第8章 机械零件的结构工艺性

1、1零件结构对加工方法和制造成本的影响；影响零件结构对加工方法和制造成本的影响；影响零件结构工艺性的主要因素；零件的结构设计零件结构工艺性的主要因素；零件的结构设计的实际应用。的实际应用。零件的结构设计对实际生产过程的意义。零件的结构设计对实际生产过程的意义。2零件本身的结构，对加工质量、生产效率和经济效益有零件本身的结构，对加工质量、生产效率和经济效益有着重要影响。为了获得较好的经济效益，在设计零件结着重要影响。为了获得较好的经济效益，在设计零件结构时，不仅要考虑满足使用要求，还应当考虑是否能够构时，不仅要考虑满足使用要求，还应当考虑是否能够制造和便于制造，也就是要考虑零件结构的工艺性。制造和

2、便于制造，也就是要考虑零件结构的工艺性。 一、概述一、概述1、零件的结构工艺性概念、零件的结构工艺性概念零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前题下，制造的可行性和经济性，即难易程度。其内容前题下，制造的可行性和经济性，即难易程度。其内容包括零件机械加工结构工艺性和产品结构装配工艺性。包括零件机械加工结构工艺性和产品结构装配工艺性。良好的结构工艺性是指在现有工艺条件下既能方便制造，良好的结构工艺性是指在现有工艺条件下既能方便制造，又有较低的制造成本。又有较低的制造成本。3产品及零件的制造，包括毛坯生产、切削加工、热处理产品及零件的制造，

3、包括毛坯生产、切削加工、热处理和装配等许多阶段。结构设计时必须全面考虑，使各个和装配等许多阶段。结构设计时必须全面考虑，使各个生产阶段都具有良好的工艺性。由于一般悄况下切削加生产阶段都具有良好的工艺性。由于一般悄况下切削加工的劳动耗费最多，因而切削加工工艺性更为重要。工的劳动耗费最多，因而切削加工工艺性更为重要。42、结构工艺性内容、结构工艺性内容 (1) 在毛坯制造方面在毛坯制造方面l 铸件：璧厚均匀、便于造型。铸件：璧厚均匀、便于造型。l 锻件：形状简单、便于出模。锻件：形状简单、便于出模。(2) 在加工方面在加工方面l 合理标注零件的技术要求。合理标注零件的技术要求。l 便于安装、加工。

4、便于安装、加工。l 有利于提高加工质量和提高生产效率。有利于提高加工质量和提高生产效率。(3) 在装配方面在装配方面l 便于装配。便于装配。l 减少修配量。减少修配量。53、结构工艺性原则、结构工艺性原则(1) 合理确定零件的技术要求合理确定零件的技术要求不需要加工的表面，不要设计成加工面；不需要加工的表面，不要设计成加工面；要求不高的表面，不应设计为高精度和表面粗糙度要求不高的表面，不应设计为高精度和表面粗糙度Ra值低的表面，否则会使成本提高。值低的表面，否则会使成本提高。(2) 遵循零件结构设计的标准化遵循零件结构设计的标准化尽量采用标准化参数尽量采用标准化参数 零件的孔径、锥度、螺纹孔径

5、和螺距、齿轮模数和压力零件的孔径、锥度、螺纹孔径和螺距、齿轮模数和压力角、圆弧半径、沟槽等参数尽量选用有关标准推荐的数角、圆弧半径、沟槽等参数尽量选用有关标准推荐的数值，这样可使用标准的刀、夹、量具，减少专用工装的值，这样可使用标准的刀、夹、量具，减少专用工装的设计、制造周期和费用。设计、制造周期和费用。6尽量采用标准件尽量采用标准件 诸如螺钉、螺母、轴承、垫圈、弹簧、密封圈等零件，诸如螺钉、螺母、轴承、垫圈、弹簧、密封圈等零件，一般由标准件厂生产，根据需要选用即可，不仅可缩短一般由标准件厂生产，根据需要选用即可，不仅可缩短设计制造周期，使用维修方便，而且较经济。设计制造周期，使用维修方便，而

6、且较经济。尽量采用标准型材尽量采用标准型材 只要能满足使用要求，零件毛坯尽量采用标准型材，不只要能满足使用要求，零件毛坯尽量采用标准型材，不仅可减少毛坯制造的工作量，而且由于型材的性能好，仅可减少毛坯制造的工作量，而且由于型材的性能好，可减少切削加工的工时及节省材料。可减少切削加工的工时及节省材料。(3) 合理标注尺寸合理标注尺寸按加工顺序标注尺寸，尽量减少尺寸换算，并能方便按加工顺序标注尺寸，尽量减少尺寸换算，并能方便准确地进行测量。准确地进行测量。从实际存在的和易测量的表面标注尺寸，且在加工时从实际存在的和易测量的表面标注尺寸，且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重合。应尽量使工艺基准与设

7、计基准重合。7零件各非加工面的位置尺寸应直接标注，而非加工面零件各非加工面的位置尺寸应直接标注，而非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。与加工面之间只能有一个联系尺寸。(4) 零件结构要便于加工零件结构要便于加工零件结构要便于安装，定位准确，加工稳定可靠。零件结构要便于安装，定位准确，加工稳定可靠。尽量减小毛坯余量和选用切削加工性好的材料。尽量减小毛坯余量和选用切削加工性好的材料。各要素的形状应尽量简单，加工面积要尽量小，规格各要素的形状应尽量简单，加工面积要尽量小，规格应尽量统一。应尽量统一。尽量采用标准刀具进行加工，且刀具易进入、退出和尽量采用标准刀具进行加工，且刀具易进入、退出和顺利通

8、过加工表面。顺利通过加工表面。加工面和加工面之间、加工面和不加工面之间均应明加工面和加工面之间、加工面和不加工面之间均应明显分开，加工时应使刀具有良好的切削条件，以减少刀显分开，加工时应使刀具有良好的切削条件，以减少刀具磨损和保证加工质量。具磨损和保证加工质量。 8二、原则应用实例二、原则应用实例1、应能采用标准化刀具加工、应能采用标准化刀具加工零件的大面积沉凹结构的转角应留有一定的转角半径，零件的大面积沉凹结构的转角应留有一定的转角半径，而且转角半径应与标准铣刀直径一致。而且转角半径应与标准铣刀直径一致。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后92、尽量采用标准化参数，同类参数尽量一致、尽量

9、采用标准化参数，同类参数尽量一致(1) 图图a所示的轴上砂轮越程槽宽度、键槽宽度设计成不所示的轴上砂轮越程槽宽度、键槽宽度设计成不同尺寸，则需采用不同尺寸的刀具加工。图同尺寸，则需采用不同尺寸的刀具加工。图b将这些槽将这些槽的宽度改成相同尺寸，用一把刀具完成所有槽的加工。的宽度改成相同尺寸，用一把刀具完成所有槽的加工。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后10(2) 轴上的过渡圆角尽量一致，便于加工。轴上的过渡圆角尽量一致，便于加工。(3) 使用同一把刀具可加工所有键槽。使用同一把刀具可加工所有键槽。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后11(4) 同一端面上的尺寸相近螺纹孔改为同一尺寸螺

10、纹孔，同一端面上的尺寸相近螺纹孔改为同一尺寸螺纹孔，便于加工和装配。便于加工和装配。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后12(4) 下图所示螺纹设计时，要采用标准参数，这样才能下图所示螺纹设计时，要采用标准参数，这样才能使用标准丝锥和板牙加工。使用标准丝锥和板牙加工。133、零件加工部位的结构应便于刀具正确地切人及切出。、零件加工部位的结构应便于刀具正确地切人及切出。(1) 图图a的孔与零件立壁相距太近，造成钻夹头与立壁干的孔与零件立壁相距太近，造成钻夹头与立壁干涉，只能采用非标准加长钻头，刀具刚性差。改进后，涉，只能采用非标准加长钻头，刀具刚性差。改进后，可以采用标准刀具，从而可保证加工

11、精度。可以采用标准刀具，从而可保证加工精度。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后14(2) 插齿时要留有空刀槽，这样大齿轮可滚齿或插齿，插齿时要留有空刀槽，这样大齿轮可滚齿或插齿，小齿轮可以插齿加工。小齿轮可以插齿加工。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后15(3) 刨削时，在平面的前端要有让刀的部位，让刀槽。刨削时，在平面的前端要有让刀的部位，让刀槽。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后16(4) 磨削时，各表面间的过渡部分应设计出越程槽。磨削时，各表面间的过渡部分应设计出越程槽。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后174、应尽量减少加工面积、应尽量减少加工面积图图a所示支座

12、零件的底面加工面积较大，改为图所示支座零件的底面加工面积较大，改为图b的结构的结构后，减少了加工面积，从而减少机械加工量和刀具消耗。后，减少了加工面积，从而减少机械加工量和刀具消耗。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后185、尽量减少安装次数，降低安装误差和减少辅助工时，、尽量减少安装次数，降低安装误差和减少辅助工时，提高切削效率，保证精度提高切削效率，保证精度(1) 改进前的倾斜加工表面会增加装夹次数，改进后一改进前的倾斜加工表面会增加装夹次数，改进后一次安装可同时加工几个表面。次安装可同时加工几个表面。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后19(2) 改进前需装夹两次，改进后只需一次

13、装夹即可磨削改进前需装夹两次，改进后只需一次装夹即可磨削两个表面。两个表面。0.20.20.20.2 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后20(3) 轴上的键槽不在同一方向，铣削时需重复安装和对轴上的键槽不在同一方向，铣削时需重复安装和对刀。改进后键槽布置在同一方向上可减少安装、调整次刀。改进后键槽布置在同一方向上可减少安装、调整次数，也易于保证位置精度。数，也易于保证位置精度。改进前改进前改进后改进后21(4) 图图a所示所示A、B面的加工需要分别调整机床；若如图面的加工需要分别调整机床；若如图b所示将所示将A、B面的高度改成一致，则可在机床的一次调面的高度改成一致，则可在机床的一次调整中

14、完成整中完成A、B面的加工。面的加工。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后22(5) 改进前需从两端分别进刀，需装夹两次，改进后可改进前需从两端分别进刀，需装夹两次，改进后可省去一次安装。省去一次安装。 b) 改进后改进后a) 改进前改进前236、零件应便于安装，即准确定位、可靠夹紧。、零件应便于安装，即准确定位、可靠夹紧。(1) 图图a所示的大平板工件在加工中不便装夹，为此，增所示的大平板工件在加工中不便装夹，为此，增设夹紧的工艺凸缘或工艺孔设夹紧的工艺凸缘或工艺孔(图图b)，以便用螺钉、压板夹，以便用螺钉、压板夹紧，且吊装、搬运方便。紧，且吊装、搬运方便。24(2) 刨削较大工件时，往

15、往把工件直接安装在工作台上，刨削较大工件时，往往把工件直接安装在工作台上，为了保证加工时加工面水平、便于安装找正，可在零件为了保证加工时加工面水平、便于安装找正，可在零件上增加工艺凸台上增加工艺凸台(图图b)。必要时可在精加工后切除。必要时可在精加工后切除。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后25(3) 工件在三爪卡盘上安装时，工件与卡爪是点接触工件在三爪卡盘上安装时，工件与卡爪是点接触(图图a)，不能将工件夹牢。通过增加一段圆柱面，不能将工件夹牢。通过增加一段圆柱面(图图b)，使工，使工件与卡爪的接触面积增大，安装较容易。件与卡爪的接触面积增大，安装较容易。 a) 改进前改进前 b) 改

16、进后改进后26(4) 图图a所示的轴承盖，要加工外圆及端面，如果夹在所示的轴承盖，要加工外圆及端面，如果夹在A处，一般卡爪的长度不够，处，一般卡爪的长度不够，B面又不便装夹。若改为图面又不便装夹。若改为图b所示结构，便可在所示结构，便可在C面方便地装夹，或者改成图面方便地装夹，或者改成图c所示结所示结构，增加一工艺圆柱面构，增加一工艺圆柱面D用于装夹。用于装夹。277、孔的轴线应与进口和出口的端面垂直，避免在曲面、孔的轴线应与进口和出口的端面垂直，避免在曲面或斜壁上钻孔或斜壁上钻孔孔的轴线不垂直于孔的进口或出口的端面，钻头容易产孔的轴线不垂直于孔的进口或出口的端面，钻头容易产生偏斜或弯曲，甚至

17、折断。应尽量避免在曲面或斜壁上生偏斜或弯曲，甚至折断。应尽量避免在曲面或斜壁上钻孔，提高生产率，保证精度。钻孔，提高生产率，保证精度。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后288、零件结构要有足够的刚性、零件结构要有足够的刚性(1) 零件结构要有足够的刚性，以减小其在夹紧力或切零件结构要有足够的刚性，以减小其在夹紧力或切削力作用下的变形，保证加工精度。图削力作用下的变形，保证加工精度。图a所示管件的壁所示管件的壁厚较薄，易因夹紧力和切削力而变形，增设凸缘后厚较薄，易因夹紧力和切削力而变形，增设凸缘后(图图b)，提高了零件的刚度。提高了零件的刚度。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后29(

18、2) 图图a所示箱体结构刚度较差，刨削上平面时易因切削所示箱体结构刚度较差，刨削上平面时易因切削力造成工件变形。增加肋板后力造成工件变形。增加肋板后(图图b)，提高了刚度，可以，提高了刚度，可以采用较大的切深和进给量加工，易于保证加工工件的质采用较大的切深和进给量加工，易于保证加工工件的质量并提高了生产率。量并提高了生产率。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后309、有利于保证位置精度。、有利于保证位置精度。有相互位置精度要求的表面，最好能在一次安装中加工，有相互位置精度要求的表面，最好能在一次安装中加工，这样有利于保证加工表面间的位置精度、减少安装次数。这样有利于保证加工表面间的位置精度

19、、减少安装次数。图图a所示结构需要通过两次装夹来分别加工外圆面和内所示结构需要通过两次装夹来分别加工外圆面和内孔，难以满足同轴度精度的要求。改为图孔，难以满足同轴度精度的要求。改为图b所示凸台结所示凸台结构，可在一次装夹中加工出内、外圆表面，容易满足同构，可在一次装夹中加工出内、外圆表面，容易满足同轴度要求。轴度要求。3110、便于测量。、便于测量。如图如图a所示，标注尺寸测量基准为所示，标注尺寸测量基准为A面，不便测量，改为面，不便测量，改为图图b后，尺寸测量基准为后，尺寸测量基准为B面，便于测量。面，便于测量。 a) 改进前改进前 b) 改进后改进后32设计原则设计原则图图 例例 说明说明改进前改进前改进后改进后零件机械加工结构工艺性示例零件机械加工结构工艺性示例33设计原则设计原则图图 例例 说明说明改进前改进前改进后改进后34设计原则设计原则图