曹敏

摘要：隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)普遍實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。機(jī)械零件作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)及機(jī)械設(shè)備中不可或缺的一部分，其設(shè)計及加工質(zhì)量將會對設(shè)備系統(tǒng)功能產(chǎn)生決定性的影響。文章闡述了現(xiàn)代機(jī)械零件設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循的主要原則，分析了機(jī)械加工工藝對零件質(zhì)量的影響。然后從實(shí)際角度出發(fā)，對機(jī)械零件設(shè)計優(yōu)化和加工工藝質(zhì)量提升策略進(jìn)行探討，希望能為相關(guān)行業(yè)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(guān)鍵詞：機(jī)械零件;設(shè)計;加工工藝

Key words： mechanical parts;design;processing technology

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

0? 引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械設(shè)備及各類生產(chǎn)系統(tǒng)都離不開各種機(jī)械零件。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越來越大，精細(xì)化生產(chǎn)水平越來越高，機(jī)械化設(shè)備及系統(tǒng)的零部件越來越多，相應(yīng)的精度質(zhì)量要求越來越高。在機(jī)械零件加工中，影響零件質(zhì)量的因素很多，而設(shè)計和加工工藝水平十分關(guān)鍵。為了進(jìn)一步提高機(jī)械零件質(zhì)量，有必要對機(jī)械零件的設(shè)計和加工工藝進(jìn)行深入探究。

1? 機(jī)械零件設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循的基本原則

1.1 功能性原則

在一套機(jī)械設(shè)備及系統(tǒng)當(dāng)中，任何一個零件都不是多余的，都在機(jī)械運(yùn)行及相關(guān)生產(chǎn)活動中發(fā)揮相應(yīng)的作用。而機(jī)械零件設(shè)計是機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計中不可或缺的一部分，機(jī)械設(shè)計的基本原則就是要確保零件能夠?qū)崿F(xiàn)單一或多樣化的功能。例如，三軸增穩(wěn)云臺是當(dāng)今精細(xì)化機(jī)械系統(tǒng)中出現(xiàn)的新型功能性裝置，該裝置的核心功能是在系統(tǒng)運(yùn)動過程中讓其保持相對靜止的狀態(tài)。在這類裝置的設(shè)計中，每一個零部件的設(shè)計都需要為核心系統(tǒng)的穩(wěn)定而考慮，確保其能與其他零部件配合，使裝置能夠發(fā)揮核心云臺功能[1]。

1.2 協(xié)同性原則

顯然，任何機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行，都是多個裝置、零部件互相配合的結(jié)果。因此，在進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計時，要充分考慮零件在系統(tǒng)模塊中扮演的角色，使之能夠和其他零部件協(xié)調(diào)運(yùn)行。尤其是在現(xiàn)代十分復(fù)雜的精細(xì)化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計中，設(shè)計人員需要對大量的零部件進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計，確保其能夠在相關(guān)功能要求下發(fā)揮整體作用。需要強(qiáng)調(diào)的是，機(jī)械零部件的設(shè)計，需要考慮不同材質(zhì)、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(shè)計人員的專業(yè)水平要求非常高。

1.3 節(jié)約性原則

如今，機(jī)械化水平不斷提高，各類機(jī)械系統(tǒng)都在逐步往小型化、精細(xì)化方向發(fā)展。如何在有限的空間內(nèi)滿足更多零部件的組裝、運(yùn)行要求，以及如何在滿足相關(guān)功能要求的基礎(chǔ)上減少系統(tǒng)的占用空間，都是機(jī)械零件設(shè)計人員需要考慮的問題。通過對空間要求、功能要求以及運(yùn)行過程的充分考慮，對零件的造型、安裝位置、安裝方式進(jìn)行科學(xué)設(shè)計，將能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化設(shè)備的精細(xì)化制造[2]。當(dāng)然，從另一個角度來講，機(jī)械零件設(shè)計過程中還要考慮在滿足基本功能、運(yùn)行穩(wěn)定性等方面要求的基礎(chǔ)上，減少零部件生產(chǎn)的材料消耗，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約資源的目的。

2? 機(jī)械加工工藝技術(shù)對零件加工質(zhì)量的影響

2.1 質(zhì)量控制的影響

任何機(jī)械零件的加工環(huán)節(jié)，都需要采用有效的管理機(jī)制，對加工工藝進(jìn)行全過程的質(zhì)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(guān)工藝過程中，沒有做好相關(guān)參數(shù)的調(diào)整和檢查，都將影響零件的加工精度和質(zhì)量。在絕大多數(shù)零件加工環(huán)節(jié)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(qiáng)對加工工藝及加工過程的控制。為此，要嚴(yán)格按照加工工藝技術(shù)要求以及設(shè)計圖紙開展加工作業(yè)，做好自動化加工設(shè)備的維護(hù)和管理[3]。

2.2 加工工藝先進(jìn)性的影響

一直以來，零件加工用到的各類技術(shù)都在不斷的更新和優(yōu)化，相關(guān)技術(shù)的更新優(yōu)化，核心目的就在于提升加工質(zhì)量。在具體加工過程中，如果仍然使用質(zhì)量較差的原材料以及相對落后的工藝技術(shù)，都會導(dǎo)致零件加工的質(zhì)量無法達(dá)到實(shí)際使用的要求。尤其是一些傳統(tǒng)的加工工藝，無法很好的保證零件加工精度，導(dǎo)致生產(chǎn)出來的零件無法在機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)中發(fā)揮更好的作用。

2.3 環(huán)境因素的影響

在現(xiàn)代零件加工產(chǎn)業(yè)中，由于零件精度要求全面提升，環(huán)境因素對加工質(zhì)量的影響也越來越明顯[4]。在精細(xì)化零件加工過程中，溫度、濕度、揚(yáng)塵等環(huán)境因素，都可能直接影響加工質(zhì)量。比如，溫度的變化會導(dǎo)致原材料因熱脹冷縮而發(fā)生形變，而對精細(xì)化的零件來說，任何細(xì)微的形變都可能導(dǎo)致其相關(guān)參數(shù)精度不達(dá)標(biāo)。而濕度過高的空氣中存在一些水蒸氣，加上空氣中揚(yáng)塵的存在，可能會腐蝕零部件材料，或?qū)е铝悴考庸み^程中出現(xiàn)雜質(zhì)，影響加工質(zhì)量。因此，如今在部分高精度零部件加工中，都會通過現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)建一個恒溫、干燥、無雜質(zhì)的環(huán)境。

3? 機(jī)械零件設(shè)計優(yōu)化及加工工藝質(zhì)量提升策略

3.1 設(shè)計優(yōu)化策略

3.1.1 設(shè)計前準(zhǔn)備

在當(dāng)代零件設(shè)計領(lǐng)域中，需要針對機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料等進(jìn)行全方位的考慮，并同步考慮零件具體應(yīng)用系統(tǒng)的要求。具體來講，要針對關(guān)鍵零件和非關(guān)鍵零件的設(shè)計按照單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)開展設(shè)計工作，確保相應(yīng)的設(shè)計方案符合實(shí)際要求。相對于傳統(tǒng)的機(jī)械零件設(shè)計工作，現(xiàn)代精細(xì)化零部件設(shè)計除了要考慮前文提到的相關(guān)要素以外，還要對機(jī)械應(yīng)力、強(qiáng)度、溫度、電磁干擾等因素進(jìn)行全面考慮，確保零件的各部分參數(shù)符合實(shí)際應(yīng)用要求。設(shè)計期間應(yīng)當(dāng)主張結(jié)合實(shí)際需求，最大限度降低生產(chǎn)加工失效的可能性，提高零件的可靠性。設(shè)計人員需要秉承可靠性設(shè)計的基本原則，執(zhí)行符合基本要求的設(shè)計方案[5]。

3.1.2 設(shè)計過程管理

任何時候，單純依靠人力進(jìn)行數(shù)值計算和設(shè)計，都無法很好的保證設(shè)計方案的可行性。在當(dāng)今的技術(shù)背景下，機(jī)械零件設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)積極加強(qiáng)對現(xiàn)代計算機(jī)設(shè)計軟件的應(yīng)用。比如，Siemens Solid Edge 2020是一款在機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域中比較常見的機(jī)械零件加工設(shè)計軟件，該軟件囊括了多種機(jī)械零件設(shè)計模塊，可以支持多種不同類型的機(jī)械零件設(shè)計工作。設(shè)計人員可以利用該軟件對零件進(jìn)行三維造型設(shè)計，并通過三維圖像，對設(shè)計進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。同時，該軟件還支持零部件在不同運(yùn)動模式下的運(yùn)行狀態(tài)模擬。設(shè)計人員可以通過模擬過程，評估軟件運(yùn)行狀態(tài)、各部位的磨損情況，再將其納入整個機(jī)械系統(tǒng)的功能運(yùn)行中進(jìn)行分析，然后持續(xù)優(yōu)化，得到最優(yōu)設(shè)計方案。另外，一些機(jī)械零件設(shè)計軟件還支持相關(guān)力學(xué)參數(shù)的計算、模擬分析，可以幫助設(shè)計人員對零部件設(shè)計方案的可行性進(jìn)行進(jìn)一步的分析。當(dāng)然，可以看出，設(shè)計軟件的應(yīng)用，可以大幅度提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，同時還可以給機(jī)械加工人員提供可視化的三維設(shè)計圖，為后續(xù)的機(jī)械加工提供支持。

3.2 加工質(zhì)量提升策略

3.2.1 升級加工技術(shù)工藝

關(guān)于機(jī)械零件的加工，首先需要對加工技術(shù)工藝進(jìn)行升級和優(yōu)化。在自動化技術(shù)飛速發(fā)展的情況下，應(yīng)當(dāng)積極引進(jìn)基于現(xiàn)代PLC及微機(jī)控制的自動化加工車床，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械零件的全自動加工。在這樣的加工系統(tǒng)當(dāng)中，編程人員根據(jù)加工圖紙和要求，編寫相關(guān)加工程序。然后，加工人員根據(jù)設(shè)計圖紙，將相關(guān)參數(shù)錄入系統(tǒng)中[6]。中央控制器或控制程序?qū)嚨兜慕嵌取⑦\(yùn)行頻率、荷載等進(jìn)行精確控制，以實(shí)現(xiàn)對零件的自動化、精細(xì)化加工。

3.2.2 做好加工監(jiān)測

零部件的加工，可能會受到多種因素的影響而導(dǎo)致加工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。為此，需要針對機(jī)械零件的加工過程進(jìn)行監(jiān)測，通過機(jī)械系統(tǒng)的顯示終端，實(shí)時觀測相關(guān)數(shù)值、參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，則需要停止加工，分析原因。當(dāng)然，在機(jī)械零件的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)中，對相關(guān)人員的專業(yè)能力、工作模式進(jìn)行監(jiān)督，強(qiáng)化工藝管理，也是確保加工質(zhì)量的關(guān)鍵。

3.2.3 做好工序集中和分散

如果加工環(huán)節(jié)確定了加工工藝和方式，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計圖紙，對所需要的材料、設(shè)備、技術(shù)人員進(jìn)行協(xié)調(diào)安排，并制定有效的加工計劃。在這個過程中，應(yīng)當(dāng)做好各類工序的集中和分散，集中是指多個技術(shù)人員或資源集中于一個加工環(huán)節(jié)開展加工活動，而分散則是指對相對獨(dú)立的加工步驟進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置、同步進(jìn)行。工序的集中是為了確保各部分參數(shù)、工藝符合設(shè)計要求，而工序的有機(jī)分散，是為了提升機(jī)械零件加工的效率。

3.3 促進(jìn)機(jī)械零件設(shè)計制造自動化

在傳統(tǒng)的機(jī)械零件加工產(chǎn)業(yè)中，涉及到的零件設(shè)計和加工工藝都相對獨(dú)立，兩者之間的協(xié)同性比較差，如果溝通過程存在問題，將會導(dǎo)致設(shè)計方案無法得到很好的落實(shí)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。為此，可以要積極研發(fā)機(jī)械設(shè)計和加工工藝一體化的加工系統(tǒng)，將零件設(shè)計和加工工藝有機(jī)結(jié)合起來，利用智能化的生產(chǎn)模塊，實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件的自動化、精細(xì)化加工[7]。

4? 結(jié)束語

綜上所述，在如今機(jī)械化產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的背景下，大量精細(xì)化程度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)逐步出現(xiàn)在人們的生產(chǎn)活動中。針對相關(guān)機(jī)械零件的設(shè)計與加工，面臨著更高的功能性和精度方面的要求。為此，機(jī)械零件設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循相應(yīng)的設(shè)計原則，積極利用現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計軟件，提高機(jī)械零件的設(shè)計質(zhì)量。而加工單位需要根據(jù)設(shè)計圖紙，采用更先進(jìn)、更合適的加工工藝，將自動化、智能化與一體化加工技術(shù)有機(jī)結(jié)合，加強(qiáng)對機(jī)械零件加工的全過程監(jiān)測和質(zhì)量控制。只有這樣，才能全面提高機(jī)械零件設(shè)計水平和加工質(zhì)量，為社會的持續(xù)發(fā)展做出關(guān)鍵的貢獻(xiàn)。

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