浅谈零件结构在机械加工当中的合理设计

夏正前

（江苏清拖农业装配有限公司，江苏 淮安223005）

随着科技的不断进步，机械制造工业对零件产品的质量要求愈来愈高，从而使零件精度大幅度提高。由于零件结构不断复杂化，使结构形式也越来越多样化，从而给机械加工技术带来了更大的挑战。在机械加工之前，合理地设计机械加工零件的结构，尽量发挥出零件设计的重大作用，可以解决机械加工过程中许多工艺技术上的问题。

1 零件结构设计有利于机械加工

1.1 合理的零件结构设计便于程序编制

通过数控机床能够自动地进行零件的加工，但是需要先针对零件进行加工程序的编制。在编制加工程序上主要的基准是零件之上确切的坐标点。因此，在零件的设计过程中，零件的加工轮廓需要充分的构成条件，将合理的尺寸、平行或者相切的关系、几何图形相交等标注出来。在零件使用性能得以保障的前提下，零件的尺寸和坐标尺寸都需要集中在零件图上面进行标注，这样不仅有利于编写程序，也有利于在工艺基准、编程原点之上达到零件与设计基准之间的相互统一。例如图1，在进行这一类型零件尺寸的标注之时，如果将编程的原点在工件右边的轴心之处设定时，就如下面的图（b），编程的原点无法与尺寸（a）当中的设计基准相互的重合，就需要进行尺寸的换算工作，这样也在无形中增大了编程的工作量。在设计当中，通过图（a）的方式进行尺寸的标准，就可以重合编程原点，这样也能够减少编程的工作量，有利于生产加工。

图1 零件尺寸标注设计

1.2 加工过程便于进行装夹处理

在零件结构的设计当中，在机械加工时，应当尽可能的让工件做好定位，这样才有利于夹紧。另外，在加工零件之上至少也需要一个面或者是一个孔来作为定位的基准，以此来确保在多次装夹之后，零件也不会因为基准的转换而出现位置误差的现象，并且也能够满足一次性的加工多个表面甚至是集中表面的工序特点。例如：在轴类零件的设计当中，基准统一设计为两端中心孔，这样就能够让外圆各个表面之间的高度处于同一个轴。在图2当中的两个零件，需要在圆锥孔之内进行两个键槽的加工，如果按照（c）图当中所示不改变键槽的深度，在加工过程中就需要进行两次的加工，但是，我们从实际出发，每一个键槽在锥孔轴线方向的深度是不必完全相等的。例如图（d）当中，两个键槽的地面是相互平行的，通过一次的加工工序就能够完成操作。如果在设计当中选择如图（c）当中所示的，在进行零件加工过程中，由于圆锥锥度不相同，工件、刀具在安装过程中国就需要呈现一定的角度，并且锥台的角度也需要在加工过程中进行不断的调整。

图2 键槽设计

2 成本考虑

2.1 加工次数减少的考虑

在进行机械零件的加工过程中，不可避免的会遇到材料运输方面的问题 在流水线 车间地面上，零件是来回滑动的，这样也会产生大量的人力、物力方面的消耗，如果加工工序不够合理，就会导致加工产生成本占据过多。因此，在机械加工零件的合理设计中，就需要尽可能地简化工序，从而达到降低加工成本的目的。

例如下面图3当中的（e），一般来说，这个零件的两个表面无法使用机床进行同时的加工，在进行第二个表面的加工的时候，就需要将零件的角度加以改变之后才能够继续进行加工。下图当中的（f），虽然两个表面没有处于同一个平面之上，但是零件的两个面也可以通过一对砂轮或者是刀的多装进行同时的加工处理。

图3 加工次数减少设计

2.2 生产速度及节约材料方面的考虑

在进行机械加工中，也需要进行必要的金属切削，但是在材料上、时间上都需要花费一定的成本。如果零件设计过于复杂，也会增大切削量，增大切屑的体积，进而增加机械加工的成本。如果设计出来的零件均匀而薄，不仅有利于进行机械加工，也有利于均匀的刀具磨损，材料切屑的减少和切屑量的减少，也能够有效地控制加工的成本。

例如下面图4当中的（g），这一个工字梁带肋条的部分的横断面需要进行加工，但是需要花费较大的机械加工量。如果将零件设计成为（h）当中的形式，就能够有利于材料浪费的控制，降低加工成本。

图4 零件材料节约设计

此外，当刀夹和砂轮非接触周围接触到了工件时，也会产生不大不小的加工阻碍，这样不仅会损伤零件与道具，也会产生一定的经济损失，加工速度也会受到相应的影响。所以，在零件设计中，我们应该尽可能地为道具留下足够的空隙，避免过多的磨损造成了成本流失的现象发生。例如下图5当中的（i）、（j），需要放弃（i），选择（j）当中的零件结构设计。

图5 控制零件成本流失设计

3 零件加工精度的考虑

加工精度主要指的是在加工完成之后，零件的位置、形状、尺寸都能够符合设计数据的要求，这也是零件加工品质最重要的影响因素。对于机械加工精度来说，其影响的因素较多，特别是加工当中的受力变形以及受热变形这两个方面。在机械加工的过程中，不同的零件结构，所受到变形的影响也会存在一定的差异。

例如零件属于空腔一类时，考虑到零件的内部属于空腔的状态，在空腔内部大余量的去除的时候，零件就会出现不可避免的内缩现象，从而导致变形的出现。在对这一类型零件结构进行改动途中，能够大幅度地提高零件的抗变形能力。我们也可以将零件调整为成盒的形状零件，用闭口取代开口端的构造；也可以在零件比较薄弱的区域内增加适当的加强筋，使零件结构总体强度加大。

4 结束语

在机械零件的制造当中，机械零件的设计是首要条件，只有进行合理的零件结构设计，才能够确保顺利的加工工作。在不改变加工技术条件的前提下，就需要将机械零件的工艺设计进行相对的改进，这样不仅能够避免废品的产生，提高加工精度，还有利于零件加工所需的人力、物力的减少，从而提高经济效益。

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