【机械设计】零件切削加工结构工艺性设计

影响切削加工工艺性的因素比较多，主要有零件的材料、零件毛坯种类、零件的热处理、零件的结构等。对零件结构而言主要有加工精度和表面质量、切削加工量、切削加工效率、生产设备工时和辅助工时等。

设计人员要充分重视结构设计。确定制造毛坯的方法后，在满足零件使用要求的前提下，设计零件时应注意结构工艺性问题：

1、结构应尽量简单；

2、结构应有利于零件达到加工质量的要求；

3、结构应于使用高效机床和先进加工工艺相适应；

4、结构应有利于减少零件的机动工时；

5、结构应有利于减少加工过程中的辅助工时；

6、结构应能使用标准刀具和量具。

总结起来应遵循三个基本原则：

1）结构应有利于提高切削效率；

2）结构应便于加工；

3）结构应有较少的切削加工量，达到加工精度。

1、钻削过程中禁忌一侧切削，一侧空载；

注：孔的进口端避免斜面；孔的进刀处避免弧面；避免在斜面上钻孔；避免出口处的单边切削。（钻眼镜孔时，可用相同材料将另一侧补全后在进行钻削加工，以改善受力）

2、减少结构要素的种类和规格：

注：阶梯轴尽可能统一圆弧半径标准；多联齿轮模数尽可能一致；尽可能统一键槽宽度标准；统一沉割形状（沉割槽）和尺寸。

3、定位可靠，夹紧简便：

注：车两端锥度时，要留有夹紧圆柱段，圆柱面易于定位夹紧；零件截面尽量不要设计成椭圆形，不易于定位夹紧；必要时可在工件上增加工艺凸台；矩形箱体类零件应增加夹紧边缘或开夹紧工艺孔；箱体中有凸出底面的支撑架，装夹不便，可考虑将箱体分成两件，使其便于定位夹紧。

4、应考虑减少装夹次数：

注：应避免通孔中间部位尺寸小于两端；必要时可将盲孔改为通孔；倾斜加工表面和斜孔会增加装夹次数

5、减少机床调次数：

注：轴上角度应尽量相等，可减少机床调整次数，提高生产效率。

6、减少刀具调整、刃磨和交换次数：

注：需端铣或端磨的内凹表面，应尽量增大内圆角，或将凸台面减小；须在圆柱面上钻孔时，可在圆柱面上铣出平面；与球面相连的圆柱段需留有沉割槽，可改善刀具工作条件，减少刀具磨损；孔位不宜靠侧壁过近，应大于钻头夹具体直径的1/2以上。

7、减少走到次数和行程：

注：加工表面尽量布置在同一平面上，可减少走刀次数；内孔较长时，可考虑将内孔中间端孔径加大，减少进车长度，提高效率。

8、刀具或砂轮应能顺利地进入和退出加工表面：

注：车外螺纹时，需设计车螺纹退刀槽；内孔加工时设置退刀槽，能保证孔端终点处的精度要求；圆锥面需磨削时需设计砂轮越程槽或将连接段阶梯取消；设计刨削让刀槽；钻孔出口处应留较大空间，保证钻削正常进行；带有锥体的轴件，需磨削加工时，要留有砂轮越程槽；在法兰上铸出半圆槽，使铣刀顺利进入和退出切削。

9、便于去除毛刺：

注：内螺纹孔需铣口时，将铣口处改为内圆柱面，以便于去除毛刺。

10、大件、长件设计应便于吊运：

注：大件、沉重刮研件设置吊装凸耳或专用吊装孔等，便于加工、吊运、装配和维修；对于很大的铸件，要铸出吊运孔或吊运搭子。

11、结构设计应便于检测：

注：圆锥面设置圆柱段和阶梯；增加必要的工艺凸台

12、减少材料的切削加工面

注：减少切削加工表面数；成批生产的齿轮，可用齿轮棒料精密切削成形；铸件可通过铸出凸台，来减少加工面积；部分支撑面改为台阶面，可减小加工面积；把大面淘空，减小大面积刮、磨削表面面积，

13、合理布置加强筋，提高刚度：

注：刚度不足，加工时容易变形，影响加工精度，可通过增设必要的加强筋来解决。

14、合理应用弹性挡圈，简化结构：

注：轴向固定时，可用弹性挡圈代轴肩定位，减小毛坯直径和加工余量。

15、合理应用组合结构以减少加工量：

注：用外表面加工取代内端面加工；当阶梯轴尺寸变化较大时，用组合结构提高材料利用率，减少加工余量。

16、合理应用组合结构以减小内表面加工难度：

注：内孔加工、内球面加工、内花键加工等加工难度较大

17、应合理设计加工平面：

注：加工平面与不加工表面应有明显界限；加工面宽度应尽量一致，以利于提高切削用量；尽量避免将加工平面布置在低凹处。

18、结构设计应尽量减小加工难度：

注：应留有足够的刀具空间；沟槽表面不要与其他加工表面重合，距离h应符合标准尽量避免加工平底孔；花键孔不宜设置过长。

19、结构设计应避免不通孔、凹窝和不穿透的槽：

注：研磨孔宜贯通；花键孔宜贯通；花键孔宜连续；封闭凹窝和不通槽不利于切削加工。

20、应尽量避免内沟槽的设计：

注：外表面沟槽加工比内表面沟槽加工方便，容易保证加工精度。

21、合理设计结构，降低技术要求：

注：避免出现过定位；过渡圆弧不要求吻合。

22、设计基准应与工艺基准相互重合：

23、避免切削振动和冲击：

注：精密镗削孔表面应连续；均匀连续的花键孔容易得到比较高的精度。

24、要求较高位置精度的零件应尽可能一次装夹加工表面：

25、对两个质量要求高的表面不宜同时加工：

26、避免难加工的结构：

注：内端面加工不容易得到高精度和低粗糙度。

27、标注尺寸要考虑加工和测量方便：

注：标注尺寸要合理，要考虑加工和测量方法。

28、零件形状设计应考虑加工方法及刀具的限制：

注：车、镗加工时，孔不能太深，深度L，孔径为D,通常 L/D小于或等于3，如太深则刀具产生颤振，不能加工；横向切断，切沟时，切宽也由刀具决定，一般为2~5mm，比此值窄的沟则需制作专用刀具；铣削加工深沟时，刃上部直径要磨成小于刃部直径，使非刃部不与工件干涉，沟深也不宜太深，L/D小于5为宜；钻孔时，深度L通常取L/D小于或等于3，更深的孔则需使用加长钻头。且深度L限定在L/D小于或等于10。因为孔深时刀具容易产生颤振，使加工困难，也容易引起孔钻偏。

29、相配零件设计时要注意各种加工所产生的圆角形状：

30、应注意排屑的结构工艺性：

注：在拉床夹具下方开出槽口，使切屑通过槽口排出；夹具体上设置支脚，使切屑自其下方流出；在钻床夹具体上开出斜面或斜沟槽，使切屑流出夹具体，不致影响定位精度；夹具体上增设斜板，导引切屑自动流出。

31、应注意防屑的结构工艺性：

注：相对滑动的两个表面，夹具结构应能使在工作状态时，上件盖住下件的配合表面；采用燕尾配合，其结构要注意防屑，以免增大运动阻力，加速配合件的磨损；导向套有内倒角的结构容易使切屑落入，应采用锐角的或外部有R0.1mm圆角的特殊导套，防止切屑和尘埃；在弹簧夹头的开口槽中，充填氯丁橡胶，防止屑嵌入；在圆柱弹簧外设置橡胶保护罩，防止切屑进入。