機械設計中的加工工藝研究與探討

秦海亮

摘 要：隨著現代化的進步和經濟技術的發展，機械設計制造在國民經濟中發揮著越來越重要的作用，已經成為當今社會工業體系中的支柱產業。機械的設計構思與工藝方案都將直接影響著設備的質量，必須保證從設計與加工上提高機械設備的可靠性，增加機械設備的使用壽命。機械加工工藝直接體現出了設計者的構思，加工的質量直接影響到機械部件的運行性能，影響到產品的整體質量。本文將深入的探究我國機械設計與加工工藝的現狀，并結合實際的項目提出改進建議，為我國的機械行業發展提供參考。

關鍵詞：機械設計;加工工藝;研究;工藝措施

在機械設計制造的整個過程中，設計與工藝是直接制約著產品的質量，優秀的設計方案可以降低零部件的加工難度，能夠有效控制設計方案的成本，而加工工藝方案的擬定需要建立在實際的工藝水平上，必須選取性價比最高的工藝方案，保證加工精度的同時，降低加工成本。

1 機械設計的構思

機械設計十分龐雜，需要涉及運動空間、力學校核、穩定性分析、動力系統、圖紙繪制等等，這些都是機械設計的基本內容。機械設計的內容雖然十分龐雜，但也具有極強的系統性，整個機械設計都是按照標準化的流程逐步深入，機械設計的大致流程如下：類型選擇 → 工作原理 → 受力分析→ 應力狀態 → 材料選擇 → 失效分析 →計算準則 → 基本公式 → 參數分析 → 結構設計一圖紙文件。

機械設計的每一道流程都有相應的標準，以工作原理為例，機械的工作原理涉及到運動學分析與空間結構分析，屬于機械原理的內容，機械原理已經對連桿、齒輪、凸輪等不同的機構進行了詳細的論述，設計人員只需安裝標準進行設計即可。機械設計本身與機械設備一樣，單個零件無法體現出整臺設備的作用，而單一的設計流程無法體現出設計人員的構思，設計人員的構思體現在整體的設計把控，需要根據設計要求與經濟成本對設計進行整體規劃，從整體把握細節，從多套方案中選取最優方案。

1.1 功能性設計原則

功能性設計需要設計人員從設備的功能層逐步向下深入，從功能入手，從整體到細節。以航拍中的增穩云臺設計為例，增穩云臺的主要功能就是穩定的攝像頭，保證攝像頭時刻對準一個方位，設計人員為了實現這一功能，必須進一步進行運動方案與整體結構的設計，運動方案的設計主要體現出云臺的運動差補特性，結構設計需要根據基本的運動要求進行設計，可以采用普通三軸協調結構，也可以采用箱式框架結構。設計人員為了滿足設備功能進行逐步具體化的設計，就是功能性設計原則。功能，簡而言之，就是產品的用途或技術系統能獨立先成的任務。功能分析是從功能的角度尋求設計問題的解決辦法。首先根據設計任務確定系統的總功能。系統的總功能體現在將輸入條件轉換為系統的輸出條件上。總功能確定后，進行功能分解，將總功能分解為分功能、子功能直至功能元，功能元是最小的功能單位，是可以直接從物理效應、邏輯關系等方面找到解法的基本功能單元。一般把功能元分為物理功能元和邏輯功能元。物理功能元反映了系統中物料、信號和能量的物理基本作用。物理功能元可用物理基本效應求解。機械、儀器中常用的物理效應有;力學效應、電力效應、磁效應、光學效應、熱力學效應、核效應等。同—物理效應能完成不同的功能，同一功能可用不同的物理效應解決，而設計人員利用不同的物理效應實現同一功能時，可以體現出設計人員的構思。

1.2 最優化設計原則

最優化設計是設計人員在充分理解設計要求的前提下，從多套設計方案從選取最佳的設計方案，除此之外，設計人員需要對方案中的各個設計參數進行最優化的選擇，以桁架結構的桿的橫截面設計為例，桁架結構的桿可以受到拉力與壓力，甚至部分結構可能承受一定的彎剪力，而現有的型材都有特定的橫截面，這些橫截面已經決定了材料的受力類型，設計人員需要根據根據實際情況選擇合適的力學校核公式，以材料的抗彎模量為變量，選擇最佳的型材。最優化設計不僅是整體結構的最優化，也是細節的優化，每一個參數的優化，常規的機械零部件設計已經有了標準的設計流程，例如皮帶的選型力學校核，格根據皮帶的工作環境選擇皮帶類型，之后根據實際的力學情況選擇皮帶的參數，最后確定皮帶的型號。在一些可變因素較多的情況下，尤其是非標件的設計，需要設計人員根據實際的要求，逐步優化，選擇最符合成本與功能的方案，而方案的確定就體現出了設計人員的構思。

1.3模塊化設計原則

模塊化設計是目前機械設計的趨勢，也是對設計人員的要求。模塊設計類似于軟件的黑箱設計，黑箱設計是一種尋求系統總功能的創造性思維方法。“黑箱”就是一個未知其內部機理和結構的箱子。“黑箱法”就是將所研究的復雜系統看作一個黑箱，在不打開它的前提下，暫時忽略次要因素，首先中考慮系統的輸入輸出關系，通過觀測和分析黑箱與外部環境的相互關系，求解待設計系統的功能，從而進一步了解其內部結構的機理。模塊設計是將機械系統的每一個子功能元拆分成以個個模塊，這些模塊可以直接替換，可以提高設備的可靠性。實際上，設備的模塊化依賴設計人員的構思，不合理的拆分會降低設備的整體性，不同的設計人員對設備的拆分是不同的，體現出了設計人員的構思。設計人員的設計構思不是體現在標準化的零部件設計流程，而是體現在非標準化的設計過程，需要設計人員從整體把握細節，只有根據實際的項目進行構思才能體現設計者的個性化構思。

2 機械加工工藝

機械加工是對機械設計的實踐過程，在機械加工領域，機械加工工藝的制定和改良對機械設備的性能起著重要作用。機械加工工藝就是利用機械加工的方法改變原材料的形狀、尺寸、相對位置和性質使其成為合格零件的全部過程。加工工藝貫穿著整個生產加工過程，對各工序的加工內容及操作方法有明確規定，是工人進行零件加工的依據，指導和監督著整個加工過程，以保證產品質量，提高生產效率。

2.1加工工藝方案設計

機械加工的精度必須通過工藝方案設計進行約束，機械加工工藝規程的制定原則是優質、高產、低成本，即在保證產品質量前提下，盡量提高勞動生產率和降低生產成本。因此，工藝技術人員要認真對零件進行分析，確定各表面加工方法，按照零件設計要求選擇定位基準，劃分零件粗、半精、精加工階段，并確定工序集中與分散的程度，合理安排各表面的加工順序和方法，從而制訂出零件的機械加工工藝路線，以軸的加工工藝設計為例，一般的機械加工機床的可以保證的公差是0.02，設計人員必須結合軸裝配的設計實際公差與配合。

2.2加工設備

機械加工設備在加工工藝的制定中起著舉足輕重的作用。機械設備的選用應當既保證加工質量、又要經濟合理。在成批生產條件下，一般應采用通用機床和專用工夾具，必要時可引進數控設備和專用加工設備。在批量加工和工序集約加工中，數控機床顯現了它的優勢，既保證了零件的加工質量，又大大提高了工作效率。同時，這些先進設備的廣泛應用也在不斷促進著機械加工工藝的改良和優化。在選擇機床時，機床的加工范圍要與零件的外形尺寸相適應，機床的精度要與工序要求的精度相適應，機床的生產率要與零件的生產類型相適應。不管是沿用舊設備，還是利用新設備生產，都需要技術人員對設備的性能、效率和保養方法熟悉。只有熟知各種設備的性能和精度，在選擇設備時才能選擇適合的設備，充分利用設備，發揮出設備的最大價值。

2.3設計與工藝加工聯系

機械設計的實現它是通過機械加工的方法改變毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質使其成為合格零件的全過程，加工工藝是工人進行加工的一個依據是指利用傳統機械加工的方法，按照圖紙的圖樣和尺寸，使毛坯的形狀、尺寸、相對位置和性質成為合格零件的全過程，加工工藝是工人進行加工前所需要做的工作，避免在加工過程中發生加工失誤，造成經濟損失。機械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟，采用機械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質量等，使其成為零件的過程稱為機械加工工藝流程。

3 結語

通過以上的分析，機械加工工藝過程直接體現出了設計者的構思，設計原則、加工方案、加工設備及設備工藝標準化等方面全面進行分析和探究了，它是提升部件加工工藝的方法和途徑，加工的質量直接影響到機械部件的運行性能，影響到產品的整體質量。只有提高機械設計及工藝加工水平，才能保證設備部件質量，才能提高企業核心競爭力。

參考文獻：

[1] 鄭生華，丁書坤，陳金花，等.機械部件空間交叉通孔加工工藝研究[J].制造技術與機床.2014（09）：157-159.

[2] 崔承賢.基于機械制造工藝的合理化機械設計[J].科技創新與應用.

2014（11）：58.

[3] 馬麗芳.壓縮機缸體孔的加工[J].內蒙古石油化工.2008（04）：82-83.

[4] 唐英，崔華勝，崔詠琴，等.微小孔加工技術現狀及發展趨勢[J].新技術新工藝.2007（02）：52-54.

[5] 金玉淑，馬秀英.加工空間相交深孔的參數化編程[J].風機技術.

2002（01）：30-31.