機械零件設計及加工工藝研究

曹敏

摘要：隨著現代社會經濟和科技的不斷發展，工業生產普遍實現了機械化。機械零件作為現代工業生產系統及機械設備中不可或缺的一部分，其設計及加工質量將會對設備系統功能產生決定性的影響。文章闡述了現代機械零件設計應當遵循的主要原則，分析了機械加工工藝對零件質量的影響。然后從實際角度出發，對機械零件設計優化和加工工藝質量提升策略進行探討，希望能為相關行業提供參考。

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.

關鍵詞：機械零件;設計;加工工藝

Key words： mechanical parts;design;processing technology

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0107-02

0? 引言

在現代工業生產中，機械設備及各類生產系統都離不開各種機械零件。隨著現代工業生產規模越來越大，精細化生產水平越來越高，機械化設備及系統的零部件越來越多，相應的精度質量要求越來越高。在機械零件加工中，影響零件質量的因素很多，而設計和加工工藝水平十分關鍵。為了進一步提高機械零件質量，有必要對機械零件的設計和加工工藝進行深入探究。

1? 機械零件設計應當遵循的基本原則

1.1 功能性原則

在一套機械設備及系統當中，任何一個零件都不是多余的，都在機械運行及相關生產活動中發揮相應的作用。而機械零件設計是機械系統設計中不可或缺的一部分，機械設計的基本原則就是要確保零件能夠實現單一或多樣化的功能。例如，三軸增穩云臺是當今精細化機械系統中出現的新型功能性裝置，該裝置的核心功能是在系統運動過程中讓其保持相對靜止的狀態。在這類裝置的設計中，每一個零部件的設計都需要為核心系統的穩定而考慮，確保其能與其他零部件配合，使裝置能夠發揮核心云臺功能[1]。

1.2 協同性原則

顯然，任何機械系統的運行，都是多個裝置、零部件互相配合的結果。因此，在進行機械零件設計時，要充分考慮零件在系統模塊中扮演的角色，使之能夠和其他零部件協調運行。尤其是在現代十分復雜的精細化機械系統的設計中，設計人員需要對大量的零部件進行協調設計，確保其能夠在相關功能要求下發揮整體作用。需要強調的是，機械零部件的設計，需要考慮不同材質、造型之間的契合度，還要考慮加工精度、誤差的影響，因此對設計人員的專業水平要求非常高。

1.3 節約性原則

如今，機械化水平不斷提高，各類機械系統都在逐步往小型化、精細化方向發展。如何在有限的空間內滿足更多零部件的組裝、運行要求，以及如何在滿足相關功能要求的基礎上減少系統的占用空間，都是機械零件設計人員需要考慮的問題。通過對空間要求、功能要求以及運行過程的充分考慮，對零件的造型、安裝位置、安裝方式進行科學設計，將能夠進一步實現機械化設備的精細化制造[2]。當然，從另一個角度來講，機械零件設計過程中還要考慮在滿足基本功能、運行穩定性等方面要求的基礎上，減少零部件生產的材料消耗，進而達到節約資源的目的。

2? 機械加工工藝技術對零件加工質量的影響

2.1 質量控制的影響

任何機械零件的加工環節，都需要采用有效的管理機制，對加工工藝進行全過程的質量管理。如果選用的加工工藝與零件本身特性不符，或是在使用相關工藝過程中，沒有做好相關參數的調整和檢查，都將影響零件的加工精度和質量。在絕大多數零件加工環節中，對零件的加工精度都有非常高的要求，為了保證加工精度，需要加強對加工工藝及加工過程的控制。為此，要嚴格按照加工工藝技術要求以及設計圖紙開展加工作業，做好自動化加工設備的維護和管理[3]。

2.2 加工工藝先進性的影響

一直以來，零件加工用到的各類技術都在不斷的更新和優化，相關技術的更新優化，核心目的就在于提升加工質量。在具體加工過程中，如果仍然使用質量較差的原材料以及相對落后的工藝技術，都會導致零件加工的質量無法達到實際使用的要求。尤其是一些傳統的加工工藝，無法很好的保證零件加工精度，導致生產出來的零件無法在機械設備系統中發揮更好的作用。

2.3 環境因素的影響

在現代零件加工產業中，由于零件精度要求全面提升，環境因素對加工質量的影響也越來越明顯[4]。在精細化零件加工過程中，溫度、濕度、揚塵等環境因素，都可能直接影響加工質量。比如，溫度的變化會導致原材料因熱脹冷縮而發生形變，而對精細化的零件來說，任何細微的形變都可能導致其相關參數精度不達標。而濕度過高的空氣中存在一些水蒸氣，加上空氣中揚塵的存在，可能會腐蝕零部件材料，或導致零部件加工過程中出現雜質，影響加工質量。因此，如今在部分高精度零部件加工中，都會通過現代技術創建一個恒溫、干燥、無雜質的環境。

3? 機械零件設計優化及加工工藝質量提升策略

3.1 設計優化策略

3.1.1 設計前準備

在當代零件設計領域中，需要針對機械零件的結構、尺寸、材料等進行全方位的考慮，并同步考慮零件具體應用系統的要求。具體來講，要針對關鍵零件和非關鍵零件的設計按照單獨的標準開展設計工作，確保相應的設計方案符合實際要求。相對于傳統的機械零件設計工作，現代精細化零部件設計除了要考慮前文提到的相關要素以外，還要對機械應力、強度、溫度、電磁干擾等因素進行全面考慮，確保零件的各部分參數符合實際應用要求。設計期間應當主張結合實際需求，最大限度降低生產加工失效的可能性，提高零件的可靠性。設計人員需要秉承可靠性設計的基本原則，執行符合基本要求的設計方案[5]。

3.1.2 設計過程管理

任何時候，單純依靠人力進行數值計算和設計，都無法很好的保證設計方案的可行性。在當今的技術背景下，機械零件設計人員應當積極加強對現代計算機設計軟件的應用。比如，Siemens Solid Edge 2020是一款在機械設計領域中比較常見的機械零件加工設計軟件，該軟件囊括了多種機械零件設計模塊，可以支持多種不同類型的機械零件設計工作。設計人員可以利用該軟件對零件進行三維造型設計，并通過三維圖像，對設計進行持續優化。同時，該軟件還支持零部件在不同運動模式下的運行狀態模擬。設計人員可以通過模擬過程，評估軟件運行狀態、各部位的磨損情況，再將其納入整個機械系統的功能運行中進行分析，然后持續優化，得到最優設計方案。另外，一些機械零件設計軟件還支持相關力學參數的計算、模擬分析，可以幫助設計人員對零部件設計方案的可行性進行進一步的分析。當然，可以看出，設計軟件的應用，可以大幅度提高設計效率和設計質量，同時還可以給機械加工人員提供可視化的三維設計圖，為后續的機械加工提供支持。

3.2 加工質量提升策略

3.2.1 升級加工技術工藝

關于機械零件的加工，首先需要對加工技術工藝進行升級和優化。在自動化技術飛速發展的情況下，應當積極引進基于現代PLC及微機控制的自動化加工車床，實現對機械零件的全自動加工。在這樣的加工系統當中，編程人員根據加工圖紙和要求，編寫相關加工程序。然后，加工人員根據設計圖紙，將相關參數錄入系統中[6]。中央控制器或控制程序對車刀的角度、運行頻率、荷載等進行精確控制，以實現對零件的自動化、精細化加工。

3.2.2 做好加工監測

零部件的加工，可能會受到多種因素的影響而導致加工質量不達標。為此，需要針對機械零件的加工過程進行監測，通過機械系統的顯示終端，實時觀測相關數值、參數，一旦發現異常，則需要停止加工，分析原因。當然，在機械零件的生產加工環節中，對相關人員的專業能力、工作模式進行監督，強化工藝管理，也是確保加工質量的關鍵。

3.2.3 做好工序集中和分散

如果加工環節確定了加工工藝和方式，應當根據設計圖紙，對所需要的材料、設備、技術人員進行協調安排，并制定有效的加工計劃。在這個過程中，應當做好各類工序的集中和分散，集中是指多個技術人員或資源集中于一個加工環節開展加工活動，而分散則是指對相對獨立的加工步驟進行單獨設置、同步進行。工序的集中是為了確保各部分參數、工藝符合設計要求，而工序的有機分散，是為了提升機械零件加工的效率。

3.3 促進機械零件設計制造自動化

在傳統的機械零件加工產業中，涉及到的零件設計和加工工藝都相對獨立，兩者之間的協同性比較差，如果溝通過程存在問題，將會導致設計方案無法得到很好的落實，影響產品質量。為此，可以要積極研發機械設計和加工工藝一體化的加工系統，將零件設計和加工工藝有機結合起來，利用智能化的生產模塊，實現機械零件的自動化、精細化加工[7]。

4? 結束語

綜上所述，在如今機械化產業迅速發展的背景下，大量精細化程度高、結構復雜的機械系統逐步出現在人們的生產活動中。針對相關機械零件的設計與加工，面臨著更高的功能性和精度方面的要求。為此，機械零件設計人員應當嚴格遵循相應的設計原則，積極利用現代先進設計軟件，提高機械零件的設計質量。而加工單位需要根據設計圖紙，采用更先進、更合適的加工工藝，將自動化、智能化與一體化加工技術有機結合，加強對機械零件加工的全過程監測和質量控制。只有這樣，才能全面提高機械零件設計水平和加工質量，為社會的持續發展做出關鍵的貢獻。

參考文獻：

[1]臧延斌.試論機械加工工藝對零件加工精度的影響[J].建筑工程技術與設計，2020（23）：664.

[2]邢玉釗，周全勝，鄒超.機械加工工藝對零件加工精度的影響及控制的思考[J].建筑工程技術與設計，2020（14）：4367.

[3]趙鵬.機械加工工藝對零件加工精度的影響及控制研究[J].百科論壇電子雜志，2020（7）：1768-1769.

[4]常立瑩.對于機械加工工藝對零件加工精度的影響研究[J].建筑工程技術與設計，2020（9）：673.

[5]張梅林.關于端蓋零件機械加工工藝的設計要點分析[J].內燃機與配件，2019（24）：75-76.

[6]張成才.機械加工工藝對零件加工精度的影響及控制措施[J].建筑工程技術與設計，2020（1）：2636.

[7]侯賀天，曹亞亭.連桿零件的機械加工工藝規程和專用夾具設計分析[J].電子測試，2019（14）：122-123，121.