基于機械制造加工工藝合理化的機械設計制造探討

孫彥超 ，任少蒙 ，楊立云

（河北機電職業(yè)技術學院，河北 邢臺 054000）

機械設計是機械制造加工過程中的重要環(huán)節(jié)，相較于機械制造，機械設計擁有嚴格的設計規(guī)范，需要高度關注機械產(chǎn)品的功能、設計標準、材料等因素。從宏觀層面來說，只有不斷優(yōu)化機械設計和制造工藝，改進工藝流程，合理利用機械設計策略，才能滿足機械設計制造的要求。

1 機械制造加工工藝的內涵

機械制造是指對半成品或原材料進行加工、組合的過程。在機械制造過程中，相關工作人員需要嚴格按照機械設計及產(chǎn)品加工的相關要求，做好材料購買、運輸、存儲等工作，引入先進的技術和手段，在加工過程中進行科學調試，制造出合格的產(chǎn)品，確保機械零件的性能[1]。在現(xiàn)代科學技術的支持下，機械制造能夠引入更多的先進技術，例如CAD技術、人工智能技術等，這些技術能夠讓機械制造按照既定模式實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。另外，先進技術還能綜合不同的設計要素，豐富機械的功能，更好地發(fā)揮機械的效益。

2 機械制造加工工藝的基本流程

2.1 機械生產(chǎn)過程

生產(chǎn)過程是指機械產(chǎn)品制造中原材料轉化為成品的所有勞動過程，所有的機械產(chǎn)品都有自身的生產(chǎn)過程。生產(chǎn)環(huán)節(jié)是機械制造加工流程的基礎環(huán)節(jié)，在機械制造加工工藝中占有十分重要的地位。機械生產(chǎn)包含了機器生產(chǎn)和零件生產(chǎn)，對于機器生產(chǎn)而言，生產(chǎn)過程包含了生產(chǎn)技術準備、毛坯制造、原材料及半成品運輸、零件加工、部件裝配、產(chǎn)品調試。機械包含了大量的零件，生產(chǎn)過程較為復雜，為全面提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)代化的機械生產(chǎn)正在朝著專業(yè)化的方向發(fā)展，機械的生產(chǎn)往往需要多個工廠或車間共同完成。例如，在汽車的生產(chǎn)中，生產(chǎn)過程就包括了玻璃、電氣設備、儀表、輪胎、發(fā)動機等，需要多個工廠協(xié)作，最終由汽車總裝廠完成組裝，形成汽車成品[2]。

2.2 零件處理

在機械制造加工流程中，零件的處理是機械組裝之前的重要工作，對機械成品具有十分重要的作用。在開展零件加工處理時，工作人員需要重點檢查零件的穩(wěn)固性，避免因零件不穩(wěn)而造成加工質量問題，提高零件的安全性[3]。在實踐當中，不同機械產(chǎn)品的零件質量有較大差異，可以按照零件的質量，將零件分為重型零件、中型零件、輕型零件。不同機械產(chǎn)品的零件質量類別如表1所示。

表1 不同機械產(chǎn)品的零件質量類別

為全面提高零件處理的質量，工作人員首先要認真分析產(chǎn)品裝配圖、零件圖，開展工藝審查，然后結合零件生產(chǎn)綱領確定出具體的生產(chǎn)類型，擬定零件加工工藝路線。此外，工作人員還需要結合零件處理的工序，選擇出需要運用的機床裝備或其他的工藝裝備，例如刀具、量具、夾具、輔具等，全面做好零件處理工作。

2.3 機械定位

機械定位是機械制造加工流程中的關鍵環(huán)節(jié)，對機械制造的精度具有較大影響，只有高度重視機械定位，采用科學合理的定位方法，才能提高零件加工的精準性，滿足零件加工的客觀需求。在實踐當中，工作人員需要結合零件的具體情況，確定科學的定位基準，完成定位工作。機械制造加工流程中的機械定位方式包含多種情況，分別是毛坯料外輪廓的定位、內孔定位等。目前，主要的定位方法可以分為三種，第一種是定位板、導板、定位銷、定料銷，這種方法可以用于毛坯料的外輪廓定位、內孔定位；第二種是導正銷，這種定位方法簡單可靠，可以用于多種情況下的孔定位；第三種是定距側刃，這種方法是指利用側刃切去條料旁邊的少量材料，以達到定位的效果[4]。

3 機械制造加工中存在的問題

3.1 機械加工工藝落后

機械制造加工工藝直接決定了機械產(chǎn)品的質量，加工工藝的規(guī)范性和合理性會直接反映到機械加工水平上。相比于發(fā)達國家，我國的機械加工受傳統(tǒng)觀念影響比較嚴重，管理系統(tǒng)相對落后，工人素質不高，整個機械加工工藝存在制造程序不規(guī)范、不合理的問題[5]。在這種情況下，機械加工產(chǎn)品競爭力不足，無法達到國際先進水平。此外，由于我國機械加工工藝相對落后，所以很多機械加工企業(yè)難以協(xié)調加工質量和加工成本的關系，無法通過先進科技來提高加工質量、降低加工成本，這些問題不利于企業(yè)的長遠發(fā)展。

3.2 產(chǎn)品外觀存在不足

長期以來，在我國的機械制造加工行業(yè)中，“技術至上”的理念一直占據(jù)主導地位，企業(yè)對產(chǎn)品的外觀造型不夠重視，生產(chǎn)出的機械產(chǎn)品外觀存在不足。在實踐中，很多人認為機械制造產(chǎn)品的外觀只能起到裝飾產(chǎn)品、吸引他人注意力的作用，這是對外觀的誤解。實際上，機械產(chǎn)品的外觀能夠展現(xiàn)出產(chǎn)品的概念，體現(xiàn)產(chǎn)品的質量，對產(chǎn)品的功能具有一定影響。例如，單鋼輪壓路機在運行的過程中需要向下壓實，并且向前移動，在外觀設計上，設計人員需要將其設計為向前方傾斜的造型，駕駛室也要向前方傾斜，這樣使用者才能更好地確定工作區(qū)，及時處理工作區(qū)域內存在的問題。當前，很多企業(yè)在機械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程中容易忽略產(chǎn)品外觀，有些產(chǎn)品的外觀設計不夠合理，容易產(chǎn)生磨損等情況，需要進行二次加工，耗費人力資源，這些都是比較現(xiàn)實的問題[6]。

3.3 缺乏環(huán)保意識

當今社會，人們的環(huán)保意識與日俱增，機械設計和制造需要融合綠色理念，最大程度地減少對外界環(huán)境的破壞，這樣才能推動機械設計與制造的可持續(xù)發(fā)展。目前，我國針對機械制造與加工行業(yè)提出了相應的環(huán)保要求，對企業(yè)提出了多樣化的環(huán)保標準，但依然有很多企業(yè)將自身的短期利益放在第一位，為實現(xiàn)短時間的經(jīng)濟利潤增長，破壞自然環(huán)境，沒有對落后的技術進行革新，存在高消耗、高污染等問題，綠色機械生產(chǎn)發(fā)展緩慢[7]。針對這種情況，機械制造企業(yè)需要進一步提高環(huán)保意識，優(yōu)化機械設計與制造理念，更新機械制造技術，創(chuàng)新制造加工工藝，推動企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.4 設備精度有待提升

與西方發(fā)達國家相比，我國的機械制造加工行業(yè)發(fā)展時間較短，所以在設計和制造層面還存在諸多問題。在生產(chǎn)設備的精度上，我國很多企業(yè)都存在生產(chǎn)設備精度不足的問題，所加工的機械產(chǎn)品容易出現(xiàn)質量問題，檢驗部門難以完成科學的檢驗工作，市場當中流通著大量不合格的機械產(chǎn)品。除了生產(chǎn)加工設備精度不足之外，機械產(chǎn)品的精度還會受到溫度、熱平衡等方面因素的影響。例如，某工廠使用精密數(shù)控機床進行高精密加工，每天開機加工的首件產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)精度不合格的問題。此外，在工廠休假一段時間后，首批產(chǎn)品的加工精度不穩(wěn)定，失敗概率較高，這是由于機床沒有進行預熱，溫度難以維持在穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，機械產(chǎn)品加工精度不足的原因包括設備原因和技術原因，生產(chǎn)企業(yè)需要高度重視這兩個因素，不斷優(yōu)化機械制造加工技術[8]。

4 機械制造加工工藝合理化的機械設計與制造措施

4.1 創(chuàng)新機械制造過程

為優(yōu)化機械制造加工工藝，企業(yè)首先需要關注機械產(chǎn)品的加工程序，設計出合理的加工過程，對機械制造加工工藝進行優(yōu)化和調整。在先進信息技術的支持下，機械制造加工可以引入計算機輔助設計、計算機輔助制造等，這些技術是自動化技術、微電子技術、傳感技術、現(xiàn)代信息技術在機械制造行業(yè)中的具體展現(xiàn)。在實踐當中，工作人員可以融合計算機自動編寫操作與人工操作，充分發(fā)揮計算機技術的作用，通過數(shù)據(jù)來控制整個機械制造的過程，提高工作人員對機械制造過程的控制效果，實現(xiàn)機械加工的自動化，有效減少人工投入，提高機械制造加工的科學性、準確性。在零件加工方面，工作人員需要高度重視零件的切削狀態(tài)，通過調整參數(shù)、更換切削工具等方法，提高零件的加工質量[9]。通過引入現(xiàn)代科技，優(yōu)化零件加工方法，不僅可以提升機械制造與加工工藝，提高企業(yè)生產(chǎn)效率，產(chǎn)品的性能也能得到增強。

4.2 優(yōu)化產(chǎn)品外觀設計

在機械制造加工的過程中，最為關鍵的是產(chǎn)品形式、功能、材料等方面的協(xié)調統(tǒng)一。其中，產(chǎn)品的外觀造型設計是非常關鍵的環(huán)節(jié)，只有科學設計產(chǎn)品的外觀造型，綜合考慮產(chǎn)品材質、功能等方面的因素，才能提高產(chǎn)品價值。對于機械產(chǎn)品而言，機械的表面與內部構造緊密相連，如果外觀設計存在問題，那么內部構件也有可能存在尺寸誤差。因此，在機械產(chǎn)品的外觀設計方面，設計人員需要高度重視產(chǎn)品的外觀造型，通過外觀造型展現(xiàn)出產(chǎn)品的運行方式。例如，在裝載機的造型設計方面，設計人員可以在外觀上傾向后橋和配重，展現(xiàn)出產(chǎn)品的重心，讓消費者通過造型去理解產(chǎn)品的概念[10]。

4.3 融合綠色環(huán)保理念

在機械制造加工中，企業(yè)需要解決以往存在的高消耗和高污染等問題，最大程度地減少對自然資源和能源的消耗，杜絕資源浪費。在機械制造和加工的過程中，大部分的能源和資源都具有不可再生性。目前，很多資源開發(fā)殆盡，機械制造加工需要積極引入節(jié)能環(huán)保理念，杜絕無休止的開采。作為機械制造企業(yè)，需要向員工滲透綠色環(huán)保理念，將環(huán)保意識融合于機械產(chǎn)品加工的各個流程當中。首先，在機械制造的原材料購買環(huán)節(jié)，企業(yè)需要選擇環(huán)保的原材料，加強對原材料的審查。其次，在機械制造加工的過程中，企業(yè)需要科學制定生產(chǎn)計劃，充分考慮環(huán)境因素，避免出現(xiàn)資源浪費等現(xiàn)象，推動機械制造行業(yè)長遠發(fā)展。最后，機械制造加工工藝還需要改進生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質量，實施低碳生產(chǎn)，這樣才能讓產(chǎn)品順利投入使用，避免后期的產(chǎn)品浪費。

4.4 有效控制加工精度

機械的加工精度包含了尺寸精度、幾何形狀精度、相互位置精度等。在以往的機械制造加工中，很多企業(yè)的生產(chǎn)線都存在加工誤差，使不合格的機械產(chǎn)品流入到市場當中，嚴重影響機械產(chǎn)品的應用效果。為減少機械產(chǎn)品的誤差，企業(yè)需要通過多種方式控制機械產(chǎn)品的加工精度。例如，在機械產(chǎn)品加工的尺寸精度控制方面，工作人員可以采用試切法，通過“試切—測量—調整—再試切”的過程，最終獲得規(guī)定的尺寸精度，這種方法可以應用在單件產(chǎn)品的生產(chǎn)制造當中。在機械產(chǎn)品加工的幾何形狀精度控制方面，工作人員需要高度重視機床的精度和刀具的精度，這兩個因素是影響零件幾何形狀的關鍵因素，在實踐當中，常用的控制方法包括刀尖軌跡法、刀具法等。在機械制造加工的位置精度控制方面，工作人員可以通過控制夾具精度、控制機床精度等方法，提高機械位置精度。除此之外，機械制造加工的相關工作人員還需要提高加工技術水平，高度重視機床溫度、外界環(huán)境因素的影響，采用科學的機床預熱方法，增強機械產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性。

5 結束語

近年來，我國機械制造加工工藝獲得了快速發(fā)展，機械產(chǎn)品在社會生產(chǎn)生活中的作用也逐漸凸顯，通過應用機械產(chǎn)品，提高了人們的生產(chǎn)生活效率，同時也提升了各個行業(yè)的機械化水平。機械加工制造工藝的主要流程包括機械生產(chǎn)、零件處理、機械定位等。當前，我國機械制造加工工藝還存在諸多不足，主要體現(xiàn)在機械制造加工工藝落后、產(chǎn)品外觀不足、企業(yè)缺乏環(huán)保意識、設備精度有待提升等方面。為徹底解決這些問題，機械制造加工企業(yè)需要優(yōu)化機械設計制造流程，引入先進的信息技術，規(guī)范機械設計制造標準，引入綠色環(huán)保理念，科學控制機械產(chǎn)品的精度，以推動整個行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。