試論機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的作用

【摘 要】在機(jī)械制造中，良好的機(jī)械設(shè)計(jì)能夠提高機(jī)械產(chǎn)品的性能，對(duì)機(jī)器的質(zhì)量以及可靠性有很大的影響?；诖?，文章對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的作用進(jìn)行分析，以期能夠提供一個(gè)借鑒。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械制造；機(jī)械設(shè)計(jì)；作用

1.機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)分析

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法具有動(dòng)態(tài)、科學(xué)的特點(diǎn)，它能把科學(xué)的設(shè)計(jì)方法都應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中?，F(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)方法的實(shí)質(zhì)就是將科學(xué)的方法引入到機(jī)械設(shè)計(jì)中并得以應(yīng)用，現(xiàn)代設(shè)計(jì)有以下幾種方法，一是信息方法論，這是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的前提；二是系統(tǒng)論方法；三是控制論方法；四是優(yōu)化論方法；另外還有是對(duì)應(yīng)論方法、智能論方法、壽命論方法、離散論方法、模糊論方法、突變論方法以及藝術(shù)論方法等。將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中就成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法，目前常用的有創(chuàng)造性設(shè)計(jì)法、優(yōu)化設(shè)計(jì)法、系統(tǒng)設(shè)計(jì)法、模糊設(shè)計(jì)法、動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)法、信號(hào)分析法等方法。

2.機(jī)械制造工藝概述

機(jī)械制造工藝是滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約成本、縮減能耗的有效手段，它指導(dǎo)著企業(yè)的生產(chǎn)準(zhǔn)備、計(jì)劃調(diào)度、生產(chǎn)加工、質(zhì)量檢測(cè)等工作，它為產(chǎn)品更新、技術(shù)升級(jí)、增加經(jīng)濟(jì)效益提供了重要保障。其中，工藝流程在產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力中發(fā)揮著重要的作用，直接指導(dǎo)著產(chǎn)品或者零件的制造過(guò)程。

2.1 生產(chǎn)和工藝過(guò)程。機(jī)械制造工藝中的生產(chǎn)過(guò)程具體是指制造機(jī)械時(shí)，將原材料或者半成品制作成產(chǎn)品的過(guò)程，主要包含生產(chǎn)技術(shù)的前期準(zhǔn)備，原材料與半成品的運(yùn)輸、保管，零部件與產(chǎn)品的裝配、調(diào)試和檢驗(yàn)等。工藝過(guò)程隸屬于生產(chǎn)過(guò)程，它是指改變零部件與產(chǎn)品尺寸大小、外形、性質(zhì)、相對(duì)位置關(guān)系的生產(chǎn)操作過(guò)程，例如，毛坯制造、機(jī)械加工等。其中，工藝過(guò)程涵蓋了機(jī)械加工工藝過(guò)程，它具體是指采用機(jī)械加工方法改變毛坯的外形、尺寸大小以及表面質(zhì)量，將其變成產(chǎn)品零部件的過(guò)程，此過(guò)程通常由一個(gè)或者多個(gè)加工工序構(gòu)成，主要包含安裝、工位、公步和走刀這四道工序。

2.2 零件裝夾。正式生產(chǎn)零件之前，應(yīng)將其安放在基床或者夾具等位置，此步工序?yàn)楣潭ㄎ恢?，為進(jìn)一步保障位置的準(zhǔn)確性，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)固，此步工序?yàn)閵A緊，固定位置和夾緊統(tǒng)稱為裝夾。機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)中零件裝夾的科學(xué)性嚴(yán)重影響著零件的生產(chǎn)品質(zhì)，同時(shí)直接影響著產(chǎn)品的生產(chǎn)速度、生產(chǎn)成本和安全性。通常包含直線、劃線找正式和用夾具裝夾式這三種零件裝夾模式。

2.3 定位。為切實(shí)保證零件的精確度，應(yīng)做好零件的定位作業(yè)。定位時(shí)，首先嚴(yán)格依照加工工件的具體情況合理選擇定位基準(zhǔn)，本文中的基準(zhǔn)是指點(diǎn)、線、面，且能夠在明確工件和加工工具之間具體位置關(guān)系中發(fā)揮作用，依照所發(fā)揮作用和應(yīng)用場(chǎng)所的不同，將基準(zhǔn)劃分成設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)，其中工藝基準(zhǔn)依照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，又將其細(xì)分為工序基準(zhǔn)、定位基準(zhǔn)、檢測(cè)基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。

2.4 加工精確度。加工精確度是機(jī)械制造工藝中的關(guān)鍵，其直接決定著產(chǎn)品的使用性能，依照不同的要求，可將其劃分成尺寸大小精確度、外形精確度、位置精確度和表面質(zhì)量精確度。在具體的機(jī)械加工過(guò)程中，為獲得準(zhǔn)確的尺寸大小精度，主要采用試切法、調(diào)整法；為獲得準(zhǔn)確的外形精確度可以采用軌跡法、成形法。

3.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 可靠性設(shè)計(jì)。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，衡量產(chǎn)品質(zhì)量的最重要一項(xiàng)指標(biāo)是可靠性。要想做到可靠性設(shè)計(jì)，則需要通過(guò)試驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)分析對(duì)機(jī)械的載荷、工況、長(zhǎng)度及材料機(jī)械性能等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并作為可靠性的重要依據(jù)。根據(jù)具體的分析和計(jì)算，建立可靠性模型，確定設(shè)備的使用壽命，對(duì)其可靠性進(jìn)行全面的掌握，對(duì)于一些可靠性較為薄弱的環(huán)節(jié)則可以加以進(jìn)一步改進(jìn)，以便于更好的提高機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量，提升設(shè)備的安全可靠性，以便于確保機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中的安全能夠得到較好的保障。

3.2 CAD 技術(shù)。目前在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，必不可少的會(huì)使用到CAD 技術(shù)。這是充分的利用計(jì)算機(jī)軟、硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種技術(shù)，利用 CAD 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、工程分析、繪畫及文檔制作，為設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的便利。不僅可以確保模塊和一體化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，而且直接導(dǎo)入計(jì)算機(jī)內(nèi)的產(chǎn)品模型，在加工中心直接利用傳入的加工代碼進(jìn)行機(jī)械的加工。應(yīng)用 CAD 技術(shù)，有效的將設(shè)計(jì)和制造兩個(gè)環(huán)節(jié)更好的銜接起來(lái)，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和加工效率都有較明顯的改善。

3.3 有限元法作業(yè)。有限元法作業(yè)時(shí)環(huán)境較為復(fù)雜，機(jī)械作業(yè)時(shí)受力情況也無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算和分析，在結(jié)構(gòu)和載荷上都具有復(fù)雜性。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中通常都是通過(guò)幾個(gè)截面來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，這不僅無(wú)論確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且僅僅通過(guò)對(duì)幾個(gè)截面的設(shè)計(jì)校核，無(wú)法對(duì)每個(gè)部件的應(yīng)力分布情況進(jìn)行準(zhǔn)確的確定。所以在現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，往往利用有限元法，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)每個(gè)部件的應(yīng)力情況及薄弱點(diǎn)進(jìn)行分析，這樣能夠更好的對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，確保設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量能夠更好的滿足開采的要求。

4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)理念和流程發(fā)生了革命性的變革，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐杂?jì)算機(jī)為基礎(chǔ)工具，通過(guò)相應(yīng)的工程開發(fā)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的高效性和高可靠性。

4.1現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)流程

由于機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)工具進(jìn)步和理念的沿革，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)流程與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程發(fā)生了本質(zhì)的變化，并在每一環(huán)節(jié)都對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)人員提出了新要求，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程如圖1所示：

圖1 機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)流程

4.2現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該注意的環(huán)節(jié)

（1）共用性設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在保證商業(yè)利潤(rùn)以及現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要盡可能使所有用戶在不同的使用環(huán)境下，都能得到安全舒適的使用效果。這種設(shè)計(jì)理念是在無(wú)障礙設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，工程領(lǐng)域的以人為中心理念的實(shí)踐和延伸。（2）并行設(shè)計(jì)。并行設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢(shì)是可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，有效降低機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本。因此相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)的串行設(shè)計(jì)過(guò)程具有巨大的優(yōu)勢(shì)。并行設(shè)計(jì)的基本思想是將機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造和銷售看成是一個(gè)相互聯(lián)系的有機(jī)整體，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要對(duì)涉及到的各個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。（3）逆向工程技術(shù)。逆向工程技術(shù)是指基于精確的幾何測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)物模型重構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。要實(shí)施逆向工程主要應(yīng)該解決形狀反求、材料反求以及工藝反求等三個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題。這一工程設(shè)計(jì)技術(shù)為機(jī)械產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)提供了一個(gè)重要的技術(shù)支持手段。（4）自上而下和自下而上的設(shè)計(jì)。自下而上的設(shè)計(jì)是指先生產(chǎn)出機(jī)械產(chǎn)品的各種零部件，然后再根據(jù)這些部件之間的關(guān)系進(jìn)行組裝。自上而下的設(shè)計(jì)是指先對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的整體布局進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后根據(jù)總體布局的要求進(jìn)行零部件的具體設(shè)計(jì)。（5）機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)。機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者首先要建立零部件的三維模型，其次在對(duì)運(yùn)動(dòng)部件及其相互約束關(guān)系進(jìn)行確定，最后再進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析。

結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，要更加的詳細(xì)和細(xì)致，在生產(chǎn)設(shè)備以及安全程序方面都要進(jìn)行重視，這樣才能保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)符合要求，從而促進(jìn)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。

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