基于机械制造工艺的合理化机械设计
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摘要： 本文以遵循机械制造工艺要求为原则，重点论述了机械设计过程中的注意事项，并从提高加工精度、加工表面质量和设计标准化三方面提出了合理的工艺措施。
Abstract： Based on the principle of following the mechanical manufacturing process requirement， this article focuses on the matters needing attention in the process of mechanical design and puts forward reasonable processing measures from 3 aspects： to enhance machining accuracy， to improve processing surface quality and to increase design standardization.
关键词： 机械制造工艺；机械设计；注意事项；工艺措施
Key words： machine manufacturing technology；machine design；matters needing attention；processing measures
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）27-0043-02
1 机械制造工艺的基础知识
机械设计（machine design），根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。
机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量，节约能源，降低消耗的重要手段，是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、安全生产、技术检测和健全劳动组织的重要依据，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。其中，工艺规程是直接指导产品或零部件制造工艺过程和操作方法的工艺文件，它直接对企业的产品质量、效益、竞争能力起着重要的作用。关于机械制造工艺的具体内容简单介绍如下：
1.1 生产过程和工艺过程 在机械制造工艺中，生产过程是指在制造机械产品的时候，将原材料或半成品转变成为产品的所有过程总和，这一过程具体包括：生产技术准备工作；原材料及半成品的运输和保管；毛坯的制造；零件的各种加工、热处理及表面处理；部件和产品的装配、调试、检测及涂装和包装等，而工艺过程是指在生产过程中直接改变生产对象的尺寸、形状、性质及相对位置关系的过程，比如毛坯制造、机械加工、热处理、表面处理及装配等。其中，机械加工工艺过程是指用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为产品零件的过程，这一过程是由一个或若干个工序组成，而工序又可分为安装、工位、工步和走刀。[1]
1.2 工件装夹 工件在开始加工前，首先必须将工件摆放在机床或夹具上的正确位置，这一过程就称为定位，同时为了使定位好的工件在加工过程中保持正确位置，还需要将工件固定夹紧，这一过程称为夹紧，因此这两个过程合起来成为装夹。在一定程度上机械加工工艺中的工件装夹是否合理不仅会影响到工件的加工质量，而且也会直接影响产品的生产率、加工成本及安全稳定性能。一般而言，在机械制造工艺中经常使用的工件装夹方式主要有直接找正装夹、划线找正装夹、用夹具装夹等方式。
1.3 定位 在机械制造工艺中，为了保证工件的精度，必须做好工件的定位工作，工件常用的装夹定位方式有：直接找正、划线找正和用夹具装夹三种方式。定位的首要工作是要根据加工工件的情况选择好定位基准，机械制造工艺所说的基准其实是起到确定工件和加工工具之间位置关系作用的那些具体点、线或面，根据所起的作用和应用场合的不同，基准一般可分为设计基准和工艺基准，同时工艺基准按照不同的要求和标准，又分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。
1.4 加工精度 在机械制造工艺过程中，获得良好的加工精度至关重要，直接影响产品的优良特性，根据不同的要求，加工精度可以划分为尺寸精度、形状精度、位置精度和表面质量要求四大类。在实际机械加工过程中，为了获得良好的尺寸精度，一般采取的方法有：试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法等；与获得尺寸精度的方法不同，获得形状精度的方法主要有：轨迹法、成形法、展成法等。
2 机械设计过程中的注意事项
要想保证机械设计高效准确，就必须在进行设计过程中统筹考虑机械制造工艺的要求，机械设计的整个过程涉及很多方面的内容，在机械设计的研究和分析过程中，每个阶段都有自己的重点任务和注意事项，为确保设计取得良好的效果，就必须在整个过程中掌握系统、科学、合理的设计方法，根据工件的加工过程，需要注意以下两点：一是设计要贴合制造工艺实际。研究设计阶段主要负责设计零件的设计方案，是整个机械制造工艺的基础阶段，对后面的所有阶段起着举足轻重的作用，故而在这一阶段内，设计零件时要注意严格按照生产工艺要求来合理布置设计图纸，同时也应该注意加强与车间操作工的沟通，主动了解工件的具体生产制造过程，认真听取现场技术人员和工人对设计的意见和建议，并根据他们的建议及时对设计方案进行调整和修改。二是安装调试指导设计。机械设备的安装调试是整个机械制造工艺的最后阶段，这一阶段决定着设计方案的实际效果能否达到预期目的，在这个阶段必须严格按照技术要求进行安装及调试，根据具体情况及时处理现场发生的各种技术问题，这些具体的安装过程和内容对于前期的机械设计具有实际指导意义，这一过程的经验对于机械设计人员而言，可以帮助他们通过安装和调试工作获得设计的依据，从而可以提高他们的设计水平。对这些设备进行安装、调试、试生产等一系列过程之后，可以通过实际使用效果对产品的质量进行评价和分析，从而确定是否满足机械设备的使用要求。[2]
3.1 提高加工精度的工艺措施 在机械设计加工过程中，误差不可避免，而只有对产生不同误差的原因进行详细分析和研究，才能有针对性的采取相应预防措施以减少误差的出现，从而有效的提高对加工工件的精度。要想提高加工零件的几何精度可以考虑改进所使用的夹具，或者通过改进测量工具来提高精度，要想提升控制误差的水平，就需要对加工误差进行分析，必须弄清楚产生误差的原因，一般而言，由于系统应力、热变形、刀具磨损、内部应力等情况均会产生误差，根据对应的原因采取相应的解决措施，一般常用减小误差的方法有：误差补偿法、分化或均化原始误差法、转移原始误差法等。
3.2 提高加工表面质量的工艺措施 机械加工表面质量是指零件经过机械加工后的表面微观不平度，也被称为粗糙度，加工表面质量直接影响产品零件的物理、化学和机械性能，甚至直接影响到产品的性能、可靠性、寿命。为了提高零件的加工表面质量，通常采取以下措施：一是注重刀具的选择。为了提高加工表面质量，加工刀具应根据加工件的属性尽量选择使用刀尖圆弧半径较大、副偏角较小或合适的修光刃或宽刃精刨刀、精车刀，也就是说选用与工件材料适应性好的刀具，从而减小了工件的表面粗糙度；二是选择适当的切削条件。要想获得良好的工件表面质量，根据材料不同采取不同切削速度可以有效抑制积屑瘤的产生，另外，减小进给量，采用高效切削液等措施也是通常采取的有效方法；三是减少表面层变形强化。要减少表面层变形，可以采取多种方法，而在使用刀具进行加工工件时，则要注意合理控制后刀面的磨损宽度和切削用量，通常会采用较高的切削速度和较小的进给量再辅以有效的切削液，便可取得良好的效果。[4]
3.3 提高设计标准化的工艺措施 在机械设计过程中，标准化是当前机械行业的一个重要发展趋势，通过设置一个共同的标准，让机械零件的尺寸规格、性能、结构得到有效的统一，这样不仅可以有效提高产品质量，还可以有效降低生产成本，所以在机械设计的层面上就要充分考虑提高产品零件标准化水平，只有这样，才能提升产品的设计水平，增强机械产品在市场中的竞争力。
3.4 加强绿色制造的工艺措施 在机械设计中引入绿色制造的理念可以有效提升机械设计的成功率，进而基于绿色制造理念的机械制造工艺与传统的制造工艺便会产生一些区别，与传统的制造工艺相比，基于绿色制造的工艺更注重对环境的保护，并在此基础上确保经济效益达到最大。基于绿色制造的工艺措施应该充分考虑产品的绿色开发，减少在生产使用过程中产品对周围环境的污染，要保证这一目标要求，首先要做到在机械建模的时候就要确保绿色设计，采用系统化的设计方法，选择绿色环保的材料作为原材料，另外为了提高原材料的利用率，确保原材料在具备良好环境适用性的基础上还要能充分满足生产工艺的要求，充分考虑产品的回收和循环使用。
参考文献：
[1]刘改云.浅谈机械设备设计研发中的若干问题[EB/OL].中国论文下载中心.
[2]赵岩，丁延松.影响机械加工表面质量的因素及改进措施[J].技术与市场，2010（5）.
[3]朱佩巧.按绿色制造理念，改革机械专业课程的教学内容[J].机械职业教育，2009（9）.
[4]戴华丽.对机械设计加工过程中注意点的分析[J].电子世界，2012（23）.