機(jī)械制造中機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性研究

李汝童 劉正堂

1. 山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所 山東 濟(jì)南 250000；2. 齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所） 山東 濟(jì)南 250000

引言

隨著機(jī)械制造工業(yè)的不斷崛起，在其發(fā)展過程中，機(jī)械設(shè)計(jì)工藝非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度較高。因此在具體的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，要從產(chǎn)品制造要求出發(fā)，嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)思路，提升機(jī)械設(shè)計(jì)過程的整體水準(zhǔn)，保證機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性，以提升我國機(jī)械制造業(yè)的水準(zhǔn)，使其走向繁榮發(fā)展之路。

1 機(jī)械制造中機(jī)械設(shè)計(jì)的工作程序

對(duì)于機(jī)械制造企業(yè)而言，合理性的機(jī)械設(shè)計(jì)工藝可以降低機(jī)械加工制造業(yè)的運(yùn)營成本，提升機(jī)械加工制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)水準(zhǔn)[1]。通常情形之下，機(jī)械制造流程包括制造流程以及技術(shù)流程。其中制造流程的主要任務(wù)在于實(shí)現(xiàn)金屬原材料向機(jī)械加工零件的技術(shù)轉(zhuǎn)化；技術(shù)流程的主要任務(wù)在于實(shí)現(xiàn)零件的精細(xì)加工及裝配目標(biāo)，使零件向成品轉(zhuǎn)化。

1.1 零部件生產(chǎn)加工流程

零部件生產(chǎn)加工程序是機(jī)械制造的核心要素，零部件生產(chǎn)流程可以分為金屬原材料的機(jī)械加工流程和半成品的裝配流程。為實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)工藝的合理性目標(biāo)，要嚴(yán)格遵循各項(xiàng)生產(chǎn)流程的規(guī)章制度，從根本上做好零件處理工作，嚴(yán)控金屬原材料庫存管理質(zhì)量，完善成品包裝工藝流程。這些環(huán)節(jié)是金屬原材料向成品轉(zhuǎn)化的技術(shù)基礎(chǔ)，其中金屬材料熱處理的技術(shù)使用頻率較高。

1.2 零部件的裝夾過程

零部件的裝夾過程是機(jī)械制造中另外一個(gè)重要的流程，對(duì)操作程序提出了更高的要求，操作程序是否規(guī)范、工作流程是否科學(xué)將直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)，因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中要高度重視這一工作環(huán)節(jié)。做好零部件裝夾工作，需要設(shè)計(jì)者在實(shí)際工作程序開啟之前，把零部件放置在加工設(shè)備裝夾裝置內(nèi)的合理部位，且把零部件位置調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)化的程度，最終開啟可靠的工作歷程。另外要保證零部件制造位置設(shè)定的準(zhǔn)確性，定位以后的零部件要維持適當(dāng)?shù)钠椒€(wěn)度，這是有效減緩零部件發(fā)生形變的最佳方法[2]。零部件裝夾過程直接影響到了機(jī)械生產(chǎn)效率、機(jī)械制造質(zhì)量、機(jī)械企業(yè)宏觀效益，因此在零部件裝夾過程中，要踐行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌l(fā)展理念，按照合理的方法控制流程裝夾過程中每一個(gè)環(huán)節(jié)。

1.3 零部件定位工作

零部件定位工作在機(jī)械制作環(huán)節(jié)中具有重要的價(jià)值，作為機(jī)械制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，零部件定位的精準(zhǔn)度會(huì)直接影響到機(jī)械制造成品的精確度，因此在機(jī)械制造工作開啟的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員要從機(jī)械設(shè)計(jì)的具體方案出發(fā)，做好零部件精準(zhǔn)定位工作，可選擇有效的參照物可以增強(qiáng)零部件定位效果，有效解決零部件定位過程中的難題，在具體的實(shí)施過程中，要從零部件種類、裝夾位置的特點(diǎn)出發(fā)，并選擇適宜的參照系。除此之外，機(jī)械制造產(chǎn)品的類型正在不斷技術(shù)升級(jí)，而且在創(chuàng)新的過程中做出了積極的貢獻(xiàn)，因此業(yè)內(nèi)對(duì)于機(jī)械制造加工的精度做出了深度的研究，并制定了一系列規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。做好零部件定位工作，需要技術(shù)人員在零部件定位工作進(jìn)程中，充分認(rèn)識(shí)零部件定位規(guī)則以及機(jī)械制造產(chǎn)品的工作原理，最終設(shè)計(jì)出質(zhì)量上乘的機(jī)械制造成品。

1.4 零部件精度控制加工歷程

在機(jī)械加工過程中，零部件以及成品制造精度的控制尤為重要，控制工作對(duì)于產(chǎn)品本身具有重要的影響作用，影響因素涵蓋出廠以后的使用歷程、功能實(shí)際使用階段。機(jī)械制造加工程序中的精度控制環(huán)節(jié)，包括成品外觀、外部品質(zhì)、零部件安裝、制造誤差等方面的控制等等。機(jī)械設(shè)計(jì)人員要從機(jī)械設(shè)計(jì)中給定的參數(shù)、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)理念等因素出發(fā)，切實(shí)控制機(jī)械加工產(chǎn)品生產(chǎn)中的零部件形狀、體積等，在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械加工零部件成品表面質(zhì)量、尺寸進(jìn)行有效的控制，抑或是引入軌跡技術(shù)、成形技術(shù)精準(zhǔn)控制零部件以及成品的外形。

2 機(jī)械制造中機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性方案

2.1 提升制造的精度

為了提升機(jī)械設(shè)計(jì)的精度，要從根本上做好零部件、成品制造等相關(guān)工作事宜，提升機(jī)械設(shè)計(jì)的精度。制造精度顧名思義，指的就是零部件在被做成成品之后，外觀、尺寸、位置、大小等不同序列的參數(shù)同零部件指標(biāo)參數(shù)之間的相互吻合特性。在國內(nèi)諸多的機(jī)械制造行業(yè)中，制造技術(shù)水準(zhǔn)有待進(jìn)一步提升，制造出來的零部件會(huì)存在不同程度的誤差，提升制造過程中的精度有助于對(duì)于誤差進(jìn)行宏觀調(diào)控[3]。其一，設(shè)計(jì)人員要分析影響制造精度的各種要素，對(duì)于誤差做出準(zhǔn)確的判定，推斷出誤差產(chǎn)生的原因以及規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提供一套科學(xué)可行的解決措施，降低誤差的出現(xiàn)頻率。其二，要從機(jī)械測量設(shè)備的選擇、加工成品的構(gòu)造、加工設(shè)備的創(chuàng)新改良等技術(shù)狀況出發(fā)，規(guī)模性地提高機(jī)械產(chǎn)品的制造精度，使設(shè)計(jì)過程迎合業(yè)內(nèi)技術(shù)要求。并且機(jī)械設(shè)計(jì)人員要有靈活應(yīng)對(duì)初始誤差的專業(yè)水準(zhǔn)，由此才可以提升機(jī)械零部件產(chǎn)品的機(jī)械制造精度，因此提出以下改善措施：

2.1.1 在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造成型的工作流程中，對(duì)于初始誤差做出把控，可以有效降低初始誤差。首先機(jī)械設(shè)計(jì)工程師要對(duì)初始誤差成因開啟研究，通過提升機(jī)械加工裝備功能、提升機(jī)械制造刀具精度等一系列方法，避免初始誤差的產(chǎn)生。譬如，在機(jī)械加工成型制造過程中，憑借著改良機(jī)械加工裝備的散熱功能、優(yōu)化機(jī)械零部件受到外加載荷的模式，達(dá)到有效降低初始誤差的效果，通過機(jī)械加工機(jī)床技術(shù)的改良、提高夾具、刀具等機(jī)械零部件制造、定位的精準(zhǔn)效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2.1.2 對(duì)機(jī)械加工制造環(huán)節(jié)所出現(xiàn)的初始誤差進(jìn)行平均分配。在現(xiàn)場機(jī)械制造工作中，機(jī)械制造、鑄造毛坯零部件初始外形尺寸等環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的誤差，導(dǎo)致零部件原材料特性的改變，這些綜合要素都屬于初始誤差的相關(guān)內(nèi)容。在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，從根本上解決初始誤差，抑或是避免初始誤差逐漸擴(kuò)大，就要考慮引入“設(shè)定組項(xiàng)調(diào)節(jié)、平均分布誤差”的技術(shù)模式，分析初始誤差數(shù)值，量身定做若干個(gè)（N）組項(xiàng)，從而在機(jī)械加工制造過程中可以有效調(diào)節(jié)原初始誤差序列，誤差可以被調(diào)節(jié)為1/N，之后認(rèn)真觀察每組機(jī)械加工組項(xiàng)初始誤差狀況，深度改良機(jī)械加工技術(shù)。

2.1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)者要認(rèn)真完成規(guī)定的設(shè)計(jì)工作，在機(jī)械零部件產(chǎn)品制造工作初步做完之后，用標(biāo)準(zhǔn)件作為參照物，同產(chǎn)品展開對(duì)照，對(duì)比二者的相關(guān)關(guān)聯(lián)性，最終開啟不斷甄別修改、精確校核等工作，以達(dá)到降低機(jī)械加工零部件初始誤差的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.2 優(yōu)化綠色制造工藝模式

機(jī)械加工綠色制造工藝技術(shù)的創(chuàng)新，對(duì)于提升國民經(jīng)濟(jì)具有重要的價(jià)值，由于在機(jī)械制造工作過程中，可能會(huì)引發(fā)巨大的能源消耗，最終釀成環(huán)境污染隱患。首先，在綠色制造技術(shù)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案開啟的過程中，必須要立足于企業(yè)所處的生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)過程和諧發(fā)展這一土壤，對(duì)環(huán)境因素是否協(xié)調(diào)進(jìn)行調(diào)查，深度研究綠色制造工藝藍(lán)圖，分析機(jī)械制造產(chǎn)品特性，把綠色制造工藝滲透到機(jī)械加工制造設(shè)計(jì)程序中[4]。其次，機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)要在機(jī)械技術(shù)工藝改良的設(shè)計(jì)理念以及背景支撐下，合理規(guī)劃產(chǎn)品回收工作，也可以在機(jī)械加工制造程序中加入環(huán)保零部件，延長產(chǎn)品的使用壽命，從根本上達(dá)到節(jié)省能源的目標(biāo)。再次，工程技術(shù)者在開啟綠色加工制造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)過程合理化目標(biāo)、促進(jìn)機(jī)械加工制造業(yè)的穩(wěn)步持續(xù)發(fā)展，認(rèn)為在機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、加工環(huán)節(jié)引入綠色環(huán)保的原材料非常有必要。并且綠色制造工藝中引入的原材料，通用性能以及同附近環(huán)境的適應(yīng)性能卓越，因此要合理引入，滿足綠色制造工藝實(shí)踐要求，實(shí)現(xiàn)制造工藝的總體目標(biāo)。綠色制造原材料的選擇要有針對(duì)性，符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)規(guī)則，具體的設(shè)計(jì)要求如下：

首先要盡可能地選擇再生、可回收原材料，最大限度地提升原材料的利用率。原材料的選擇原則要秉承著存量大、成本低、綜合適應(yīng)效果佳的原則。其次要有效選擇綠色環(huán)保原材料類型。除此之外，還要引入適宜的綠色環(huán)保機(jī)械加工技術(shù)。綠色切削技術(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)中必須要用到的核心技術(shù)手段，該技術(shù)模式可以起到有效改進(jìn)機(jī)械零部件綠色制造模式的效果，這項(xiàng)技術(shù)在未來機(jī)械制造的發(fā)展中具有廣闊的應(yīng)用前景。再次要最大限度地避免選擇放射性、有毒、有害的加工原材料，降低環(huán)境污染程度，從根源處徹底切斷機(jī)械加工零部件產(chǎn)品、原材料報(bào)廢以后所引發(fā)的不良影響。

2.3 提升加工制造的標(biāo)準(zhǔn)化水準(zhǔn)

在機(jī)械制造工作開啟的過程中，對(duì)于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度提出了一定的要求，在機(jī)械設(shè)計(jì)保持規(guī)范性的范疇之內(nèi)，在科學(xué)技術(shù)模式的指引之下，才可以達(dá)到提升機(jī)械加工產(chǎn)品的制造水準(zhǔn)，保證機(jī)械零部件在加工過程中達(dá)到一定的精度要求。由此，工程設(shè)計(jì)人員要不斷完善機(jī)械加工制造的工藝流程標(biāo)準(zhǔn)，最終提升機(jī)械加工制造的標(biāo)準(zhǔn)化水準(zhǔn)，因此提出相關(guān)整改措施：

2.3.1 在機(jī)械設(shè)計(jì)工作開啟的歷程中，工程技術(shù)人員要善于應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，通過對(duì)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)的流程、裝置的合理處理，提升機(jī)械加工產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性。比如在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，技術(shù)人員可以通過微機(jī)等數(shù)字化技術(shù)的協(xié)作手段，建立產(chǎn)品數(shù)字化模型，并引入設(shè)備模擬設(shè)計(jì)技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)試目標(biāo)[5-6]。

2.3.2 為了提升機(jī)械設(shè)計(jì)和加工制造過程中的規(guī)范化程度，工程技術(shù)人員要不斷完善專業(yè)素養(yǎng)，全面理解“技術(shù)性”、“安全性”、“規(guī)范化”等工作原理，技術(shù)性指的是在設(shè)計(jì)過程中開啟規(guī)范設(shè)計(jì)歷程，最終完成設(shè)計(jì)目標(biāo)、提升設(shè)計(jì)品質(zhì)、改進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；安全性指的是在設(shè)計(jì)方案進(jìn)行的過程中，設(shè)定安全措施，確保作業(yè)人員的工作安全；規(guī)范化指的是立足于產(chǎn)品的形態(tài)特征，開啟標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)歷程。

2.3.3 在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的技術(shù)選擇過程中，要考慮引入數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)（CAD）的相關(guān)技術(shù)作為輔助技術(shù)手段，使設(shè)計(jì)、制作工藝流程一步到位，最終成立卓越的虛擬化數(shù)字產(chǎn)品模型，同時(shí)為機(jī)械加工制造工作提供行之有效的數(shù)字化軟件、信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造的數(shù)字化調(diào)試目標(biāo)，使機(jī)械設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度加深。同時(shí)在機(jī)械加工制造實(shí)現(xiàn)規(guī)范化目標(biāo)之后，要提升加工材料的利用率，要避免加工材料的損耗，合理設(shè)置加工資源的分配模式。

3 結(jié)束語

綜上所述，在現(xiàn)代工業(yè)革命的開啟的歷程中，機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)創(chuàng)新程度較高，機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性有助于延長機(jī)械壽命、提升產(chǎn)品技術(shù)品質(zhì)。在我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展序列中，對(duì)于機(jī)械制造品質(zhì)、數(shù)量提出了很高的要求。與此同時(shí)，在機(jī)械整體設(shè)計(jì)過程中，需要借助于多種不同的技術(shù)手段，技術(shù)難度較大，要在先進(jìn)的機(jī)械制造設(shè)計(jì)理念的支配下，達(dá)到優(yōu)化與改良機(jī)械制造的目標(biāo)，推動(dòng)機(jī)械制造業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，進(jìn)行設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新，提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，最終達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)合理性的技術(shù)目標(biāo)，推進(jìn)我國機(jī)械制造行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展歷程。只有確保機(jī)械制造過程中機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性，才可以提升機(jī)械制造行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。