淺談零件結(jié)構(gòu)在機(jī)械加工當(dāng)中的合理設(shè)計(jì)

夏正前

（江蘇清拖農(nóng)業(yè)裝配有限公司，江蘇 淮安223005）

隨著科技的不斷進(jìn)步，機(jī)械制造工業(yè)對(duì)零件產(chǎn)品的質(zhì)量要求愈來(lái)愈高，從而使零件精度大幅度提高。由于零件結(jié)構(gòu)不斷復(fù)雜化，使結(jié)構(gòu)形式也越來(lái)越多樣化，從而給機(jī)械加工技術(shù)帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。在機(jī)械加工之前，合理地設(shè)計(jì)機(jī)械加工零件的結(jié)構(gòu)，盡量發(fā)揮出零件設(shè)計(jì)的重大作用，可以解決機(jī)械加工過(guò)程中許多工藝技術(shù)上的問(wèn)題。

1 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利于機(jī)械加工

1.1 合理的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)便于程序編制

通過(guò)數(shù)控機(jī)床能夠自動(dòng)地進(jìn)行零件的加工，但是需要先針對(duì)零件進(jìn)行加工程序的編制。在編制加工程序上主要的基準(zhǔn)是零件之上確切的坐標(biāo)點(diǎn)。因此，在零件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，零件的加工輪廓需要充分的構(gòu)成條件，將合理的尺寸、平行或者相切的關(guān)系、幾何圖形相交等標(biāo)注出來(lái)。在零件使用性能得以保障的前提下，零件的尺寸和坐標(biāo)尺寸都需要集中在零件圖上面進(jìn)行標(biāo)注，這樣不僅有利于編寫(xiě)程序，也有利于在工藝基準(zhǔn)、編程原點(diǎn)之上達(dá)到零件與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)之間的相互統(tǒng)一。例如圖1，在進(jìn)行這一類(lèi)型零件尺寸的標(biāo)注之時(shí)，如果將編程的原點(diǎn)在工件右邊的軸心之處設(shè)定時(shí)，就如下面的圖（b），編程的原點(diǎn)無(wú)法與尺寸（a）當(dāng)中的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相互的重合，就需要進(jìn)行尺寸的換算工作，這樣也在無(wú)形中增大了編程的工作量。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，通過(guò)圖（a）的方式進(jìn)行尺寸的標(biāo)準(zhǔn)，就可以重合編程原點(diǎn)，這樣也能夠減少編程的工作量，有利于生產(chǎn)加工。

圖1 零件尺寸標(biāo)注設(shè)計(jì)

1.2 加工過(guò)程便于進(jìn)行裝夾處理

在零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，在機(jī)械加工時(shí)，應(yīng)當(dāng)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(gè)面或者是一個(gè)孔來(lái)作為定位的基準(zhǔn)，以此來(lái)確保在多次裝夾之后，零件也不會(huì)因?yàn)榛鶞?zhǔn)的轉(zhuǎn)換而出現(xiàn)位置誤差的現(xiàn)象，并且也能夠滿(mǎn)足一次性的加工多個(gè)表面甚至是集中表面的工序特點(diǎn)。例如：在軸類(lèi)零件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，基準(zhǔn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)為兩端中心孔，這樣就能夠讓外圓各個(gè)表面之間的高度處于同一個(gè)軸。在圖2當(dāng)中的兩個(gè)零件，需要在圓錐孔之內(nèi)進(jìn)行兩個(gè)鍵槽的加工，如果按照（c）圖當(dāng)中所示不改變鍵槽的深度，在加工過(guò)程中就需要進(jìn)行兩次的加工，但是，我們從實(shí)際出發(fā)，每一個(gè)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(dāng)中，兩個(gè)鍵槽的地面是相互平行的，通過(guò)一次的加工工序就能夠完成操作。如果在設(shè)計(jì)當(dāng)中選擇如圖（c）當(dāng)中所示的，在進(jìn)行零件加工過(guò)程中，由于圓錐錐度不相同，工件、刀具在安裝過(guò)程中國(guó)就需要呈現(xiàn)一定的角度，并且錐臺(tái)的角度也需要在加工過(guò)程中進(jìn)行不斷的調(diào)整。

圖2 鍵槽設(shè)計(jì)

2 成本考慮

2.1 加工次數(shù)減少的考慮

在進(jìn)行機(jī)械零件的加工過(guò)程中，不可避免的會(huì)遇到材料運(yùn)輸方面的問(wèn)題 在流水線 車(chē)間地面上，零件是來(lái)回滑動(dòng)的，這樣也會(huì)產(chǎn)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(huì)導(dǎo)致加工產(chǎn)生成本占據(jù)過(guò)多。因此，在機(jī)械加工零件的合理設(shè)計(jì)中，就需要盡可能地簡(jiǎn)化工序，從而達(dá)到降低加工成本的目的。

例如下面圖3當(dāng)中的（e），一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)零件的兩個(gè)表面無(wú)法使用機(jī)床進(jìn)行同時(shí)的加工，在進(jìn)行第二個(gè)表面的加工的時(shí)候，就需要將零件的角度加以改變之后才能夠繼續(xù)進(jìn)行加工。下圖當(dāng)中的（f），雖然兩個(gè)表面沒(méi)有處于同一個(gè)平面之上，但是零件的兩個(gè)面也可以通過(guò)一對(duì)砂輪或者是刀的多裝進(jìn)行同時(shí)的加工處理。

圖3 加工次數(shù)減少設(shè)計(jì)

2.2 生產(chǎn)速度及節(jié)約材料方面的考慮

在進(jìn)行機(jī)械加工中，也需要進(jìn)行必要的金屬切削，但是在材料上、時(shí)間上都需要花費(fèi)一定的成本。如果零件設(shè)計(jì)過(guò)于復(fù)雜，也會(huì)增大切削量，增大切屑的體積，進(jìn)而增加機(jī)械加工的成本。如果設(shè)計(jì)出來(lái)的零件均勻而薄，不僅有利于進(jìn)行機(jī)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(dāng)中的（g），這一個(gè)工字梁帶肋條的部分的橫斷面需要進(jìn)行加工，但是需要花費(fèi)較大的機(jī)械加工量。如果將零件設(shè)計(jì)成為（h）當(dāng)中的形式，就能夠有利于材料浪費(fèi)的控制，降低加工成本。

圖4 零件材料節(jié)約設(shè)計(jì)

此外，當(dāng)?shù)秺A和砂輪非接觸周?chē)佑|到了工件時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生不大不小的加工阻礙，這樣不僅會(huì)損傷零件與道具，也會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失，加工速度也會(huì)受到相應(yīng)的影響。所以，在零件設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)該盡可能地為道具留下足夠的空隙，避免過(guò)多的磨損造成了成本流失的現(xiàn)象發(fā)生。例如下圖5當(dāng)中的（i）、（j），需要放棄（i），選擇（j）當(dāng)中的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖5 控制零件成本流失設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的要求，這也是零件加工品質(zhì)最重要的影響因素。對(duì)于機(jī)械加工精度來(lái)說(shuō)，其影響的因素較多，特別是加工當(dāng)中的受力變形以及受熱變形這兩個(gè)方面。在機(jī)械加工的過(guò)程中，不同的零件結(jié)構(gòu)，所受到變形的影響也會(huì)存在一定的差異。

例如零件屬于空腔一類(lèi)時(shí)，考慮到零件的內(nèi)部屬于空腔的狀態(tài)，在空腔內(nèi)部大余量的去除的時(shí)候，零件就會(huì)出現(xiàn)不可避免的內(nèi)縮現(xiàn)象，從而導(dǎo)致變形的出現(xiàn)。在對(duì)這一類(lèi)型零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)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(diào)整為成盒的形狀零件，用閉口取代開(kāi)口端的構(gòu)造；也可以在零件比較薄弱的區(qū)域內(nèi)增加適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)筋，使零件結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度加大。

4 結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)械零件的制造當(dāng)中，機(jī)械零件的設(shè)計(jì)是首要條件，只有進(jìn)行合理的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能夠確保順利的加工工作。在不改變加工技術(shù)條件的前提下，就需要將機(jī)械零件的工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行相對(duì)的改進(jìn)，這樣不僅能夠避免廢品的產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益。

[1]汪建中.機(jī)械加工設(shè)備的功能方案設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2011(03)：75-79.

[2]王新渝，戴宏驍.關(guān)于對(duì)機(jī)械制造技術(shù)設(shè)計(jì)方面的探討[J].科技資訊，2012(10)：88-89.