機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造的技術(shù)探究

倪 強(qiáng)

（淮陰工學(xué)院，江蘇 吳江 215200）

1 機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造技術(shù)

（1）機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù):①制定機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)劃。機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)劃是整個(gè)設(shè)計(jì)工作的最為關(guān)鍵的一步，關(guān)系著后期設(shè)計(jì)各項(xiàng)工作的順利實(shí)施。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)分析和調(diào)查機(jī)械設(shè)計(jì)要求，詳細(xì)了解機(jī)械具備的功能，指導(dǎo)后期的設(shè)計(jì)工作。②確定設(shè)計(jì)方案。在詳細(xì)了解機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，綜合考慮機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)而制定合理的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)方案的重要性，即設(shè)計(jì)方案是設(shè)計(jì)工作的靈魂，關(guān)系著設(shè)計(jì)工作的成敗，而且該環(huán)節(jié)需處理很多問題。一方面設(shè)計(jì)應(yīng)滿足機(jī)械功能和性能的要求，另一方面還應(yīng)善于結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積極的創(chuàng)新。③明確設(shè)計(jì)應(yīng)用到的技術(shù)。該環(huán)節(jié)對(duì)專業(yè)技能水平的要求較高，要求認(rèn)真計(jì)算和核對(duì)設(shè)計(jì)圖紙，尤其應(yīng)對(duì)比分析各部件圖和總圖避免出現(xiàn)疏漏。并根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和機(jī)械功能要求，使用專業(yè)軟件建立實(shí)際模型。模型建立環(huán)節(jié)不但需要設(shè)計(jì)人員掌握扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，而且還應(yīng)具有較高的綜合素質(zhì)，以保證建立的模型準(zhǔn)確，精度符合要求，為機(jī)械的實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

（2）機(jī)械制造技術(shù)。機(jī)械制造技術(shù)水平的高低直接影響機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，因此加強(qiáng)這方面的研究，不斷提高機(jī)械制造技術(shù)水平，對(duì)增強(qiáng)國家工業(yè)實(shí)力具有重要推動(dòng)作用。機(jī)械制造技術(shù)既包括刨、磨、鉆、銑、焊、搪等技術(shù)，又包括車床、銑床、刨床、磨床、鉆床等。另外，隨著科技的發(fā)展精密磨床、精密車床、精密絲杠車等設(shè)備的出現(xiàn)，進(jìn)一步提高了機(jī)械制造水平。

2 框架零件設(shè)計(jì)與加工

（1）框架零件三維模型的建立?？紤]到框架零件的中空且為雙層框架結(jié)構(gòu)，建立三維模型時(shí)結(jié)合成型特征、草圖和基本體素特征等，其中參考草圖可控制零件的二維截面相關(guān)參數(shù)，通過添加幾何和尺寸約束準(zhǔn)確控制零件的位置和形狀。另外，建立的模型和草圖的旋轉(zhuǎn)和拉伸有著密切的關(guān)系，因此應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的高度重視。建立時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確把握不同草圖的平面關(guān)系，同時(shí)為方便修改應(yīng)在不同層上建立草圖。另外，考慮到過約束、欠約束會(huì)影響零件的參數(shù)和唯一性，草圖建立過程中應(yīng)進(jìn)行全約束。

草圖建立結(jié)束后，運(yùn)用成型特征將草圖中腔、梁、加強(qiáng)筋、凹槽、凸臺(tái)等結(jié)合相關(guān)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦煲孕纬扇S實(shí)體。另外，為建立特征參數(shù)和零件草圖間的關(guān)系，應(yīng)通過表達(dá)式建立相同參數(shù)間的關(guān)系。例如，可將底層不同梁參數(shù)設(shè)置為P44，這樣以來當(dāng)P44參數(shù)發(fā)生改變后，和其有關(guān)的梁高尺寸均會(huì)發(fā)生變化。

（2）框架零件工藝流程數(shù)控工藝設(shè)計(jì)。工藝分析是數(shù)控加工機(jī)械零件較為關(guān)鍵的步驟，和工藝參數(shù)加工路線的確定直接相關(guān)，尤其對(duì)框架零件而言加工時(shí)需較好地解決加工變形和裝夾等問題。通過對(duì)普通加工流程進(jìn)行分析，最終可得出數(shù)控加工工藝路線，如圖1所示。

圖1 數(shù)控加工工藝路線

基于CAM數(shù)控工藝設(shè)計(jì)重要任務(wù)在于創(chuàng)建滿足加工要求的操作，即包含刀軌和刀軌生產(chǎn)所需信息等。具體設(shè)計(jì)步驟包括毛坯和零件的幾何定義、刀具定義、確定刀路線、加工軌跡仿真、加工質(zhì)量保證分析等環(huán)節(jié)。其中毛坯和零件的幾何定義在銑操作過程中極為重要，本文中的零件幾何體為框架零件，毛坯幾何體為建立的毛坯模型；在分析零件幾何特征以及刀具幾何特征的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)使用的刀具進(jìn)行定義。例如，進(jìn)行粗加工可定義φ20的標(biāo)準(zhǔn)直柄立銑刀，進(jìn)行精加工可定義φ12、φ14加長直柄立銑刀等；為了提高加工精度，確定走刀路線時(shí)應(yīng)重點(diǎn)把握以下幾項(xiàng)內(nèi)容:刀切出、切入點(diǎn)應(yīng)順著零件切線方向延伸；可采取多次走刀的方法提高精度，要求將每次走刀的切除量控制在0.1mm～0.2mm；另外，為避免“讓刀”情況的出現(xiàn)，加長刀加工時(shí)應(yīng)進(jìn)行重復(fù)加工。

基于CAM的零件加工可借助可視方式檢查切削和刀軌情況。例如，重現(xiàn)可對(duì)刀具的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行模擬，而動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)可模擬刀具切除材料的過程，進(jìn)而尋找出欠切或過切的位置，尋找錯(cuò)誤出現(xiàn)的原因。在CAM中為對(duì)項(xiàng)目定義的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，需仿真模擬加工刀具軌跡，以確定加工路線的正確性；加工框架零件時(shí)為保證表面、形位以及尺寸的正確性需對(duì)加工質(zhì)量進(jìn)行保證分析。例如為使零件的形位公差、尺寸精度滿足要求，可通過裝夾定位、準(zhǔn)確應(yīng)用刀補(bǔ)等方法加以控制。同時(shí)還可通過減少零件、刀具的懸伸長度減少變形。另外，為提高零件的表面光潔度可使用粗、細(xì)相結(jié)合的方法進(jìn)行加工，接著使用輪廓平面銑光零件的側(cè)壁。

（3）框架零件的數(shù)控加工。利用數(shù)控技術(shù)加工框架零件，較為關(guān)鍵的一步通過相關(guān)配置生成加工代碼，如下所示為零件精加工部分代碼:

該框架零件加工前由于進(jìn)行了加工仿真模擬，因此生產(chǎn)出的零件質(zhì)量符合機(jī)械生產(chǎn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造技術(shù)在提高國家機(jī)械生產(chǎn)水平上發(fā)揮重要作用。因此相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造技術(shù)研究，不斷提高我國機(jī)械生產(chǎn)水平，進(jìn)而為我國工業(yè)的發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)。