机械加工工艺装备设计要点分析

王晓彬，高 龙

（1.德枫丹（青岛）机械有限公司，山东 青岛 266555；2.卡拉罗（中国）传动系统有限公司，山东 青岛 266555）

在机械加工过程中，工艺装备的设计与制造无疑是至关重要的环节。这些工具和设备，无论是用于切割、钻孔、磨削还是其他各种工艺目的，都是实现从原材料到成品转变的关键因素。随着新材料和新工艺的不断涌现，工艺装备的制造也面临着新的挑战和机遇。现代的工艺装备需要具备更高的耐用性和稳定性，以适应更加复杂和严苛的加工环境。而先进的制造技术，如3D 打印、激光切割等，为工艺装备的制造提供了更多的可能性和灵活性。

1 机械工艺规程化设计标准

1.1 定位选组标准

在确定机械加工工艺时，需要根据所选位置的准确位置进行分析。首先，需要对机床的定位准点范围进行精确的分析，并结合各零件的加工精度和选组标准流程，确定出实际的机加工定位方案集。同时，对于供应与需求基准之间存在的重叠现象，应及时解决。此外，应根据机械设计基准的有效需求与供给，进行合理的定位和精确的重叠，以避免机加工的供求尺度和转换准则出现问题，真实的机械基准不重叠，可避免出现错误的情况[1]。

粗基准是指在机器加工中要考虑实际的分配准则，根据实际的加工余量，尽量将加工面和非加工面的尺寸和精度位置做到最好。同时，要根据实际过程的可靠度准则，将需要注意的各个方面都弄清楚。尽量避免重复使用相同方位的设备，对其基准面、粗糙度、外形差异等方面进行分析，处理可能产生的次级基准问题，解决加工过程中可能产生的各类机械问题。总之，在确定机械加工工艺时，需要综合考虑各种因素，包括所选位置的准确位置、各零件的加工精度、选组标准流程、装配流程、设计基准等。通过精确的分析和合理的定位，可以确定出实际可行的机加工定位方案集，确保制造出的机械性能优良、质量可靠、使用寿命长。

1.2 加工表面的实施方案

在工艺零部件规范的基础上，要精心挑选适合的加工方法，并明确具体的表面加工手段。通过对实际生产流程和精度要求的深入分析，设定工件表面的粗糙度标准。根据毛坯基准进行选型研究，确定各项技术参数，特别是曲面的技术参数。同时，全面了解切削工艺的规范情况，提出一套更为合理、高效的工艺选型方案，并明确整体工艺方案和实施方法。在充分考虑生产效率和经济效益的前提下，优先采用高效、高标准的机加工方式，持续对中孔和表面进行调整，以确保其平整度。此外，要根据年产量制定相应的生产计划。为了提高镗孔、钻孔和扩面的质量，可采用恰当的工艺方法，对工件的材质进行精度分析和加工处理，确保其质量和适用性，在必要的时候，还可采用淬火处理，进一步提升精加工的效果[2]。

1.3 加工划分阶段

根据所选择的零部件标准，对加工方式进行分析，尽量地将加工过程的方法与规范弄清楚，从而决定实际的过程发展次序与地点，精确地划分出各工序的具体过程。当产品建成后，对产品的品质有很高的要求，通常要经过粗、半、精三道工序。若对工件有较高的精度要求，则需再进行抛光。加工阶段的划分并不是绝对的，而是要结合被加工零件的工艺、刚度、加工精度等因素，对实际加工过程中的各个环节进行合理的划分[3]。根据高精度的要求，对运输、安装成本和收费流程进行精确的分析，并对可能出现的未划分的准则进行分析和处理，确定实际完成的加工和精度任务。

1.4 机械加工顺序方法安排

根据基层机加工的要求，对精度及表面进行改进，明确实际的加工供求内容。先粗后细，确定整个加工零件的实施工艺，并决定加工的供应和需求位置，能够使用半精加工的方法，确保了加工的合理。按照“先主后次”的原则，对工件的外形及组装方法进行加工，保证实际的表面加工效果。

2 机械工序的设计方法

根据对工件的加工精度及实际应用的要求，对其进行精确分析，并制定出加工规范。在此基础上，根据生产过程开发需要及实现特征，对机械零部件的结构与品质进行深入的研究，并对其生产过程的总体质量及设备的经济效益进行分析。据此，对我国机械加工设备的开发程度进行评价。为保证设备选型的合理性，要结合生产实践，对多种规范进行比较，最后确定一套适合该设备的设备。另外，还要对机床的主要技术参数如型号、规格、位、具、型及联接等进行详细的分析，并对其进行详细的说明。

在工具的选用上，要依据机械加工装备的规范要求，选用合适的工具，从而达到提高加工质量，提高材料性能，提高生产效率的目的。通过对刀具型号、材质及切削准则的界定，保证刀具在加工时的高效切削，提高切削的合理性与高效性。在切削加工时，主要从切削加工的基本元素入手，如切削余量等。本文对各工序的具体内容进行了全面的分析，并对实际的加工精度、生产率和刀具的使用寿命进行了确定。依据实际的切削参数及切削方式，在综合考虑刀具硬度及刚度约束条件的基础上，对工件表面粗糙度进行规范化分析，从而得到合理的进给速度。选用适当的切割模式及计算方法，可提高切割精度及合理程度，确保加工过程稳定[4]。

3 工艺装备在机械加工中的应用优势

3.1 促进加工精确度提升

在各类机加工作业中，工艺设备是核心要素，而零件的相对定位精度在很大程度上依赖于工艺设备的配置。因此，加工设备的选择直接关系到加工的质量、精度和效率。若在机加工中采用直接夹持和定位的模具，其准确性和稳定性将得到显著提升，同时能大幅减少工件夹持和找正所花费的时间，进而显著提高加工效率。

3.2 降低成本，提升质量

随着科技的飞速发展，许多机械生产厂家已开始引入数控机床。数控加工装备采用电脑编程，对机床进行数字化控制，其自动化程度高，加工精度高，且可进行仿真分析。这不仅极大地提高了生产率，还进一步确保了产品质量。例如，自适应工装夹具已被研究并应用，减少了工装夹具的复杂性，并缩短了其使用周期。此外，多角度夹具的研制也取得了进展。为了进一步提高处理效率，还可以从辅助时间方面进行优化。通过对工装设计的适当调整，可以大大减少工装所需的工时。例如，在工件夹持阶段，利用气动装置驱动可实现快速夹持；采用智能定位夹具，工件在定位过程中能自动精确对准，实现快速装夹。

3.3 降低工人劳动强度，优化作业环境

机械生产企业通过采用过程设备，能够显著降低人工操作量，使机器操作逐渐取代手工操作。大量的生产实践已经证明，使用模具后，工件的装卸更为简便，节省人力，且安全高效。例如，当需要在Ф100～300毫米的外径和2～3 米长的主轴上加工两个Ф25 毫米的通孔时，初步的加工方法是采用V 形铁进行夹紧和定位。但这种方法需要频繁调整中心高度以适应不同直径的工件。对于大型、重型零件，由于深孔钻孔机的主轴在加工时位置固定，每一次都需要翻边才能完成另一孔的加工，这无疑增加了操作的难度和劳动强度。为此，在特定工艺阶段，只需对关键螺钉进行调整，使工件在上下、左右方向保持适当的灵活性，这种简化的操作流程大大减轻了工人的劳动强度。

4 机械加工工艺装备设计的要点

4.1 遵循机械加工工艺使用原则

在机械加工过程中，应遵循的原则包括“先粗后精”“先主后次”“基准第一”等。这些原则对于减少误差、保证制造精度和效率具有重要意义。

首先，“先粗后精”原则是指先进行粗加工，将大部分余量去除，然后再进行精加工，以达到要求的精度和表面质量。这样可以减少粗加工过程中产生的误差，提高精加工的效率。其次，“先主后次”原则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，其精度和光洁度要求较高，因此需要优先加工。次要表面是零件的非工作面，其精度和光洁度要求相对较低，可以放在主要表面加工之后进行。最后，“基准第一”原则是指在加工过程中，应首先建立基准面。基准面是零件加工的基准，其精度和光洁度要求非常高。通过建立基准面，可以确保零件的位置精度和尺寸精度，避免后续加工中的累积误差。

4.2 零件装夹及定位

零件的装夹及定位是机械加工中的重要环节，对于保证加工精度和效率具有重要作用。在零件装夹前，应根据零件的特点选择合适的夹具和装夹方式，确保零件定位准确、装夹稳定。例如，对于轴类零件，可以采用三爪卡盘或四爪卡盘进行装夹；对于套筒类零件，可以采用心轴或压套进行装夹。同时，应尽量减少装夹次数，以提高加工效率。如果需要多次装夹，应采用可靠的定位基准和调整方法，以保持加工精度。在定位过程中，应充分考虑零件的形状、尺寸和加工精度等因素，选择合适的定位基准。定位基准的选择应与设计基准相符合，以保证零件的位置精度和尺寸精度。同时，应消除定位误差，提高定位精度。例如，可以采用多点定位的方式减小定位误差，或者采用数字化仪进行定位。

4.3 加工精度的控制

加工精度是衡量机械制造质量的重要指标。为了控制加工精度，首先应合理选择加工设备和刀具。根据加工需求和零件特点选择具有高精度和高稳定性的设备和刀具，可以减少加工过程中的误差。同时，应根据加工需求对设备进行定期维护和保养，确保设备处于良好状态。其次，应制定科学的加工工艺方案。根据零件特点和精度要求制定合理的加工顺序、切削参数和冷却方式等工艺方案，可以减少加工过程中的误差和提高加工精度。同时，应对工艺方案进行优化和改进，以提高加工效率和质量。最后，应通过优化设计、加强设备维护和人员培训等措施提高整个工艺系统的精度和稳定性。优化设计可以提高零件本身的结构稳定性和精度保持性；加强设备维护可以确保设备的正常运行和使用寿命；人员培训可以提高操作人员的技能水平和质量意识。这些措施的综合应用可以有效提高机械制造的精度和质量。

4.4 根据机械的功能选择零部件

不同的机械具有不同的功能和用途，因此应根据机械的功能选择合适的零部件。例如，对于高精度要求的机械，应选择具有高精度加工能力的设备和工艺方案；对于大量生产的机械应选择高效、可靠的自动化生产线；对于重型机械应选择具有高承载能力的零部件；对于高温环境下工作的机械应选择具有耐高温性能的零部件。此外，还需要考虑零部件的互换性和标准化程度以方便维修和使用，同时还要考虑其材料热处理表面处理等方面的要求，以确保其性能和寿命。

4.5 精密切削工艺

不同类型的设备在加工工艺上存在差异，需要结合具体的产品设计图纸，在生产过程中，要循序渐进地提高精加工及磨削过程的作业品质。精细切削过程的运用主要是提高高精度零件的切割操作能力，对农机产品和仪器按照一定的比例关系进行细部处理，将刀具、定位标尺等生产技术资源进行合理配置[5]。另外，在加工过程中应注意不受外部因素的影响，如刚度、强度等。如何有效地控制零件的变形，保证零件的位置精度，是保证零件加工精度的关键。在农机装备制造中，要全面监测、监测、分析机床主轴的旋转速度、平均位移变形等参数。农机装备各部分的技术指标要求各不相同，其内部各机构的传输性能是影响其性能的关键因素，为此，需通过精密切削加工工艺，实现零件与机床装备的精确定位与检测分析，与此同时，还应保证不会对诸如机床之类的生产装备产生影响。

5 结论

机械加工工艺装备设计是机械制造中的重要环节，其设计质量直接影响到机械制造的精度、效率和使用寿命。因此，在机械加工工艺装备设计中，应遵循机械加工工艺使用原则、注重零件装夹及定位、提高加工精度的控制、根据机械的功能选择合适的零部件等要点。同时，还应不断探索新的设计理念和方法，提高设计水平和制造能力，以满足不断发展的市场需求。