基于機(jī)械制造工藝的合理化機(jī)械設(shè)計(jì)分析

史向坤

（山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院，山東 淄博 256414）

1 機(jī)械制造工藝與機(jī)械設(shè)計(jì)的相互影響

1.1 機(jī)械制造工藝對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的限制

機(jī)械工程領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與制造之間存在著緊密的聯(lián)系，二者之間不可分割，只有保持了相互之間的高度協(xié)調(diào)，才能夠使機(jī)械產(chǎn)品達(dá)到相應(yīng)的使用需求。現(xiàn)階段的機(jī)械行業(yè)中，人們多使用的是CATIA設(shè)計(jì)軟件來完成機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的，這一軟件的功能豐富，在利用其開展機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，完全可以以軟件自帶的各種功能作為基礎(chǔ)進(jìn)行各類工件的繪制，由于這一設(shè)計(jì)軟件的功能優(yōu)勢(shì)，使得在汽車制造、航空航天等設(shè)計(jì)中的應(yīng)用非常多。但因?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)、制造流程的復(fù)雜性，雖然CATIA軟件可以進(jìn)行各類工件的設(shè)計(jì)，但制造工藝下卻不能完全將全部的設(shè)計(jì)都展現(xiàn)出來，主要是由于我國(guó)機(jī)械行業(yè)在當(dāng)前的發(fā)展條件下，儀器和設(shè)備的精密度不夠，復(fù)雜工件加工時(shí)的成本偏高所造成的。因此，機(jī)械制造工藝對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)存在著明顯的限制，在設(shè)計(jì)和制造工作進(jìn)行時(shí)，要明確掌握這一關(guān)系，才能夠提高設(shè)計(jì)的合理性。

1.2 機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械制造工藝的簡(jiǎn)化

在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造加工時(shí)，雖然一些機(jī)器的使用提升了整體的設(shè)計(jì)制造水平，但一些特殊的工序尚需由人力來完成。事實(shí)上，機(jī)械設(shè)計(jì)和制造是前后聯(lián)系的工序，設(shè)計(jì)是對(duì)制造工藝的簡(jiǎn)化，通過科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，可以給機(jī)械制造工藝的選擇和應(yīng)用提供指導(dǎo)。機(jī)械產(chǎn)品中一個(gè)工件加工的完成勢(shì)必伴隨著一定的電能消耗、人力和材料投入，但如果機(jī)械設(shè)計(jì)符合合理性、可行性標(biāo)準(zhǔn)，工件不僅可以達(dá)到功能性要求，更可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化與優(yōu)化，節(jié)約制造成本，實(shí)現(xiàn)資源的合理配置。

2 程序設(shè)計(jì)

機(jī)械制造的工藝流程包含多個(gè)工序，其中，程序設(shè)計(jì)是最基礎(chǔ)性的環(huán)節(jié)，主要是由于在當(dāng)下的機(jī)械制造加工領(lǐng)域都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)，一些生產(chǎn)廠家實(shí)現(xiàn)了數(shù)控生產(chǎn)，這類生產(chǎn)模式因?yàn)榕c常規(guī)的人工制造加工有所不同，雖然具有一定的自動(dòng)化特點(diǎn)，但要進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，使得生產(chǎn)時(shí)能夠嚴(yán)格根據(jù)程序設(shè)計(jì)情況來執(zhí)行程序完成生產(chǎn)。程序設(shè)計(jì)工作就是明確產(chǎn)品加工制造程序、技術(shù)程序內(nèi)容的過程，制造程序具體是將機(jī)械制造產(chǎn)品從原材料轉(zhuǎn)化為機(jī)械產(chǎn)品的流程。任何的機(jī)械產(chǎn)品制造前，都需要由專業(yè)人員來進(jìn)行原料和毛坯等的全面管理，在充分的前期準(zhǔn)備工作上才可進(jìn)入相應(yīng)的制造環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上，通過加工工藝的選擇和機(jī)械的應(yīng)用。技術(shù)程序是確定產(chǎn)品類型、樣式和規(guī)格的過程，現(xiàn)階段的機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，多節(jié)段程序和技術(shù)操作逐步趨于健全化，也處于不斷優(yōu)化的過程中，在機(jī)械產(chǎn)品的程序設(shè)計(jì)階段，應(yīng)遵守相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)程，保障工藝流程的科學(xué)性。

2.1 零件裝夾

機(jī)械產(chǎn)品中包含的零部件種類繁多、數(shù)量龐大，在開展機(jī)械制造的過程中，零件裝夾是其中的一個(gè)重要工序，在此過程中應(yīng)通過位置的選擇，在機(jī)床中固定毛坯材料，使得機(jī)械制造加工工序能夠順利實(shí)施。零件裝夾工作進(jìn)行中，尤其要做好零部件毛坯的夾緊與固定，這主要是由于加工過程中對(duì)毛坯施加了一定的外力作用，導(dǎo)致裝夾中毛坯可能會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定性不足等情況，只有做好了零部件毛坯的夾緊，才能夠使得其能夠自覺抵御來自外部的一定作用，保障制造工藝流程的有效實(shí)施。因此，任何的機(jī)械產(chǎn)品制造過程中，都應(yīng)該根據(jù)加工制造的現(xiàn)實(shí)需求，選定對(duì)應(yīng)的裝夾方式。

2.2 產(chǎn)品定位

現(xiàn)階段的機(jī)械工程領(lǐng)域，產(chǎn)品定位已經(jīng)成為制造工藝流程中的重要工序，基于當(dāng)下的技術(shù)條件，產(chǎn)品定位呈現(xiàn)出方式的多樣性，為達(dá)到良好的機(jī)械制造效果，應(yīng)根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品種類和制造加工需求，選擇最恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品定位方式，在其他工序都規(guī)范實(shí)施的基礎(chǔ)上，良好的產(chǎn)品定位工作開展可以大大提升機(jī)械產(chǎn)品的制造質(zhì)量。有關(guān)制造人員應(yīng)從根本上明確定影的定位標(biāo)準(zhǔn)，在全面的加工工藝?yán)碚摲治龊徒?jīng)驗(yàn)積累基礎(chǔ)上，保障定位標(biāo)準(zhǔn)的合理性。

2.3 加工精確度

任何的機(jī)械產(chǎn)品加工過程中，對(duì)于加工精度都有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，加工精度是否處于正常標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)將影響最終的產(chǎn)品性能。在實(shí)際的制造加工過程中，有關(guān)人員應(yīng)進(jìn)行合理的加工精度設(shè)計(jì)，科學(xué)的加工精度控制可以使得機(jī)械產(chǎn)品的規(guī)格、形狀、切割位置等均符合制造加工標(biāo)準(zhǔn)。此外，加工精度的控制在一定程度上還能夠?qū)Ξa(chǎn)品的工藝流程進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，從根本上提升機(jī)械產(chǎn)品的性能。

3 基于機(jī)械制造工藝的合理化機(jī)械設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化加工表面質(zhì)量

在以機(jī)械制造工藝為基礎(chǔ)的機(jī)械合理化設(shè)計(jì)中，應(yīng)從加工表面質(zhì)量的優(yōu)化出發(fā)，有關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)從總體的設(shè)計(jì)優(yōu)化角度出發(fā)，采取相應(yīng)的措施來提升加工表面質(zhì)量，從根本上提升產(chǎn)品表層整體性。機(jī)械產(chǎn)品制造加工時(shí)，表面質(zhì)量是影響產(chǎn)品合格率的關(guān)鍵性因素，正是因?yàn)檫@種影響關(guān)系，使得在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)注意對(duì)機(jī)械加工表面質(zhì)量的控制。切削作業(yè)環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量的影響巨大，因此，設(shè)計(jì)人員在開展設(shè)計(jì)工作的過程中，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品制造加工需求，選擇最恰當(dāng)?shù)那邢鞑僮鞴に嚕⒈Ｕ锨邢饕号c產(chǎn)品加工要求的高度一致，始終在切削過程中遵循勻速性要求。加工表面質(zhì)量的優(yōu)化和提升中，有關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的操作標(biāo)準(zhǔn)，選擇恰當(dāng)?shù)牡毒撸沟玫毒吲c機(jī)械化設(shè)計(jì)總體方向相符合，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)各個(gè)零部件的特性進(jìn)行全面把控，對(duì)不同的零部件采取相適應(yīng)的刀具，以通過刀具的科學(xué)使用來減小圓弧半徑和角度層面的偏差。

3.2 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)合理化設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段的機(jī)械產(chǎn)品已經(jīng)被應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域，在機(jī)械需求增多、功能要求提高的過程中，為了使得機(jī)械設(shè)計(jì)符合合理性要求，在條件允許的情況下應(yīng)積極開展標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，不斷通過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施來提升產(chǎn)品質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)要求下，各個(gè)設(shè)計(jì)人員可以針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的類型、特點(diǎn)和加工要求，設(shè)計(jì)出與統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、尺寸、規(guī)格等標(biāo)準(zhǔn)相符的機(jī)械產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工作進(jìn)行還能夠加快有關(guān)企業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)，幫助企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

3.3 有效提升加工精確度

加工精度是衡量機(jī)械產(chǎn)品性能、質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)，對(duì)任何的機(jī)械制造加工而言，其加工精度都有著一定的控制標(biāo)準(zhǔn)，且加工精度偏差存在著明顯的客觀性，無法從根本上消除，為盡可能提升機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，在機(jī)械制造加工時(shí)應(yīng)根據(jù)可能引起的精度偏差問題來采取有效的控制對(duì)策，使得相應(yīng)的加工精度能夠處于正常標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。機(jī)械零部件加工精度的控制中，重點(diǎn)應(yīng)從深層分析和論證差異的角度出發(fā)，分析引起精度偏差的工序之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，盡可能降低差異，使得誤差防控對(duì)策在精度控制中更為有效。提升機(jī)械產(chǎn)品加工精度、集合準(zhǔn)確度時(shí)，有關(guān)人員應(yīng)對(duì)夾具進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，用先進(jìn)的測(cè)量工具和技術(shù)來做好精度控制，保持誤差原因和控制之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。通常，內(nèi)部應(yīng)力、刀具磨損、熱變形是引起誤差的直接原因，可以通過轉(zhuǎn)移、均化、誤差補(bǔ)償、分化等方式來保障誤差處理效果。

（1）刀具磨損控制。機(jī)械制造加工中所使用的刀具一般為尺寸刀具和成形刀具，為提高機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性，同樣需做好刀具磨損控制，有關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過整個(gè)加工制造流程的分析，具有超前性思維，對(duì)誤差加以超前控制，依據(jù)相應(yīng)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，制定對(duì)應(yīng)的刀具磨損控制對(duì)策。

（2）受力變形控制。機(jī)械制造加工系統(tǒng)受到了重力、夾緊力等共同作用，使得在制造加工過程中常常會(huì)伴隨著這一定的零部件形變，因此，為實(shí)現(xiàn)受力變形的控制，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在系統(tǒng)剛度、位移和吃刀抗力之間構(gòu)建關(guān)聯(lián)關(guān)系，適當(dāng)提升機(jī)床強(qiáng)度。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段的機(jī)械制造領(lǐng)域，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和加工制造工藝都提出了越來越高的標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)機(jī)械企業(yè)都應(yīng)該從機(jī)械產(chǎn)品的需求出發(fā)，遵循合理化設(shè)計(jì)要求，給機(jī)械制造加工以一定的指導(dǎo)，提升機(jī)械產(chǎn)品的整體性能和質(zhì)量。