機械設計加工中常見問題及優化措施研究

許昊

（安徽海螺川崎節能設備制造有限公司）

一、引言

伴隨著科學技術的不斷發展，機械化水平也在逐漸提升，機械設備的種類也在增加。機械設備成為大規模生產和運營活動中必不可少的部分，從而提高機器生產的效率和企業的經濟效益。機械設計加工的水平對機械設備的性能起著決定性作用。機械設備的精度越高，內部結構越復雜。在機械設計階段進行有效的優化可大大提高設備質量，并確保出色的性能和穩定性，機械設計加工企業提高企業競爭力。完美的設計和加工過程不僅可以提高生產效率，而且清晰的設計和加工說明可以幫助及時發現設備故障的原因，使機器設備用戶可以按照標準化流程進行操作并提供維護參考材料。

二、機械設計加工概述

機械設計加工分為設計和加工兩部分。所謂機械設計，主要是根據機械運行的基本原理，對機械各部件之間能量傳遞的形式、尺寸、結構等方面進行構思和設計，以及對機械性能的分析計算過程。相關數據轉化為機械設計參數的設計和語言描述作為依據。機械加工主要是指按照特定的標準對機械零件的許多特性進行分類和執行，利用專業的生產制造技術，將原材料從毛坯加工成具有實用價值和高精度的儀器。在機械制造過程中，零件是機械的基本組成部分，必須特別注意機器零件的標準化處理。在這一系列操作中，員工可以在滿足產品實際需要和技術要求的前提下，對各種毛坯類型的機器零件進行深度磨削和改造，制作出各個零件，使機器零件更加精致，提高了使用價值。通過對以前的粗加工技術進行附加的機械精加工，最終制成的機器將具有更高的精度和性能，滿足現代機械制造業對各種參數的要求。在機床的整體設計、加工和制造過程中，要特別注意貫徹機床設計標準化的原則，降低加工的生產成本，提高加工產品的質量。一方面，加工設計標準化具有諸多優勢，但另一方面對設計和加工人員提出了更高的要求。在機床設計和加工過程中，員工必須按照現代加工要求不斷提高產品質量，做到精益求精。

三、機械設計加工的特點

根據機械設計的類型，可以劃分為繼承設計、轉換設計和創新設計。繼承設計的特點是在不更改機械設備模型的情況下通過創新來優化設計方法。變型設計用于轉換和更新機器零件和配件，以提升機器的整體性能。創新的設計是對進行重新設計。采用新的技術、新的方法，在這個階段，機械設計加工技術得到了極大的提升，完全區別于傳統的機械設計和制造方法。集合更先進的電子信息技術，企業在技術和工藝上進行重大創新，并取得長足的進步，大大的提升了機械設備的性能和質量。在這個階段，機械設計加工變得更加復雜，專注于每個環節的有效協調，使整個設計和加工過程標準化和系統化，并不斷提高對相關人員整體素質的要求。在機械設計階段，詳細說明了每個環節，并制定了完整的機械加工和制造計劃。機械設備具有多種功能，融合了許多新穎的思想，加工技術更加先進，有效地提高了機械設備的性能和工作效率，促進了機械工業的發展。

圖1 機械設計與制造加工技術規程

四、機械設計與加工中的常見問題

1.機械零件的表面質量問題

機器零件的表面是整個機器零件的重要組成部分，表面質量會影響整個零件的耐用性。在研究機械零件的表面質量時，不僅要對日常生產進行良好的監督，而且要嚴格控制生產質量，最重要的一點是必須迅速消除影響表面質量的隱患，解決這些問題的潛在誘因。材料是對于零件表面質量至關重要。材料的數量及質量都會對零件表面質量產生重大影響，最常見的問題是材料的韌性與零件的表面質量之間的關系。為了提高零件的可塑性，在生產過程中經常選擇具有高韌性的材料，增加了零件的塑性變形，降低了零件表面的光滑度，很多零件變得很粗糙。如果零件的材料易碎，在加工過程中切割零件會產生粒狀物體，這也會對零件表面的光滑度產生影響。如果零件的材料是塑料，則在切割過程中會發生一定程度的變形，并且零件的表面會由于外部影響而變得粗糙。

2.加工精度問題

在當今社會各行業快速發展的環境中，各行業對加工精度的要求也越來越高。研究表明，加工精度與機器生產效率成正比。這意味著只能不斷提高加工精度，才能持續提高機器生產效率。但是，在機械設計加工過程中，經常會有一些元素難以控制。最大的問題是機床的消耗和操作期間的機床溫度，這導致加工中的某些誤差，并且這些誤差降低了精度。因此，需要有效地解決這些小問題，只有這樣才能保證加工的準確性。

3.機械產品整體性價比

在當今瞬息萬變的市場環境中，產品必須具有成本效益，才能在激烈的市場競爭中占據重要地位。機械產品的總成本受很多因素的影響，并且貫穿機械設計加工的整個過程。因此，在機械設計與加工過程中，不僅要注意機械零件材料的選擇，更重要的是要考慮原材料的應用與加工。原料選擇不當直接影響加工生產效率，還會出現機械加工誤差的情況，誤差的存在會導致機械發生故障，并且如果發生故障，則需要維修，因此機械成本顯著增加。隨著機械設計加工成本的不斷增加，利潤空間將逐漸下降，并且為了提升利潤，一些企業經常降低產品價格，擾亂市場秩序。還有的商家為了確保自己的利潤，在機械設計和加工過程中通過偷工減料、以次充好降低機械的成本，但是產品的質量令人擔憂。如果這種情況持續下去，機械設計和加工的市場環境將變得越來越糟，并將影響整個行業的發展。

4.使用潤滑劑的問題

潤滑劑應該具有兩方面的性能，冷卻和潤滑。在機械加工過程中，設備的高速運轉會產生大量的熱量，加工材料在溫度較高的情況下會發生形變，由此產生加工誤差。所以潤滑劑應該具有冷卻功能，能夠減少加工過程中熱量的產生。潤滑劑還能夠防止機械設備生銹，降低設備的磨損。潤滑性能夠降低機械設備之間的摩擦阻力，從而提高機械設備的運行效率，提高零部件的加工質量。

5.機械設計圖的問題

在機械設計加工中，必須嚴格按照設計圖紙的規定和要求處理技術人員的所有工作。機械設計圖的合理性較差，會對加工質量產生較大的負面影響，從而不能滿足預期要求的生產和加工產品的質量。通過生產實踐活動可以得出結論，將產品應用要求納入設計階段，并應改進圖紙設計的內容，以免在后續圖紙設計中引起很多問題，造成生產加工和原料浪費。

6.產品變形問題

變形是機械設計和加工過程中非常普遍的問題，加工產品的變形主要體現在產品的特性、尺寸和位置上。結合實踐，造成機械產品變形的主要原因有3 個。首先，加工產品在加工過程中產生的極高內力形成內徑向力，將產品牢牢夾住，方便加工產品的切割，保證加工操作完成的條件。在整個過程中，機械產品的形狀從初始狀態發生了一定程度的變化，變成了多邊形或橢圓形。其次，機械產品熱處理后的零件往往出現中高邊低，容易彎曲。最后，在切割機械產品時，會出現彈性問題，導致機械產品變形。在機械產品的設計和加工中出現上述變形問題，可以采用一些先進的技術或設備來避免。

圖2 變形前后的金屬組織結構變化

五、機械設計加工常見問題的優化措施

1.合理的原材料選擇

在進行機械設計加工時，首先要注意的是原材料的選擇。原材料是整個生產過程的基礎。選擇的原材料質量不僅會影響公司的生產成本，而且很容易在以后導致產品質量問題。為了使企業能夠高效地生產機械產品，首先必須確保原材料的質量。在選擇原材料時，應科學合理，并應出于提高產品質量的目的進行選擇。在機械加工設計的早期階段花費大量時間的目的是大大減少后續維護的時間。隨著時間的流逝，原材料的選擇性能不斷提高，會根據具體的情況不斷調整。在選材過程中，必須根據機器生產的實際情況滿足基本性能要求和工藝要求。不同的部件應具有不同的性能。如果耐磨性高，則應提高選擇標準。選擇材料強度要求。無論選擇哪種高強度材料，都必須綜合考慮生產條件，并且必須科學選擇材料所需的物理條件和價格條件，以進一步提高成本效率。

2.選擇合適的加工設備，設置標準的切割參數

加工設備對機械質量有著重要影響。如果選擇的加工設備不合理，在對硬質材料進行加工時，整個材料可能在加工過程中出現誤差。在加工脆性材料時，如果使用的工具不適合，則很容易產生更多的碎屑，從而影響零件的粗糙度。因此，為每種材料選擇哪種處理工具非常重要。另外，在加工設備運行過程中切削參數的設置會直接影響零件的質量，因此在加工零件時，必須確定加工速度和深度，以確保加工的產品滿足機器的要求。

圖3 曲面加工走刀路線

3.實現標準化、批量化的機械設計與加工

伴隨著市場經濟的高速發展，企業之間的競爭也越來越激烈，企業要想提升其市場占有率，就必須不斷提升產品質量以及生產效率，從而提升企業的核心競爭力。進行標準化和批量化生產的機械設計加工可以提升生產效率，并且降低企業的生產成本。標準化，是指為滿足社會需要而批量生產相同標準的產品，并可以根據產品性能、質量要求、規格、生產工藝和檢驗方法統一生產，使用相同的生產工藝和流程。一方面，大大減少了設計周期，降低了企業的生產成本。另一方面，可以實現批量生產，并且可以比較所生產產品的質量，從而可以提高性能。機械設計和加工的標準化和批量化生產是社會經濟發展的必然趨勢。

4.潤滑劑的使用

為了確保機械設計和加工能夠滿足實際生產的要求，除了要重視零件的尺寸精度以及表面質量外，還需要重視加工潤滑劑的用途。潤滑劑主要用于機械設計加工中，以延長加工工具的使用年限，保證零件的尺寸精度，提升零件的表面光滑度，清理多余的切屑并確保切削過程的順利進行。而且，在切削的過程中，刀具所承受的切削力非常大。金屬切削潤滑劑的潤滑作用可以有效降低刀具之間的摩擦力，避免刀具與弓箭之間的粘連，并延長使用年限。潤滑劑可以提升加工效率，降低企業生產成本，提升企業的經濟效益。

5.加強對機械設計圖的控制

機械設計圖的質量控制可以避免在后續機械生產和加工中出現質量問題，從而確保生產和加工的產品可以滿足市場應用的需求。因此，為了保證機械設計和加工質量的整體提高，有必要結合多種要求合理地控制機械設計圖的設計。需要準確地判斷設計中的各個組件，并可以根據具體要求選擇相應的建模計算，以避免設計過程中的尺寸誤差，對工程圖設計的質量產生更大的負面影響。

6.創新觀念并增加產值

技術是主要的生產力量，只有不斷提高企業的生產加工技術，才可以生產出質量高、成本低的機械產品。致力于大膽創新、改革創新、主觀能動、精湛工藝、不遺余力地做好每一件事。在機械設計過程中，合理控制工藝成本，加強生產過程中的質量監督，增強員工的安全責任感，堅持“質量保證，優質產品”的原則，進行機械設計加工。高品質的產品可以提高機械設計加工產品的知名度，是企業在激烈的市場競爭中占據重要地位。

7.增加對機械設備的維護

根據大量數據，對機械設備的維護可以將機械生產和加工的效率從30%提高到50%。維護良好的機械設備可以減少機械設備使用期間的磨損。加工操作完成后，使用潤滑油保持機械設備及時運轉，不僅可以清理內部雜物，還可以延長設備的使用年限，減少購買設備的成本，為企業帶來更大的經濟效益。

六、結語

綜上所述，為了改善機械加工設計中存在的問題，設計人員需要創新機械加工的設計理念，積極尋找適合機械產品的原材料，優化產品效率，提升產品的質量。更加重視加工產品的加工和后期設計維護，機械設備的維護，延長機械設備的使用年限，降低成本，促進機械設計加工行業的快速發展。