關(guān)，制造零件和裝配產(chǎn)品需要什么樣的設(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)。工藝規(guī)程制訂工藝規(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(shuō)明書(shū)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(chǎng)購(gòu)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(huì)回到這一點(diǎn)。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(shuō)明工程圖?；谥朴喺叩闹R(shí)、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細(xì)資料：.設(shè)計(jì)圖的說(shuō)明. 在工藝規(guī)程制訂的開(kāi)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。26.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(jiǎn)短的工藝步驟描述。.設(shè)備選擇. 大體上，工藝制訂者必須逐步展開(kāi)利用工廠現(xiàn)有機(jī)器的計(jì)劃。另外，組件必須被購(gòu)買或在新設(shè)備上的投資必須被制定。.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(guò)委派工具設(shè)計(jì)部門和工具庫(kù)或者聯(lián)系專攻那種工具制造的外面廠商來(lái)完成。.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動(dòng)作也被指定。.操作步驟. 工作測(cè)量技術(shù)被用來(lái)為每個(gè)操作設(shè)定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。.切削工具和切削條件. 這些必須對(duì)加工操作通過(guò)推薦標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)來(lái)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。零件工藝規(guī)程制訂對(duì)于單個(gè)零件，加工順序通過(guò)一種被稱為進(jìn)路表的表格來(lái)進(jìn)行文件證明備份。就如工程圖被用于詳細(xì)說(shuō)明設(shè)計(jì)產(chǎn)品一樣，進(jìn)路表被用于詳細(xì)說(shuō)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。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(jí)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(guò)改變起始造型操作(或者接近于最終造型)的二級(jí)工序來(lái)精制。二級(jí)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(jí)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(jí)工序。當(dāng)塑料注入成型是基本工序時(shí)，二級(jí)工序通常是不必要的，因?yàn)樗拇蠖鄶?shù)幾何特征制造通過(guò)別的方式如成型制造來(lái)完成。塑料成型和其他操作的二級(jí)工序被稱為凈成型工序的并發(fā)二級(jí)工序，需要一些但并不多的二級(jí)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，這類零件能夠經(jīng)常在鍛造(初級(jí)工序)階段被成型，因此減少了必要的加工(二級(jí)工序)。27一旦模型被建立，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(guò)熱處理來(lái)制造鋼化玻璃，對(duì)于大多數(shù)零件的制造來(lái)說(shuō)，這些特性加強(qiáng)工序在加工工序中并不需要。最后工序通常對(duì)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。裝配工藝規(guī)程制訂一個(gè)既定產(chǎn)品的典型裝配方法由以下因素決定的：(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(duì)于小數(shù)量產(chǎn)品，通常在人工裝配線上進(jìn)行裝配。對(duì)于大量制造的一打或這樣組件的簡(jiǎn)單零件，要采用適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)化裝配線。無(wú)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(lái)進(jìn)行圖表描繪。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(duì)于小批量生產(chǎn)。在一個(gè)崗位完成整個(gè)裝配，對(duì)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(lái)。制造或購(gòu)買決定在工藝制定過(guò)程中出現(xiàn)的一個(gè)重大問(wèn)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(gòu)買，并且這個(gè)問(wèn)題的答案被認(rèn)為是制造或購(gòu)買決定。如果公司沒(méi)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](méi)有其他選擇零件必須購(gòu)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(gòu)買。28在我們的關(guān)于制造或購(gòu)買的決定的討論中，他應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在開(kāi)始幾乎所有的制造者從供應(yīng)商那里購(gòu)買原料。一個(gè)機(jī)械加工廠從一個(gè)金屬經(jīng)銷商購(gòu)買他的起動(dòng)柄原料或從一個(gè)鑄造廠購(gòu)買他的砂型鑄件。一個(gè)塑料成型廠從一個(gè)化工廠購(gòu)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(gòu)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(lái)至少購(gòu)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(gòu)買決定。這里有許多影響制造或購(gòu)買決定的因素，一個(gè)人可能認(rèn)為成本是決定是購(gòu)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?？墒牵绻?gòu)買決定導(dǎo)致公司工廠設(shè)備和勞動(dòng)的閑置，購(gòu)買零件的表面優(yōu)勢(shì)就會(huì)喪失?？紤]以下例子制造或購(gòu)買決定。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：?jiǎn)挝辉铣杀?每單位$8.00直接勞動(dòng)成本=每單位$6.00勞動(dòng)加班 150%=每單位$9.00設(shè)備修理成本=每單位$5.00___________________總計(jì)=每單位$28.00這個(gè)組成應(yīng)該被購(gòu)買還是在內(nèi)部制造？解決方案：盡管經(jīng)銷商的引證似乎支持購(gòu)買決定，讓我們來(lái)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?gòu)買零件的決定而變的沒(méi)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(gòu)買由工廠空間，效用和勞動(dòng)成本組成的$9.00 的勞動(dòng)間接成本仍然繼續(xù)。通過(guò)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(gòu)買決定并不是一個(gè)好決定因?yàn)樗?9能花費(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(gòu)買決定就是一個(gè)好決定。制造或購(gòu)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(shì)，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。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(lái)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(lái)工藝制訂的過(guò)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) CAD/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(lái)自計(jì)算機(jī)輔助工藝的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：.工藝合理化和標(biāo)準(zhǔn)化. 自動(dòng)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。.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多的工作。.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。.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(jiǎn)潔。.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)。計(jì)算機(jī)輔助工藝圍繞著兩個(gè)路徑來(lái)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)。制造業(yè)的并行工程和設(shè)計(jì)30并行工程引用一種常用于產(chǎn)品發(fā)展的路徑，通過(guò)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(lái)以減少一種新產(chǎn)品投放市場(chǎng)所需要的共用時(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(lái)使一件產(chǎn)品投放市場(chǎng)。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(kāi)并且連續(xù)的，產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門開(kāi)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(huì)能夠讓制造工程師來(lái)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(shuō)明書(shū)越過(guò)這面墻，并且那時(shí)工藝規(guī)程制訂也開(kāi)始了。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31通過(guò)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)量工程、制造部門、后勤服務(wù)、市場(chǎng)供應(yīng)評(píng)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(cè)性、服務(wù)能力和可維護(hù)性。通過(guò)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(duì)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。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(lái)促進(jìn)公司的并行工程。制造和裝配設(shè)計(jì)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，減少產(chǎn)品制造成本的能力就會(huì)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(kāi)零件，但是這個(gè)零件的工藝特性只能通過(guò)加工來(lái)完成(如螺紋孔和配合公差)，制造工程師沒(méi)有選擇的余地，只能按照先砂型鑄造在加工的方法來(lái)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(kāi)時(shí)給制造工程師一個(gè)忠告設(shè)計(jì)者的機(jī)會(huì)對(duì)產(chǎn)品的順利可造性是非常重要的。這種被用于嘗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(lái)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。.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)職工和制造職工之間有很好的交流和交互作用。這可以通過(guò)以下方法來(lái)完成：(1)通過(guò)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32關(guān)小組來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)；(2)通過(guò)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(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起的；(3)通過(guò)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(wèn)。.設(shè)計(jì)說(shuō)明和指導(dǎo)方針. DFM/A為了理解如何設(shè)計(jì)一個(gè)既定產(chǎn)品來(lái)使可造性和可裝配性最大化也依賴于設(shè)計(jì)說(shuō)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(lái)切除模內(nèi)零件，在制造過(guò)程中我們只把這些具體過(guò)程指導(dǎo)方針?lè)旁跁?shū)本上。指導(dǎo)方針有時(shí)互相矛盾，一條指導(dǎo)方針是“簡(jiǎn)化零件模型，避免不必要的特征”。但是在同一表格里的另一指導(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(lái)結(jié)合個(gè)別裝配件的特征來(lái)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)。33Process Planning and Concurrent EngineeringT. Ramayah and Noraini IsmailABSTRACTThe product design is the plan for the product and its components and subassemblies. To convert the product design into a physical entity, 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 processing and assembly steps that must be accomplished to make the product. In the present chapter, we examine processing planning and several related topics.Process Planning Process planning 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 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 be made internally must be purchased from outside vendors. It should be mentioned that the choice of processes is also limited by the details of the product design. This is a point we will return to later.Process planning is usually accomplished by manufacturing engineers. The process planner must be familiar with the particular manufacturing processes 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. Following is a list of the many decisions and details usually include within the scope of process planning.34.Interpretation of design drawings. The part of product design must be analyzed (materials, dimensions, tolerances, surface finished, etc.) at the start of the process planning procedure..Process and sequence. The process planner must select which processes are required and their sequence. A brief description of processing steps must be prepared..Equipment selection. In general, process planners must develop plans that utilize existing equipment in the plant. Otherwise, the component must be purchased, or an investment must be made in new equipment..Tools, dies, molds, fixtures, and gages. The process must decide what tooling is required for each processing 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..Methods 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 responsible for this area..Work standards. Work measurement techniques are used to set time standards for each operation.Cutting tools and cutting conditions. These must be specified for machining operations, often with reference to standard handbook recommendations.Process planning for partsFor individual parts, the processing sequence is documented on a form called a route sheet. Just as engineering drawings are used to specify the product design, route sheets are used to 35specify the process plan. They are counterparts, one for product design, the other f