机械制造工艺中的合理化机械设计分析

蔡文琴

(上海航天精密机械研究所，上海 201600)

机械制造工艺中的合理化机械设计分析

蔡文琴

(上海航天精密机械研究所，上海 201600)

摘要：旨在探索机械制造工艺中的合理化机械设计，以机械设计在机械制造工艺中的重要地位为切入点，简要分析了机械制造的主要工艺与流程，继而在此基础上提出了几点合理化的机械设计建议，以期提高我国机械制造的工艺水平，满足工业发展的客观需求。

关键词：机械；制造工艺；合理化；机械设计；零件装夹

在机械制造过程中，应保证其设计层面的合理化，这是保证机械制造工艺水准的关键前提之一。合理化的机械设计，可以提高机械产品的使用性能，延长其使用寿命，因此，如何保证机械设计的合理化是相关从业人员需要重点思考的问题之一[1]。

1机械设计在机械制造工艺中的重要地位

机械设计的具体原理可细分为两部分：一是在原有的机械的基础上对其性能进行适当的改造与提高；二是在合理规划与市场需求调研的基础上设计并生产具有预期功能的现代化机械。机械设计所涉及的学科理论知识比较多，因此把握的难度也相对较大。当前，冶金、化工、食品和种植等各行各业均需要用到机械，这有助于推动国民经济发展，是机械设计在机械制造工艺中的重要地位的集中体现[2]。为了满足社会发展的相关需求，应对现有的机械设备技术加以改造提升，工程技术人员应从降低制造成本、延长机械使用寿命和提高机械使用性能等方面进行合理化设计。

2机械制造的主要工艺与流程分析

所谓机械制造工艺，即满足产品设计要求以及保证产品质量的有效技术手段，对机械生产企业的生产准备、计划调度和质量检测等工作均起到良好的指导作用，是机械生产企业提高经济效益的必要条件之一。机械制造的工艺与流程主要在于零件装夹、定位、加工精确度和工艺流程等方面。

2.1零件装夹

在正式进行机械零件生产之前，应把机械零件固定安放在夹具或者机床之上。为了进一步确保机械零件位置的准确性，应按夹紧的工序流程对其再进行稳固处理。装夹指的是机械零件的夹紧与固定位置操作。零件的质量直接受到零件装夹工序的影响，也会波及到机械零件的生产成本以及生产速度等方面，其重要性不容忽视。比较常见的零件装夹模式主要有3种：划线找正式、直线找正式和夹具装夹式。零件装夹的工作平台如图1所示。

图1　零件装夹工作平台示意图

2.2定位

基于确保零件精确度的目的，必须做好零件的定位操作。在进行定位的过程中，首先需要选定定位基准，定位基准选定的依据在于加工工件的具体参数，包括尺寸、材质、点、线和面等，确定工件与加工工具两者之间的位置关系。以实际作用与应用场所为标准，可将基准细分为工艺基准与设计基准两类，其中最为常见的是工艺基准，工艺基准又可细分为工序基准、装配基准和检测基准等3类。

2.3加工精确度

作为机械制造工艺中的关键要素，加工精确度与所生产出的产品的使用性能直接挂钩。根据加工精确度的具体要求，可将其细分为表面质量精确度、外形精确度、大小精确度和位置精确度等4类。在进行机械制造的过程当中，为了全面确保机械零件尺寸精度的目的，常用的2种方法是调整法与试切法；而为了确保机械零件外形精确度，常用的2种方法则是成形法与轨迹法。

2.4工艺流程

机械制造工艺的具体流程可概括为原材料准备→半成品制作→半成品保管→成品制作→成品装配检验等。整体而言，机械制造的工艺过程属于生产过程的范畴，其重点在于改变并调整产品的外形、尺寸等，还包括与零部件所保持的相对位置关系调整等操作，例如机械加工以及毛坯制造等工艺流程[3]。工艺过程包括机械制作加工的全过程，在机械加工的基础上，对产品零部件的毛坯外形、表面质量和尺寸等进行适当的调整与改变。机械制造加工的工艺流程是由许多具体而详细的工序组合而成的，其中最主要的是安装、工位、公步和走刀等4道工序。机械制造工艺流程图如图2所示。

图2　机械制造工艺流程图

3机械制造工艺中的合理化机械设计措施分析

提高机械制造工艺中的合理化机械设计的整体水平，关键在于提高设计标准化，提高加工精度，提高加工表面质量和采用绿色制造工艺等。

3.1提高设计标准化

目前，我国机械设计的核心发展方向是设计标准化，即在相对统一的设计标准的基础上，确保所设计出来的机械零件的性能结构、规格型号和尺寸等高度统一，符合相关的使用要求与质检标准，提高产品质量，降低生产所需的成本，加快生产效率[4]。鉴于此，在进行机械设计的过程中，应高度重视提高产品零件的标准化设计，以保证机械零件产品的设计水平与使用性能，提高机械生产企业与机械产品两者的市场竞争力，提高经济效益。

3.2提高加工精度

在机器制造的过程中，差异是客观存在并且完全无法消除的，关键在于尽量降低差异，提高机械零件产品的加工精度。而提高机械零件产品的加工精度，重点在于深入分析并全面论证差异产生的具体原因，明确各种原因中的潜在关系，以期降低差异，提高防范技术的目的性与有效性，保证加工精度。

提高机械零件产品的加工精度和几何精度，关键在于对所使用的夹具进行具有针对性的改进与调整，采用先进的测量工具与技术提高精度，降低误差值，尽量规避加工误差的不良问题，深入明确误差产生的具体原因[5]。笔者认为，机械零件产品出现加工误差的主要原因在于内部应力、刀具磨损、热变形和系统应力等因素，其中最为常见的是内部应力与热变形这2个因素。提高机械零件产品的加工精度，常用的方法主要有转移原始误差法、均化原始误差法、误差补偿法和分化原始误差法等4种。提高加工精度的流程如图3所示。

图3　提高加工精度的流程图

3.3提高加工表面质量

加工表面质量即机械加工后的零件表面微观不平度，也就是通常所说的表面粗糙度。一般而言，机械零件的表面粗糙度与零件的使用性能以及使用寿命等有着必然的联系，提高机械零件的加工表面质量[6]，降低表面粗糙度的主要措施可分为下述3种。

1)选择合适的刀具。基于提高机械零件加工表面质量的重要目的，在选择刀具时，根据所要加工的零件的实际情况，尽量选择刀尖圆弧半径较大，并且副偏角较小的刀具，同时也可以选择修光刃、精车刀等刀具。合理选择刀具，有助于契合零件材质的基本特性，提高加工表面质量，降低表面粗糙度。

2)慎重选择切削条件。选择合适的切削速度是提高机械零件加工表面质量的关键因素之一，尽量减少积屑瘤的产生量，并且降低进给量。为了进一步保证切削效果，可使用切削液辅助切削，可显著提高工件加工表面质量。

3)降低表面层变形强化。降低机械零件的表面层变形强化，关键是在采用刀具进行工件加工的过程中，严格控制刀面的磨损宽度以及切削用量等，一般而言，切削速度均要大于供给量，这是提高机械零件加工表面质量的重要举措[7]。

3.4采用绿色制造工艺

设计人员在进行机械设计的过程中，应不断革新自身的设计理念，改进现有的设计手法，贯彻落实绿色环保设计理念，同时把机械设计与新型的设计要求紧密结合在一起。此外，在环境保护与经济效益两者之间寻找到合适的平衡点，实现两者的共同发展提高，互不制约与影响，在不危及环境的前提下，实现经济效益最大化[8]。目前，针对机械零件的绿色制造工艺，其关键点在于绿色材料的选用，同时绿色制造工艺对于控制环境污染也具有不容忽视的意义与作用；因此，应从原材料的选用以及生产工艺的选用两方面来保证机械制造与设计的绿色化与系统化。

4结语

合理化的机械设计的关键在于两方面：一是针对机械设计的科学研究，二是针对生产过程的合理分析，上述两者均与机械制造过程中的合理化要求直接挂钩。鉴于此，为了保证机械设计的合理化与科学化，在设计的过程中应充分考虑工艺的实际要求，分析各个制造工序的核心内容以及注意事项等，在现代化设计理念的指导下，不断改进现有的设计方法，根据加工过程与工艺水平，合理设计，提高设计标准化、加工精度和加工表面质量等，以保证机械设计与制造的质量。

参考文献

[1] 崔承贤.基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].科技创新与应用,2014(11):58.

[2] 吕亚强,刘亚楠.机械制造工艺中的合理化机械设计分析[J].科技创新与应用,2014(21):108.

[3] 朱晓丽.基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].硅谷,2014(11):200,48.

[4] 李景阳.浅析机械制造工艺中的合理化机械设计[J].经营管理者,2014(26):387.

[5] 崔永波.基于机械制造工艺简析合理化的机械设计[J].科技风,2014(21):119.

[6] 王炳发,刘越. 基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].价值工程,2013(27):43-44.

[7] 贾红哲.高科技在机械制造工艺中的应用[J].技术与市场,2011(10):126.

[8] 熊淑秋,聂志刚.论机械制造工艺发展现状与未来发展趋势[J].无线互联科技,2012(11):180.

责任编辑彭光宇

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——摘自山高刀具(上海)有限公司网

The Rationalization of Mechanical Design and Analysis of Mechanical Manufacturing Process

CAI Wenqin

(Shanghai Aerospace Precision Machinery Institute，Shanghai 201600，China)

Abstract：Aimming to explore the mechanical manufacturing process rationalization of mechanical design, mechanical design in the important position of mechanical manufacturing process is taken as the breakthrough point. The brief analysis of the main technology and process of machinery manufacturing is presented, and then on the basis of mechanical design put forward some rationalization proposal. The research wants to improve the machinery manufacturing technology level, and to meet the objective needs of industrial development.

Key words:mechanical，manufacturing process，the rationalization，mechanical design，the clamping parts

收稿日期：2015-04-02

作者简介：蔡文琴(1982-)，女，工程师，大学本科，主要从事产品质量管理和机械加工工艺等方面的研究。

中图分类号：TM 0

文献标志码:A