摘要：随着数字技术的不断发展，机械加工的工艺路线制订越来越倾向于采用数字化技术。在这种背景下，本文对基于数字化的机械加工的工艺路线制订进行了探讨，从而为机械加工行业更好制订工艺路线提供必要的借鉴与参考。

关键词：机械加工；工艺路线；制订；数字化

一、引言

自数字控制的铣床发明以来，电脑科技扩大对设计与制造技术的控制，使工艺重新结合艺术创造与科学技术。电脑辅助制造或称数字化制造自1950 年早期就为工业设计与制造业所利用。数字化制造不只是一种工具而是一种思维模式，设计的过程中通过学习理解的制造知识，反复修改设计的方向和意图。制造者与制造技术为共生关系，重点在于制造者如何运用这些数字工具与制造方式。以数字化制造为基础的生产过程，必须仰赖明确定义的几何模型。一个定义良好的数字几何模型，可直接传递至制造机具进行生产。有学者将数字模型的组合形态分为模型建构与参数操作两大部分。模型建构包含基本的几何形体描述、几何的形式与形体间的结构关系参数操作是利用数值或是可测量的因素作为变量，进行设计形态的演变控制。本研究期望以结合数字化制造的工艺路线，探讨机械加工的工艺路线设计对于数字工具与制造技术间更紧密合作的可能性，以连结设计与产品实体组合的间隙。

二、基于数字化的机械加工的工艺路线制订

机械加工数字化制造的工艺路线近似于后设设计的设计方法论，整个看似线性的过程中，各环节的设计决策是以非线性的思考方式进行，制造者在工艺路线制订过程中加入个人的经验，而相互影响的作用与反馈机制则将重新定义整合到制订过程。整理文献与案例所得，本研究归纳数字化制造的工艺路线主要可分为设计、生产加工与产品实体组合三阶段。

（一）设计阶段

设计阶段的影响因子可分为设计与局部设计两部分。设计初期是以数字设计为前提，利用数字工具将设计概念建构出数字模型的形体，可由参数操作或直接手动控制调整设计。局部设计是为提供制造或组装所需的信息，通过对材料（material）、构造（construction）、构件（object）、接头（joint）与结构（structure） 等产品实体组合因子的设计思考过程，整合设计想法与产品实体组构的构造细节。通过了解组合的现实面来协助扩大设计发展的可能，并将恰当的加工方式加入设计的限制条件，在有限的范围内扩大设计的弹性并保障设计的品质，最后落实产品实体组合。

设计阶段应当综合考虑如下具体物件。一是材料：材料特性影响构造形式与结构系统的选择，材料尺寸限制构件尺寸的设计，不同材料适合不同的接合方式。二是构造：构造逻辑影响加工的组构方式，其也能够保障制造者设计意图可以清晰表现。三是构件：设计操作作为设计意图的表达元素与视觉呈现，其特性深受所选用的材料影响，良好的构件设计能发挥材料的优点而避开缺点。构件尺寸的设计将影响制造生产的难易度与加工组装的方便性。四是接头：接头为组合中最小单元，处理不同层级的衔接材料、构件与组构整体结构。良好的接头设计将使构造的逻辑清晰易懂，进而降低产品实体组合阶段的阻力。五是结构：结构设计反应材料特性与承重方式，也受局部设计其他因子影响，但外部环境因素影响结构最深，受产品实体组合阶段中的车间制约。

（二）生产制造阶段

生产制造阶段包含制造方式、生产流程与物料存放三部分。本阶段主要是将前阶段的设计成果转化成机器有能力加工的信息，转化的关键是有系统的分类设计阶段的复杂信息，并选择恰当的加工方式与生产流程，最后拟定物料管理的规则。各种机具的制造方式所需的加工信息均不同，并需配合设计阶段来决定的材料而选择。各种制造机具均有其局限性，因此了解机具的最大能力是进行生产制造前的前置工作。加工路径则是随着选用的制造机具而有极大差异，加工操作设定会影响生产构件的精度与成本，甚至加工材料特性会造成构件不符合设计预期的结果。生产流程主要为建立制造时机具操作的标准作业流程、各构件的操作顺序与规划可作业重叠的部分。物料存放包含原料、构件、半成品与成品，其中构件包含组装时的间接物料（五金零件、工具等）、组装过程的组件、半成品与构件完成品。所有物料均应固定存放处避免遗失，存放地点需考虑与车间或组装场地的距离，避免在搬运上消耗过多人力。

（三）产品实体组合阶段

产品实体组合阶段的信息全部由现实世界的因子主导，受现实状况制约最多；共有参与对象、场地与组装三部分。本阶段为设计与生产制造两阶段成果的组合，通过产品实体组合检视前两阶段的成果是否恰当。参与对象包含人力、物力，人力需考虑加工者、搬运者数量与加工者实务经验；物力则有辅助加工的工具（电动、气动与手动）、测量工具、大型吊挂机具与加工架等。由于加工的场地不一定是在车间中，因此选择组装场地需考虑构件尺寸与数量；在车间进行安装前则须经过测量与放样。组装分为预组装、构件分类、组装与安装定位；预组装为正式进入生产制造前的足尺组构测试模型，在构件进行组装前需将各构件分类放置以利后续组装；而正式组装又细分为单元组装与组件组装，单元组装为构件的组装，如构件尺寸小且数量过多可先进行群聚的组件组装，再至车间安装定位。

三、小结

总体而言，数字制造的工艺路线与一般工艺路线相差不大， 均可分为设计概念、初步设计、局部设计、加工图绘制与加工组合阶段。在设计初期的概念发展是以几何的外观形体来塑型，其本身不考虑结构支撑，局部设计阶段对于组合方式进行结构与生产构件的拆解机制探讨，并规划结构的组织构成数字模型中的外观形体，在最后组合阶段则有辅助支撑问题需解决。但机械加工行业现行的专业分工状态使制造者无法直接得知整个设计到生产制造、产品实体组合其中所涵盖的问题，而无法立即反馈于设计的调整，导致设计必须迁就材料商与加工单位，显示出设计与落实产品实体组合之间存在的落差。

数字制造的工艺路线制订的关键在于设计能够落实家工组合的产品实体。制造者将加工的知识与产品实体组构的构造细节整合在设计想法中，并以数字模型中所包含的设计信息来驱动生产，连接设计与加工组合的间隙。

参考文献：

[1] 吴江锋. 机械加工制造工艺研究与探析[J]. 中国新技术新产品，2011(06).