机械制造中机械设计的合理性研究

李汝童 刘正堂

1. 山东省科学院自动化研究所 山东 济南 250000；2. 齐鲁工业大学（山东省科学院自动化研究所） 山东 济南 250000

引言

随着机械制造工业的不断崛起，在其发展过程中，机械设计工艺非常复杂，设计难度较高。因此在具体的机械设计过程中，要从产品制造要求出发，严格遵循设计思路，提升机械设计过程的整体水准，保证机械设计的合理性，以提升我国机械制造业的水准，使其走向繁荣发展之路。

1 机械制造中机械设计的工作程序

对于机械制造企业而言，合理性的机械设计工艺可以降低机械加工制造业的运营成本，提升机械加工制造企业的经济水准[1]。通常情形之下，机械制造流程包括制造流程以及技术流程。其中制造流程的主要任务在于实现金属原材料向机械加工零件的技术转化；技术流程的主要任务在于实现零件的精细加工及装配目标，使零件向成品转化。

1.1 零部件生产加工流程

零部件生产加工程序是机械制造的核心要素，零部件生产流程可以分为金属原材料的机械加工流程和半成品的装配流程。为实现机械设计工艺的合理性目标，要严格遵循各项生产流程的规章制度，从根本上做好零件处理工作，严控金属原材料库存管理质量，完善成品包装工艺流程。这些环节是金属原材料向成品转化的技术基础，其中金属材料热处理的技术使用频率较高。

1.2 零部件的装夹过程

零部件的装夹过程是机械制造中另外一个重要的流程，对操作程序提出了更高的要求，操作程序是否规范、工作流程是否科学将直接影响产品的品质，因此在实际的设计过程中要高度重视这一工作环节。做好零部件装夹工作，需要设计者在实际工作程序开启之前，把零部件放置在加工设备装夹装置内的合理部位，且把零部件位置调到标准化的程度，最终开启可靠的工作历程。另外要保证零部件制造位置设定的准确性，定位以后的零部件要维持适当的平稳度，这是有效减缓零部件发生形变的最佳方法[2]。零部件装夹过程直接影响到了机械生产效率、机械制造质量、机械企业宏观效益，因此在零部件装夹过程中，要践行科学严谨的发展理念，按照合理的方法控制流程装夹过程中每一个环节。

1.3 零部件定位工作

零部件定位工作在机械制作环节中具有重要的价值，作为机械制造的关键环节，零部件定位的精准度会直接影响到机械制造成品的精确度，因此在机械制造工作开启的时候，设计人员要从机械设计的具体方案出发，做好零部件精准定位工作，可选择有效的参照物可以增强零部件定位效果，有效解决零部件定位过程中的难题，在具体的实施过程中，要从零部件种类、装夹位置的特点出发，并选择适宜的参照系。除此之外，机械制造产品的类型正在不断技术升级，而且在创新的过程中做出了积极的贡献，因此业内对于机械制造加工的精度做出了深度的研究，并制定了一系列规范标准。做好零部件定位工作，需要技术人员在零部件定位工作进程中，充分认识零部件定位规则以及机械制造产品的工作原理，最终设计出质量上乘的机械制造成品。

1.4 零部件精度控制加工历程

在机械加工过程中，零部件以及成品制造精度的控制尤为重要，控制工作对于产品本身具有重要的影响作用，影响因素涵盖出厂以后的使用历程、功能实际使用阶段。机械制造加工程序中的精度控制环节，包括成品外观、外部品质、零部件安装、制造误差等方面的控制等等。机械设计人员要从机械设计中给定的参数、设计结构理念等因素出发，切实控制机械加工产品生产中的零部件形状、体积等，在此基础上对机械加工零部件成品表面质量、尺寸进行有效的控制，抑或是引入轨迹技术、成形技术精准控制零部件以及成品的外形。

2 机械制造中机械设计的合理性方案

2.1 提升制造的精度

为了提升机械设计的精度，要从根本上做好零部件、成品制造等相关工作事宜，提升机械设计的精度。制造精度顾名思义，指的就是零部件在被做成成品之后，外观、尺寸、位置、大小等不同序列的参数同零部件指标参数之间的相互吻合特性。在国内诸多的机械制造行业中，制造技术水准有待进一步提升，制造出来的零部件会存在不同程度的误差，提升制造过程中的精度有助于对于误差进行宏观调控[3]。其一，设计人员要分析影响制造精度的各种要素，对于误差做出准确的判定，推断出误差产生的原因以及规律，在此基础上提供一套科学可行的解决措施，降低误差的出现频率。其二，要从机械测量设备的选择、加工成品的构造、加工设备的创新改良等技术状况出发，规模性地提高机械产品的制造精度，使设计过程迎合业内技术要求。并且机械设计人员要有灵活应对初始误差的专业水准，由此才可以提升机械零部件产品的机械制造精度，因此提出以下改善措施：

2.1.1 在机械产品设计制造成型的工作流程中，对于初始误差做出把控，可以有效降低初始误差。首先机械设计工程师要对初始误差成因开启研究，通过提升机械加工装备功能、提升机械制造刀具精度等一系列方法，避免初始误差的产生。譬如，在机械加工成型制造过程中，凭借着改良机械加工装备的散热功能、优化机械零部件受到外加载荷的模式，达到有效降低初始误差的效果，通过机械加工机床技术的改良、提高夹具、刀具等机械零部件制造、定位的精准效率，实现机械制造业的可持续发展。

2.1.2 对机械加工制造环节所出现的初始误差进行平均分配。在现场机械制造工作中，机械制造、铸造毛坯零部件初始外形尺寸等环节所产生的误差，导致零部件原材料特性的改变，这些综合要素都属于初始误差的相关内容。在机械设计的过程中，从根本上解决初始误差，抑或是避免初始误差逐渐扩大，就要考虑引入“设定组项调节、平均分布误差”的技术模式，分析初始误差数值，量身定做若干个（N）组项，从而在机械加工制造过程中可以有效调节原初始误差序列，误差可以被调节为1/N，之后认真观察每组机械加工组项初始误差状况，深度改良机械加工技术。

2.1.3 机械设计者要认真完成规定的设计工作，在机械零部件产品制造工作初步做完之后，用标准件作为参照物，同产品展开对照，对比二者的相关关联性，最终开启不断甄别修改、精确校核等工作，以达到降低机械加工零部件初始误差的设计目标。

2.2 优化绿色制造工艺模式

机械加工绿色制造工艺技术的创新，对于提升国民经济具有重要的价值，由于在机械制造工作过程中，可能会引发巨大的能源消耗，最终酿成环境污染隐患。首先，在绿色制造技术规划设计方案开启的过程中，必须要立足于企业所处的生态环境、生产过程和谐发展这一土壤，对环境因素是否协调进行调查，深度研究绿色制造工艺蓝图，分析机械制造产品特性，把绿色制造工艺渗透到机械加工制造设计程序中[4]。其次，机械生产企业要在机械技术工艺改良的设计理念以及背景支撑下，合理规划产品回收工作，也可以在机械加工制造程序中加入环保零部件，延长产品的使用寿命，从根本上达到节省能源的目标。再次，工程技术者在开启绿色加工制造工艺设计时，为了实现机械设计过程合理化目标、促进机械加工制造业的稳步持续发展，认为在机械设计环节、加工环节引入绿色环保的原材料非常有必要。并且绿色制造工艺中引入的原材料，通用性能以及同附近环境的适应性能卓越，因此要合理引入，满足绿色制造工艺实践要求，实现制造工艺的总体目标。绿色制造原材料的选择要有针对性，符合现代设计规则，具体的设计要求如下：

首先要尽可能地选择再生、可回收原材料，最大限度地提升原材料的利用率。原材料的选择原则要秉承着存量大、成本低、综合适应效果佳的原则。其次要有效选择绿色环保原材料类型。除此之外，还要引入适宜的绿色环保机械加工技术。绿色切削技术是机械设计中必须要用到的核心技术手段，该技术模式可以起到有效改进机械零部件绿色制造模式的效果，这项技术在未来机械制造的发展中具有广阔的应用前景。再次要最大限度地避免选择放射性、有毒、有害的加工原材料，降低环境污染程度，从根源处彻底切断机械加工零部件产品、原材料报废以后所引发的不良影响。

2.3 提升加工制造的标准化水准

在机械制造工作开启的过程中，对于设计的标准化程度提出了一定的要求，在机械设计保持规范性的范畴之内，在科学技术模式的指引之下，才可以达到提升机械加工产品的制造水准，保证机械零部件在加工过程中达到一定的精度要求。由此，工程设计人员要不断完善机械加工制造的工艺流程标准，最终提升机械加工制造的标准化水准，因此提出相关整改措施：

2.3.1 在机械设计工作开启的历程中，工程技术人员要善于应用数字化设计技术，通过对自动化机械设计的流程、装置的合理处理，提升机械加工产品设计方案的科学性。比如在农业生产行业的机械设计工作中，技术人员可以通过微机等数字化技术的协作手段，建立产品数字化模型，并引入设备模拟设计技术，最终实现调试目标[5-6]。

2.3.2 为了提升机械设计和加工制造过程中的规范化程度，工程技术人员要不断完善专业素养，全面理解“技术性”、“安全性”、“规范化”等工作原理，技术性指的是在设计过程中开启规范设计历程，最终完成设计目标、提升设计品质、改进产业结构；安全性指的是在设计方案进行的过程中，设定安全措施，确保作业人员的工作安全；规范化指的是立足于产品的形态特征，开启标准化的设计历程。

2.3.3 在机械零部件设计的技术选择过程中，要考虑引入数字化设计技术，利用计算机设计（CAD）的相关技术作为辅助技术手段，使设计、制作工艺流程一步到位，最终成立卓越的虚拟化数字产品模型，同时为机械加工制造工作提供行之有效的数字化软件、信息系统实现机械制造的数字化调试目标，使机械设计的标准化程度加深。同时在机械加工制造实现规范化目标之后，要提升加工材料的利用率，要避免加工材料的损耗，合理设置加工资源的分配模式。

3 结束语

综上所述，在现代工业革命的开启的历程中，机械设计的技术创新程度较高，机械设计的合理性有助于延长机械寿命、提升产品技术品质。在我国国民经济的发展序列中，对于机械制造品质、数量提出了很高的要求。与此同时，在机械整体设计过程中，需要借助于多种不同的技术手段，技术难度较大，要在先进的机械制造设计理念的支配下，达到优化与改良机械制造的目标，推动机械制造业经济的飞速发展，进行设计技术创新，提升产品设计能力，最终达到机械设计合理性的技术目标，推进我国机械制造行业的创新发展历程。只有确保机械制造过程中机械设计的合理性，才可以提升机械制造行业经济效益。