機械加工工藝裝備設計要點分析

王曉彬，高 龍

（1.德楓丹（青島）機械有限公司，山東 青島 266555；2.卡拉羅（中國）傳動系統有限公司，山東 青島 266555）

在機械加工過程中，工藝裝備的設計與制造無疑是至關重要的環節。這些工具和設備，無論是用于切割、鉆孔、磨削還是其他各種工藝目的，都是實現從原材料到成品轉變的關鍵因素。隨著新材料和新工藝的不斷涌現，工藝裝備的制造也面臨著新的挑戰和機遇。現代的工藝裝備需要具備更高的耐用性和穩定性，以適應更加復雜和嚴苛的加工環境。而先進的制造技術，如3D 打印、激光切割等，為工藝裝備的制造提供了更多的可能性和靈活性。

1 機械工藝規程化設計標準

1.1 定位選組標準

在確定機械加工工藝時，需要根據所選位置的準確位置進行分析。首先，需要對機床的定位準點范圍進行精確的分析，并結合各零件的加工精度和選組標準流程，確定出實際的機加工定位方案集。同時，對于供應與需求基準之間存在的重疊現象，應及時解決。此外，應根據機械設計基準的有效需求與供給，進行合理的定位和精確的重疊，以避免機加工的供求尺度和轉換準則出現問題，真實的機械基準不重疊，可避免出現錯誤的情況[1]。

粗基準是指在機器加工中要考慮實際的分配準則，根據實際的加工余量，盡量將加工面和非加工面的尺寸和精度位置做到最好。同時，要根據實際過程的可靠度準則，將需要注意的各個方面都弄清楚。盡量避免重復使用相同方位的設備，對其基準面、粗糙度、外形差異等方面進行分析，處理可能產生的次級基準問題，解決加工過程中可能產生的各類機械問題。總之，在確定機械加工工藝時，需要綜合考慮各種因素，包括所選位置的準確位置、各零件的加工精度、選組標準流程、裝配流程、設計基準等。通過精確的分析和合理的定位，可以確定出實際可行的機加工定位方案集，確保制造出的機械性能優良、質量可靠、使用壽命長。

1.2 加工表面的實施方案

在工藝零部件規范的基礎上，要精心挑選適合的加工方法，并明確具體的表面加工手段。通過對實際生產流程和精度要求的深入分析，設定工件表面的粗糙度標準。根據毛坯基準進行選型研究，確定各項技術參數，特別是曲面的技術參數。同時，全面了解切削工藝的規范情況，提出一套更為合理、高效的工藝選型方案，并明確整體工藝方案和實施方法。在充分考慮生產效率和經濟效益的前提下，優先采用高效、高標準的機加工方式，持續對中孔和表面進行調整，以確保其平整度。此外，要根據年產量制定相應的生產計劃。為了提高鏜孔、鉆孔和擴面的質量，可采用恰當的工藝方法，對工件的材質進行精度分析和加工處理，確保其質量和適用性，在必要的時候，還可采用淬火處理，進一步提升精加工的效果[2]。

1.3 加工劃分階段

根據所選擇的零部件標準，對加工方式進行分析，盡量地將加工過程的方法與規范弄清楚，從而決定實際的過程發展次序與地點，精確地劃分出各工序的具體過程。當產品建成后，對產品的品質有很高的要求，通常要經過粗、半、精三道工序。若對工件有較高的精度要求，則需再進行拋光。加工階段的劃分并不是絕對的，而是要結合被加工零件的工藝、剛度、加工精度等因素，對實際加工過程中的各個環節進行合理的劃分[3]。根據高精度的要求，對運輸、安裝成本和收費流程進行精確的分析，并對可能出現的未劃分的準則進行分析和處理，確定實際完成的加工和精度任務。

1.4 機械加工順序方法安排

根據基層機加工的要求，對精度及表面進行改進，明確實際的加工供求內容。先粗后細，確定整個加工零件的實施工藝，并決定加工的供應和需求位置，能夠使用半精加工的方法，確保了加工的合理。按照“先主后次”的原則，對工件的外形及組裝方法進行加工，保證實際的表面加工效果。

2 機械工序的設計方法

根據對工件的加工精度及實際應用的要求，對其進行精確分析，并制定出加工規范。在此基礎上，根據生產過程開發需要及實現特征，對機械零部件的結構與品質進行深入的研究，并對其生產過程的總體質量及設備的經濟效益進行分析。據此，對我國機械加工設備的開發程度進行評價。為保證設備選型的合理性，要結合生產實踐，對多種規范進行比較，最后確定一套適合該設備的設備。另外，還要對機床的主要技術參數如型號、規格、位、具、型及聯接等進行詳細的分析，并對其進行詳細的說明。

在工具的選用上，要依據機械加工裝備的規范要求，選用合適的工具，從而達到提高加工質量，提高材料性能，提高生產效率的目的。通過對刀具型號、材質及切削準則的界定，保證刀具在加工時的高效切削，提高切削的合理性與高效性。在切削加工時，主要從切削加工的基本元素入手，如切削余量等。本文對各工序的具體內容進行了全面的分析，并對實際的加工精度、生產率和刀具的使用壽命進行了確定。依據實際的切削參數及切削方式，在綜合考慮刀具硬度及剛度約束條件的基礎上，對工件表面粗糙度進行規范化分析，從而得到合理的進給速度。選用適當的切割模式及計算方法，可提高切割精度及合理程度，確保加工過程穩定[4]。

3 工藝裝備在機械加工中的應用優勢

3.1 促進加工精確度提升

在各類機加工作業中，工藝設備是核心要素，而零件的相對定位精度在很大程度上依賴于工藝設備的配置。因此，加工設備的選擇直接關系到加工的質量、精度和效率。若在機加工中采用直接夾持和定位的模具，其準確性和穩定性將得到顯著提升，同時能大幅減少工件夾持和找正所花費的時間，進而顯著提高加工效率。

3.2 降低成本，提升質量

隨著科技的飛速發展，許多機械生產廠家已開始引入數控機床。數控加工裝備采用電腦編程，對機床進行數字化控制，其自動化程度高，加工精度高，且可進行仿真分析。這不僅極大地提高了生產率，還進一步確保了產品質量。例如，自適應工裝夾具已被研究并應用，減少了工裝夾具的復雜性，并縮短了其使用周期。此外，多角度夾具的研制也取得了進展。為了進一步提高處理效率，還可以從輔助時間方面進行優化。通過對工裝設計的適當調整，可以大大減少工裝所需的工時。例如，在工件夾持階段，利用氣動裝置驅動可實現快速夾持；采用智能定位夾具，工件在定位過程中能自動精確對準，實現快速裝夾。

3.3 降低工人勞動強度，優化作業環境

機械生產企業通過采用過程設備，能夠顯著降低人工操作量，使機器操作逐漸取代手工操作。大量的生產實踐已經證明，使用模具后，工件的裝卸更為簡便，節省人力，且安全高效。例如，當需要在Ф100～300毫米的外徑和2～3 米長的主軸上加工兩個Ф25 毫米的通孔時，初步的加工方法是采用V 形鐵進行夾緊和定位。但這種方法需要頻繁調整中心高度以適應不同直徑的工件。對于大型、重型零件，由于深孔鉆孔機的主軸在加工時位置固定，每一次都需要翻邊才能完成另一孔的加工，這無疑增加了操作的難度和勞動強度。為此，在特定工藝階段，只需對關鍵螺釘進行調整，使工件在上下、左右方向保持適當的靈活性，這種簡化的操作流程大大減輕了工人的勞動強度。

4 機械加工工藝裝備設計的要點

4.1 遵循機械加工工藝使用原則

在機械加工過程中，應遵循的原則包括“先粗后精”“先主后次”“基準第一”等。這些原則對于減少誤差、保證制造精度和效率具有重要意義。

首先，“先粗后精”原則是指先進行粗加工，將大部分余量去除，然后再進行精加工，以達到要求的精度和表面質量。這樣可以減少粗加工過程中產生的誤差，提高精加工的效率。其次，“先主后次”原則是指先加工主要表面，再加工次要表面。主要表面是零件的主要工作面，其精度和光潔度要求較高，因此需要優先加工。次要表面是零件的非工作面，其精度和光潔度要求相對較低，可以放在主要表面加工之后進行。最后，“基準第一”原則是指在加工過程中，應首先建立基準面。基準面是零件加工的基準，其精度和光潔度要求非常高。通過建立基準面，可以確保零件的位置精度和尺寸精度，避免后續加工中的累積誤差。

4.2 零件裝夾及定位

零件的裝夾及定位是機械加工中的重要環節，對于保證加工精度和效率具有重要作用。在零件裝夾前，應根據零件的特點選擇合適的夾具和裝夾方式，確保零件定位準確、裝夾穩定。例如，對于軸類零件，可以采用三爪卡盤或四爪卡盤進行裝夾；對于套筒類零件，可以采用心軸或壓套進行裝夾。同時，應盡量減少裝夾次數，以提高加工效率。如果需要多次裝夾，應采用可靠的定位基準和調整方法，以保持加工精度。在定位過程中，應充分考慮零件的形狀、尺寸和加工精度等因素，選擇合適的定位基準。定位基準的選擇應與設計基準相符合，以保證零件的位置精度和尺寸精度。同時，應消除定位誤差，提高定位精度。例如，可以采用多點定位的方式減小定位誤差，或者采用數字化儀進行定位。

4.3 加工精度的控制

加工精度是衡量機械制造質量的重要指標。為了控制加工精度，首先應合理選擇加工設備和刀具。根據加工需求和零件特點選擇具有高精度和高穩定性的設備和刀具，可以減少加工過程中的誤差。同時，應根據加工需求對設備進行定期維護和保養，確保設備處于良好狀態。其次，應制定科學的加工工藝方案。根據零件特點和精度要求制定合理的加工順序、切削參數和冷卻方式等工藝方案，可以減少加工過程中的誤差和提高加工精度。同時，應對工藝方案進行優化和改進，以提高加工效率和質量。最后，應通過優化設計、加強設備維護和人員培訓等措施提高整個工藝系統的精度和穩定性。優化設計可以提高零件本身的結構穩定性和精度保持性；加強設備維護可以確保設備的正常運行和使用壽命；人員培訓可以提高操作人員的技能水平和質量意識。這些措施的綜合應用可以有效提高機械制造的精度和質量。

4.4 根據機械的功能選擇零部件

不同的機械具有不同的功能和用途，因此應根據機械的功能選擇合適的零部件。例如，對于高精度要求的機械，應選擇具有高精度加工能力的設備和工藝方案；對于大量生產的機械應選擇高效、可靠的自動化生產線；對于重型機械應選擇具有高承載能力的零部件；對于高溫環境下工作的機械應選擇具有耐高溫性能的零部件。此外，還需要考慮零部件的互換性和標準化程度以方便維修和使用，同時還要考慮其材料熱處理表面處理等方面的要求，以確保其性能和壽命。

4.5 精密切削工藝

不同類型的設備在加工工藝上存在差異，需要結合具體的產品設計圖紙，在生產過程中，要循序漸進地提高精加工及磨削過程的作業品質。精細切削過程的運用主要是提高高精度零件的切割操作能力，對農機產品和儀器按照一定的比例關系進行細部處理，將刀具、定位標尺等生產技術資源進行合理配置[5]。另外，在加工過程中應注意不受外部因素的影響，如剛度、強度等。如何有效地控制零件的變形，保證零件的位置精度，是保證零件加工精度的關鍵。在農機裝備制造中，要全面監測、監測、分析機床主軸的旋轉速度、平均位移變形等參數。農機裝備各部分的技術指標要求各不相同，其內部各機構的傳輸性能是影響其性能的關鍵因素，為此，需通過精密切削加工工藝，實現零件與機床裝備的精確定位與檢測分析，與此同時，還應保證不會對諸如機床之類的生產裝備產生影響。

5 結論

機械加工工藝裝備設計是機械制造中的重要環節，其設計質量直接影響到機械制造的精度、效率和使用壽命。因此，在機械加工工藝裝備設計中，應遵循機械加工工藝使用原則、注重零件裝夾及定位、提高加工精度的控制、根據機械的功能選擇合適的零部件等要點。同時，還應不斷探索新的設計理念和方法，提高設計水平和制造能力，以滿足不斷發展的市場需求。