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机械零件加工的工装设计研究滕新锋

发表时间：2021/8/10 来源：《建筑科技》2020年12月下作者：滕新锋

[导读] 本文对机械类零件加工过程中的工装设计进行了研究，综合分析了箱体类零件、套筒类零件以及圆柱齿轮类零件加工时的工装设计特点，并提出了改进方法。

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摘要：本文对机械类零件加工过程中的工装设计进行了研究，综合分析了箱体类零件、套筒类零件以及圆柱齿轮类零件加工时的工装设计特点，并提出了改进方法。
关键词：零件；工装；箱体；套筒；齿轮
        零件加工的工装设计是机械制造工艺和夹具设计的结合，它具有较强的实践性，涵盖的内容十分丰富，并且灵活性较强。机械零件中常见的箱体类零件、套筒类零件以及圆柱零件在加工时都有相应的工装，本文分别对其进行分析研究。
        一、箱体零件加工的工装设计
        箱体类零件分为简单低强度的箱体类零件和高强度复杂的箱体类零件。对于加工结构复杂的箱体类零件，编制合理的加工设计流程，有效利用各个车间的共有资源以及各类刀具、夹具以及充分分析工件受热后的变形规律，是对复杂箱体零件加工质量的保证。
        在考虑零件加工的工装设计顺序时，对于某些有特定特征的工装设计零件，要先安排粗加工和半精加工，然后再安排精细加工和光整加工；而对于某些有不同的特征的工装设计零件，某些特征的粗加工则需要安排在其他特征的半精和精细加工之后，比如越程槽这种辅助特征的粗加工就在主特征的半精加工之后进行；还有对于零件的具有全部特征的工装设计零件，一般是遵循先基准后其他的原则，也就是必须先加工作为基准面的特征，再加工其他的表面特征。
        二、套筒零件加工的工装设计
        机器中套筒零件的应用在很多方面都发挥了重要作用，常见的套筒零件有液压系统的液压缸、轴的滑动轴承、夹具的导向套等。套筒类零件虽然结构、尺寸和用途各不相同，但是共同的特点就是结构简单。
        长薄壁套筒工件的装夹加工，对不锈钢进行设计时，不锈钢的切削速度会稍微提高一些，这样切削的温度就会比一般的温度高些，若其刀具磨损程度加剧，则它的耐用度就会很大幅度的下降。为了保证合理的刀具耐用度，就必须要降低切削的速度，那么一般就会按加工普通碳钢的40%一60%作为参考。由于加工含碳量较低的不锈钢有较明显的粘刀现象，在切削过程中要选用非常好的润滑效果的润滑油和冷却效果比较好的切削液；选择锯片铣刀切削时，刀齿不要太多，并且它的齿槽还要深一点，尽量要将刀齿磨成错齿，这样对排屑和减少切削力有非常大的帮助。在切削不锈钢工件的时侯，注意的是对工件进行调质处理。通过对不锈钢调质的处理后，可以获得优良的综合力学性能，这样对其切削加工性能比有很大改善。通过正确的操作过程，在某些地方进行适当的改进，这样就可以让机械类零件加工的工装设计得到好的调理。
        三、圆柱齿轮加工的工装设计
        齿轮是机械传动中应用范围最广的零件之一，它的工装设计十分重要。对最常见的直齿圆柱齿轮减速器的工装设计时，我们在保证原工装设计的中心距不变、总速比变化比较小的状态下，把两级圆柱齿轮副的速度比重新进行了分配并加大模数和工作齿轮的宽度，再对齿轮材质和热处理等方面进行各方面的改进。
        （1）改变齿轮的宽度。适当增加各级圆柱齿轮副的工作齿轮宽度，这样可以提高并平衡齿轮接触及弯曲疲劳强度。
        （2）改变速比的分配。在保证圆柱齿轮副高速级和低速级的中心距不变的情况下，增大高速级速比的同时还要减小低速级速比，这样可以增大两级圆柱齿轮副等各方面的强度。

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        （3）材质和热处理。进行渗碳淬火处理时要合适的选择材料，比如20CrNi2Mo和20CrMnTi的选择。20CrNi2Mo是一种优质低碳的合金钢，经渗碳淬火处理的齿轮齿面后，它的硬度会更高、心部韧性会更好，因此具有比用20CrMnTi材质制作的圆柱齿轮副更加优异的抗弯曲性能。
        四、机械加工工艺对零部件加工精度的影响
        4.1.加工工艺系统本身对精度的影响
        如果机械加工系统本身的精度得不到保证，那么他加工出来的产品的精度也就无从谈起了。通常来说，机械加工设备在出厂时都会对其加工精度进行标定，但是在加工设备的运输和反复使用之后，它本身的最小加工精度会出现一定程度的偏移，如果不能及时修订，就会对零部件的加工精度带来巨大的影响。其次是机械加工辅助设备的磨损和安装问题带来的加工精度的影响，在机械设备中大量的使用刀具、夹具和其他辅助设备，这些设备在实际的加工活动中，都会发生磨损、位置偏离甚至是断裂，这些加工过程中的异常对零部件加工精度的影响是致命的。于此同时，这些辅助设备的按照精度也是一个重要的影响因素。再者是加工工艺本身的误差累计，初加工和精加工的工艺排序、加工基准面的合理选择、夹具的合理布放、加工尺寸的准确测量、加工过程中的误差补偿以及在数控机床加工中的加工程序的编译审核、误差补偿数据库的及时更新、手动操作带来的非受迫性误差等等都会带来不可预计的精度误差。
        4.2.外界因素对于零部件加工精度的影响
        通常来说工件受力变形和热变形对于零部件加工精度的影响也是十分巨大的。由于工件材料不均匀、加工进给量过大或者加工工艺不合适等原因都会造成在实际加工中出现不同程度的工件受力变形的现象出现，轻微的受力变形会降低工件的加工精度，较大的受力变形会使得工件直接作废甚至会损坏加工设备，通常来说通过提高工件本身的刚度和强度、合理分配加工进给量、注意热应力和切削应力的消除，能够最大限度的降低受力变形现象的出现概率。热变形也是机械加工中常出现的加工问题，它会使得工件的加工尺寸发生变化，从而无法获得精确的测量值，加工精度也就的不到保证，常见的热变形包括加工刀具热变形、工件热变形、机床本身和夹具热变形，这些都会使得加工系统的坐标位置发生变化，在实际加工中，要严格注意加工过程中的润滑和冷却工作，通过合适的降温处理，将会大大降低热变形的出现概率。
        4.3.残余应力对加工精度的影响
        残余应力分布在机械加工的各个环节，包括毛胚锻造成型、焊接和机加工等，通常是由于工件本身的结构较复杂或者是工件各部分厚薄不均造成在局部出现应力集中的现象，这尤其体现在加工长轴工件时，会由于残余应力的影响而出现严重的轴不对中的现象，通常来说采取相应的失效处理可以消除大部分的残余应力，通过合理设计工件外形，避免出现应力集中点，可以最大限度的降低残余应力对零部件加工精度的影响。
        结束语
        如果我们在今后的机械零部件设计领域，能够抛弃旧的思维过时的旧方法，很好地运用类比、发散和逆向等创新思维，加上计算机辅助、多学科结合等现代创新方法，针对试验计算过程复杂、设计工作显得繁琐、工作量较大等问题加以更换思维方法，巩固个人基础能力，丰富头脑想象力，相信机械零部件设计领域将会迎来新的美好明天。
参考文献：
[1]李秀艳.高速动车组长大型材通用机械加工工装内燃机车2016.23
[2]王立夫，勾波等.通用加工工装结构的模块化设计机械制造2018.12
[3]王雪岭等.五轴加工中心用通用加工工装结构的设计与夹具选型2017.12