現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝綜述

張川吉（河北省保定市立中車輪制造有限公司，河北 保定 071000）

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝綜述

張川吉
（河北省保定市立中車輪制造有限公司，河北 保定 071000）

摘 要：自從改革開放以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，同時(shí)也帶動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造進(jìn)入了全新的發(fā)展階段。近些年來，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝水平有了大幅度的提升，不僅促進(jìn)了機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的提高，還推動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展。據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造已經(jīng)邁向全球化。機(jī)械設(shè)計(jì)制造不但要借鑒國(guó)外成功先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，還要充分的利用現(xiàn)有資源，對(duì)機(jī)械制造企業(yè)進(jìn)行全面的技術(shù)改造。本文從現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝進(jìn)行分析探討，希望能與各位同行共勉發(fā)展。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械；設(shè)計(jì)制造；工藝研究

機(jī)械設(shè)計(jì)制造由來已久，從人類處在原始社會(huì)的時(shí)候，就有意識(shí)的將磨得尖利的石頭作為工具去捕食打獵，之后隨著人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，漸漸發(fā)展出機(jī)械制造的工具，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步，人類的機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)也在不斷的提高。如今，科學(xué)技術(shù)日漸發(fā)達(dá)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用，同時(shí)的也是現(xiàn)代制造產(chǎn)業(yè)中不可缺少的重要組成部分，它的發(fā)展進(jìn)步也對(duì)我國(guó)工業(yè)體系的完善有著極其重要的意義。以下將對(duì)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝進(jìn)行全面的分析闡述。

一、我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

為了與國(guó)際市場(chǎng)接軌，滿足國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工業(yè)自從改革開放以來取得了長(zhǎng)足的發(fā)展進(jìn)步。除了借鑒國(guó)外的先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，還充分的利用國(guó)內(nèi)資源，加快了對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)的技術(shù)改進(jìn)。在經(jīng)過幾十年的改革努力后，我國(guó)無論是在機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的設(shè)計(jì)水平還是生產(chǎn)技術(shù)水平上都得到了極大的提高和進(jìn)步，并且產(chǎn)品的質(zhì)量也得到了保證。這些都推動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國(guó)進(jìn)出口貿(mào)易的繁榮。據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，無論是玩具服裝，還是電器機(jī)械，中國(guó)制造的標(biāo)志都會(huì)在全球所銷售的產(chǎn)品中出現(xiàn)。這一點(diǎn)說明了我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)在全球占據(jù)了一定的地位。因?yàn)槿绻覈?guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工業(yè)沒有得到很好的發(fā)展，就不會(huì)有上述現(xiàn)象的出現(xiàn)，因?yàn)檫@些都是以機(jī)械生產(chǎn)制造為依托的。

但是，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)還存在著許多不足之處，以下從兩方面進(jìn)行闡述：一是沒有合理的機(jī)械工業(yè)結(jié)構(gòu)。從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)方面來看，在我國(guó)的市場(chǎng)需求中，中低端產(chǎn)品遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過市場(chǎng)所需，而高端產(chǎn)品卻供不應(yīng)求，產(chǎn)品缺乏；從機(jī)械設(shè)計(jì)制造分布地區(qū)來看，中西部地區(qū)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于東南部地區(qū)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)；從人才資源方面來看，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)缺乏創(chuàng)新性、高端的設(shè)計(jì)人才以及杰出管理人員，大多數(shù)都是一般性的制造加工人員；從組織結(jié)構(gòu)方面來看，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)缺乏一些特色鮮明的大企業(yè)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力不足；從形態(tài)結(jié)構(gòu)方面來看，我國(guó)缺乏現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)，大多數(shù)都是傳統(tǒng)的制造加工業(yè)。二是缺乏自主創(chuàng)新能力。盡管當(dāng)前我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造在全球范圍來看，屬于工業(yè)大國(guó)，但是是以中低端產(chǎn)品的大量生產(chǎn)為依據(jù)的，面對(duì)高端裝備仍然需要從國(guó)外進(jìn)口。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因就是我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)缺乏自主創(chuàng)新能力，產(chǎn)品的升級(jí)換代沒有強(qiáng)有力的技術(shù)作為支撐。再加上政府和企業(yè)往往把目光盯在眼前的經(jīng)濟(jì)效益上，長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展眼光不足；強(qiáng)調(diào)工業(yè)生產(chǎn)的重要性，卻不注重科學(xué)研究；先進(jìn)技術(shù)依賴引進(jìn)，但是不重視消化吸收。

二、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造的特點(diǎn)分析

對(duì)機(jī)械的零部件以及整體進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程就是常說的機(jī)械設(shè)計(jì)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要從零部件的大小尺寸以及機(jī)械的結(jié)構(gòu)、力的傳遞以及工作原理等多方面進(jìn)行綜合的計(jì)算，并且要將結(jié)果轉(zhuǎn)化為具體的描述，這樣才能以此為依據(jù)進(jìn)行機(jī)械制造。機(jī)械工程中極其重要的一部分就是機(jī)械設(shè)計(jì)，它不但是機(jī)械生產(chǎn)的第一個(gè)步驟，更是決定機(jī)械性能好壞的最主要因素。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造的發(fā)展進(jìn)步與許多方面息息相關(guān)，除了基礎(chǔ)的機(jī)械專業(yè)之外，還與現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)、學(xué)歷學(xué)、控制理論與技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)以及自動(dòng)化領(lǐng)域有著極為重要的聯(lián)系。特別是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)電子信息技術(shù)高速發(fā)達(dá)，被廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，也對(duì)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造起到了推動(dòng)的作用?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造相比，具有以下四個(gè)特點(diǎn)：

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造重點(diǎn)在于對(duì)新方法以及新經(jīng)驗(yàn)的分析研究，而傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造重點(diǎn)在于對(duì)設(shè)計(jì)人員的主觀態(tài)度以及感性經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)人員的判斷能力以及技藝要求較高?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造中還加入了計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠與當(dāng)前發(fā)展潮流相結(jié)合。

2 機(jī)械本身能夠達(dá)到的能力是傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中最重要的一方面，而各個(gè)要素的配合是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造中更加看重的方面。以下從具體的方面進(jìn)行介紹：在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造的時(shí)候，要將人與周圍的環(huán)境與制造理念相互結(jié)合起來，在對(duì)人的生物性以及感官等因素進(jìn)行考慮之后，要對(duì)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)進(jìn)行嚴(yán)密的考慮，將機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造以及使用維修等充分進(jìn)行考慮，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造的可持續(xù)發(fā)展。

3 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造的設(shè)計(jì)領(lǐng)域更為廣泛，設(shè)計(jì)手段更為多樣化與先進(jìn)化，能夠?qū)αW(xué)能力進(jìn)行很好的把握。而傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中，更加看重力學(xué)的作用。

4 傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造工業(yè)，是在總目標(biāo)之下形成多層次的設(shè)計(jì)方案，將各個(gè)設(shè)計(jì)方案逐一進(jìn)行修改之后進(jìn)入下一步驟的工作，因此，一個(gè)設(shè)計(jì)的完成往往消耗掉大量的資源以及時(shí)間，而修改好之后的方案也往往無法保證在制造過程中達(dá)到設(shè)計(jì)方案的要求。而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造能夠有效的避免出現(xiàn)重復(fù)浪費(fèi)的現(xiàn)象，利用計(jì)算機(jī)來輔助設(shè)計(jì)制造，將數(shù)字與方案輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)得出機(jī)械設(shè)計(jì)立體圖，機(jī)械設(shè)計(jì)制造人員在計(jì)算機(jī)上通過調(diào)整內(nèi)部數(shù)字，就能夠快速準(zhǔn)確的得出最佳設(shè)計(jì)方案。

三、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造的創(chuàng)新

在對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造進(jìn)行創(chuàng)新的時(shí)候，需要機(jī)械設(shè)計(jì)將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)成果與自身的創(chuàng)造性思維相結(jié)合，將機(jī)械設(shè)計(jì)的樣式新穎、功能實(shí)用且具有創(chuàng)造性。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法主要是機(jī)械的優(yōu)化、計(jì)算機(jī)輔助、有限元以及機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)制造技術(shù)等等?，F(xiàn)階段，機(jī)械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)制造中，專家系統(tǒng)以及人腦研究發(fā)展、人工智能以及思維科學(xué)越來越受到人們的重視。因?yàn)檫@一些一方面為機(jī)械設(shè)計(jì)制造方法提供了一定的理論基礎(chǔ)，另一方面對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，不但有助于人類創(chuàng)新性思維的發(fā)展，還能夠推動(dòng)許多科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造的主要內(nèi)容包括以下兩方面：其一是改善現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品在生產(chǎn)生活中的可靠性、實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性等的性能；其二是為了滿足新時(shí)代生產(chǎn)生活的需要，而設(shè)計(jì)制造新的機(jī)械產(chǎn)品。機(jī)械設(shè)計(jì)制造的核心就是摸索機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)明的方法、原理，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)制造過程進(jìn)行定量化與程式化的看待。

我國(guó)機(jī)械工業(yè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)良好，很大原因得益于我國(guó)地廣人口眾多的原因。但是，恰恰是這種模式，使得我國(guó)機(jī)械工業(yè)處于粗放式的發(fā)展模式下。究其原因，一是我國(guó)政府對(duì)機(jī)械工業(yè)發(fā)展的宏觀調(diào)空不足，導(dǎo)致同一類型的機(jī)械產(chǎn)業(yè)不斷的在重復(fù)建設(shè)，卻沒有實(shí)質(zhì)上的發(fā)展變化。

二是我國(guó)機(jī)械企業(yè)雖然較多，但是普遍缺乏創(chuàng)新力，加上各區(qū)域發(fā)展不平衡，導(dǎo)致了整體行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力下降，經(jīng)濟(jì)效益不高。因此，我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的當(dāng)務(wù)之急就是以提高機(jī)械行業(yè)的整體質(zhì)量為根本，改變機(jī)械工業(yè)的粗放型增長(zhǎng)方式，轉(zhuǎn)向集約型增長(zhǎng)方式。

長(zhǎng)期以來，為了加快我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展步伐，我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展往往會(huì)采取從國(guó)外采購(gòu)、國(guó)內(nèi)組裝的發(fā)展模式。這樣不但造成本土設(shè)計(jì)制造技術(shù)的落后，還嚴(yán)重影響著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)效益，這也是我國(guó)機(jī)械工業(yè)發(fā)展所面臨的最大發(fā)展瓶頸與障礙。因此，我國(guó)機(jī)械工業(yè)應(yīng)當(dāng)抓住十二五期間的優(yōu)惠發(fā)展政策，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造的技術(shù)提升，摒棄以往傳統(tǒng)的發(fā)展模式，加強(qiáng)開發(fā)新產(chǎn)品，新技術(shù)，將零部件與主機(jī)相互結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)二者之間的共同發(fā)展進(jìn)步。同時(shí)還要堅(jiān)持綠色發(fā)展觀，在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)過程中，盡可能的減少消耗，節(jié)能減排，重視當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護(hù)。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過程中，以綠色環(huán)保為基本目標(biāo)，引導(dǎo)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)朝著現(xiàn)代化以及綠色環(huán)保的新型化工作道路方向發(fā)展。

四、機(jī)械制造中先進(jìn)技術(shù)分析

1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在制造業(yè)中最成功的就是輔助機(jī)械設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，這也是制造領(lǐng)域在20世紀(jì)最突出的成就之一。計(jì)算機(jī)技術(shù)是當(dāng)前階段發(fā)展速度最快，由多門學(xué)科綜合起來的技術(shù)?，F(xiàn)階段，在全球各國(guó)已經(jīng)形成了相關(guān)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)。制造業(yè)的制造模式以及市場(chǎng)形勢(shì)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助下發(fā)生了巨大的變化，并且促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)制造的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變以及制造業(yè)市場(chǎng)形式的轉(zhuǎn)變。

2 數(shù)控加工技術(shù)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步促使當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品在形狀以及結(jié)構(gòu)上發(fā)生了許多變化，而零件加工的質(zhì)量也隨之越來越高?，F(xiàn)階段，單件以及中小批量的產(chǎn)品在一般機(jī)械設(shè)計(jì)加工制造中所占的百分比越來越高。為了保證降低成本，提高生產(chǎn)率，并保證產(chǎn)品的質(zhì)量，這就對(duì)加工中的自動(dòng)化以及機(jī)床提出了更高的要求。因此，在這種環(huán)境下數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。這種加工技術(shù)能夠滿足產(chǎn)品對(duì)質(zhì)量的要求，對(duì)零件形狀復(fù)雜化的要求，并且能夠高校的生產(chǎn)中小批量產(chǎn)品，且精度能夠達(dá)到要求。目前，數(shù)控技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域已從航空航天普及到汽車、機(jī)床等制造業(yè)及其他中小批量生產(chǎn)的機(jī)械制造行業(yè)中。

3 精密與超精密加工技術(shù)

當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)制造精密加工已經(jīng)發(fā)展到0.01μm亞納米級(jí)，在各種高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展支持下，當(dāng)今先進(jìn)的加工技術(shù)已經(jīng)朝著納米級(jí)方向發(fā)展。因此，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的未來發(fā)展方向之一就是精密以及超精密加工技術(shù)。當(dāng)前國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)就取決于精密以及超精密加工技術(shù)，尤其是現(xiàn)代武器制造以及尖端產(chǎn)品的研發(fā)中，精密加工技術(shù)已經(jīng)占據(jù)了極其重要的地位。

4 超高速切削、磨削技術(shù)

超高速加工技術(shù)能夠提高加工的精度以及質(zhì)量、材料去除率等不但加工精度高、成本低，而且具有熱變形小以及切削力小等優(yōu)點(diǎn)。它是利用高自動(dòng)化、高精度的制造設(shè)備，能夠通過高速運(yùn)動(dòng)達(dá)到以上目的的，超硬刀具以及磨具是超高速切削、磨削技術(shù)中需要用到的工具。

五、機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的發(fā)展方向

1 網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前形勢(shì)下，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們工作生活，乃至各行各業(yè)所不可或缺的重要工具。這在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝中同樣適用，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普遍化改善了產(chǎn)品在制造設(shè)計(jì)的時(shí)候，面臨材料選購(gòu)以及市場(chǎng)開發(fā)異地性的空間限制。人們可以以網(wǎng)絡(luò)為媒介，使得機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)在強(qiáng)化管理學(xué)習(xí)的同時(shí)，能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行技術(shù)信息的交流。而機(jī)械設(shè)計(jì)制造也會(huì)在網(wǎng)絡(luò)化的輔助下得到更加快速的發(fā)展。因此，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)計(jì)制造的主要發(fā)展方向。

2 智能化發(fā)展

智能化是21世紀(jì)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。智能化是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心里學(xué)、生理學(xué)和混飩動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法、模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，使機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品具有低級(jí)智能或人的部分智能，取代或是協(xié)助人類工作的工作。

3 微型化

幾何尺寸小于1cm3的機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品在國(guó)外通常被稱為微電子機(jī)械系統(tǒng)或者是微機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)，現(xiàn)在更朝著微米以及納米級(jí)的方向發(fā)展。體積小、耗能少、操作靈活是為機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)所在，并且其功能齊全，這反而需要更加精確的生產(chǎn)技術(shù)。除此之外，為機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品還能夠節(jié)約企業(yè)用地規(guī)模，節(jié)省土地資源，在原有土地的基礎(chǔ)上，微機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品能夠比普通機(jī)械設(shè)備多放兩臺(tái)甚至更多。因此，微機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品被應(yīng)用在軍事信息、生物醫(yī)療上具有極大的優(yōu)勢(shì)以及潛力。然而，現(xiàn)階段微機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展存在一定的瓶頸，那就是微機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品加工的技術(shù)屬于超精密技術(shù)。

結(jié)語

總的來說，機(jī)械設(shè)計(jì)制造工業(yè)涉及的范圍廣，復(fù)雜程度高。而我國(guó)當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)制造工業(yè)尚處于粗放型發(fā)展模式，因此當(dāng)務(wù)之急是要改變傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變，由粗放型發(fā)展模式向集約型發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。還要對(duì)設(shè)計(jì)制造工藝進(jìn)行研究，提高生產(chǎn)技術(shù)，完成我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)從量化向質(zhì)化的轉(zhuǎn)變，提高我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

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中圖分類號(hào)：TH122

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