王思遠(yuǎn)

（河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056004）

隨著我國工業(yè)化的不斷發(fā)展與進(jìn)步，在我國現(xiàn)代的工業(yè)化進(jìn)程中，有各種各樣的工業(yè)設(shè)備被不斷地被發(fā)明或引入中國，這其中不乏如工業(yè)生產(chǎn)使用的增材減材一體成型機(jī)一類的高精度、高性能的昂貴設(shè)備。在這些機(jī)械設(shè)備為我國工業(yè)生產(chǎn)和國家建設(shè)做出貢獻(xiàn)的同時(shí)，我們也應(yīng)注意到，在許多情況下，由于人們對(duì)于影響機(jī)械設(shè)備整體性能因素的不甚了解，有可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降，成本升高，甚至導(dǎo)致機(jī)械損壞乃至人員傷亡等嚴(yán)重后果，為此，結(jié)合我國目前的機(jī)械設(shè)備使用情況，本文對(duì)影響機(jī)械設(shè)備性能的因素依次進(jìn)行闡述。

1 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

千里之堤潰于蟻穴，作為機(jī)械制造的第一步，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)必須參照國家、行業(yè)或國際的現(xiàn)有規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)；在進(jìn)行圖紙繪制時(shí)，零件的布置是否合理、零件的表達(dá)方式是否清晰且不會(huì)引起歧義、零件的選擇是否能夠滿足機(jī)械設(shè)備使用時(shí)的強(qiáng)度要求等，均是需要設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的。

以一級(jí)圓柱齒輪減速器為例，在進(jìn)行減速器的設(shè)計(jì)時(shí)，確定了輸入、輸出轉(zhuǎn)速以及扭矩以后，需要通過設(shè)計(jì)對(duì)減速器齒輪傳動(dòng)裝置的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，包括齒根疲勞強(qiáng)度的校核，確定傳動(dòng)尺寸等。根據(jù)校核計(jì)算得來的各種參數(shù)，進(jìn)行整個(gè)減速器中最為重要的零件的設(shè)計(jì)，即軸的設(shè)計(jì)，這部分的設(shè)計(jì)需要綜合前述的各種設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，是決定減速器能否正常工作的重要因素，最后需要進(jìn)行滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算以及鍵、聯(lián)軸器的選擇等工作。之后在圖紙繪制時(shí)，設(shè)計(jì)者需要參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，使用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各種規(guī)范來進(jìn)行繪圖，例如齒輪嚙合的表達(dá)方式、滾動(dòng)軸承的布置方式等。

圖1 一級(jí)圓柱齒輪減速器

又例如傳動(dòng)方式的選擇，帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、摩擦輪傳動(dòng)等方式，均可實(shí)現(xiàn)加速、減速、等速傳動(dòng)的目標(biāo)，但不同的傳動(dòng)方式在不同的應(yīng)用場(chǎng)合優(yōu)缺點(diǎn)各不相同。

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者需要慎之又慎，因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備中的各種零件不是彼此孤立的，而是需要相互配合，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的預(yù)計(jì)功能，可以說是環(huán)環(huán)相扣，因此，機(jī)械圖紙的設(shè)計(jì)對(duì)于機(jī)械設(shè)備性能的影響可謂巨大。

2 設(shè)備材料性能

眾所周知，一臺(tái)完整的機(jī)械設(shè)備由各種材料組成，諸如碳鋼、合金鋼、有色金屬、塑料、橡膠等等。不同的材料具有各自獨(dú)特的性能，在整機(jī)設(shè)備中各自發(fā)揮著舉足輕重的作用。在材料選擇時(shí)，應(yīng)著重考慮材料的性能，性價(jià)比以及可重復(fù)利用性[1]。

材料選取時(shí)首先要考慮選取盡量高性能的材料，例如出于減重和強(qiáng)度考慮，飛機(jī)要選用鋁合金、碳纖維等材料；為了延長使用壽命，機(jī)械設(shè)備的襯板要用不銹鋼代替普通鋼材。目前許多廠家在生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備時(shí)由于可供選擇的原料過于繁多，導(dǎo)致判別高性能材料變得非常困難，這樣不僅可能導(dǎo)致材料的浪費(fèi)，也會(huì)浪費(fèi)大量的人力及成本，甚至在使用時(shí)可能會(huì)危及工人的生命安全。

在追求材料的高性能的同時(shí)，也要兼顧性價(jià)比。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工廠間的競(jìng)爭日益激烈，工廠為了提升自身競(jìng)爭力，往往會(huì)引進(jìn)大量由高性能材料制造的設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，但是這樣往往會(huì)引發(fā)新的問題，即一些機(jī)械設(shè)備盡管由高性能的材料制成，但高性能的材料往往預(yù)示著更高的引進(jìn)成本以及維修成本，而過高的成本有可能導(dǎo)致工廠處于利益考量等因素削減對(duì)于機(jī)械設(shè)備維護(hù)的開銷，這就會(huì)可能導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備使用效率的降低以及安全性能的降低。為此，在選擇機(jī)械設(shè)備材料時(shí)，一定要綜合考量實(shí)際的使用需求以及生產(chǎn)狀況、資金成本等因素，在保證材料性能的同時(shí)，選擇性價(jià)比較高的材料。

除以上兩點(diǎn)外，材料的可重復(fù)利用性也是影響機(jī)械設(shè)備性能的因素之一。一些設(shè)備材料，尤其是金屬材料，在機(jī)械設(shè)備的使用過程中可能會(huì)因?yàn)闇囟取⑺嵝缘仍蚴蛊湓行蚊脖桓淖?，進(jìn)而影響機(jī)械裝備的使用性能，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備報(bào)廢，因此，材料優(yōu)秀的可重復(fù)利用性不僅可以減少機(jī)械設(shè)備上同一零件或部位因形變或其他原因而導(dǎo)致失效時(shí)替換導(dǎo)致的資源浪費(fèi)，減少維護(hù)成本，而且可以使機(jī)械設(shè)備在使用時(shí)更加高效可靠。

在各種新型材料不斷出現(xiàn)的今天，一臺(tái)機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)階段就要兼顧使用功能、設(shè)備造價(jià)、不同消費(fèi)群體對(duì)外觀的奢華程度等不同需求，這就需要設(shè)計(jì)者綜合以上所述三點(diǎn)，以使設(shè)計(jì)出的機(jī)械設(shè)備滿足所需的性能要求。

3 加工精度

不可否認(rèn)，機(jī)械設(shè)備在選材確定以后，加工精度直接決定了將來設(shè)備性能的發(fā)揮。要提高加工精度，就要從以下幾個(gè)方面考慮。

（1）加工設(shè)備的選擇。不同的加工設(shè)備加工出的產(chǎn)品無論從尺寸精度、表面質(zhì)量、加工效率上都有很大的區(qū)別，近些年逐漸普及的數(shù)控加工設(shè)備在機(jī)械加工領(lǐng)域帶來了加工質(zhì)量和效率上巨大提升，數(shù)控加工技術(shù)結(jié)合了通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，具有加工范圍廣、加工速度快、加工精度高、加工模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化等特征[2],實(shí)現(xiàn)了機(jī)械生產(chǎn)的自動(dòng)化，因其生產(chǎn)迅速，對(duì)環(huán)境影響較小等特點(diǎn)，目前已被廣泛的應(yīng)用在航空航天、醫(yī)療、軍工等領(lǐng)域，生產(chǎn)同樣的鑄造加工時(shí)使用的模具時(shí)，使用數(shù)控加工設(shè)備生產(chǎn)的模具精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的機(jī)加工設(shè)備所生產(chǎn)的模具。由此可見，加工設(shè)備的選擇，是影響機(jī)械設(shè)備性能的重要因素。

（2）加工工藝的選擇。同樣的材料，采用不同的加工工藝，形成的機(jī)械設(shè)備零部件質(zhì)量截然不同。例如，鋼鐵材料經(jīng)過鍛壓，可以明顯的提升材料的致密性和韌性,優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)，并形成一定的形狀；經(jīng)過車削的零件再經(jīng)過磨削可減小零件表明的粗糙度。

（3）加工操作者的選擇?！按髧そ场币辉~充分詮釋了加工操作者的重要性，“中國火箭發(fā)動(dòng)機(jī)焊接第一人”高鳳林在焊接火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管上壁厚只有0.33mm的空心管線上展示的精湛技藝充分說明了焊接操作者的重要性。相同的加工環(huán)境、相同的加工設(shè)備、相同的加工工藝，由于加工操作者的不同，形成的產(chǎn)品性能則會(huì)有很大的差別，給機(jī)械設(shè)備的后續(xù)使用帶來不小的影響。

4 熱處理工藝

機(jī)械零件經(jīng)過鑄造、鍛壓、機(jī)加工、焊接等工序處理以后，或是在裝配成成品以后，熱處理工藝開始發(fā)揮作用。經(jīng)過加熱、保溫、冷卻等過程處理以后，可使零件及成品具有更優(yōu)異的機(jī)械性能。淬火可以使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，搭配回火處理后可以大幅度改善鋼的硬度，耐磨性，疲勞強(qiáng)度及韌性等性能；滲碳及滲氮工藝可以在保持金屬內(nèi)部塑性的同時(shí)使金屬表面獲得極高的硬度和耐磨性；正火和退火可以去除材料的內(nèi)應(yīng)力，提高材料硬度。綜上，合理的應(yīng)用各種熱處理工藝可以在很大程度上提升機(jī)械零件的質(zhì)量，進(jìn)而使機(jī)械設(shè)備獲得更優(yōu)良的性能。

5 裝配工藝

精良的裝配工藝可以在設(shè)計(jì)、選材、零部件加工之后為整體機(jī)械設(shè)備的性能發(fā)揮提供可靠的保障。機(jī)械裝配主要包括清洗技術(shù)、平衡技術(shù)、連接技術(shù)及刮削矯正技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)[3]。

在進(jìn)行裝配時(shí)，首先要把控受熱這一影響因素，有些機(jī)械設(shè)備可以在常溫下進(jìn)行裝配，有些則需要在低溫環(huán)境進(jìn)行裝配，裝配成型后常溫環(huán)境使用時(shí)由于熱脹冷縮的作用，零部件的配合將更加緊密；其次要嚴(yán)格把控裝配誤差，例如一些精密機(jī)床的加工和裝配為了避免振動(dòng)帶來的影響，需要將廠房建在地下；最后要嚴(yán)格規(guī)范操作人員的操作，明確機(jī)械設(shè)備的裝配流程、使用恰當(dāng)?shù)难b配技術(shù)對(duì)于提高機(jī)械設(shè)備的使用效率以及使用性能具有重大意義。

6 電氣控制

隨著機(jī)電一體化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備已經(jīng)很難和電氣、自動(dòng)化劃清界限，一臺(tái)現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)備往往配備了大量的電氣輔助控制設(shè)備，不但為機(jī)械設(shè)備提供電源，還為機(jī)械設(shè)備整體性能的發(fā)揮提供各種精準(zhǔn)的控制，因此，電氣控制的優(yōu)劣不容忽視，完全脫離電氣控制的機(jī)械設(shè)備也許會(huì)變成一堆廢鐵。

目前常見的電氣控制技術(shù)包括單片機(jī)控制，PLC控制，繼電器相關(guān)控制等。電氣控制可以對(duì)機(jī)械設(shè)備的進(jìn)行精確管控并對(duì)作業(yè)進(jìn)度進(jìn)行合理的控制，對(duì)生產(chǎn)過程中對(duì)于生產(chǎn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和完工的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)的排序，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于生產(chǎn)過程和能源消耗的科學(xué)把控。可以說，電氣控制對(duì)于提高機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)效率具有非常積極的調(diào)控作用。

圖2 PLC控制器

圖3 單片機(jī)

7 后期維護(hù)

隨著時(shí)代的進(jìn)步，工業(yè)生產(chǎn)在國家發(fā)展過程中所占的地位越來越高，越來越多的工廠為了更高的效益而引進(jìn)大量的機(jī)械設(shè)備，并進(jìn)行日夜不停的生產(chǎn)以求在與同行激烈的競(jìng)爭中得以立足，由此引發(fā)的問題是，機(jī)械長期無休止的使用的同時(shí)，常常會(huì)因?yàn)槠髽I(yè)疏于后期維護(hù)和保養(yǎng)而出現(xiàn)故障，輕者導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，使用性能變差，重者可能導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的報(bào)廢。這就要求從業(yè)者要注意機(jī)械設(shè)備的定期維護(hù)與保養(yǎng)，對(duì)于一些小型設(shè)備，要定期進(jìn)行一級(jí)和二級(jí)保養(yǎng)，即定期施加潤滑油，更換老舊或臟污的零件以及定期派遣專業(yè)人員對(duì)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查；對(duì)于一些重要零件，還需注意換季保養(yǎng)、更換等等。

正所謂未雨綢繆，定期的對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，可以大大減少機(jī)械設(shè)備發(fā)生意外損壞的概率，這對(duì)于保證機(jī)械設(shè)備正常使用以及保證正常的生產(chǎn)安全具有重要意義。

8 結(jié)語

機(jī)械設(shè)備作為人類現(xiàn)代生產(chǎn)作業(yè)中必不可少的工具，對(duì)于國家發(fā)展具有重要意義，為了使機(jī)械設(shè)備可以進(jìn)行更高效、更可靠地運(yùn)作，操作者需要進(jìn)行多方考量，從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到后期維護(hù)，每一步的細(xì)節(jié)都有可能影響機(jī)械設(shè)備的性能，只有真正對(duì)影響機(jī)械性能的各個(gè)因素提起重視，才能使機(jī)械設(shè)備做到“物盡其用”，使生產(chǎn)達(dá)到利益最大化。