机械设计中的加工工艺研究与探讨

秦海亮

摘 要：随着现代化的进步和经济技术的发展，机械设计制造在国民经济中发挥着越来越重要的作用，已经成为当今社会工业体系中的支柱产业。机械的设计构思与工艺方案都将直接影响着设备的质量，必须保证从设计与加工上提高机械设备的可靠性，增加机械设备的使用寿命。机械加工工艺直接体现出了设计者的构思，加工的质量直接影响到机械部件的运行性能，影响到产品的整体质量。本文将深入的探究我国机械设计与加工工艺的现状，并结合实际的项目提出改进建议，为我国的机械行业发展提供参考。

关键词：机械设计;加工工艺;研究;工艺措施

在机械设计制造的整个过程中，设计与工艺是直接制约着产品的质量，优秀的设计方案可以降低零部件的加工难度，能够有效控制设计方案的成本，而加工工艺方案的拟定需要建立在实际的工艺水平上，必须选取性价比最高的工艺方案，保证加工精度的同时，降低加工成本。

1 机械设计的构思

机械设计十分庞杂，需要涉及运动空间、力学校核、稳定性分析、动力系统、图纸绘制等等，这些都是机械设计的基本内容。机械设计的内容虽然十分庞杂，但也具有极强的系统性，整个机械设计都是按照标准化的流程逐步深入，机械设计的大致流程如下：类型选择 → 工作原理 → 受力分析→ 应力状态 → 材料选择 → 失效分析 →计算准则 → 基本公式 → 参数分析 → 结构设计一图纸文件。

机械设计的每一道流程都有相应的标准，以工作原理为例，机械的工作原理涉及到运动学分析与空间结构分析，属于机械原理的内容，机械原理已经对连杆、齿轮、凸轮等不同的机构进行了详细的论述，设计人员只需安装标准进行设计即可。机械设计本身与机械设备一样，单个零件无法体现出整台设备的作用，而单一的设计流程无法体现出设计人员的构思，设计人员的构思体现在整体的设计把控，需要根据设计要求与经济成本对设计进行整体规划，从整体把握细节，从多套方案中选取最优方案。

1.1 功能性设计原则

功能性设计需要设计人员从设备的功能层逐步向下深入，从功能入手，从整体到细节。以航拍中的增稳云台设计为例，增稳云台的主要功能就是稳定的摄像头，保证摄像头时刻对准一个方位，设计人员为了实现这一功能，必须进一步进行运动方案与整体结构的设计，运动方案的设计主要体现出云台的运动差补特性，结构设计需要根据基本的运动要求进行设计，可以采用普通三轴协调结构，也可以采用箱式框架结构。设计人员为了满足设备功能进行逐步具体化的设计，就是功能性设计原则。功能，简而言之，就是产品的用途或技术系统能独立先成的任务。功能分析是从功能的角度寻求设计问题的解决办法。首先根据设计任务确定系统的总功能。系统的总功能体现在将输入条件转换为系统的输出条件上。总功能确定后，进行功能分解，将总功能分解为分功能、子功能直至功能元，功能元是最小的功能单位，是可以直接从物理效应、逻辑关系等方面找到解法的基本功能单元。一般把功能元分为物理功能元和逻辑功能元。物理功能元反映了系统中物料、信号和能量的物理基本作用。物理功能元可用物理基本效应求解。机械、仪器中常用的物理效应有;力学效应、电力效应、磁效应、光学效应、热力学效应、核效应等。同—物理效应能完成不同的功能，同一功能可用不同的物理效应解决，而设计人员利用不同的物理效应实现同一功能时，可以体现出设计人员的构思。

1.2 最优化设计原则

最优化设计是设计人员在充分理解设计要求的前提下，从多套设计方案从选取最佳的设计方案，除此之外，设计人员需要对方案中的各个设计参数进行最优化的选择，以桁架结构的杆的横截面设计为例，桁架结构的杆可以受到拉力与压力，甚至部分结构可能承受一定的弯剪力，而现有的型材都有特定的横截面，这些横截面已经决定了材料的受力类型，设计人员需要根据根据实际情况选择合适的力学校核公式，以材料的抗弯模量为变量，选择最佳的型材。最优化设计不仅是整体结构的最优化，也是细节的优化，每一个参数的优化，常规的机械零部件设计已经有了标准的设计流程，例如皮带的选型力学校核，格根据皮带的工作环境选择皮带类型，之后根据实际的力学情况选择皮带的参数，最后确定皮带的型号。在一些可变因素较多的情况下，尤其是非标件的设计，需要设计人员根据实际的要求，逐步优化，选择最符合成本与功能的方案，而方案的确定就体现出了设计人员的构思。

1.3模块化设计原则

模块化设计是目前机械设计的趋势，也是对设计人员的要求。模块设计类似于软件的黑箱设计，黑箱设计是一种寻求系统总功能的创造性思维方法。“黑箱”就是一个未知其内部机理和结构的箱子。“黑箱法”就是将所研究的复杂系统看作一个黑箱，在不打开它的前提下，暂时忽略次要因素，首先中考虑系统的输入输出关系，通过观测和分析黑箱与外部环境的相互关系，求解待设计系统的功能，从而进一步了解其内部结构的机理。模块设计是将机械系统的每一个子功能元拆分成以个个模块，这些模块可以直接替换，可以提高设备的可靠性。实际上，设备的模块化依赖设计人员的构思，不合理的拆分会降低设备的整体性，不同的设计人员对设备的拆分是不同的，体现出了设计人员的构思。设计人员的设计构思不是体现在标准化的零部件设计流程，而是体现在非标准化的设计过程，需要设计人员从整体把握细节，只有根据实际的项目进行构思才能体现设计者的个性化构思。

2 机械加工工艺

机械加工是对机械设计的实践过程，在机械加工领域，机械加工工艺的制定和改良对机械设备的性能起着重要作用。机械加工工艺就是利用机械加工的方法改变原材料的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全部过程。加工工艺贯穿着整个生产加工过程，对各工序的加工内容及操作方法有明确规定，是工人进行零件加工的依据，指导和监督着整个加工过程，以保证产品质量，提高生产效率。

2.1加工工艺方案设计

机械加工的精度必须通过工艺方案设计进行约束，机械加工工艺规程的制定原则是优质、高产、低成本，即在保证产品质量前提下，尽量提高劳动生产率和降低生产成本。因此，工艺技术人员要认真对零件进行分析，确定各表面加工方法，按照零件设计要求选择定位基准，划分零件粗、半精、精加工阶段，并确定工序集中与分散的程度，合理安排各表面的加工顺序和方法，从而制订出零件的机械加工工艺路线，以轴的加工工艺设计为例，一般的机械加工机床的可以保证的公差是0.02，设计人员必须结合轴装配的设计实际公差与配合。

2.2加工设备

机械加工设备在加工工艺的制定中起着举足轻重的作用。机械设备的选用应当既保证加工质量、又要经济合理。在成批生产条件下，一般应采用通用机床和专用工夹具，必要时可引进数控设备和专用加工设备。在批量加工和工序集约加工中，数控机床显现了它的优势，既保证了零件的加工质量，又大大提高了工作效率。同时，这些先进设备的广泛应用也在不断促进着机械加工工艺的改良和优化。在选择机床时，机床的加工范围要与零件的外形尺寸相适应，机床的精度要与工序要求的精度相适应，机床的生产率要与零件的生产类型相适应。不管是沿用旧设备，还是利用新设备生产，都需要技术人员对设备的性能、效率和保养方法熟悉。只有熟知各种设备的性能和精度，在选择设备时才能选择适合的设备，充分利用设备，发挥出设备的最大价值。

2.3设计与工艺加工联系

机械设计的实现它是通过机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据是指利用传统机械加工的方法，按照图纸的图样和尺寸，使毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工前所需要做的工作，避免在加工过程中发生加工失误，造成经济损失。机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺流程。

3 结语

通过以上的分析，机械加工工艺过程直接体现出了设计者的构思，设计原则、加工方案、加工设备及设备工艺标准化等方面全面进行分析和探究了，它是提升部件加工工艺的方法和途径，加工的质量直接影响到机械部件的运行性能，影响到产品的整体质量。只有提高机械设计及工艺加工水平，才能保证设备部件质量，才能提高企业核心竞争力。

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