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［摘要］ 提出了将DFM和DFA结合进行面向并行工程的DFMA研究的设想，介绍了将DFMA应用于摆线针轮行星减速器设计的原型系统，重点分析了摆线针轮行星减速器产品的设计，进行了产品装配关系分析、建立装配性能评价系统，在Autocad环境下完成三维模拟拼装。
关键词：面向制造的设计(DFM)；面向装配的设计(DFA)；摆线针轮行星减速器；装配设计
中图分类号：TH12　　文献标识码：A

Based-DFMA assembling design of cycloid planetary reducer with needle rollers

(East china shipbuildign institue ， Zhengjiang 212003, China)

［ Abstract ］ This paper brings forward a suggestion that combinates DFM and DFA to research concurrent Engineering-oriented DFMA, introduces the prototype system which is applied to design cycloid planetary reducer with needle rollers, especially analyses the assembling design of cycloid planetary reducer with needle rollers. it also analyses the assembling relations of products, builds a evalution system for assembling performance, introduces the 3D assembling simulation under the environment of AutoCAD.
Key Words ： Design For Assembling(DFM); Design For Manufacturing(DFA); Cycloid planetary speed reducer with needle rollers ； assembling design

传统的产品设计制造模式，又称“串行工程”，其产品开发的过程是顺序完成的，彼此是反馈式的信息交流。整个设计制造中的环节一般由不同的部门负责，他们以本环节的需求和优化为出发点，很少也很难同时考虑相关环节的需要，按这种串联模式，设计人员只负责按照功能要求完成产品的运动学设计、力学分析、强度和刚度校核，并完成画图，对于如何加工生产被认为是制造工程师的事，这种“扔过墙”(over the wall)式的设计，直接影响产品的设计质量、开发周期和制造成本，已难以适应激烈的市场竞争。

并行工程(Concurrent Engineering)是针对传统的串联开发顺序而言的，是从改进产品设计过程的角度出发，并行地、集中地完成产品及其相关制造过程的设计，以保证产品的结构与其功能需求，相关的制造性能要求，装配性能要求相适应。并行工程的实施有两种基本方法：基于团体的和基于计算机的方法。基于计算机的方法，针对计算机而言，主要有：面向制造的设计(DFM)、面向装配的设计(DFA)、使用性能(DFQ)设计、可靠性设计(DFR)等。

面向制造的设计(DFM)是一种设计方法，其主要思想是在产品设计时不但要考虑功能和性能要求，而且同时考虑制造的可能性、高效性和经济性，即产品的可制造性，其目标是在保证功能和性能的前提下使制造成本最低。根据DFM，在设计是不仅很多隐含的工艺问题能够及早暴露出来，避免了设计返工，而且通过对不同设计方案的可制造性分数进行评估取舍，根据加工费用进行优化，能显著降低成本，提高市场竞争力。面向装配设计(DFA)是对设计反应装配的难易程度，是一种优化产品结构的设计，以获得最低的装配费用的技术。DFA在产品设计阶段，通过分析影响产品装配的各种因素，对产品的可装配费用的技术。DFA在产品设计阶段，通过分析影响产品装配的各种因素，对产品的可装配性进行评价，在评价基础上，给出再设建议，通过再设计，使产品易于装配，从而降低产品的装配费用。

如何将产品的可制造性和可装配性在产品设计阶段一并予以考虑，实现面向制造和装配的设计(DFMA)是并行工程的研究方向之一。这里针对摆线针轮行星减速器提出了面向制造和装配的设计(DFMA)，介绍了该系统原形(BXL-DFMA)，并重点分析了摆线针轮减速器的装配设计。

1　基于DFMA的摆线针轮行星减速器设计原型系统

1.1　原型系统介绍

(1)原型系统结构　根据面向并行工程的DFMA的设计思想，结合摆线针轮行星减速器的结构特点，针对镇江轻工机械总厂生产摆线针轮行星减速器的条件和情况，研制开发了BXL-DFMA原型系统，该系统的结构框图见图1。

图1　DXL-DFMA原型系统结构框图

(2)原型系统菜单结构及开发　根据原型系统结构，在中文Win95环境下，以AutCAD13.0、Visual Basic、Foxpro 3.0为系统开发软件，初步完成BXL-DFMA原型系统的开发，该系统的菜单结构见图2。

图2　BXL-DFM原型系统菜单结构

1.2　模块设计介绍

(1)产品设计模块　产品设计模块包括产品总体设计和零部件校核计算部分。产品总体设计是根据摆线针轮行星减速器的工作原理和设计计算过程，编程完成该模块的开发，输入减速器的传统结构形式、传动功率、传动比、使用寿命和输入轴转速，通过辅助设计和优化设计，求得产品的主要传动参数和结构参数，即摆线针轮齿数Z a 、针轮齿数Z b 、针轮直径D z 、短幅系数K 1 、偏心距e、转臂轴承型号、摆线轮结构尺寸、柱销孔尺寸及数目、中心圆直径等。将产品的主要参数存入产品库，供装配关系分析和零件造型使用。

零部件校核计算是根据装配关系分析确定的零部件主要尺寸及特征造型生成的零件，分别进行强度校核，刚度校核或寿命计算，保证零部件在规定工作寿命下，不发生失效，若校核不满足要求，可进一步修改特征造型和主要尺寸。

(2)产品的装配设计　根据产品总体设计形成的产品数据，完成摆线针轮行星减速器的总体概念设计，确定装配关系，完成装配性能评价，并在AutoCAD13.0、AME下完成三维装配模拟。

(3)零件特征造型　根据装配关系确定的零件主要尺寸及精度要求，进行零件的特征造型。零件特征造型旨在完整地描述零件的形状特征和加工信息，根据产品的特点主要完成了轴类和盘套类零件的特征造型。特征造型过程中所形成的信息均记录在零件数据库中［4］。并同时生成三维图形。零件数据库信息供可制造性评价和可装配性评价及出图用，三维图形供装配模拟用。

(4)零件可制造性评价　根据镇江轻工机械厂的生产情况，建立供评价用的制造资源库，包括机床库、刀具库、切削库、切削参数库、加工余量库，并建立加工方法库和评价知识库［3、4］。针对所完成的零件特征造型按加工方法库确定零件的可加工方法，利用制造资源库和评价知识库完成零件的结构工艺性分析、可制造性和制造经济性的综合评价，提出评价结果及选用方案和修改建议。

2　摆线针轮行星减速器的装配设计

2.1　产品装配关系分析

根据产品总体设计形成的产品数据，结合摆线针轮行星减速器的结构情况完成摆线针轮减速器的总体概念设计，确定结构型式及其它设备的关系，即支承固定形式、输入和输出联接方式；动力、运动的传递关系：即输入轴—偏心轴—转臂轴承—摆线轮—针齿套—摆线轮—柱销套—输出轴；零部件的划分及其相互间的支承联接方式和主要配合尺寸。

根据完成的产品总体概念设计，分析确定产品主要零部件间的结构层次关系。将摆线针轮减速器划分为四个部件即输入部件、传动部件、输出部件、支承部件。输入部件由输入轴、前轴承、前套筒、后套筒、后轴承组成，并有三个零件与其它部件的4个零件具有装配关系；传动部件由偏心套、轴承转臂、摆线轮、针齿套、针齿销、针齿壳组成，并有四个零件与其它部件的四个零件发生装配关系；输出部件由柱销套、柱销、输出轴、前轴承组成，并有四个零件发生装配关系；支承部件由前端盖、后端盖、机壳、前密封圈、后密封圈组成。

根据产品的结构层次关系，分析确定摆线针轮行星减速器的装配关系，建立五个装配关系矩阵，表达摆线针轮减速器的整个装配关系。表1为装配关系矩阵之一，表达了总体装配关系。矩阵内代号由四位数组成，第1位表示第几矩阵号，第2，3位表示矩阵内零部件代号，第4位表示零部件间的接触装配数(见表1)。

表1　装配关系矩阵

对于产品零部件之间的装配关系，主要确定其接触形式，装配方向，定位形式及位置，配合尺寸和精密等级，固定形式等。根据装配关系矩阵及装配关系所确定内容，建立装配关系描述表(见表2)。

表2　装配关系描述

零部件	装　配 相关件	关系代号	接触形式	装配方向	定位形式及位置	配合尺寸及精度				固定 形式
					形式位置	尺寸 1	尺寸 2	尺寸 3	尺寸 4

根据产品的结构层次，装配关系矩阵，装配关系描述，建立装配关系库。供零件特征造型、零部件校核计算、可装配性能评价、可制造性评价及装配模拟使用。

2.2　可装配性评价

可装配性评价主要是根据装配关系分析形成装配工艺，建立产品装配评价知识库，进行产品装配性能评价，影响可装配性的因素有零部件因素、系统因素和工艺因素。产品可装配性指标包括经济、技术两方面，经济性指标包括装配时间和装配成本，即产品单件装配时间定额Ta、单件装配成本Ca［5］，整体装配时间(包括辅助时间)、整体装配成本；技术性指标指产品的结构化和标准化系数、装配难易程度系数(指装配过程中一系列运动的成功概率的乘积)。得到产品的可装配性指标后就可以定量判断产品的装配难易程度，评价设计的优劣。根据镇江轻工业总厂的生产条件初步完成了输入部件的可装配性评价。

2.3　装配模拟

利用装配模拟(仿真)可直观了解产品装配过程，并同时可进行动态和静态干涉检查分析。根据装配关系库，查找形成输入部件的装配数据文件，在Autocad环境下，利用Autolisp或ADS编制装配文件，调用零件库三维图形及装配数据文件，完成输入部件的三维装配模拟，并可进行必要的分析检查。

3　结论

并行工程的研究及应用对整个制造业将产生极大的影响。DFM和DFA技术是并行工程中的关键技术之一，其研究具有重要意义。这里探讨了一种将DFM和DFA结合进行DFMA研究的设想，并针对摆线针轮行星减速器的设计提出原型系统。重点分析了摆线针轮行星减速器的装配设计，进行了产品装配关系分析，建立了装配性能评价系统，并进行装配模拟。

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