摘要：由於我所主要從事實驗物理相關研究，需要機械、電子、光學等多個學科的支撐，機械設計專業作為重要支撐專業之一，發揮著舉足輕重的作用，而機械設計是一項技巧性、流程性和技術性都很強的工作，在機械設計過程中很容易出現各種各樣的問題，因此要細化整個機械設計流程，總覽全域性，善於查漏補缺，才能提高機械加工產品的質量，最大限度地滿足物理實驗需求。本文分析了物理實驗裝置機械設計中應注意的問題，闡述了機械設計的有效策略和優化措施。
關鍵詞：物理實驗裝置；機械設計；非標設計
引言
在經濟快速發展的情況下，各個行業均離不開機械的應用，機械製造行業的體系不斷完善，極大地保證了行業製造的質量，同時也促進了我國其他行業的快速發展，在我所大多物理實驗順利完成中，機械專業作為其支撐專業之一，物理實驗裝置機械設計顯得尤為重要，由於物理實驗裝置機械設計加工是一項精密且複雜的工程，在整個過程中會不可避免地出現一些問題，因此需要對機械設計的相關技術問題進行探究，以便提高物理實驗裝置整體的質量，從而充分發揮出機械設計在我所物理實驗支撐的重要作用。
1物理實驗裝置中的非標機械設計問題
物理實驗機械裝置中大部分零部件由於物理實驗需求而非標件，因此加大了設計加工難度，必須有理論知識積累和一定的實際工作經驗才能做到。這就對設計人員提出了非常高的要求，設計人員不但需要掌握一般標準件或者標準裝置引數，還需要對物理實驗裝置的實際需求加以掌握，包括具體的物理需求方面的技術引數以及機械加工精度等要求，除儘可能獲得實驗裝置的詳細需求資訊之外還應該注意以下問題。
1.1非標設計中部分零部件設計的標準化
我所用的大多物理實驗機械裝置都不是通用裝置，許多部件由於物理實驗需求等方面的需要，只能是非標設計，而在當前工業經濟化、資訊化時代背景下，工業產品設計要遵循標準化、系列化、通用化的原則，並且這些標準化產品一般都是批量生產，在非標設計中部分零部件設計採用標準化方法，有利於提高物理實驗機械設計質量並縮短生產週期。在保證產品質量的同時，節約了材料，降低了成本。標準化的最終目的是為了提高效率和確保質量，與標準設計製造相比，非標設計製造具有以下特徵：（1）加工時無法採用通用夾具等輔助工裝；（2）對外協加工能力要求高；（3）互換性較差；（4）設計和加工成本較高。而標準件則是規格一致，採取批量生產，在保證零件質量的基礎上大大減小了成本，因此物理實驗裝置中區域性結構有標準的應按標準安排：例如密封圈、法蘭、螺釘等這些最常用的零部件，既節省了設計時間，又便於與其他機械裝置在裝配過程中配套，實現較高的互換性和重複利用率，同時大大提高了科研生產效率。
1.2堅持標準零部件的成品首選原則
在非標設計時，在保證技術需求的前提下要儘可能地採用標準零部件的成品件，在我們大多物理實驗裝置設計中不少的非標設計者往往不願採用某些零部件的成品而自行設計，而是對此類零件、做出相應改進或創新，但這種情況下的結果往往事倍功半，沒有很好的實際應用效果，浪費了時間並且增加了設計與製造成本，因此標準零部件設計時應優先考慮選擇成品，這樣能有效降低非標裝置的設計、製造成本。
2物理實驗裝置科學、合理機械設計的實現
2.1合理選擇機械設計加工零件材料
一套大的物理實驗裝置由許多零部件構成，各個零部件對材料的要求參差不齊，在物理實驗裝置設計中選擇機械設計加工零材料時，必須要充分考到材料的價效比、工藝效能、質量、價格等因素，所以對於機械設計中零件材料的選擇需要極其細心。機械零件材料選擇必須充分考慮其實際使用要求、加工工藝效能及高性價比的要求。（1）根據物理實驗需求來選擇材料必須根據物理實驗使用需求來選擇材料，所要選用的材料需要符合物理實驗的需求效能，在選用材料的時候需要認真分析材料使用的合理性，首先應與需求者溝通，提前獲知需求者對各零部件在物理實驗中對材料物理效能的要求，譬如良好的導電性、絕緣性、弱磁性等。在考慮是否滿足物理實驗要求之後，再對各種材料的強度、剛性等機械效能方面進行考量，以從中挑選出能既滿足物理需求又滿足機械效能要求的材料。（2）考慮加工工藝與材料效能的適用性必須根據加工工藝的需求對材料進行篩選，做到加工工藝與材料效能的適用性，例如：鋁製件不宜焊接，我們應該儘量避免焊接件採用鋁；一些薄壁、非金屬類零件設計可能由於尺寸過小、強度不夠等原因導致機械加工工藝無法滿足機械設計；這時就需要選擇一種既能滿足使用要求又便於加工的材料來替代，諸如此類的情況還有很多，都是我們應該要考慮到的。（3）以經濟性、實用性為原則選擇材料控制機械設計加工的成本，選擇價效比最高的材料，由於大多物理實驗裝對材料要求較高或者材料比較特殊，所以不能夠僅僅以價格作為選擇的唯一標準，雖然有些材料的成本比其他材料成本較高，但卻具有加工成本相對比較低或者在使用過程中更能滿足或者接近所需材料的效能指標、實驗中檢修費用低等優勢，其實使用了這種材料在一定程度上來說節約了成本，在充分保證使用要求的情況下，儘量選擇能夠重複利用的材料，儘量選擇常見的、容易獲得的材料來代替很少用的材料，一些稀缺材料在機械行業裡比較少用、稀缺，帶來了採購困難的問題，因此需要儘可能地降低採購成本、採購週期，從而提高機械生產的經濟性，縮短整個加工週期，儘可能避免因加工週期延長給科研任務的順利完成帶來的影響。
2.2機械設計中加工精度要求的`合理性
在日常科研中用到的各類機械裝置用途不一，有的僅僅作為升降、支撐等裝置，這些裝置的加工精度要求不高，在滿足使用要求的同時只需要做到美觀即可，提出過高的精度要求反而增加了加工成本，浪費了資源。而有的零部件需要較高的加工精度，像高壓開關電極、緊配合接外掛等需要較好的表面粗糙度、較高的尺寸精度，這就需要精度要求必須達到物理實驗要求，精度設計過低會直接影響實驗的可靠性。
2.3提高機械設計可靠性
標準化的零部件，一般都是經過長期的實踐得到廣泛認可投入市場的，與我們只經過初次設計、製造的物理實驗中非標零部件相比，具有更好的可靠性。在初次設計非標零部件時，總會存在設計上的不足，在日常科研任務中使用了這些帶有缺陷的非標零部件後會降低機械裝置自身工作效率和科研生產效率，因此，在對零部件進行設計時必須注重零部件設計的可靠性。可以通過各種模擬軟體校核要加工的零部件是否滿足強度、剛度要求，同時考慮零部件的形狀、尺寸大小、加工精度和配合要求對整個裝置的使用效果影響程度做出正確認知和預判。
2.4考慮人機學的結構設計問題
此外，許多物理實驗裝置由於物理實驗的需求，工作人員會反覆操作其中的機構，這樣需要工作人員經常要進行舒適而且合理的操作。例如，一些機構高度設定為適應人體舒適性的操作高度；在離操作員手臂較近或者順手操作的位置放置機械操作機構；操作手柄、旋鈕的大小、形狀應使操作人員方便操作並且省力；一些物理實驗裝置結構複雜而且還需要反覆拆裝，這就要求在機械設計時要保證零部件拆裝方便，給操作人員留足夠的操作空間，做到操作自如。最終目的是讓工作人員能在身體處於很舒服的狀態下操作，做到人性化，宜人化。
3機械設計人員與外協加工單位加強溝通
我所大多物理實驗裝置中機械部分需要在外協加工單位的配合下完成，外協加工單位根據我所提供的圖紙進行加工，製作出相應的產品，光潔度、加工精度尺寸公差都是設計人員規定的，沒有一定的正規化。在本單位技術保障中心加工機械裝置時設計人員可以很方便地和工藝員一對一、面對面交流，而與外協單位的合作使得雙方的交流不是很方便，外協單位在進行有些零部件的加工時需要嚴格按照圖紙要求進行，而在這個過程中存在一些物理實驗裝置中部分機械加工工序複雜並且在中途變更加工工藝和工序的可變性較大、機械加工精度要求過高等問題，由於設計人員與外協加工單位沒有進行很好的溝通造成了加工週期的延長，進而影響科研生產任務，因此需要機械設計人員與外協加工單位提前交流，根據加工圖紙提前溝通好在加工過程中可能遇到的困難、問題，保證外協加工、科研任務的順利完成。
結論
綜上所述，在物理實驗裝置機械設計過程中，需要注意的問題有很多。物理實驗裝置機械設計的過程既要有紮實的理論知識還要有豐富的實踐經驗。只有將理論知識和實踐經驗有機地結合起來做到面面俱到，才能更好地實現物理實驗裝置機械設計的最優化。物理實驗裝置機械設計在日常科研任務中的作用舉足輕重，一個優秀的物理試驗裝置設計人員，應當善於對整個設計加工過程進行全面考慮，不僅要周全考慮滿足物理實驗裝置的物理需求，還需要對物理需求造成的加工工藝的可實現性做出科學判斷，這樣在加工前做好充分的準備工作，才能夠達到機械設計加工的理想狀態，設計製造出價效比極高並且1滿足物理需求的物理實驗裝置，以便保證各項科研任務的順利完成。
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