機械設計與制造的加工工藝合理化研究

常國棟，楊國豐

（洛陽龍鼎鋁業(yè)有限公司，河南 洛陽 471300）

21 世紀是一個科學技術的時代，隨著我國社會經濟的快速發(fā)展，機械制造企業(yè)也得到了蓬勃的發(fā)展。現(xiàn)代機械制造業(yè)要符合時代發(fā)展潮流，就要持續(xù)地進行創(chuàng)新與改革，通過將綠色理念與機械設計與制造相結合，采用合理的加工工藝，確定合理的加工流程。同時，從科學創(chuàng)新和環(huán)境保護的角度進行調整和改進，這樣才能夠讓現(xiàn)代機械設計制造發(fā)揮出應有的作用。

1 現(xiàn)代機械設計與制造的現(xiàn)狀

1.1 行業(yè)規(guī)范需要改進

機械制造工藝和設計方案創(chuàng)新的合理性，都需要配備完善的行業(yè)規(guī)范和相關制度來保證。隨著社會的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對機械產品的需求也日益增加，只有制定詳細、科學、合理的行業(yè)規(guī)范，才能滿足現(xiàn)代化機械加工工藝的設計與制造。然而，目前有些企業(yè)甚至還沒有建立起自身發(fā)展的內部生產管理制度，缺乏有效的激勵和考核機制，無法保證生產人員的利益。如果缺乏科學的監(jiān)督管理，生產過程中就會出現(xiàn)安全問題，影響操作人員的安全，造成嚴重的質量或安全事故，給企業(yè)帶來巨大損失。

1.2 無法確保產品質量的合格率

在現(xiàn)代工業(yè)產品的生產管理過程中，隨著人工智能等技術在生產、管理等各環(huán)節(jié)中的應用，雖然逐漸的完善了一些機械領域所存在的缺陷，但從國內機械制造和加工行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，因為受到加工工具和加工工藝的限制，仍然會產生很多不良產品。另外，一些機械制造企業(yè)還沒有形成完整的監(jiān)督管理體系，缺乏專業(yè)的審查隊伍，也造成了不良產品的出現(xiàn)和流出。這不僅使機械制造和加工企業(yè)的發(fā)展受到了影響，同時也對機械市場的穩(wěn)定性造成了不可估量的損失，還會對其他行業(yè)產生影響。

1.3 產品外觀需要優(yōu)化

機械制造企業(yè)往往比較重視機械產品的精度，而忽視了對機械產品外觀的要求，因此在設計和制造過程中會選擇性地跳過外觀設計優(yōu)化和生產優(yōu)化。這就導致了很多企業(yè)生產的機械產品性能良好，但缺乏良好的外觀，因此嚴重影響了產品的市場價值。更有甚者，在機械生產車間，操作環(huán)境相對惡劣，不僅會對操作人員造成傷害，如果產品隨意堆放，還會導致產品在生產后未經檢驗就出現(xiàn)磨損和損壞。此時需要進行二次加工，造成大量的資源浪費，損害企業(yè)的效益。

1.4 環(huán)境意識需要加強

傳統(tǒng)機械制造行業(yè)所產生的廢水、廢氣、噪聲等嚴重影響和破壞了生態(tài)環(huán)境，沒有遵循綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念，我們應該在機械設計之初就選擇綠色環(huán)保的機械加工工藝[1]，確定綠色無污染的生產材料和先進節(jié)能的加工工具。只有這樣，才能在保障產品質量的情況下，減少資源消耗和對環(huán)境的污染破壞。然而，在國家的強制要求下，很多機械制造企業(yè)已經開始了綠色加工技術的創(chuàng)新，并嘗試選擇綠色加工技術。但仍有不少企業(yè)為了短期利益，不愿意實施生產技術優(yōu)化，綠色機械生產的發(fā)展進程非常緩慢，效果也不明顯。

2 現(xiàn)代機械設計與制造加工工藝的發(fā)展分析

2.1 精密加工技術

精密加工技術與現(xiàn)代機械設計制造之間的聯(lián)系是極為緊密的，隨著各行業(yè)對機械產品精度的要求日益提高。為順應時代的發(fā)展，我們就必須要提高機械制造的工藝精確程度，若機械產品的精度在加工期間不能達到設計的需求，就會嚴重影響后期的質量和安全性能。一般情況下，精密機械制造其精度一般會控制在0.1μm 至1μm 以內，它涵蓋了切割、磨削等一系列內容。因此，在機械加工周期內，只有從各個細節(jié)進行考慮，才能夠保證機械產品的最終質量，而機械產品的表面精度和位置精度更是機械制造工藝的核心所在。例如，我公司冷、箔軋機上用于連續(xù)測量平直度的板形輥就屬于精密加工，輥體主要由芯軸、空氣軸承、輥環(huán)組成，輥環(huán)寬度為52mm（共34 個，有效測量范圍1520mm～1768mm），輥環(huán)與芯軸之間為空氣軸承連接，輥環(huán)懸浮于芯軸之上，形成上下氣腔。在此種形式的板形輥具有靈敏度、分辨率、精度高，不易造成帶材表面缺陷，抗污染性高等優(yōu)點。

圖1 板形輥裝置示意圖

圖2 集中傳動控制系統(tǒng)圖

2.2 機械設計制造自動化、數(shù)字化、智能化

隨著社會經濟的快速發(fā)展和科學技術水平的不斷提高，機械設計與制造也發(fā)生了一些變化，它開始向自動化、數(shù)字化和智能化發(fā)展[2]。現(xiàn)代化機械制造要充分發(fā)揮計算機信息技術在機械設計與制造中的作用，將計算機納入生產系統(tǒng)，這樣既能提高設計的準確性，又能使生產出來的產品更加市場化。同時機械制造設備的智能化、自動化和數(shù)字化的發(fā)展，有利于解放勞動力，提高勞動效率，也使機械企業(yè)的經濟效益將更加可觀，例如，我公司目前推行的高端DCS 集中傳動控制系統(tǒng)，利用智能紅外激光在線測速儀、X 射線厚度在線測量系統(tǒng)、智能板形在線檢測系統(tǒng)、智能液位檢測及智能控流系統(tǒng)等智能化控制系統(tǒng)，把生產設備嵌入了智能控制系統(tǒng)和智能儀表，實現(xiàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、設備運維與產品質量跟蹤追溯、優(yōu)化控制和集約化生產。公司采用智能化控制系統(tǒng)后，生產系統(tǒng)工況相比以前更加穩(wěn)定，快速建立和維持動態(tài)平衡的能力得到大幅提高，同時大大降低了操作員的勞動強度。

2.3 綠色制造理念及生產技術

現(xiàn)代機械設計制造過程中，環(huán)保節(jié)能和生產質量是同等重要的，不能只重視生產質量而忽略了環(huán)保節(jié)能，要重視機械設計制造的環(huán)保性與安全性，就需要從各個方面支持和獎勵技術人員不斷地創(chuàng)新和研究新型環(huán)保節(jié)能技術，不斷優(yōu)化產品的性能，深入滲透綠色理念，推動綠色發(fā)展。我們可以從生產和技術兩個切入點入手進行改造和優(yōu)化，通過減少廢水、廢氣和噪聲的產生，減少能源的消耗或新型材料的使用等方式來實現(xiàn)綠色制造。同時更要注重再生資源的利用，將機械生產過程中產生的廢物作為資源加以回收利用，從而促進人與自然和諧共生[3]。例如，我公司將生產需要的煤氣改造為天然氣，從而降低廢氣的產生，建立污水處理站，將生產過程中產生的污水進行 集中處理，達到國家規(guī)定的排放標準，同時在節(jié)能降耗方面，淘汰舊式的高能耗電機，采用新型的變頻式電機，降低能耗等，通過以上各種措施的實施，我公司也成功取得了“綠色工廠”的稱號。

3 機械設計制造加工工藝的合理對策

3.1 行業(yè)標準化的改進

在機械設計過程中，我們必須制定統(tǒng)一的現(xiàn)代機械設計標準，標準化的機械設計有利于提高機械設計的效率。企業(yè)所設計的機械產品尺寸、形狀、結構等參數(shù)必須符合規(guī)定的設計標準，滿足加工設計要求，這樣既滿足了生產工藝的需求，也保證了機械制造生產的順利開展。它可以優(yōu)化機械設計資源的配置，有效整合不同類型的資源，提高資源利用率。同時，可以在保證機械制造質量的前提下，降低機械制造的生產成本，促進機械制造企業(yè)綜合實力的提高。

3.2 提高工藝精密度

機械設計的過程非常復雜，所以我們必須規(guī)范機械設計生產的整個過程。結合計算機信息技術在機械設計制造行業(yè)的應用，更加注重細節(jié)的改造，從而充分利用機械設備的智能化、數(shù)字化來避免人工制造產生的誤差。除了人工誤操作和人工技能外，造成誤差的一個重要原因還與加工工具本身的不準確性有關[4]。任何一個錯誤的步驟都會造成巨大的誤差，這將使得生產出來的產品毫無意義。

為此，我們在設計時，除了要根據(jù)實際情況設計出標準的方案外，還要設計和改進加工工具，提高工具的精度，這樣有助于減少生產誤差。此外，我們還應該改進測量工具的設計，以免測量工具精度不高而無法保證產品符合設計標準。

3.3 提高外表面加工質量

機械產品形狀的精度和外觀決定了機械產品的市場價值和應用效率。我們在設計時應明確機械產品表面加工的工藝要求和加工所需的工具，并使選擇的加工工具和加工材料相適應。其次，要根據(jù)機械零件的材料選擇合適的切削條件，減少加工表面層變形強化和殘余應力。此外，在生產過程中常采用噴丸強化、金剛石壓光、滾壓、擠（脹）孔、等辦法來處理表面層材質的變化。我們還可以通過降低材料進給率、選擇合適的切削速度、使用切削液等方式來提高加工過程的表面精度，提高產品表面加工質量。

3.4 采用綠色制造工藝

機械設計制造應遵循綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念。隨著機械制造行業(yè)在我國的不斷發(fā)展進步，很多不可再生能源被過度消耗，這種過度消耗就造成了能源危機。因此，在進行機械設計時，要求設計人員緊密結合時代發(fā)展的特點，在實踐中不斷創(chuàng)新，引入綠色設計的理念。要將綠色制造技術與機械設計相結合，使機械設計更加符合綠色環(huán)保的要求[5]。利用綠色技術進行機械制造，可以選擇綠色無污染的原材料，選擇能耗低、污染小的生產工具，使機械制造產品從材料的選擇、加工、生產以及安裝的全過程中，實現(xiàn)能源消耗的減少、環(huán)境污染的降低。另外，還要做好產品回收工作，并以此來提高機械制造的綜合效益。

4 結論

綜上所述，機械設計與制造的工藝合理化是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然手段。為了滿足現(xiàn)代生產和生活應用對機械產品性能和功能的需要，必須提高機械設計與制造的合理性。我們應該加強對機械設計合理性的科學研究，采用合理化的機械制造加工工藝，基于綠色機械的設計理念，從而實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境和社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。