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1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前題是要理解該產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括國(guó)標(biāo)及出口國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，使參數(shù)設(shè)計(jì)符合要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要，基本上就是定型產(chǎn)品了，包括各個(gè)零部件的材料、質(zhì)量及加工工藝，可以預(yù)計(jì)產(chǎn)品的價(jià)格、功能情況。同時(shí)，好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以節(jié)約能源和原材料，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，并使得裝配容易等。例舉產(chǎn)品的機(jī)頭內(nèi)部圖如圖2所示。

1.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循自頂向下的裝配思路，通常畫(huà)出裝配草圖。先簡(jiǎn)單畫(huà)出零件功能造型，經(jīng)裝配后再修改成實(shí)際形狀。創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)，可重復(fù)地使用庫(kù)里的零件，也可通過(guò)修改參數(shù)做出一個(gè)新零件，提高了設(shè)計(jì)效率。

1.2干涉檢查是三維設(shè)計(jì)軟件最大的優(yōu)點(diǎn)，非常實(shí)用與方便，其目的是減小設(shè)計(jì)過(guò)程中的疏忽。運(yùn)行干涉檢查，可在本裝配中以警告色顯示干涉處，也可在不同的剖切面直觀顯示，檢查移動(dòng)零件有無(wú)碰撞情況，修改好零部件直到?jīng)]有出現(xiàn)干涉。

1.3按設(shè)計(jì)要求模擬出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，提高設(shè)計(jì)的成功率。通過(guò)運(yùn)動(dòng)模擬，可以擺脫大量的復(fù)雜計(jì)算，避免了重復(fù)的制圖，減少了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)。曲軸與給進(jìn)刀架簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果如圖3所示。圖中的曲軸以500r／min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)刀架按水平方向做往返運(yùn)動(dòng)。通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析及綜合模擬情況的反饋，進(jìn)一步地調(diào)整結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)更合理。

1.4靜態(tài)應(yīng)力分析，其歸屬于有限元分析，是軟件的高級(jí)應(yīng)用。如圖4所示為數(shù)控插針機(jī)上部的圓盤(pán)支架中心軸靜態(tài)應(yīng)力分析配置圖。指定中心軸為普通碳鋼（屈服強(qiáng)度為220MPa，密度為7800kg／m3），固定好約束面，對(duì)中心軸施加1000N的靜態(tài)壓力，網(wǎng)格化分析零件（網(wǎng)格尺寸5mm×5mm，網(wǎng)格公差±0．25mm）。圖5所示為分析的結(jié)果圖，最大應(yīng)力處在中心軸的根部為32．7MPa，最大位移處在中心軸的頭部0．02mm處。分析結(jié)果符合使用要求。工程材料的力學(xué)性能有屈服強(qiáng)度、塑性性能、硬度等參數(shù)，他們是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與選用材料的主要依據(jù)，關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量與使用壽命。在實(shí)際設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員時(shí)常是通過(guò)對(duì)相同材料、形狀相近的樣件與設(shè)計(jì)件進(jìn)行比較，記錄好數(shù)據(jù)，來(lái)提高對(duì)結(jié)構(gòu)的判定能力與選擇材料的經(jīng)驗(yàn)。

2知識(shí)擴(kuò)展

知識(shí)擴(kuò)展對(duì)設(shè)計(jì)人員也很重要，只有學(xué)到這方面的知識(shí)，才能設(shè)計(jì)出真正的產(chǎn)品，才能正確加工設(shè)計(jì)件，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以成功實(shí)現(xiàn)。工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中常用的知識(shí)如下。

2.1鈑金知識(shí)鈑金歸屬于沖模，如圖6所示為機(jī)床前蓋的外形與鈑金展開(kāi)圖。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)修改折彎系數(shù)（K因子）與軟件內(nèi)置計(jì)算表，來(lái)提高展開(kāi)尺寸的準(zhǔn)確度，通過(guò)調(diào)整鈑金件的形狀，來(lái)改善實(shí)際生產(chǎn)中的合理排料。級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)有Logopress插件，UG為Pro－gressive、Die、Wizard，軟件中的模擬程序可方便地計(jì)算沖模的中心重力點(diǎn)、材料的使用率及需要的沖床壓力噸位。特別是Logopress插件，正確裝配好模具零件后，在軟件中設(shè)定好進(jìn)料步距、沖頭行程、卸料行程，可以模擬出沖孔、翻邊、拉深等各個(gè)工位狀態(tài)的動(dòng)畫(huà)。

2.2模具知識(shí)模具廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、家用電器等領(lǐng)域。工程塑料具有質(zhì)量輕，耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的塑料件可代替復(fù)雜加工的金屬件。隨著高分子工程塑料的性能提高，更多的金屬零件被塑料零件所代替。如圖7所示是本機(jī)器內(nèi)部電器盒的模具分解圖，在圖中可以看到產(chǎn)品、已分開(kāi)的靜模腔、動(dòng)模芯、銅極及側(cè)抽芯。此產(chǎn)品的材料為阻燃聚碳酸酯，可順利脫模，模具工藝正確，設(shè)計(jì)件符合注塑加工。注塑模、壓鑄模設(shè)計(jì)有Imold插件，UG為Moldwizord，包括設(shè)計(jì)初始化、模具修補(bǔ)、分型、標(biāo)圖7電器盒的模具分解圖準(zhǔn)模架的添加、標(biāo)準(zhǔn)件的添加和管理、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。

2.3測(cè)量知識(shí)測(cè)量要依據(jù)機(jī)械制圖的繪圖原理，合理選擇基準(zhǔn)面與參照點(diǎn)。在測(cè)量各零部件的尺寸中，遇到難以測(cè)量的配合尺寸，要制作專用量具或必要時(shí)剖切產(chǎn)品來(lái)測(cè)量。對(duì)高精度的曲面可借助三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。

3結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量地簡(jiǎn)單化，簡(jiǎn)單代表可靠與穩(wěn)定，可簡(jiǎn)化裝配，減小成本。隨著裝配件的增加，相互傳遞過(guò)程功耗會(huì)增加，容易增加故障的范圍。設(shè)計(jì)產(chǎn)品要以市場(chǎng)為目標(biāo)，也要與企業(yè)生產(chǎn)能力相結(jié)合，聯(lián)系實(shí)際情況，設(shè)計(jì)才會(huì)有價(jià)值，設(shè)計(jì)才會(huì)持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展。當(dāng)今產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短，設(shè)計(jì)人員更要緊跟社會(huì)技術(shù)的步伐，擴(kuò)展相關(guān)行業(yè)的知識(shí)，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品在品質(zhì)、美觀等方面逐步地完善，更好地滿足人們的要求。

作者：雷小建單位：浙江嘉興學(xué)院機(jī)電一體化