探讨关于机械设计与机械制造技术

高建波

【摘要】随着科技的发展，计算机网络技术的普及，机械设计方法已经有了实质性改变，科技新成果，不断丰富着机械设计的思想、理论以及方法，不断促进了机械设计发展和变革。在我国，机械制造技术经过多年的发展取得了极大的进步，但是相比较国外一些发达国家而言，还存在着一定的差距。不断地完善机械设计与加强机械制造技术，是保证我国机械制走向世界领先水平的前提条件。本文就此简述机械设计与机械制造的技术。

【关键词】机械设计；机械制造；技術

1. 目前机械制造业设计的方法及内容

现在机械制造业设计方法是在对过去传统的机械设计理念进行深刻反思的基础上，综合运用现代化的设计技术手段实施的相应机械设计，可以概括为以下三个方面主要内容。

1.1 数字化成为当前机械设计的核心特点

随着科技的进步，尤其是数字化技术的高速发展，在机械设计进行之前久能够围绕整个设计生命周期进行相应的建模工作。同时可以充分利用计算机技术进行模拟设计，并对产品设计的整个生命周期进行过程模拟，给实际机械设计提供最佳的参考素材。在设计当中，还能够综合运用大量的数字化的设计技术及方法，广泛应用计算机辅助设计以及数字管理手段对全部设计的过程进行科学管理，确保资源配置最优化、设计效率最大化。

1.2 并行化成为当前机械设计的最大趋势

依托计算机支持，机械制造设计团队能够实现更多信息的共享，从而打破了时间和空间阻隔障碍。不同地区的机械设计工作者能够在同一平台下实现协同设计工作。在机械设计的过程中能够更多地赢得技术方面的支持和帮助，实现各种优势的互助互补，不断提高设计能力和设计水平。而过去传统的机械设计往往是单方面串行的设计，每项产品均需要实施分步骤设计，在一个设计步骤完成后，才能够进行下一个步骤的设计，设计资源利用度不高。此外在设计过程中各个设计环节也缺少必要的沟通手段，无法对设计中发现的问题在第一时间进行修正，使机械设计的开发周期变得更长，并增加了设计人员的工作量。随着当前机械大型化、综合化的发展，各种机械的构造及功能都变得更加多样和复杂，机械设计开发初期确立的思路对于后期影响较大，由于设计过程比较复杂，如果前期的设计思路一旦出现纰漏，那么将很难进行及时的修正。

1.3 智能化成为当前机械设计的迫切要求

随着自动化技术在机械设计领域的广泛应用，机械的自动化程度已经变得越来越高，相应地对机械自动化设计进程也提出了更高的要求。机械设计师需要充分利用智能技术进行相应的机械设计工作，构建完善的智能化的体系。

2. 我国机械设计制造技术发展的现状分析

机械设计制造包括研究产品的设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程。它是以提高质量、效益、竞争力为目标，包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。我国机械制造业的快速发展，主要依靠技术引进和赶超型发展战略，严重缺乏自主研发环节，这在很大程度上限制了中国机械制造业的发展，加之中国劳动力资源丰富而资金相对短缺，致使机械制造业的科技研发明显滞后。虽然中国机械制造业的产品数量已经位居世界前列，但主要依赖于劳动密集型产品，具有自主知识产权的高、精、尖产品比较少，在国际竞争中取得了相对的劣势。同时，我国械制造业产品的质量虽然有了很大程度的提高，但大量的机电产品的质量可靠性、外观设计、内在性能还存在一些问题。所以，就目前实际情况总体来说，中国的制造业大而不强，中国是制造大国而不是制造强国。

3. 机械产品的现代设计方法

3.1 智能化

智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体等工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。

3.2 系统化

系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素既具有独立性又存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。

3.3 模块化

模块化设计方法的主要特点是：视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。

3.4 基于产品特征知识

基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机实现产品的方案设计。

4. 机械制造中先进技术分析

随着科技的发展，产品的形状和结构的优化，对零件加工质量的要求也越来越高。数控加工技术就是在这种环境下发展起来的，适用于精度高，零件形状复杂的单件和中小批量生产的高效、柔性的自动化加工技术。目前，数控技术发展迅速，应用领域已从航空航天普及到汽车、机床等制造业及其他中小批量生产的机械制造行业中。

4.1 精密与超精密加工技术

随着航空航天、计算机、材料科学、激光和自动控制系统等高科技产业的迅猛发展，综合应用当今先进的加工技术，使机械加工精度已经提高到了0.01μm的亚纳米级，并向纳米级发展。精密加工和超精密加工技术是现代制造技术的前沿和主要发展方向之一，它已经成为国际科技竞争中能否取得成功的关键技术，尤其是精密加工技术在尖端产品和现代武器制造中有举足轻重的地位。

4.2 超高速切削、磨削技术

超高速加工技术是指采用超硬刀具和磨具，利用能可靠实现高速运动的高精度、高自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料去除率、加工精度和加工质量的先进加工技术。具有切削力小、热变形小、加工精度高和降低加工成本等优越性。

4.3新一代制造装备技术

4.3.1 少无夹具制造技术

在常规制造系统中，产品生产所需大量夹具不仅耗费大量资金，更严重的是延长了产品的准备时间，形成制造过程中的“瓶颈”，这是造成柔性差、响应速度慢、生产成本高、企业竞争能力弱的主要因素之一。鉴于少无夹具制造技术所具有的重要学术意义和实用价值，国内外多个单位均在这一领域开展了研究工作。

4.3.2 虚拟轴机床

新型并联构型制造装备虚拟轴机床实质上是机器人与机床的混合物，其在结构上完全不同于传统的数控机床，具有模块化程度高，结构简单，速度、动态响应快，造价低等优点，克服了传统的机床设备一些无法避免的固有缺陷。

4.4 微细制造与纳米技术

随着人们对许多工业产品的功能集成化和外观小型化的需求，使零部件的尺寸日趋微小化。这些需求导致了自20世纪70年代起出现了微细加工和纳米制造技术，他们促使了微型机器向系统化方向发展，并形成了有广阔发展前景的微机电系统（MEMS）。

5.结束语

综上所述，我国近年来机械设计制造技术得到了长足的发展，但是，与传统工业发达国家相比，我们还存在着十分明显的差距。由于技术、管理、投入不足等多方面的的因素，严重的影响到我国机械制造业的发展。在机械设计与制造中掌握时代发展的趋势，不断地对设计方法与制造技术进行完善，采用先进的机械制造技术，从而推动我国机械制造水平的提升。