整机质量

2024-10-18

整机质量（精选7篇）

整机质量篇1

中国的改革开放为世界提供了大量的廉价生活用品, 但也给世界留下了中国产品质量不可靠的印象。随着市场竞争的日趋激烈, 中国企业需要越来越关注客户需求, 尤其是质量方面。为了改善中国制造业目前的窘境, 李克强总理在2014年举办的中国质量大会上指出:中国装备的生命在于质量, 意味着中国企业在国际化市场竞争中需要投入更多的精力解决产品的质量和可靠性问题上。目前, 许多企业已经意识到质量是生存之本, 开展一系列的活动引进国外先进管理经验提升产品质量。其中全面质量管理 (TQM, Total Quality Management) [1]、统计过程控制 (SPC, Statistical Process Control) [2]、质量功能展开 (QFD, Quality Function Deployment) [3]以及六西格玛管理[4]等先进的管理方面被引进和应用, 给企业带来了看得见的效果。中国质量协会在工业和信息化部、国家质检总局的指导支持下组织全国质协系统进行了“装备制造业企业质量管理现状调查”, 调查发现质量改善的实际应用中还存在许多问题, 比如质量管理成熟度低、管理体系运行效果不佳、员工关于质量的认识有待提高、质量方法应用逐步普及但效果不佳等问题[5]。

为了促进中国企业规范应用质量方法提高产品质量水平, 本文运用六西格玛方法对某公司的网络摄像机 (IPC, IP CAMERA) 的生产过程进行分析优化, 旨在提高其产品质量可靠性, 同时希望能够对我国企业在应用国外先进管理经验解决自身问题提供借鉴。

1 六西格玛概述

西格玛水平是质量管理中常用来评价过程满足质量要求程度的一种度量标准, 西格玛水平越高, 就表示过程满足质量要求的能力就越强。六西格玛质量水平是指在每100万个出错机会 (质量管理中常用DPMO表示) 中, 出现不良品的个数不超过3.4个。六西格玛管理一般遵循由定义、测量、改进、分析、控制五个阶段组成的DMAIC方法, 用于对现有流程的改进。在实际的生产活动中运用时, DMAIC将是一个长期运行且循环的过程, 最终目的是使过程得到优化并保持成果。

2 六西格玛在IPC整机质量改进过程

2.1 定义阶段

(1) 确定问题

以E公司最具代表性的产品DS-2CD系列网络摄像机为研究对象, 该产品作为当前市场上主流的IPC产品, 在国内和国际市场都有着广泛的需求。为满足市场需求, 公司扩大了生产规模, 由于新产线的开动需要引进新的工人, 导致产品的不良率较之前有较大波动。以4~12周为例, 统计生产过程中的Roll Yield (一次合格率) 、Product Roll Yield (制程一次合格率, 即剔除来料不良后, 产品在生产过程中的一次合格率) 、DPHU (不良百分率) 等因素进行分析。

为了能够更加直观的了解这几周产品一次合格率和制程一次合格率的控制趋势, 绘制如图3所示的趋势图。

从趋势图可以看出, 产品的一次合格率以及制程一次合格率波动较大, 不能满足目标要求, 这说明除却来料不良的因素, 在生产过程中的在制品质量没有得到有效控制。

(2) 确定问题根源

要改善IPC整机的质量现状, 提升顾客满意度, 就需要确定主要的问题来源。已知整机组装过程中, 经过为加密升级、气密测试、高清聚焦、网络检测、外观、OQA几个主要工序, 每个工序中都可能有不良品产生。运用排列图寻找问题根源。

由图3的排列图可知, 发现不良品的主要工序有网络检测、气密检测, 占到全部不良品的75.1%。因此, 笔者也要抓住发现问题的关键工序来进行进一步测量分析, 做好改善工作, 而网络检测和气密检测中发现的问题将是本次研究改善的重点。对于气密测试工位, 导致不良发生的原因只为气密失败。针对网络监测导致不良品产生的原因需要再次深入分析。

通过计算可知, 其中气密失败占全部不良品的2.43%, 显示污点占全部不良品的百分比为70.6%*2.48%=1.75%, 是引起整机不良的两大主要原因。由此可以看出, 要做好IPC整机质量改进, 需要解决的核心问题是气密失败和 (镜头) 显示污点。

2.2 测量阶段

首先要确认当前生产过程的质量波动情况, 以了解产品生产过程是否处于受控状态以及产品目前的质量水平。首先, 通过数据采集得到气密测试工位以及网络检测工位的检测结果, 记录其测得不合格品数。

根据上述在生产过程中测量得到的质量数据, 绘制出不合格品数控制图:

由图5可知, 生产过程属于受控范围内, 下面需要了解当前的生产过程中产品的质量水平。过程能力是指处于受控或稳定状态下的实际加工能力。过程能力指数 (Cp) 是一种可以客观、定量的反映过程满足技术要求程度的参数。因此, 笔者根据表4测得的数据借助Minitab软件对气密测试及网络检测前的工序能力做出分析, 分析结果如图6、图7所示。

分析得出气密测试前的工序能力Cp=0.63, 网络检测前的工序能力Cp=0.66。根据过程能力指数评定分级表6可知, 当Cp<0.67时表示工序能力严重不足, 此时需要立即停工整改, 及时寻找造成过程能力低下的原因, 并采取有效的改进措施, 提升工序能力。

2.3 分析阶段

通过上述分析可知, 当前过程能力不足。由于气密测试与网络检测为测试工位, 不会是不良产生的主要原因。通过分析IPC整机组装的工艺流程, 将研究问题的核心放在前置组装过程, 运用头脑风暴法, 按照5M1E的分析原则, 绘制成因果图。

通过使用因果图分析, 列出产生上述两种故障的所有可能的原因, 发现故障的来源主要是5M1E相关的影响因素。通过因果图分析, 笔者得到了数量较多的影响因素, 还需从中进一步提炼出主要因素。建立因果矩阵, 可以从中锁定重点关注的过程输入或影响因素, 在此基础上进一步采集过程数据分析问题。对上述原因进行归类, 并按照预计的影响程度对权重按1、3、5、7、9进行赋值, 两个输出因子重要程度相同, 均赋值为1。得到因果矩阵, 并绘制Pareto图。

排列图中可知占到累计频率80%的主要因素有:

X1:原材料来料不良;X2:气密圈未装紧;X3:未吹净镜头;X4:运输时划伤;X5:工作环境灰尘多;X6:未锁紧螺丝。在确认了主要潜在因素之后, 需要通过进一步分析来确定导致不良品产生 (Y) 的关键因素 (Xs) 。

2.4 改进阶段

针对已确定的问题要因, 制定相应的改善对策, 编制成对策表。

2.5 控制阶段

为了确认改进的实际成效, 在IPC生产过程中重新收集了气密测试工位与网络检测工位各2500次测试结果, 并将结果绘制为NP控制图, 并做出过程能力分析。

由NP控制图可知, 改进后气密测试工位的DPHU为1.48, 网络检测工位DPHU为1.32, 从结果上看, 在测量过程中, 网络检测工位有1个样本点超出控制上限, 在排除测量异常值后, 不合格品数均处于受控状态, 且DPHU均低于改善前的测量值, 且两者DPHU值均低于1.5, 即达到了项目的目标要求。

实施改进方案后, 气密测试前的过程能力指数CP值达到0.95, 网络检测前的过程能力指数CP值达到了0.89, 接近了二级的水平, 说明过程能力比改进前有了显著提高。表7显示了改善前后的效果对比, 综合来看, 该六西格玛项目的实施对IPC整机生产过程的质量改善效果较好。

3 结论

论文应用六西格玛方法系统地对E公司IPC产品进行了优化分析, 通过应用排列图分析得出气密失败和镜头显示污点是产生不良品的主要来源, 然后通过鱼骨图进一步分析, 从5M1E的角度出发, 确定影响这两个因素的6个具体影响因素。通过制定改善方案, 并实施排除6个因素对产品造成的影响。最后通过过程能力分析可知, 改善后的过程能力指数接近了二级的水平, 说明过程能力比改进前有了显著提高。实践证明, 科学的运用六西格玛管理可以显著的提高产品质量和可靠性。

参考文献

[1]施国洪, 房海霞, 岳江君.基于TQM的中小企业六西格玛管理研究[J].科学学与科学技术管理, 2010 (1) :128-132.

[2]叶顺坚, 王睿, 沈宏华, 等.基于SPC的自动钻铆过程质量控制[J].质量与可靠性, 2016 (2) :44-48.

[3]王晓晖.基于QFD技术的飞行器测试发控系统设计质量控制方法[J].质量与可靠性, 2009 (6) :34-37.

[4]王元光, 郑靓.六西格玛管理方法在芯样加工质量控制中的应用[J].广东土木与建筑, 2013 (6) :36-39.

[5]2013年全国装备制造业企业质量管理现状调查报告[J].中国质量, 2014 (6) :52-53.

[6]柯辉.D公司紧固件产品质量改进研究[D].广州:华南理工大学, 2015.

“原装”整机工控机篇2

工业电脑 (也称工控机) 广泛应用在工厂自动化、交通、能源、通信等行业, 以前基于成本的考量, 用户通常从工控厂商采购机箱、主板、背板和电源之后, 通过自行采买CPU、内存、硬盘, 应用扩展卡等配件, 组装成一台计算机使用。随着应用的不断发展以及环境的更高要求, 传统的组装机存在的稳定性、可靠性的风险日益突出, 同时客户扩展的各类量测、自动化等工业板卡与主机之间也存在一定的兼容性隐患, 从而导致了问题出现后无法得到原厂的全部支持。

为了满足用户的需求变更, 解决用户的潜在风险, 凌华科技提出了“原装”整机的新理念。借助其专业的测试和丰富的验证经验, 对不同配置的工业电脑做稳定性、可靠性以及兼容的测试, 并将最优的配置以“原装”整机的形式推向市场, 以解决组装机给应用带来的潜在风险。

机床整机系统振动特性分析篇3

机床作为生产的重要工具和设备,也被称为工作母机,其加工性能与其动态性能紧密相关,并将直接影响所加工零件的精度。随着现代设计方法的广泛运用,对机床进行动态特性分析,用动态设计取代静态设计已成为机床设计发展的必然趋势。目前在设计中,仅对机床各个部件进行动态分析都无法全面反映机床的整体性能。因此,要对机床性能进行准确的预测,必须对机床整机进行动力学分析[1]。当前有限元数值分析方法成为分析计算复杂结构的一种极为有效的分析方式,是机床整机振动模态理论分析的一个有力工具。本文将通过有限元软件ANSYS/Workbench与模态实验相结合的方式,对机床进行模态实验法分析,为新产品研发设计提供了参考。

2 模态分析基本理论

由于振动会造成结构的共振或疲劳,从而破坏结构,因此振动问题是机械结构经常需要面对的问题之一,必须通过模态分析了解模型的各阶固有频率及其振型,避免在实际工况中由于共振因素而造成的结构损坏[2]。通过模态分析可以确定模型或结构的振动特性,对复杂结构进行精确的模态分析可以为评价现有结构的动态特性、新产品的动态性能的预估及优化设计提供科学的依据。

对于一般的带有粘型阻尼的多自由度系统,在外力作用下运动方程的形式为:

式中,[M]为质量矩阵;[C]为阻尼矩阵;[K]为刚度矩阵;{x(t)}为位移矢量;{P}为外力列阵,其各分量可以是随时间变化的任意函数。

当不存在外力,并且忽略其结构阻尼对固有频率和振型的影响时,式(1)为系统的自由振动方程式,即

通过解该自由振动方程,可得到系统的固有频率与主振型。

式中{X}为位移幅值向量。

将式(3)代入式(2)得

引入模态坐标进行解耦,令{X}=[Φ]{q},其中[Φ]为振型矩阵,{q}为模态坐标,代入式(4)有:

根据振型矩阵将质量和刚度矩阵对角化,有:

则对式(5)前乘[Φ]T得:

这样,相互耦合的N自由度系统的方程组通过正交变换,成为在模态坐标下相互独立的N自由度系统的方程组,解耦后的第i个方程为:

可知:ωi为模态固有频率,N自由度系统有N个固有频率。将ωi依次带入式(4)得:

由此求出N个主振型向量{X1},{X2},…,{XN}。

3 分析计算有限元模态

通过模态分析确定机械结构或机床部件的振动特性,如固有频率和振型,是承受动载荷结构设计中的重要参数。在动态特性分析中,整机振动能量主要集中在低阶模态,这里主要针对模态的前几阶来进行分析[3],只要得到这些主要振动模态的信息,就可以足够准确地表达机床的动态特性。

3.1 有限元模型建立

本文利用了大型通用建模软件CAD建立了整机的实体模型,利用CAD与ANSYS/Workbench软件的模型兼容功能,把CAD模型转换成*.x_t格式导入CAE中,其有限元模型如图1所示。然后对整机进行了网格划分,在Workbench软件中只能用实体单元对其进行单元划分,划分网格后有限元模型如图2所示。

3.2 有限元模型中结合面的处理

结合面对机床动态特性的影响非常明显。根据统计,机床上出现振动问题有60%以上是源自结合面。对于机床类由刚性零件组成的结构,其总阻尼值的90%以上来源于结合部的阻尼[4]。结合部在有限元建模过程中,把垫片加入到导轨滑块法向和切向之间,用以模拟其结合面刚度,这种模拟方法相对于弹簧刚度及阻尼方法提高了建模精度,也体现出结合部单元各个自由度之间的耦合作用,如图3所示。

查询导轨滑块综合样本手册刚度值数据,确定每组导轨与滑块之间的法向和切向的刚度值范围。由于刚度和弹性模量是成正比关系[5],继而可以在有限元分析过程中,可以通过调整导轨与滑块之间垫片的材料属性,即法向和切向垫片的弹性模量,来修改其结合面的刚度值大小。把样本中给出的刚度值范围上下限分别带入到有限元模型中去,发现在该范围内模态计算结果差距不大,即固有频率相差2%~5%,振型基本一致,所以导轨滑块的刚度值在此区间内取值,不会对结果造成很大影响。

3.3 有限元模态计算

利用ANSYS中的模态计算功能,对整机的模态频率进行提取,分析中采用了Block Lanczos法,分析频带为0-100Hz。共提取了4阶模态参数,模态频率的提取结果为一阶24.3Hz、二阶29.5Hz、三阶57.8Hz、四阶65.1Hz,其相应的整机模态振型如图4所示。

4 机床模态实验

本次试验是与比利时LMS公司中国区技术支持工程师共同合作完成,针对0540d立式加工中心进行模态实验,确定该机床的结构动力学参数,如图5所示。同时,此次试验采用了LMS提供的测试设备及相应的分析软件,如LMSSC310前端、LMS Test Lab 9B模态测试分析软件、PCB333B30单向加速度计、激振器及功率放大器(3台)、PCB086D20模态力锤。

实验步骤和过程:整机固有频率测试采用锤击法,使用力锤和三方向加速度传感器,通过多次锤击,测得机床整机的固有频率为一阶21Hz、二阶28Hz、三阶54Hz、四阶70Hz。

整机模态振型测试采用三组激振器和功率放大器,分别沿着x、y、z方向对机床不同位置进行激励,组成多点激励多点响应的激励系统来获取整机振型,如图6所示。测得整机的传递函数测试结果,下面用虚频图及幅频图举例,如图7、图8所示。在辨识模态极点过程中,采用LMS Poly MAX方法获得清晰准确的稳态图,能够精准的进行模态参数的辨识,其整机各阶模态振型如图9所示。

5 模态实验结果与有限元分析对比

对结构进行振动模态分析目前采用最多的是实验和有限元计算相结合的方式[6,7],这里把研发设计过程中有限元模型的模态计算数据与生产装配完成后的模态实验数据作对比验证,如表1所示。该模型频率误差小于16%,实验采集和有限元计算的前四阶模态振型一致,具有一定的理论和工程价值,可以对新研发的产品进行动态特性预估,利于排振和振动监测,同时具有工程推广意义。

造成有限元计算结果与实验结果差异的原因:

(1)约束条件的误差。在有限元计算中,把地脚垫铁与床身连成一体,垫铁底面与地面完全约束。在测试工况下,机床与地脚垫铁完全是靠其自重来约束的,并且地脚垫铁与地面之间没有打地基来固定约束。这样看来,垫铁与床身和地面之间都存在着结合面的关系,而且接触不完全,则地脚垫铁作为边界条件,其实际接触刚度可能大大低于模型刚度的情况,而计算时考虑的是理想的全约束状态,这两种状态的差异可能会造成实验值与计算值的偏差。

(2)在一定频率范围内,理论分析的固有频率数要多于测试结果。这主要是由于实验时,为了识别整机的主要固有频率,只能将传感器置于刚度较大的部位,而无法布置太多测点,这样可能略去了一些次要模态。

(3)机床本身可能存在非线性因素,在计算时,假定机床为线性系统进行线性求解,必然造成一些误差。

(4)由于为了有限元计算对机床实体模型进行了结构简化,必然要产生一些误差。

6 结语

本文针对新研发的数控机床进行整机模态分析,展开细致的理论计算和分析,并进行了机床整机有限元模态计算,在该机床生产装配完成后用实验测试数据来对比验证,表明用有限元分析法得到的计算结果与实验值比较相差较小,即可以用有限元模态分析方法对机床整机动态特性做初步的预估。对机床的设计、校核和分析提供了一种新的方法。

参考文献

[1]王世军,黄玉美.机床整机特性的有限元分析方法[J].机床与液压,2005(3):20-22.

[2]张建润,孙庆鸿,卢熹,等.高架桥高速五坐标龙门加工中心动态仿真与优化[J].机械强度,2006(28):1-4.

[3]王学林,徐岷,胡于进.机床模态特性的有限元分析[J].机床与液压,2005(2):48-50.

[4]吴智恒,赵宏林,贺艳苓,等.机床整机结构建模中若干技术问题的研究[J].机床与液压,2007,35(5):56-59.

[5]MOVAHHEDY M R,et al.Prediction of chatter in high speedmilling including gyroscopic effects[J].International Journal ofMachine Tools&Manufacture,2006(6):996-1001.

[6]AL-REGIB E,et al.Programming spindle speed variation formachine tool chatter suppression[J].International Journal ofMachine Tools&Manufacture,2003(12):1229-1240.

整机质量篇4

关键词：教学方法,操作技能,合作学习

随着现代科学技术的飞跃式进步, 电子技术也得到了蓬勃发展, 在我国经济发展的众多领域, 各类电子整机得到了非常广泛的应用, 与此同时对电子整机生产、服务、技术和管理第一线的高素质劳动者的需求也与日俱增。我们所培养的学生必须具备基本的电子整机装配知识和从事电子整机装配的基本技能, 才能够胜任在电子整机生产、服务、技术和管理第一线的高素质劳动者。《电子整机装配实习》是门培养和提高学生动手能力, 综合分析能力的综合课程, 掌握好这门课的知识和技能将为他们更好步入工作岗位打下基础。

一、《电子整机装配实习》课程的特点

( 一) 综合性强。本课程从电子元器件的基础知识到电子产品的组装以及电子产品的调试包装等都作了较详细的说明和讲解, 所以对于学习这个专业的学生即将步入的工作岗位而言, 这门课程对学生的价值是不言而喻的, 同时这也是本课程综合性强的突出表现。综合性强的专业课程, 对学生的基础要求就比较高, 但是就中专的学生而言, 这恰巧就是弱点, 应用的知识多了, 不懂的也就多。具体的综合性还体现在以下几方面: 一是元件类型多、花样多不容易记忆。二是连接装配工艺呈现多样化。三是装配联接工具的自动化及专用化。四是新技术的广泛应用。

( 二) 可操作性强。《电子整机装配实习》是门操作性很强的理论课程, 它对学生电子方面知识体系的形成, 尤其是对操作技能水平、动手能力的提高有着非常重要的作用, 通过这门课程的学习和实习, 掌握了电子元器件的识别和使用方法, 以及电路的分析能力等, 同学们就可以自己找些电路, 根据自己兴趣爱好制作一些感兴趣的电子产品, 如电子门铃、抢答器、报警器等。这样既激发了同学们对专业课程的兴趣爱好, 同时还提高了其操作技能水平和动手能力。

( 三) 内容枯燥乏味。内容枯燥乏味也是所有专业课程的一个特点, 《电子整机装配实习》虽然教学内容明确, 学习内容充实紧凑, 但是在教学的过程中却也遇到了这样的难题, 主要是学生在学习的过程中容易枯燥和厌烦, 随着时间的推移, 所学内容越来越难, 再加上枯燥的内容, 同学们的学习兴趣和耐心会减弱, 新鲜感也没有了, 好奇心也没有了, 所以很容易疲倦, 而且有些同学学习基础差, 分析能力较差, 在这种挫折下, 就很容易气馁和放弃。

二、充分调动学生积极性, 组织好课堂教学

( 一) 多做实物演示, 激发学生学习兴趣。在教学的过程中根据本课程的特点, 教师可以多搜集些元器件或者整机装配方面的实物进行演示, 讲解其用途和应用以及装配程序, 再要求学生根据自己的体验举出一些类似的应用的实例, 以加深学生的印象, 这样可以使得学生获得更丰富的感性材料, 把理论和客观事物联系起来, 帮助学生形成概念, 揭示原理、法则。同时, 还可以引起学生的学习兴趣, 集中学生的注意力, 激发学生积极思维, 有助于学生形成良好的学习习惯。

( 二) 明确教学目的与要求, 让学生做到有的放矢。教学的最终目的是让学生掌握相应知识点, 掌握相关技能, 而每堂课都有不同的教学目的和教学要求, 所以每堂课开始的时候, 教师应明确地告诉学生本节课程学习目的、要求, 让学生做到有的放矢, 这样在学完本节内容后, 学生还可以对照学习目的, 反馈检查是否已经达到了目标要求。

( 三) 管理好课堂纪律, 创造好的学习氛围。纪律是学习的保障, 中专学生的课堂纪律一直是老师最头疼的问题, 没有好的课堂纪律就没有好的学习氛围, 在上课的过程中, 要尽量创造一种轻松和谐的课堂气氛, 不要总是板着脸, 严厉的批评有时候会起到反作用, 如能够经常真诚地鼓励和表扬一些“捣乱鬼”的点滴进步, 可能还会激发他们心中的上进心, 这样就有利于维持好的课堂纪律。

( 四) 建立检查、反馈制度, 及时了解学生的学习效果。有检查就有压力, 在教学过程中, 教师要建立检查、评价、反馈制度。学生有检查的压力, 亦能集中精力完成学习任务, 如果没有压力, 任学生想学就学, 不想学就不学, 也就无效率可言。在检查时, 教师还要及时作出评价, 及时反馈学生掌握情况, 对于学生提出的问题要及时解答, 这样也有助于提高教学效果, 提高教学效率。

三、利用好学校硬件设施, 多安排实验

《电子整机装配实习》是一门操作性很强、综合性强的理论课程, 那么要掌握好这门课程, 很重要的一点就是要利用好学校硬件设施, 多安排实验, 将理论和实践相结合起来, 才能发现理论学习中的一些问题, 掌握这门技能, 从心理学的角度分析可知对于程序性知识的掌握就是要通过大量的练习才可以实现的, 就像我们躺在床上看驾驶书却学不会开车一样的道理。只有通过实践的操作和练习, 才能更深刻、更形象地记住这些知识点, 掌握并提高学生操作技能水平和动手能力, 这样既激发了同学们对专业课程的兴趣爱好, 又可以在将来把所学知识更好地应用于工作实践中。

为了更充分利用有限时间和实验室器材, 更好地完成教学任务, 在安排实验的时候要注意以下几点: 一是因材施教, 因人而异选择安排实验内容。二是在实验中加入趣味成分, 比如在装电路的时候开展“电路比美大赛”。三是成立互助小组, 让动手能力强的学生带动差的学生。四是建立分组合作学习小组, 培养学生的合作精神。总之, 《电子整机装配实习》是一门综合性强、覆盖面广的课程, 对学生在校期间知识的积累、技能的提高、能力的形成都起到了举足轻重的作用。要掌握这门课程的精髓所在, 一是要深刻理解教材, 了解课程主要特点; 二是通过多方面调动学生积极性, 组织好课堂教学, 打好基础理论知识这个地基; 三是充分利用学校的硬件设施因材施教, 循序渐进地开展实验教学, 通过设置趣味性强的小实验, 分组学习等各种学习方法相结合的学习方式进行教学, 鼓励学生多动手, 反复练习, 就可以掌握这门课程及技能。教书育人是一个长期的过程, 需要我们赋予教学过程更多的耐心和坚持, 作为一项复杂、多变的教学工作, 只有我们全身心投入工作, 积极创新, 做到以学生为本, 开展创新式教学, 才能提高教学效果, 培养社会需要的全面型人才, 让学生的未来得到更多的发展和进步。

参考文献

[1]陈其纯, 王玫.电子整机装配实习[M].北京:高等教育出版社, 2006

[2]程迪.现代教育学教程[M].杭州:浙江大学出版社, 2011, 12

[3]陕西省技工院校教师职称评审工作办公室编写.教师上岗资格培训与继续教育辅导资料——教学法读本, 2007, 6

[4]广西壮族自治区教育厅组.职业教育教学法[M].上海:华东师范大学出版社, 2010, 8

红薯双行覆膜机的整机设计篇5

关键词：旋耕,起垄,集土,分土,覆膜

0 引言

自20世纪80年代我国成功研发红薯覆膜机以来,红薯单产和总产连年大幅度上升。但由于我国土地大多是小规模种植,且国家在机械化农业上投入的资金有一定的不足,导致红薯覆膜机在国内的研发与发展方面存在一定的阻碍。

国内红薯种植在每年的3-4月进行,此时的气温低,红薯不易成活,需要保温。目前,国内已经有一些旋耕起垄机和铺膜机。普通的耕作机械很少能够同时实现旋耕、起垄、覆膜和覆土作业,如将这些工序分开进行,则大大降低了工作效率,增加了劳动强度。近年来,随着耕作机械的发展,复合作业机不断地出现在农作业中,经查询能够实现双行起垄覆膜的机械依然很少,一般的铺膜机虽然可以将整张膜铺在两个垄上,但却无法实现两垄之间沟底部的薄膜压实作业。为此,只能将两垄外侧的薄膜外缘压实之后再往沟底部薄膜上填土或放水,用以镇压薄膜,这种作业方法同样需要两道工序,且作业效率低。为了保护农业生态环境,实现农业的可持续发展,最有效地利用和节约农业资源,提高农业劳动生产率和农产品商品率,保持农业在国际上的竞争力,国内急需结构新颖紧凑、地间转移方便、机动性好、操作方便和铺膜效果理想的旋耕起垄铺膜联合作业机。本文设计的红薯双行覆膜机能够有效地解决同时起垄双行覆膜的问题,克服现有技术不能一次完成整地、起垄和铺膜作业的不足,且占用劳动力少,降低农民的劳动强度,提高生产效率。

1 整机方案设计

1.1 工作原理

当拖拉机通过三点悬挂装置(1)牵引机组向前行进时,动力由拖拉机输出轴经万向节传动轴传到中间箱(3),再由中间箱(3)经过侧边箱(4)传递到旋耕刀轴(5)上,旋耕刀轴逆时针旋转时将土壤疏松,疏松的土壤有部分被旋耕刀抛送到传送带(12)上,经传送带输送至集土装置(9)中,剩下的土壤经过起垄铲(6)聚拢土壤且形成两条完整的梯形宽垄,调整起垄铲(6)可调节垄深、垄高和垄的整形效果。压在地上的地膜带动装配在在机架(2)后部的地膜轴(7)上的地膜转动,将地膜通过展膜辊(8)展平后铺于垄上,压膜轮(10)将膜边压住,由收集土壤的集土装置(9)经分土装置(11)把土壤分成3条落土带将地膜压住,完成整个作业过程。工作原理示意图见图1所示。

1.2 主要参数

配套动力:29.4～36.75kW拖拉机

幅宽/m:2

工作行数/行:2

起垄高度/mm:230～280

起垄宽度/mm:上底220～250

下底/mm:450～650

地膜规格/mm:宽1 950,厚0.008

展膜轮与镇压轮形式:海绵轮

工作速度/km·h-1:2～8

挂接方式 :三点悬挂

整机尺寸/mm:2 130×2 000×850

1.三点悬挂装置 2.机架 3.中间箱 4.侧边箱 5.旋耕刀轴 6.起垄铲 7.地膜轴 8.展膜辊 9.集土装置 10.压膜轮 11.分土装置 12.传送带

1.3 结构设计

本文设计的红薯双行覆膜机主要包括悬挂系统、旋耕部分、动力传动系统、起垄部分、覆膜部分和集土部分。

悬挂系统采用传统的三点悬挂连接方式将旋耕机与拖拉机连接,该连接方式拆装方便。

旋耕部分采用反转卧式旋耕,此处的反转是指刀辊旋转方向与拖拉机轮子的转向相反。旋耕刀由已耕地面入土,从耕层底部开始往上切土抛土,其目的是为了满足集土装置的需要,逆时针旋转的刀轴正好将部分土壤抛向集土装置的传送带。试验表明,逆铣所遇切削阻力较小,当耕深大于刀辊半径时,消耗功率也较小。

动力传动系统采用侧边传动形式,与中间传动形式相比,其优点是不会出现漏耕带,且传动平稳。

起垄部分采用起垄铲作业,起垄铲安装方便,可较方便地根据需要调整垄高与垄宽。

覆膜部分采用两端安装轴承的轴来固定薄膜轴,薄膜运作过程中受力均匀,达到覆膜的理想状态,其后安装了展膜轮用以平铺薄膜,使薄膜不出现铰结情况,且其拆装方便,利于整机的储存。

集土、分土和覆膜部分是该机的创新之处,打破了以往用覆膜轮覆膜的形式,下面重点对集土、分土装置做一介绍。

2 集土装置的工作原理

红薯双行覆膜机的集土装置主要分为集土机构、传动系统和分土机构。集土装置的基本工作原理如图2所示。集土装置传动系统的源动力来自于拖拉机的传动轴,集土机构通过前端旋耕机的反转使土向后抛而落到传送带上;传送带为刮板式,土被传送到达顶端后,进入集土箱,由集土箱中的分土机构进行分土;分土机构主要由集土箱、分土装置、支撑装置3部分组成,传送带上输送的土由于具有一定的初速度,将做平抛运动,进入集土箱体中,集土箱子底部有3个开口,分别对应分土装置的3个分土通道,土经分土通道落入垄间,正好实现压膜。

1.轴承端盖 2.挡土板 3.传送带 4.刮板 5.联轴器 6.齿轮箱 7.集土箱体 8.分土装置 9.支撑钢管

传送带前方辊子可以由连接板(1)固定于旋耕机上;齿轮箱体底座上有两根支撑钢管,焊接于箱体下方的连接板上,钢管另一端焊接在整机装置的横梁上;支撑钢管(9)为两根,一端焊接于分土装置上;另一端可以焊接于下方的横梁上,从而实现分土装置的固定。

2.1 设计参数

取土机构采用刮板传送带的方式取土,传送带末端利用箱体来进行集土;传动系统采用锥齿轮进行传动轴的变向;分土机构采用固定的管道进行分土,而分土的管道由垄宽和垄间距来确定;根据红薯双行覆膜机的总体设计方案来确定集土装置的总体尺寸。

箱体高120mm,上宽483mm,土的平抛距离为0.23～0.59m,下落高度为0.39m。轴直径为60mm,辊子半径为80mm,传送带厚度为10mm,传送带宽度为0.6m。

2.2 拖拉机输出轴转速的确定

土经传送带输送至最高点后做平抛运动,当平抛距离为0.23m时,计算得出轴的转速为n≈212r/min;当平抛距离为0.59m时,可得轴的转速为n≈552r/min。由于落土孔偏向箱体后侧,而且此箱体后侧为封闭箱体,土不会抛出箱体外,故轴的转速可选为540r/min。

2.3 主要结构设计

2.3.1 土的传送装置

由于本文的传动是对土的传送,且传动中心距较大,故可选用带传动中的平带传动,为保证土不壅堵在传动带的下端,在平皮带上安装一定数量的刮板,使得从反转旋耕刀抛来的部分泥土比较均匀地抛在传输带上。这种传动具有结构简单、传动效率高、带轮制造容易等优点。

2.3.2 传送带

传送带的设计主要针对其上的刮板分布来进行。由设计参数得知带的厚度为10mm,中心距为1 200mm,辊子的直径为140mm,则带的总长L=2 965.2mm。设计刮板间距为150mm,则刮板数量n=2 965.2/150≈19个,其示意图如图3所示。

2.3.3 分土装置

分土装置的设计主要是根据分土的作用来设计的。前端传送带上的土平抛入集土箱体中。由于是双行覆膜,两垄需要3条覆土带,所以在箱体下表面上设计有3个下土孔,土通过这3个孔落下,箱体下表面有一块连接板,板上有3个送土通道,而3个通道正好对应3个孔,于是下落的土通过通道顺利落到相应的位置,从而实现压膜。分土装置示意图如图4所示。图4(a)为分土装置的主视图;图4(b)为俯视图,此视图是由箱体的中间剖开,能够看到箱体下表面形成的3个孔及相应的3条覆土带。

3 试验

设计的红薯双行覆膜机经连云港市元天农机研究所研制样机,并在2009-2010年连续两年分别在连云港市东海农场、岗埠农场等地进行了田间生产性示范推广试验。集土装置是红薯双行覆膜机的一个关键性设计,其成功与否直接决定了覆膜结果的质量优劣,从而影响到红薯的种植,并对红薯的产量及其生产率带来较大的影响。试验表明:该机总体方案设计合理,操作简单,整机可靠性高,3行覆膜达到了设计要求,可代替人工开沟筑埂铺膜作业。

4 结论

本文设计的红薯双行覆膜机提出了一次完成整地、起垄和铺膜的设计思想,以弥补现有耕作机械之不足,实现旋耕、起垄、覆膜、覆土同时作业,大大降低了劳动强度,提高了生产效率。收红薯达到早种、早收、早上市,实现了作物增产,农民增收的目的。

参考文献

[1]王兆烨.几种地膜覆盖机的结构及工作原理[J].江苏农机化,2005(5):31.

[2]刘军干.地膜覆盖机开沟犁的设计[J].机械研究与应用,2002(3):64-66.

[3]中国农业机械化科学研究院.拖拉机及配套农机具产品指南[K].北京:机械工业出版社,1992.

[4]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册(上下册)[M].北京:中国农业科学技术出版社,2007.

数控纵切机床整机布局研究篇6

纵切机床主要用于加工各种轴类零件, 可以车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面, 能够满足黑色金属及有色金属高速切削的速度需求。适合航空、航天、汽车、摩托车、气动、液压、轴承、电子、仪器仪表、通信、医疗器械、电机等领域, 对转体类零件进行高效、大批量、高精度的加工[1]。

数控纵切机床经过40多年的快速发展, 目前国外产品的技术已经较为成熟。在国内, 纵切机床的发展处于刚刚起步状态, 技术还处于积累阶段。在这种背景下, 对数控纵切机床的整机布局研究就显得很有价值。机床整机布局包括机床的主要部件搭配关系、机床的轴数确定、机床的刀具配置确定等。机床的整机布局处于机床开发工作的上游阶段, 属于对机床功能的定位, 合理的机床布局是机床开发成功的前提条件。本文以不同加工工件为例, 对不同情况下的机床的型号选择及刀具配置进行了分析研究。

1 数控纵切机床布局特征

目前市场上的数控纵切机床五花八门, 各种产品层出不穷, 但总体来说, 与走刀类车床相比, 数控纵切机床有一个共同特征:车削过程中主轴箱沿导轨轴向移动, 在刀具附近配有导套对工件进行支撑, 加工过程中刀具与支撑导套始终保持很小的距离, 所以纵切机床加工精度不受工件长度的影响。

纵切机床的刀具主要包括排刀、径向动力刀、轴向动力刀及端面刀。根据机床功能的不同, 大体可将纵切机床分为三类:3轴数控机床、4轴数控机床及5轴数控机床。

1.1 3轴数控纵切机床

3轴数控纵切机床相对布局较为简单, 如图1所示, 机床3轴分别为:保持棒料进给的Z1轴, 保持刀具进给的X1轴及Y1轴。

3轴数控纵切机床的主要结构部件有:床身、立柱、主轴、导套、刀具等。3轴数控纵切机床结构简单、换刀快捷、可靠性极高, 能够加工大多数细长轴类零件, 可以车削各种螺纹、圆弧、圆锥及回转体的内外曲面, 能够满足黑色金属及有色金属高速切削的速度需求。在机床整机布局中, 刀具布局是直接影响加工工件特征的重要因素。以某款3轴数控纵切机床为例, 刀具布局可选择:1) 5工位或6工位的排刀, 用于车削外圆、螺纹、切槽、切断等工序;2) 3工位径向动力刀, 用于铣削平面、钻径向孔等工序;3) 4工位模块式径向动力刀, 可配旋风铣、锯片等特殊刀座模块;4) 5工位端面刀, 用于钻中心孔、攻丝、镗孔等工序。

1.2 4轴数控纵切机床

当工件对前后两个端面同时有加工要求时, 3轴数控纵切机床不能满足使用要求, 这时, 就应该使用4轴数控纵切机床。4轴数控纵切机床扩宽了工件的加工范围, 与3轴数控纵切机床相比, 增加了Z2轴, 如图2所示。

4轴数控纵切机床主要结构部件包括:床身、立柱、导套、主轴、副主轴等。4轴数控纵切机床配置有副主轴, 零件切断后可由副主轴抓取零件并完成零件切断面上的背面钻孔、镗孔等工序。4轴纵切机床主、副主轴具有同步回转 (速度同步) 功能, 安装在主轴上的零件的正面加工完成后, 机床可以不停机实现加工零件从主轴到副主轴的自动传递, 然后在副主轴上再进行零件背面的加工。因此, 可以实现零件的一次装夹, 自动完成零件正、反两面的车、铣复合加工。不但减少了设备的数量, 又大幅提高了生产效率, 同时还有效避免了工件二次装夹对加工精度的影响。但是由于4轴纵切机床主轴、副主轴需要共用滑板上的刀具, 因此在副主轴加工时主轴需要处于等待状态。

1.3 5轴数控纵切机床

5轴数控纵切机床具有副主轴横向移动功能, 包含移动轴为:X1/Y1/Z1/Z2/X2, 如图3所示。5轴纵切机床增加了4工位轴向刀座, 主轴与副主轴可以同时独立工作, 为工件的高效加工提供了可能。

5 轴纵切机床主、副主轴具有同步回转 (速度同步) 功能, 安装在主轴上的零件的正面加工完成后, 机床可以不停机实现加工零件从主轴到副主轴的自动传递, 然后在副主轴上再进行零件背面的加工。因此, 可以实现零件的一次装夹, 自动完成零件正、反两面的车、铣复合加工。不但减少了设备的数量, 又大幅提高了生产效率, 同时还有效避免了工件二次装夹对加工精度的影响。

由于5轴纵切机床增加了X2轴及用于副主轴加工的轴向刀座, 这样在零件背向加工时, 副主轴可以移动到其轴向刀座处进行加工, 不影响主轴继续工作, 相当于2台机床, 加工效率大幅提高。

2根据加工工件选择机床整机布局

在纵切机床开发之初, 首先要对市场进行分析, 明确机床主要客户群所属领域。再根据该领域的典型样件分析结果, 合理地进行机床整机布局。下面根据一些典型样件分析, 实际研究机床整机布局。

如图4所示为通讯行业典型样件, 材质为铜, 要求一次装夹完成车外圆、内孔、车外螺纹、车内槽、铣扁、钻侧面孔、切断。

根据样件图纸进行加工方案制作, 该工件工艺流程为:车端面→用前扫刀车外径及倒角→用准10铣刀铣扁→用槽刀车空刀槽→用60°的外牙刀车外牙→用中心钻在侧面钻3个夹角为120°的径向孔→用准7.5的钻头钻端面的底孔→用内孔镗刀镗准9.25、准7.6的孔及倒角→用内槽刀车内孔槽→用切断刀切下零件。根据工艺流程分析, 该工件需要使用动力刀及端面刀进行加工, 可选择3轴数控纵切机床, 刀具布置可选6工位排刀、3工位动力刀及5工位端面刀。

图5所示为电器行业典型样件, 材质为铜, 要求一次装夹完成所有加工工序。

根据样件图纸进行加工方案制作, 该工件工艺流程为:车左端面→钻φ5底孔→攻M6螺纹→车外圆→副主轴夹持切断→车右端SR12.8外圆。根据工艺流程分析, 该工件需要对切断面进行加工, 可选择4轴数控纵切机床, 刀具布置可选6工位排刀、5工位端面刀。

3结语

实践证明, 数控纵切机床的整机布局取决于客户需要加工的工件特征。因此在机床开发之初, 通过对典型样件的分析, 进而研究纵切机床的整机布局是一套行之有效的研发步骤。机床的整机布局涉及的因素很多, 本文仅对机床的轴数及刀具的基本布置情况进行了研究, 针对数控纵切机床结构特点, 很多领域还有待于技术人员进行分析研究。随着国内纵切市场的逐步开拓, 相信我们对纵切机的研究会得到飞速发展。

参考文献

[1]郭生, 林旭尧, 王喆, 主轴关键技术及其在纵切机床上的应用[J].制造技术与机床, 2013 (4) :132-134.