机械设计加工中应注意的问题

马超

[摘    要]随着科技的进步，现代工业产业迅速发展，对于机械产品的要求也越来越高。机械设计加工作为机械生产的重要组成部分，是影响机械加工质量与加工效率的重要因素。从加工精度、加工质量、技术创新、设计标准化、材料选择以及润滑剂选用等方面入手，概述机械设计加工中应注意的问题，并提出相应优化措施。

[关键词]机械设计加工;常见问题;优化措施

[中图分类号]TH16;TH122 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）04–00–03

Problems in Mechanical Design and Processing

Ma Chao

[Abstract]With the progress of science and technology， modern industrial industry is developing rapidly， and the requirements for mechanical products are becoming higher and higher. As an important part of mechanical production， mechanical design and processing is an important factor affecting machining quality and efficiency. Starting with machining precision， machining quality， technological innovation， design standardization， material selection and lubricant selection， this paper summarizes the problems that should be paid attention to in mechanical design and processing， and puts forward corresponding optimization measures.

[Keywords]mechanical design and processing; FAQ; optimization measures

1 機械设计加工概述

机械设计加工包含机械设计与机械加工两方面内容，机械设计是机械制造的第一步，主要是根据使用需求，构思机械设备的工作原理、运动方式、能量传递方式，分析各零部件的尺寸、形状、润滑方式，并将计算过程转换为具体描述的过程，为机械制造提供有效参考。机械设计的目标为：在现有加工水平、理论依据、材料选择以及计算手段等条件下，实现优化设计。机械设计者应严格遵守“技术性能准则”“可靠性准则”“标准化准则”“安全性准则”，对最佳工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗、最少环境污染等因素进行综合考量。由于这些因素互相冲突，因此，机械设计者应统筹兼顾，以机械的种类与用途为抓手，权衡轻重，实现综合技术经济效果最优化。随着科技的不断进步，优化设计不再单纯依靠设计者的知识与经验，而是逐渐舍弃主观判断，向科学计算发展。

机械加工是指通过一种或多种机械设备，对零部件的形状、尺寸、位置与性能进行标准规划与执行，并利用生产工艺技术等使原材料由毛坯到精密器械的过程。按照加工方式不同，机械加工可分为压力加工与切削加工两大类。随着现代机械制造产业的不断发展，机械加工技术方法越来越先进，例如快速成型、精密超精密、微型机械等加工技术。在机械加工制造过程中，零件作为机械基本组成单位，其规范化处理尤为重要。相关操作人员应严格遵守加工工艺要求，采用粗加工、半精加工、精加工等手段，深度打磨原材料或半成品，以提高工件的加工精度与使用价值，满足现代机械制造的标准与需求。

在机械设计加工的过程中，应综合考量各方面影响因素，对细节问题多加注意。选择合适的材料与刀具，合理规划加工工艺流程，提高机械加工精度，控制工件表面加工质量。要全面贯彻“标准化、通用化、系列化”原则，以减轻设计工作量，加强机械设计质量，提高产品的互换性与可维修性，降本增效，促进机械设计加工产业可持续发展的同时，为国家的宏观调控、内外贸易管理等创造便利条件。

2 机械设计加工特点与流程

2.1 机械设计加工特点

机械设计加工是从抽象到具体的过程，其特点主要表现为以下几个方面：①要素配合特点。现代机械加工制造应注重设计与加工过程的整体融合，权衡好设计、加工、维修以及回收等要素之间的关系，积极引入先进加工工艺与加工技术，不断提升操作人员与加工环境的配合度;②技术创新特点。随着工业产业的飞速发展，传统的机械设计加工理念显然已经无法适应经济市场需求。现代化机械设计加工应融入电子信息技术，及时更新设计理念，做好设计加工方法的优化与创新，不断提高设计加工质量，促进产品经济效益与社会效益协调发展;③设计功能多样化。机械设计加工应以市场需求为向导，有效融入多方元素，拓展设计范围，丰富产品功能，提高设计的科学性、合理性，以保障产品质量，为机械行业的可持续发展提供可靠推助力。

2.2 机械设计流程

按照设计方式不同，机械设计可分为新型设计、继承设计以及变型设计三大类，其设计的主要流程如下：

（1）任务设计。根据使用需求，明确设计任务。

（2）初步设计。构思机械工作原理、产品结构、运动与能量传递形式等要素，初步绘制设计总图，并进行初步审查。一般机械的变型设计以及继承设计、简单机械的新型设计，可省略初步设计，直接进入下一设计阶段。

（3）技术设计。根据初审意见，做设计初稿变更，进一步完善总图，并绘制相关零件图，准备第二次设计审查。

（4）工作图设计。根据二次审查意见，修改总图及其对应的零件图，绘制部件装配图与总装图，填制零件表、易损件及配件清单、使用说明书等技术文件。

（5）定型设计。在定型设计之后，可进行批量生产。

在机械设计的过程中，如果发现之前步骤中的某个或多个设计不合理时，必须折返到问题步骤，做设计变更，与之相关的随后的设计工作也需要重新规划。

2.3 机械加工步骤

（1）分析总装图、零件图，对工件进行加工工艺分析。

（2）选择毛坯，确定定位基面与工艺路线。

（3）合理规划各加工工序的余量，对工序尺寸以及加工公差进行优化设计。

（4）科学选择各工序所用的刀具、夹具、量具以及匹配的辅助工具与加工设备。

（5）明确主要工序的工作原理、技术要求与检验方法。

（6）确定工时定额、切削用量等技术参数。

（7）填写工艺卡片。

3 机械设计加工中需要注意的问题

3.1 加工精度问题

机械加工精度就是指原材料（工件）经过机械加工后，尺寸、形状、位置及性能等技术参数与设计图理想值的相符程度，即工件在机械加工过程中的精确度。加工精度是影响机械产品质量与使用性能的重要因素。在生产制造过程中，产品加工图纸上，会明确标注各零部件的尺寸、规格、位置等技术参数，如果加工精度误差过大，则会导致工件受热不均或者受力变形等情况，对机械器件的整体性能以及使用寿命造成不良影响。加工精度误差的诱因有很多，比如刀具磨损、传动误差、应力干扰、加工系统故障等。机械设计加工的工件存在误差，这是无法避免的。但是，这并不意味着加工精度无法提升，误差的存在并不是造成工件质量问题的绝对因素。在加工制造过程中，可以通过分析、计算、试验等方式，采取补偿控制技术，优化加工工艺，提高加工设备性能等手段，减少或转移原始误差，以提高加工精度，保障机械产品的加工质量。

3.2 加工质量问题

机械设计加工环节的操作合规与否，直接影响机械产品的加工质量。材料质量问题、加工切削量大、工件受热或受力变形等，是机械产品比较典型的加工质量问题。因此，在设计阶段，应根据使用需求，谨慎选择原材料，尽量避免选择易变形的塑性材料，以避免在材料切割过程中，出现掉渣、磨损等，导致表面粗糙，不平整，降低加工质量。同时，还要注意环境以及外力因素对加工质量造成的影响。比如，受力不均会改变工件的内部结构，冷热交替频繁会导致工件塑性变形，产生冷作硬化现象，降低机械产品的伸长率。机械设计加工过程中，加工质量控制具有一定难度，因此，制造企业应加强技术培训工作，打造经验丰富、技艺高超的机械加工团队，不断提升产品加工质量，实现降本增效，为企业的可持续发展提供有效推助力。

3.3 技术创新问题

在大数据时代，机械设计加工也应与时俱进，积极更新加工理念，加强科技研发，注重技术创新，不断提升产品加工质量，以满足产品使用性能需求。机械设计加工制造的专业性要求高，加工工艺流程复杂。但是，在实际加工过程中，由于缺乏高精尖的技术创新人员，加之设计加工理念滞后，机械加工工具陈旧，严重影响产品性能，产品设计质量低下，没有核心竞争力，无法立足于激烈的市场竞争中。

3.4 机械设计标准化问题

机械设计标准化就是要统一规定机械产品的尺寸、规格、性能、结构等技术参数，并将其作为标准来执行。机械设计标准化可以减少设计工作量，使设计加工简单便捷。机械设计标准化的应用与推广，给机械设计带来便利的同时，也对设计水平提出了更高的要求。设计人员要全面了解国家标准、行业标准，以保障产品合标，符合市场需求。但是，在实际操作过程中，由于加工环境、加工设备等因素限制，非标件的使用过于频繁，不仅增加了刀具以及加工设备的数量，同时还会增加生产成本，影响企业经济效益。

3.5 材料选择方面的问题

机械设计加工的材料选择，应注意以下问题：①性能方面。机械使用性能包含美观性、抗疲劳性、耐磨性等;在选择加工材料时，应根据机械产品的不同性能与用途，进行针对性选择。②工艺性能。选择的材料要满足机械设计加工的工艺需求。比如弯曲性、可锻造性以及淬透性等。③经济性能。在保障产品质量的基础上，要全面评估材料的利用率、价格以及加工、维修费用等。在实际设计加工过程中，由于节约意识不强，为提高产品质量，盲目选择性能优，但价格昂贵的材料，导致机械加工成本较高，企业收益微乎其微。

3.6 润滑剂使用的问题

机械加工方式主要有切削、轧制、拉拔、研磨几种，在这些加工过程中，产生大量切削热，不仅会造成刀具及工件出现局部损伤，同时还会产生颗粒状物质，影响机械加工质量。因此，为保障被加工件的几何尺寸、表面质量以及加工精度符合设计要求，金属加工润滑剂的使用十分必要。润滑剂具有润滑、清洁、防锈、防腐、冷却等功能，可以有效提升工件表面光洁度，延长刀具使用寿命，提高机械加工精度与效率，从而降低成本，提高机械加工的经济效益。机械加工过程中，润滑剂使用不当，会造成机械零部件损坏，影响产品加工质量。比如，操作者不定期、盲目增加或减少添加剂的使用量，不仅无法发挥保护作用，还会增加额外支出。

4 机械设计加工中常见问题的优化措施

4.1 嚴格控制加工精度

保证材料的切割面平整，提高表面粗糙度，对于切割不匀、尺寸不规则等情况，应采取有效措施提高刀具性能，严格控制机械加工的精度。注重加工机床的维修与保养，改进生产设备性能，积极开展误差分析，寻根究底，减少过失误差、仪器误差、环境误差等，有效提升机械产品的加工质量。随着计算机技术的深入发展，应注重加强机械设计加工误差计算与分析的信息化水平，采用误差补偿技术，减小精度误差的影响，推动机械设计加工向自动化、精细化发展。

4.2 保障加工流程合理

根据设计任务，制定科学、合理的加工工艺流程，将产品质量控制贯穿于机械设计加工的全过程，加强制造过程的管理与监控，优化产品最终产出性能。对于生产周期紧迫的情况，应尽量一次性完成加工操作，减小加工残余应力对机械零件加工质量的影响。要选择适宜的方式，减小物理作用危害。此外，应注重提高产品的安全性与稳定性，提高零部件的适配性，不断优化加工工序，提升机械设计加工的整体水平。

4.3 引进先进加工技术

技术创新是提高机械设计加工质量的关键所在。机械设计加工企业，应积极引入先进技术，并根据使用需求以及加工工艺，保障机械加工水平处于市场领先地位。在机械加工的创新过程中，应对产品性能、使用寿命、运行稳定性等进行综合考量，并采取

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有效措施，优化操作流程，提高机械设计加工技术的创新水平，整合基础建设设施，推进企业良性发展。

4.4 加强设计规范化

加强设计规范化是协调产品加工质量与加工效率的重要途径。设计人员要详细统计机械器件产品的尺寸、外观、位置、性能等技术参数，尽可能采用规范化设计，以保障产品质量与生产效率得以平衡发展。在设计之初，应统一设计标准，减少产品的尺寸、外观种类，为大批量生产奠定良好基础。此外，要保障同一时间内的各个环节，各司其职，协调作业。比如，同时进行人工质量筛查与工件机械生产，最大限度提升产品加工质量以及加工效率。

4.5 选择合适的加工材料

在材料选择阶段，应根据机械设计要求，综合分析材料的属性、价格以及性能等要素，在满足零部件加工质量的基础上，对材料的应用价值进行合理性分析，选择性价比高的材料，以控制机械设计加工成本。全面贯彻绿色环保理念，尽可能选择可降解、能耗小、可回收再利用的材料，从根源上解决机械设计加工带来的环境污染问题。

4.6 使用工业润滑剂

合理选择润滑剂是保护刀具，提高机械设计加工质量与效率的重要保障。润滑剂的选择，应以加工工艺需求为依据。比如，刀具为合金材料，或者用于高速切削时，通常选用水溶性润滑剂;高速加工刀具用于低速切割时，则建议选用纯油性润滑剂;如果加工效果不理想，可选择水溶性润滑剂;加工零件为木质或者塑料材料，也建议采用油性润滑剂。

5 结语

机械设计是机械制造的第一步，是后续加工工序的重要参考依据。随着各行各业对机械产品的要求日益提升，“促技术，求发展”成为机械设计加工的必然趋势。因此，机械制造企業应与时俱进，及时更新设计理念，严格控制加工精度，合理规划加工工艺，引进先进加工工艺，加强设计标准化管理，实现材料与润滑剂的最优化选择，以降低加工误差，促进加工效率与加工质量协调发展，整体提升机械设计加工精度，推进机械制造产业实现“大跨越式”发展。

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