关于机械设计过程中零件结构合理性设计的研究

关于机械设计过程中零件结构合理性设计的研究

梁健泮

维谛技术江门有限公司

摘要:合理化设计机械零件结构，不仅可以巩固提升机械的使用和工作性能，同时也可以培养零件和机械之间的默契匹配度，降低后期加工维修成本费用。促使机械获得更长的使用寿命。

关键词:机械加工；零件结构；合理设计

引言：目前机械内部零件结构在不断的生产和设计当中，呈现出复杂化和多样化的形态。再加之现在企业对于机械加工的高精密度要求。并需要从零件结构本身入手，进行精密合理化设计。由于一些特殊的产品零件加工起来困难无法找到适宜的加工切入点。进而影响企业经营效益。因此为保证机械加工品质和加工效率，需采用科学化和合理化原则，巩固完善机械加工水平和效率。

一、机械加工的零件结构设计

在现在零件结构的设计加工过程当中普遍使用数控技术。通过该项技术多样化的控制表现，可以实现程序的自动化控制。借助先进的计算机设备和技术，存储处理并且传输数据，逐渐淘汰传统的硬件逻辑电路控制装置，以此来有效控制设备各种功能的实现。

（一）机械加工程序编制简化 目前自动化和智能化成为现代机械加工主流化趋势。零件加工不再依靠操作人员，而是取决于数控加工程序。同时为保证数控加工的质量和效率，需要对数控加工程序做编制工作。通过分析零件几何图形、零件尺寸，从而明确需要加工的零件轮廓，以零件本身坐标点作为基准点，并在程序当中设置满足零件外形的条件，明确零件结构之间的平行和相交关系，统一加工工艺编程和设计方者之间的关系。除此之外，还可以在零件结构图上标示零件的尺寸和坐标，简化编程坐标，方便编程人员能够迅速查找和掌握，高精准重合编程原点和设计尺寸基准，减轻编程人员后期换算工作力度。

（二）装夹加工与定位 零件的装夹加工与定位，需要通过某一个孔或面作为定位基准开展加紧操作。其目的在于促使经过多次装夹的零件可以回到基准位置，保证零件的完整性，避免由于装甲基准偏差所引起的加工失误现象，确保零件加工的精度以及质量。同时需要注意的是，该种夹装和定位方式，不仅可用在一次性多表面机械集中加工工序中，同时也可适用于轴类零件加工设计。

二、零件合理化设计问题

（一）机械设计结构与材料问题

首先站在零件设计结构的角度，设计思路的差异会影响加工精度以及加工难易程度；其次，机械零件设计所需材料会运用到多种不同的种类以及不同类型的材料切割加工方式，对于材料的设计，不仅要思考材料的可用性同时也要重视材料的可切削性。

（二）加工精度问题

目前大部分的企业面临机械加工精度低的困境。设计标准和实际操作之间存在的误差，一般可分为机械加工系统的几何误差、机械加工系统受力受热变形误差、工件装夹误差等不同的误差类型。首先，制造使用和安装机床夹具和刀具操作不当以及过多磨损，都会引发机械加工系统几何误差；其次，工件定位不精准便会产生工件装夹误差；再次，机械加工系统受累受热变形误差引发原因在于切削力以及切削热量过度，导致工件和刀具位置位移，加工完毕之后的成品形状和尺寸精度受到影响。

（三）零件表面质量问题

零件表面粗糙性越高，不仅会降低微观几何形状美观性，同时也会导致零件耐腐蚀以及耐磨性等物理力学性能逐渐降低，缩短零件使用寿命。零件表面质量的高低，受到两方面因素的影响，一是刀具材料和工件材料无法匹配，二是没有选择适合的切削用量和工件材料。针对前者的问题，可根据超硬材料以及铸铁类材料类型的不同，选择金属陶瓷刀具以及硬质合金钢类刀具。而后者关于材料和切削用量的问题，可分别针对塑性材料和脆性材料进行不同的分析。材料切削用量过大会引发零件的变形和撕裂，而脆性材料会产生较多的切削碎粒。

三、零件合理化设计策略

（一）科学选择材料

首先，关于零部件材料的选择可参考经济、美观性原则。比如蜗轮蜗杆在使用中通常伴随着低传动效率、散热性能，引发磨损点蚀等失效现象。针对此种问题，材料的选择必须具备优质的减磨、跑合性能。一般涡轮与蜗杆可选用青铜、铸铁或合金钢或碳钢进行制作；其次，关于刀具的选择，可根据粗车以及精车的区别，选择YW材质的刀具及YT15材质的刀具进行加工。

（二）合理设计切削用量

目前，影响切削用量最为重要的便是切削速度和切削深度两大因素。在对切削速度进行有效控制的同时，保持切削深度和加工余量的同等性，明确不同工序的切削用量，大大降低刀具和工件的挤压时间，从而能够有效的防止工件发生变形。

（三）控制加工成本

1.简化加工工序和加工次数 机械加工所耗费的成本越高，那么相继便会减少企业所可获取的经济效益。因此企业为了有效控制机械成本加工的弹性，必须要科学设计加工程序，从而有效控制人力物力以及材料输送等不可控成本。例如可针对不同的零件，简化零件设计加工工艺。下图中的两个零件区别在于第1个零件表面不相同，分别呈现水平状态和邪术状态。而另一个零件的两个表面是平行的。针对第1个零件在加工过程中无法同步加工两个表面，为解决此问题可改变第2个表面零件角度；而第2个零件尽管呈现平行状态，但是由于两个表面高低各不相同，，因此可以通过加装砂轮和刀具，实现同步加工两个表面的过程。，通过这样的方式，可有效节省工序和加工时间，企业可通过扫鹅的生产成本。获取高额的经济利润效益。

图1

2.调整加工速度和材料

零件的加工和设计难免会用到金属材料，金属零件的切削是机械加工过程中一道难题，因为该种类型的零件材料成本过高，且越复杂的零件设计，体积越大切割需要耗费大量的时间以及切削量无异于加重企业的材料成本和时间成本以及加工成本。为规避此类问题，需要从以下2点入手：首先针对具有薄而匀称设计要求的零件，例如较薄的工字零件加工过程，可通过均匀控制刀面磨损带，增加刀具磨损量，一方面可以达到降低材料切削量的目的，另一方面也不会造成刀具和零件的损坏；其次，需要尽可能的避免加工零件接触刀夹和砂轮不可接触的区域，一旦接触该部分禁区，不仅会阻碍零件的加工质量和加工速率，同时也无法避免对零件和刀具造成损坏。改善此类问题，降低刀具磨损成本损失。对。可留出充足的空隙以供刀具使用。

3.提高零件精度

零件与机器之间的匹配度取决于零件加工的精度。当零件设计参数与零件加工完成之后所测得的参数保持一致时，它能够有效稳固机械的使用效率和使用寿命。目前影响，为规避空腔内的零件受外力影响，导致内部余量减少产生变形，可以将零件的开口端改为闭口端，整体零件结构呈现盒状，这样做的目的在于巩固薄弱区，抗变形强度。稳定零件内部结构。是现代高科技技术手段的应用，开始出现大量新型的机械设备。机械制造工艺偏差会直接影响机械设备运行安全性。因此需要分析机械设计，恰当中的区别因素，工作人员可针对误差原因制定解决方法，进而能够大幅度提升零件精度。除此之外，加工设备也与机械加工制造精确性有密切关联。因此零件的测量可以采用先进规范的测量工具，对零件夹具进行改造，降低加工误差基数稳定整体工艺质量。

（四）零部件的通用化、归一化设计

产品在开发过程中往往都是以同一系列的不同规格、不同型号的形式一起设计开发产品，所以，在设计过程中应当充分考虑到零部件的通用性，同一性。将结构、功能性相近的零部件都作归一化设计，让零部件发挥得更加灵活。零部件通用化、归一化设计，其优势是可以直接缩短产品设计周期，减少开模、试模的成本，提高生产的效率。归一化和通用化设计，对工厂而言，零部件品种减少节约存储空间、降低质量风险。另外，可以将归一化的零件转化为工厂内部标准，以便工厂的精益生产管理。所以，零部件的通用化、归一化将可以贯穿整个产品的设计、生产及维护的生命周期，让产品设计周期更短、生产效率更好、产品维护更便捷。

四、结论

我国经济的发展带动了市场经济的发展步伐，目前我国市场经济的发展已经趋于平稳状态，机械制造业在市场经济的带动之下，取得了非常显著的成就。但是目前机械制造业却面临着消耗成本高,以及产业效率低等一系列的问题。如何优化零件内部结构的设计，是目前最为紧迫的问题。通过现代不断研究集成化调控技术，完善更新机械加工工艺，它能够赋予零件结构合理化特性，促使企业以最低的成本消耗获取高额，加工效益。

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