牛人給你詳解機械設(shè)計全過程

1、人給你詳解機械設(shè)計全過程!我從業(yè)十年來當(dāng)過小工、 總工。造過鋸床，3軸數(shù)控銑床，3D打印機，多線切割機，鋸片磨齒機；也曾扯虎皮，造大旗，占山為王。置場地，買機器，修機器，改機器，做夾具，做模具，搞生產(chǎn)，搞裝配，接油管又接電線。近來得空，拼湊一文，與諸位分享。機械設(shè)計全過程1.形成設(shè)計構(gòu)想和完善整體策略機械設(shè)計的過程往往是從整體到局部細(xì)化的過程。所謂整體，就是指一個總的全局觀。比如拿到某個課題（設(shè)計某樣功能的機器），首先要在頭腦里形成一個總體的模糊性的設(shè)計概念（這時要考慮的是一些全局性因素）。 比如要考慮客戶要加工的料的材質(zhì)（各項物理性能、硬度、度、屈服點、耐磨性、韌性、比熱、密度等），形狀（板

2、材還是型材還是鑄件鍛件），再比如要考慮你所將設(shè)計的機床的大體尺寸，總高,總長，總寬（考慮到實際車輛和道路運輸情況再決定該機是散裝運輸還是整機運輸）。在考慮這些大致方向性的基礎(chǔ)要素的同時也要同時考慮初步的機床功能實現(xiàn)方式。也就是采取何種工藝或方法來成型，就目前的成型方式來說可分不去除材料的方式和去除材料的方式以及增加材料的方式不去除材料的方式有：鑄造、 鍛造、擠壓、冷軋、折彎、滾壓、卷圓、彎管、旋壓。去除材料的方式有：車削、 銃削、 鉆削、刨削、磨削、拉削、鋸削、插削、沖壓、裁剪、激光切割、水切割、火焰切割、等離子切割、火花電蝕。增加材料的方式有：焊接、分層輪廓加工（3D打印機）在如此多的成型方

3、式 里借鑒和確定某一種最合適的成型方式作為所要設(shè)計的機床的最基礎(chǔ)理論架構(gòu)。2. 確定機床初步結(jié)構(gòu)方式基于上述內(nèi)容確定一個初步的機床結(jié)構(gòu)布置性方案。比如客戶提供的要由你所設(shè)計的機器加工的料是類似工字鋼類的較長型材，此時要綜合考慮在機床加工時客戶 上料以及下料的便捷性、安全性等因素，同時考慮客戶是單條加工還是成捆多條同時加工在此狀況下我們可能就會傾向于確定大概設(shè)計思路是在加工時候采取被加工件固定（靜止）而采取刀具以及刀具總成移動的初步策略（類如激光切割機）。當(dāng)然，結(jié)合實際情況也可以采取工作臺（物料）移動形式（類如龍門銑床）。 有了個大致性的初步策略后，再接著就要考慮 機床的生產(chǎn)效率 和精度要求。對

4、于此兩項要求肯定是要結(jié)合設(shè)備造價來確定。例如是否采用多工位結(jié),速度高，定位精度構(gòu)，是否采用多機頭結(jié)構(gòu)，是否需要加快各部位工進(jìn)或快進(jìn)的速度了對于驅(qū)動的功率要求就大了 ，又要考慮速度高了機構(gòu)慣性大了下降了，若采用大功率大慣量的電機就直接意味著成本的上升。此時也要。 同時兼顧機床整體的剛性以及重心問題或考慮必要的結(jié)構(gòu)共振頻率問題還要兼顧人體工程學(xué)要求，對于操作位或某些需要經(jīng)常調(diào)整和操作的位置要考慮正常人操作時的便利性。3. 確定各部件或總成的結(jié)構(gòu)形式和功能，這時在確定了機床成型方式和整體初步結(jié)構(gòu)后就要對各部位進(jìn)行初步規(guī)劃要比較清晰和明了各部位的功能以及確定采用何種機構(gòu)來實現(xiàn)這些部位的功能。做這些規(guī)劃

5、的前提的前提就是要先考慮這個組件或部件的安裝和拆卸問題。比如對于易損件或耗材或?qū)τ谝恍┬枰?jīng)常調(diào)校的裝置和機構(gòu)就要求考慮合理的拆裝和維修時的便利性比如要更換一條三角皮帶，則要對該機進(jìn)行殺牛剝皮式的拆卸和更換那就不能算是一個好的設(shè)計。例如當(dāng)我們確定采用常用的直線進(jìn)給機構(gòu)時所要考慮的問題有如下方面合實際的效率和精度需求明確某種實現(xiàn)形式，常用的當(dāng)然有導(dǎo)軌加絲杠這種形式，至于是采用滑動摩擦絲杠還是滾動摩擦的絲杠則要根據(jù)實際情況確定。傳動效率、定位精度、動態(tài)響應(yīng)性、負(fù)載情況、速度特性、螺紋升角、絲杠所能承受的軸向載荷、導(dǎo)程、造價成本等因素都要綜合考慮。再比如間歇運動機構(gòu)，在電機控制技術(shù)還沒完善前，要實現(xiàn)

6、此類機構(gòu)那真是花樣繁多（槽輪形式，不完全齒輪形式）。個人認(rèn)為做機械設(shè)計難的是如何把復(fù)雜問題簡單化，對于那些挖空心思搞些精妙復(fù)雜的機構(gòu)，例如圓柱、圓盤凸輪機構(gòu)、詭異莫測的空間機構(gòu)、變化無窮的四桿機構(gòu)、以及一些考驗加工制造人員的不完全齒輪機構(gòu)和異形齒輪機構(gòu)等等。對于刻意要弄些讓 一般人玩不轉(zhuǎn)的，弄不清狀況的設(shè)計，我不表示贊成。當(dāng)然前提條件是 我們完全可以采用一維線性運動或二維平面插補或三軸聯(lián)動來解決的情況。采用伺服電機和直線滾動摩擦性質(zhì)驅(qū)動和導(dǎo)向裝置能完美解決那些需要間歇的，加速的，行程放大的，特殊運動曲線的功能要求下為何還要去弄那些復(fù)雜的，且制造困難的，不通用的，讓維修和裝配人員眼花繚亂，莫名其

7、妙的且還大都是些滑動摩擦關(guān)系的機構(gòu)呢？也許有人會說，組二維平面直線插補的運動平臺抹殺了多少前人留下的那些可以真正稱謂為機械設(shè)計精華的機構(gòu)。對于此，類舉個很有諷刺意味的笑話：某新兵進(jìn)行野外生存訓(xùn)練，餓著肚子搓了好幾個小時的木頭，還是沒能像祖先一樣實現(xiàn)鉆木取火，筋疲力竭之余摸出打火機和香煙，先坐石頭上抽根煙，緩口氣，繼續(xù)琢磨這鉆木取火的技巧當(dāng)然，對于一些必須的和必要的機構(gòu)還是無法完全采用現(xiàn)代快餐式的設(shè)計文化來填補和實現(xiàn)。比如應(yīng)用偏心裝置得到振動特性或夾具 上的快速鎖緊裝置，或者是要利用超越離合器得到反轉(zhuǎn)失效等工況4. 零件設(shè)計第一，考慮該零件的制造批量。 若是大批量制造某個零件時要充分考慮機床夾具

8、所用的定位基準(zhǔn)，工藝孔等“多余” 的因素。第二，考慮該零件的成型方式的特點比如某高速旋轉(zhuǎn)的盤類零件，當(dāng)采用鑄造成型時，因不可避免地會存在組織疏松或氣孔等缺陷，而這類工藝特征不進(jìn)行后期動平衡處理必然會導(dǎo)致在高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生過大的離心力間接地會出現(xiàn)軸承發(fā)熱，異響，壽命短等現(xiàn)象。再比如對于中碳鋼或高碳“被”淬火鋼原材料進(jìn)行氣割下料來獲取零件毛坯時很容易出現(xiàn)切割處現(xiàn)象。第三，考慮該零件的原材特性。比如一片狀薄板類零件，我們首先想到采用鐵板取料，當(dāng)然取料的方式可以是激光切割水切割、火焰切割、甚至線切割、或是沖壓。這就要結(jié)合該零件的最佳經(jīng)濟效益來決定。當(dāng)然不管是針對板材還是線材,不管是采用鋸切下料還是火

9、焰或激光或水切，都要注意排料問題。（追求材料最大利用率）第四，考慮該零件的加工夾具。 對于單件小批量制造應(yīng)在設(shè)計時盡量避免些在通用機床 上無法加工，必須得用專用夾具來進(jìn)行生產(chǎn)加工的情況第五，考慮制造該零件的刀具在設(shè)計零件時要充分考慮在市場上可購買到的且適合自身機床裝夾和使用的刀具盡量避免定制非標(biāo)刀具。這個部分就要求略知一些刀具的國家標(biāo)準(zhǔn)。比如你在零件 上設(shè)計了 一個孔，且這個孔是有比較高的圓柱度和光潔度要求一般我們對于孔的工藝是鉆孔或車孔一 鉸孔或鏜孔一 或內(nèi)圓磨。但你這個孔的直徑值若是選得不接近刀具第一系列或第二系列時，在標(biāo)準(zhǔn)刀具市場買不到對應(yīng)的鉆頭鉸刀一類刀具情況下就會變得非常麻煩。第六，

10、考慮加工這個零件的機床的加工范圍。機床都有固定的加工能力范320。圍參數(shù)。 比如C6132表示臥式車床可以實現(xiàn)最大零件回轉(zhuǎn)直徑是M7130*1000代表臥軸矩臺平面磨床可 一次裝夾磨削寬度是300,長度是1000的平面。所以，在設(shè)計零件時就要結(jié)合這些機床參數(shù)考慮加工母機的可夾持或可加工性。第七，考慮量具。零件制造完成了要求能應(yīng)用通用的檢具 ，量具來進(jìn)行測量。比如設(shè)計一組圓錐配合，你不選標(biāo)準(zhǔn)莫氏系列或常用的類似7： 24錐度或1： 50等這些錐度，而非要弄個7： 23或1： 47等錐度的話，那就在標(biāo)準(zhǔn)量具市場買不到通用的標(biāo)準(zhǔn)錐棒和錐套當(dāng)然若是采用二次元投影檢測或三坐標(biāo)檢測的零件則不在此情況約束范

11、疇內(nèi)第八，考慮熱處理要求。對于一些剛?cè)胄械呐笥褋碚f，在處理一些需要高耐磨性或需要良好的綜合力學(xué)性能的零件時候,其圖紙上往往會出現(xiàn)這樣的技術(shù)要求，材料Q235淬火后硬度達(dá)到HRC60,且要保證淬透性和硬度均勻。材料45#鋼一調(diào)質(zhì)后達(dá)58HRC。對于此類現(xiàn)象，只能建議您再去多翻翻金屬材料與熱處理的知識。5. 工程圖紙的相關(guān)冋題結(jié)合國內(nèi)眾多的“山寨”小作坊式的工廠的實際情況，設(shè)計圖紙的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化是個比較矛盾的問題按正常的，規(guī)范的,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，科學(xué)的方法和方式來說，一個生產(chǎn)機械設(shè)備工廠的技術(shù)部門，本應(yīng)當(dāng)具備專職的繪圖人員，圖紙審核人員，工藝規(guī)劃人員，工裝夾具制作人員，以及專職的電氣工程師，液壓氣動工程

12、師或程序員而在“小農(nóng)意識”的領(lǐng)導(dǎo)下經(jīng)過濃縮再壓縮處理后往往會精簡到一兩個人的狀況。且此一兩個人要在完成上述各職位工作的同時可能還要出具設(shè)備使用說明書，產(chǎn)品樣本的更新編排，投標(biāo)文件的編制等等一些技術(shù)人員的“ 活在此，只討論基于上述一人多能的狀況下的圖紙實用性的相關(guān)問題述可能不適用在具備明確分工，各司其責(zé)的規(guī)范化公司做事的朋友第一，做為設(shè)計人員，在保持謙虛好學(xué)的同時 更要具備自我主見和獨立判斷能力。這情況相信很多朋友都有深刻體會，老板是這么說，車間主任那樣說，生產(chǎn)經(jīng)理又有個另外的想法，客戶還會提個“合理” 的要求。理不好這些紛至沓來的意見或建議時，圖紙文件包名字將會從設(shè)計 1版逐漸變 到設(shè)計11版

13、對于此，咱們設(shè)計人員若是處理不好，往往會形成思維慣性和 依賴性。 久而久之我們就會進(jìn)入一個永遠(yuǎn)掙扎不出的死循環(huán) 里。 老板，冒充打獵車間主任，生產(chǎn)經(jīng)理總覺得你這人純粹就是腰上別只死耗子的。而你更覺得沒了設(shè)計自由，覺得和這些泥腿子扯淡完全是夏蟲不可語冰，被約束，被束縛太多，完全被禁錮在指指戳戳和無數(shù)的馬后炮中第二，對于圖紙要素要做到知其然亦知其所以然很多新手出具的圖紙往往都“干干凈凈” 異?！罢麧崱?，沒有粗糙度標(biāo)記，沒有形狀和位置公差要求，沒有備注的技術(shù)要求，所有的線條粗細(xì)都是 一致，尺寸缺失，尺寸多余，尺寸鏈封閉，圖紙上體現(xiàn)不出加工和測量的基準(zhǔn)，N多虛線圖素等等狀況。入行一段時間后，略有體會了

14、，結(jié)果可能又出現(xiàn)圖紙所標(biāo)注的尺寸公差以及形狀和位置公差要求讓人看就半身不遂，再一看直接癱瘓的狀舉個簡單的例子，當(dāng)你設(shè)計一條軸時（軸承中間布置的情況），我們要明白這條軸在最后磨削處理時的加工基準(zhǔn)是兩軸端的中心孔，而我們裝配后用百A和軸分表檢測其某段軸段的跳動情況時的測量基準(zhǔn)卻是基于中間的軸承位承位B之間的中心軸線，所以，你覺得在圖紙 上標(biāo)注其任意軸段跳動公差時的測量基準(zhǔn)是能任意標(biāo)注么？再例如當(dāng)你設(shè)計的類似法蘭連接的兩個零件不能實現(xiàn)理想的對接時，請不要第一時間去質(zhì)問 加工或工藝 安排人員的過失。你應(yīng)該拿起你出具的圖紙仔細(xì)看一看，是不是沒有了裝配止口了 ？是不是缺失了 “配作”這樣的技術(shù)要求了 ？是

15、不是缺失了螺孔位置度要求6. 設(shè)計的靈魂一計算、校核我認(rèn)為咱機械設(shè)計所包含的計算可以大致分為如下幾類：(1)支持PLC或數(shù)控系統(tǒng)或運動控制卡等這一類東西所需要的程序邏輯算舉個簡單的例子就是比如解決 一只N軸聯(lián)動的機械手的算法問題需要考慮當(dāng)臂關(guān)節(jié)平面移動，臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，肘關(guān)節(jié)平面移動，肘關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，指關(guān)節(jié)擺動。等一切運動所遵循的運動軌跡方程。(這類計算可歸類是純數(shù)學(xué)計算的性質(zhì)，物理性東西不牽涉。 )(2)緊密聯(lián)系物理現(xiàn)象的計算。比如靜力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力當(dāng)設(shè)計某個零件時，首先要考慮這個零件所要承擔(dān)或完成什么任務(wù)，再結(jié)合這些任務(wù)去確定這個零件的形狀，確定形狀和所需要滿足的運動關(guān)系尺寸后再

16、去針對這個零件的受力狀態(tài)和受力性質(zhì)以及材質(zhì)同時考慮轉(zhuǎn)速/熱變形/以及設(shè)計壽命等等諸多因素后到最后才能下手去確定各個部位的形狀和位置尺（3）對于零件或部件加工或組裝時候的工時以及各項工藝參數(shù)的計算就比如制造某款設(shè)備，鐵板下料部分需要進(jìn)行鐵板排料的計算金加工部分對于不同的加工性質(zhì)有不同的加工參數(shù)的計算以及不同的加工方法排列的計算，以及在這樣 的工藝參數(shù)下 各個步 驟所需要的加 工時間 的計算。我最近在弄的一款設(shè)備（數(shù)控全自動鋸片磨齒機）的計算書，光是解決鋸片的轉(zhuǎn)角/轉(zhuǎn)速和砂輪的位移量及變化率的函數(shù)關(guān)系推導(dǎo)部分就有十幾頁A4紙內(nèi)容（這個就屬于第一類的計算性質(zhì)）之前弄過的像某型設(shè)備工作臺不同載荷性質(zhì)下的承載能力的計算和某彈性體共振頻率的確定等都屬第二類性質(zhì)的計算。當(dāng)然第三類性質(zhì)計算嚴(yán)格說可以歸納為工藝范疇。好比是練武一般，如果沒有內(nèi)功的修習(xí)，就算是外家招式練得再剛猛 ，也永遠(yuǎn)達(dá)不到宗師級的境界。所以一個所謂的真正的機械設(shè)計師肯定是內(nèi)外兼修的。那咱們那些缺少邏輯思維的機械設(shè)計同行怎么辦呢對,逆向！就是從后往前看。 現(xiàn)在的軟件技術(shù)以及傳感技術(shù)這么發(fā)達(dá)，很多時候我們可以避開那類繁雜的計算和驗算的步驟舉個簡單例子，比如想知道不同轉(zhuǎn)速下某條輸出軸的輸出扭距情況直接拿個測扭儀連接在