机械零件设计及加工工艺研究

曹敏

摘要：随着现代社会经济和科技的不断发展，工业生产普遍实现了机械化。机械零件作为现代工业生产系统及机械设备中不可或缺的一部分，其设计及加工质量将会对设备系统功能产生决定性的影响。文章阐述了现代机械零件设计应当遵循的主要原则，分析了机械加工工艺对零件质量的影响。然后从实际角度出发，对机械零件设计优化和加工工艺质量提升策略进行探讨，希望能为相关行业提供参考。

Abstract： With the continuous development of modern social economy and science and technology， industrial production has generally realized mechanization. As an indispensable part of modern industrial production system and mechanical equipment， the design and processing quality of mechanical parts will have a decisive impact on the function of the equipment system. This paper expounds the main principles that should be followed in the design of modern mechanical parts， and analyzes the influence of machining technology on the quality of parts. Then from the practical point of view， the mechanical parts design optimization and processing technology quality improvement strategy are discussed， hoping to provide reference for related industries.

关键词：机械零件;设计;加工工艺

Key words： mechanical parts;design;processing technology

中图分类号：TH122                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）21-0107-02

0  引言

在现代工业生产中，机械设备及各类生产系统都离不开各种机械零件。随着现代工业生产规模越来越大，精细化生产水平越来越高，机械化设备及系统的零部件越来越多，相应的精度质量要求越来越高。在机械零件加工中，影响零件质量的因素很多，而设计和加工工艺水平十分关键。为了进一步提高机械零件质量，有必要对机械零件的设计和加工工艺进行深入探究。

1  机械零件设计应当遵循的基本原则

1.1 功能性原则

在一套机械设备及系统当中，任何一个零件都不是多余的，都在机械运行及相关生产活动中发挥相应的作用。而机械零件设计是机械系统设计中不可或缺的一部分，机械设计的基本原则就是要确保零件能够实现单一或多样化的功能。例如，三轴增稳云台是当今精细化机械系统中出现的新型功能性装置，该装置的核心功能是在系统运动过程中让其保持相对静止的状态。在这类装置的设计中，每一个零部件的设计都需要为核心系统的稳定而考虑，确保其能与其他零部件配合，使装置能够发挥核心云台功能[1]。

1.2 协同性原则

显然，任何机械系统的运行，都是多個装置、零部件互相配合的结果。因此，在进行机械零件设计时，要充分考虑零件在系统模块中扮演的角色，使之能够和其他零部件协调运行。尤其是在现代十分复杂的精细化机械系统的设计中，设计人员需要对大量的零部件进行协调设计，确保其能够在相关功能要求下发挥整体作用。需要强调的是，机械零部件的设计，需要考虑不同材质、造型之间的契合度，还要考虑加工精度、误差的影响，因此对设计人员的专业水平要求非常高。

1.3 节约性原则

如今，机械化水平不断提高，各类机械系统都在逐步往小型化、精细化方向发展。如何在有限的空间内满足更多零部件的组装、运行要求，以及如何在满足相关功能要求的基础上减少系统的占用空间，都是机械零件设计人员需要考虑的问题。通过对空间要求、功能要求以及运行过程的充分考虑，对零件的造型、安装位置、安装方式进行科学设计，将能够进一步实现机械化设备的精细化制造[2]。当然，从另一个角度来讲，机械零件设计过程中还要考虑在满足基本功能、运行稳定性等方面要求的基础上，减少零部件生产的材料消耗，进而达到节约资源的目的。

2  机械加工工艺技术对零件加工质量的影响

2.1 质量控制的影响

任何机械零件的加工环节，都需要采用有效的管理机制，对加工工艺进行全过程的质量管理。如果选用的加工工艺与零件本身特性不符，或是在使用相关工艺过程中，没有做好相关参数的调整和检查，都将影响零件的加工精度和质量。在绝大多数零件加工环节中，对零件的加工精度都有非常高的要求，为了保证加工精度，需要加强对加工工艺及加工过程的控制。为此，要严格按照加工工艺技术要求以及设计图纸开展加工作业，做好自动化加工设备的维护和管理[3]。

2.2 加工工艺先进性的影响

一直以来，零件加工用到的各类技术都在不断的更新和优化，相关技术的更新优化，核心目的就在于提升加工质量。在具体加工过程中，如果仍然使用质量较差的原材料以及相对落后的工艺技术，都会导致零件加工的质量无法达到实际使用的要求。尤其是一些传统的加工工艺，无法很好的保证零件加工精度，导致生产出来的零件无法在机械设备系统中发挥更好的作用。

2.3 环境因素的影响

在现代零件加工产业中，由于零件精度要求全面提升，环境因素对加工质量的影响也越来越明显[4]。在精细化零件加工过程中，温度、湿度、扬尘等环境因素，都可能直接影响加工质量。比如，温度的变化会导致原材料因热胀冷缩而发生形变，而对精细化的零件来说，任何细微的形变都可能导致其相关参数精度不达标。而湿度过高的空气中存在一些水蒸气，加上空气中扬尘的存在，可能会腐蚀零部件材料，或导致零部件加工过程中出现杂质，影响加工质量。因此，如今在部分高精度零部件加工中，都会通过现代技术创建一个恒温、干燥、无杂质的环境。

3  机械零件设计优化及加工工艺质量提升策略

3.1 设计优化策略

3.1.1 设计前准备

在当代零件设计领域中，需要针对机械零件的结构、尺寸、材料等进行全方位的考虑，并同步考虑零件具体应用系统的要求。具体来讲，要针对关键零件和非关键零件的设计按照单独的标准开展设计工作，确保相应的设计方案符合实际要求。相对于传统的机械零件设计工作，现代精细化零部件设计除了要考虑前文提到的相关要素以外，还要对机械应力、强度、温度、电磁干扰等因素进行全面考虑，确保零件的各部分参数符合实际应用要求。设计期间应当主张结合实际需求，最大限度降低生产加工失效的可能性，提高零件的可靠性。设计人员需要秉承可靠性设计的基本原则，执行符合基本要求的设计方案[5]。

3.1.2 设计过程管理

任何时候，单纯依靠人力进行数值计算和设计，都无法很好的保证设计方案的可行性。在当今的技术背景下，机械零件设计人员应当积极加强对现代计算机设计软件的应用。比如，Siemens Solid Edge 2020是一款在机械设计领域中比较常见的机械零件加工设计软件，该软件囊括了多种机械零件设计模块，可以支持多种不同类型的机械零件设计工作。设计人员可以利用该软件对零件进行三维造型设计，并通过三维图像，对设计进行持续优化。同时，该软件还支持零部件在不同运动模式下的运行状态模拟。设计人员可以通过模拟过程，评估软件运行状态、各部位的磨损情况，再将其纳入整个机械系统的功能运行中进行分析，然后持续优化，得到最优设计方案。另外，一些机械零件设计软件还支持相关力学参数的计算、模拟分析，可以帮助设计人员对零部件设计方案的可行性进行进一步的分析。当然，可以看出，设计软件的应用，可以大幅度提高设计效率和设计质量，同时还可以给机械加工人员提供可视化的三维设计图，为后续的机械加工提供支持。

3.2 加工质量提升策略

3.2.1 升级加工技术工艺

关于机械零件的加工，首先需要对加工技术工艺进行升级和优化。在自动化技术飞速发展的情况下，应当积极引进基于现代PLC及微机控制的自动化加工车床，实现对机械零件的全自动加工。在这样的加工系统当中，编程人员根据加工图纸和要求，编写相关加工程序。然后，加工人员根据设计图纸，将相关参数录入系统中[6]。中央控制器或控制程序对车刀的角度、运行频率、荷载等进行精确控制，以实现对零件的自动化、精细化加工。

3.2.2 做好加工监测

零部件的加工，可能会受到多种因素的影响而导致加工质量不达标。为此，需要针对机械零件的加工过程进行监测，通过机械系统的显示终端，实时观测相关数值、参数，一旦发现异常，则需要停止加工，分析原因。当然，在机械零件的生产加工环节中，对相关人员的专业能力、工作模式进行监督，强化工艺管理，也是确保加工质量的关键。

3.2.3 做好工序集中和分散

如果加工环节确定了加工工艺和方式，应当根据设计图纸，对所需要的材料、设备、技术人员进行协调安排，并制定有效的加工计划。在这个过程中，应当做好各类工序的集中和分散，集中是指多个技术人员或资源集中于一个加工环节开展加工活动，而分散则是指对相对独立的加工步骤进行单独设置、同步进行。工序的集中是为了确保各部分参数、工艺符合设计要求，而工序的有机分散，是为了提升机械零件加工的效率。

3.3 促进机械零件设计制造自动化

在传统的机械零件加工产业中，涉及到的零件设计和加工工艺都相对独立，两者之间的协同性比较差，如果沟通过程存在问题，将会导致设计方案无法得到很好的落实，影响产品质量。为此，可以要积极研发机械设计和加工工艺一体化的加工系统，将零件设计和加工工艺有机结合起来，利用智能化的生产模块，实现机械零件的自动化、精细化加工[7]。

4  结束语

综上所述，在如今机械化产业迅速发展的背景下，大量精细化程度高、结构复杂的机械系统逐步出现在人们的生产活动中。针对相关机械零件的设计与加工，面临着更高的功能性和精度方面的要求。为此，机械零件设计人员应当严格遵循相应的设计原则，积极利用现代先进设计软件，提高机械零件的设计质量。而加工单位需要根据设计图纸，采用更先进、更合适的加工工艺，将自动化、智能化与一体化加工技术有机结合，加强对机械零件加工的全过程监测和质量控制。只有这样，才能全面提高机械零件设计水平和加工质量，为社会的持续发展做出关键的贡献。

参考文献：

[1]臧延斌.试论机械加工工艺对零件加工精度的影响[J].建筑工程技术与设计，2020（23）：664.

[2]邢玉钊，周全胜，邹超.机械加工工艺对零件加工精度的影响及控制的思考[J].建筑工程技術与设计，2020（14）：4367.

[3]赵鹏.机械加工工艺对零件加工精度的影响及控制研究[J].百科论坛电子杂志，2020（7）：1768-1769.

[4]常立莹.对于机械加工工艺对零件加工精度的影响研究[J].建筑工程技术与设计，2020（9）：673.

[5]张梅林.关于端盖零件机械加工工艺的设计要点分析[J].内燃机与配件，2019（24）：75-76.

[6]张成才.机械加工工艺对零件加工精度的影响及控制措施[J].建筑工程技术与设计，2020（1）：2636.

[7]侯贺天，曹亚亭.连杆零件的机械加工工艺规程和专用夹具设计分析[J].电子测试，2019（14）：122-123，121.