機(jī)械制造工藝中合理化機(jī)械設(shè)計(jì)分析

李明

Analysis of Rationalization Mechanical Design in Mechanical Manufacturing Process

LI Ming

【摘? 要】機(jī)械制造工藝是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)施，機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造工藝的參考，兩者息息相關(guān)，相互影響。論文從機(jī)械制造工藝與機(jī)械設(shè)計(jì)的相互影響入手，分析了機(jī)械制造工藝的流程及設(shè)計(jì)原則，重點(diǎn)提出了機(jī)械制造工藝中合理化機(jī)械設(shè)計(jì)的策略。

【Abstract】Mechanical manufacturing process is the implementation of mechanical design. Mechanical design is the reference of mechanical manufacturing process， which is closely related and affects each other. Starting from the interaction between mechanical manufacturing process and mechanical design， this paper analyzes the process and design principle of mechanical manufacturing process， and puts forward the reasonable mechanical design strategy in mechanical manufacturing process.

【關(guān)鍵詞】機(jī)械制造;制造工藝;合理化;機(jī)械設(shè)計(jì)

【Keywords】mechanical manufacturing; manufacturing process; rationalization; mechanical design

【中圖分類(lèi)號(hào)】TH16;TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）05-0172-02

1 引言

在機(jī)械制造工藝中對(duì)機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要求設(shè)計(jì)人員根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的準(zhǔn)則對(duì)機(jī)械的各項(xiàng)工作進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)，并根據(jù)機(jī)械的使用性能，運(yùn)用不同的設(shè)計(jì)方法來(lái)滿(mǎn)足實(shí)際的應(yīng)用需求。為了提高機(jī)械制造工藝的質(zhì)量和效率，一方面要從機(jī)械制造設(shè)備的精確度和加工工藝著手，另一方面也要通過(guò)提高機(jī)械設(shè)計(jì)的合理化程度來(lái)簡(jiǎn)化機(jī)械制造工藝。

2 機(jī)械制造工藝與機(jī)械設(shè)計(jì)的相互影響

2.1 機(jī)械制造工藝對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的限制

機(jī)械行業(yè)中常用的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件是CATIA，軟件功能非常強(qiáng)大，可以繪制出各種工件，在航空航天和汽車(chē)制造等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。雖然，在CATIA軟件中可以設(shè)計(jì)出各種工件，但機(jī)械制造工藝并非能夠?qū)⑺性O(shè)計(jì)都呈現(xiàn)出來(lái)。一方面，我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)中所用的儀器和設(shè)備精密度不高，另外，加工復(fù)雜零件需要的成本較高，不符合企業(yè)降本的需要。在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到機(jī)械制造的能力，只有先明確工件的加工方法，在機(jī)械制造客觀能力范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能夠保證設(shè)計(jì)的可行性。

2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械制造工藝的簡(jiǎn)化

機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械制造過(guò)程中要使用各種機(jī)器，部分工序還需要人工完成。為了給切削設(shè)備降溫，還需要使用切削液降溫。一個(gè)工件加工完成，需要耗費(fèi)大量的電能、人工、材料，同時(shí)還會(huì)影響設(shè)備的使用壽命。如果機(jī)械設(shè)計(jì)巧妙，工件既可以滿(mǎn)足功能要求，又可以做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，則可以簡(jiǎn)化機(jī)械制造工藝流程，進(jìn)而提高效率，降低成本。

3 機(jī)械制造工藝流程分析

3.1 制作程序及技術(shù)程序

制作程序指按照設(shè)計(jì)要求把原材料加工成為成品的過(guò)程，加工方法既有機(jī)器加工，也有人工加工，完成一個(gè)成品制作需要多步加工程序。影響機(jī)械加工成果的因素是材質(zhì)和自動(dòng)化程序，材質(zhì)不適宜或者程序有問(wèn)題都會(huì)影響成品質(zhì)量。人工加工主要在成品后處理或者包裝等環(huán)節(jié)，影響因素是工人操作的熟練程度。技術(shù)程序指機(jī)器對(duì)原材料或者半成品進(jìn)行深加工，影響因素是機(jī)器程序的準(zhǔn)確性和設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2 零件裝夾

零件裝夾是指在制造過(guò)程中對(duì)零件進(jìn)行位置固定，零件在機(jī)床上固定的穩(wěn)定性取決于夾具，零件裝夾的質(zhì)量決定了成品的質(zhì)量。零件裝夾包括直接找正式、劃線(xiàn)找正式和夾具裝夾式等，產(chǎn)品的合格率決定于裝夾質(zhì)量以及合適裝夾模式的選擇。

3.3 定位

定位是指在加工過(guò)程中對(duì)零件與工具之間的位置進(jìn)行確定，定位準(zhǔn)確與否決定了加工后成品的精度。影響定位準(zhǔn)確性的首要因素是定位基準(zhǔn)，常見(jiàn)的定位基準(zhǔn)是尺寸、材質(zhì)、點(diǎn)線(xiàn)面等。定位基準(zhǔn)方式?jīng)Q定于工件的具體參數(shù)，常見(jiàn)的基準(zhǔn)包括設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工序基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和檢測(cè)基準(zhǔn)等。

3.4 精度

加工產(chǎn)品的精度對(duì)工件的質(zhì)量有深遠(yuǎn)影響，對(duì)于機(jī)械加工工件，如果加工精度不達(dá)標(biāo)，則會(huì)影響各個(gè)工件之間的相互配合，如果加工精度相差較大，工件之間無(wú)法配合，失去了工件基本的使用價(jià)值。工件精度是對(duì)其尺寸、形狀、位置等進(jìn)行量化，每個(gè)精度都對(duì)應(yīng)一個(gè)公差帶，超出公差帶的成本則不合格。

4 機(jī)械制造工藝中合理化機(jī)械設(shè)計(jì)的原則

4.1 經(jīng)濟(jì)性

機(jī)械制造中合理化機(jī)械設(shè)計(jì)要堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性原則，在設(shè)計(jì)中，為了滿(mǎn)足工件的基本功能，可以有多種設(shè)計(jì)方案。然而，不同的設(shè)計(jì)方案對(duì)應(yīng)不同的加工方法，不同的加工方法產(chǎn)生的加工費(fèi)用不同。另外，不同的設(shè)計(jì)方案對(duì)物料的用量不同，對(duì)物料的材質(zhì)要求不同，這些最終也會(huì)反映到工件成本上來(lái)。所以，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，在滿(mǎn)足基本功能的前提下，要考慮工件在機(jī)械制造工藝過(guò)程中產(chǎn)生的費(fèi)用。

4.2 整體性

機(jī)械制造中合理化機(jī)械設(shè)計(jì)要堅(jiān)持整體性原則。在選擇設(shè)計(jì)方案時(shí)，要結(jié)合加工方式來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在工件制造過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)多種加工工序，機(jī)械設(shè)計(jì)要考慮各個(gè)工序的順序，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮加工工件不同部位時(shí)的加工方法，避免后一個(gè)加工工序?qū)η懊婕庸こ晒a(chǎn)生影響。另外，也要關(guān)注不同類(lèi)加工程序造成的成本。例如，沖壓件的邊上會(huì)有毛刺，采用機(jī)加方式可以處理，也可以采用翻邊的方式來(lái)避免毛刺，這樣就省去了機(jī)加工序，有利于降本。

5 機(jī)械制造工藝中合理化機(jī)械設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

5.1 控制誤差

機(jī)械制造工藝中，影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素是誤差。國(guó)內(nèi)機(jī)械加工所用設(shè)備的精密度不高，所以成品的合格率沒(méi)有達(dá)到預(yù)期。鑒于機(jī)加設(shè)備精密度不高的現(xiàn)狀，機(jī)械設(shè)計(jì)人員在工件設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮影響精密度的所有因素，包括設(shè)備誤差、環(huán)境溫度、材料應(yīng)力變化等。設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合工藝水平使用補(bǔ)償法和分化法來(lái)計(jì)算誤差，然后在制造工藝中嚴(yán)格控制設(shè)備參數(shù)，力求達(dá)到工件設(shè)計(jì)預(yù)期。另外，在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，工件越復(fù)雜，尺寸鏈越長(zhǎng)，封閉環(huán)的偏差越大，尺寸鏈環(huán)數(shù)小于5采用極值法，大于5則采用概率法。所以，為了控制誤差，提高加工精確度，降低設(shè)計(jì)工作量，要盡量縮短尺寸鏈。

5.2 控制外觀質(zhì)量

機(jī)械制造工藝中，成品外觀質(zhì)量也是質(zhì)量控制的重點(diǎn)，外觀質(zhì)量主要是粗糙度引起的。雖然，在加工中使用偏角小的道具可以降低表面粗糙度，放慢切削速度可以降低表面粗糙度，增加切削液用量可以降低表面粗糙度，但是由于表面粗糙造成的質(zhì)量問(wèn)題還是不可避免。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)人員在工件設(shè)計(jì)時(shí)，要準(zhǔn)確把握工件的功能，明確外觀質(zhì)量對(duì)功能的影響，對(duì)配合件的影響，然后給出一個(gè)合理的表面粗糙度。

5.3 低碳環(huán)保

機(jī)械制造工藝中，成品加工過(guò)程中要耗費(fèi)電能，減少加工設(shè)備的使用壽命，消耗原材料，產(chǎn)生邊角料，消耗切削液，產(chǎn)生加工噪聲，高溫下切削液會(huì)蒸發(fā)等，這些都造成了能源和資源的浪費(fèi)，同時(shí)產(chǎn)生了噪音污染和空氣污染。低碳環(huán)保理念下，機(jī)械設(shè)計(jì)人員要做到通過(guò)合理的設(shè)計(jì)來(lái)減少機(jī)械加工所產(chǎn)生的能耗和環(huán)境污染。所以，設(shè)計(jì)人員要力求用最簡(jiǎn)單的方式來(lái)設(shè)計(jì)工件，減少非功能性的零件設(shè)計(jì)部分，減少加工難度，節(jié)省資源和能量，降低人工成本。另外，減少不必要的設(shè)計(jì)，還可以縮短尺寸鏈，減少累積誤差，有利于提高成品合格率。

5.4 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

機(jī)械制造加工工序多，每道工序都要對(duì)相應(yīng)的機(jī)器設(shè)置參數(shù)，針對(duì)不同的設(shè)計(jì)要求，要調(diào)整機(jī)器的設(shè)置參數(shù)，反復(fù)調(diào)整對(duì)設(shè)備和儀表的精準(zhǔn)性會(huì)產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)加工工序非常多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)漏調(diào)設(shè)置參數(shù)，或者設(shè)置參數(shù)不準(zhǔn)確等現(xiàn)象，這也會(huì)影響工件成品的合格率。鑒于機(jī)械制造工藝的客觀情況，機(jī)械設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要力求做到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。這里的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)包括兩重含義，一是符合行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，或者行業(yè)內(nèi)約定俗成的設(shè)計(jì)規(guī)矩;二是在同一個(gè)工件的設(shè)計(jì)中，要做到工件體系內(nèi)各個(gè)部分設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。例如，在一個(gè)不規(guī)則形狀零件的加強(qiáng)肋設(shè)計(jì)中，要保證各個(gè)平面上肋的凸圓半徑一致。如果用翻邊的方式來(lái)取代加強(qiáng)肋，則要保證翻邊后的高度一致。當(dāng)體系內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)一致時(shí)，在這個(gè)零件的機(jī)械制造全程中，就無(wú)需反復(fù)調(diào)整設(shè)備參數(shù)，這就是工件體系內(nèi)各個(gè)部分設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的體現(xiàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械設(shè)計(jì)人員要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到機(jī)械制造工藝，包括工序、定位、精度、零件裝夾等。然后，在設(shè)計(jì)時(shí)同步考慮加工，這樣就能夠用機(jī)械制造的思維來(lái)審視工件設(shè)計(jì)的合理性。當(dāng)機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性提升，機(jī)械制造的困難則會(huì)降低，工件的合格率也會(huì)提升。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)人員要豐富自己的機(jī)械制造工藝?yán)碚撝R(shí)，了解工藝的實(shí)際情況，明確零件的加工工序，同時(shí)要對(duì)材料學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)有深入的了解，通過(guò)靈活運(yùn)用材料和力學(xué)知識(shí)來(lái)提升設(shè)計(jì)水平，降低制造工藝的難度。

【參考文獻(xiàn)】

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