馬超

[摘? ? 要]隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，對于機(jī)械產(chǎn)品的要求也越來越高。機(jī)械設(shè)計(jì)加工作為機(jī)械生產(chǎn)的重要組成部分，是影響機(jī)械加工質(zhì)量與加工效率的重要因素。從加工精度、加工質(zhì)量、技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、材料選擇以及潤滑劑選用等方面入手，概述機(jī)械設(shè)計(jì)加工中應(yīng)注意的問題，并提出相應(yīng)優(yōu)化措施。

[關(guān)鍵詞]機(jī)械設(shè)計(jì)加工;常見問題;優(yōu)化措施

[中圖分類號(hào)]TH16;TH122 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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(jī)械設(shè)計(jì)加工概述

機(jī)械設(shè)計(jì)加工包含機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械加工兩方面內(nèi)容，機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造的第一步，主要是根據(jù)使用需求，構(gòu)思機(jī)械設(shè)備的工作原理、運(yùn)動(dòng)方式、能量傳遞方式，分析各零部件的尺寸、形狀、潤滑方式，并將計(jì)算過程轉(zhuǎn)換為具體描述的過程，為機(jī)械制造提供有效參考。機(jī)械設(shè)計(jì)的目標(biāo)為：在現(xiàn)有加工水平、理論依據(jù)、材料選擇以及計(jì)算手段等條件下，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)者應(yīng)嚴(yán)格遵守“技術(shù)性能準(zhǔn)則”“可靠性準(zhǔn)則”“標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則”“安全性準(zhǔn)則”，對最佳工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗、最少環(huán)境污染等因素進(jìn)行綜合考量。由于這些因素互相沖突，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)者應(yīng)統(tǒng)籌兼顧，以機(jī)械的種類與用途為抓手，權(quán)衡輕重，實(shí)現(xiàn)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果最優(yōu)化。隨著科技的不斷進(jìn)步，優(yōu)化設(shè)計(jì)不再單純依靠設(shè)計(jì)者的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，而是逐漸舍棄主觀判斷，向科學(xué)計(jì)算發(fā)展。

機(jī)械加工是指通過一種或多種機(jī)械設(shè)備，對零部件的形狀、尺寸、位置與性能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃與執(zhí)行，并利用生產(chǎn)工藝技術(shù)等使原材料由毛坯到精密器械的過程。按照加工方式不同，機(jī)械加工可分為壓力加工與切削加工兩大類。隨著現(xiàn)代機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械加工技術(shù)方法越來越先進(jìn)，例如快速成型、精密超精密、微型機(jī)械等加工技術(shù)。在機(jī)械加工制造過程中，零件作為機(jī)械基本組成單位，其規(guī)范化處理尤為重要。相關(guān)操作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守加工工藝要求，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與使用價(jià)值，滿足現(xiàn)代機(jī)械制造的標(biāo)準(zhǔn)與需求。

在機(jī)械設(shè)計(jì)加工的過程中，應(yīng)綜合考量各方面影響因素，對細(xì)節(jié)問題多加注意。選擇合適的材料與刀具，合理規(guī)劃加工工藝流程，提高機(jī)械加工精度，控制工件表面加工質(zhì)量。要全面貫徹“標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化”原則，以減輕設(shè)計(jì)工作量，加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高產(chǎn)品的互換性與可維修性，降本增效，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)加工產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，為國家的宏觀調(diào)控、內(nèi)外貿(mào)易管理等創(chuàng)造便利條件。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)加工特點(diǎn)與流程

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)加工特點(diǎn)

機(jī)械設(shè)計(jì)加工是從抽象到具體的過程，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①要素配合特點(diǎn)。現(xiàn)代機(jī)械加工制造應(yīng)注重設(shè)計(jì)與加工過程的整體融合，權(quán)衡好設(shè)計(jì)、加工、維修以及回收等要素之間的關(guān)系，積極引入先進(jìn)加工工藝與加工技術(shù)，不斷提升操作人員與加工環(huán)境的配合度;②技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)加工理念顯然已經(jīng)無法適應(yīng)經(jīng)濟(jì)市場需求?，F(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)加工應(yīng)融入電子信息技術(shù)，及時(shí)更新設(shè)計(jì)理念，做好設(shè)計(jì)加工方法的優(yōu)化與創(chuàng)新，不斷提高設(shè)計(jì)加工質(zhì)量，促進(jìn)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益協(xié)調(diào)發(fā)展;③設(shè)計(jì)功能多樣化。機(jī)械設(shè)計(jì)加工應(yīng)以市場需求為向?qū)?，有效融入多方元素，拓展設(shè)計(jì)范圍，豐富產(chǎn)品功能，提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性，以保障產(chǎn)品質(zhì)量，為機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供可靠推助力。

2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)流程

按照設(shè)計(jì)方式不同，機(jī)械設(shè)計(jì)可分為新型設(shè)計(jì)、繼承設(shè)計(jì)以及變型設(shè)計(jì)三大類，其設(shè)計(jì)的主要流程如下：

（1）任務(wù)設(shè)計(jì)。根據(jù)使用需求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)。

（2）初步設(shè)計(jì)。構(gòu)思機(jī)械工作原理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與能量傳遞形式等要素，初步繪制設(shè)計(jì)總圖，并進(jìn)行初步審查。一般機(jī)械的變型設(shè)計(jì)以及繼承設(shè)計(jì)、簡單機(jī)械的新型設(shè)計(jì)，可省略初步設(shè)計(jì)，直接進(jìn)入下一設(shè)計(jì)階段。

（3）技術(shù)設(shè)計(jì)。根據(jù)初審意見，做設(shè)計(jì)初稿變更，進(jìn)一步完善總圖，并繪制相關(guān)零件圖，準(zhǔn)備第二次設(shè)計(jì)審查。

（4）工作圖設(shè)計(jì)。根據(jù)二次審查意見，修改總圖及其對應(yīng)的零件圖，繪制部件裝配圖與總裝圖，填制零件表、易損件及配件清單、使用說明書等技術(shù)文件。

（5）定型設(shè)計(jì)。在定型設(shè)計(jì)之后，可進(jìn)行批量生產(chǎn)。

在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，如果發(fā)現(xiàn)之前步驟中的某個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)不合理時(shí)，必須折返到問題步驟，做設(shè)計(jì)變更，與之相關(guān)的隨后的設(shè)計(jì)工作也需要重新規(guī)劃。

2.3 機(jī)械加工步驟

（1）分析總裝圖、零件圖，對工件進(jìn)行加工工藝分析。

（2）選擇毛坯，確定定位基面與工藝路線。

（3）合理規(guī)劃各加工工序的余量，對工序尺寸以及加工公差進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（4）科學(xué)選擇各工序所用的刀具、夾具、量具以及匹配的輔助工具與加工設(shè)備。

（5）明確主要工序的工作原理、技術(shù)要求與檢驗(yàn)方法。

（6）確定工時(shí)定額、切削用量等技術(shù)參數(shù)。

（7）填寫工藝卡片。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)加工中需要注意的問題

3.1 加工精度問題

機(jī)械加工精度就是指原材料（工件）經(jīng)過機(jī)械加工后，尺寸、形狀、位置及性能等技術(shù)參數(shù)與設(shè)計(jì)圖理想值的相符程度，即工件在機(jī)械加工過程中的精確度。加工精度是影響機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量與使用性能的重要因素。在生產(chǎn)制造過程中，產(chǎn)品加工圖紙上，會(huì)明確標(biāo)注各零部件的尺寸、規(guī)格、位置等技術(shù)參數(shù)，如果加工精度誤差過大，則會(huì)導(dǎo)致工件受熱不均或者受力變形等情況，對機(jī)械器件的整體性能以及使用壽命造成不良影響。加工精度誤差的誘因有很多，比如刀具磨損、傳動(dòng)誤差、應(yīng)力干擾、加工系統(tǒng)故障等。機(jī)械設(shè)計(jì)加工的工件存在誤差，這是無法避免的。但是，這并不意味著加工精度無法提升，誤差的存在并不是造成工件質(zhì)量問題的絕對因素。在加工制造過程中，可以通過分析、計(jì)算、試驗(yàn)等方式，采取補(bǔ)償控制技術(shù)，優(yōu)化加工工藝，提高加工設(shè)備性能等手段，減少或轉(zhuǎn)移原始誤差，以提高加工精度，保障機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

3.2 加工質(zhì)量問題

機(jī)械設(shè)計(jì)加工環(huán)節(jié)的操作合規(guī)與否，直接影響機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量。材料質(zhì)量問題、加工切削量大、工件受熱或受力變形等，是機(jī)械產(chǎn)品比較典型的加工質(zhì)量問題。因此，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)使用需求，謹(jǐn)慎選擇原材料，盡量避免選擇易變形的塑性材料，以避免在材料切割過程中，出現(xiàn)掉渣、磨損等，導(dǎo)致表面粗糙，不平整，降低加工質(zhì)量。同時(shí)，還要注意環(huán)境以及外力因素對加工質(zhì)量造成的影響。比如，受力不均會(huì)改變工件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，冷熱交替頻繁會(huì)導(dǎo)致工件塑性變形，產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象，降低機(jī)械產(chǎn)品的伸長率。機(jī)械設(shè)計(jì)加工過程中，加工質(zhì)量控制具有一定難度，因此，制造企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)工作，打造經(jīng)驗(yàn)豐富、技藝高超的機(jī)械加工團(tuán)隊(duì)，不斷提升產(chǎn)品加工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)降本增效，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有效推助力。

3.3 技術(shù)創(chuàng)新問題

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，機(jī)械設(shè)計(jì)加工也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，積極更新加工理念，加強(qiáng)科技研發(fā)，注重技術(shù)創(chuàng)新，不斷提升產(chǎn)品加工質(zhì)量，以滿足產(chǎn)品使用性能需求。機(jī)械設(shè)計(jì)加工制造的專業(yè)性要求高，加工工藝流程復(fù)雜。但是，在實(shí)際加工過程中，由于缺乏高精尖的技術(shù)創(chuàng)新人員，加之設(shè)計(jì)加工理念滯后，機(jī)械加工工具陳舊，嚴(yán)重影響產(chǎn)品性能，產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量低下，沒有核心競爭力，無法立足于激烈的市場競爭中。

3.4 機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化問題

機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化就是要統(tǒng)一規(guī)定機(jī)械產(chǎn)品的尺寸、規(guī)格、性能、結(jié)構(gòu)等技術(shù)參數(shù)，并將其作為標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行。機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化可以減少設(shè)計(jì)工作量，使設(shè)計(jì)加工簡單便捷。機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用與推廣，給機(jī)械設(shè)計(jì)帶來便利的同時(shí)，也對設(shè)計(jì)水平提出了更高的要求。設(shè)計(jì)人員要全面了解國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保障產(chǎn)品合標(biāo)，符合市場需求。但是，在實(shí)際操作過程中，由于加工環(huán)境、加工設(shè)備等因素限制，非標(biāo)件的使用過于頻繁，不僅增加了刀具以及加工設(shè)備的數(shù)量，同時(shí)還會(huì)增加生產(chǎn)成本，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 材料選擇方面的問題

機(jī)械設(shè)計(jì)加工的材料選擇，應(yīng)注意以下問題：①性能方面。機(jī)械使用性能包含美觀性、抗疲勞性、耐磨性等;在選擇加工材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的不同性能與用途，進(jìn)行針對性選擇。②工藝性能。選擇的材料要滿足機(jī)械設(shè)計(jì)加工的工藝需求。比如彎曲性、可鍛造性以及淬透性等。③經(jīng)濟(jì)性能。在保障產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，要全面評估材料的利用率、價(jià)格以及加工、維修費(fèi)用等。在實(shí)際設(shè)計(jì)加工過程中，由于節(jié)約意識(shí)不強(qiáng)，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，盲目選擇性能優(yōu)，但價(jià)格昂貴的材料，導(dǎo)致機(jī)械加工成本較高，企業(yè)收益微乎其微。

3.6 潤滑劑使用的問題

機(jī)械加工方式主要有切削、軋制、拉拔、研磨幾種，在這些加工過程中，產(chǎn)生大量切削熱，不僅會(huì)造成刀具及工件出現(xiàn)局部損傷，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生顆粒狀物質(zhì)，影響機(jī)械加工質(zhì)量。因此，為保障被加工件的幾何尺寸、表面質(zhì)量以及加工精度符合設(shè)計(jì)要求，金屬加工潤滑劑的使用十分必要。潤滑劑具有潤滑、清潔、防銹、防腐、冷卻等功能，可以有效提升工件表面光潔度，延長刀具使用壽命，提高機(jī)械加工精度與效率，從而降低成本，提高機(jī)械加工的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械加工過程中，潤滑劑使用不當(dāng)，會(huì)造成機(jī)械零部件損壞，影響產(chǎn)品加工質(zhì)量。比如，操作者不定期、盲目增加或減少添加劑的使用量，不僅無法發(fā)揮保護(hù)作用，還會(huì)增加額外支出。

4 機(jī)械設(shè)計(jì)加工中常見問題的優(yōu)化措施

4.1 嚴(yán)格控制加工精度

保證材料的切割面平整，提高表面粗糙度，對于切割不勻、尺寸不規(guī)則等情況，應(yīng)采取有效措施提高刀具性能，嚴(yán)格控制機(jī)械加工的精度。注重加工機(jī)床的維修與保養(yǎng)，改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備性能，積極開展誤差分析，尋根究底，減少過失誤差、儀器誤差、環(huán)境誤差等，有效提升機(jī)械產(chǎn)品的加工質(zhì)量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的深入發(fā)展，應(yīng)注重加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)加工誤差計(jì)算與分析的信息化水平，采用誤差補(bǔ)償技術(shù)，減小精度誤差的影響，推動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)加工向自動(dòng)化、精細(xì)化發(fā)展。

4.2 保障加工流程合理

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，制定科學(xué)、合理的加工工藝流程，將產(chǎn)品質(zhì)量控制貫穿于機(jī)械設(shè)計(jì)加工的全過程，加強(qiáng)制造過程的管理與監(jiān)控，優(yōu)化產(chǎn)品最終產(chǎn)出性能。對于生產(chǎn)周期緊迫的情況，應(yīng)盡量一次性完成加工操作，減小加工殘余應(yīng)力對機(jī)械零件加工質(zhì)量的影響。要選擇適宜的方式，減小物理作用危害。此外，應(yīng)注重提高產(chǎn)品的安全性與穩(wěn)定性，提高零部件的適配性，不斷優(yōu)化加工工序，提升機(jī)械設(shè)計(jì)加工的整體水平。

4.3 引進(jìn)先進(jìn)加工技術(shù)

技術(shù)創(chuàng)新是提高機(jī)械設(shè)計(jì)加工質(zhì)量的關(guān)鍵所在。機(jī)械設(shè)計(jì)加工企業(yè)，應(yīng)積極引入先進(jìn)技術(shù)，并根據(jù)使用需求以及加工工藝，保障機(jī)械加工水平處于市場領(lǐng)先地位。在機(jī)械加工的創(chuàng)新過程中，應(yīng)對產(chǎn)品性能、使用壽命、運(yùn)行穩(wěn)定性等進(jìn)行綜合考量，并采取

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有效措施，優(yōu)化操作流程，提高機(jī)械設(shè)計(jì)加工技術(shù)的創(chuàng)新水平，整合基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施，推進(jìn)企業(yè)良性發(fā)展。

4.4 加強(qiáng)設(shè)計(jì)規(guī)范化

加強(qiáng)設(shè)計(jì)規(guī)范化是協(xié)調(diào)產(chǎn)品加工質(zhì)量與加工效率的重要途徑。設(shè)計(jì)人員要詳細(xì)統(tǒng)計(jì)機(jī)械器件產(chǎn)品的尺寸、外觀、位置、性能等技術(shù)參數(shù)，盡可能采用規(guī)范化設(shè)計(jì)，以保障產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率得以平衡發(fā)展。在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，減少產(chǎn)品的尺寸、外觀種類，為大批量生產(chǎn)奠定良好基礎(chǔ)。此外，要保障同一時(shí)間內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)，各司其職，協(xié)調(diào)作業(yè)。比如，同時(shí)進(jìn)行人工質(zhì)量篩查與工件機(jī)械生產(chǎn)，最大限度提升產(chǎn)品加工質(zhì)量以及加工效率。

4.5 選擇合適的加工材料

在材料選擇階段，應(yīng)根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)要求，綜合分析材料的屬性、價(jià)格以及性能等要素，在滿足零部件加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對材料的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行合理性分析，選擇性價(jià)比高的材料，以控制機(jī)械設(shè)計(jì)加工成本。全面貫徹綠色環(huán)保理念，盡可能選擇可降解、能耗小、可回收再利用的材料，從根源上解決機(jī)械設(shè)計(jì)加工帶來的環(huán)境污染問題。

4.6 使用工業(yè)潤滑劑

合理選擇潤滑劑是保護(hù)刀具，提高機(jī)械設(shè)計(jì)加工質(zhì)量與效率的重要保障。潤滑劑的選擇，應(yīng)以加工工藝需求為依據(jù)。比如，刀具為合金材料，或者用于高速切削時(shí)，通常選用水溶性潤滑劑;高速加工刀具用于低速切割時(shí)，則建議選用純油性潤滑劑;如果加工效果不理想，可選擇水溶性潤滑劑;加工零件為木質(zhì)或者塑料材料，也建議采用油性潤滑劑。

5 結(jié)語

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造的第一步，是后續(xù)加工工序的重要參考依據(jù)。隨著各行各業(yè)對機(jī)械產(chǎn)品的要求日益提升，“促技術(shù)，求發(fā)展”成為機(jī)械設(shè)計(jì)加工的必然趨勢。因此，機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)更新設(shè)計(jì)理念，嚴(yán)格控制加工精度，合理規(guī)劃加工工藝，引進(jìn)先進(jìn)加工工藝，加強(qiáng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化管理，實(shí)現(xiàn)材料與潤滑劑的最優(yōu)化選擇，以降低加工誤差，促進(jìn)加工效率與加工質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展，整體提升機(jī)械設(shè)計(jì)加工精度，推進(jìn)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“大跨越式”發(fā)展。

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