淺談零件結構在機械加工當中的合理設計

夏正前

（江蘇清拖農業裝配有限公司，江蘇 淮安223005）

隨著科技的不斷進步，機械制造工業對零件產品的質量要求愈來愈高，從而使零件精度大幅度提高。由于零件結構不斷復雜化，使結構形式也越來越多樣化，從而給機械加工技術帶來了更大的挑戰。在機械加工之前，合理地設計機械加工零件的結構，盡量發揮出零件設計的重大作用，可以解決機械加工過程中許多工藝技術上的問題。

1 零件結構設計有利于機械加工

1.1 合理的零件結構設計便于程序編制

通過數控機床能夠自動地進行零件的加工，但是需要先針對零件進行加工程序的編制。在編制加工程序上主要的基準是零件之上確切的坐標點。因此，在零件的設計過程中，零件的加工輪廓需要充分的構成條件，將合理的尺寸、平行或者相切的關系、幾何圖形相交等標注出來。在零件使用性能得以保障的前提下，零件的尺寸和坐標尺寸都需要集中在零件圖上面進行標注，這樣不僅有利于編寫程序，也有利于在工藝基準、編程原點之上達到零件與設計基準之間的相互統一。例如圖1，在進行這一類型零件尺寸的標注之時，如果將編程的原點在工件右邊的軸心之處設定時，就如下面的圖（b），編程的原點無法與尺寸（a）當中的設計基準相互的重合，就需要進行尺寸的換算工作，這樣也在無形中增大了編程的工作量。在設計當中，通過圖（a）的方式進行尺寸的標準，就可以重合編程原點，這樣也能夠減少編程的工作量，有利于生產加工。

圖1 零件尺寸標注設計

1.2 加工過程便于進行裝夾處理

在零件結構的設計當中，在機械加工時，應當盡可能的讓工件做好定位，這樣才有利于夾緊。另外，在加工零件之上至少也需要一個面或者是一個孔來作為定位的基準，以此來確保在多次裝夾之后，零件也不會因為基準的轉換而出現位置誤差的現象，并且也能夠滿足一次性的加工多個表面甚至是集中表面的工序特點。例如：在軸類零件的設計當中，基準統一設計為兩端中心孔，這樣就能夠讓外圓各個表面之間的高度處于同一個軸。在圖2當中的兩個零件，需要在圓錐孔之內進行兩個鍵槽的加工，如果按照（c）圖當中所示不改變鍵槽的深度，在加工過程中就需要進行兩次的加工，但是，我們從實際出發，每一個鍵槽在錐孔軸線方向的深度是不必完全相等的。例如圖（d）當中，兩個鍵槽的地面是相互平行的，通過一次的加工工序就能夠完成操作。如果在設計當中選擇如圖（c）當中所示的，在進行零件加工過程中，由于圓錐錐度不相同，工件、刀具在安裝過程中國就需要呈現一定的角度，并且錐臺的角度也需要在加工過程中進行不斷的調整。

圖2 鍵槽設計

2 成本考慮

2.1 加工次數減少的考慮

在進行機械零件的加工過程中，不可避免的會遇到材料運輸方面的問題 在流水線 車間地面上，零件是來回滑動的，這樣也會產生大量的人力、物力方面的消耗，如果加工工序不夠合理，就會導致加工產生成本占據過多。因此，在機械加工零件的合理設計中，就需要盡可能地簡化工序，從而達到降低加工成本的目的。

例如下面圖3當中的（e），一般來說，這個零件的兩個表面無法使用機床進行同時的加工，在進行第二個表面的加工的時候，就需要將零件的角度加以改變之后才能夠繼續進行加工。下圖當中的（f），雖然兩個表面沒有處于同一個平面之上，但是零件的兩個面也可以通過一對砂輪或者是刀的多裝進行同時的加工處理。

圖3 加工次數減少設計

2.2 生產速度及節約材料方面的考慮

在進行機械加工中，也需要進行必要的金屬切削，但是在材料上、時間上都需要花費一定的成本。如果零件設計過于復雜，也會增大切削量，增大切屑的體積，進而增加機械加工的成本。如果設計出來的零件均勻而薄，不僅有利于進行機械加工，也有利于均勻的刀具磨損，材料切屑的減少和切屑量的減少，也能夠有效地控制加工的成本。

例如下面圖4當中的（g），這一個工字梁帶肋條的部分的橫斷面需要進行加工，但是需要花費較大的機械加工量。如果將零件設計成為（h）當中的形式，就能夠有利于材料浪費的控制，降低加工成本。

圖4 零件材料節約設計

此外，當刀夾和砂輪非接觸周圍接觸到了工件時，也會產生不大不小的加工阻礙，這樣不僅會損傷零件與道具，也會產生一定的經濟損失，加工速度也會受到相應的影響。所以，在零件設計中，我們應該盡可能地為道具留下足夠的空隙，避免過多的磨損造成了成本流失的現象發生。例如下圖5當中的（i）、（j），需要放棄（i），選擇（j）當中的零件結構設計。

圖5 控制零件成本流失設計

3 零件加工精度的考慮

加工精度主要指的是在加工完成之后，零件的位置、形狀、尺寸都能夠符合設計數據的要求，這也是零件加工品質最重要的影響因素。對于機械加工精度來說，其影響的因素較多，特別是加工當中的受力變形以及受熱變形這兩個方面。在機械加工的過程中，不同的零件結構，所受到變形的影響也會存在一定的差異。

例如零件屬于空腔一類時，考慮到零件的內部屬于空腔的狀態，在空腔內部大余量的去除的時候，零件就會出現不可避免的內縮現象，從而導致變形的出現。在對這一類型零件結構進行改動途中，能夠大幅度地提高零件的抗變形能力。我們也可以將零件調整為成盒的形狀零件，用閉口取代開口端的構造；也可以在零件比較薄弱的區域內增加適當的加強筋，使零件結構總體強度加大。

4 結束語

在機械零件的制造當中，機械零件的設計是首要條件，只有進行合理的零件結構設計，才能夠確保順利的加工工作。在不改變加工技術條件的前提下，就需要將機械零件的工藝設計進行相對的改進，這樣不僅能夠避免廢品的產生，提高加工精度，還有利于零件加工所需的人力、物力的減少，從而提高經濟效益。

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