機(jī)械零件設(shè)計(jì)及加工工藝分析

范興勁

（大華技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310053）

機(jī)械零件在設(shè)計(jì)、加工兩個(gè)方面的工藝層次，是判斷機(jī)械零件品質(zhì)的關(guān)鍵依據(jù)。零件自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性，直接關(guān)系著機(jī)械零件加工精度?，F(xiàn)階段，機(jī)械零件具有較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，加工工藝精煉的零部件，在生產(chǎn)程序中，能夠顯著增強(qiáng)機(jī)械加工整體效能，同時(shí)有效控制生產(chǎn)成本，展現(xiàn)出多重競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。因此，針對(duì)機(jī)械零件，系統(tǒng)性研究其設(shè)計(jì)工藝、加工精密度兩項(xiàng)工作，具有重要意義。

1 機(jī)械零件設(shè)計(jì)工作分析

1.1 機(jī)械零件設(shè)計(jì)原則

（1）功能性。在設(shè)計(jì)機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)時(shí)，以零部件功能為基礎(chǔ)，有序完成設(shè)計(jì)工作，以此保障機(jī)械零部件的應(yīng)用性能。例如，增穩(wěn)云臺(tái)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)期間，其應(yīng)用功能在于保障攝像頭支撐的穩(wěn)定性，保障攝像頭應(yīng)用的有效性。因此，在設(shè)計(jì)增穩(wěn)云臺(tái)機(jī)械零部件時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)方位對(duì)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。如若設(shè)計(jì)方案難以完成瞬間對(duì)準(zhǔn)，將會(huì)削弱機(jī)械零部件的穩(wěn)定性能力，使其失去應(yīng)用價(jià)值。為此，設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)以其功能為視角，加強(qiáng)功能分解，提升設(shè)計(jì)的有效性。

（2）成本最優(yōu)性。以機(jī)械零部件設(shè)計(jì)為視角，加強(qiáng)設(shè)計(jì)成本控制。為此，機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)以成本最優(yōu)為理念。在設(shè)計(jì)初期，應(yīng)以宏觀視角，完成設(shè)計(jì)方案對(duì)比，確定成本最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。在成本最優(yōu)方案中，同時(shí)保障機(jī)械零部件性能最優(yōu)，以此達(dá)成雙優(yōu)設(shè)計(jì)效果。

（3）模塊獨(dú)立性。模塊獨(dú)立性設(shè)計(jì)理念，同樣作為設(shè)計(jì)人員的工作重點(diǎn)。模塊設(shè)計(jì)思想，旨在提升機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性，有效提升機(jī)械零部件應(yīng)用性能，使其發(fā)展應(yīng)用價(jià)值。

1.2 機(jī)械零件設(shè)計(jì)干擾條件

（1）結(jié)構(gòu)材料。機(jī)械零部件所使用的結(jié)構(gòu)材料，在化學(xué)、力學(xué)等條件作用下，將會(huì)產(chǎn)生差異性的反應(yīng)。結(jié)合材料性能，完成生產(chǎn)工藝規(guī)劃，甄選與機(jī)械零部件具有相似結(jié)構(gòu)的材料，以此減少機(jī)械零件加工程序形成的干擾性條件。如果在加工期間，存在結(jié)構(gòu)出入問(wèn)題，應(yīng)采取有效的補(bǔ)救措施，保障零件加工品質(zhì)。

（2）毛坯成型技術(shù)。機(jī)械零件加工程序緊密性，將會(huì)受到毛坯成型工藝的干擾。各類結(jié)構(gòu)形式的毛坯，含有多重成型工藝，對(duì)零件加工品質(zhì)具備一定干擾能力。因此，在診斷毛坯成型技術(shù)期間，應(yīng)依據(jù)工件設(shè)計(jì)需求綜合確定，以期提升機(jī)械零件結(jié)構(gòu)與加工程序的協(xié)同性，降低機(jī)械零件加工精度受干擾的可能性。

1.3 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的工作關(guān)鍵要領(lǐng)

（1）可靠性設(shè)計(jì)。針對(duì)機(jī)械零件開(kāi)展的可靠性設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)項(xiàng)目分別包括零件結(jié)構(gòu)、參數(shù)公差、零件結(jié)構(gòu)規(guī)格、零件材料等。加強(qiáng)關(guān)鍵零件穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，提升關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)效果。相比傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法，穩(wěn)定性設(shè)計(jì)元素，以用戶零件應(yīng)用需求為基礎(chǔ)，提升設(shè)計(jì)使用適用性，確定具有特征描述性的函數(shù)，提升平均值設(shè)計(jì)效果，嘗試借助概率統(tǒng)計(jì)方式完成函數(shù)求解。與此同時(shí)，機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)其穩(wěn)定性時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有性能失效的潛在因素，以實(shí)際需求為基礎(chǔ)完成可靠性設(shè)計(jì)，將會(huì)確定各設(shè)計(jì)參數(shù)各項(xiàng)不確定特征，以此保障可靠性設(shè)計(jì)的有效性。

（2）安全性設(shè)計(jì)。安全性設(shè)計(jì)，建立在經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，具有機(jī)械零件設(shè)計(jì)的普遍性。此種設(shè)計(jì)，借助經(jīng)驗(yàn)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在多重設(shè)計(jì)方案中予以分析，由此確定具有適應(yīng)性的設(shè)計(jì)方案。此種設(shè)計(jì)方法，對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了較高的專業(yè)能力。與此同時(shí)，在經(jīng)驗(yàn)法設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，加強(qiáng)安全設(shè)計(jì)公式驗(yàn)證，以此保障機(jī)械零件應(yīng)用的安全性，避免機(jī)械零件在生產(chǎn)中，出現(xiàn)意外情況，改善生產(chǎn)效果。

2 機(jī)械零件加工精度保障分析

2.1 機(jī)械零件加工特點(diǎn)

（1）加工全面性。一般情況下，在開(kāi)展機(jī)械零件加工程序期間，應(yīng)科學(xué)制定全面性的數(shù)控加工流程，同時(shí)開(kāi)展試驗(yàn)程序。繼而結(jié)合零件實(shí)際存在的問(wèn)題，加強(qiáng)數(shù)控加工流程優(yōu)化。數(shù)控機(jī)床加工程序中，含有零件加工、刀具使用等。此類工藝參數(shù)設(shè)計(jì)，應(yīng)符合零件機(jī)械加工的具體要求，以此提升零件加工方案的完整性。

（2）加工嚴(yán)密性。針對(duì)機(jī)械零件開(kāi)展的加工程序，其品質(zhì)要求較高，比如，零件間黏合力、零件加工精度等。因此，針對(duì)零件加工的數(shù)控程序，應(yīng)保持較高的嚴(yán)密性。加強(qiáng)零件加工嚴(yán)密性，提升數(shù)控加工模式的精確性，減少人為干預(yù)成分，科學(xué)控制人為失誤問(wèn)題，保障機(jī)械加工的規(guī)范性。此外，減少人為作業(yè)成分，能夠有效提升機(jī)械化生產(chǎn)占比，提升人工勞動(dòng)成本節(jié)約性，有助于提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力。機(jī)械零件的嚴(yán)密性，有助于保障其使用性能，使其具備優(yōu)異的生產(chǎn)能力。

2.2 機(jī)械零件加工精度制約因素

（1）加工程序。在加工機(jī)械零件過(guò)程中，應(yīng)以機(jī)械零件控制為側(cè)重點(diǎn)，提升管控有效性。如若管控工作不到位，將會(huì)形成工作疏忽問(wèn)題，危及機(jī)械零件加工精確性。機(jī)械零件在實(shí)際開(kāi)展加工程序中，加工人員應(yīng)提升加工設(shè)計(jì)的有效性，使其進(jìn)度具有規(guī)范性。與此同時(shí)，在加工期間，應(yīng)選擇具有適應(yīng)性的零件材料，保障加工工藝與機(jī)械零件功能的匹配性。通常情況下，機(jī)械零加工程序中，對(duì)零件各項(xiàng)參數(shù)具有一定精確度要求。在實(shí)際加工程序中，加強(qiáng)加工程序管控，以期獲得較高的加工精度。加工程序管理工作，具體表現(xiàn)為：①加工人員應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)工藝、圖紙的各項(xiàng)需求，完成零件加工操作。②針對(duì)加工設(shè)備有序落實(shí)維護(hù)工作，減少機(jī)械設(shè)備故障問(wèn)題，保障零件加工精度。③加強(qiáng)加工人員確定，以期保障加工人員專業(yè)技能，順應(yīng)加工工藝的各項(xiàng)要求。④針對(duì)加工人員專業(yè)能力，采取定期考核形式，有效獲取加工人員的專業(yè)特長(zhǎng)。⑤針對(duì)加工設(shè)備，有序落實(shí)養(yǎng)護(hù)工作，為機(jī)械零件加工程序奠定基礎(chǔ)條件。

（2）溫度條件。在機(jī)械零件加工程序中，加工溫度作為影響加工品質(zhì)的關(guān)鍵因素。機(jī)械零件在加工程序中，其溫度條件設(shè)計(jì)的科學(xué)性，直接作用于加工精度控制效果。為此，在零件加工程序中，應(yīng)科學(xué)完成溫度控制工作，保障零件加工溫度的標(biāo)準(zhǔn)性。在機(jī)械零件完成加工處理時(shí)，借助切削液，科學(xué)控制機(jī)械零件溫度處理程序，以期提升機(jī)械零件加工密度控制效果。與此同時(shí)，在機(jī)械零件加工程序中，應(yīng)適時(shí)采取冷卻處理措施，提升刀具、車(chē)床等環(huán)節(jié)溫度控制能力，以期減少溫度條件產(chǎn)生的精度威脅。在實(shí)際加工程序中，用結(jié)合工件的實(shí)際情況，加強(qiáng)工件溫度控制，有序完成機(jī)械車(chē)床溫度控制工作，比如，冷卻、加熱等。

2.3 機(jī)械零件加工精度的質(zhì)控措施

（1）確定加工程序。機(jī)械零件加工程序，具體設(shè)計(jì)為：粗加工、半精確加工、精確加工。采取三層加工模式，以此保障機(jī)械零件加工精度，提升機(jī)械零件加工程序的質(zhì)控效果。

（2）統(tǒng)籌規(guī)劃各項(xiàng)工作。統(tǒng)籌規(guī)劃各項(xiàng)工作：以機(jī)械零件功能、機(jī)械生產(chǎn)能力為出發(fā)點(diǎn)，加強(qiáng)零件加工工序的工藝適用性；分別從集中性、分散性兩個(gè)視角，完成加工工序確定，以此提升零件加工生產(chǎn)能力，保障加工精密度。

（3）加強(qiáng)工序規(guī)劃。在機(jī)械零件加工期間，應(yīng)細(xì)致規(guī)劃工序次序，提升機(jī)械零件加工順利性。通常情況下，應(yīng)系統(tǒng)性完成基準(zhǔn)面定位程序，在此基礎(chǔ)上，有序落實(shí)各項(xiàng)加工程序。與此同時(shí)，加工程序應(yīng)確定主次層次，保障粗加工優(yōu)先落實(shí)，精密加工在后期完成，平面加工在前期加工程序予以完成，孔加工程序在后期加工程序中精密處理。系統(tǒng)性規(guī)劃工序次序，有助于科學(xué)完成機(jī)械零件加工程序，減少機(jī)械零件質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生，提升加工精密度。

3 機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)例

（1）機(jī)械零件設(shè)計(jì)以二級(jí)減速器輸入軸為例。

（2）設(shè)計(jì)要求為：輸入功率p1設(shè)為8kW；轉(zhuǎn)速設(shè)為n1=500r，以分鐘計(jì)量；齒輪齒寬b1設(shè)為70mm；齒數(shù)z1設(shè)計(jì)為28個(gè)；模數(shù)m1設(shè)計(jì)為2.5；壓力角度a1設(shè)為20度；假設(shè)減速使用壽命為3000天。

（3）輸入軸設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于：材料選??；熱處理；受力分析；確定危險(xiǎn)區(qū)域。

（4）材料選擇以45#鋼為主，在處理完成時(shí)，其硬度HB應(yīng)達(dá)到240。

（5）此零件結(jié)構(gòu)以階梯式為主，7軸段設(shè)計(jì)方案。七個(gè)軸段的規(guī)格參數(shù)分別為：長(zhǎng)度尺寸為30mm、6mm、103mm、6mm、27mm、60mm、78mm；直徑尺寸為56mm、50mm、63mm、50mm、55mm、51mm、46mm。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，相比常規(guī)性設(shè)計(jì)，穩(wěn)定與安全性設(shè)計(jì)法，充分結(jié)合了機(jī)械零件的應(yīng)用需求，使其參數(shù)具有可控性，保障設(shè)計(jì)方案的客觀性。為此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)干擾條件獲取能力，持續(xù)增強(qiáng)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)有效性。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)完成時(shí)，在零部件加工程序中，應(yīng)融合精密度設(shè)計(jì)思想，加強(qiáng)零部件設(shè)計(jì)品質(zhì)，提升機(jī)械零部件的應(yīng)用效能，使其在各項(xiàng)生產(chǎn)程序中發(fā)揮作用。