机械工程师如何看懂机械设计流程，以避开更多“坑”？

最近比较频繁在探讨机械设计难不难，有没有前途？设计出来有多少坑，坑了多少任工程师，又有多少工程师给你填补。


作为一名机械工程师如何在设计时候避免更多的“坑”呢？当然专业的机械工程师只给他一台电脑即可就能画出海量的机械机构和零件，这也是机械工程师从零基础到精通实战出来的结晶，也是实践得真知，也没有一个机械工程师不接触基础就能够随随便便成为一名合格的机械工程师。

机械工程师如何看懂机械设计流程，以避开更多“坑”？


01


机械设计的流程


一、设备或产线项目研究，吃透每一处要求


一位搞机械设计的工程师如果只是整天在原来的产品基础上琢磨怎么优化，系列化，标准化改造，进一步提升其性能，那这是"有法可依"的工作，自然轻松多了，现在面对一个全新项目，就是平常所说的非标项目需要设计出来，那就是一种全新挑战，自然是一场攻坚战，是骡子是马，拉出来溜溜，看其真本事了。


首先要对项目各项要求开展仔细研究，一字一句，一条一条和项目拟定者或者客户进行交流，弄明白其真实意图。


项目要求，或项目计划一般包括以下内容：


1.功能与性能要求。


2.施工要求。


3.工期要求。


3.安装与调试要求。


4.检验与验收要求。


下面单说第一项要求，这是整个项目最核心的要求，只要能实现设备或产线的各项功能与性能指标，其他要求在商务谈判中都不是问题。


下来就开始做方案。方案设计优劣直接关系到后面细化设计的成败。怎样做好方案设计呢？机械设计联盟小编认为打仗需要先进行战略分析，对敌我主客观条件进行分析，对胜败把握性进行分析，从而做出对这场战争可行性的判断。项目设计也一样，首先进行的是可行性分析。


可行性分析可从以下方面着手：


1.未来设备或产线使用工况调研。包括现场地形，地势，设备预安装空间，和其他已有设备对接状况，周边运输通道，安装施工条件等细节。


2.对原来的生产工艺装备以及预设工艺方案进行对比分析。初步做出实现最新工艺装备的技术方案。


3.如果是全新项目要求，且市场上也无此类全功能接近性装备，则需要创新规划方案。这时先可进行对实现部分功能的同行或它行设备进行调研，尽可能移植其结构工艺，并创新完善，从而实现项目要求的全功能。


4.可行性方案规划的原则基本以现有市场供应或已成熟的材料，零部件，机构，加工工艺为优先标准。


二、方案研讨与确认


方案初步确定后，绘出方案图，做出说明书，邀请客户，使用者等方面人物进行研讨和确认。


这个环节主要解决技术方案的确定性。包括设备布局，结构，基本配置方式，控制与操作等基本方案。其中起拍板决定作用的一般是设备采购，操作人员，如果是对称的机械设计工程师，则最合适，确定下来的方案更具权威性。但这个环节往往会有不懂或略懂设备的领导参与，往往会给方案研讨过程带来一些阻力，希望引起重视，并设法和他达成一致观点，否则会埋下很多隐患，以致后期频繁更改，造成成本增加等其他风险。


三、细化方案，按设计规范与流程开始设计。


这个阶段主要执行已经确认的方案，开始绘制详细图纸。


细化设计过程中，要进一步充分考虑方案可行性各项成本，包括加工、采购，运输、安装调试，电气控制等。并进行成本预算、核算，及时和项目主管沟通。


设计过程还需注意的问题便是力求性价比合理控制在成本与利润的合理比例范围，坚决杜绝赔本买卖，否则自我修正回旋余地被压缩，甚至被平仓，将留下很多商务难题。


四、以机械设计为主导，与电气设计师，软件工程师等工程技术人员随时保持沟通


设计过程最怕负责设备主体设计的机械设计师闷头苦干，不与PLC电气设计师，软件工程师及熟悉机加工艺，装配调试等技术人员主动沟通，不与管控成本的领导进行沟通，其结果设计出的零件，设备结构不合理，要么给自己造成反复修改图纸的时间和精力浪费，要么给后期安装调试等带来很大困难，甚至出现返工和报废。


这就要求机械设计师的知识、理论、见识、胆量，实践水平要高于其他人。至少要能提出问题以求其他人能够给予帮助和支持。


由此可见一个项目主体设计主角本是机械设计工程师，是为"月"，其他人为"星"，只有众星拱月才是一个项目团队的合理结构，但现实中往往是星月逻辑颠倒混乱，一台设备正常使用的功劳大都被电气PLC控制师夺走了。因而出现了社会地位与报酬方面的分配不公。


02


设计时避开更多“坑”？


机械加工工艺规程，是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。


同时也是按照图纸的图样和尺寸，使毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质成为合格零件的全过程，加工工艺是工艺人员进行加工前所需要做的工作，避免在加工过程中发生加工失误，造成经济损失。


机械加工那么它分为哪几种？我们常见的有车、铣、磨、线切割


总的来说，这也是我们机械设计必须需要了解的常见加工工艺意识，对于一个小白来说如何了解零件是怎么构成的是务必的重要。


机械工程师如何看懂机械设计流程，以避开更多“坑”？


那么工程师先开始需要制定图纸材料的规格，确定生产类型。分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。通常都会有以下几种：


根据图纸的结构外形选择带余量的毛坯材料。


再开始拟定加工工艺的路线，是先铣车还是线切割，根据图纸要求来定。


再进行确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差，根据图纸技术要求控制加工的精度。


确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。


确定切削用量及工时定额。


确定各主要工序的技术要求及检验方法。


简单举例


铣床加工：铣床主要用于加工平面(包括水平、垂直、斜面)、开槽面、成型、切削等，在毛坯上配合高速旋转刀刀，铣出需要的形状和特点。加工表面粗糙度Ra值为1.6 ~ 3.2μm。传统铣削主要用于铣削轮廓和倒角形状简单的特点，而CNC数控铣床可以进行复杂形状和特征的加工。


铣床有分几种类型，比如数控铣床，龙门铣床，专门针对一些大型材料进行加工机床，有卧式和立式两种，数控铣床大家都比较了解就是大家常说的CNC，龙门铣加工同样可以加工大型加工件，比如我们常用的机架即就是使用龙门铣将其铣平面。


一个零件的生成同样是经过：工程师设计-毛坯料采购-加工外形-根据图纸要求加工孔、槽等。


车床加工：车床主要是针对圆柱类型的材料进行加工，可以根据图纸的要求进行车、钻精车普车，复杂的零件可以使用CNC数控车，只需要根据产品的3D尺寸要求进行数控车床自动完成工艺。


同样一个零件的生成同样是经过：工程师设计-毛坯料采购-加工外形-根据图纸要求加工孔、槽等。


磨床加工：磨床加工对于自动化行业应用在模具方面最为普遍，我们做非标设备可能对于表面或零件精度不高的情况下很少有使用到。


通常在于我们目前设计的精密配件会使用磨床加工，修槽包括滑动配合件等。磨床和铣床车床相比它属于后段工序，即先铣、车工序完成后，磨床后续进行一个精磨加工处理，整个零件即可算完成。


线切割、慢走丝及快走丝：此类加工机床在零件设计要求精度极高的情况下，加工中心才安排使用该功能，一般车铣磨能够满足情况下是不需要使用。


放电加工：放电加工是特种加工技术的一种，大部分应用在模具制造、机械加工行业。放电加工可以用来加工传统切削方法难以加工的超硬材料和复杂形状的工件，一般使用导电的材料，可以在诸如钛合金、工具钢、碳钢和硬质合金等难加工材料上加工复杂的型腔或者轮廓。



小建议


其实非标设计就是凭自己多年的实践与见识，将一些结构进行组合，变动再转嫁接，创造一些新鲜东西并不难的。对于每一个设计工程师我都常常灌输他们的思想，在设计开始的时候先考虑好这四个要点：1.定位，2.基准，3.尺寸，4.成本控制


1.定位


何为定位，即就是你在设计初衷就要考虑到A工件与B工件的一种固定方式，是要用销钉去定位呢，还是用台阶槽去定位呢，还是用卡键槽。其实这些都是我们设计过程中常见的一种安装固定方式，我们通常定位的意思就是要你设计它的时候要如何才可以满足到该机构的定位性功能，同时要考虑到装配师傅们方便安装及拆卸，这就是我所说的机构设计基准定位。


2.基准


何为基准，其实就是结合与第一点定位这个特性来相互的。基准就是涉及到你设计时候一个定位性基准方向，好比一组机构的左右调节，还是前后调节，它都有一个最初的基准点及最终的基准点，即就是我们设计中常常使用的定位孔，限位块等，常称为基准。


3.尺寸


尺寸简单地说明了零件的整个外形及体积，好多刚刚入门的工程师对机加工工艺是不了解的，所以他们设计的工件往往就是搭积木的方式，反正能够搭上去就搭，并且定位及基准性一点都没有，工件反正就是随便拉伸切除，也不考虑加工一个方便，本来我是用铣床就可以加工完成的，他设计的工件加工必须要走一道火花机放电才能够完成，这就是简称为尺寸，也可以说是零件的定位。


4.成本控制


根据个人总结经验里所理解，机械工程师必须要懂得了解自己设计的零件一个加工工艺过程， 并且这个工件成本是完完全全是出自于你自己怎么样的设计，这也是节约成本的一个环节，还有自己对机构的材料使用，是否选择的材料能够满足力学上的支撑及寿命。


在审核过别的工程师图纸的时候，明明一组机构两端支撑就可以足够的了，他却多加了一组机构，而且加了这组机构反而对调试及组装一点都不方便，故这方式也是节约成本环节，其实有很多种方式，各种各样，好比一块板能够在2个对角螺丝固定的时候就不必要四周均开螺丝孔，这也是一种成本的控制。


其实我们做非标设计，要考虑到的是定位、工艺、人机交互，再次围绕以下这几点：


定位: 这点来说，设计开始考虑到定位与螺丝固定这概念，杜绝少定位，也避免过多的定位；


工艺: 是指一台设备的装配工艺性，是否安装方便同时方便拆卸；设计零件结构是否合理，满足精度同时是否方便加工，还有工件强度及它的使用寿命；


人机交互: 一台设备好不好操作，就得看设计工程师的设计水准了，是否方便操作，是否方便随时监控设备运行状况，设备故障时候是否一目了然非常便捷地排除；