机械零件设计及加工工艺探析

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。

关键词：机械零件；设计；加工工艺

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，都是多个装置、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，SiemensSolidEdge2020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].建筑工程技术与设计，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.

作者:曹敏 单位:常州铁道高等职业技术学校