机械产品设计制造过程当中的几个问题与解答

机械产品设计制造过程当中的几个问题与解答

张召桃

北京市宏微诚达技术咨询服务有限公司

一、如何制定产品发展战略和产品规划？

答：当今社会競争激烈、产品更新换代频繁、生产过剩严重，给企业的生存和发展带来严重挑战，因此制定正确的企业发展战略和产品规划，是使企业产品适用当前市场需求且随市场变化不断更新、销售持续旺盛、企业不断发展壮大的可靠保证。为了制定正确的企业发展战略和产品规划，首先要对市场、客户、竞争者和自身状况进行全面的调查、分析和评估，对企业现有产品的归属（明星产品、问题产品或瘦狗产品）进行分类，明确企业的发展状况，对可能引进的新产品的发展前景进行认真的分析，优化企业战略选择，确定企业产品的长期规划和短期计划。在战略决策中，企业外部情况的了解是十分困难且又十分关键的，外部资源的利用是必须考虑的一条捷径。

二、机械产品设计的主要内容是什么？

答：主要是概念设计、性能设计、外形设计、结构设计、材料选择、公差设计、工艺设计和试验验证设计。

三、产品性能受什么影响？

答：产品性能是产品结构及其配合的综合体现，所以它受结构设计和公差设计（包括表面光洁度）的综合影响；由于零部件形状在受力和温度变化下会产生变形，且不同材料在相同受力和相同温度下变形一般不相同，在运动情况下受磨损的程度也不一定相同，所以它还受材料性能的影响。如果产品结构没有变化而性能变差了，则肯定是产品的几何尺寸发生了变化（这可能是公差设计的问题，也可能是制造偏差超出了设计误差所致）。

所以在做性能验证时，一定要首先确定组装成产品的零部件的几何尺寸是否在设计公差范围内，否则就不知道性能的变化是由于结构设计的问题还是制造偏差的问题，盲目修改既浪费时间和经费，又解决不了遇到的问题。在性能验证过程中遇到问题时，也应该首先从公差设计和制造偏差查起，除非是一些显而易见的问题。

四、结构设计是如何开展的？

答：产品的结构是逐步演变而来的，由于产品结构变得越来越复杂，完全的创新设计几乎完全不可能，往往要部分或全部借鉴同类产品，加以改进或局部创新而得到（当然如果没有经验，或许不但没有改进，反而改得更差了也有，所以吃透样品是非常重要的）。

即使是独创产品的全新设计，也往往需要借鉴和借用其它产品的结构。由于中国的工业化比西方先进国家晚了几十年到上百年，逆向测绘仿制是最佳路径。西方国家的工业化的时间也有先后，相对后进的国家也是这么走过来的，例如美国学英国，日本学欧美和韩国学日本等。同类产品有许多不同规格和型号，样品的选择也是至关重要的。一旦有了自己的初期产品，就要不断改进，争取超越样品和其它同类产品，逐步创立自己的更加优秀的品牌。如果一味只是仿制，则永远不可能超越人家，就象猴子掰玉米，掰一个丢一个，没有积累。

五、样品拆解的主要工作内容是什么？

答：样品拆解的第一项工作是获取样品及其零部件的几何形状，以便进行数模的逆向设计；其次是分析产品的装配顺序、装配和定位方法；第三是弄清所有特征（孔、销、槽、健和其它不规则形状等）的功能；第四是记录所有特征、连接、配合、密封的详细尺寸；

第五是鉴别所有零部件和连接材料的种类和规格。产品的整体和部件性能则须在拆解前

通过实验获取。

六、几何尺寸和公差GD&T设计在进入本世纪以来的主要变化是什么？

答：以前的公差设计基本上是设计部门的事，设计基准基本上不考虑制造和检测基准，公差大小是从机械设计手册上查出来的。这样的公差设计往往不易满足性能方面的要求，制造成本也很高，由于性能、制造和测量方面的问题而必需修改的案例比比皆是。将设计基准、制造基准和测量基准统一考虑的公差标注要求在上世纪五十年代就由英美等国提出来了，但正式国际标准在1969年才得以提出，并在八十年代得到完善。中国对此类标准的引进是在上世纪九十年代完成的，但直到十几年前才开始应用到设计中，且仍有相当一部分设计人员并没有认识到这种新的公差设计的意义和重要性，也没有认识到公差设计工作将与以前大不相同。新的公差设计方法要求设计人员不仅需要具备公差设计方面的基本知识，还应该具备产品性能要求、制造工艺、工装设备和尺寸测量等方面的经验。老的设计人员往往没有新的公差设计标准的基本知识，新的设计人员又没有经验，结果导致公差设计达不到现代工业环境下的设计制造和检测要求。此外独立原则和实体要求的设立也是公差设计方面很大的一个变化。

七、几何尺寸和公差GD&T设计是如何开展的？

答：公差设计的主要要素是定位基准的建立和公差大小的确定，保证满足产品的性能要求和制造检测要求。在产品的慨念设计阶段，就要考虑基于产品性能要求的尺寸技术要求DTS；在几何形状设计阶段，开始考虑零部件相互之间的匹配要求；为了设计产品能够顺利地制造装配出来，还应考虑制造和装配的定位基准，这是非常重要的一环，后期的修改将带来巨大的整改费用；公差的设计必须可以在产品制造装配出来后进行检测评估，看是否达到设计要求，检测也必须有定位基准。设计标注基准、制造装配基准和检测基准必须一致，否则就会带来附加误差，使用不同于设计标注基准的检测所得到的检测结果即使偏差数值在公差范围内，也不能说明所测零部件达到了公差设计要求，不能保证可以正常装配。公差大小是根据零部件之间的匹配要求确定的，零部件通过装配所积累的误差也是必须考虑的。对形状复杂的零部件和尺寸链很长的部件来说，这种分析并不轻松，需要借助专门的公差分析软件才能进行，称为公差虚拟装配验证。由于许多假设条件和软件本身固有的局限性，所得结果并不是很准确的，只有有经验的工程师才能有效利用其中的分析结果对设计和工艺进行有成效的改进，包括装配顺序、装配方法、定位基准、公差大小和产品尺寸技术要求等。公差设计、虚拟验证、改进公差设计、再虚拟验证，可能需要经过几轮才能最终确定。由此确定的尺寸技术要求DTS和几何尺寸与公差GD&T，在后续的产品验证、工艺验证和批生产当中，可能还需要调整。

八、为什么要制定测量计划（Measurement Plan）

答：要确定零部件是否满足公差设计要求，总是要经过测量得到测量结果才能评估，这就需要制定测量计划。广义的测量计划可以包括测量位置、测量方法、测量设备和测量的时间安排（测量频率、在线测量或离线测量），此处专指在给定的测量基准下的测量位置和测量方向。一个零件或部件的特征一般只有一个公差，或分段有不同的公差，在同一特征和同一公差段，即使是同一个零部件，由于测量基准和测量位置不同，所得到的几何尺寸或偏差是不同的，为了进行比较和统计分析，必须确定测量基准、准确的测量位置和测量方向，所以需要制定测量计划。

九、什么是公差虚拟装配？

答：公差虚拟装配简化了说就是使用计算机模拟方法：

1、通过数学模拟随机产生一定数量的满足给定公差要求但偏差不同（满足正态分布）

的零件；

2、按给定的装配关系和装配公差将上述产生的零件组装成产品；