机械零件设计及加工工艺研究

2021-12-26

科学与信息化 2021年5期

沈阳优尼斯智能装备有限公司辽宁沈阳 110142

引言

经济的不断发展带来了社会的进步，在社会转型的大背景之下，我国工业发展的势头更猛。当前的社会背景对机械类零件的加工质量提出了更高的要求，因此，机械和工业等生产行业应当对零件的加工和设计提出更高的标准。在当前的机械零件加工领域还存在一些亟待解决的问题，这些问题值得我们研究并提出解决方案。

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。

1.2 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。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。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 外部因素的影响

外部因素主要是受力问题。零件在加工过程中一旦零件在各个方向受力存在着异常，很容易使得加工出来的零件出现变形等问题，使得加工零件的尺寸参数和设计图纸存在着一定的误差，从而影响到最终的精度。但是这种受力问题是一种普遍存在的问题，是因为加工过程中需要刀具和夹具的相关配合和固定，但是随着机床长期运行，会导致刀具和夹具不可避免地出现磨损和位移，这样使得刀具在加工过程中容易出现相应的偏移，导致零件最终加工出现的产品和实际要求的精度存在着一定的差距。另一方面，在加工过程中各个轴承、刀具以及零件之间都会存在着很大的摩擦，导致零件表面受到不同程度的影响，从而产生一定的形变，而且摩擦作用会使得零件表面出现大量的热量，使得零件不同区域的温度不同，从而产生相应的热变形，对加工精度造成一定的影响。

2.2 内部因素的影响

内部因素主要人为因素造成的误差问题。虽然现在机床的智能化水平很高，减少了对于人为经验的依赖，但是在一些参数的设置方面还是需要操作人员的经验。这就对操作人员的能力提出了一定的要求，各种物理参数和运动参数的设置直接影响机械零件加工的质量和精度问题[1]。另外加工设备自身精度的限制问题，不同厂家不同价格的加工设备使用的控制算法和加工精度程度不同，这样加工精度就存在着很大的差异。但是设备在长时间使用之后都会出现各种机械磨损等问题，需要做好机械设备的维护和保养工作。对于磨损厉害的一些零件要定期更换，尽可能减少误差。

3 机械零件设计优化

3.1 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。

3.2 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 Edge2020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[2]。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。