機械制造工藝中的合理化機械設計分析

蔡文琴

(上海航天精密機械研究所，上海 201600)

機械制造工藝中的合理化機械設計分析

蔡文琴

(上海航天精密機械研究所，上海 201600)

摘要：旨在探索機械制造工藝中的合理化機械設計，以機械設計在機械制造工藝中的重要地位為切入點，簡要分析了機械制造的主要工藝與流程，繼而在此基礎上提出了幾點合理化的機械設計建議，以期提高我國機械制造的工藝水平，滿足工業發展的客觀需求。

關鍵詞：機械；制造工藝；合理化；機械設計；零件裝夾

在機械制造過程中，應保證其設計層面的合理化，這是保證機械制造工藝水準的關鍵前提之一。合理化的機械設計，可以提高機械產品的使用性能，延長其使用壽命，因此，如何保證機械設計的合理化是相關從業人員需要重點思考的問題之一[1]。

1機械設計在機械制造工藝中的重要地位

機械設計的具體原理可細分為兩部分：一是在原有的機械的基礎上對其性能進行適當的改造與提高；二是在合理規劃與市場需求調研的基礎上設計并生產具有預期功能的現代化機械。機械設計所涉及的學科理論知識比較多，因此把握的難度也相對較大。當前，冶金、化工、食品和種植等各行各業均需要用到機械，這有助于推動國民經濟發展，是機械設計在機械制造工藝中的重要地位的集中體現[2]。為了滿足社會發展的相關需求，應對現有的機械設備技術加以改造提升，工程技術人員應從降低制造成本、延長機械使用壽命和提高機械使用性能等方面進行合理化設計。

2機械制造的主要工藝與流程分析

所謂機械制造工藝，即滿足產品設計要求以及保證產品質量的有效技術手段，對機械生產企業的生產準備、計劃調度和質量檢測等工作均起到良好的指導作用，是機械生產企業提高經濟效益的必要條件之一。機械制造的工藝與流程主要在于零件裝夾、定位、加工精確度和工藝流程等方面。

2.1零件裝夾

在正式進行機械零件生產之前，應把機械零件固定安放在夾具或者機床之上。為了進一步確保機械零件位置的準確性，應按夾緊的工序流程對其再進行穩固處理。裝夾指的是機械零件的夾緊與固定位置操作。零件的質量直接受到零件裝夾工序的影響，也會波及到機械零件的生產成本以及生產速度等方面，其重要性不容忽視。比較常見的零件裝夾模式主要有3種：劃線找正式、直線找正式和夾具裝夾式。零件裝夾的工作平臺如圖1所示。

圖1　零件裝夾工作平臺示意圖

2.2定位

基于確保零件精確度的目的，必須做好零件的定位操作。在進行定位的過程中，首先需要選定定位基準，定位基準選定的依據在于加工工件的具體參數，包括尺寸、材質、點、線和面等，確定工件與加工工具兩者之間的位置關系。以實際作用與應用場所為標準，可將基準細分為工藝基準與設計基準兩類，其中最為常見的是工藝基準，工藝基準又可細分為工序基準、裝配基準和檢測基準等3類。

2.3加工精確度

作為機械制造工藝中的關鍵要素，加工精確度與所生產出的產品的使用性能直接掛鉤。根據加工精確度的具體要求，可將其細分為表面質量精確度、外形精確度、大小精確度和位置精確度等4類。在進行機械制造的過程當中，為了全面確保機械零件尺寸精度的目的，常用的2種方法是調整法與試切法；而為了確保機械零件外形精確度，常用的2種方法則是成形法與軌跡法。

2.4工藝流程

機械制造工藝的具體流程可概括為原材料準備→半成品制作→半成品保管→成品制作→成品裝配檢驗等。整體而言，機械制造的工藝過程屬于生產過程的范疇，其重點在于改變并調整產品的外形、尺寸等，還包括與零部件所保持的相對位置關系調整等操作，例如機械加工以及毛坯制造等工藝流程[3]。工藝過程包括機械制作加工的全過程，在機械加工的基礎上，對產品零部件的毛坯外形、表面質量和尺寸等進行適當的調整與改變。機械制造加工的工藝流程是由許多具體而詳細的工序組合而成的，其中最主要的是安裝、工位、公步和走刀等4道工序。機械制造工藝流程圖如圖2所示。

圖2　機械制造工藝流程圖

3機械制造工藝中的合理化機械設計措施分析

提高機械制造工藝中的合理化機械設計的整體水平，關鍵在于提高設計標準化，提高加工精度，提高加工表面質量和采用綠色制造工藝等。

3.1提高設計標準化

目前，我國機械設計的核心發展方向是設計標準化，即在相對統一的設計標準的基礎上，確保所設計出來的機械零件的性能結構、規格型號和尺寸等高度統一，符合相關的使用要求與質檢標準，提高產品質量，降低生產所需的成本，加快生產效率[4]。鑒于此，在進行機械設計的過程中，應高度重視提高產品零件的標準化設計，以保證機械零件產品的設計水平與使用性能，提高機械生產企業與機械產品兩者的市場競爭力，提高經濟效益。

3.2提高加工精度

在機器制造的過程中，差異是客觀存在并且完全無法消除的，關鍵在于盡量降低差異，提高機械零件產品的加工精度。而提高機械零件產品的加工精度，重點在于深入分析并全面論證差異產生的具體原因，明確各種原因中的潛在關系，以期降低差異，提高防范技術的目的性與有效性，保證加工精度。

提高機械零件產品的加工精度和幾何精度，關鍵在于對所使用的夾具進行具有針對性的改進與調整，采用先進的測量工具與技術提高精度，降低誤差值，盡量規避加工誤差的不良問題，深入明確誤差產生的具體原因[5]。筆者認為，機械零件產品出現加工誤差的主要原因在于內部應力、刀具磨損、熱變形和系統應力等因素，其中最為常見的是內部應力與熱變形這2個因素。提高機械零件產品的加工精度，常用的方法主要有轉移原始誤差法、均化原始誤差法、誤差補償法和分化原始誤差法等4種。提高加工精度的流程如圖3所示。

圖3　提高加工精度的流程圖

3.3提高加工表面質量

加工表面質量即機械加工后的零件表面微觀不平度，也就是通常所說的表面粗糙度。一般而言，機械零件的表面粗糙度與零件的使用性能以及使用壽命等有著必然的聯系，提高機械零件的加工表面質量[6]，降低表面粗糙度的主要措施可分為下述3種。

1)選擇合適的刀具?；谔岣邫C械零件加工表面質量的重要目的，在選擇刀具時，根據所要加工的零件的實際情況，盡量選擇刀尖圓弧半徑較大，并且副偏角較小的刀具，同時也可以選擇修光刃、精車刀等刀具。合理選擇刀具，有助于契合零件材質的基本特性，提高加工表面質量，降低表面粗糙度。

2)慎重選擇切削條件。選擇合適的切削速度是提高機械零件加工表面質量的關鍵因素之一，盡量減少積屑瘤的產生量，并且降低進給量。為了進一步保證切削效果，可使用切削液輔助切削，可顯著提高工件加工表面質量。

3)降低表面層變形強化。降低機械零件的表面層變形強化，關鍵是在采用刀具進行工件加工的過程中，嚴格控制刀面的磨損寬度以及切削用量等，一般而言，切削速度均要大于供給量，這是提高機械零件加工表面質量的重要舉措[7]。

3.4采用綠色制造工藝

設計人員在進行機械設計的過程中，應不斷革新自身的設計理念，改進現有的設計手法，貫徹落實綠色環保設計理念，同時把機械設計與新型的設計要求緊密結合在一起。此外，在環境保護與經濟效益兩者之間尋找到合適的平衡點，實現兩者的共同發展提高，互不制約與影響，在不危及環境的前提下，實現經濟效益最大化[8]。目前，針對機械零件的綠色制造工藝，其關鍵點在于綠色材料的選用，同時綠色制造工藝對于控制環境污染也具有不容忽視的意義與作用；因此，應從原材料的選用以及生產工藝的選用兩方面來保證機械制造與設計的綠色化與系統化。

4結語

合理化的機械設計的關鍵在于兩方面：一是針對機械設計的科學研究，二是針對生產過程的合理分析，上述兩者均與機械制造過程中的合理化要求直接掛鉤。鑒于此，為了保證機械設計的合理化與科學化，在設計的過程中應充分考慮工藝的實際要求，分析各個制造工序的核心內容以及注意事項等，在現代化設計理念的指導下，不斷改進現有的設計方法，根據加工過程與工藝水平，合理設計，提高設計標準化、加工精度和加工表面質量等，以保證機械設計與制造的質量。

參考文獻

[1] 崔承賢.基于機械制造工藝的合理化機械設計[J].科技創新與應用,2014(11):58.

[2] 呂亞強,劉亞楠.機械制造工藝中的合理化機械設計分析[J].科技創新與應用,2014(21):108.

[3] 朱曉麗.基于機械制造工藝的合理化機械設計[J].硅谷,2014(11):200,48.

[4] 李景陽.淺析機械制造工藝中的合理化機械設計[J].經營管理者,2014(26):387.

[5] 崔永波.基于機械制造工藝簡析合理化的機械設計[J].科技風,2014(21):119.

[6] 王炳發,劉越. 基于機械制造工藝的合理化機械設計[J].價值工程,2013(27):43-44.

[7] 賈紅哲.高科技在機械制造工藝中的應用[J].技術與市場,2011(10):126.

[8] 熊淑秋,聶志剛.論機械制造工藝發展現狀與未來發展趨勢[J].無線互聯科技,2012(11):180.

責任編輯彭光宇

山高新一代 Duratomic?金剛甲技術再次提升了鋼件切削水平

當山高在 2007 年推出 Duratomic 金剛甲技術時，它成為業界首個結構型α-基Al2O3 鍍層，并且樹立了新的加工性能標準。如今，經過多年來對材料工藝和設計的不斷研發，山高進一步改進了該技術的氧化鋁鍍層，并且采用了已用刃口檢測功能，使其最新的鋼件車削 TP 刀片材質等級成為同類中最可靠、最可預測和最高效的產品。TP2501、TP1501 和 TP0501 刀片材質等級是新一代 Duratomic 金剛甲鍍層技術的代表，它們擁有更出色的韌性、耐熱性和化學穩定性，從而確保了最長的刀具壽命；同時，其還為進一步提高切削速度提供了潛能。

——摘自山高刀具(上海)有限公司網

The Rationalization of Mechanical Design and Analysis of Mechanical Manufacturing Process

CAI Wenqin

(Shanghai Aerospace Precision Machinery Institute，Shanghai 201600，China)

Abstract：Aimming to explore the mechanical manufacturing process rationalization of mechanical design, mechanical design in the important position of mechanical manufacturing process is taken as the breakthrough point. The brief analysis of the main technology and process of machinery manufacturing is presented, and then on the basis of mechanical design put forward some rationalization proposal. The research wants to improve the machinery manufacturing technology level, and to meet the objective needs of industrial development.

Key words:mechanical，manufacturing process，the rationalization，mechanical design，the clamping parts

收稿日期：2015-04-02

作者簡介：蔡文琴(1982-)，女，工程師，大學本科，主要從事產品質量管理和機械加工工藝等方面的研究。

中圖分類號：TM 0

文獻標志碼:A