淺談機(jī)械設(shè)計(jì)加工

薛獻(xiàn)存+李玉杰

摘要：在機(jī)械設(shè)計(jì)加工中，要注重對(duì)材料進(jìn)行科學(xué)選擇，滿足使用性能、工藝性能以及經(jīng)濟(jì)性能的需求，以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)有效降低生產(chǎn)成本和提升產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)影響機(jī)加工件表面物理力學(xué)性能的因素進(jìn)行全面分析，有效發(fā)揮潤滑劑作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)加工質(zhì)量的成效。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中，企業(yè)要在競(jìng)爭中處于不敗之地，靠的就是高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。機(jī)械設(shè)計(jì)工作的重要性，不僅在于它是生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作的第一步，而且還在于它將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，雖然影響產(chǎn)品成本的因素很多，但主要與設(shè)計(jì)、制造和原料有關(guān)。[1]在當(dāng)前的市場(chǎng)競(jìng)爭中，質(zhì)量是核心競(jìng)爭力，對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品而言，企業(yè)應(yīng)當(dāng)提高設(shè)計(jì)加工水平，從科學(xué)選擇材料、提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化水平以及合理運(yùn)用潤滑劑等方面綜合入手，提升機(jī)械設(shè)計(jì)加工水平。

1 有效提高機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化水平

在機(jī)械設(shè)計(jì)加工中，標(biāo)準(zhǔn)化是當(dāng)前發(fā)展的重要趨勢(shì)，標(biāo)準(zhǔn)化主要通過設(shè)置共同標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范機(jī)械零件尺寸、性能與結(jié)構(gòu)等，為提高生產(chǎn)質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本奠定基礎(chǔ)。要從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就著手提高標(biāo)準(zhǔn)化水平，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化手段把好產(chǎn)品設(shè)計(jì)關(guān)口，對(duì)使用較多的零件實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，生產(chǎn)中對(duì)性能指標(biāo)以及原材料等方面進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，所生產(chǎn)的零部件要在尺寸、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行規(guī)范，進(jìn)一步簡化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，降低成本，提高質(zhì)量，提升機(jī)械產(chǎn)品的綜合競(jìng)爭力。[2]

2 CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中的應(yīng)用

2.1CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用

2.1.1零件的建模設(shè)計(jì)

零件的建模就是考慮如何采用合適的特征，通過正確的組合方法形成零件模型的過程。零件與特征之間的關(guān)系主要呈現(xiàn)層次關(guān)系，這需要設(shè)計(jì)者除了具有清晰的空間思維能力外，還要掌握和積累一些必要的零件建模技巧，使建模的靈活性得到增強(qiáng)，從而提高零件建模的效率。另一方面，在零件建模過程中還應(yīng)充分考慮零件模型的可調(diào)整性。當(dāng)代產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭十分激烈，用戶的品位和要求千變?nèi)f化，因此廠商必須不斷改進(jìn)或者調(diào)整產(chǎn)品設(shè)計(jì)以適應(yīng)市場(chǎng)需求。為此，在零件設(shè)計(jì)過程當(dāng)中必須兼顧今后調(diào)整的需求，在零件設(shè)計(jì)中添加適當(dāng)?shù)目刂埔蛩?，提高零件設(shè)計(jì)的可調(diào)整性。

2.1.2裝配建模設(shè)計(jì)

在機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，需要將零件裝配成部件，再將部件裝配成機(jī)器。一個(gè)復(fù)雜機(jī)器可以看成是由多個(gè)部件所組成，復(fù)雜部件可以看成是由多個(gè)組件所組成，組件則由多個(gè)零件組成。這是對(duì)機(jī)器的一種層次描述，采用這種描述可以為機(jī)器的設(shè)計(jì)、制造和裝配帶來很大方便。同樣，機(jī)器的計(jì)算機(jī)裝配模型也可以表示成這種層次關(guān)。在計(jì)算機(jī)上將裝配體的層次各種零、部件組合在一起形成一個(gè)完整裝配體的過程即裝配建模或稱裝配設(shè)計(jì)，回轉(zhuǎn)、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（裝配鉤是由兩個(gè)子裝配（驅(qū)動(dòng)部分和傳動(dòng)部分）以及一個(gè)零件（活塞缸）組成。一個(gè)裝配體系記錄了零部件之間的全部結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及零部件之間的裝配約束關(guān)系。

2.2CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用

目的是進(jìn)行產(chǎn)品加工制造所必需的所有準(zhǔn)備工作，主要包括工藝設(shè)計(jì)、用于零件加工的數(shù)控編程、用于零件裝配的機(jī)器人編程等的準(zhǔn)備工作。工藝設(shè)計(jì)，即研究和確定產(chǎn)品的零件加工所應(yīng)采用的加工方法、加工順序和加工設(shè)備等。工藝設(shè)計(jì)是經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的工作，以往必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的人員來完成，而現(xiàn)在可將加工的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，通過與計(jì)算機(jī)對(duì)話，即使經(jīng)驗(yàn)很少的操作者也能進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。數(shù)控編程，即在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工零件的程序編制工作。目前計(jì)算機(jī)在NC程序編制中的應(yīng)用也在不斷發(fā)展，使編程工作比以前要簡單得多。機(jī)器人編程，即編制機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制程序以完成零件裝配工作。由于目前在大中型企業(yè)甚至中小企業(yè)大多數(shù)加工是由數(shù)控機(jī)床來完成的，很多零件部件的裝配工作由機(jī)器人來完成，因此數(shù)控編程和機(jī)器人編程顯得非常重要。利用計(jì)算機(jī)編程，可以使編程工作得到大大簡化。

3科學(xué)選擇機(jī)械零件材料

機(jī)械零件材料要保證滿足設(shè)計(jì)要求。確定為機(jī)械零件加工材料應(yīng)當(dāng)滿足使用性能、工藝性能以及經(jīng)濟(jì)性能要求。在使用性能方面，要依據(jù)零件使用要求選擇材料，依據(jù)零件對(duì)強(qiáng)度、耐磨性等方面性能指數(shù)進(jìn)行研究，確定與此相吻合的性能材料；在工藝性能方面，要結(jié)合加工工藝需求，采用熱加工工藝的材料要具有符合標(biāo)準(zhǔn)的鑄造、鍛造、焊接以及熱處理方面的性能，符合加工條件，運(yùn)用切削加工工藝的材料要具有較好的切削性；在經(jīng)濟(jì)性能方面，要盡可能在保障質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低采購成本，發(fā)揮可利用率高的材料作用，以普通、性能相似的材料取代稀缺或者進(jìn)口材料，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性。

3.1機(jī)械零件選擇的使用性能要求

材料在使用過程中的表現(xiàn)，即使用性能，是選材時(shí)應(yīng)考慮滿足的根本要求。不同零件所要的使用性能是很不一樣的，有的零件主要要求高強(qiáng)度，有的則要求高的耐磨性，有的甚至無嚴(yán)格的性能要求，僅僅要求有美麗的外觀。因此，在選材時(shí)，首要的任務(wù)就是準(zhǔn)確地判斷零件所要求的主要使用性能。

3.2機(jī)械零件選擇的工藝性能要求

材料的工藝性反映的是材料本身能夠適應(yīng)各種加工工藝要求的能力，即要求所選材料在加工制造時(shí)首先能夠造出成品來，并且能夠便于制造、同時(shí)必須保證質(zhì)量。

（1）熱加工工藝性能。熱加工工藝性能主要指鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和熱處理性能。（2）切削加工性能。金屬的切削加工性能一般用刀具耐用度為60min時(shí)的切削速度V60

來表示，V60越高，則金屬的切削性能越好。

3.3機(jī)械零件選擇的經(jīng)濟(jì)性能要求

零件材料的選擇要以最小的耗費(fèi)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，在滿足使用性能的前提下，選用材料還應(yīng)注意盡量降低零件的總成本。

（1）材料價(jià)格。材料價(jià)格在產(chǎn)品總成本中占較大比重，達(dá)30%～70%。（2）提高材料的利用率。如用精鑄、模鍛、冷拉毛坯，可以減少切削加工面材料的浪費(fèi)。（3）零件的加工和維修費(fèi)用等要盡量低。（4）采用組合結(jié)構(gòu) 如蝸輪齒圈采用減磨性好的貴重金屬，而其他部分采用廉價(jià)的材料。（5）材料的合理代用 對(duì)生產(chǎn)批量大的零件，要考慮我國資源狀況，材料來源要豐富，盡量避免采用我國稀缺而需進(jìn)口的材料；盡量用高強(qiáng)度鑄鐵代替鋼，用熱處理方法等強(qiáng)化的碳鋼代替合金。

綜上所述，在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工領(lǐng)域，要想提高產(chǎn)品競(jìng)爭力，必須要在質(zhì)量方面下功夫，企業(yè)應(yīng)當(dāng)在材料科學(xué)選擇、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)模式以及統(tǒng)籌考慮表面層物理力學(xué)性能因素、科學(xué)運(yùn)用潤滑劑等方面著手，進(jìn)一步壓降成本、提高質(zhì)量，獲得更大的效益。

作者簡介：薛獻(xiàn)存，身份證號(hào)碼：410425197109186011

李玉杰，身份證號(hào)碼：410425197210223016