機械零件設計及加工工藝研究

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引言

經濟的不斷發展帶來了社會的進步，在社會轉型的大背景之下，我國工業發展的勢頭更猛。當前的社會背景對機械類零件的加工質量提出了更高的要求，因此，機械和工業等生產行業應當對零件的加工和設計提出更高的標準。在當前的機械零件加工領域還存在一些亟待解決的問題，這些問題值得我們研究并提出解決方案。

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。

1.2 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。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。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 外部因素的影響

外部因素主要是受力問題。零件在加工過程中一旦零件在各個方向受力存在著異常，很容易使得加工出來的零件出現變形等問題，使得加工零件的尺寸參數和設計圖紙存在著一定的誤差，從而影響到最終的精度。但是這種受力問題是一種普遍存在的問題，是因為加工過程中需要刀具和夾具的相關配合和固定，但是隨著機床長期運行，會導致刀具和夾具不可避免地出現磨損和位移，這樣使得刀具在加工過程中容易出現相應的偏移，導致零件最終加工出現的產品和實際要求的精度存在著一定的差距。另一方面，在加工過程中各個軸承、刀具以及零件之間都會存在著很大的摩擦，導致零件表面受到不同程度的影響，從而產生一定的形變，而且摩擦作用會使得零件表面出現大量的熱量，使得零件不同區域的溫度不同，從而產生相應的熱變形，對加工精度造成一定的影響。

2.2 內部因素的影響

內部因素主要人為因素造成的誤差問題。雖然現在機床的智能化水平很高，減少了對于人為經驗的依賴，但是在一些參數的設置方面還是需要操作人員的經驗。這就對操作人員的能力提出了一定的要求，各種物理參數和運動參數的設置直接影響機械零件加工的質量和精度問題[1]。另外加工設備自身精度的限制問題，不同廠家不同價格的加工設備使用的控制算法和加工精度程度不同，這樣加工精度就存在著很大的差異。但是設備在長時間使用之后都會出現各種機械磨損等問題，需要做好機械設備的維護和保養工作。對于磨損厲害的一些零件要定期更換，盡可能減少誤差。

3 機械零件設計優化

3.1 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。

3.2 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 Edge2020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[2]。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。

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。加強對機械零件加工的全過程監測和質量控制，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。