本章方针：论说通用机械加工件设计指南.前言一个机械加工件，要先知足通用机械加工要求，再知足其自己加工工艺的要求。这里要寄望的是，除通用的机械加工的设计准则，不合的机械加工工艺对零件设计提出了不合的要求。设计者需要具体体味不合的机械加工工艺（见分章），并在初度设计时就可以预估出机械加工工艺的组合挨次，设计完成后也需要与制造人员再具体核对。在正式制造之前，优化完成机械加工件。.通用机械加工件设计指南. 尽可能避免操作机械加工机械加工件的设计需要考虑机械加工工艺对零件的设计要求。在知足产物功能、外不美不美观和靠得住性的前提下,机械加工件的设计理当使得机械加工工艺简单、高效、加工周期短、加工成本低、质量高。因为机械加工存在着上述的零件成本高、加工效力低、不能加工复杂外形零件等特点,在愈来愈多的行业中,机械加工正在被其他加工编制,例如加工、冲压加工、压铸加工等替代。是以,在设计机械加工件时,产物设计工程师首先想到的问题是:可以用其他加工编制来替代机械加工吗?在可能的气象下,尽可能避免操作机械加工。在本博文中,已分袂列举了一些实例来声名若何操作加工、冲压加工、压铸加工等庖代机械加工。这一条长短常好笑的一条，却被列在机械加工设计原则的条，是因为时代的成长。在一次面试时就碰着过机械加工原则的问题，回覆了这一条后，面临一堆老工程师感应传染就有些尴尬了╮(╯▽╰)╭. 毛坯的选择毛坯是遵循零件(或产物)所要求的外形、工艺尺寸等制成的供进一步加工用的出产对象。毛坯的种类、外形、尺寸及精度对机械加工工艺过程、产物质量、材料破耗、加工周期和制造成本有着直接影响。是以,在产物设计时,必需切确地选择毛坯的种类和必定毛坯的外形。.. 毛坯的种类机械加工中经常操作毛坯的种类种类良多，统一种毛坯又有多种制造编制，机械制造中经常操作的毛坯有以下几种：（）铸件外形复杂的零件毛坯，宜采纳锻造编制制造。今朝铸件除夜多用砂型锻造，它又分为木模手工造型和金属模机械造型。木模手工造型铸件精度低，加工概况余量除夜，出产率低，合用于单件小批出产或除夜型零件的锻造。金属模机械造型出产率高，铸件精度高，但设备费用高，铸件的重量也遭到限制，合用于多量量出产的中小铸件。其次，少量质量要求较高的小型铸件可采纳特种锻造（如压力锻造、离心制造和熔模锻造等）。（）锻件机械强度要求高的钢制件，一般要用锻件毛坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。自由锻造锻件可用手工锻打（小型毛坯） 、 机械锤锻（中型毛坯）或压力机压锻（除夜型毛坯）等编制获得。这类锻件的精度低，出产率不高，加工余量较除夜，而且零件的结构必需简单；合用于单件和小批出产，和制造除夜型锻件。模锻件的精度和概况质量都比自由锻件好，而且锻件的外形也可较为复杂，是以能削减机械加工余量。模锻的出产率比自由锻高良多，但需要不凡的设备和锻模，故合用于批量较除夜的中小型锻件。（）型材型材按截面外形可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其它不凡截面的型材。型材有热轧和冷拉两类。热轧的型材精度低，但价钱廉价，用于一般零件的毛坯；冷拉的型材尺寸较小、精度高，易于实现自动送料，但价钱较高，多用于批量较除夜的出产，合用于主念头床加工。（）焊接件焊接件是用焊接编制而获得的连络件，焊接件的益处是制造简单、周期短、俭仆材料，短处错误是抗振性差，变形除夜，需经时效措置后才能进行机械加工。除此以外，还有冲压件、冷挤压件、粉末冶金等其它毛坯。其其实学了高阶篇：材料和工艺的选择；一章后，我们就会除夜白，机械加工属于二级工艺，那么所谓的毛坯就是一级工艺：成形工艺所产物的零件。二级工艺的序列需要再一级工艺往后。少有机械加工不能加工的成形零件，所以可以说毛坯的工艺接近无限。.. 功能性原则功能性原则要求具体表此刻零件的工作前提、受力气象及外形、尺寸、精度等方面,只有知足操作要求的毛坯,才有现实。保证操作功能要求是选择毛坯的首要原则。如最经常操作的齿轮零件,因为工作前提、操作要求不合,其毛坯的类别、选材和制造编制也纷歧样。)农业机械和建筑机械用齿轮:低速运转,受力不除夜,啮合及振动要求低,常选用灰铸铁或合金铸铁等锻造,不加工或简单加工后便可操作。)机床用齿轮:要求传动平稳、振动小,受力不变,在静态下换速,且要求润滑精采,常选用中碳钢或低合金钢锻造和机械加工,并经热措置(整体正火或调质、齿面高频淬火)后才可操作。)汽车用齿轮:要求具有较高的耐磨性和抗冲击机能,且动态下变速,常选用有精采淬透性的低碳合金钢,如CrMn等材料,经锻造、机械加工、渗碳、淬火锻造、机械加工、渗碳、淬火等措置后操作。.. 毛坯外形和尺寸应尽可能接近零件的外形和尺寸因为毛坯制造手艺和成本的限制,而且零件对机械加工精度和概况质量的要求愈来愈髙,所以毛坯的某些概况仍需留有必定的零件加工余量,以便经由过程机械加工达到零件的手艺要求。现代机械制造成长的趋向之一是精化毛坯,使其外形和尺寸尽可能与零件接近,从而进行少量切屑加工甚至无屑加工,下降材料成本和机械加工成本。.. 尽可能采纳尺度型材只要能知足操作要求,零件毛坯尽可能采纳尺度型材,不单可削减毛坯制造的工作量,而且因为型材机能好,可削减切削加工的工时及俭仆材料。.. 考虑到批量和出产周期出产批量和出产周期对毛坯种类的选择有很除夜的影响。一般单件、小批量出产且出产周期短时,应选用经常操作材料、通用设备和工具、低精度和低出产率的毛坯出产编制在多量量出产前提下,应选用专用设备和工具及横跨产率的毛坯出产编制,如周详铸件、周详模锻件。这样可使毛坯的制造成本下降,同时能俭仆除夜量金属材料,并可以下降机械加工的成本。例如,在某车床中采纳吨的周详铸件可以俭仆机械加工工时,具有十分显著的经济效益。.. 考虑将多个零件的毛坯合并成一个整体毛坯为了保证零件的加工质量、便于装夹和提高机械加工的出产效力,常将多个零件的毛坯合并成一个整体毛坯,对毛坯的各平面加工好后切割分手为单件,再对单件进行加工。对半圆形的零件一般应合并成一个整圆的毛坯对一些小的、薄的零件(如轴套、垫圈和螺母等),可以将若干零件合成一件毛坯,待加工到必定阶段后再切割分手。如图-所示,车床进给系统中的开合螺母外壳,就是将其毛坯做成整体,待零件加工到必定阶段后再切割分手。.. 毛坯外形需要考虑到工件在机械加工时装夹不变如图-所示,有些铸件毛坯需要铸出工艺凸台,以保证在机械加工时装夹不变,工艺凸台在零件加工完成后再切除。. 宽松的零件公役要求在前面的章节中,几回再三强调了零件公役与成本的关系,公役越严酷,成本越高,对机械加工件更是如斯。如图-所示,跟着零件的精度要求的增添,则需要更周详的加工工序,同时伴跟着加工效力的下降,是以加工成本除夜幅上升。是以,对机械加工件,零件公役越宽松越好,避免严酷的尺寸公役要求。若何做到这一点,可以从两方面入手:)从产物整体结构入手:经由过程设计合理间隙、简化产物装配关系、操作定位特点、操作点或线与平面配合庖代平面与平面共齐截编制,来避免零件严酷的尺寸公役要求。详见DFA章节。)从零件入手:尺寸精度要乞降概况质量要求不高的概况,不应设计为高精度和高概况粗拙度要求的概况；此外,不需要加工的概况,不要设计成加工面。.. 选择工序间加工余量的原则a)应采纳最小的加工余量,以求缩短加工时刻,下降零件的制造费用；b)应保证各工序有充实的加工余量,能在的工序中保证图纸所要求的精度及概况粗拙度；c)应考虑到零件热措置时激发的变形；d)应考虑加工零件时所采纳的设备及加工编制,和零件在加工过程中可能发生的变形；e)应考虑到被加工零件的巨细,零件愈除夜则所要求的加工余量也应愈除夜。.. 选择工序间工序公役的原则a)公役不应超出经济的加工精度规模b)选择公役时应考虑到加工余量的巨细,公役的鸿沟抉择加工余量的极限尺寸c)选择公役时应遵循零件的精度d)选择公役时应考虑出产批量的巨细,对单件小批量出产的零件准予选择除夜的数值。. 简化产物和零件结构在设计机械加工件时,不能仅仅从单个零件的角度来进行设计,而是需要从产物整体和全局的角度,综合考虑各个零件机械加工的可行性、加工效力和加工成本等,经由过程对产物进行合理的拆分和组合,简化产物和零件结构,使得产物整体易于机械加工、加工质量高、加工成本低。如图-所示,在原始的设计中,零件外形复杂,加工费时在改良的设计中,零件外形简单,有益于削减加工成本。. 下降加工难度加工内概况一般比加工外概况坚苦,应合理设计零件以下降加工难度。如图-所示,原始的设计中,内环形槽较窄,加工起来斗劲坚苦。在改良的设计中,改成外概况加工,既不影响操作,又便于加工。. 保证位置精度有彼此位置精度要求的概况,能在一次装夹中加工,这样有益于保证加工概况间的位置精度、削减装夹次数。图-所示的零件,其内、外圆概况有同轴度精度要求,在原始的设计中,零件需要经由过程两次装夹来分袂加工外圆面和内孔,难以知足同轴度精度的要求在改良的设计中,经由过程增添凸台结构,可在一次装夹中加工出内、外圆概况,等闲知足同轴度要求,同时加工成本也下降。在这里提个醒，良多机械加工的编制是很矫捷的，自己要猜想加工工序，但也要和供给商一一确认，否则只会设计出一些无用的特点。好比上图的夹持面自己标注上去，但假定罗纹孔是最初的夹持面，那么就不需要优化谁，又或，外概况是长轴的无意磨，那又是此外一回事了。所以机械加工中，DFM必然要：自己揣度加工工序→加工制造方确认→自己再次优化。起码三步走的编制。图- 所示的零件,摆布边两个内圆面有同轴度精度要求。在原始的设计中零件必需经由两次装夹、两次加工,两个内圆面同轴度精度不等闲获得知足在优化的设计中,零件则可一次装夹、一次加工,有益于保证同轴度精度要求。. 尺寸标注便于测量在对机械加工件零件图进行标注时,标注的尺寸理当便于测量。如图-所,在原始设计中,尺寸测量基准为A面,未便测量在优化的设计中,尺寸测量基准为B面,便于测量。这条设计准则并没有错，可是现实操作时要寄望。基准的拟定最首要的是按照设计要求来的，其次是兼顾制造、装配、检测等要求。不成以仅仅是因为检测，而销毁设计要求。. 保证零件热措置后的质量在设计机械加工件时,需要考虑后续工序(如热措置等)的质量。零件尖锐的边和尖角,在淬火时等闲发生应力集中,造成开裂。是以在淬火前重型阶梯轴的轴肩根部应设计成圆角,轴端及轴肩上要有倒角,如图-所示。避免尖角，这一条在注塑、钣金、压铸、机加等设计要求中都有，是很首要的一条，但经常为设计师所轻忽。零件壁厚不服均,在热措置时等闲发生变形。如图-所示,增设一个工艺孔,以使零件壁厚平均,避免热措置时发生变形。一样，壁厚平均，也是首要的一条。在用模具加工工艺中加倍首要。. 零件结构要有足够的刚度零件结构要有足够的刚度,以减小其在夹紧力或切削力浸染下的变形,保证加工精度和加工质量。如图-所示,在原始的设计中,零件壁厚较薄,易因夹紧力和切削力而变形在优化的设计中,增设凸缘后,零件刚度提高,不会因为夹紧力和切削力而变形。寄望一些机械加工工艺的轴承。如图-所示,在原始的设计中,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在优化的设计中,增添肋板后,提高了刚度,可以采纳较除夜的切深和进给量加工,易于保证加工工件的质量并提高了出产率。感应传染这样做可以增添零件的强度斗劲多，为了制造是次要的方针。还有，刨削. 采纳尺度化参数尽可能采纳尺度化参数,同类参数尽可能一致的虽要零件的孔径、锥度、罗纹孔径和螺距、齿轮模数和压力角、圆弧半径、沟槽等参数尽可能选用相关尺度举荐的数值,这样可操作尺度的刀、夹、量具,削减专用工装的设计、制造周期和制造费用。如图-所示,在设计罗纹时,采纳尺度参数,这样才能操作尺度丝锥和板牙加工。如图-所示,在原始的设计中,轴上的退刀槽宽度纷歧致,车削时需预备、改换不合宽度的车槽刀,增添了换刀和对刀的次数在优化的设计中,将这些槽的宽度改成不异尺寸,用一把刀具完成所有槽的加工,削减了刀具种类和换刀次数,俭仆了辅助时刻。如图-所示,轴上的过渡圆角尽可能一致,便于加工。如图-所示,设计键槽尺寸一致,便可操作统一把刀具加工所有键槽。如图-所示,统一端面上尺寸四周的罗纹孔改成统一尺寸的罗纹孔,便于加工和装配。. 零件应便于装夹零件应便于装夹,即切必定位、靠得住夹紧,这样可简化零件装夹时刻、提高加工效力、确保加工质量。图-所示的轴承盖,要加工外圆及端面,在原始的设计中,假定夹在A处,一般卡爪的长度不够,B面又未便装夹在优化的设计中,可以将原本的圆锥面B面改成圆柱面C面,便可在C面便当地装夹,或增添一工艺圆柱面D用于装夹。如图-所示,在原始的设计中,零件在三爪卡盘上装夹时,零件与卡爪是点接触,不能将工件夹牢在优化的设计中,经由过程增添一段圆柱面,使工件与卡爪的接触面积增除夜,装夹较等闲,并可提高装夹靠得住性。如图-所示,在原始的设计中,除夜平板工件在加工中未便装夹在优化的设计中,增添了夹紧的工艺凸缘或工艺孔,以便用螺钉、压板夹紧,且吊装、搬运便当。刨削较除夜零件时,经常把零件直接装夹在工作台上,为了保证加工时加工面水平以便于装夹定位,可在零件上增添工艺凸台,需要时可在精加工后切除。如图-所示,在原始的设计中,没有工艺凸台,零件很难进行装夹定位在优化的设计中,零件上增添了工艺凸台,便可切确的装夹定位。. 削减装夹次数尽可能削减装夹次数,下降装夹误差和削减辅助工时,提高切削效力,保证精度。如图-所示,在原始的设计中,倾斜加工概况会增添装夹次数在优化的设计中,将倾斜加工概况改成水平概况,一次装夹便可同时加工几个概况。如图-所示,优化前需装夹两次,优化后只需一次装夹便可磨削两个概况。如图-所示,在原始的设计中,轴上的键槽不在统一标的方针,铣削时需几回再三装夹和对刀在优化的设计中,键槽安插在统一标的方针上可削减装夹、调剂次数,也易于保证位置精度。如图-所示,在原始的设计中,A、B面的加工需要分袂调剂机床在改良的设计中,将A、B面的高度改成一致,则可在机床的一次调剂中完成A、B面的加工。如图-所示,优化前需从两头分袂进刀,需装夹两次,优化后只需一次装夹便可完成两个内概况的加工。. 削减机械加工面积削减机械加工面积,便可削减加工工时,继而可以下降机械加工成本。针对压铸等工艺的毛坯件很有下场。如图-所示,在原始的设计中,支座零件的底面加工面积较除夜在改良的设计中,经由过程优化的设计削减了加工面积,从而削减机械加工量和刀具破耗,提高了加工效力,下降了加工成本。图-和图-显示了其他两个若何经由过程增添凸台或凹槽的编制优化零件设计,削减机械加工面积的实例。. 削减走刀次数削减加工走刀次数,削减加工工时,便可削减加工成本。如图-所示,在原始的设计中,加工具有不合高度的凸台面时,需一一将工作台升高或下降,增添加工工时在优化的设计中,将几个凸台面设计成等高,则能在一次走刀中加工所有凸台面,提横跨产率,同时也等闲连结相对位置精度。. 零件结构应便于刀具工作零件加工部位的结构应便于刀具切确地切入及退出。如图-所示,在原始的设计中,孔与零件立壁相距太近,造成钻夹头与立壁干与,只能采纳非尺度加长钻头,刀具刚性差在优化的设计中,增添了孔与零件立壁的距离,便可采纳尺度刀具,从而可保证加工精度。如图-所示,插齿时要留有空刀槽,这样除夜齿轮可滚齿或插齿,小齿轮可以插齿加工。如图-所示,刨削时,在平面的前端要有让刀的部位,即让刀槽。如图-所示,磨削时,各概况间的过渡部门应设计出越程槽。. 不合要求的概况较着分隔机械加工要求不合的概况及加工面与非加工面间都应较着分隔,以改良刀具的工作前提。如图-所示,优化后的设计中,沟槽底面不与其他加工面重合,零件便于加工,也可避免损伤其他加工概况。.机械加工件DFMA表格DFMA学甚至用,事前遵守，事后补缺。机械加工的特点具有矫捷性和不必定性：几近没有特点是机械加工做不出来的。而出于机械加工设备能力的晋升，特点制造难度和成本也很难说原封不动。所以，按照两份书籍，建造了两份截然不合的机械加工DFMA表格。都是合理的，都可以作参考。. 机械加工件设计指南（钟元）. 机械加工件设计指南（布思罗伊德）这份书籍的具体内容可以看，往后有空会详写。