機械設計加工中應注意的問題

馬超

[摘? ? 要]隨著科技的進步，現代工業產業迅速發展，對于機械產品的要求也越來越高。機械設計加工作為機械生產的重要組成部分，是影響機械加工質量與加工效率的重要因素。從加工精度、加工質量、技術創新、設計標準化、材料選擇以及潤滑劑選用等方面入手，概述機械設計加工中應注意的問題，并提出相應優化措施。

[關鍵詞]機械設計加工;常見問題;優化措施

[中圖分類號]TH16;TH122 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）04–00–03

Problems in Mechanical Design and Processing

Ma Chao

[Abstract]With the progress of science and technology， modern industrial industry is developing rapidly， and the requirements for mechanical products are becoming higher and higher. As an important part of mechanical production， mechanical design and processing is an important factor affecting machining quality and efficiency. Starting with machining precision， machining quality， technological innovation， design standardization， material selection and lubricant selection， this paper summarizes the problems that should be paid attention to in mechanical design and processing， and puts forward corresponding optimization measures.

[Keywords]mechanical design and processing; FAQ; optimization measures

1 機械設計加工概述

機械設計加工包含機械設計與機械加工兩方面內容，機械設計是機械制造的第一步，主要是根據使用需求，構思機械設備的工作原理、運動方式、能量傳遞方式，分析各零部件的尺寸、形狀、潤滑方式，并將計算過程轉換為具體描述的過程，為機械制造提供有效參考。機械設計的目標為：在現有加工水平、理論依據、材料選擇以及計算手段等條件下，實現優化設計。機械設計者應嚴格遵守“技術性能準則”“可靠性準則”“標準化準則”“安全性準則”，對最佳工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗、最少環境污染等因素進行綜合考量。由于這些因素互相沖突，因此，機械設計者應統籌兼顧，以機械的種類與用途為抓手，權衡輕重，實現綜合技術經濟效果最優化。隨著科技的不斷進步，優化設計不再單純依靠設計者的知識與經驗，而是逐漸舍棄主觀判斷，向科學計算發展。

機械加工是指通過一種或多種機械設備，對零部件的形狀、尺寸、位置與性能進行標準規劃與執行，并利用生產工藝技術等使原材料由毛坯到精密器械的過程。按照加工方式不同，機械加工可分為壓力加工與切削加工兩大類。隨著現代機械制造產業的不斷發展，機械加工技術方法越來越先進，例如快速成型、精密超精密、微型機械等加工技術。在機械加工制造過程中，零件作為機械基本組成單位，其規范化處理尤為重要。相關操作人員應嚴格遵守加工工藝要求，采用粗加工、半精加工、精加工等手段，深度打磨原材料或半成品，以提高工件的加工精度與使用價值，滿足現代機械制造的標準與需求。

在機械設計加工的過程中，應綜合考量各方面影響因素，對細節問題多加注意。選擇合適的材料與刀具，合理規劃加工工藝流程，提高機械加工精度，控制工件表面加工質量。要全面貫徹“標準化、通用化、系列化”原則，以減輕設計工作量，加強機械設計質量，提高產品的互換性與可維修性，降本增效，促進機械設計加工產業可持續發展的同時，為國家的宏觀調控、內外貿易管理等創造便利條件。

2 機械設計加工特點與流程

2.1 機械設計加工特點

機械設計加工是從抽象到具體的過程，其特點主要表現為以下幾個方面：①要素配合特點。現代機械加工制造應注重設計與加工過程的整體融合，權衡好設計、加工、維修以及回收等要素之間的關系，積極引入先進加工工藝與加工技術，不斷提升操作人員與加工環境的配合度;②技術創新特點。隨著工業產業的飛速發展，傳統的機械設計加工理念顯然已經無法適應經濟市場需求。現代化機械設計加工應融入電子信息技術，及時更新設計理念，做好設計加工方法的優化與創新，不斷提高設計加工質量，促進產品經濟效益與社會效益協調發展;③設計功能多樣化。機械設計加工應以市場需求為向導，有效融入多方元素，拓展設計范圍，豐富產品功能，提高設計的科學性、合理性，以保障產品質量，為機械行業的可持續發展提供可靠推助力。

2.2 機械設計流程

按照設計方式不同，機械設計可分為新型設計、繼承設計以及變型設計三大類，其設計的主要流程如下：

（1）任務設計。根據使用需求，明確設計任務。

（2）初步設計。構思機械工作原理、產品結構、運動與能量傳遞形式等要素，初步繪制設計總圖，并進行初步審查。一般機械的變型設計以及繼承設計、簡單機械的新型設計，可省略初步設計，直接進入下一設計階段。

（3）技術設計。根據初審意見，做設計初稿變更，進一步完善總圖，并繪制相關零件圖，準備第二次設計審查。

（4）工作圖設計。根據二次審查意見，修改總圖及其對應的零件圖，繪制部件裝配圖與總裝圖，填制零件表、易損件及配件清單、使用說明書等技術文件。

（5）定型設計。在定型設計之后，可進行批量生產。

在機械設計的過程中，如果發現之前步驟中的某個或多個設計不合理時，必須折返到問題步驟，做設計變更，與之相關的隨后的設計工作也需要重新規劃。

2.3 機械加工步驟

（1）分析總裝圖、零件圖，對工件進行加工工藝分析。

（2）選擇毛坯，確定定位基面與工藝路線。

（3）合理規劃各加工工序的余量，對工序尺寸以及加工公差進行優化設計。

（4）科學選擇各工序所用的刀具、夾具、量具以及匹配的輔助工具與加工設備。

（5）明確主要工序的工作原理、技術要求與檢驗方法。

（6）確定工時定額、切削用量等技術參數。

（7）填寫工藝卡片。

3 機械設計加工中需要注意的問題

3.1 加工精度問題

機械加工精度就是指原材料（工件）經過機械加工后，尺寸、形狀、位置及性能等技術參數與設計圖理想值的相符程度，即工件在機械加工過程中的精確度。加工精度是影響機械產品質量與使用性能的重要因素。在生產制造過程中，產品加工圖紙上，會明確標注各零部件的尺寸、規格、位置等技術參數，如果加工精度誤差過大，則會導致工件受熱不均或者受力變形等情況，對機械器件的整體性能以及使用壽命造成不良影響。加工精度誤差的誘因有很多，比如刀具磨損、傳動誤差、應力干擾、加工系統故障等。機械設計加工的工件存在誤差，這是無法避免的。但是，這并不意味著加工精度無法提升，誤差的存在并不是造成工件質量問題的絕對因素。在加工制造過程中，可以通過分析、計算、試驗等方式，采取補償控制技術，優化加工工藝，提高加工設備性能等手段，減少或轉移原始誤差，以提高加工精度，保障機械產品的加工質量。

3.2 加工質量問題

機械設計加工環節的操作合規與否，直接影響機械產品的加工質量。材料質量問題、加工切削量大、工件受熱或受力變形等，是機械產品比較典型的加工質量問題。因此，在設計階段，應根據使用需求，謹慎選擇原材料，盡量避免選擇易變形的塑性材料，以避免在材料切割過程中，出現掉渣、磨損等，導致表面粗糙，不平整，降低加工質量。同時，還要注意環境以及外力因素對加工質量造成的影響。比如，受力不均會改變工件的內部結構，冷熱交替頻繁會導致工件塑性變形，產生冷作硬化現象，降低機械產品的伸長率。機械設計加工過程中，加工質量控制具有一定難度，因此，制造企業應加強技術培訓工作，打造經驗豐富、技藝高超的機械加工團隊，不斷提升產品加工質量，實現降本增效，為企業的可持續發展提供有效推助力。

3.3 技術創新問題

在大數據時代，機械設計加工也應與時俱進，積極更新加工理念，加強科技研發，注重技術創新，不斷提升產品加工質量，以滿足產品使用性能需求。機械設計加工制造的專業性要求高，加工工藝流程復雜。但是，在實際加工過程中，由于缺乏高精尖的技術創新人員，加之設計加工理念滯后，機械加工工具陳舊，嚴重影響產品性能，產品設計質量低下，沒有核心競爭力，無法立足于激烈的市場競爭中。

3.4 機械設計標準化問題

機械設計標準化就是要統一規定機械產品的尺寸、規格、性能、結構等技術參數，并將其作為標準來執行。機械設計標準化可以減少設計工作量，使設計加工簡單便捷。機械設計標準化的應用與推廣，給機械設計帶來便利的同時，也對設計水平提出了更高的要求。設計人員要全面了解國家標準、行業標準，以保障產品合標，符合市場需求。但是，在實際操作過程中，由于加工環境、加工設備等因素限制，非標件的使用過于頻繁，不僅增加了刀具以及加工設備的數量，同時還會增加生產成本，影響企業經濟效益。

3.5 材料選擇方面的問題

機械設計加工的材料選擇，應注意以下問題：①性能方面。機械使用性能包含美觀性、抗疲勞性、耐磨性等;在選擇加工材料時，應根據機械產品的不同性能與用途，進行針對性選擇。②工藝性能。選擇的材料要滿足機械設計加工的工藝需求。比如彎曲性、可鍛造性以及淬透性等。③經濟性能。在保障產品質量的基礎上，要全面評估材料的利用率、價格以及加工、維修費用等。在實際設計加工過程中，由于節約意識不強，為提高產品質量，盲目選擇性能優，但價格昂貴的材料，導致機械加工成本較高，企業收益微乎其微。

3.6 潤滑劑使用的問題

機械加工方式主要有切削、軋制、拉拔、研磨幾種，在這些加工過程中，產生大量切削熱，不僅會造成刀具及工件出現局部損傷，同時還會產生顆粒狀物質，影響機械加工質量。因此，為保障被加工件的幾何尺寸、表面質量以及加工精度符合設計要求，金屬加工潤滑劑的使用十分必要。潤滑劑具有潤滑、清潔、防銹、防腐、冷卻等功能，可以有效提升工件表面光潔度，延長刀具使用壽命，提高機械加工精度與效率，從而降低成本，提高機械加工的經濟效益。機械加工過程中，潤滑劑使用不當，會造成機械零部件損壞，影響產品加工質量。比如，操作者不定期、盲目增加或減少添加劑的使用量，不僅無法發揮保護作用，還會增加額外支出。

4 機械設計加工中常見問題的優化措施

4.1 嚴格控制加工精度

保證材料的切割面平整，提高表面粗糙度，對于切割不勻、尺寸不規則等情況，應采取有效措施提高刀具性能，嚴格控制機械加工的精度。注重加工機床的維修與保養，改進生產設備性能，積極開展誤差分析，尋根究底，減少過失誤差、儀器誤差、環境誤差等，有效提升機械產品的加工質量。隨著計算機技術的深入發展，應注重加強機械設計加工誤差計算與分析的信息化水平，采用誤差補償技術，減小精度誤差的影響，推動機械設計加工向自動化、精細化發展。

4.2 保障加工流程合理

根據設計任務，制定科學、合理的加工工藝流程，將產品質量控制貫穿于機械設計加工的全過程，加強制造過程的管理與監控，優化產品最終產出性能。對于生產周期緊迫的情況，應盡量一次性完成加工操作，減小加工殘余應力對機械零件加工質量的影響。要選擇適宜的方式，減小物理作用危害。此外，應注重提高產品的安全性與穩定性，提高零部件的適配性，不斷優化加工工序，提升機械設計加工的整體水平。

4.3 引進先進加工技術

技術創新是提高機械設計加工質量的關鍵所在。機械設計加工企業，應積極引入先進技術，并根據使用需求以及加工工藝，保障機械加工水平處于市場領先地位。在機械加工的創新過程中，應對產品性能、使用壽命、運行穩定性等進行綜合考量，并采取

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有效措施，優化操作流程，提高機械設計加工技術的創新水平，整合基礎建設設施，推進企業良性發展。

4.4 加強設計規范化

加強設計規范化是協調產品加工質量與加工效率的重要途徑。設計人員要詳細統計機械器件產品的尺寸、外觀、位置、性能等技術參數，盡可能采用規范化設計，以保障產品質量與生產效率得以平衡發展。在設計之初，應統一設計標準，減少產品的尺寸、外觀種類，為大批量生產奠定良好基礎。此外，要保障同一時間內的各個環節，各司其職，協調作業。比如，同時進行人工質量篩查與工件機械生產，最大限度提升產品加工質量以及加工效率。

4.5 選擇合適的加工材料

在材料選擇階段，應根據機械設計要求，綜合分析材料的屬性、價格以及性能等要素，在滿足零部件加工質量的基礎上，對材料的應用價值進行合理性分析，選擇性價比高的材料，以控制機械設計加工成本。全面貫徹綠色環保理念，盡可能選擇可降解、能耗小、可回收再利用的材料，從根源上解決機械設計加工帶來的環境污染問題。

4.6 使用工業潤滑劑

合理選擇潤滑劑是保護刀具，提高機械設計加工質量與效率的重要保障。潤滑劑的選擇，應以加工工藝需求為依據。比如，刀具為合金材料，或者用于高速切削時，通常選用水溶性潤滑劑;高速加工刀具用于低速切割時，則建議選用純油性潤滑劑;如果加工效果不理想，可選擇水溶性潤滑劑;加工零件為木質或者塑料材料，也建議采用油性潤滑劑。

5 結語

機械設計是機械制造的第一步，是后續加工工序的重要參考依據。隨著各行各業對機械產品的要求日益提升，“促技術，求發展”成為機械設計加工的必然趨勢。因此，機械制造企業應與時俱進，及時更新設計理念，嚴格控制加工精度，合理規劃加工工藝，引進先進加工工藝，加強設計標準化管理，實現材料與潤滑劑的最優化選擇，以降低加工誤差，促進加工效率與加工質量協調發展，整體提升機械設計加工精度，推進機械制造產業實現“大跨越式”發展。

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