机械制造工艺中合理化机械设计分析
时间：2020-07-28 03:36:40 来源：达达文档网 本文已影响 人 
李明
Analysis of Rationalization Mechanical Design in Mechanical Manufacturing Process
LI Ming
【摘 要】机械制造工艺是对机械设计的实施，机械设计是机械制造工艺的参考，两者息息相关，相互影响。论文从机械制造工艺与机械设计的相互影响入手，分析了机械制造工艺的流程及设计原则，重点提出了机械制造工艺中合理化机械设计的策略。
【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.
【关键词】机械制造;制造工艺;合理化;机械设计
【Keywords】mechanical manufacturing; manufacturing process; rationalization; mechanical design
【中图分类号】TH16;TH122 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）05-0172-02
1 引言
在机械制造工艺中对机械进行设计时，要求设计人员根据标准化的准则对机械的各项工作进行全面的设计，并根据机械的使用性能，运用不同的设计方法来满足实际的应用需求。为了提高机械制造工艺的质量和效率，一方面要从机械制造设备的精确度和加工工艺着手，另一方面也要通过提高机械设计的合理化程度来简化机械制造工艺。
2 机械制造工艺与机械设计的相互影响
2.1 机械制造工艺对机械设计的限制
机械行业中常用的机械设计软件是CATIA，软件功能非常强大，可以绘制出各种工件，在航空航天和汽车制造等领域中有广泛的应用。虽然，在CATIA软件中可以设计出各种工件，但机械制造工艺并非能够将所有设计都呈现出来。一方面，我国机械制造行业中所用的仪器和设备精密度不高，另外，加工复杂零件需要的成本较高，不符合企业降本的需要。在机械设计时，要考虑到机械制造的能力，只有先明确工件的加工方法，在机械制造客观能力范围内进行设计，才能够保证设计的可行性。
2.2 机械设计对机械制造工艺的简化
机械行业中，机械制造过程中要使用各种机器，部分工序还需要人工完成。为了给切削设备降温，还需要使用切削液降温。一个工件加工完成，需要耗费大量的电能、人工、材料，同时还会影响设备的使用寿命。如果机械设计巧妙，工件既可以满足功能要求，又可以做到结构简单，则可以简化机械制造工艺流程，进而提高效率，降低成本。
3 机械制造工艺流程分析
3.1 制作程序及技术程序
制作程序指按照设计要求把原材料加工成为成品的过程，加工方法既有機器加工，也有人工加工，完成一个成品制作需要多步加工程序。影响机械加工成果的因素是材质和自动化程序，材质不适宜或者程序有问题都会影响成品质量。人工加工主要在成品后处理或者包装等环节，影响因素是工人操作的熟练程度。技术程序指机器对原材料或者半成品进行深加工，影响因素是机器程序的准确性和设备运行的稳定性。
3.2 零件装夹
零件装夹是指在制造过程中对零件进行位置固定，零件在机床上固定的稳定性取决于夹具，零件装夹的质量决定了成品的质量。零件装夹包括直接找正式、划线找正式和夹具装夹式等，产品的合格率决定于装夹质量以及合适装夹模式的选择。
3.3 定位
定位是指在加工过程中对零件与工具之间的位置进行确定，定位准确与否决定了加工后成品的精度。影响定位准确性的首要因素是定位基准，常见的定位基准是尺寸、材质、点线面等。定位基准方式决定于工件的具体参数，常见的基准包括设计基准、工序基准、装配基准和检测基准等。
3.4 精度
加工产品的精度对工件的质量有深远影响，对于机械加工工件，如果加工精度不达标，则会影响各个工件之间的相互配合，如果加工精度相差较大，工件之间无法配合，失去了工件基本的使用价值。工件精度是对其尺寸、形状、位置等进行量化，每个精度都对应一个公差带，超出公差带的成本则不合格。
4 机械制造工艺中合理化机械设计的原则
4.1 经济性
机械制造中合理化机械设计要坚持经济性原则，在设计中，为了满足工件的基本功能，可以有多种设计方案。然而，不同的设计方案对应不同的加工方法，不同的加工方法产生的加工费用不同。另外，不同的设计方案对物料的用量不同，对物料的材质要求不同，这些最终也会反映到工件成本上来。所以，在机械设计中，在满足基本功能的前提下，要考虑工件在机械制造工艺过程中产生的费用。
4.2 整体性
機械制造中合理化机械设计要坚持整体性原则。在选择设计方案时，要结合加工方式来进行设计。在工件制造过程中，要经过多种加工工序，机械设计要考虑各个工序的顺序，在设计时要考虑加工工件不同部位时的加工方法，避免后一个加工工序对前面加工成果产生影响。另外，也要关注不同类加工程序造成的成本。例如，冲压件的边上会有毛刺，采用机加方式可以处理，也可以采用翻边的方式来避免毛刺，这样就省去了机加工序，有利于降本。
5 机械制造工艺中合理化机械设计的要点
5.1 控制误差
机械制造工艺中，影响产品质量的重要因素是误差。国内机械加工所用设备的精密度不高，所以成品的合格率没有达到预期。鉴于机加设备精密度不高的现状，机械设计人员在工件设计时必须要考虑影响精密度的所有因素，包括设备误差、环境温度、材料应力变化等。设计时，结合工艺水平使用补偿法和分化法来计算误差，然后在制造工艺中严格控制设备参数，力求达到工件设计预期。另外，在设计时要尽量简化设计，工件越复杂，尺寸链越长，封闭环的偏差越大，尺寸链环数小于5采用极值法，大于5则采用概率法。所以，为了控制误差，提高加工精确度，降低设计工作量，要尽量缩短尺寸链。
5.2 控制外观质量
机械制造工艺中，成品外观质量也是质量控制的重点，外观质量主要是粗糙度引起的。虽然，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质量问题还是不可避免。所以，机械设计人员在工件设计时，要准确把握工件的功能，明确外观质量对功能的影响，对配合件的影响，然后给出一个合理的表面粗糙度。
5.3 低碳环保
机械制造工艺中，成品加工过程中要耗费电能，减少加工设备的使用寿命，消耗原材料，产生边角料，消耗切削液，产生加工噪声，高温下切削液会蒸发等，这些都造成了能源和资源的浪费，同时产生了噪音污染和空气污染。低碳环保理念下，机械设计人员要做到通过合理的设计来减少机械加工所产生的能耗和环境污染。所以，设计人员要力求用最简单的方式来设计工件，减少非功能性的零件设计部分，减少加工难度，节省资源和能量，降低人工成本。另外，减少不必要的设计，还可以缩短尺寸链，减少累积误差，有利于提高成品合格率。
5.4 标准化设计
机械制造加工工序多，每道工序都要对相应的机器设置参数，针对不同的设计要求，要调整机器的设置参数，反复调整对设备和仪表的精准性会产生一定的影响。当加工工序非常多时，会出现漏调设置参数，或者设置参数不准确等现象，这也会影响工件成品的合格率。鉴于机械制造工艺的客观情况，机械设计人员在设计时要力求做到标准化设计。这里的标准化设计包括两重含义，一是符合行业的相关标准，或者行业内约定俗成的设计规矩;二是在同一个工件的设计中，要做到工件体系内各个部分设计标准化。例如，在一个不规则形状零件的加强肋设计中，要保证各个平面上肋的凸圆半径一致。如果用翻边的方式来取代加强肋，则要保证翻边后的高度一致。当体系内的标准一致时，在这个零件的机械制造全程中，就无需反复调整设备参数，这就是工件体系内各个部分设计标准的体现。
6 结语
综上所述，机械设计人员要在设计时考虑到机械制造工艺，包括工序、定位、精度、零件装夹等。然后，在设计时同步考虑加工，这样就能够用机械制造的思维来审视工件设计的合理性。当机械设计的合理性提升，机械制造的困难则会降低，工件的合格率也会提升。因此，机械设计人员要丰富自己的机械制造工艺理论知识，了解工艺的实际情况，明确零件的加工工序，同时要对材料学和结构力学有深入的了解，通过灵活运用材料和力学知识来提升设计水平，降低制造工艺的难度。
【参考文献】
【1】刘正航.基于机械制造工艺的合理化机械设计思考[J].黑龙江科技信息，2017（2）：128.
【2】张浩然.机械制造工艺与合理化机械设计探讨[J].黑龙江科学，2018，9（9）：50-51.
