基于機械制造工藝的合理化機械設(shè)計

周朝輝

摘 要：機械制造是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，在我國工業(yè)體系中發(fā)揮著不可替代的作用。為了提升機械制造產(chǎn)業(yè)的水平，確保其能夠在新技術(shù)潮流下迎頭趕上并領(lǐng)先世界，就需要從機械設(shè)計、材料采購、工藝設(shè)計以及機械加工等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行同步改善。首先，對機械制造工藝的發(fā)展特征進(jìn)行了分析。接著，基于機械制造工藝，對機械設(shè)計合理化措施從提高加工精度、提高加工表面質(zhì)量以及加強綠色制造等方面進(jìn)行討論。相關(guān)的分析和討論對促進(jìn)機械制造產(chǎn)業(yè)的設(shè)計合理化有積極意義。

關(guān)鍵詞：機械制造產(chǎn)業(yè)；產(chǎn)業(yè)優(yōu)化；機械設(shè)計合理化；機械制造工藝

機械工程是一個國家產(chǎn)業(yè)實力的重要標(biāo)志，也是其經(jīng)濟硬實力的關(guān)鍵部分。在推進(jìn)機械工程發(fā)展時，必須對機械結(jié)構(gòu)、運動方式、力學(xué)傳遞、零件精度、材料精度以及維護保養(yǎng)等進(jìn)行不斷改進(jìn)即，需要進(jìn)行機械設(shè)計的不斷再完善?？梢姡瑱C械設(shè)計對于機械工程的發(fā)展起著基礎(chǔ)性作用。然而，在機械設(shè)計過程中必須結(jié)合機械制造工藝現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢等因素進(jìn)行合理化，不能夠片面追求材料、技術(shù)或者原來的先進(jìn)性，也不能夠墨守成規(guī)，忽視了機械設(shè)計和機械制造的發(fā)展潮流。這就是所謂的合理化機械設(shè)計。接下來，將基于機械制造工藝對合理化機械設(shè)計進(jìn)行討論，希望能夠?qū)μ嵘龣C械設(shè)計合理化水平有積極的借鑒意義。

1 機械制造工藝的發(fā)展特征

1.1 機械制造工藝的網(wǎng)絡(luò)化，對機械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化有更高要求

當(dāng)代機械制造環(huán)節(jié)眾多，參與者也遍布全球，為了確保各個工藝、工序之間能夠正常、順暢、高效地進(jìn)行，就需要充分利用網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)平臺。通過網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)平臺，市場需求、市場開發(fā)、材料選擇和采購、產(chǎn)品設(shè)計和制造等環(huán)節(jié)能夠在全球各個地方有效互動。同時，便于機械制造工藝的交流和技術(shù)擴散，也充分利用了網(wǎng)絡(luò)的開放性、分享度高的優(yōu)勢，制造工業(yè)不再被封鎖在局部地域內(nèi)。

1.2 機械制造工藝的智能化，對機械加工精度有更高要求

智能化充分運用模糊數(shù)學(xué)、生物科技、計算機、高級運籌學(xué)以及混沌力學(xué)等高端科技，通過將這些科技與控制理論組合起來，能夠?qū)崿F(xiàn)機械制造工藝高度自動化。在人工智能技術(shù)的推動下，部分高難度、高危險、高強度的工作不再需要大量人力勞動。

1.3 機械制造工藝的微型化，對工具表面質(zhì)量有更高要求

微型化機械是指體積<1cm?的自動化機械產(chǎn)品。歐美發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在機械制造工藝微型化方面取得較大成就，證明了機械制造工藝的微型化不僅可以減少機械設(shè)備能耗、降低其空間占用，而且能夠促進(jìn)機械設(shè)備以更加靈活、精準(zhǔn)的方式運行。微型化已經(jīng)在生物醫(yī)療、高精儀器研發(fā)制造以及軍事設(shè)備、衛(wèi)星設(shè)備制造中得到運用。

2 基于機械制造工藝的機械設(shè)計合理化措施

2.1 提高加工精度的工藝措施

從機械制造工藝的發(fā)展特征可以看出，智能化程度不斷發(fā)展，相應(yīng)對工件精度提出更高的要求。在機械設(shè)計過程中，必須不斷提升精度控制技術(shù)、改進(jìn)零件精度控制工具，并將精度測量工具不斷優(yōu)化。然而，在機械設(shè)計和制造過程中，工藝的存在是客觀的，而且是影響加工精度的主要因素。因此，就現(xiàn)代機械設(shè)計而言，要提高加工精度，就必須不斷改進(jìn)對誤差的控制。通過轉(zhuǎn)移原始誤差法、分化或均化原始誤差法、誤差補償法等誤差控制方法來應(yīng)對內(nèi)部應(yīng)力、刀具磨損、熱變形、系統(tǒng)應(yīng)力等因素所導(dǎo)致的誤差。

2.2 提高加工表面質(zhì)量的工藝措施

機械制造工藝已經(jīng)越來越微型化，而微型化設(shè)備對表面質(zhì)量有著極高要求，否則就可能引起整個機械系統(tǒng)的運行故障。在機械設(shè)計過程中，為了有效地應(yīng)對機械表面粗糙度超過機械工藝要求的問題，可以從以下3個方面著手。

第一，不斷提升刀具的性能，如根據(jù)工件表面屬性，對精車刀、刃精刨刀、修光刃進(jìn)行再改進(jìn)，提升其適應(yīng)性。

第二，改善切削條件。為了避免在切削過程中產(chǎn)生積屑瘤，影響工件表面光潔度，可以采用改善切削液潤滑度、合理控制進(jìn)給量、調(diào)整切削速度等措施。

第三，需要嚴(yán)格控制工件表面層變形。為此，需要優(yōu)化進(jìn)給量、控制切削速度，并合理調(diào)節(jié)后刀面的磨損寬度。另外，還需要注意切削液的添加，做好潤滑和沖洗措施。

2.3 提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的工藝措施

無論是基于機械制造工藝的智能化、網(wǎng)絡(luò)化或者微型化，在機械設(shè)計過程中都必須進(jìn)行明確的標(biāo)準(zhǔn)化，從而使得工藝規(guī)范能夠真正實現(xiàn)。在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化時，需要從工件構(gòu)造、工件功能設(shè)置、工件種類設(shè)置、工件大小設(shè)置等方面制定明確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。只有做到各項具體工藝有明確的企業(yè)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，才能夠真正做到機械設(shè)計者與市場消費者的有效溝通，從而提升市場的認(rèn)可度。

2.4 加強綠色制造的工藝措施

當(dāng)代機械制造工藝對環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)越來越高，綠色制造概念的引入和實踐已經(jīng)在部分機械設(shè)計、機械制造領(lǐng)域得到可靠驗證。在機械設(shè)計過程中，為了確保綠色制造目標(biāo)的達(dá)成，需要從以下幾方面著手。

第一，在機械建模時就需要充分考慮到模型的環(huán)保性能，如果存在可能對環(huán)境造成消極影響的因素，需要及時研究應(yīng)對措施。

第二，在機械設(shè)計時，需要盡量采用環(huán)保材料，尤其需要提升可再回收材料的使用比例。

第三，需要提出機械制造環(huán)保建議，充分依據(jù)國家環(huán)保法規(guī)、行業(yè)制造環(huán)保規(guī)范對制造工藝提出合理化改進(jìn)方案。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展中會遇到多種多樣的問題，同時也會產(chǎn)生相應(yīng)豐富的解決方案。就機械制造業(yè)而言，朝向智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化和綠色化的方向發(fā)展是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。在這個過程中，機械設(shè)計、機械制造工藝必須有效銜接，確保先進(jìn)的工藝能夠充分發(fā)揮作用，也確保設(shè)計理念能夠得到實踐驗證。

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（作者單位：江蘇海德節(jié)能科技有限公司）