机械设备制造工厂的整体技术要求更侧重于对于一些配件和部件的组装应用

对于标准件以及常用件的一些技术特征要了熟于心。比如要清楚各类轴承，带传动，链传动，齿轮传动，丝杠传动，蜗轮蜗杆等的使用场合，使用方式，以及相关的技术特征。

② 知道 N 家常用件供应商并熟练翻阅其产品样本

现在机械设计趋向于模块化，对于机械设备制造工厂的整体技术要求更侧重于对于一些配件和部件的组装应用。

③ 熟悉原材料情况

比如你要知道目前市场上有卖的冷轧或热轧铁板以及各类型材的规格尺寸，有经验的工程师往往都会知道你安排给采购的单子往往到最后是会变得面目全非的。

④ 熟练翻阅机械设计手册

所谓万变不离其宗，机床亦是如此。

在这个过程中就需要你熟练掌握一些常用机构或装置的功能和特性。而我们所常见的车，铣，钻，刨，磨，镗等机床上应用的结构或原理都是经过了数十上百年的考验，对于其稳定性和可应用性我们无需过多地怀疑。

其实说这么多，想表述的就两字，对于这些稳定的常用的结构我们要学会在设计新机床时“借鉴”或者说是“参照”。

⑤ 具备一定的机床装配能力

很多人会问，这完全是装配工的活了，我做为一个设计人员过多地了解这方面知识干什么？当然，会这么问的往往都是些刚入行的新手。

当你永远不去了解这方面的知识时，就永远理解不了针对一条长轴进行过渡或过盈装配时，因为你那图纸上的左轴承位和右轴承位相距太大，而轴承却只能从左到右或从右到左装配时，那两轴承位之间那么长一段装配距离所带来的痛苦。

⑥ 具备一定的电气，液压，气动等方面的知识

社会分工越来越细，个人工作方向越来越专。当然，这里强调这些“旁系”学科并不是要求作为一个机械设计人员，必须得能够根据机床功能进行液压或气动的集成块的油路布置或进行强电线路的规划或弱电程序的编写。

⑦ 养成在生活中捕捉，发现，简化，总结，借鉴的能力

对于一个搞机械设计的人员，在日常生活中应当更擅长去发现“动”的事物和现象。我们举些简单的例子，比如冰箱，就算你不知道它的制冷原理

再比如汽车后轮差速器，去琢磨当汽车转弯时候左右轮为什么出现速度差等，这些都是要求我们在日常生活当中去捕捉去发现，并去琢磨，然后再进行提炼最后都是可以在设计中进行借鉴的。

当然，最好的学习和领悟的机会是在机床展会上，相信很多有经验的设计工程师对此深有体会。机械设备会展既是销售人员的一个良好的拓展舞台和机会，同时也是机械设计人员学习别人优秀设计经验和认知当前机械设备发展概况的良好机会。

⑧ 略知钣金知识

一个好的设计作品，应当是让外行人来观看时，能让他们在头脑里第一印象做出 “美观”，“先进”，“牢固”，“稳定”等判断。很多机械设计工程师往往侧重关注于机床功能，效率，精度等一些技术性层面的东西

举个简单的例子，要是把奥拓车的外围钣金套弄到奥迪车上，我相信很大比例的客户无法认同和接受。苹果手机之所以卖得差不多人手一机，除了它的完善功能以及运算速度的优异，当然其“美感”的产品外观设计也是很大一部分原因。

说了这么多，无非是突出在机械设计中要求注重机床的外围钣金设计，以及线路管道布局或油漆色彩的协调。当你不熟悉不了解各类钣金加工设备情况时，往往会出现在能进行折弯的地方采用铁板焊接处理，能进行弯管的部位采取直线管道拼接，能进行裁剪的地方出现弯弯扭扭的气割痕迹。

⑨ 略知金属材料与热处理知识

对于事物或技能的掌握程度我们可分为认知—略知—掌握—熟练这么些阶段。我们作为机械设计工程师，因为我们从事的这个行业交叉性的学科比较多。

所谓业精于专，当然我们的前提是做好自己设计范畴内的事情，而这里所要求知晓的金属材料与热处理知识，并不是要求你能熟记铁碳合金相图，以及各类金属在不同温度不同热处理工艺下的金相组织形态。但一些基础性的知识还是需要了解或掌握的。

举个简单的例子，车间的师傅请你帮他弄一条刚性好些的车床用的深孔镗杆，你一听是要弄一条又粗又壮的高刚性的东西，结果在图纸的材料栏里写了个 40Gr，等采购买回来，加工，热处理后，一焊接，发现 YG6 的刀粒铜焊怎么都焊不到那条又粗又壮的刀杆上去。

⑩ 设计软件只是工具，而非使用它就是目的

我们做机械设计的要明白，软件只不过是替代了传统的图板和丁字尺的一个工具而已。应当把主要的精力和时间花在纯粹的设计构想当中，而不是让自己被这些功能庞大的软件给捆绑。

02

机械设计过程概述

① 形成设计构想和完善整体策略

机械设计的过程往往是从整体到局部细化的过程。所谓整体，就是指一个总的全局观。比如拿到某个课题（设计某样功能的机器），首先要在头脑里形成一个总体的模糊性的设计概念（这时要考虑的是一些全局性因素）。

再比如要考虑你所将设计的机床的大体尺寸，总高，总长，总宽（考虑到实际车辆和道路运输情况再决定该机是散装运输还是整机运输）。在考虑这些大致方向性的基础要素的同时，也要同时考虑初步的机床功能实现方式。

去除材料的方式有：车削/铣削/钻削/刨削/磨削/拉削/锯削/插削/冲压/裁剪/激光切割/水切割/火焰切割/等离子切割/火花电蚀等

增加材料的方式有：焊接/分层轮廓加工（3D打印机）

在如此多的成型方式里借鉴和确定某一种最合适的成型方式作为所要设计的机床的最基础理论架构。

② 确定机床初步结构方式

基于上述内容确定一个初步的机床结构布置性方案。比如客户提供的要由你所设计的机器加工的料是类似工字钢一类的较长型材（此时要综合考虑在机床加工时客户上料以及下料的便捷性，安全性等因素，同时考虑客户是单条加工还是成捆多条同时加工。）

当然，结合实际情况也可以采取工作台（物料）移动形式（类如龙门铣床）。有了个大致性的初步策略后，再接着就要考虑机床的生产效率和精度要求。对于此两项要求肯定是要结合设备造价来确定。例如是否采用多工位结构，是否采用多机头结构，是否需要加快各部位工进或快进的速度（速度高了对于驱动的功率要求就大了。

③ 确定各部件或总成的结构形式和功能

在确定了机床成型方式和整体初步结构后就要对各部位进行初步规划，这时要比较清晰和明了各部位的功能以及确定采用何种机构来实现这些部位的功能。

比如对于易损件或耗材或对于一些需要经常调校的装置和机构就要求考虑合理的拆装和维修时的便利性。

例如当我们确定采用常用的直线进给机构时所要考虑的问题有如下方面：（结合实际的效率和精度需求明确某种实现形式，常用的当然有导轨加丝杠这种形式，至于是采用滑动摩擦丝杠还是滚动摩擦的丝杠则要根据实际情况确定。传动效率，定位精度，动态响应性，负载情况，速度特性，螺纹升角，丝杠所能承受的轴向载荷，导程，造价成本，等因素都要综合考虑。）

对于刻意要弄些让一般人玩不转的，弄不清状况的设计，个人不表示赞成。当然前提条件是我们完全可以采用一维线性运动或二维平面插补或三轴联动来解决的情况。

采用伺服电机和直线滚动摩擦性质驱动和导向装置能完美解决那些需要间歇的，加速的，行程放大的，特殊运动曲线的功能要求下为何还要去弄那些复杂的，且制造困难的，不通用的，让维修和装配人员眼花缭乱，莫名其妙的且还大都是些滑动摩擦关系的机构呢？

当然，对于一些必须的和必要的机构还是无法完全采用现代快餐式的设计文化来填补和实现。比如应用偏心装置得到振动特性或夹具上的快速锁紧装置。或者是要利用超越离合器得到反转失效等工况。

④ 零件设计

第一，考虑该零件的制造批量。（若是大批量制造某个零件时要充分考虑机床夹具所用的定位基准，工艺孔等“多余”的因素。）

第二，考虑该零件的成型方式的特点。（比如某高速旋转的盘类零件，当采用铸造成型时，因不可避免地会存在组织疏松或气孔等缺陷，而这类工艺特征不进行后期动平衡处理必然会导致在高速运转状态下产生过大的离心力，间接地会出现轴承发热，异响，寿命短等现象。

第三，考虑该零件的原材特性。（比如一片状薄板类零件，我们首先想到采用铁板取料，当然取料的方式可以是激光切割/水切割/火焰切割/甚至线切割/或是冲压。。。这就要结合该零件的最佳经济效益来决定。

第四，考虑该零件的加工夹具。（对于单件小批量制造应在设计时尽量避免一些在通用机床上无法加工，必须得用专用夹具来进行生产加工的情况。）

第五，考虑制造该零件的刀具。（在设计零件时要充分考虑在市场上可购买到的且适合自身机床装夹和使用的刀具。尽量避免定制非标刀具。这个部分就要求略知一些刀具的国家标准。比如你在零件上设计了一个孔，且这个孔是有比较高的圆柱度和光洁度要求。一般我们对于孔的工艺是钻孔或车孔—铰孔或镗孔—或内圆磨。但你这个孔的直径值若是选得不接近刀具第一系列或第二系列时，在标准刀具市场买不到对应的钻头铰刀一类刀具情况下就会变得非常麻烦。）

第六，考虑加工这个零件的机床的加工范围。（机床都有固定的加工能力范围参数。比如 C6132表示卧式车床可以实现最大零件回转直径是 320。M7130*1000 代表卧轴矩台平面磨床可一次装夹磨削宽度是 300，长度是 1000的平面。所以，在设计零件时就要结合这些机床参数考虑加工母机的可夹持或可加工性。）

⑤ 工程图纸的相关问题

结合国内众多的“山寨”小作坊式的工厂的实际情况，设计图纸的规范化和标准化是个比较矛盾的问题。按正常的，规范的，严谨的，科学的方法和方式来说，一个生产机械设备工厂的技术部门，本应当具备专职的绘图人员，图纸审核人员，工艺规划人员，工装夹具制作人员，以及专职的电气工程师，液压气动工程师或程序员。

在此，只讨论基于上述一人多能的状况下的图纸实用性的相关问题。（所述可能不适用在具备明确分工，各司其责的规范化公司做事的朋友。）

第一，做为设计人员，在保持谦虚好学的同时更要具备自我主见和独立判断能力。这情况相信很多朋友都有深刻体会，老板是这么说，车间主任那样说，生产经理又有个另外的想法，客户还会提个“合理”的要求。

而你更觉得没了设计自由，觉得和这些泥腿子扯淡完全是夏虫不可语冰，被约束，被束缚太多，完全被禁锢在指指戳戳和无数的马后炮中。

第二，对于图纸要素要做到知其然亦知其所以然。很多新手出具的图纸往往都“干干净净”异常“整洁”，没有粗糙度标记，没有形状和位置公差要求，没有备注的技术要求，所有的线条粗细都是一致，尺寸缺失，尺寸多余，尺寸链封闭，图纸上体现不出加工和测量的基准，N 多虚线图素等等状况。

举个简单的例子，当你设计一条轴时（轴承中间布置的情况），我们要明白这条轴在最后磨削处理时的加工基准是两轴端的中心孔，而我们装配后用百分表检测其某段轴段的跳动情况时的测量基准却是基于中间的轴承位A和轴承位B之间的中心轴线，所以，你觉得在图纸上标注其任意轴段跳动公差时的测量基准是能任意标注么？

⑥ 设计的灵魂—计算，校核

我认为咱机械设计所包含的计算可以大致分为如下几类：

1. 支持 PLC 或数控系统或运动控制卡等这一类东西所需要的程序逻辑算法。举个简单的例子就是比如解决一只N轴联动的机械手的算法问题。需要考虑当臂关节平面移动，臂关节转动，肘关节平面移动，肘关节转动，腕关节转动，指关节摆动。。。。

2. 紧密联系物理现象的计算。比如静力学，材料力学，弹性力学，流体力学.....

当设计某个零件时，首先要考虑这个零件所要承担或完成什么任务，再结合这些任务去确定这个零件的形状，确定形状和所需要满足的运动关系尺寸后再去针对这个零件的受力状态和受力性质以及材质同时考虑转速/热变形/以及设计寿命等等诸多因素后到最后才能下手去确定各个部位的形状和位置尺寸。

3. 对于零件或部件加工或组装时候的工时以及各项工艺参数的计算。就比如制造某款设备，铁板下料部分需要进行铁板排料的计算。

我最近在弄的一款设备（数控全自动锯片磨齿机）的计算书，光是解决锯片的转角/转速和砂轮的位移量及变化率的函数关系推导部分就有十几页A4纸内容（这个就属于第一类的计算性质）。

之前弄过的像某型设备工作台不同载荷性质下的承载能力的计算和某弹性体共振频率的确定等都属第二类性质的计算。当然第三类性质计算严格说可以归纳为工艺范畴。

那咱们那些缺少逻辑思维的机械设计同行怎么办呢？对，逆向！就是从后往前看。现在的软件技术以及传感技术这么发达，很多时候我们可以避开那类繁杂的计算和验算的步骤。

举个简单例子，比如想知道不同转速下某条输出轴的输出扭距情况。直接拿个测扭仪连接在该输出轴上针对各个转速读取就行。那什么电机的功率因素，传动部件间的摩擦，不同传动部件间由于不同的质量和速度引起的加速度啥的咱都给考虑完整了，这样读取的数值将会比从前往后看模式下进行计算而得到的数据更为精确，有效。

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