面向装配的设计指南

摘自《面向制造和装配的产品设计指南》（钟元编著）一书

王永平

1、装配的定义：装配是指把多个零件组装成产品，使得产品能够实现相应的功能并能体现产品的质量。

2、最好的装配工序：零件很容易识别；零件很容易被抓起和放入装配位置；零件能够自我对齐到正确的位置；在固定之前，零件只有唯一正确的装配位置；快速装配，紧固件很少；不需要工具或夹具的辅助；零件尺寸超过规格，依然能够顺利装配；装配过程不需要过多的调整；装配过程很容易、很轻松。

3、面向装配的设计：通过一系列有利于装配的设计指南，简化产品结构，使其便于装配，为提高产品的质量、缩短产品开发周期和降低产品成本奠定基础。面向装配的设计的研究对象是产品的每一个装配工序，通过产品设计的优化，使得每个装配工序都是最好的装配工序。

4、面向装配的设计的目的：简化产品装配工序；缩短产品装配时间；减少产品装配错误；减少产品设计修改；降低产品装配成本；提高产品装配质量；提高产品装配效率；降低产品装配不良率；提高现有设备的使用率。

5、面向装配的设计的历史：1977年，Geoff Boothroyd教授第一次提出了“面向装配的设计”这一概念，并被广泛接受。

设计指南：

1、减少零件的数量

1.1、考察每个零件，考虑去除每个零件的可能性；

每一个零件都必须由充分的存在理由，否则这个零件是可以去除的。

1.2、把相邻的零件合并成一个零件；

合并前考虑：相邻的零件是否有相对运动；相邻的零件是否必须由不同材料组成；相邻的零件的合并是否阻止了其他零件的固定、拆卸和维修等；相邻的零件的合并是否造成零件制造复杂、产品整体成本的增加。

1.3、把相似的零件合并成一个零件；

如果不能合并，则需要夸大零件的区别。

1.4、把对称的零件合并成一个零件；

如果不能合并，则需要夸大零件的不对称性。

1.5、避免过于稳健的设计；

通过理论分析和模拟，以及样品制作和测试来避免过于稳健的设计。

1.6、合理选用零件制造工艺，设计多功能的零件；

2、减少紧固件的数量和类型

2.1、使用同一类型的紧固件；

使用同一类型的紧固件的好处有：减少在设计和制造过程中对多种类型紧固件的管控；对紧固件的购买带来批量上的成本优势；减少装配线上辅助工具的种类；防止装配错误。

2.2、使用卡扣等代替紧固件；

卡扣装配是最经济、最环保的装配方式，使用卡扣代替紧固件能够节省大量的装配时间和装配成本。在钣金上可通过折边压紧来减少紧固件数量。

2.3、避免分散的紧固件设计；

把紧固件设计为一体，能够减少紧固件的类型、缩短装配时间和提高装配效率。

2.4、把螺柱和螺母作为最后的选择；

常用四种装配方法的成本：卡扣成本最低，拉丁成本次之，螺钉成本较高，螺栓和螺母的成本最高。

3、零件标准化

从标准库里选用零件，重复利用之前产品应用过的零件。

4、模块化产品设计

模块化产品设计是指把产品中多个相邻的零件合并成一个子组件或模块，一个产品由多个子组件或模块组成。

5、设计一个稳定的基座

5.1、稳定的基座；

一个稳定的基座应当具备如下条件：基座必须具有较大的支撑面和足够强度以支撑后续零件，并辅助后续零件的装配；在装配件的移动过程中，基座应当支撑后续零件的固定而不发生晃动以及脱落；基座必须包括导向或定位特征来辅助其他零件的装配。

5.2、最理想的装配方式；

最理想的装配方式是金字塔式的装配方式：将一个大而且稳定的零件充当产品基座放置于工作台上，然后依次装配较小的零件，最后装配最小的零件；同时，基座零件能够对后续零件提供定位和导向功能。

5.3、避免把大的零件置于小的零件上进行装配；

6、设计零件容易被抓取

6.1、避免零件太小、太滑、太热和太柔弱；

6.2、设计抓取特征；

6.3、零件避免锋利的边角；

7、避免零件缠绕

7.1、避免零件本身互相缠绕

7.2、避免零件在装配过程中卡住

8、减少零件装配方向

8.1、零件装配方向越少越好；

8.2、最理想的零件装配方向；

最理想的零件装配方向是从上至下。

9、设计导向特征

常用的导向特征包括斜角、圆角、导向柱和导向槽等。最好的设计是在基准零件和插入的零件上均增加导向特征。

10、先定位后固定

零件的装配如果先定位后固定，在固定之前，零件自动对齐到正确位置，能够减少装配过程的调整，大幅提高装配效率。

10.1、四周增加限位；

10.2、使用定位柱；

11、避免装配干涉

11.1、避免零件装配过程发生干涉；

避免零件在装配过程中发生干涉是产品设计最基本、最简单的常识，但这是机械工程师最容易犯的错误之一。

11.2、避免零件运动过程发生干涉；

12、为辅助工具提供空间

在产品设计中需要为辅助工具提交足够的空间，使得辅助工具能够顺利完成装配工序。

13、为重要零部件设计装配止位特征

14、防止零件欠约束和过约束

完全约束：如果零件在6个自由度上存在约束，成为完全约束；欠约束：如果零件在1个或

1个以上的自有度上不存在约束，称之为欠约束；过约束：如果零件在1个自由度上有2个或2个以上的约束，称之为过约束。

15、宽松的零件公差要求

零件公差越严格，零件制造成本就越高，产品的成本就越高。

15.1、设计合理的间隙；

一般来说，在不影响产品功能和质量的前提下，间隙应尽可能大。

15.2、简化产品装配关系；

简化产品装配关系，减少尺寸链的数目从而减小累积公差。

15.3、使用定位特征；、

定位特征能够使得零件准确地装配在产品之中，产品设计只需要对定位特征相关的尺寸公差进行制程管控，对其他不重要的尺寸就可以允许宽松的公差要求。

15.4、使用点或线与平面配合；

当两个零件之间通过平面与平面配合并具有相对运动关系时，可以使用点或线与平面配合的方式代替平面与平面的配合方式，避免平面的变形或者平面较高的表面粗糙度阻碍零件的顺利运动，从而可以不对零件的平面度和表面粗糙度提出严格的公差要求，继而允许宽松的公差。

16、防错的设计

16.1、零件仅具有唯一正确的装配位置；

16.2、零件的防错设计特征越明显越好；

16.3、夸大零件的不相似性；

16.4、夸大零件的不对称性；

最好的产品防错设计是根本不需要防错，完全对称的零件符合这样的要求。

16.5、设计明显的防错标识；

这些标识包括符号、文字和鲜艳的颜色等。

16.6、最后的选择：通过制程来防错；

17、装配中的人机工程学

17.1、避免视线受阻的装配；

17.2、避免装配操作受阻的装配；

17.3、避免操作人员（或消费者）受到伤害；

17.4、减少工具的使用种类、避免使用特殊的工具；

17.5、设计特征辅助产品的装配；

18、线缆的布局

18.1、合理的线缆布局；

在产品设计阶段，需要规划线缆的走向和布局，同时通过简化产品结构，减少线缆的种类、数量和长度，优化线缆的走向和布局，从而大幅提高产品装配效率。

18.2、对线缆进行保护；

钣金压毛边，反折压平，或加上塑料胶套。