基于機械制造工藝的合理化機械設計分析

史向坤

（山東工業(yè)職業(yè)學院，山東 淄博 256414）

1 機械制造工藝與機械設計的相互影響

1.1 機械制造工藝對機械設計的限制

機械工程領域的設計與制造之間存在著緊密的聯(lián)系，二者之間不可分割，只有保持了相互之間的高度協(xié)調(diào)，才能夠使機械產(chǎn)品達到相應的使用需求?，F(xiàn)階段的機械行業(yè)中，人們多使用的是CATIA設計軟件來完成機械產(chǎn)品設計工作的，這一軟件的功能豐富，在利用其開展機械設計的過程中，完全可以以軟件自帶的各種功能作為基礎進行各類工件的繪制，由于這一設計軟件的功能優(yōu)勢，使得在汽車制造、航空航天等設計中的應用非常多。但因為機械設計、制造流程的復雜性，雖然CATIA軟件可以進行各類工件的設計，但制造工藝下卻不能完全將全部的設計都展現(xiàn)出來，主要是由于我國機械行業(yè)在當前的發(fā)展條件下，儀器和設備的精密度不夠，復雜工件加工時的成本偏高所造成的。因此，機械制造工藝對機械設計存在著明顯的限制，在設計和制造工作進行時，要明確掌握這一關(guān)系，才能夠提高設計的合理性。

1.2 機械設計對機械制造工藝的簡化

在機械產(chǎn)品的設計和制造加工時，雖然一些機器的使用提升了整體的設計制造水平，但一些特殊的工序尚需由人力來完成。事實上，機械設計和制造是前后聯(lián)系的工序，設計是對制造工藝的簡化，通過科學、合理的設計，可以給機械制造工藝的選擇和應用提供指導。機械產(chǎn)品中一個工件加工的完成勢必伴隨著一定的電能消耗、人力和材料投入，但如果機械設計符合合理性、可行性標準，工件不僅可以達到功能性要求，更可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡化與優(yōu)化，節(jié)約制造成本，實現(xiàn)資源的合理配置。

2 程序設計

機械制造的工藝流程包含多個工序，其中，程序設計是最基礎性的環(huán)節(jié)，主要是由于在當下的機械制造加工領域都實現(xiàn)了機械化生產(chǎn)，一些生產(chǎn)廠家實現(xiàn)了數(shù)控生產(chǎn)，這類生產(chǎn)模式因為與常規(guī)的人工制造加工有所不同，雖然具有一定的自動化特點，但要進行相應的程序設計，使得生產(chǎn)時能夠嚴格根據(jù)程序設計情況來執(zhí)行程序完成生產(chǎn)。程序設計工作就是明確產(chǎn)品加工制造程序、技術(shù)程序內(nèi)容的過程，制造程序具體是將機械制造產(chǎn)品從原材料轉(zhuǎn)化為機械產(chǎn)品的流程。任何的機械產(chǎn)品制造前，都需要由專業(yè)人員來進行原料和毛坯等的全面管理，在充分的前期準備工作上才可進入相應的制造環(huán)節(jié)，在此基礎上，通過加工工藝的選擇和機械的應用。技術(shù)程序是確定產(chǎn)品類型、樣式和規(guī)格的過程，現(xiàn)階段的機械設計制造中，多節(jié)段程序和技術(shù)操作逐步趨于健全化，也處于不斷優(yōu)化的過程中，在機械產(chǎn)品的程序設計階段，應遵守相應的設計規(guī)程，保障工藝流程的科學性。

2.1 零件裝夾

機械產(chǎn)品中包含的零部件種類繁多、數(shù)量龐大，在開展機械制造的過程中，零件裝夾是其中的一個重要工序，在此過程中應通過位置的選擇，在機床中固定毛坯材料，使得機械制造加工工序能夠順利實施。零件裝夾工作進行中，尤其要做好零部件毛坯的夾緊與固定，這主要是由于加工過程中對毛坯施加了一定的外力作用，導致裝夾中毛坯可能會出現(xiàn)穩(wěn)定性不足等情況，只有做好了零部件毛坯的夾緊，才能夠使得其能夠自覺抵御來自外部的一定作用，保障制造工藝流程的有效實施。因此，任何的機械產(chǎn)品制造過程中，都應該根據(jù)加工制造的現(xiàn)實需求，選定對應的裝夾方式。

2.2 產(chǎn)品定位

現(xiàn)階段的機械工程領域，產(chǎn)品定位已經(jīng)成為制造工藝流程中的重要工序，基于當下的技術(shù)條件，產(chǎn)品定位呈現(xiàn)出方式的多樣性，為達到良好的機械制造效果，應根據(jù)機械產(chǎn)品種類和制造加工需求，選擇最恰當?shù)漠a(chǎn)品定位方式，在其他工序都規(guī)范實施的基礎上，良好的產(chǎn)品定位工作開展可以大大提升機械產(chǎn)品的制造質(zhì)量。有關(guān)制造人員應從根本上明確定影的定位標準，在全面的加工工藝理論分析和經(jīng)驗積累基礎上，保障定位標準的合理性。

2.3 加工精確度

任何的機械產(chǎn)品加工過程中，對于加工精度都有著嚴格的標準，加工精度是否處于正常標準內(nèi)將影響最終的產(chǎn)品性能。在實際的制造加工過程中，有關(guān)人員應進行合理的加工精度設計，科學的加工精度控制可以使得機械產(chǎn)品的規(guī)格、形狀、切割位置等均符合制造加工標準。此外，加工精度的控制在一定程度上還能夠?qū)Ξa(chǎn)品的工藝流程進行適當優(yōu)化，從根本上提升機械產(chǎn)品的性能。

3 基于機械制造工藝的合理化機械設計

3.1 優(yōu)化加工表面質(zhì)量

在以機械制造工藝為基礎的機械合理化設計中，應從加工表面質(zhì)量的優(yōu)化出發(fā)，有關(guān)設計人員應從總體的設計優(yōu)化角度出發(fā)，采取相應的措施來提升加工表面質(zhì)量，從根本上提升產(chǎn)品表層整體性。機械產(chǎn)品制造加工時，表面質(zhì)量是影響產(chǎn)品合格率的關(guān)鍵性因素，正是因為這種影響關(guān)系，使得在機械設計的過程中，應注意對機械加工表面質(zhì)量的控制。切削作業(yè)環(huán)節(jié)對產(chǎn)品表面質(zhì)量的影響巨大，因此，設計人員在開展設計工作的過程中，應結(jié)合產(chǎn)品制造加工需求，選擇最恰當?shù)那邢鞑僮鞴に?，并保障切削液與產(chǎn)品加工要求的高度一致，始終在切削過程中遵循勻速性要求。加工表面質(zhì)量的優(yōu)化和提升中，有關(guān)設計人員應根據(jù)相應的操作標準，選擇恰當?shù)牡毒?，使得刀具與機械化設計總體方向相符合，設計人員應對各個零部件的特性進行全面把控，對不同的零部件采取相適應的刀具，以通過刀具的科學使用來減小圓弧半徑和角度層面的偏差。

3.2 實施標準合理化設計

現(xiàn)階段的機械產(chǎn)品已經(jīng)被應用到了各個領域，在機械需求增多、功能要求提高的過程中，為了使得機械設計符合合理性要求，在條件允許的情況下應積極開展標準化設計，不斷通過設計標準化的實施來提升產(chǎn)品質(zhì)量。標準化設計要求下，各個設計人員可以針對機械產(chǎn)品的類型、特點和加工要求，設計出與統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、尺寸、規(guī)格等標準相符的機械產(chǎn)品。標準化設計工作進行還能夠加快有關(guān)企業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)，幫助企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟和社會效益。

3.3 有效提升加工精確度

加工精度是衡量機械產(chǎn)品性能、質(zhì)量的一個關(guān)鍵性指標，對任何的機械制造加工而言，其加工精度都有著一定的控制標準，且加工精度偏差存在著明顯的客觀性，無法從根本上消除，為盡可能提升機械產(chǎn)品質(zhì)量，在機械制造加工時應根據(jù)可能引起的精度偏差問題來采取有效的控制對策，使得相應的加工精度能夠處于正常標準內(nèi)。機械零部件加工精度的控制中，重點應從深層分析和論證差異的角度出發(fā)，分析引起精度偏差的工序之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，盡可能降低差異，使得誤差防控對策在精度控制中更為有效。提升機械產(chǎn)品加工精度、集合準確度時，有關(guān)人員應對夾具進行適當?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，用先進的測量工具和技術(shù)來做好精度控制，保持誤差原因和控制之間的一一對應關(guān)系。通常，內(nèi)部應力、刀具磨損、熱變形是引起誤差的直接原因，可以通過轉(zhuǎn)移、均化、誤差補償、分化等方式來保障誤差處理效果。

（1）刀具磨損控制。機械制造加工中所使用的刀具一般為尺寸刀具和成形刀具，為提高機械設計的合理性，同樣需做好刀具磨損控制，有關(guān)設計人員應通過整個加工制造流程的分析，具有超前性思維，對誤差加以超前控制，依據(jù)相應的規(guī)定和標準，制定對應的刀具磨損控制對策。

（2）受力變形控制。機械制造加工系統(tǒng)受到了重力、夾緊力等共同作用，使得在制造加工過程中常常會伴隨著這一定的零部件形變，因此，為實現(xiàn)受力變形的控制，設計人員應在系統(tǒng)剛度、位移和吃刀抗力之間構(gòu)建關(guān)聯(lián)關(guān)系，適當提升機床強度。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段的機械制造領域，對機械設計和加工制造工藝都提出了越來越高的標準，相關(guān)機械企業(yè)都應該從機械產(chǎn)品的需求出發(fā)，遵循合理化設計要求，給機械制造加工以一定的指導，提升機械產(chǎn)品的整體性能和質(zhì)量。