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摘 要：随着现代化的进步和经济技术的发展,机械设计制造在国民经济中发挥着越来越重要的作用,已经成为当今社会工业体系中的支柱产业.机械的设计构思和工艺方案都将直接影响着设备的质量,必须保证从设计和加工上提高机械设备的可靠性,增加机械设备的使用寿命.机械加工工艺直接体现出了设计者的构思,加工的质量直接影响到机械部件的运行性能,影响到产品的整体质量.本文将深入的探究我国机械设计和加工工艺的现状,并结合实际的项目提出改进建议,为我国的机械行业发展提供参考.
关键词：机械设计;加工工艺;研究;工艺措施
在机械设计制造的整个过程中,设计和工艺是直接制约着产品的质量,优秀的设计方案可以降低零部件的加工难度,能够有效控制设计方案的成本,而加工工艺方案的拟定需要建立在实际的工艺水平上,必须选取性价比最高的工艺方案,保证加工精度的同时,降低加工成本.
1 机械设计的构思
机械设计十分庞杂,需要涉及运动空间、力学校核、稳定性分析、动力系统、图纸绘制等等,这些都是机械设计的基本内容.机械设计的内容虽然十分庞杂,但也具有极强的系统性,整个机械设计都是按照标准化的流程逐步深入,机械设计的大致流程如下：类型选择 → 工作原理 → 受力分析→ 应力状态 → 材料选择 → 失效分析 →计算准则 → 基本公式 → 参数分析 → 结构设计一图纸文件.
机械设计的每一道流程都有相应的标准,以工作原理为例,机械的工作原理涉及到运动学分析和空间结构分析,属于机械原理的内容,机械原理已经对连杆、齿轮、凸轮等不同的机构进行了详细的论述,设计人员只需安装标准进行设计即可.机械设计本身和机械设备一样,单个零件无法体现出整台设备的作用,而单一的设计流程无法体现出设计人员的构思,设计人员的构思体现在整体的设计把控,需要根据设计要求和经济成本对设计进行整体规划,从整体把握细节,从多套方案中选取最优方案.
1.1 功能性设计原则
功能性设计需要设计人员从设备的功能层逐步向下深入,从功能入手,从整体到细节.以航拍中的增稳云台设计为例,增稳云台的主要功能就是稳定的摄像头,保证摄像头时刻对准一个方位,设计人员为了实现这一功能,必须进一步进行运动方案和整体结构的设计,运动方案的设计主要体现出云台的运动差补特性,结构设计需要根据基本的运动要求进行设计,可以采用普通三轴协调结构,也可以采用箱式框架结构.设计人员为了满足设备功能进行逐步具体化的设计,就是功能性设计原则.功能,简而言之,就是产品的用途或技术系统能独立先成的任务.功能分析是从功能的角度寻求设计问题的解决办法.首先根据设计任务确定系统的总功能.系统的总功能体现在将输入条件转换为系统的输出条件上.总功能确定后,进行功能分解,将总功能分解为分功能、子功能直至功能元,功能元是最小的功能单位,是可以直接从物理效应、逻辑关系等方面找到解法的基本功能单元.一般把功能元分为物理功能元和逻辑功能元.物理功能元反映了系统中物料、信号和能量的物理基本作用.物理功能元可用物理基本效应求解.机械、仪器中常用的物理效应有;力学效应、电力效应、磁效应、光学效应、热力学效应、核效应等.同—物理效应能完成不同的功能,同一功能可用不同的物理效应解决,而设计人员利用不同的物理效应实现同一功能时,可以体现出设计人员的构思.
1.2 最优化设计原则
最优化设计是设计人员在充分理解设计要求的前提下,从多套设计方案从选取最佳的设计方案,除此之外,设计人员需要对方案中的各个设计参数进行最优化的选择,以桁架结构的杆的横截面设计为例,桁架结构的杆可以受到拉力和压力,甚至部分结构可能承受一定的弯剪力,而现有的型材都有特定的横截面,这些横截面已经决定了材料的受力类型,设计人员需要根据根据实际情况选择合适的力学校核公式,以材料的抗弯模量为变量,选择最佳的型材.最优化设计不仅是整体结构的最优化,也是细节的优化,每一个参数的优化,常规的机械零部件设计已经有了标准的设计流程,例如皮带的选型力学校核,格根据皮带的工作环境选择皮带类型,之后根据实际的力学情况选择皮带的参数,最后确定皮带的型号.在一些可变因素较多的情况下,尤其是非标件的设计,需要设计人员根据实际的要求,逐步优化,选择最符合成本和功能的方案,而方案的确定就体现出了设计人员的构思.
1.3模块化设计原则
模块化设计是目前机械设计的趋势,也是对设计人员的要求.模块设计类似于软件的黑箱设计,黑箱设计是一种寻求系统总功能的创造性思维方法.“黑箱”就是一个未知其内部机理和结构的箱子.“黑箱法”就是将所研究的复杂系统看作一个黑箱,在不打开它的前提下,暂时忽略次要因素,首先中考虑系统的输入输出关系,通过观测和分析黑箱和外部环境的相互关系,求解待设计系统的功能,从而进一步了解其内部结构的机理.模块设计是将机械系统的每一个子功能元拆分成以个个模块,这些模块可以直接替换,可以提高设备的可靠性.实际上,设备的模块化依赖设计人员的构思,不合理的拆分会降低设备的整体性,不同的设计人员对设备的拆分是不同的,体现出了设计人员的构思.设计人员的设计构思不是体现在标准化的零部件设计流程,而是体现在非标准化的设计过程,需要设计人员从整体把握细节,只有根据实际的项目进行构思才能体现设计者的个性化构思.
2 机械加工工艺
机械加工是对机械设计的实践过程,在机械加工领域,机械加工工艺的制定和改良对机械设备的性能起着重要作用.机械加工工艺就是利用机械加工的方法改变原材料的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全部过程.加工工艺贯穿着整个生产加工过程,对各工序的加工内容及操作方法有明确规定,是工人进行零件加工的依据,指导和监督着整个加工过程,以保证产品质量,提高生产效率.
2.1加工工艺方案设计
机械加工的精度必须通过工艺方案设计进行约束,机械加工工艺规程的制定原则是优质、高产、低成本,即在保证产品质量前提下,尽量提高劳动生产率和降低生产成本.因此,工艺技术人员要认真对零件进行分析,确定各表面加工方法,按照零件设计要求选择定位基准,划分零件粗、半精、精加工阶段,并确定工序集中和分散的程度,合理安排各表面的加工顺序和方法,从而制订出零件的机械加工工艺路线,以轴的加工工艺设计为例,一般的机械加工机床的可以保证的公差是0.02,设计人员必须结合轴装配的设计实际公差和配合.
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参考文献：
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