基于機(jī)械制造加工工藝合理化的機(jī)械設(shè)計(jì)制造探討

孫彥超 ，任少蒙 ，楊立云

（河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺(tái) 054000）

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造加工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，相較于機(jī)械制造，機(jī)械設(shè)計(jì)擁有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)范，需要高度關(guān)注機(jī)械產(chǎn)品的功能、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、材料等因素。從宏觀層面來(lái)說(shuō)，只有不斷優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)和制造工藝，改進(jìn)工藝流程，合理利用機(jī)械設(shè)計(jì)策略，才能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)制造的要求。

1 機(jī)械制造加工工藝的內(nèi)涵

機(jī)械制造是指對(duì)半成品或原材料進(jìn)行加工、組合的過(guò)程。在機(jī)械制造過(guò)程中，相關(guān)工作人員需要嚴(yán)格按照機(jī)械設(shè)計(jì)及產(chǎn)品加工的相關(guān)要求，做好材料購(gòu)買、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等工作，引入先進(jìn)的技術(shù)和手段，在加工過(guò)程中進(jìn)行科學(xué)調(diào)試，制造出合格的產(chǎn)品，確保機(jī)械零件的性能[1]。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的支持下，機(jī)械制造能夠引入更多的先進(jìn)技術(shù)，例如CAD技術(shù)、人工智能技術(shù)等，這些技術(shù)能夠讓機(jī)械制造按照既定模式實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。另外，先進(jìn)技術(shù)還能綜合不同的設(shè)計(jì)要素，豐富機(jī)械的功能，更好地發(fā)揮機(jī)械的效益。

2 機(jī)械制造加工工藝的基本流程

2.1 機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程

生產(chǎn)過(guò)程是指機(jī)械產(chǎn)品制造中原材料轉(zhuǎn)化為成品的所有勞動(dòng)過(guò)程，所有的機(jī)械產(chǎn)品都有自身的生產(chǎn)過(guò)程。生產(chǎn)環(huán)節(jié)是機(jī)械制造加工流程的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在機(jī)械制造加工工藝中占有十分重要的地位。機(jī)械生產(chǎn)包含了機(jī)器生產(chǎn)和零件生產(chǎn)，對(duì)于機(jī)器生產(chǎn)而言，生產(chǎn)過(guò)程包含了生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、毛坯制造、原材料及半成品運(yùn)輸、零件加工、部件裝配、產(chǎn)品調(diào)試。機(jī)械包含了大量的零件，生產(chǎn)過(guò)程較為復(fù)雜，為全面提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)代化的機(jī)械生產(chǎn)正在朝著專業(yè)化的方向發(fā)展，機(jī)械的生產(chǎn)往往需要多個(gè)工廠或車間共同完成。例如，在汽車的生產(chǎn)中，生產(chǎn)過(guò)程就包括了玻璃、電氣設(shè)備、儀表、輪胎、發(fā)動(dòng)機(jī)等，需要多個(gè)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(jī)械制造加工流程中，零件的處理是機(jī)械組裝之前的重要工作，對(duì)機(jī)械成品具有十分重要的作用。在開(kāi)展零件加工處理時(shí)，工作人員需要重點(diǎn)檢查零件的穩(wěn)固性，避免因零件不穩(wěn)而造成加工質(zhì)量問(wèn)題，提高零件的安全性[3]。在實(shí)踐當(dāng)中，不同機(jī)械產(chǎn)品的零件質(zhì)量有較大差異，可以按照零件的質(zhì)量，將零件分為重型零件、中型零件、輕型零件。不同機(jī)械產(chǎn)品的零件質(zhì)量類別如表1所示。

表1 不同機(jī)械產(chǎn)品的零件質(zhì)量類別

為全面提高零件處理的質(zhì)量，工作人員首先要認(rèn)真分析產(chǎn)品裝配圖、零件圖，開(kāi)展工藝審查，然后結(jié)合零件生產(chǎn)綱領(lǐng)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(jié)合零件處理的工序，選擇出需要運(yùn)用的機(jī)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(jī)械定位

機(jī)械定位是機(jī)械制造加工流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)機(jī)械制造的精度具有較大影響，只有高度重視機(jī)械定位，采用科學(xué)合理的定位方法，才能提高零件加工的精準(zhǔn)性，滿足零件加工的客觀需求。在實(shí)踐當(dāng)中，工作人員需要結(jié)合零件的具體情況，確定科學(xué)的定位基準(zhǔn)，完成定位工作。機(jī)械制造加工流程中的機(jī)械定位方式包含多種情況，分別是毛坯料外輪廓的定位、內(nèi)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(dǎo)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(nèi)孔定位；第二種是導(dǎo)正銷，這種定位方法簡(jiǎn)單可靠，可以用于多種情況下的孔定位；第三種是定距側(cè)刃，這種方法是指利用側(cè)刃切去條料旁邊的少量材料，以達(dá)到定位的效果[4]。

3 機(jī)械制造加工中存在的問(wèn)題

3.1 機(jī)械加工工藝落后

機(jī)械制造加工工藝直接決定了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，加工工藝的規(guī)范性和合理性會(huì)直接反映到機(jī)械加工水平上。相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的機(jī)械加工受傳統(tǒng)觀念影響比較嚴(yán)重，管理系統(tǒng)相對(duì)落后，工人素質(zhì)不高，整個(gè)機(jī)械加工工藝存在制造程序不規(guī)范、不合理的問(wèn)題[5]。在這種情況下，機(jī)械加工產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力不足，無(wú)法達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。此外，由于我國(guó)機(jī)械加工工藝相對(duì)落后，所以很多機(jī)械加工企業(yè)難以協(xié)調(diào)加工質(zhì)量和加工成本的關(guān)系，無(wú)法通過(guò)先進(jìn)科技來(lái)提高加工質(zhì)量、降低加工成本，這些問(wèn)題不利于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

3.2 產(chǎn)品外觀存在不足

長(zhǎng)期以來(lái)，在我國(guó)的機(jī)械制造加工行業(yè)中，“技術(shù)至上”的理念一直占據(jù)主導(dǎo)地位，企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的外觀造型不夠重視，生產(chǎn)出的機(jī)械產(chǎn)品外觀存在不足。在實(shí)踐中，很多人認(rèn)為機(jī)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(duì)外觀的誤解。實(shí)際上，機(jī)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(zhì)量，對(duì)產(chǎn)品的功能具有一定影響。例如，單鋼輪壓路機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中需要向下壓實(shí)，并且向前移動(dòng)，在外觀設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)人員需要將其設(shè)計(jì)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(shí)處理工作區(qū)域內(nèi)存在的問(wèn)題。當(dāng)前，很多企業(yè)在機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過(guò)程中容易忽略產(chǎn)品外觀，有些產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)不夠合理，容易產(chǎn)生磨損等情況，需要進(jìn)行二次加工，耗費(fèi)人力資源，這些都是比較現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題[6]。

3.3 缺乏環(huán)保意識(shí)

當(dāng)今社會(huì)，人們的環(huán)保意識(shí)與日俱增，機(jī)械設(shè)計(jì)和制造需要融合綠色理念，最大程度地減少對(duì)外界環(huán)境的破壞，這樣才能推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的可持續(xù)發(fā)展。目前，我國(guó)針對(duì)機(jī)械制造與加工行業(yè)提出了相應(yīng)的環(huán)保要求，對(duì)企業(yè)提出了多樣化的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，但依然有很多企業(yè)將自身的短期利益放在第一位，為實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)增長(zhǎng)，破壞自然環(huán)境，沒(méi)有對(duì)落后的技術(shù)進(jìn)行革新，存在高消耗、高污染等問(wèn)題，綠色機(jī)械生產(chǎn)發(fā)展緩慢[7]。針對(duì)這種情況，機(jī)械制造企業(yè)需要進(jìn)一步提高環(huán)保意識(shí)，優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)與制造理念，更新機(jī)械制造技術(shù)，創(chuàng)新制造加工工藝，推動(dòng)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.4 設(shè)備精度有待提升

與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的機(jī)械制造加工行業(yè)發(fā)展時(shí)間較短，所以在設(shè)計(jì)和制造層面還存在諸多問(wèn)題。在生產(chǎn)設(shè)備的精度上，我國(guó)很多企業(yè)都存在生產(chǎn)設(shè)備精度不足的問(wèn)題，所加工的機(jī)械產(chǎn)品容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，檢驗(yàn)部門難以完成科學(xué)的檢驗(yàn)工作，市場(chǎng)當(dāng)中流通著大量不合格的機(jī)械產(chǎn)品。除了生產(chǎn)加工設(shè)備精度不足之外，機(jī)械產(chǎn)品的精度還會(huì)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(jī)床進(jìn)行高精密加工，每天開(kāi)機(jī)加工的首件產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)精度不合格的問(wèn)題。此外，在工廠休假一段時(shí)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(jī)床沒(méi)有進(jìn)行預(yù)熱，溫度難以維持在穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，機(jī)械產(chǎn)品加工精度不足的原因包括設(shè)備原因和技術(shù)原因，生產(chǎn)企業(yè)需要高度重視這兩個(gè)因素，不斷優(yōu)化機(jī)械制造加工技術(shù)[8]。

4 機(jī)械制造加工工藝合理化的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造措施

4.1 創(chuàng)新機(jī)械制造過(guò)程

為優(yōu)化機(jī)械制造加工工藝，企業(yè)首先需要關(guān)注機(jī)械產(chǎn)品的加工程序，設(shè)計(jì)出合理的加工過(guò)程，對(duì)機(jī)械制造加工工藝進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。在先進(jìn)信息技術(shù)的支持下，機(jī)械制造加工可以引入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造等，這些技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)中的具體展現(xiàn)。在實(shí)踐當(dāng)中，工作人員可以融合計(jì)算機(jī)自動(dòng)編寫操作與人工操作，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)的作用，通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)控制整個(gè)機(jī)械制造的過(guò)程，提高工作人員對(duì)機(jī)械制造過(guò)程的控制效果，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的自動(dòng)化，有效減少人工投入，提高機(jī)械制造加工的科學(xué)性、準(zhǔn)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(guò)調(diào)整參數(shù)、更換切削工具等方法，提高零件的加工質(zhì)量[9]。通過(guò)引入現(xiàn)代科技，優(yōu)化零件加工方法，不僅可以提升機(jī)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(qiáng)。

4.2 優(yōu)化產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)

在機(jī)械制造加工的過(guò)程中，最為關(guān)鍵的是產(chǎn)品形式、功能、材料等方面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。其中，產(chǎn)品的外觀造型設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，只有科學(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的外觀造型，綜合考慮產(chǎn)品材質(zhì)、功能等方面的因素，才能提高產(chǎn)品價(jià)值。對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品而言，機(jī)械的表面與內(nèi)部構(gòu)造緊密相連，如果外觀設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，那么內(nèi)部構(gòu)件也有可能存在尺寸誤差。因此，在機(jī)械產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員需要高度重視產(chǎn)品的外觀造型，通過(guò)外觀造型展現(xiàn)出產(chǎn)品的運(yùn)行方式。例如，在裝載機(jī)的造型設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)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(fèi)者通過(guò)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(jī)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(wèn)題，最大程度地減少對(duì)自然資源和能源的消耗，杜絕資源浪費(fèi)。在機(jī)械制造和加工的過(guò)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(kāi)發(fā)殆盡，機(jī)械制造加工需要積極引入節(jié)能環(huán)保理念，杜絕無(wú)休止的開(kāi)采。作為機(jī)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(shí)融合于機(jī)械產(chǎn)品加工的各個(gè)流程當(dāng)中。首先，在機(jī)械制造的原材料購(gòu)買環(huán)節(jié)，企業(yè)需要選擇環(huán)保的原材料，加強(qiáng)對(duì)原材料的審查。其次，在機(jī)械制造加工的過(guò)程中，企業(yè)需要科學(xué)制定生產(chǎn)計(jì)劃，充分考慮環(huán)境因素，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)等現(xiàn)象，推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。最后，機(jī)械制造加工工藝還需要改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)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(fèi)。

4.4 有效控制加工精度

機(jī)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(jī)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(jī)械產(chǎn)品流入到市場(chǎng)當(dāng)中，嚴(yán)重影響機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用效果。為減少機(jī)械產(chǎn)品的誤差，企業(yè)需要通過(guò)多種方式控制機(jī)械產(chǎn)品的加工精度。例如，在機(jī)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(guò)“試切—測(cè)量—調(diào)整—再試切”的過(guò)程，最終獲得規(guī)定的尺寸精度，這種方法可以應(yīng)用在單件產(chǎn)品的生產(chǎn)制造當(dāng)中。在機(jī)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(jī)床的精度和刀具的精度，這兩個(gè)因素是影響零件幾何形狀的關(guān)鍵因素，在實(shí)踐當(dāng)中，常用的控制方法包括刀尖軌跡法、刀具法等。在機(jī)械制造加工的位置精度控制方面，工作人員可以通過(guò)控制夾具精度、控制機(jī)床精度等方法，提高機(jī)械位置精度。除此之外，機(jī)械制造加工的相關(guān)工作人員還需要提高加工技術(shù)水平，高度重視機(jī)床溫度、外界環(huán)境因素的影響，采用科學(xué)的機(jī)床預(yù)熱方法，增強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)機(jī)械制造加工工藝獲得了快速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品在社會(huì)生產(chǎn)生活中的作用也逐漸凸顯，通過(guò)應(yīng)用機(jī)械產(chǎn)品，提高了人們的生產(chǎn)生活效率，同時(shí)也提升了各個(gè)行業(yè)的機(jī)械化水平。機(jī)械加工制造工藝的主要流程包括機(jī)械生產(chǎn)、零件處理、機(jī)械定位等。當(dāng)前，我國(guó)機(jī)械制造加工工藝還存在諸多不足，主要體現(xiàn)在機(jī)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(shí)、設(shè)備精度有待提升等方面。為徹底解決這些問(wèn)題，機(jī)械制造加工企業(yè)需要優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造流程，引入先進(jìn)的信息技術(shù)，規(guī)范機(jī)械設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，引入綠色環(huán)保理念，科學(xué)控制機(jī)械產(chǎn)品的精度，以推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。