面向制造和裝配的食品機械研究設(shè)計

經(jīng)葉貴

【摘 要】分析了面向制造和裝配的機械系統(tǒng)設(shè)計的基本思路與內(nèi)涵，對目前行業(yè)發(fā)展對食品機械設(shè)計制造的要求與食品機械設(shè)計的現(xiàn)狀進行調(diào)研分析，重點探討了目前制造與裝配機械設(shè)計的方法在機械設(shè)計中的工程應(yīng)用，對其設(shè)計與加工過程中的相關(guān)要點與注意事項進行了詳細分析。結(jié)論表明，面向制造與與裝配的食品機械設(shè)計具有普通機械設(shè)計的特點與其特殊性，是目前機械設(shè)計領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】食品機械；設(shè)計；工藝；工程；研究

0 引言

目前國內(nèi)因為有效食品加工機械的缺乏導致了農(nóng)業(yè)資源的大量損失，因此實時有效適應(yīng)當?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展的食品加工機械就顯得尤為重要，能夠進行深加工的機械的設(shè)計開發(fā)具有廣闊的市場前景。由于食品加工的要求不同，因此新的定制類的食品加工機械的研究就顯得尤為重要。對于食品加工機械的設(shè)計要求具有一般機械類產(chǎn)品設(shè)計的基本要求，同時要能夠具有較短的加工周期與優(yōu)異的工作性能，而且要能夠方便操作、維修，保證設(shè)備能夠最大限度進行生產(chǎn)并創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)的食品機械相對滯后，不能完全滿足食品加工的實際需求，其主要原因是目前食品機械設(shè)計過分側(cè)重原理的研究與功能的實現(xiàn)，缺乏相應(yīng)的規(guī)范以及加工工藝，導致了產(chǎn)品的缺乏標準化，產(chǎn)品的后期的維修與升級難度較大。這些存在的現(xiàn)實問題都需要具有良好的機械設(shè)計思想，并不斷加以優(yōu)化與實現(xiàn)。

1 面向制造與裝配設(shè)計

面向制造與裝配設(shè)計（design fir manufacturing and assembly）屬于并行設(shè)計工程理念在機械設(shè)計中的實際應(yīng)用。在整個機械產(chǎn)品設(shè)計過程中，并行工程的理念貫穿整個產(chǎn)品設(shè)計周期。在具體工程項目設(shè)計中，從初期到最后都要能夠?qū)Ξa(chǎn)品的可制作性、易裝配性、易調(diào)試與維修性等方面的性能進行充分的考慮，保證產(chǎn)品在制作與裝配的實際過程中能夠最大限度減小修改，以此提升機械產(chǎn)品設(shè)計的效率，并能夠有效降低開發(fā)設(shè)計成本。面向制造與裝配設(shè)計具有面向制造與面向裝配兩個方面的內(nèi)容，在產(chǎn)品設(shè)計階段主要考量的是產(chǎn)品可制造性與產(chǎn)品的功能的實現(xiàn)，在具體的零件設(shè)計過程中則主要是考慮結(jié)構(gòu)安裝的方便，保證機械產(chǎn)品的配件種類少，數(shù)量少，標準件多。

應(yīng)用DFMA的工程理念進行機械產(chǎn)品的設(shè)計可以極大提升機械產(chǎn)品的開發(fā)效率，根據(jù)統(tǒng)計，采用DFMA的理念進行食品類機械的設(shè)計能夠?qū)⒘悴考臄?shù)量降低為原來的一半左右，機械裝配時間可以節(jié)約三分之一左右，整個機械產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期大致為原來的一半。DFMA主要體現(xiàn)的標準化與模塊化設(shè)計，所設(shè)計的機械產(chǎn)品便于安裝、調(diào)試、操作與維修。

2 DFMA食品機械工程設(shè)計應(yīng)用分析

一般而言，小型食品機械都具有至少幾百個機械零件與大量的電子設(shè)備，依照傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法，在設(shè)計中會存在以下幾個方面的問題，首先是零件種類太多，尤其是大量的非標準件，其次是設(shè)計成本高、裝配難度大，操作維修不方面等。

2.1 傳統(tǒng)機械設(shè)計案例

以食品機械中常見的液體自動包裝機械為例，在液體包裝機中對于液體的定量定時控制都是采用活塞運動來實現(xiàn)，某小型活塞運動控制機械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 基于DFMA的設(shè)計分析與優(yōu)化

對圖1的小型食品機械進行分析，按照DFMA的原則其中有以下幾個方面需要進行修正與優(yōu)化。

本設(shè)計中對于各個傳動軸的結(jié)構(gòu)尺寸進行了確定，但是沒有盡量采用軸套的標準件，這增加了設(shè)計與制作的難度，與DFMA的原則不一致，按照DFMA的原則修改為標準化的軸套，并進行優(yōu)先選擇，最后確定本產(chǎn)品相關(guān)軸的具體尺寸。

拔叉件需要連桿的傳動才能夠正常工資，因此對于軸的制造精度有明確的要求，設(shè)計中裝配面太大會導致軸外表面與空的內(nèi)表面的加工成本過高，所以在設(shè)計中要能夠盡量縮短軸向配合長度。

支承座的加工難度較大，在機械設(shè)計中屬于不規(guī)則件，按照DFMA的標準，支承部分與兩側(cè)的固定部分應(yīng)該在同一平面，以降低固定部分螺孔端面的機械加工量。

圖中的拔叉根據(jù)其未來的使用功能只需要在一個維度進行開口，多余的開口設(shè)計應(yīng)該廢除。

2.3 討論

從本文中提出的小型食品加工機械是一個相對較為簡單的機械機構(gòu)，但是從DFMA的標準進行分析可以總結(jié)出設(shè)計中存在的問題與機械設(shè)計改進優(yōu)化的原則與方案。標準件的大量使用可以有效降低設(shè)計的成本，縮短產(chǎn)品的研制周期，同時也能夠有效降低在生產(chǎn)制作設(shè)備中的人力勞動，縮短產(chǎn)品的研制周期；同事對于冗余的結(jié)構(gòu)要能夠盡量消除，這樣可以加快生產(chǎn)的進度；對于裝配聯(lián)接部分的設(shè)計可以保證裝配的有效性。在機械產(chǎn)品設(shè)計中要能夠?qū)FMA的理念在各個子系統(tǒng)與整體系統(tǒng)進行應(yīng)用，保證在設(shè)計、制造、裝配以及維護各個階段都能夠最大程度降低設(shè)計與維護成本。

3 結(jié)論

面向制作與裝配的設(shè)計理念的根本內(nèi)涵與本質(zhì)就是要能夠提升機械設(shè)備的設(shè)計效率，減少在設(shè)計與使用中存在的各種問題，通過對產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短來提升產(chǎn)品的性能以及經(jīng)濟效益；DFMA的實施方案就是通過現(xiàn)代化的管理手段與先進的計算機輔助設(shè)計工具，保證所設(shè)計的產(chǎn)品能夠便于制造與裝配。面向制造與裝配的設(shè)計從根本上有效解決了機械產(chǎn)品設(shè)計成本的相關(guān)問題。DFMA的設(shè)計思想與方法的應(yīng)用能夠?qū)Σ牧系倪x擇、結(jié)構(gòu)的確定等信息進行優(yōu)化決策，在食品機械行業(yè)中，數(shù)量眾多的非標準化的食品機械不斷需要進行腌制與換代，在設(shè)計的全過程中都要能夠采用DFMA的設(shè)計方法，不斷積累設(shè)計經(jīng)驗，在實踐中不斷優(yōu)化，以滿足食品行業(yè)對食品機械設(shè)計的需求。

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[責任編輯：張濤]endprint