摘要：在零件结构设计中，应基于加工可能性、经济性、精确性等角度进行综合考虑，才能加工出更为“优质”的零件，在契合机器运行需要的同时，节省加工成本，为企业创造更大的经济效益。
关键词：机械加工；零件结构设计
引言
随着我国经济增长模式向资源节约型、环境友好型转变，要想促进我国工业继续追赶国际先进水平，就必须节省人力物力的消耗，加大科研投入。要科学设计先进的加工工艺，并以与市场相适应的规模进行机械零件的加工生产，以较低的资源消耗，获得尽可能多的经济效益。尽管机械零件的外形、材料和尺寸都具有相当的差异性，但其加工工艺的设计和编制一般都需要满足一些基本原则。
一、定位基准的选择
随着自动化技术在机械加工行业的应用不断深入推广，数控机床已在各机械加工生产线占据重要位置，但传统的普通机床仍有其用武之地。不管是普通机床还是数控机床，影响其加工精度和质量的因素都包括定位基准的选择、加工方法的选定和加工顺序的编排等。
定位基准是指在对工件进行机械加工时，用以确定工件、刀具及机床的相当位置的表面。机械零件加工时的定位基准分为粗基准和精基准。粗基准是工件上未经加工的定位基准，采用已经加工过的表面作为基准的是精基准。定位基准的选择直接影响到工件的加工精度，也是保证机械零件加工质量必须慎重考虑的因素。
粗基准的选定要满足两个基本条件，即保证各加工表面有足够余量和保证未加工表面的形状尺寸和位置精度满足设计要求。在此基础上，选定的粗基准应该可便于装夹定位，并提高可靠的位置精度。对于某些重要的加工表面，为确保其在工件的粗加工阶段拥有均匀的加工余量，应优先选取该表面作为粗基准。选取不加工面作为粗基准可保证不加工面与加工面之间足够的位置精度。
选做精基准的工件表面同样应满足便于装夹定位的要求，还需具备预期的定位基准。为了零件精加工的精度，精基准应遵循精准统一原则、基准重合原则以及自为基准原则。精准统一原则是指工件以选定的精基准进行加工时，可方便加工其余多个尺寸。在这些尺寸的加工工序中，应选择该定位基准进行加工，以避免定位基准的切换带来的误差累积。在基准统一原则不能满足工件的设计精度要求时，应选择工件图纸上的设计基准作为加工时的定位基准。自为基准则应用在某些要求待加工表面的余量小且均匀的工序中。
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二、加工方法的选定
（1）应根据工件的材料性能、形状尺寸等条件合理选择适当的加工方法。硬度较高的材料采用磨削加工的方法更具有可行性。
（2）选定的加工方法必须能满足相应加工表面的表面质量要求、形状精度要求及尺寸精度要求。
（3）要充分考虑到企业配置的机械加工设备条件及相关技术工人的业务水平。
（4）追求经济性，以尽量降低零件的加工成本。
三、加工顺序的编排
机械零件的加工工艺过程分为粗加工阶段、半精加工阶段及精加工阶段。粗加工阶段用于快速去除工件上的大部分加工余量，为半精加工阶段做好准备。半精加工则是为保证工件在精加工时的加工余量小且分布均匀，以便获得规定的加工质量和精度。在加工精度和质量要求不高或毛坯本身就具有相当精度的情况下，往往并不划分加工阶段；某些精密零件的加工不仅划分上述三个加工阶段，还会增添光整和精整加工阶段。机械零件加工过程分段的作用在于避免毛坯的内应力、弹性变形和热变形对加工精度的影响。零件的加工分阶段进行可及时发现毛坯内隐藏的缺陷，保护机床、夹具及刀具。某些零件的热处理也可在加工阶段之间进行。
零件加工工序数量的确定必须要满足两个基本原则：工序分散原则和工序集中原则。工序分散原则是指待加工零件的加工工艺流程较长，加工工序繁多，或每个工序内的加工内容较少。加工该零件所需要的加工设备及装夹操作等往往较简单，但其所需的设备和技术工人的数量却相对较多。使该零件的每个工序的加工质量与精度易于得到控制和调整，也增加了产品的可更新性。这种情况在零件的大批量生产时较为常见。工序集中原则在零件的工序少、工序内容多且复杂的情况下得到体现。这时零件的多个加工表面可在少数工序中集中加工完成，工序工步较多，加工效率高，节省了零件加工时间，但也造成产品更新困难。这种工序原则适用于零件的小批量生产。
四、机械结构设计的可靠性分析
可靠性分析贯穿于机械产品设计全过程，已步入实用阶段。目前，机械零件结构设计的可靠性分析研究已成为机械制造中的主要研究题目，未来将朝着以下方向发展。
4.1可靠性优化设计
可靠性优化设计也是建立在可靠性之上，这种设计模式不仅能够更好地满足产品投入使用过程中的可靠性，还能优化产品外观尺寸、加工成本以及安全性等参数，进而使产品预估效能更加接近实际效能。此种方法有效融合可靠性分析理论和规划方法，以可靠度为基础构建优化目标函数，调整机械零件的外形尺寸、成本等参数，实现最小化，然后以刚度、强度等设计要求充当约束条件，构建数学模式，参照数学模型合理选择具体的优化方法，最终求解最理想的设计变量。
4.2可靠性灵敏度设计
可靠性灵敏度设计建立在可靠性之上，有效映射不同设计参数对机械零件的实际影响程度，进而确定对机械零件灵敏度影响程度最大的随机变量，并重新分析和设计此参数。预估设计变量变差以及约束变差对产品效能指标的影响程度，调整对产品设计参数影响程度相对较大的设计参数，进而使产品失去对因素变差的灵敏性。这种设计以极限状态方程为基础，然后求解出设计参数相应的偏导数，获得灵敏度计算公式，明确每个设计参数的灵敏度，并以此为依据，不断修整设计，调整参数。
4.3可靠性试验
现阶段，可靠性理论趋于成熟，然而可靠性试验尚不健全。可靠性试验是一种考察、分析和评判产品可靠性的手段，旨在通过可靠性试验及时发现产品设计、原材料以及加工工艺存在的缺陷，进而进一步完善产品，提升成功率，降低维修养护成本，判断其是否满足可靠性定量要求。然而一旦具体的设计方案出现变更，则应重新开展试验分析，造成了不必要的资源浪费，因此，我们应充分利用高性能软件，缩减试验次数，节省成本。
结束语：机械零件是组成机器的基本元素，设计机械零件时，除了保证零件具有足够的刚度、强度、使用寿命外，还应具有良好的工艺性，即在既定的生产条件下，能用最少的资金消耗，制造出满足使用及技术要求的零件。可靠性是衡量产品效能的动态指标，贯穿于现代机械设计全过程，因此，可靠性分析是机械工业发展的主要研究方向，机械工程掌握越多的可靠性理论，便会较少应用主观经验，产品机械结构设计也会更加合理，这也是机械工程中的根本目标。
参考文献
[1]张义民.机械可靠性设计的内涵与递进[J].机械工程学报，2010，46（14）：167-188.
[2]邓宇.关于机械可靠性设计的内涵分析[J].电子世界，2014，（16）：448-448.
论文作者:吴坤然
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/30
标签：加工论文; 基准论文; 零件论文; 可靠性论文; 工序论文; 工件论文; 精度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;