機(jī)械制造工藝中的合理化機(jī)械設(shè)計(jì)分析

蔡文琴

(上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600)

機(jī)械制造工藝中的合理化機(jī)械設(shè)計(jì)分析

蔡文琴

(上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600)

摘要：旨在探索機(jī)械制造工藝中的合理化機(jī)械設(shè)計(jì)，以機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)械制造工藝中的重要地位為切入點(diǎn)，簡(jiǎn)要分析了機(jī)械制造的主要工藝與流程，繼而在此基礎(chǔ)上提出了幾點(diǎn)合理化的機(jī)械設(shè)計(jì)建議，以期提高我國(guó)機(jī)械制造的工藝水平，滿足工業(yè)發(fā)展的客觀需求。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；制造工藝；合理化；機(jī)械設(shè)計(jì)；零件裝夾

在機(jī)械制造過(guò)程中，應(yīng)保證其設(shè)計(jì)層面的合理化，這是保證機(jī)械制造工藝水準(zhǔn)的關(guān)鍵前提之一。合理化的機(jī)械設(shè)計(jì)，可以提高機(jī)械產(chǎn)品的使用性能，延長(zhǎng)其使用壽命，因此，如何保證機(jī)械設(shè)計(jì)的合理化是相關(guān)從業(yè)人員需要重點(diǎn)思考的問(wèn)題之一[1]。

1機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)械制造工藝中的重要地位

機(jī)械設(shè)計(jì)的具體原理可細(xì)分為兩部分：一是在原有的機(jī)械的基礎(chǔ)上對(duì)其性能進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑炫c提高；二是在合理規(guī)劃與市場(chǎng)需求調(diào)研的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并生產(chǎn)具有預(yù)期功能的現(xiàn)代化機(jī)械。機(jī)械設(shè)計(jì)所涉及的學(xué)科理論知識(shí)比較多，因此把握的難度也相對(duì)較大。當(dāng)前，冶金、化工、食品和種植等各行各業(yè)均需要用到機(jī)械，這有助于推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，是機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)械制造工藝中的重要地位的集中體現(xiàn)[2]。為了滿足社會(huì)發(fā)展的相關(guān)需求，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備技術(shù)加以改造提升，工程技術(shù)人員應(yīng)從降低制造成本、延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命和提高機(jī)械使用性能等方面進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)。

2機(jī)械制造的主要工藝與流程分析

所謂機(jī)械制造工藝，即滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求以及保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效技術(shù)手段，對(duì)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)準(zhǔn)備、計(jì)劃調(diào)度和質(zhì)量檢測(cè)等工作均起到良好的指導(dǎo)作用，是機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的必要條件之一。機(jī)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(jìn)行機(jī)械零件生產(chǎn)之前，應(yīng)把機(jī)械零件固定安放在夾具或者機(jī)床之上。為了進(jìn)一步確保機(jī)械零件位置的準(zhǔn)確性，應(yīng)按夾緊的工序流程對(duì)其再進(jìn)行穩(wěn)固處理。裝夾指的是機(jī)械零件的夾緊與固定位置操作。零件的質(zhì)量直接受到零件裝夾工序的影響，也會(huì)波及到機(jī)械零件的生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)速度等方面，其重要性不容忽視。比較常見(jiàn)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(tái)如圖1所示。

圖1　零件裝夾工作平臺(tái)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(jìn)行定位的過(guò)程中，首先需要選定定位基準(zhǔn)，定位基準(zhǔn)選定的依據(jù)在于加工工件的具體參數(shù)，包括尺寸、材質(zhì)、點(diǎn)、線和面等，確定工件與加工工具兩者之間的位置關(guān)系。以實(shí)際作用與應(yīng)用場(chǎng)所為標(biāo)準(zhǔn)，可將基準(zhǔn)細(xì)分為工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)兩類，其中最為常見(jiàn)的是工藝基準(zhǔn)，工藝基準(zhǔn)又可細(xì)分為工序基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和檢測(cè)基準(zhǔn)等3類。

2.3加工精確度

作為機(jī)械制造工藝中的關(guān)鍵要素，加工精確度與所生產(chǎn)出的產(chǎn)品的使用性能直接掛鉤。根據(jù)加工精確度的具體要求，可將其細(xì)分為表面質(zhì)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(jìn)行機(jī)械制造的過(guò)程當(dāng)中，為了全面確保機(jī)械零件尺寸精度的目的，常用的2種方法是調(diào)整法與試切法；而為了確保機(jī)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(jī)械制造工藝的具體流程可概括為原材料準(zhǔn)備→半成品制作→半成品保管→成品制作→成品裝配檢驗(yàn)等。整體而言，機(jī)械制造的工藝過(guò)程屬于生產(chǎn)過(guò)程的范疇，其重點(diǎn)在于改變并調(diào)整產(chǎn)品的外形、尺寸等，還包括與零部件所保持的相對(duì)位置關(guān)系調(diào)整等操作，例如機(jī)械加工以及毛坯制造等工藝流程[3]。工藝過(guò)程包括機(jī)械制作加工的全過(guò)程，在機(jī)械加工的基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品零部件的毛坯外形、表面質(zhì)量和尺寸等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與改變。機(jī)械制造加工的工藝流程是由許多具體而詳細(xì)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(jī)械制造工藝流程圖如圖2所示。

圖2　機(jī)械制造工藝流程圖

3機(jī)械制造工藝中的合理化機(jī)械設(shè)計(jì)措施分析

提高機(jī)械制造工藝中的合理化機(jī)械設(shè)計(jì)的整體水平，關(guān)鍵在于提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，提高加工精度，提高加工表面質(zhì)量和采用綠色制造工藝等。

3.1提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

目前，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)的核心發(fā)展方向是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，即在相對(duì)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，確保所設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)械零件的性能結(jié)構(gòu)、規(guī)格型號(hào)和尺寸等高度統(tǒng)一，符合相關(guān)的使用要求與質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)所需的成本，加快生產(chǎn)效率[4]。鑒于此，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)高度重視提高產(chǎn)品零件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，以保證機(jī)械零件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平與使用性能，提高機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)與機(jī)械產(chǎn)品兩者的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.2提高加工精度

在機(jī)器制造的過(guò)程中，差異是客觀存在并且完全無(wú)法消除的，關(guān)鍵在于盡量降低差異，提高機(jī)械零件產(chǎn)品的加工精度。而提高機(jī)械零件產(chǎn)品的加工精度，重點(diǎn)在于深入分析并全面論證差異產(chǎn)生的具體原因，明確各種原因中的潛在關(guān)系，以期降低差異，提高防范技術(shù)的目的性與有效性，保證加工精度。

提高機(jī)械零件產(chǎn)品的加工精度和幾何精度，關(guān)鍵在于對(duì)所使用的夾具進(jìn)行具有針對(duì)性的改進(jìn)與調(diào)整，采用先進(jìn)的測(cè)量工具與技術(shù)提高精度，降低誤差值，盡量規(guī)避加工誤差的不良問(wèn)題，深入明確誤差產(chǎn)生的具體原因[5]。筆者認(rèn)為，機(jī)械零件產(chǎn)品出現(xiàn)加工誤差的主要原因在于內(nèi)部應(yīng)力、刀具磨損、熱變形和系統(tǒng)應(yīng)力等因素，其中最為常見(jiàn)的是內(nèi)部應(yīng)力與熱變形這2個(gè)因素。提高機(jī)械零件產(chǎn)品的加工精度，常用的方法主要有轉(zhuǎn)移原始誤差法、均化原始誤差法、誤差補(bǔ)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(zhì)量

加工表面質(zhì)量即機(jī)械加工后的零件表面微觀不平度，也就是通常所說(shuō)的表面粗糙度。一般而言，機(jī)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(lián)系，提高機(jī)械零件的加工表面質(zhì)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。基于提高機(jī)械零件加工表面質(zhì)量的重要目的，在選擇刀具時(shí)，根據(jù)所要加工的零件的實(shí)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(shí)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(zhì)的基本特性，提高加工表面質(zhì)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(jī)械零件加工表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，盡量減少積屑瘤的產(chǎn)生量，并且降低進(jìn)給量。為了進(jìn)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(zhì)量。

3)降低表面層變形強(qiáng)化。降低機(jī)械零件的表面層變形強(qiáng)化，關(guān)鍵是在采用刀具進(jìn)行工件加工的過(guò)程中，嚴(yán)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(jī)械零件加工表面質(zhì)量的重要舉措[7]。

3.4采用綠色制造工藝

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)不斷革新自身的設(shè)計(jì)理念，改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)手法，貫徹落實(shí)綠色環(huán)保設(shè)計(jì)理念，同時(shí)把機(jī)械設(shè)計(jì)與新型的設(shè)計(jì)要求緊密結(jié)合在一起。此外，在環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)效益兩者之間尋找到合適的平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)兩者的共同發(fā)展提高，互不制約與影響，在不危及環(huán)境的前提下，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化[8]。目前，針對(duì)機(jī)械零件的綠色制造工藝，其關(guān)鍵點(diǎn)在于綠色材料的選用，同時(shí)綠色制造工藝對(duì)于控制環(huán)境污染也具有不容忽視的意義與作用；因此，應(yīng)從原材料的選用以及生產(chǎn)工藝的選用兩方面來(lái)保證機(jī)械制造與設(shè)計(jì)的綠色化與系統(tǒng)化。

4結(jié)語(yǔ)

合理化的機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩方面：一是針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的科學(xué)研究，二是針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的合理分析，上述兩者均與機(jī)械制造過(guò)程中的合理化要求直接掛鉤。鑒于此，為了保證機(jī)械設(shè)計(jì)的合理化與科學(xué)化，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)充分考慮工藝的實(shí)際要求，分析各個(gè)制造工序的核心內(nèi)容以及注意事項(xiàng)等，在現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下，不斷改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)加工過(guò)程與工藝水平，合理設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、加工精度和加工表面質(zhì)量等，以保證機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯彭光宇

山高新一代 Duratomic?金剛甲技術(shù)再次提升了鋼件切削水平

當(dāng)山高在 2007 年推出 Duratomic 金剛甲技術(shù)時(shí)，它成為業(yè)界首個(gè)結(jié)構(gòu)型α-基Al2O3 鍍層，并且樹(shù)立了新的加工性能標(biāo)準(zhǔn)。如今，經(jīng)過(guò)多年來(lái)對(duì)材料工藝和設(shè)計(jì)的不斷研發(fā)，山高進(jìn)一步改進(jìn)了該技術(shù)的氧化鋁鍍層，并且采用了已用刃口檢測(cè)功能，使其最新的鋼件車削 TP 刀片材質(zhì)等級(jí)成為同類中最可靠、最可預(yù)測(cè)和最高效的產(chǎn)品。TP2501、TP1501 和 TP0501 刀片材質(zhì)等級(jí)是新一代 Duratomic 金剛甲鍍層技術(shù)的代表，它們擁有更出色的韌性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，從而確保了最長(zhǎng)的刀具壽命；同時(shí)，其還為進(jìn)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(wǎng)

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(jiǎn)介：蔡文琴(1982-)，女，工程師，大學(xué)本科，主要從事產(chǎn)品質(zhì)量管理和機(jī)械加工工藝等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TM 0

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A