機械加工零件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計分析

趙 冬

（宿州職業(yè)技術(shù)學院，安徽 宿州 234000）

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術(shù)水平的提升，對機械制造過程中的零件質(zhì)量也提出了更高要求。零件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式也呈現(xiàn)多樣化，這給機械加工技術(shù)提出了一定的挑戰(zhàn)。在加工前，對零件結(jié)構(gòu)進行科學的設(shè)計，發(fā)揮零件的設(shè)計功能，能夠有效改善零件加工中的工藝技術(shù)問題。對零件結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計能夠在一定程度上解決機械加工效益與質(zhì)量問題，在生產(chǎn)中，由于設(shè)計方案不當，產(chǎn)品零件經(jīng)常出現(xiàn)無法加工的問題，不但會影響生產(chǎn)進度，還會損害企業(yè)經(jīng)濟效益。所以，合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)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(chǎn)效率。

1 成本考慮

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

1.1 合理設(shè)計可有效減少加工的次數(shù)

在加工機械零件時，材料運輸是其中的一項重要環(huán)節(jié)。在車間地面、流水線，零件加工是流轉(zhuǎn)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(shè)計，就會增加加工成本。對機械加工零件進行合理設(shè)計需要簡化工序，實現(xiàn)減少加工成本的目標。

1.2 合理設(shè)計可提高生產(chǎn)速度及節(jié)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(jié)構(gòu)十分復(fù)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(jié)構(gòu)又薄又均勻，不僅會節(jié)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(fù)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(xiàn)損傷，還會造成經(jīng)濟損失?；诖?，在對零件進行設(shè)計時，要為提高加工進度進行合理設(shè)計，防止由于加工進度而出現(xiàn)的成本流失。

1.3 合理設(shè)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(shè)計數(shù)據(jù)相符，是影響零件加工品質(zhì)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(chǎn)生的變形。在機械加工時，零件由于結(jié)構(gòu)的不同所產(chǎn)生的變形影響也會有不小的差異。例如腔體零件內(nèi)部為空腔狀態(tài)，在去除空腔內(nèi)部余量時，零件不可避免的會出現(xiàn)內(nèi)縮，進而導(dǎo)致零件出現(xiàn)變形。所以在對空腔零件進行優(yōu)化設(shè)計時，可進一步提升抗變形能力?？梢詫⒘慵{(diào)整為盒的形狀，用閉口代替開口端結(jié)構(gòu)。還可以加強零件薄弱環(huán)節(jié)，增設(shè)加強筋，改進零件整體結(jié)構(gòu)，防止其出現(xiàn)變形。

2 機械加工零件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計

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

2.1 編制程序

伴隨著國內(nèi)現(xiàn)代化信息技術(shù)日益迅猛發(fā)展，現(xiàn)如今機械加工業(yè)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(tǒng)程序通常是以零件具體結(jié)構(gòu)形式為基礎(chǔ)實施的具體加工操作。故廣大設(shè)計師們在設(shè)計零件結(jié)構(gòu)過程中，先明確好零件的實際使用性能，再盡量簡化零件結(jié)構(gòu)，在零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中要充分考慮到加工工藝過程，這樣可有效減少數(shù)控加工編程的復(fù)雜程度。這其中主要包含著設(shè)定好零件具體尺寸、分析零件幾何圖形、分析零件結(jié)構(gòu)內(nèi)所存在著相交或平行的關(guān)系等，以確保零件的質(zhì)量性能為前提條件，使得數(shù)控加工編程更為快速準確地掌握編程相應(yīng)坐標，統(tǒng)一零件加工編程、設(shè)計及加工工藝等。設(shè)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(shè)計效率及質(zhì)量，也進一步提升零件結(jié)構(gòu)整體設(shè)計的科學合理性。

2.2 裝夾加工設(shè)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(jù)零件的不同結(jié)構(gòu)尺寸，有的可以實現(xiàn)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(shù)控機床實際加工期間不可人為性地做出任何調(diào)整，故設(shè)計零件結(jié)構(gòu)期間，設(shè)計師應(yīng)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(shù)。針對零件加工工藝中，應(yīng)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(jīng)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(xiàn)實需求及各項標準，全面提升零件加工整體設(shè)計的科學合理性。

2.3 優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)設(shè)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(chǎn)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(chǎn)，此時，零件的結(jié)構(gòu)形式要滿足鑄造需求，最好選擇薄壁結(jié)構(gòu)形式，如果選擇實心鑄鐵結(jié)構(gòu)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(shè)計成空心結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)性能要與材料保持一致。

2.4 協(xié)調(diào)生產(chǎn)工藝過程

機械加工零件結(jié)構(gòu)要符合生產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(shè)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(yōu)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(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機械零件?？赏ㄟ^中空結(jié)構(gòu)提升機械零件的韌性，降低材料用量。例如在設(shè)計箱體時，如果通過焊接方法，會導(dǎo)致內(nèi)腔過于復(fù)雜，增加生產(chǎn)難度?？梢赃x擇毛坯成形法，在設(shè)計機械零件時注意切削加工，會降低生產(chǎn)難度，節(jié)約生產(chǎn)成本。

3 結(jié)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(shè)計機械加工的零件結(jié)構(gòu)這一舉措重要性及具體實施辦法。對于機械零件生產(chǎn)制造工作來說，零件結(jié)構(gòu)設(shè)計起到了重要的作用，只有通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，才能保證加工工作順利進行。以加工技術(shù)條件為基礎(chǔ)，通過改進設(shè)計工藝，能夠提高加工精度，降低產(chǎn)品殘次率，減少人力物力浪費，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。