现代机械设计方法在机械制造中的应用

王二峰

王二峰

华电重工机械有限公司天津300409

摘要：本文就现代机械的设计的特点入手，概述了机械设计的准则，分析探讨了现代机械设计的技术方法，并对其现代机械设计方法在机械制造中的应用进行了简要阐明，以供参考。

关键词：现代机械；设计；特点；分类；准则；方法；制造；应用

引言

时代在发展，科技在进步，各项新工艺、新材料、新方式也越来越多地应用到机械设计制造领域。为了一种功能的实现，可以有多种方法和载体可供选择，面对激烈的竞争环境，要让设计制造的产品在市场上占有一席之地，除了让自己的机械系统能够实现预期的相应功能之外，还要具有操作方便、运行可靠、物美价廉、环保性强等特性。因此，对机械设计师的要求也日益提高，传统的设计方法和设计理念已经不能满足设计需求，设计师必须精通电、机、液等各个方面的综合性技术，才能够设计出同时兼顾性能和价格的机械系统。

一、现代机械设计的特点

现代机械种类繁多，其结构形式千差万别，结构的复杂性也在逐渐增大。机械系统在功能上划分，可以分为传动系统、动力系统、操纵系统、执行系统、控制系统等，而每一个系统又可以根据需求的不同来细化为更小的子系统。与传统机械设计不同的是，现代机械设计在设计过程中不仅要对机械工作的原理、运动方式、能量传递方式等各个方面进行计算、分析、构思，同时还必须要在进行设计的过程中运用仿生学、控制论、美学、价值工程等多种科学知识，将这些看似与机械无关的科学知识，运用在机械设计中，从而使得机械在市场中获得更好的竞争力。

二、机械设计的准则

“无规矩不成方圆”，同样在机械设计领域中也会存在许多“规矩”，机械设计人员进行设计时，除了要遵循主要程序之外，设计准则也是其必须遵守的约束条件。

1、标准化准则

任何行业都有自己的标准化规范，而机械制造中与设计相关的主要标准有以下几点：其一是概念标准化，所谓概念标准化即是指在机械设计过程中所提到的专业术语、字母符号等其他专业性表述应符合行业标准。其二是实物形态标准化，设计过程中应按统一规定选取零部件、原材料、设备等的结构形式、尺寸等。其三是方法标准化，在机械设计中涉及的操作、测量或者试验方法应按照规定进行。

2、技术性能准则

技术性能除了包含机械性能之外，还包括机械在制造和使用过程中所涉及的所有性能，技术性能既包含静态性能，又包含动态性能。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。

3、可靠性准则

可靠性是指机械在正常工作情况下，在预期使用寿命内能完成既定功能的可能性有多大。所谓可靠性准则，即设计的产品应该能满足既定的可靠性要求。

4、安全性准则

机械设计要考虑机械制造过程中的安全问题，其准则有以下几点：其一是生产安全性，在进行机械设计时，应考虑操作人员生产时的安全性等。其二是零件安全性，确保机械制造中使用的全部零件在额定的外负载条件下，不会发生严重变形、断裂以及重度磨损等情况。其三是整机安全性，确保机械在正常操作下不发生故障，能实现机械的所有功能。其四是环境安全性，设计人员设计的机械应能保证不对机器周围的环境和人造成污染和危害。

三、现代机械的设计的技术方法

1、数字化设计技术

在现代机械的设计过程中,数字化是最基本也是最常用的设计方法。这是在数字化技术飞速发展的背景下所形成的设计模式,其极大的提高了机械设计的效率和设计水平,使机械产品的整体性能得到了极大的提高。这是因为数字化设计技术是通过数字建模来完成初期的设计,并在计算机上进行运行调试,以改善其中的不足之处。也就是说,数字化的设计技术在设计中是从机械产品的整个生命周期来考虑,因此这种设计方法能够实现资源配置的最优化,设计效率相对较为可靠可行。

2、并行化设计技术

若说数字化设计技术是现代机械设计的核心,那么并行化设计技术就是其未来的发展趋势。这是因为随着机械产品在不同行业领域中的应用地位越来越重要,其所需要具备的功能也就要更完善,并且不同机械之间还要实现一定的协同工作,为此在设计中就不能只考虑某一种机械的功能需求,还要考虑到并行机械产品的功能需求。这就需要采用并行化的设计技术方法,来实现不同机械之间的优势互补,提高社会生产力机械化水平。

3、智能化设计技术

随着自动化技术在机械设计领域的广泛应用,机械的自动化程度已经变得越来越高,相应地对机械自动化设计进程也提出了更高的要求。机械设计师需要充分利用智能技术进行相应的机械设计工作,构建完善的智能化的体系。

四、机械设计方法在机械制造中的应用

1、计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术

计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)技术是20世纪制造领域最杰出的成就之一,也是计算机在制造业中应用最成功的范例之一,它是一门多学科综合的技术,也是当今发展最快的技术之一,目前已经形成相关产业。CAD/CAM等新技术在制造业的应用,对制造业的制造模式和市场形势产生了巨大影响,促进了生产模式的转变和制造业市场形势的变化。

2、数控加工制造技术

数控技术是现代先进制造技术的基础和核心。开放式计算机数控系统应用软件模块化的体系结构，体现出卓越的性能，能在不同计算机软件平台下使用，操作和维护都更便捷快速，更换软件更简单，具有很高的性价比，已成为当今数控系统发展的方向。世界各国机械制造业广泛采用数控技术，不但提高了机械制造能力和水平，而且也提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进机械制造技术已成为世界各国加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

3、精密与超精密加工技术

随着航空航天、计算机、材料科学、激光和自动控制系统等高科技产业的迅猛发展,综合应用当今先进的加工技术,使机械加工精度已经提高到了0.01μm的亚纳米级,并向纳米级发展。精密加工和超精密加工技术是现代制造技术的前沿和主要发展方向之一,它已经成为国际科技竞争中能否取得成功的关键技术。

4、柔性自动化技术

柔性制造技术是一种融合了数据技术、机器人技术及计算机技术等多个专业领域的先进的机械制造技术。基于计算机的统一控制，采用柔性制造技术可以实现普通设备与先进的自动化生产设备的同步使用，且能够在某些生产环节采用人工介入的方式，从而整合出适合多种产品及小批量生产的系统。柔性制造系统包括自动加工系统、自动物流系统、自动仓库系统、自动监控系统及计算机控制系统等多个子系统，其具备较好的适应外界因素干扰的能力，可以进行自装自卸，零件可以自行整合，真正实现工作流程一体化。

5、超高速切削、磨削技术

超高速加工技术是指采用超硬刀具和磨具,利用能可靠实现高速运动的高精度、高自动化和高柔性的制造设备,以提高切削速度来达到提高材料去除率、加工精度和加工质量的先进加工技术。具有切削力小、热变形小、加工精度高和降低加工成本等优越性。

结束语

总而言之，在机械制造领域，机械设计占据重要地位，设计人员除了具有必备的设计能力之外，还需具有严谨的做事态度。机械设计并不是一件容易的事，设计人员应将自己的经验阅历与科学技术方法相结合，遵循一定的设计准则，善于总结、结合实际、学会创新与继承，这样设计制造出的产品才能得到用户的青睐。

参考文献：

[1]关仁杰,赵静.浅谈加强机械设计的途径及其重要性[J].华章.2012(18).

[2]孙永春.谈机械设计在机械制造中的关键性[J].科技创新与应用.2012(19).