浅谈机械设计在机械设计与制造中的重要性

浅谈机械设计在机械设计与制造中的重要性

黄斌

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摘要：随着国家的科学技术水平的提升，机械制造技术也在持续地进行着升级和发展。然而，因为机械设计和工艺的生产流程比较复杂，而且难度也比较大。如果进行不合理的设计，就会对产品的品质和寿命产生很大影响，从而给公司带来很大的经济损失，这对机械制造经济的长远稳定发展不利。所以，要想推动机械制造企业的可持续发展，就一定要对其进行科学的、合理化的机械设计，对机械设计和工艺制造进行持续的创新，从而推动我国的社会经济发展。

关键词：机械设计；机械制造；重要性

引言

在机械设计中，设计是一项非常重要的工作，其内容包括对零件进行设计、计算、优化以及制造。机床设计是机床制造过程中的核心环节，其不但决定机床的外形与大小，而且对机床的性能与质量有很大的影响。在科学技术不断发展、产业不断壮大的今天，对机械产品的研究日益重视。所以，对其进行深入的研究与探讨，就显得十分重要。

一、机械设计概论

1.1机械设计概念的界定

机械设计是指为创造新的机械系统，设备或部件或对已有机械系统的改良而进行的一项工程设计。机械设计人员将工程，物理，数学，材料等领域的专业技术和创造性的思考方法有机地融合在一起，从而设计并制造出满足特殊需要的机械。在机械设计中，从概念设计，图纸绘制，材料选择，工艺设计，费用估算，制造，试验，直至最终完成。在当今社会，从小型的机械器件到大规模的、复杂的机械装备，都有着广泛的应用。

1.2机械设计基础理论

最重要的一点是，在进行机构设计时，必须考虑到机构的功能要求，并保证机构可以达到机构所要达到的目标要求，如精度，速度，载荷等。其次，为保证所选择的材质符合力学性能，如：强度、硬度、韧性、耐磨、耐腐蚀、导热性及造价等，对所选择的材质进行综合考量。第三，在机构的设计中，必须要兼顾机构的稳定性和几何尺寸，刚性，稳定性和可加工性。第四，机构的设计要充分考虑机构的运动特性，如速度，加速度，角度，方向，轨迹等。第五，在机械的设计中，要充分地考虑到所选择的制造方法，例如：铸造，锻造，机加工，焊接，装配等等。第六，为了保证所设计的机构具有较高的经济性和实用性，在设计过程中要综合考虑设计费用、制造费用和运行费用。最终，为了保证机械系统可以在正常工作状态下，长时间地运转，而且不会给人和周围的环境带来危险。

1.3机械设计工作程序

为保证设计的合理性，可行性和有效性，机械设计的过程一般由下列步骤组成：

首先是对设备进行要求的研究，在进行设备设计前，设计者要向用户或者开发小组确定设备的要求以及设备的各项性能要求。这包含了对系统的功能，性能，尺寸，材料，制造要求，成本等的详尽的分析和确定，以确定一个清楚的设计目的。接下来就是概念设计和细节设计，在对需求进行分析的基础上，设计师要进行概念设计，也就是按照系统的功能要求和性能指标来产生不同的设计理念。它涉及对各种方案和方案的比较、评价和选择，从而选择出最优的方案。第三个阶段是分析与验证阶段，当设计人员在完成了具体的设计之后，他们还必须展开工程的分析与验证阶段，利用CAE（计算机辅助工程）的工具，对设计进行仿真与分析，以保证设计的性能、强度、稳定性等满足要求，并对其进行相应的修改与改进。最终，设计人员要进行的是制造与装配以及测试与验证阶段，在设计得到确认之后，设计人员要开始进行制作与装配阶段，其中包含了以下内容：选择适当的制作工艺，编写制作过程与工艺文件，对零件进行加工、装配和测试等。设计人员在加工装配完毕后，必须对所设计的机构进行试验与确认，以保证机构符合设计的需求，同时也要对机构中出现的问题作出修正与完善。

二、机械制造中机械设计的重要意义

在机械加工过程中，机械设计起着至关重要的作用，一个好的机械设计能够改善机械的质量、功能、减少机械的制作费用、增加机械的制造效率，进而增加机械的市场竞争力和利润。在机械制造过程中，机械设计起着非常关键的作用。

1.设计质量对制造质量有一定的影响：制造出来的机械的质量是由机械的设计质量所决定的，若机械的设计质量有问题，则制造出来的机械就会达不到期望的质量与功能要求。

2.设计对制造工艺的影响：工艺参数的选取与执行直接关系到工艺参数的确定与执行，通过工艺参数的优化，能够有效地实现工艺参数与材料的优化，进而达到节约成本、提升制造效率的目的；反之，由于工艺参数的不当，会造成工艺参数复杂、加工困难等一系列问题。

3.设计对费用的影响：在制造费用中，设计所占的比例较大，由于制造费用主要取决于设计，材料，工艺，设备，人力等多个方面。设计得不合理，材料，工艺的选择都会引起制造费用的提高。

4.设计对产品性能与功能的影响：机械的结构与产品的性能与功能有很大的关系，只要设计得好，产品的性能就会得到很好的保障，比如稳定性，可靠性，安全性，寿命等。反之，就会造成产品性能的降低，寿命的缩短，甚至存在安全隐患。

在机械制造过程中，设计具有无可取代的地位，设计的重要意义在于决定产品的性能与功能，选择合适的工艺与材料，优化设计方案，提高产品的可靠性与稳定性，减少制造费用。

三、机械设计的发展趋势

在计算机辅助下，以智能化设计为代表的机械设计是一种非常有效的方法。智能化设计指的是运用计算机、信息技术和人工智能等技术方法，对在设计中涉及的所有信息和知识进行整合、管理、分析和应用，从而使设计工作达到自动化、智能化和最优化的目的。

未来智能设计的发展方向有：

一是在仿生学上的运用，它是一门关于生物体结构、功能与行为的科学，其在机械设计中的运用，能够对机械进行结构与功能的模仿，从而达到对机械结构与功能的最优与最优。虚拟现实技术的应用，所谓的虚拟现实技术，就是利用计算机技术，建立出一个虚拟的3D环境，通过互动手段，让用户感受到身临其境的感觉。二是利用虚拟技术实现了对机械产品的全流程的虚拟，从而有效地提升了产品的开发速度和产品的质量。数据挖掘技术的运用：在工程中，大量的数据被广泛的使用，因此，对其中所包含的知识进行有效的发掘是进行智能设计的一个关键问题。利用数据挖掘技术，能够从这些数据中发现隐藏着的规律性、倾向性，从而为产品的开发与应用提供更为精确、完整的数据支撑。

结语

总之，在机械加工过程中，机械设计是必不可少的一个步骤，而机械设计的质量与效能，将会对机械的质量与产量产生重大的影响。在机械设计中，要有明确的目标，运用先进的方法与工具，要充分考虑机械材质与加工过程。在产品设计过程中，需要对产品进行需求分析，产品概念设计，产品细节设计，制造测试等各个环节互相关联，形成产品设计过程。随着机械制造的不断发展，智能设计已是大势所趋。在生物技术、虚拟现实技术、数据挖掘技术以及适应性最优技术等领域中，将是未来智能设计的发展方向。将智能技术引入到产品的开发中，不仅可以有效地提升产品的开发效率，而且可以有效地提升产品的开发水平。

参考文献：

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[2]赵磊.论述计算机技术在机械设计制造及其自动化领域应用中的重要性[J].信息系统工程,2020(04):99-100.

[3]王莉.浅析机械设计在机械设计与制造中的重要性[J].科技风,2020(11):178.