CAD機械制圖設計師應具備的素質（二）

之前我們介紹了CAD機械制圖的時候設計師需要注意的一些問題，今天我們繼續來了解一下CAD機械制圖的時候有些機械設計過程需要了解的一些知識。

二、機械設計過程概述

1、形成設計構想和完善整體策略

    機械設計的過程往往是從整體到局部細化的過程。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計概念。比如要考慮客戶要加工的料的材質(各項物理性能/硬度/強度/屈服點/耐磨性/韌性/比熱/密度。)，形狀(板材還是型材還是鑄件鍛件。)，再比如要考慮你所將設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要素的同時也要同時考慮初步的機床功能實現方式。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/銑削/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)

    在如此多的成型方式里借鑒和確定某一種最合適的成型方式作為所要設計的機床的最基礎理論架構。

2、確定機床初步結構方式

    基于上述內容確定一個初步的機床結構布置性方案。比如客戶提供的要由你所設計的機器加工的料是類似工字鋼一類的較長型材(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)。

    當然，結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效率和精度要求。對于此兩項要求肯定是要結合設備造價來確定。例如是否采用多工位結構，是否采用多機頭結構，是否需要加快各部位工進或快進的速度(速度高了對于驅動的功率要求就大了，又要考慮速度高了機構慣性大了，定位精度下降了，若采用大功率大慣量的電機就直接意味著成本的上升。)此時也要兼顧機床整體的剛性以及重心問題或考慮必要的結構共振頻率問題。同時還要兼顧人體工程學要求。(對于操作位或某些需要經常調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構形式和功能

    在確定了機床成型方式和整體初步結構后就要對各部位進行初步規劃，這時要比較清晰和明了各部位的功能以及確定采用何種機構來實現這些部位的功能。做這些規劃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對于一些需要經常調校的裝置和機構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，則要對該機進行殺牛剝皮式的拆卸和更換那就不能算是一個好的設計。

    例如當我們確定采用常用的直線進給機構時所要考慮的問題有如下方面：(結合實際的效率和精度需求明確某種實現形式，常用的當然有導軌加絲杠這種形式，至于是采用滑動摩擦絲杠還是滾動摩擦的絲杠則要根據實際情況確定。傳動效率，定位精度，動態響應性，負載情況，速度特性，螺紋升角，絲杠所能承受的軸向載荷，導程，造價成本，等因素都要綜合考慮。)再比如間歇運動機構，在電機控制技術還沒完善前，要實現此類機構那真是花樣繁多。(槽輪形式，不完全齒輪形式。)樓主個人認為做機械設計難的是如何把復雜問題簡單化，對于那些挖空心思搞些精妙復雜的機構，例如圓柱/圓盤凸輪機構，詭異莫測的空間機構，變化無窮的四桿機構，以及一些考驗加工制造人員的不完全齒輪機構和異形齒輪機構等等。

    對于刻意要弄些讓一般人玩不轉的，弄不清狀況的設計，樓主不表示贊成。當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動來解決的情況。采用伺服電機和直線滾動摩擦性質驅動和導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，莫名其妙的且還大都是些滑動摩擦關系的機構呢?也許有人會說，一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計精華的機構。

    對于此，類舉個很有諷刺意味的笑話。(某新兵進行野外生存訓練，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，繼續琢磨這鉆木取火的技巧。)當然，對于一些必須的和必要的機構還是無法完全采用現代快餐式的設計文化來填補和實現。比如應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失效等工況。

4、零件設計

    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所用的定位基準，工藝孔等“多余”的因素。)

    第二，考慮該零件的成型方式的特點。(比如某高速旋轉的盤類零件，當采用鑄造成型時，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行后期動平衡處理必然會導致在高速運轉狀態下產生過大的離心力，間接地會出現軸承發熱，異響，壽命短等現象。再比如對于中碳鋼或高碳鋼原材料進行氣割下料來獲取零件毛坯時很容易出現切割處“被”淬火現象。)

    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。提醒您這就要結合該零件的最佳經濟效益來決定。當然不管是針對板材還是線材，不管是采用鋸切下料還是火焰或激光或水切。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在設計時盡量避免一些在通用機床上無法加工，必須得用專用夾具來進行生產加工的情況。)

    第五，考慮制造該零件的刀具。(在設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。盡量避免定制非標刀具。這個部分就要求略知一些刀具的國家標準。比如你在零件上設計了一個孔，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—鉸孔或鏜孔—或內圓磨。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，在標準刀具市場買不到對應的鉆頭鉸刀一類刀具情況下就會變得非常麻煩。)

    第六，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圍參數。比如C6132表示臥式車床可以實現最大零件回轉直徑是320。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，在設計零件時就要結合這些機床參數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用通用的檢具，量具來進行測量。比如設計一組圓錐配合，你不選標準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，那就在標準量具市場買不到通用的標準錐棒和錐套。當然若是采用二次元投影檢測或三坐標檢測的零件則不在此情況約束范疇內。)

    第八，考慮熱處理要求。(對于一些剛入行的朋友來說，在處理一些需要高耐磨性或需要良好的綜合力學性能的零件時候，其圖紙上往往會出現這樣的技術要求，材料Q235—淬火后硬度達到HRC60，且要保證淬透性和硬度均勻。材料45#鋼—調質后達58HRC。對于此類現象，只能建議您再去多翻翻金屬材料與熱處理的知識。)

CAD機械制圖的時候，這些工程制圖過程中需要注意的事項是很重要的，大家不要忽視哦。