超声波清洗机设计与电气控制

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1、湘潭大学兴湘学院 毕业设计题 目： 超声波清洗机设计与电气控制 学 院： 兴湘学院 专 业： 机械设计制造及其自动化学 号： 963034 姓 名： 张松杰 指引教师： 周里群 完毕日期： -5-16 湘潭大学兴湘学院毕业设计阐明书题 目： 超声波清洗机设计与电气控制 学 院： 兴湘学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 963034 姓 名： 张松杰 指引教师： 周里群 专家 完毕日期： 5月16日 湘潭大学兴湘学院毕业设计任务书设计题目： 超声波清洗机设计与电气控制 学号： 963034 姓名： 张松杰 专业： 机械设计制造及其自动化 指引教师： 周里群 系主任： 刘巨钦 一、重

2、要内容及基本规定 对超声波清洗原理的理解，对超声波发生器进行设计、计算、分析；对清洗槽的构造进行设计计算，完毕相应的工艺参数和成型设备，并进行工程制图。基本规定如下： 1.绘制清洗槽装配图 1张 2.绘制清洗槽零件图 2张 3.编写设计阐明书 1份 4.绘制了电路图 4张 5 文献翻译 1篇 二、重点研究的问题 为了可以使人能从繁琐的家务劳动中解脱出来，设计一种能清洗家庭厨具和某些难洗的生活用品的超声波清洗机。根据所需功率和最佳清洗频率对超声波发生器电路进行分析设计，分别设计出振荡器、放大器、匹配电路，使超声波清洗机的清洗效果更佳,并对清洗槽构造进行设计制图。 三、进度安排序号各阶段完毕的内容

3、 完毕时间1 收集资料、查找有关的参照文献1 周2拟定超声波清洗机的构造和参数1 周3设计超声波发生器电路和换能器2 周4清洗槽的构造设计1 周5 绘制清洗槽零件图和装配图3 周6编写设计阐明书、翻译英文资料1 周7 毕业答辩1 周8四、应收集的资料及重要参照文献1 曹风国. 超声加工技术M.化学工业出版社，(1)2 张海燕超声波清洗技术J近代物理知识，(6)3 白基成 郭永丰. 特种加工技术M.哈尔滨工业大学出版社，(1)4 胡传忻 夏志东. 特种加工手册M.北京工业大学出版社，(9)5 康华光. 电子技术基本M.高等教育出版社，1987(6)6 艾小洋中国工业清洗领域的现状与发展趋势M现代

4、制造，(2)7 栾桂冬 张金铎. 王仁乾压电换能器和换能器阵M修订版；北京大学出版社，(9) 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 963034 姓名 张松杰 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 超声波清洗机设计与电气控制 评价项目评 价 内 容选题1.与否符合培养目的，体现学科、专业特点和教学筹划的基本规定，达到综合训练的目的；2.难度、份量与否合适；3.与否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.与否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.与否有综合运用知识的能力；3.与否具有研究方案的设计能力、研究措施和手段的运用能力；4.与否具有一定的外文与计算机应用能力；5.工科

5、与否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论与否对的，论述与否充足，构造与否严谨合理；实验与否对的，设计、计算、分析解决与否科学；技术用语与否精确，符号与否统一，图表图纸与否完备、整洁、对的，引文与否规范；2.文字与否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评 价 论文选题综合性较强，基本符合机械专业培养目的和规定；题目难度适中，与工业生产实际结合较紧密。论文作者具有较强的查阅文献和综合归纳资料的能力，综合应用本科所学知识能力一般；同步，论文作者计算机能力较好，英文水平及应用不错；方案设计时有一定的经济分析能力。论文立论对的，论述比较充足，整体构

6、造尚可；设计与计算比较科学，技术用语比较精确，图纸比较完备，但图表不是十分精确，引文比较规范。论文文字尚算通顺，但观点提炼局限性，综合概括能力一般，论文用一定的实际应用价值，但创新能力不是很强。评阅人： 年 月 日湘潭大学兴湘学院 毕业设计鉴定意见学号：963034姓名： 张松杰 专业： 机械设计制造及其自动化毕业论文（设计阐明书） 42 页 图 表 4 张论文（设计）题目： 超声波清洗机设计与电气控制 内容提纲： 本次设计的超声波清洗机重要应用于家庭中厨具和某些难洗的生活用品。该产品是一种机电产品，通过压电陶瓷材料做成的超声波换能器将超声频电振荡转变成机械振动，在液体中产生超声波振动进行清洗

7、。这种新一代潮流家电，可以使人们从繁琐的家务劳动中解脱出来。本次设计分析了超声波发生器电路，根据所需功率和较好的清洗频率，计算设计了超声波振荡器电路，然后对其进行功放匹配，设计出超声波放大器，为了能产生稳定的频率，对其设计了匹配电路，对超声波清洗槽进行了尺寸设计并对其进行了工程制图，并编写超声波清洗机设计阐明书 指引教师评语较好的完毕了超声波清洗机中超声波发生器的电路设计，电路稳定、合理，清洗槽的构造尺寸设计合理，简朴实用。 设计期间遵守校纪校规，体现良好，成绩建议评为 。指引教师： 年 月 日答辩简要状况及评语 答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日目 录引言

8、.3第一章 超声波清洗机原理与构造.4第一节 超声波清洗的原理和特点.4第二节 超声波清洗机的构造和参数设定.5第二章 超声波发生器设计.6 第一节 超声波发生器的选择.6第二节 超声波振荡器设计.7第三节 超声波放大器设计8第四节 高频驱动和匹配电路.10第三章 超声波换能器设计.11第一节 换能器的选择.11第二节 换能器设计计算.12第四章 清洗槽设计.16 参照文献.17附录一：外文文献及其翻译附录二：AutoCAD图纸附录三：电路图超声波清洗机摘要：超声波清洗始于20世纪50年代初，随着技术的进步应用日益扩大。目前已广泛地用于电子电器工业、清洗半导体器件、电子管零件、印刷电路、继电器

9、、开关和滤波器等；机械工业中用于清洗齿轮、轴承、油泵油嘴偶件、燃油过滤器、阀门及其她机械零件，大如发动机及导弹部件，小如手表零件；再如光学和医疗器械方面用于清洗多种透镜、眼镜及框、医用玻璃器皿、针管和手术器具等；本次设计的超声波清洗机重要应用于家庭中厨具和某些难洗的生活用品。该产品是一种机电产品，通过压电陶瓷材料做成的超声波换能器将超声频电振荡转变成机械振动，在液体中产生超声波振动进行清洗。运用超声波可以穿透固体物质而使整个清洗介质振动并产生空化气泡，该清洗方式对任何生活用品不存在清洗不到的死角，且清洗干净度非常高。这种新一代潮流家电，可以使人们从繁琐的家务劳动中解脱出来。核心词：超声波；清洗

10、机；换能器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 i

11、ndustry 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 sur

12、gical 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, through the piezoelectric materials made of ultrasonic transducer

13、 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,

14、 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引言超声波是一种超过人类听力频率范畴的声波，具有频率高、方向性准、穿透能力强等特点，广泛应用于清洗、距离测量、医学等领域。超声清洗始于2O世纪5O年代初，开始重要用于电子、光学和医药等领域，作为一项实用性很强的技术，其应用场合广泛，波及到大的机械零

15、部件，小半导体器件的清洗等，常常称作“无刷清洗”。超声波清洗的重要特点是速度快、效果好、容易实现工业控制等针对复杂工件表面，如空穴、凹凸处，一般清洗措施很难实现，而采用超声波就可以获得较好的效果。随着声化学的浮现与应用，再配合使用合适的溶液，调节清洗液酸碱度等，清洗效果更好第一章 超声波清洗机原理与构造1.1 超声波清洗的原理和特点图1是超声波清洗的原理图，换能器将超声频电能转换成机械振动并通过清洗槽壁向盛在槽中的清洗液辐射超声波。存在于液体中的微气泡(称为空化核)在声波的作用下振动，当声压或声强达到一定值时，气泡迅速增长，然后忽然闭合。在气泡闭合时，产生冲击波，在气泡周边产生10 一10 P

16、a的压力及局部高温，这种物理现象称为超声空化。空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物而使它们分散于溶液中。蒸汽型空化对污垢层的直接反复冲击，一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面也会引起污物层的疲劳破坏而脱离。气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡还能“钻入”裂缝作振动，使污垢脱落。由于空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，当固体粒子被油污裹着而附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子自行脱落。超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压，冲击清洗件，同步由于非线形效应会产生声流和微声流，而超声空化在固体和液体界面上会产生高速的微声流，所有这些作用可以破坏污物，除去或削弱边界污

17、层，增长搅拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。图1 超声波清洗机原理图由此可见，但凡液体能浸到声场存在的地方均有清洗作用，并且清洗速度快、质量高，特别适合于清洗件表面形状复杂，如空穴、狭缝等的细致清洗，易于实现清洗自动化。对一般的除油、防锈、磷化等工艺过程，在超声波作用下只需两三分钟即可完毕，其速度比老式措施可提高几倍到几十倍，清洁度也达到高原则。在某些场合下可以用水剂替代有机溶剂进行清洗，或减少酸碱的浓度。对于某些有损人体健康的清洗，如清洗放射性污物可以实现遥控和自动化清洗。超声清洗也有其局限性，例如对声波反射强的材料如金属、陶瓷和玻璃等清洗效果好，而对声波吸取大的

18、材料如布料、橡胶以及粘度大的污物清洗效果差。1.2 超声波清洗机的构造和参数设定(1)超声波清洗机构造设计超声波清洗机重要由超声波发生器、超声换能器和清洗槽构成，其构造如图1。超声波发生器将50Hz的交流电转换成超声频电振荡信号后，通过电缆输送给超声换能器。清洗槽是盛放清洗液和被清洗零部件的容器。(2)参数设定为了实现超声波清洗的高效率，应当选择最佳的声强、频率及清洗槽声场分布等参数。工作频率选在2050kHz之间。低频声波的空化气泡大、数量少，易于清洗较粗糙物品。高频声波空化气泡小、数量多，易于清洗精细且形状复杂的物品。本超声波用清洗机于清洗较粗糙的生活用品，因此采用低频20kHz。清洗液采

19、用碳氢清洗液，碳氢清洗液具有如下特点：清洗性能好，蒸发损失小，无毒，材料相容性好，不破坏环境，价格便宜。第二章 超声波发生器设计2.1超声波发生器的选择超声波发生器也称作超声电源，它是一种用以产生超声频电能并向超声换能器提供的装置。按照所采用的工作原理，可以把超声波发生器分为模拟电路和数字电路两大类。模拟电路超声波发生器又分为振荡一放大型和逆变型两种。本设计采用振荡一放大型超声波发生器，其构造框图如图2所示。它是一种带有振荡电路的放大器，由振荡、放大、匹配电路和电源构成。振荡器产生一定频率的信号，放大器将其放大到一定的功率输出。达到最佳负载值，通过输出变压器进行阻抗匹配，并通过功放输出。振荡器

20、放大器匹配器电源超声换能器图2 振荡-放大型超声波发生器构造框图振荡条件：从构造上看，正弦波振荡器就是一种没有输入信号的、带选频网络的正反馈放大器。图3表达接正反馈时放大器在输入信号=0时的方框图，简化下得图4。由图4可知，如果在放大器输入端1外接一定频率，一定幅度的正弦波信号Xa，通过基本放大器和反馈网络所构成的环路输出后，在反馈网络的输出端2得到反馈信号Xf与Xa在大小和相位上都一致，则可以除去外接信号Xa，将1、2两端连接在一起(如图中虚线所示)而形成闭环系统，其输出端可继续维持与开环时同样的输入信号，即=。基本放大器（A）反馈网络 （F）图3 正弦波振荡器方框图 图4 正弦波振荡器方框

21、图AF1 振幅平衡条件 和 + =2n n=0,1,2,3 相位平衡条件这两个式子是正弦波振荡器产生持续振荡的两个必要条件。振荡器的振荡频率0是由相位平衡条件决定的。一种正弦波振荡器只在某一种频率下满足相位平衡条件，这个频率就是f0,这就是规定在环路中涉及一种具有选频特性的网络。它可以设立在放大器A中，也可以设立在反馈网络F中，它可以用R、C元件构成，也可以用L、C元件构成。欲使振荡器能自行建立振荡，就必须满足1的条件。这样在接通电源后，振荡器就可以自行起振，最后趋于稳态平衡。2.2超声波振荡器设计由于TL494价格便宜并且性能优越，设计采用由开关稳压块TL494构成的振荡器。振荡器电路见图5

22、图5 振荡器电路图将TL494的5脚(CT)和6脚(RT)接定期元件电阻R和电容c，即可起振，振荡器工作频率由下式决定：= ()由于频率选为20k由上公式得RC=0.5958,振荡器输出方波的占空比是换能器产生的超声波强度的决定因素。通过给TL494的4脚加以一定的直流电压就可实现占空比调节。定期元件由电容C、电阻R1和电位器R2构成，调节电位器R2即可实现频率的调节。本机供电电源为12V，采用的是推挽工作方式。电阻R3(10kQ)和电位器R4(10kQ)构成分压电路，死区时间控制端的电位应界于255V之间。调节电位器R4亦可实现超声波的强度调节。2.3超声波放大器设计（1）超声波放大器的选择

23、 超声波放大器的作用是将振荡信号放大至所需电平。放大部分可以是单级的，也可以是多级的，重要看输出功率的需要。初期的超声波发生器使用电子管做放大器件，目前则普遍采用晶体管（三极管、场效应管和IBGT器件）。近年来越来越多的厂家采用功率集成电路做超声波发生器的放大器件。目前工业上广泛使用的超声波发生器基本上被晶体管电路垄断。与电子管发生器相比，晶体管发生器的长处在于体积小、重量轻、效率高。但从另一方面讲由于受到方向击穿电压、最大集电极电流、最大集电极耗散功率参数的限制，一般一对晶体管的最大输出功率只能达到百瓦级。要提高晶体管发生器的输出能力，除了有赖于搞性能器件外，还必须采用高效率的电路。老式的甲

24、类、乙类、丙类放大器是把有源器件作为电流源工作。在这些放大器中，晶体管工作在伏安特性曲线的有源区。集电极电流受基极鼓励信号控制作相应变化。 (2)低压驱动电路本机采用高压小电流功放电路，由两只三极管和耦合变压器构成，见图6。为了避免两只功放管同步导通，导致内部功耗增长，两管的导通时间必须错开，使它们在交替工作时有一段同步截止的时间。为此，三极管P1和P2对振荡器的输出作反相解决，三极管选用PNP型的8550。低压驱动电路所用的电源是直流12V，而功放电路的电源是交流220V，在三极管后加入一种耦合变压器，完毕高下压隔离的任务。图6 低压驱动电路图(3)功放匹配电路功放电路如图7所示。电路由两个

25、VMOS功率场效应管2SK791构成。具有线性度高、频率响应好、开关速度快等长处，是抱负的开关元件。但其关断特性在电流小时并不抱负，下降沿有拖尾。图7 功放电路2.4 高频驱动和匹配电路超声发生器与一般放大器的一种重要区别在于它的匹配电路部分。一般放大器与负载之间的匹配只牵涉到阻抗变换，而超声波发生器与负载之间的匹配则除了阻抗变换之外，尚有一项很重要的内容调谐，即选用一定值的阻抗元件，使之在工作频率上与负载中的电抗成分谐振。只有在同步进行了阻抗变换和调谐之后，整个系统才算是达到了匹配，换能器才干正常工作。高频驱动和匹配电路如图8图8高频驱动和匹配电路超声波清洗机中的匹配电路是将发生器输出的电能

26、送往换能器的通道。匹配电路虽然构造简朴(一般只有一种匹配电感)，却具有重要作用。相似型号的清洗机，匹配调得好的清洗效果好；匹配调得差的则清洗效果差。对同一台机器而言，如果工作一段时间后清洗效果变差，或者换能器通过更换，都需要重新调节匹配。与一般电子设备的匹配有所不同，超声清洗机的匹配除了要解决变阻问题(即变换负载的阻值，使之与发生器的最佳负载值相等)外，还要解决调谐问题，即用匹配电感的感抗抵消换能器的容抗，使换能器呈纯阻性。技术人员一般是根据各自的经验进行匹配。例如，有人在变化清洗槽水位时观测电流的变化，如果电流变化处在一定范畴之内，同步管子不发热，空化声强，便觉得匹配已调好。也有人让机器空载

27、时稍，微呈电感性，而在加载后转变为纯阻状态。这些经验都是合用的。但在已有经验的基本上，再掌握匹配的原理，就可以在匹配时有的放矢，更加积极，从而收到事半功倍的效果。第三章 超声波换能器设计3.1换能器的选择用于超声清洗的换能器有两种类型一是磁致伸缩换能器，另一种是压电换能器，磁致伸缩换能器这种换能器的电声效率比较低并且金属镍材料价格昂贵，制造工艺复杂，因此目前很少采用尚有一种用铁氧体材料做成的磁敛伸缩换能器，虽然其电声效率比较高，但机械强度低，所能承受的电功率容量小，因而目前国内也很少应用目前国内重要采用压电换能器，由于这种换能器的电声转换效率高原材料价格便宜，并且便于制造不同的构造，以适应不同

28、的清洗规定。压电换能器又有诸多种如圆柱形、喇叭形等。通过对比最后拟定选用喇叭形夹心压电换能器作为本次的换能器。换能器是用来进行能量转换的器件，是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量的装置。在声学研究领域中，换能器重要是指电声换能器，它能实现电能和声能之间的互相转换。超声波换能器的特性参数涉及共振频率、频带宽度、机电耦合系数、电声效率、机械品质因数、阻抗特性、指向性、发射及接受敏捷度等不同用途的换能器对性能参数的规定是不同的，如对于发射超声波换能器，规定换能器有大的输出功率和高的能量转换效率；而对于接受型超声波换能器，则规定宽的频带和高的敏捷度等 。因此，在换能器具体设计过程中，必须根据具体的

29、应用，对换能器的有关参数进行合理设计。3.2换能器的设计计算对如图9所示的换能器，设前盖板、压电陶瓷堆及后盖板的特性阻抗分别为、（， 分别是密度、声速和截面积），长度分别为、和。频率方程可由等效传播线理论求得。把换能器看做等效传播线，相应于自由端其阻抗为零，相应于节点处，其阻抗为无穷大，对均匀截面细棒如图10其阻抗变换关系为式中，为棒的特性阻抗；是右端的负载阻抗；是从棒左端看的阻抗；k是波数。其阻抗变换关系可以用mobius变换措施设，则有 锥形棒 且，阻抗的反变换为 节面在前后盖板长度满足： 由上式得 mm图9 喇叭形换能器构造图10 等截面细棒阻抗变换第四章 清洗槽设计清洗槽由内槽和外壳构

30、成内槽的外表面(一般在槽底外表)粘结超声换能器，槽内盛清洗液槽一般用耐腐蚀的不锈钢板制成，过于厚会影响声的辐射槽的内壁，特别是粘有换能器的辐射板要平整抛光，不能有伤痕，否则易产生空化腐蚀，缩短使用寿命为避免被清洗工件直接与槽壁板接触而划伤，一般用镂空吊篮(网篮)或支架将清洗件悬吊在清洗液中网篮的骨架应尽量地小而轻，一般用不锈钢丝编成或用其他反射声良好的材料做成构造上要使超声波受阻小而清洗液易于流动内槽的尺寸要根据清洗件的大小和形状而定清洗件的总表面积不应不小于内槽的体积粘有换能器的辐射板(如槽底板)所承受的电功率强度一般低于15 Wan2(用压电换能器时大多数应在051 wcm2之间)过高的强

31、度会加速辐射板表面的空化腐蚀，同步由于过剧烈的空化所产生的气泡会影响能量传递，使远离辐射面的液体空间声强变弱而达不到均匀清洗的目的在一般的清洗槽中，由于液面的反射，在清洗槽中会产生的驻波，使得在液体空间有些区域声压最小(波节处)，有些地方声压最大(波腹处)而导致清洗干净限度不均匀为减少驻波的形成，有时清洗槽的形状要特别设计，或采用其她措施，例如扫频工作方式清洗件在槽中的排列要有一定的间隔，而最窄小的面应朝向换能器的辐射面，以免阻碍声辐射到整个清洗槽空间内槽尺寸为400360200mm，超声波功率为500瓦；外槽尺寸为420490380mm；超声波发生器电路箱为224100135mm，由六个直径

32、为4.5毫米的螺纹固定。参照文献：1 曹风国. 超声加工技术M.化学工业出版社，(1)2 张海燕超声波清洗技术J近代物理知识，(6)3 白基成 郭永丰. 特种加工技术M.哈尔滨工业大学出版社，(1)4 胡传忻 夏志东. 特种加工手册M.北京工业大学出版社，(9)5 康华光. 电子技术基本M.高等教育出版社，1987(6)6 艾小洋中国工业清洗领域的现状与发展趋势M现代制造，(2)7 栾桂冬 张金铎. 王仁乾压电换能器和换能器阵M修订版；北京大学出版社，(9)工艺规程制定与并行工程T. Ramayah and Noraini Ismail摘要产品设计是用于产品，及它的部件装配的筹划。为了把产品设

33、计转换成一种实际物体，这需要一种制造筹划。而制定一种这样的筹划的行动就叫做工艺规程制定。它是产品设计和制造之间的连接，工艺规程制定涉及决定加工顺序和制造产品所必须完毕的装配环节。在如下文章中,我们将解释工艺规程制定和她的某些有关主题文章开始，我们应当区别在下列文章中被反复提到的工艺规程制定和生产筹划。工艺规程制定与如何制造产品和它的零件等工程技术问题有关，制造零件和装配产品需要什么样的设备和工具？工艺规程制定与产品制造物流管理有关系。它在工艺规程制定背面与原料分类及获得满足制造充足数量产品规定的资源有关。工艺规程制定工艺规程制定涉及决定最合适的制造及装配环节和顺序，在这些顺序和环节中她们必须根

34、据所提出的具体的设计阐明书规范完毕给定零件或产品制造。 可以被筹划的工艺范畴和多样性一般由于公司车间可用设备和技术能力而受到限制。在公司内部不可以制造的零件必须到外部市场购买，工艺规程制定所提及的工艺选择同样也受到具体设计资料的限制，我们稍后将会回到这一点。工艺规程制定一般是由制造工程师完毕的，工艺制定者必须熟悉工厂中具体可用的制造流程并且可以阐明工程图。基于制定者的知识、技术和经验，用于制造每个零件的工艺环节以最合乎逻辑的顺序被发展制定。下列各项是在工艺规程制定范畴里的许多决定和具体资料： .设计图的阐明. 在工艺规程制定的开始，产品设计的这一部分( 材料、尺寸、公差、表面解决等等)必须进行

35、分析。 .工艺和顺序. 工艺制定者必须选择哪一种工艺是必需的及必需工艺的序列。此外还必须准备好一种简短的工艺环节描述。 .设备选择. 大体上，工艺制定者必须逐渐展开运用工厂既有机器的筹划。此外，组件必须被购买或在新设备上的投资必须被制定。 .工具、冲模、铸模、夹具、量具. 工艺必须决定每个工序需要什么工具，这些工具的实际设计和制造一般通过委派工具设计部门和工具库或者联系专攻那种工具制造的外面厂商来完毕。 .措施分析. 车间规划，小工具，提高重物的提高间。甚至在某些人工操作情景中的肢体动作也被指定。 .操作环节. 工作测量技术被用来为每个操作设定期间原则。 .切削工具和切削条件. 这些必须对加工

36、操作通过推荐原则手册来进行具体阐明。零件工艺规程制定对于单个零件，加工顺序通过一种被称为进路表的表格来进行文献证明备份。就如工程图被用于具体阐明设计产品同样，进路表被用于具体阐明工艺筹划。她们是类似的，一种用于产品设计，另一种用于制造。制造单个零件的典型加工顺序涉及：(1) 一种基本工序 (2) 二级工序 (3) 提高物质特性工序和(4) 最后工序。一种基本工序决定了工件的起始造型。金属铸件、塑料成型、金属精炼是基本工序中的实例。起始造型常常必须通过变化起始造型操作(或者接近于最后造型)的二级工序来精制。二级工序习惯于和基本工序一起提供起始造型，当砂型锻造是基本工序，车加工一般是二级工序。当轧

37、钢厂制造金属片是基本工序，冲压操作像冲裁和弯曲一般是二级工序。当塑料注入成型是基本工序时，二级工序一般是不必要的，由于她的大多数几何特性制造通过别的方式如成型制造来完毕。塑料成型和其她操作的二级工序被称为净成型工序的并发二级工序，需要某些但并不多的二级工序的操作就是所提到的近似成型工序。许多有印象的摸锻件就是这一类，此类零件可以常常在锻造(初级工序)阶段被成型，因此减少了必要的加工(二级工序)。一旦模型被建立，许多零件的下一步是改良它们的机械物理性能。提高特性工序并不变化零件模型，然而，它却能变化零件的物理特性。金属零件的热解决操作就是最一般的实例。类似的如玻璃通过热解决来制造钢化玻璃，对于大

38、多数零件的制造来说，这些特性加强工序在加工工序中并不需要。最后工序一般对零件(或装配体)的表面提供一种涂层。例如电镀、薄膜沉积技术、涂漆。表面解决的目的是改善外观，变化颜色或者表面保护避免腐蚀和磨损等等。在诸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。当必须需要最后程序，她一般是加工顺序的最后一步。装配工艺规程制定一种既定产品的典型装配措施由如下因素决定的：(1)预期产品数量(2)装配产品的复杂性。例如：不同组件的数量和(3)常用装配工艺。例如：机械定位焊接、对于小数量产品，一般在人工装配线上进行装配。对于大量制造的一打或这样组件的简朴零件，要采用合适的自动化妆配线。无论如

39、何这里有一种工作必须被完毕的优先顺序，这个优先需求常常用一种优先表来进行图表描绘。装配工艺规程制定涉及装配指令的发展，但是更具体地对于小批量生产。在一种岗位完毕整个装配，对于一种装配线上的大批量生产，工艺规程制定由一种分派工作条件到装配线个别工位并被叫做人工投入线性平衡法的程序构成。这种装配线按照装配线平衡解决方案决定的顺序发送工作单元到个别工位，在个别构成，任意工具或夹具的工艺规程制定期，一条装配线的决定、设计和制造必须被完毕，并且工作站的必须被列出来。制造或购买决定在工艺制定过程中浮现的一种重大问题是一种特定零件应当在公司内部的工厂内生产还是从外部销售商处购买，并且这个问题的答案被觉得是制

40、造或购买决定。如果公司没有技术设备或制造零件所必须的具体制造工艺中的专门技术，那么答案就很明显了。由于没有其她选择零件必须购买。然而，在诸多例子中零件既可以在运用既有设备在内部制造或者可以从外部拥有相似制造能力的生产销售商处购买。在我们的有关制造或购买的决定的讨论中，她应当结识到在开始几乎所有的制造者从供应商那里购买原料。一种机械加工厂从一种金属经销商购买她的起动柄原料或从一种锻造厂购买她的砂型铸件。一种塑料成型厂从一种化工厂购买她的模塑料。一种冲压厂可以去经销商或直接从轧钢厂购买金属片。很少的公司可以在操作中从原料始终进行垂直整合，这看来至少购买某些也许在她的工厂可以此外制造的零件是合理的。

41、也有也许为公司使用的每一种构成规定制造或购买决定。这里有许多影响制造或购买决定的因素，一种人也许觉得成本是决定是购买还是制造零件的最重要的因素。如果一种外部经销商比公司工厂更精通于制造零件的工艺，因而公司内部生产成本也许比经销商赚取成本后的价格还要高。可是，如果购买决定导致公司工厂设备和劳动的闲置，购买零件的表面优势就会丧失。考虑如下例子制造或购买决定。为一种特定零件被引述的价格是100个单位的每单位$20.00。制造零件的成分如下所示：单位原料成本=每单位$8.00直接劳动成本=每单位$6.00劳动加班150%=每单位$9.00设备修理成本=每单位$5.00_总计=每单位$28.00这个构成

42、应当被购买还是在内部制造？解决方案：尽管经销商的引证似乎支持购买决定，让我们来考虑如果引证被接受也许在生产操作中的冲突。$5.00设备维修成本是已经被制定的投资成本，如果设备设计由于购买零件的决定而变的没有运用价值，那么这个固定成本仍然继续尽管设备闲置着。同样，如果零件被购买由工厂空间，效用和劳动成本构成的$9.00的劳动间接成本仍然继续。通过这种推理，如果应当已用于生产零件的设备闲置的购买决定并不是一种好决定由于她也许耗费公司将近$20.00+$5.0+$9.00=$34.0每单元。另一方面，如果正在讨论的设备可以被用于生产其她零件并且内部生产成本低于外部联系报价，那么一种购买决定就是一种好

43、决定。制造或购买决定并不像这个例子中的那样直接。这几年的一种趋势，特别在汽车工业，公司和零件供应者建立紧密关系。由此我们将引出并行工程。在筹划操作方面制造公司有很大爱好运用计算机辅助工艺（CAPP）系统来完毕。那些熟悉加工具体资料和其她工艺的工厂培训的工人逐渐退休，并且这些人在将来工艺制定的过程中是非常有用的。一种可选择的用于完毕这种功能的方式是必需的，CAPP 提供了这种选择。CAPP常常被看作是计算机辅助制造（CAM）的一部分。然而这种趋向意味着CAM是一系列系统。事实上，当CAD和计算机辅助设计协同作用发明了一种CAD/CAM系统。在这样一种系统中，CAPP成为设计和制造之间的直接联结。

44、来自计算机辅助工艺的长处涉及如下几点： .工艺合理化和原则化. 自动工艺规程制定比完全用手工编制工艺产生的更合理化和一致化。原则设计趋向产生低成本和高生产质量。 .增强工艺制定者的生产力. 在数据文献中的系统措施和原则加工设计的实用性使工艺制定者可完毕更多的工作。 .减少工艺规程的制定期间. 与手工准备相比，运用CAPP系统的工艺制定者可以在较短的时间内准备好进路表。 .改良异读性. 计算机准备的进路表比手工准备的进路表更容易简洁。 .结合其她应用软件. CAPP 系统可以在界面上与其他应用软件结合，象成本估计和工作原则。计算机辅助工艺环绕着两个途径来设计，这两个途径被叫做：（1）CAPP检索

45、系统和（2）CAPP生成系统。许多CAPP系统结合这两种途径而被称为生成检索CAPP系统。制造业的并行工程和设计并行工程引用一种常用于产品发展的途径，通过它使工程设计功能、工程制造功能和其她功能综合起来以减少一种新产品投放市场合需要的共用时间，也被称为并发工程，她也许被觉得是CAD/CAM技术的类似组织版本，按照老式途径来使一件产品投放市场。如图(1)a所示，工程设计功能和工程制造功能这两种功能是分开并且持续的，产品设计部门开展一项新的设计有时很少考虑到公司的制造能力，也很少有机会可以让制造工程师来提供如何使设计更容易制造的某些建议。她仿佛消除了在设计和制造之间的一堵墙，当设计部门完毕设计，她

46、投掷工程图和阐明书越过这面墙，并且那时工艺规程制定也开始了。图（1） 比较 : (a) 老式产品发展周期和 (b) 并行产品的发展周期通过比较，实行并行工程的公司，工程制造部门在初期就参与到产品发展周期。为如何使产品和她的构成可以被设计的更适于制造提供建议。她同样为产品提供制造筹划继续进行的初期准备，这种并行工程的途径在图(1)b中被描绘出。除了工程制造以外其她功能同样被涉及在产品发展周期中，如质量工程、制造部门、后勤服务、市场供应评估构成和某些状况下将使用这些产品的消费者。在产品发展阶段的所有这些功能不仅能改善新产品的功能和性能，同步也能改善她的可造性、自检性、易测性、服务能力和可维护性。通

47、过初期功能改善，由于在最后产品设计之后的回忆太晚以至于不能对设计进行便利的修改的不利因素的消除，使产品发展周期的持续期大大减少。并行设计涉及如下因素：(1)某些制造和装配设计(2)质量设计(3)成本设计和(4)生命周期设计。此外，像迅速成型、虚拟制造、和组织转变等辅助技术需要被用来增进公司的并行工程。制造和装配设计据估计一件产品的70%的生命周期成本是由在产品设计时所做的基本决定所决定的，这些设计决定涉及每个零件的材料、零件模型、公差、表面解决、零件是如何被组织装配的和常用装配措施。一旦这些决定被指定，减少产品制导致本的能力就会被限制。例如，如果产品设计者决定用铝砂型锻造法制造一种分开零件，但

48、是这个零件的工艺特性只能通过加工来完毕(如螺纹孔和配合公差)，制造工程师没有选择的余地，只能按照先砂型锻造在加工的措施来达到既定规定。在这个例子中，用一种在单独环节所需要的塑料模制品也许是一种较好的决定。因此，当产品设计展开时给制造工程师一种忠告设计者的机会对产品的顺利可造性是非常重要的。这种被用于尝试描述顺利变化一件新产品的可造性的条件是制造设计(DFM)和装配设计(DFA)。固然，DFM和DFA是紧密相连的，因此让我们用制造和装配设计(DFM/A)的形式来体现。制造和装配设计涉及在一件新产品中的可造性和可装配性的综合考虑，这涉及： (1)组织变化和(2)设计原理和指引方针。.在DFM/A中

49、的组织变化. DFM/A的有效执行涉及公司组织机构的正式或非正式的变化，因此设计职工和制造职工之间有较好的交流和交互作用。这可以通过如下措施来完毕：(1)通过成立由产品设计者制造工程师和其她员工(例如：质量工程师、材料专家)构成的攻关小组来进行产品开发；(2)通过规定设计工程师用某些事业时间在制造上，以可以掌握第一手可造性和可装配性是如何通过产品设计联系在一起的；(3)通过指派制造工程师到产品设计部门在一种临时的或专任的基本上做一种还原性顾问。.设计阐明和指引方针. DFM/A为了理解如何设计一种既定产品来使可造性和可装配性最大化也依赖于设计阐明和指引方针的使用，这些通用设计指引方针中的某些几

50、乎合用于任何产品设计。在其她方面，某些设计原理只合用于特定工序，例如：轴或锥度在阶梯中的使用和运用模制品来切除模内零件，在制造过程中我们只把这些具体过程指引方针放在课本上。指引方针有时互相矛盾，一条指引方针是“简化零件模型，避免不必要的特性”。但是在同一表格里的另一指引方针为了装配安全而规定在设计产品时“特殊几何特性必须不时加上她的构成”。并且她也许值得来结合个别装配件的特性来减少产品中零件的数量。在这些示例中零件制造设计与装配设计相冲突，在这个矛盾冲突的两边，一种合适解决措施必须被发现。Process Planning and Concurrent EngineeringT. Ramayah

51、 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 desi

52、gn 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 a

53、ppropriate 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 avai

54、lable 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

55、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 planners 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. .Interpretation of design drawings. The part of product design must be analyzed (materials, dimensions, toleranc