9讲加工件设计

机电装备仪器的工程化设计总体设计-9主讲教师：康宜华教授黄禹副教授孙燕华讲师2012.10.21课程内容（1）仪器设计的需求分析—钢丝绳无损检测仪器（2）（2）仪器设计的需求分析—便携式螺纹检测仪器（2）（3）总体设计-设计过程-外观设计要领（2）（4）总体设计-设计分析-成本-决策-退路-铸件（2）（5）回转运动设计--驱动动力源的取舍-轴承设计要领（2）（6）回转运动设计--轴和连轴器设计要领（2）（7）往复运动设计--钢管翻料器（2）（8）焊接件与螺纹连接设计要领（2）（9）加工件设计要领--（2）（10）机构设计—方法与结构（2）（11）精密运动机构的设计—探头摇臂（2）（12）精密仪表机构的设计—机械双量程压力表、标定器设计（2）（13）高速运动机构的设计—喷标器设计（2）（14）功能创新设计及实践—电火花刻伤机设计（2）（15）功能创新设计及实践—电火花钻孔机设计（2）（16）功能创新设计及实践—电火花线切割机床设计（2）加工件设计要领9.1注意减小毛坯尺寸凸缘由圆钢直接车制而成，如设计最大直径为Φ100mm则要用Φ105mm或Φ110mm的圆钢加工。如最大直径为Φ98mm，则可以用Φ100mm的钢料加工，可节省大量钢材。加工件设计要领9.2减小加工面的长度两表面配合时，配合面应精确加工，为减小加工量应减小配合面长度。如配合面很长，为保证配合件稳定可靠，可将中间孔加大，中间部分不必精密加工。加工方便，配合效果好。加工件设计要领9.3加工面与不加工面不应平齐在一大平面上，如有一小部分要加工，则该面应突出在不加工表面之上，以减小机械加工工作量。加工件设计要领9.4要考虑到铸造误差的影响铸造零件的误差是比较大的，在设计铸件加工面时必须充分考虑。如轴承端盖与箱体上的凸台相配，但箱体上凸台的位置难以做到十分准确。如端盖凸缘与凸台直径设计成正好相等，则由于铸件误差的影响往往会出现端盖凸出到凸台以外的情况。因此铸造的凸台直径应该大一些。加工件设计要领9.5不同加工精度表面要分开两表面粗糙度要求不同时，它们之间必须有明确的分界线。这样，不但加工方便，而且形状美观。如图，凸轮工作表面要精加工，必须与轴表面分开。加工件设计要领9.6将形状复杂的零件改为组合件以便于加工在一带轴的凸缘上有两个偏心的圆柱形小轴，加工困难。如果把这一零件改为组合件，小轴用装配式结构装上去，可以改善工艺性。加工件设计要领又如在较大机座上，有薄壁的管形零件，因与主体部分尺寸差别大，加工不便，改为装配件，另作一个管件安装在机座上较为合理。加工件设计要领9.7避免不必要的精度要求在不降低机械性能的前提下，应尽量减少要求的精度项目和精度等级。图中，用套筒A在齿轮与滚动轴承之间作为定位套。如将套内径与轴之间取较紧密的配合，则不仅要求套筒两端面平行，而且要求孔与端面垂直。如安排套筒与轴之间有较大间隙的配合，则只要求套筒两端面有足够的平行度即可。加工件设计要领9.8刀具容易进入或退出加工面刀具进入或退出加工面时，都要求有一定的运动空间，设计时应保留足够的间隙。加工件设计要领9.9避免加工封闭式的空间加工出有底的槽形凹空即称为封闭式空间。对这种空间一般只能用立式铣床加工，加工效率低，深度、形状也有较大的限制。尤其当要求加工两个相互对准的形状一致的凹槽时，更加困难，宜采用穿通式结构。加工件设计要领9.10避免刀具不能接近工件机械加工所用的刀具、机床都有一定的结构和尺寸。加工部位周围如果有长的壁或上下有凸台，都可能妨碍刀具的运动，甚至无法加工。为此应设置必要的工艺孔，槽，或改变结构形状。加工件设计要领9.11不能采用与刀具形状不适合的零件结构形状矩形槽由立铣刀加工而成，槽四角的圆角半径应等于铣刀半径。如要求的半径很小，则加工速度很慢而且刀具容易损坏。因此，槽越深则圆角半径R应越大。凹下的方形孔加工应尽量避免。加工件设计要领9.12避免多个零件组合加工在由两个零件组合而成的零件上钻孔、加工平面，由于在生产中必须配在一起加工、装配，因而不能具有互换性。而改进后则工艺性得到改善。只有在特殊情况下选用组合零件加工才是有利的，如减速箱的剖分式箱体，镶装式涡轮等。加工件设计要领9.13复杂加工表面要设计在外表面而不要设计在内表面上轴类零件比孔的加工容易。因此当两个轴、孔形状的零件配在一起，它们中间有一些比较复杂的结构时，把这些结构设计在轴上，往往比设计在孔的内表面更好。加工件设计要领9.14避免复杂形状零件倒角复杂形状的零件倒角加工困难。如椭圆形等复杂形状，难以用机械加工方法倒角，用手工方法倒角，很难保证加工质量。加工件设计要领9.15必须避免非圆形零件的止口配合在箱形零件表面有一凸缘与之相配。为使配上之盖定位准确，除用螺钉固定外，设计有止口配合，此配合孔宜用圆形，不宜用矩形、正方形、椭圆形等其他形状。加工件设计要领9.16避免不必要的补充加工有些零件的形状变化并不影响其使用性能，在设计时应采用最容易加工的形状。如凸缘，是先用车床加工成整圆，切去两边再加工两端圆弧的方法。不进行两端圆弧的补充加工，并不影响使用性能。加工件设计要领9.17避免无法夹持的零件结构机械零件在加工时（如车削时）必须夹持在机床上，必须有便于夹持的部位。另外，夹持零件必须有足够大的支持力，以保证在切削力作用下，零件不会晃动。因此零件应有足够的刚度，以免产生夹持变形。加工件设计要领9.18避免无测量基面的零件结构零件的尺寸或形位误差要求，必须考虑测量测量基面。如图铸铁底座，要求A、B两个凸台表面平行（上面安装滚动导轨）,并要求CD两个凸台等高而且与A、B面平行（上面放丝杆的轴承座）每个面都很窄（宽度都是20mm）。这些平面的平行度测量困难，如果设置一个测量基面E，则测量大为改善。加工件设计要领车、磨等工艺是连续切削，工作中没有振动，易得到光洁表面。但如设计结构不当，会产生不连续的切削，因而产生振动，不但影响加工质量，而且降低刀具寿命。如图所示的肋在车削外圆时即产生冲击，降低肋的高度可避免加工时的冲击和振动。9.19避免加工中的冲击和振动加工件设计要领9.20避免在斜面上钻孔在斜面上钻孔不但位置不准，而且容易损伤刀具，应尽量避免。可用改变孔的位置或改变零件表面形状，使零件表面与孔中心线垂直来解决。加工件设计要领9.21通孔的底部不要产生局部未钻透通孔底部有一部分未钻透，钻孔时产生不平衡力，易损坏钻头。应尽量避免。加工件设计要领9.22减少加工同一零件所用刀具数加工一个零件所用刀具应少，以提高效率。图示为一阀座，中间孔Φ10H7阀杆与之相配，粗糙度3.2μm。周围六孔为液体流动通道，Φ10粗糙度25μm。加工时要用不同的钻头。如将周围的孔改为Φ9.8，不影响使用性能，则中间孔同样用Φ9.8钻头钻孔后，再铰制即可。组合钻床加工件设计要领又如图中螺纹孔M14下面有一光孔Φ10，如将光孔改为与螺纹孔螺纹内径钻孔一致（Φ11.8），则加工方便。加工件设计要领9.23避免加工中的多次固定空间角度夹具在加工机械零件的不同表面时，应避免多次装夹。希望能在一次固定中加工尽可能多的零件表面。不但节约加工时间，而且提高加工精度。如图中所示的机座，原设计在加工孔端面以后，要将零件转过90°，才能加工地脚螺钉凸台面。改进后可在一次加工中完成。加工件设计要领9.23避免加工中的多次固定螺旋桨的加工加工件设计要领9.24注意使零件有一次加工多个零件的可能性图示的螺母，扳手槽底比螺纹顶低一个尺寸m，槽只能用低生产率的加工方法（如插）逐个加工，改用新结构，即可几个串在一起加工。又如图中所示的定位轴，尺寸L要求准确，如改为把定位套和固定螺柱分为两个，定位套可用平面磨床大量加工。加工件设计要领9.25避免采用多个加工工序左图结构要求加工圆弧、平面、圆孔等多种形状，必须采用多个工序，每次只能加工一个零件。右图结构车削后钻孔、切开，一次可以制造四个零件。加工件设计要领9.26避免采用方形凸缘左图所示凸缘，外形为方形，要求进行切削加工，必须在车削后，在其他机床（如铣床）上面加工。右图可以在车床上面完成形状的加工。加工件设计要领9.27减少走刀次数右图所示零件上面有四个沟槽，相对的两个沟槽可以一次进给中切出。而左图的零件由于中间的轮毂凸起较高，只能单独加工每一个沟槽。加工件设计要领9.28相对的两个沟槽能在一次走刀中切出图示零件上面有4-6个沟槽，相对的两个沟槽如果可以在一次进给中切出，则加工较方便。图示不同结构形状沟槽的优缺点以供比较。加工件设计要领9.29外圆上面不宜有凸起左图外圆上面有凸起，外圆不能车削加工。使加工效率低。右图的结构，车削加工比较方便。加工件设计要领9.30对中表面直径应小图示的两个零件是用圆柱面对中，给出了两种结构，其中上图的对中面直径大，而下图的对中面直径小。小直径的孔和轴容易做到较高的精度，所以下图的结构较好。加工件设计要领9.31以外圆和通孔作为对中面好上图的对中孔和轴加工较困难，而下图加工比较方便。加工件设计要领9.32能够在一次加工中得到的孔作为对中面效果好零件1、2装在零件3上面。要求1、2的中心线对中。上图零件3上面的两个对中面要从两个方向加工，加工困难精度低。下图零件3上面的两个孔可以在一次走刀中镗出，加工方便，对中精度较高。