機械加工零件結構的合理設計分析

趙 冬

（宿州職業技術學院，安徽 宿州 234000）

隨著我國經濟的發展，科學技術水平的提升，對機械制造過程中的零件質量也提出了更高要求。零件結構越來越復雜，結構形式也呈現多樣化，這給機械加工技術提出了一定的挑戰。在加工前，對零件結構進行科學的設計，發揮零件的設計功能，能夠有效改善零件加工中的工藝技術問題。對零件結構進行合理設計能夠在一定程度上解決機械加工效益與質量問題，在生產中，由于設計方案不當，產品零件經常出現無法加工的問題，不但會影響生產進度，還會損害企業經濟效益。所以，合理設計零件結構就有著顯著的意義。加工出低消耗、高性能的機械零件能夠進一步提高生產效率。

1 成本考慮

工廠生產的目的是為了獲得經濟效益，提高經濟效益的方法除了可通過增加收入來實現，還能通過降低生產成本來實現這一目標。機械加工零件具有一定的生產成本控制彈性，零件結構的合理設計能夠最大限度的降低生產成本。

1.1 合理設計可有效減少加工的次數

在加工機械零件時，材料運輸是其中的一項重要環節。在車間地面、流水線，零件加工是流轉的，會消耗一定的物力、人力資源，如果沒有對加工工序進行合理設計，就會增加加工成本。對機械加工零件進行合理設計需要簡化工序，實現減少加工成本的目標。

1.2 合理設計可提高生產速度及節約材料

在機械加工的過程中，需要進行金屬切削，這需要消耗一定的時間成本，會浪費大量材料。如果零件結構十分復雜，會增加切削量，提升切削體積，也會使機械加工成本增加。如果零件結構又薄又均勻，不僅會節約切削時間，促進機械加工，使刀具磨損更加均勻，切屑量大幅降低，材料損耗也因此降低，能對加工成本進行有效控制。與此同時，當砂輪、刀具與工件進行加工過程中，會受到零件復雜程度的影響，對加工進度造成一定的阻礙，不但會使刀具與零件出現損傷，還會造成經濟損失。基于此，在對零件進行設計時，要為提高加工進度進行合理設計，防止由于加工進度而出現的成本流失。

1.3 合理設計對零件加工精度的影響

加工精度是指在完成加工后，零件尺寸、形狀、位置等能夠與設計數據相符，是影響零件加工品質的重要因素。在機械加工精度中，會受到不同因素的影響，尤其是加工中的受熱與受力而產生的變形。在機械加工時，零件由于結構的不同所產生的變形影響也會有不小的差異。例如腔體零件內部為空腔狀態，在去除空腔內部余量時，零件不可避免的會出現內縮，進而導致零件出現變形。所以在對空腔零件進行優化設計時，可進一步提升抗變形能力。可以將零件調整為盒的形狀，用閉口代替開口端結構。還可以加強零件薄弱環節，增設加強筋，改進零件整體結構，防止其出現變形。

2 機械加工零件結構的合理設計

數控技術主要是借助數字化的程序來控制設備的自動化加工技術。伴隨著國內控制技術不斷地進步發展，數控技術控制功能變得日益多樣化，預先設定好的系統程序可實現自動控制設備操作，通過計算機信息化系統來替代傳統硬件邏輯的電路裝置設備，實現信息數據存儲、處理等，并借助數據信息傳輸至計算機的終端，開展數據信息的運算及邏輯判斷分析，實現自動化控制設備各項功能。機械加工通常包含的內容較多，零件加工往往占據重要位置。伴隨著國內機械加工操作期間數據機床的廣泛應用，使用數控機床已經逐漸成為了零件加工的主流。在數控機床加工過程中，零件加工所需時間及整體質量均會受到該數控程序自身的影響，操作工對零件加工質量方面的影響相對較小一些。故數控加工期間，怎樣編制科學有效的數控加工操作程序，將對于零件加工整體質量起著至關重要的作用。程序自身編程及加工通常會受機床零件的結構所影響或者制約。故合理的設計零件結構這一舉措的重要性不容忽視，是數控加工零件質量的前提保證，以下為具體措施：

2.1 編制程序

伴隨著國內現代化信息技術日益迅猛發展，現如今機械加工業取向智能化、自動化，借助加工程序來控制零件的加工處理，編制系統程序通常是以零件具體結構形式為基礎實施的具體加工操作。故廣大設計師們在設計零件結構過程中，先明確好零件的實際使用性能，再盡量簡化零件結構，在零件結構優化設計中要充分考慮到加工工藝過程，這樣可有效減少數控加工編程的復雜程度。這其中主要包含著設定好零件具體尺寸、分析零件幾何圖形、分析零件結構內所存在著相交或平行的關系等，以確保零件的質量性能為前提條件，使得數控加工編程更為快速準確地掌握編程相應坐標，統一零件加工編程、設計及加工工藝等。設計師標注零件尺寸過程中，需尤為注意的是要確保編程原點與零件加工基準尺寸相符合，便于后期減少換算的工作量，提高設計效率及質量，也進一步提升零件結構整體設計的科學合理性。

2.2 裝夾加工設計

零件加工操作期間，零件的裝夾是影響加工精度的一個重要因素，根據零件的不同結構尺寸，有的可以實現一次裝夾完成零件全部加工過程，但是有的零件加工需進行多次裝夾，進而影響零件實際加工的精度。由于數控機床實際加工期間不可人為性地做出任何調整，故設計零件結構期間，設計師應當盡可能地確保工件定位的可靠性，充分考慮到后期零件加工過程的裝夾問題，盡量減少裝夾次數。針對零件加工工藝中，應使零件的加工基準與編程基準重合，并將其作為定位的基本點，確保零件經過多次裝夾后還可回歸至基本點位置，便于加工精度的有效提升，充分滿足于一次性針對零件的表面做各種加工處理操作的現實需求及各項標準，全面提升零件加工整體設計的科學合理性。

2.3 優化零件結構設計

材料的不同，所具備的性能也不同，所以在選定材料后，要掌握好材料的工藝性能。例如在某產品選擇鑄鐵材料進行制造時，由于鑄鐵具有較好的鑄造性能，所以要采取鑄造生產，此時，零件的結構形式要滿足鑄造需求，最好選擇薄壁結構形式，如果選擇實心鑄鐵結構一般是不合理的。而如果用45鋼鑄造凸輪軸，其鑄造性能要好于鍛造性能，如果將凸輪軸設計成空心結構，會增加成本，而且工藝性能也不符合需求，因此機械加工零件結構性能要與材料保持一致。

2.4 協調生產工藝過程

機械加工零件結構要符合生產工藝過程，符合加工工藝路線。如果選擇鑄鐵鑄造箱體時，箱體結構要符合砂型工藝需求，例如，零件壁要均勻，在拐角處要留有圓角，可通過加強筋增加箱體韌性。在箱體設計時，要考慮到磨削、銑削等工藝要求，而且在拐角處要有退刀槽。

2.5 優化毛坯成形工藝

在鑄造成形時，造型工藝具有多變性，會生產出結構復雜的機械零件。可通過中空結構提升機械零件的韌性，降低材料用量。例如在設計箱體時，如果通過焊接方法，會導致內腔過于復雜，增加生產難度。可以選擇毛坯成形法，在設計機械零件時注意切削加工，會降低生產難度，節約生產成本。

3 結語

綜上所述，通過以上分析論述能夠更加深刻地認識到合理設計機械加工的零件結構這一舉措重要性及具體實施辦法。對于機械零件生產制造工作來說，零件結構設計起到了重要的作用，只有通過合理的結構設計，才能保證加工工作順利進行。以加工技術條件為基礎，通過改進設計工藝，能夠提高加工精度，降低產品殘次率，減少人力物力浪費，提高企業經濟效益。