结构在机械加工当中的合理设计分析
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【摘 要】机械的运作是由一个个的零件合理组装而构成的。在机械加工当中，零件结构是非常重要的一个方面，因此，我们需要对零件结构进行合理的设计。选择合理的机械加工设计方法，以满足零件结构的实际需要。本文论述了机械加工结构的合理设计，通过合理的加工设计，零件结构满足了使用需求，达到节约加工成本，提高生产效益的目的。
【关键词】机械加工；零件；合理；设计
随着科学技术的不断进步，在机械制造工业中，对零件产品的质量要求愈来愈高，从而促使零件的精度大幅度提高。由于零件结构的复杂化，使结构形式也越来越多样化，从而给机械加工技术带来了更大的挑战。在机械加工之前，合理地设计机械加工零件的结构，尽量发挥出零件设计的重大作用，可以解决机械加工过程中许多工艺技术上的问题。零件结构设计是一个能在很大程度上改善机械加工零件质量和加工效益的方法。在实际生产过程中，我们常常遇到一些机械加工困难甚至是无法加工的产品零件，这些都会影响到生产效率和公司利润。因此，合理的零件设计就显得尤为重要。加工简单方便、消耗低廉、适用性高的零件结构设计是提高工厂生产力水平的一大助力。
1 结构设计有利于机械加工
数控机床加工零件是机械加工的一种，如今已经广泛地在机械加工制造之中使用。在数控机床加工中，因为零件加工所需时间和零件的成品质量是取决于数控程序而非操作机床的工作人员，所以，编制一道合理的数控加工程序，能够明显地提高数控机床的加工效率和加工质量，而程序的编制与加工又受到零件结构的直接制约和影响，与零件设计息息相关。
1.1 合理的结构设计便于程序编制
通过数控机床能够自动地进行零件的加工，但是需要先针对零件进行加工程序的编制。在编制加工程序上主要的基准是零件之上确切的坐标点。因此，在零件的设计过程中，零件的加工轮廓需要充分的构成条件，将合理的尺寸、平行或者相切的关系、几何图形相交等标注出来。在零件使用性能得以保障的前提下，零件的尺寸和坐标尺寸都需要集中在零件图上面进行标注，这样不仅有利于编写程序，也有利于在工艺基准、编程原点之上达到零件与设计基准之间的相互统一。例如图 1，在进行这一类型零件尺寸的标注之时，如果将编程的原点在工件右边的轴心之处设定时，就如下面的图（b），编程的原点无法与尺寸（a）当中的设计基准相互的重合，就需要进行尺寸的换算工作，这样也在无形中增大了编程的工作量。在设计当中，通过图（a）的方式进行尺寸的标准，就可以重合编程原点，这样也能够减少编程的工作量，有利于生产加工。
图1 零件尺寸标注设计
1.2 加工过程便于进行装夹处理
在零件结构的设计当中，在机械加工时，应当尽可能的让工件做好定位，这样才有利于夹紧。另外，在加工零件之上至少也需要一个面或者是一个孔来作为定位的基准，以此来确保在多次装夹之后，零件也不会因为基准的转换而出现位置误差的现象，并且也能够满足一次性的加工多个表面甚至是集中表面的工序特点。例如：在轴类零件的设计当中，基准统一设计为两端中心孔，这样就能够让外圆各个表面之间的高度处于同一个轴。在图 2 当中的两个零件，需要在圆锥孔之内进行两个键槽的加工，如果按照（c）图当中所示不改变键槽的深度，在加工过程中就需要进行两次的加工，但是，我们从实际出发，每一个键槽在锥孔轴线方向的深度是不必完全相等的。例如图（d）当中，两个键槽的地面是相互平行的，通过一次的加工工序就能够完成操作。如果在设计当中选择如图（c）当中所示的，在进行零件加工过程中，由于圆锥锥度不相同，工件、刀具在安装过程中国就需要呈现一定的角度，并且锥台的角度也需要在加工过程中进行不断的调整。
图2 键槽设计
2 成本考虑
工厂进行各种生产，其最终目的是为获得经济效益，以实现生产价值。而提高生产效益除了增加收入这一条途径之外，就是减少生产成本，从而获得更大的利润。机械加工零件在生产成本的控制上是有较大弹性的，其中合理设计零件结构能够很大程度上节约生产成本。2.1 加工次数减少的考虑
在进行机械零件的加工过程中，不可避免的会遇到材料运输方面的问题。在流水线、车间地面上，零件是来回滑动的，这样也会产生大量的人力、物力方面的消耗，如果加工工序不够合理，就会导致加工产生成本占据过多。因此，在机械加工零件的合理设计中，就需要尽可能地简化工序，从而达到降低加工成本的目的。例如下面图 3 当中的（e），一般来说，这个零件的两个表面无法使用机床进行同时的加工，在进行第二个表面的加工的时候，就需要将零件的角度加以改变之后才能够继续进行加工。下图当中的（f），虽然两个表面没有处于同一个平面之上，但是零件的两个面也可以通过一对砂轮或者是刀的多装进行同时的加工处理。
图3 加工次数减少设计
2.2 生产速度及节约材料方面的考虑
在进行机械加工中，也需要进行必要的金属切削，但是在材料上、时间上都需要花费一定的成本。如果零件设计过于复杂，也会增大切削量，增大切屑的体积，进而增加机械加工的成本。如果设计出来的零件均匀而薄，不仅有利于进行机械加工，也有利于均匀的刀具磨损，材料切屑的减少和切屑量的减少，也能够有效地控制加工的成本。例如下面图 4 当中的（g），这一个工字梁带肋条的部分的横断面需要进行加工，但是需要花费较大的机械加工量。如果将零件设计成为（h）当中的形式，就能够有利于材料浪费的控制，降低加工成本。
图4 零件材料节约设计
此外，当刀夹和砂轮非接触周围接触到了工件时，也会产生不大不小的加工阻碍，这样不仅会损伤零件与道具，也会产生一定的经济损失，加工速度也会受到相应的影响。所以，在零件设计中，我们应该尽可能地为道具留下足够的空隙，避免过多的磨损造成了成本流失的现象发生。例如下图 5 当中的（i）、（j），需要放弃（i），选择（j）当中的零件结构设计。
图5 控制零件成本流失设计
2.3 零件加工精度的考虑
加工精度主要指的是在加工完成之后，零件的位置、形状、尺寸都能够符合设计数据的要求，这也是零件加工品质最重要的影响因素。对于机械加工精度来说，其影响的因素较多，特别是加工当中的受力变形以及受热变形这两个方面。在机械加工的过程中，不同的零件结构，所受到变形的影响也会存在一定的差异。例如零件属于空腔一类时，考虑到零件的内部属于空腔的状态，在空腔内部大余量的去除的时候，零件就会出现不可避免的内缩现象，从而导致变形的出现。在对这一类型零件结构进行改动途中，能够大幅度地提高零件的抗变形能力。我们也可以将零件调整为成盒的形状零件，用闭口取代开口端的构造；也可以在零件比较薄弱的区域内增加适当的加强筋，使零件结构总体强度加大。
3 结束语
机械零件的设计是机械零件制造的首要工作，只有先对零件的结构做出了合理的设计，之后的一切加工工作才能顺利进行。在加工技术条件不变的情况下，改进机械零件的工艺设计，不但可以提高零件的加工精度，减少废品发生，还能有效地减少零件加工所需的人力物力，提高经济效益。随着世界上各种机械加工工艺的进步，我国的机械加工技术也不断提高。但为了进一步提高我国的机械加工技术水平，增强工业竞争力，我们不但要继续发展综合集成的现代制造技术，还要融合更先进的信息技术和管理理念，研究机械制造技术体系的最优模式，研发更为快速的制造计划，发挥创新精神，设计出最合理的零件结构，提高机械加工的效率，获得质量和精度均领先世界标准的零件。
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