CAD/CAM 制造信息化技术的理论及应用课程设计（论文）CAD/CAM 制造信息化技术的理论及应用课程设计（论文）对自行车安全警示灯基于DFMA的改进小组成员：周宇、高巍、周姝、王永指导教师：于华 2006年11月30日摘 要本文讲述的是对于一款自行车安全尾灯基于DFMA技术的分析与改进。首先对该车灯的功能进行了简单的描述，对车灯的结构进行了分析，然后基于DFMA技术，从产品的设计与装配两个角度对车灯进行了改进设计。本文采用CATTIA设计工具，对原始灯型及改进后的灯型进行了软件环境下的建模，通过实物对比，直观准确地说明了基于DFMA技术的分析与改进。在改进过程中，本文从装配时间，设计制图，工艺制造，力学分析等角度对车灯的改进进行了详细的DFMA分析，实现了对车灯电路板固定方式，灯体与座管连接器的固定方式的改进，从材料成本，装配成本，模具成本三方面对产品设计进行了DFMA优化，一旦应用于实际生产，这必将大大降低产品成本，实现生产商的利益最大化。关键词：DFMA 尾灯 分析 改进ABSTRACTAn analysis of the lamp fixed on the back of a bicycle for an alert is presented with a focus on its components and their functions, materials, and other specifications. The methods and paradigms used the analysis of manufacture, assembly, materials selection, cost, times, and other factors followed, and a Design for Manufacture and Assembly (DFMA) method was fully taken into consideration during the process.Keywords: DFMA, Flash Light, Analysis, Change前言目 录第一章 前言11.1自行车警示灯简介11.1.1功能11.1.2 使用方法11.2 DFMA研究的目的和意义2第二章 车灯原形分析32.1 零件32.1.1 座管套（图2-1）32.1.3 卡子（图2-3）42.1.4 灯座（图2-4）42.1.5 电路板（图2-5）52.1.6 反光板（图2-6）52.1.7 灯罩（图2-7）62.1.8 其他附件（图2-8）62.2 装配7第三章 用DFMA进行改进93.1 概述93.2 针对电路板与灯座连接的改进93.2.1 设计思想93.2.2 设计图113.2.3 力学分析183.2.4 制造工艺193.2.5 前后对比193.3 针对灯座与车坐杆的连接203.3.1 设计思想203.3.2 设计图213.2.3 力学分析243.2.4 制造工艺253.2.5 前后对比26第四章 结论27参考文献28致谢2830第1章 前言1.1自行车警示灯简介1.1.1功能本产品用于在夜晚行车时使用，警示行人、车辆避让，以防撞车事故的发生。（图1-1）图1-1 产品功能1.1.2 使用方法安装电池后将警示灯固定在座管上，灯内包含3个发光二极管。轻按按钮，三个二极管同时闪烁；再次按下按钮，三个二极管依次闪烁；第三次按下，灯常亮；第四次按下，灯熄灭。1.2 DFMA研究的目的和意义DFMA, Design For Manufacture and Assembly, 是面向制造和装配的设计，目的是改进设计，是设计的零部件便于制造和装配，从而提高生产效率。它能够为企业生产提供有效的支持；保证良好的开放性、可集成性和可重构性；保证现有投资的长期性；保证安全性和保证信息工程的高效及低成本。在产品设计的早期阶段考虑与制造有关的约束，指导设计师进行同一零件不同材料和工艺选择，对不同制造方案进行制造时间和成本的快速定量估计，全面比较与评价各种设计与工艺方案。因此设计团队根据这些定量的反馈信息，在零件的早期设计阶段就能够及时改进设计，确定一种最满意的设计和工艺方案。从而在产品开发过程中减少了所需零件数（从而精简产品结构）、改进了装配性能、降低了产品成本，提高了生产效率。在本次设计中，我们将通过对自行车安全警示灯的DFMA设计，深刻认识DFMA，从而掌握这种设计方法。车灯原型分析第2章 车灯原型分析2.1 零件自行车警示灯由一个座套管、一个T型连接器、一个卡子、一个灯座、一块电路板、一块反光板、一个灯罩、一组螺栓螺母、两对螺栓组成。下面一一进行介绍。2.1.1 座管套（图2-1）图2-1 座管套模型图座管套的材质是塑料的。将自行车警示灯固定在自行车上合适的位置。两端有孔便于螺母穿过。2.1.2 T型连接器（图2-2）图2-2 T型连接器模型图T型连接器的材质是塑料的，用于连接卡子和座管套，一端有槽，一端有孔。2.1.3 卡子（图2-3）图2-3 卡子模型图卡子的材质是塑料的，它一端穿过T型连接器一端的槽，与T型连接器相连，T型连接器可在卡子上滑动；另一端有两个小孔，可以通过一对螺钉与灯座相连。2.1.4 灯座（图2-4）图2-4 灯座模型图灯座的黑色部分的材质是塑料的。灯座底部有一个大孔和两个小孔，大孔用于放置开关，两个小孔便于用螺钉固定卡子；底座内部有两个小凸起，凸起上有小孔，便于用螺钉固定电路板；另外，还插入了一组跟电池接触的金属片。2.1.5 电路板（图2-5）图2-5 电路板模型图电路板上留有两个小孔，便于用一对螺钉将其固定在灯座内部的小凸起上。同时，电路板上焊接有LED灯，是唯一的发光元器件。2.1.6 反光板（图2-6）图2-6 反光板模型图反光板的材质是塑料的，上面涂有反光材料。两个红色内灯罩能起到聚合光源的作用。2.1.7 灯罩（图2-7）图2-7 灯罩模型图灯罩的材质是塑料的。装配灯罩是整个自行车警示灯装配过程的最后一环，灯罩有调节光源、保护内部元器件，以及防水的作用。2.1.8 其他附件（图2-8）螺栓、螺母组是金属材质。两对螺钉都是金属材质。 图2-8 开关实物图开关的蓝色部分是塑料材质的。内部黑色的部分是导体，按下开关时，导体与电路板接触，导通电路。2.2 装配2.2.1螺栓穿过座管套和T型连接器上的孔，螺母在螺栓的另一端旋紧，将座管套和T型连接器连接在一起。卡子穿过T型连接器上的槽。（图2-9）图2-9 卡子、T型连接器装配模型图2.2.2将开关放入灯座的孔中，用一对螺钉将电路板固定在灯座上。（图2-10）图2-10 电路板装配实物图2.2.3将反光板安装在电路板上。（图2-9） 图2-9 反光板装配实物图2.2.4安装灯罩。（图2-10）图2-10自行车安全警示灯实物图用DFMA进行改进第3章 用DFMA进行改进3.1 概述经过反复拆卸，我们对于车灯的构造和装配顺序有了一定的掌握。进而发现影响装配效率的最主要因素集中在以下几处：1. 用来固定电路板的两个小螺钉。这两个螺钉尺寸很小，要将其对准螺孔会比较困难，同时在装配过程中也很容易滑落和遗失。2. 与灯座相连的卡子。装配这个卡子同样需要两个与上述螺钉尺寸相同的螺钉。影响效率的理由同上。3. 座管套，T型连接器，卡子构成的固定结构过于复杂，装配相当耗时，而且需要制造三个模具，成本较高，且用户使用起来不太方便。针对上述问题，我们进行了如下改进：1. 将固定电路板用的两个小螺钉换成卡子；2. 对灯座与座管的连接方式进行了整体改进。对于重新设计的部分，我们绘出了工程图，确定了相应的尺寸，给出了制造工艺，并与原设计进行了比较。3.2 针对电路板与灯座连接的改进3.2.1 设计思想原电路板是通过在板上打孔，在底座上用模具做了两个螺孔，利用小螺钉固定的（图3-1），现在我们用三个卡子对电路板进行固定，远离开关的一端是一个平头卡子，开关这端做两个带斜面的活动卡子。利用塑料的弹性使活动卡子能在小范围内活动，卡子头部的斜面可使电路板方便的插入（图3-2）。图3-1 原底座图3-2 改进后的底座3.2.1.1 平头卡子的设计平头卡子位于灯座内部远离开关的一端，装配的时候应先将电路板非开关端插入该卡子内（图3-3）。图3-3 平头卡子及其剖视图3.2.1.2活动卡子的设计活动卡子位于车座内部靠近开关的一端，电池极板槽与开关孔之间，其头部为斜面，当电路板的非开关端插入平头卡子之后，只需要用力下压，电路板带有开关的一端就能进入活动卡子内，与平头卡子将电路板牢牢地固定住（图3-4），大大提高了装配速度的同时，避免了使用成本较高的螺钉（图3-4）。图3-4活动卡子及剖视图为配合改进后的尺寸，电路板须加长3mm，但并没有没有改变电路板的工作原理。改进后开关孔在电路板的顶端（图3-5）。图3-5开关位置3.2.2 设计图3.2.2.1 灯座设计图为了配合卡子的设计，去掉了原来禁锢螺钉用的凸起，并对开关按钮孔的位置进行了调整。同时考虑模具的制造，在卡子的下方底座上均留有通孔。改进后灯座内部俯视如图3-6。图3-6俯视图细节I为平头卡子俯视图（图3-7），细节H为活动卡子俯视图（图3-8）。图3-7 细节I 图3-8细节H中纵剖面如图3-9所示。图3-9截面视图A-A细节F为平头卡子端（图3-10），细节G为活动卡子端（图3-11）。图3-10平头卡子端 图3-11活动卡子端左视图截面D-D为活动卡子的横截面，截面E-E展现了固定卡子（图3-12）。图3-12左视图右视图截面C-C为平头卡子，截面B-B展现了活动卡子（图3-13）。图3-13右视图后视图中可以看到一个1.5*10的开孔和一个5*1.5的开孔，用于产品加工中模具的制造（图3-14）。此开口同时可用来连接座管卡（3.3节）。图3-14 后视图改进后的等轴视图可看出对功能和外观均没有作过多变动，符合DFMA要求（图3-15）。图3-15 等轴视图3.2.2.2 电路板改进图在3.2.1.2节中我们提到，为了配合改进的设计，电路板的尺寸增加了3mm,原电路板的设计尺寸如图3-16所示，改进后的电路板设计尺寸如图3-17所示。图3-16原电路板设计图及其尺寸图3-17 改进后电路板设计图及其尺寸显而易见，在保持原电路板设计的基础上，改进的电路板长度增加了3mm，除去了原固定电路板用的小孔，减少了制造工序，进而降低了电路板的残品率。产品对比图如图3-18和图3-19所示。 图3-18原电路板 图 3-19 改进后电路板3.2.3 力学分析活动卡子斜面