機械設(shè)計中的加工工藝研究與探討

秦海亮

摘 要：隨著現(xiàn)代化的進步和經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，機械設(shè)計制造在國民經(jīng)濟中發(fā)揮著越來越重要的作用，已經(jīng)成為當(dāng)今社會工業(yè)體系中的支柱產(chǎn)業(yè)。機械的設(shè)計構(gòu)思與工藝方案都將直接影響著設(shè)備的質(zhì)量，必須保證從設(shè)計與加工上提高機械設(shè)備的可靠性，增加機械設(shè)備的使用壽命。機械加工工藝直接體現(xiàn)出了設(shè)計者的構(gòu)思，加工的質(zhì)量直接影響到機械部件的運行性能，影響到產(chǎn)品的整體質(zhì)量。本文將深入的探究我國機械設(shè)計與加工工藝的現(xiàn)狀，并結(jié)合實際的項目提出改進建議，為我國的機械行業(yè)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;加工工藝;研究;工藝措施

在機械設(shè)計制造的整個過程中，設(shè)計與工藝是直接制約著產(chǎn)品的質(zhì)量，優(yōu)秀的設(shè)計方案可以降低零部件的加工難度，能夠有效控制設(shè)計方案的成本，而加工工藝方案的擬定需要建立在實際的工藝水平上，必須選取性價比最高的工藝方案，保證加工精度的同時，降低加工成本。

1 機械設(shè)計的構(gòu)思

機械設(shè)計十分龐雜，需要涉及運動空間、力學(xué)校核、穩(wěn)定性分析、動力系統(tǒng)、圖紙繪制等等，這些都是機械設(shè)計的基本內(nèi)容。機械設(shè)計的內(nèi)容雖然十分龐雜，但也具有極強的系統(tǒng)性，整個機械設(shè)計都是按照標(biāo)準(zhǔn)化的流程逐步深入，機械設(shè)計的大致流程如下：類型選擇 → 工作原理 → 受力分析→ 應(yīng)力狀態(tài) → 材料選擇 → 失效分析 →計算準(zhǔn)則 → 基本公式 → 參數(shù)分析 → 結(jié)構(gòu)設(shè)計一圖紙文件。

機械設(shè)計的每一道流程都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，以工作原理為例，機械的工作原理涉及到運動學(xué)分析與空間結(jié)構(gòu)分析，屬于機械原理的內(nèi)容，機械原理已經(jīng)對連桿、齒輪、凸輪等不同的機構(gòu)進行了詳細(xì)的論述，設(shè)計人員只需安裝標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計即可。機械設(shè)計本身與機械設(shè)備一樣，單個零件無法體現(xiàn)出整臺設(shè)備的作用，而單一的設(shè)計流程無法體現(xiàn)出設(shè)計人員的構(gòu)思，設(shè)計人員的構(gòu)思體現(xiàn)在整體的設(shè)計把控，需要根據(jù)設(shè)計要求與經(jīng)濟成本對設(shè)計進行整體規(guī)劃，從整體把握細(xì)節(jié)，從多套方案中選取最優(yōu)方案。

1.1 功能性設(shè)計原則

功能性設(shè)計需要設(shè)計人員從設(shè)備的功能層逐步向下深入，從功能入手，從整體到細(xì)節(jié)。以航拍中的增穩(wěn)云臺設(shè)計為例，增穩(wěn)云臺的主要功能就是穩(wěn)定的攝像頭，保證攝像頭時刻對準(zhǔn)一個方位，設(shè)計人員為了實現(xiàn)這一功能，必須進一步進行運動方案與整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，運動方案的設(shè)計主要體現(xiàn)出云臺的運動差補特性，結(jié)構(gòu)設(shè)計需要根據(jù)基本的運動要求進行設(shè)計，可以采用普通三軸協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)，也可以采用箱式框架結(jié)構(gòu)。設(shè)計人員為了滿足設(shè)備功能進行逐步具體化的設(shè)計，就是功能性設(shè)計原則。功能，簡而言之，就是產(chǎn)品的用途或技術(shù)系統(tǒng)能獨立先成的任務(wù)。功能分析是從功能的角度尋求設(shè)計問題的解決辦法。首先根據(jù)設(shè)計任務(wù)確定系統(tǒng)的總功能。系統(tǒng)的總功能體現(xiàn)在將輸入條件轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的輸出條件上?？偣δ艽_定后，進行功能分解，將總功能分解為分功能、子功能直至功能元，功能元是最小的功能單位，是可以直接從物理效應(yīng)、邏輯關(guān)系等方面找到解法的基本功能單元。一般把功能元分為物理功能元和邏輯功能元。物理功能元反映了系統(tǒng)中物料、信號和能量的物理基本作用。物理功能元可用物理基本效應(yīng)求解。機械、儀器中常用的物理效應(yīng)有;力學(xué)效應(yīng)、電力效應(yīng)、磁效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)、熱力學(xué)效應(yīng)、核效應(yīng)等。同—物理效應(yīng)能完成不同的功能，同一功能可用不同的物理效應(yīng)解決，而設(shè)計人員利用不同的物理效應(yīng)實現(xiàn)同一功能時，可以體現(xiàn)出設(shè)計人員的構(gòu)思。

1.2 最優(yōu)化設(shè)計原則

最優(yōu)化設(shè)計是設(shè)計人員在充分理解設(shè)計要求的前提下，從多套設(shè)計方案從選取最佳的設(shè)計方案，除此之外，設(shè)計人員需要對方案中的各個設(shè)計參數(shù)進行最優(yōu)化的選擇，以桁架結(jié)構(gòu)的桿的橫截面設(shè)計為例，桁架結(jié)構(gòu)的桿可以受到拉力與壓力，甚至部分結(jié)構(gòu)可能承受一定的彎剪力，而現(xiàn)有的型材都有特定的橫截面，這些橫截面已經(jīng)決定了材料的受力類型，設(shè)計人員需要根據(jù)根據(jù)實際情況選擇合適的力學(xué)校核公式，以材料的抗彎模量為變量，選擇最佳的型材。最優(yōu)化設(shè)計不僅是整體結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化，也是細(xì)節(jié)的優(yōu)化，每一個參數(shù)的優(yōu)化，常規(guī)的機械零部件設(shè)計已經(jīng)有了標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計流程，例如皮帶的選型力學(xué)校核，格根據(jù)皮帶的工作環(huán)境選擇皮帶類型，之后根據(jù)實際的力學(xué)情況選擇皮帶的參數(shù)，最后確定皮帶的型號。在一些可變因素較多的情況下，尤其是非標(biāo)件的設(shè)計，需要設(shè)計人員根據(jù)實際的要求，逐步優(yōu)化，選擇最符合成本與功能的方案，而方案的確定就體現(xiàn)出了設(shè)計人員的構(gòu)思。

1.3模塊化設(shè)計原則

模塊化設(shè)計是目前機械設(shè)計的趨勢，也是對設(shè)計人員的要求。模塊設(shè)計類似于軟件的黑箱設(shè)計，黑箱設(shè)計是一種尋求系統(tǒng)總功能的創(chuàng)造性思維方法。“黑箱”就是一個未知其內(nèi)部機理和結(jié)構(gòu)的箱子?！昂谙浞ā本褪菍⑺芯康膹?fù)雜系統(tǒng)看作一個黑箱，在不打開它的前提下，暫時忽略次要因素，首先中考慮系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，通過觀測和分析黑箱與外部環(huán)境的相互關(guān)系，求解待設(shè)計系統(tǒng)的功能，從而進一步了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機理。模塊設(shè)計是將機械系統(tǒng)的每一個子功能元拆分成以個個模塊，這些模塊可以直接替換，可以提高設(shè)備的可靠性。實際上，設(shè)備的模塊化依賴設(shè)計人員的構(gòu)思，不合理的拆分會降低設(shè)備的整體性，不同的設(shè)計人員對設(shè)備的拆分是不同的，體現(xiàn)出了設(shè)計人員的構(gòu)思。設(shè)計人員的設(shè)計構(gòu)思不是體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化的零部件設(shè)計流程，而是體現(xiàn)在非標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計過程，需要設(shè)計人員從整體把握細(xì)節(jié)，只有根據(jù)實際的項目進行構(gòu)思才能體現(xiàn)設(shè)計者的個性化構(gòu)思。

2 機械加工工藝

機械加工是對機械設(shè)計的實踐過程，在機械加工領(lǐng)域，機械加工工藝的制定和改良對機械設(shè)備的性能起著重要作用。機械加工工藝就是利用機械加工的方法改變原材料的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)使其成為合格零件的全部過程。加工工藝貫穿著整個生產(chǎn)加工過程，對各工序的加工內(nèi)容及操作方法有明確規(guī)定，是工人進行零件加工的依據(jù)，指導(dǎo)和監(jiān)督著整個加工過程，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

2.1加工工藝方案設(shè)計

機械加工的精度必須通過工藝方案設(shè)計進行約束，機械加工工藝規(guī)程的制定原則是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本，即在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下，盡量提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。因此，工藝技術(shù)人員要認(rèn)真對零件進行分析，確定各表面加工方法，按照零件設(shè)計要求選擇定位基準(zhǔn)，劃分零件粗、半精、精加工階段，并確定工序集中與分散的程度，合理安排各表面的加工順序和方法，從而制訂出零件的機械加工工藝路線，以軸的加工工藝設(shè)計為例，一般的機械加工機床的可以保證的公差是0.02，設(shè)計人員必須結(jié)合軸裝配的設(shè)計實際公差與配合。

2.2加工設(shè)備

機械加工設(shè)備在加工工藝的制定中起著舉足輕重的作用。機械設(shè)備的選用應(yīng)當(dāng)既保證加工質(zhì)量、又要經(jīng)濟合理。在成批生產(chǎn)條件下，一般應(yīng)采用通用機床和專用工夾具，必要時可引進數(shù)控設(shè)備和專用加工設(shè)備。在批量加工和工序集約加工中，數(shù)控機床顯現(xiàn)了它的優(yōu)勢，既保證了零件的加工質(zhì)量，又大大提高了工作效率。同時，這些先進設(shè)備的廣泛應(yīng)用也在不斷促進著機械加工工藝的改良和優(yōu)化。在選擇機床時，機床的加工范圍要與零件的外形尺寸相適應(yīng)，機床的精度要與工序要求的精度相適應(yīng)，機床的生產(chǎn)率要與零件的生產(chǎn)類型相適應(yīng)。不管是沿用舊設(shè)備，還是利用新設(shè)備生產(chǎn)，都需要技術(shù)人員對設(shè)備的性能、效率和保養(yǎng)方法熟悉。只有熟知各種設(shè)備的性能和精度，在選擇設(shè)備時才能選擇適合的設(shè)備，充分利用設(shè)備，發(fā)揮出設(shè)備的最大價值。

2.3設(shè)計與工藝加工聯(lián)系

機械設(shè)計的實現(xiàn)它是通過機械加工的方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)使其成為合格零件的全過程，加工工藝是工人進行加工的一個依據(jù)是指利用傳統(tǒng)機械加工的方法，按照圖紙的圖樣和尺寸，使毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)成為合格零件的全過程，加工工藝是工人進行加工前所需要做的工作，避免在加工過程中發(fā)生加工失誤，造成經(jīng)濟損失。機械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟，采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過程稱為機械加工工藝流程。

3 結(jié)語

通過以上的分析，機械加工工藝過程直接體現(xiàn)出了設(shè)計者的構(gòu)思，設(shè)計原則、加工方案、加工設(shè)備及設(shè)備工藝標(biāo)準(zhǔn)化等方面全面進行分析和探究了，它是提升部件加工工藝的方法和途徑，加工的質(zhì)量直接影響到機械部件的運行性能，影響到產(chǎn)品的整體質(zhì)量。只有提高機械設(shè)計及工藝加工水平，才能保證設(shè)備部件質(zhì)量，才能提高企業(yè)核心競爭力。

參考文獻：

[1] 鄭生華，丁書坤，陳金花，等.機械部件空間交叉通孔加工工藝研究[J].制造技術(shù)與機床.2014（09）：157-159.

[2] 崔承賢.基于機械制造工藝的合理化機械設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.

2014（11）：58.

[3] 馬麗芳.壓縮機缸體孔的加工[J].內(nèi)蒙古石油化工.2008（04）：82-83.

[4] 唐英，崔華勝，崔詠琴，等.微小孔加工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].新技術(shù)新工藝.2007（02）：52-54.

[5] 金玉淑，馬秀英.加工空間相交深孔的參數(shù)化編程[J].風(fēng)機技術(shù).

2002（01）：30-31.