面向制造和装配的产品设计-第五部分-机加工件的设计

DFMA面向制造和装配的产品设计机加工件的设计 2023 ChiShui.DFMA目录通用机械加工件的设计车削件的设计钻削件的设计铣削件的设计机械加工DFMA核查表DFMA七、通用机械加工件的设计-机械加工的概念及优缺点广义上：机械加工是指一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。锻造、冲压、焊接等所有制造方法都可以属于机械加工。狭义上：是指采用不同的机床(如车床、铣床、刨床、磨床、钻床等)对工件进行切削加工。切削加工利用刀具和工件的相对运动，从毛坯或型材上切除多余的材料，以便获得精度和表面粗糙度均符合要求的零件。机械加工的优缺点：优点缺点加工精度高：在不考虑成本的情况下，机械加工可以达到的精度远高于注射加工等其他加工方式。表面质量高。不需要额外的模具。小批量生产时，具有成本优势。可加工重量大的金属件。机械加工需要熟练的技术人员，同时加工时间长、效率低，因此机械加工成本高。机械加工是材料切除的加工，材料浪费严重。有可能影响工件表面和整体的完整性。生产效率低，不适合大批量生产。适合加工具有简单形状的零件，不能加工复杂形状的零件。因此，由机械加工件组成的产品有可能零部件众多，装配复杂，产品成本高。加工过程会产生振动、噪声和切削废料。加工刀具存在磨损。车削铣削钻削刨削DFMA七、通用机械加工件的设计-设计指南尽量避免使用机械加工：成本高、加工效率低、不能加工复杂形状零件，用其他加工方式来替代机械加工，如：注射加工、冲压加工、压铸加工等；毛坯的选择：铸件、锻件、型材、焊接件u功能性：保证使用功能要求u毛坯形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸：精化毛坯，形状和尺寸与零件接近，减少切削加工，降低材料和加工成本u尽量采用标准型材：性能好，可减少切削加工工时、节省材料u考虑批量和生产周期：单件小批量-常用材料、通用设备和工具、低精度、低产率毛坯生产发；大批量-专用设备和工具、高产量生产法，如精密铸件、精密模锻件u考虑将多个零件的毛坯合并成一个整体毛坯：确保加工质量、便于装夹、提高机械加工效率u毛坯形状需要考虑到工件在机械加工时装夹稳定：铸出工艺凸台，以保证在机械加工时装夹稳定，工艺凸台在零件加工完成后再切除。车床开合螺母，毛坯加工到一定程度后再分割DFMA七、通用机械加工件的设计-设计指南宽松的零件公差：随着零件的精度要求的增加，则需要更精密的加工工序，同时伴随着加工效率的降低，因此加工成本大幅上升。1)从产品整体结构入手：通过设计合理间隙、简化产品装配关系、使用定位特征、使用点或线与平面配合代替平面与平面配合等方法，来避免零件严格的尺寸公差要求。2)从零件入手：尺寸精度要求和表面质量要求不高的表面，不应设计为高精度和高表面粗糙度要求的表面；另外，不需要加工的表面，不要设计成加工面。简化产品和零件结构：从产品整体和全局的角度，综合考虑各个零件机械加工的可行性、加工效率和加工成本等，通过对产品进行合理的拆分和组合，简化产品和零件结构，使得产品整体易于机械加工、加工质量高、加工成本低。DFMA七、通用机械加工件的设计-设计指南降低加工难度：合理设计，降低加工难度保证位置精度：有相互位置精度要求的表面，最好能在一次装夹中加工，减少装夹次数，保证加工表面间的位置精度内表面加工比外表面加工难度大两次装夹调整为一次装夹，确保同轴度DFMA七、通用机械加工件的设计-设计指南尺寸标注便于侧量：合理选择标注基准保证零件热处理后的质量：零件锋利的边和尖角，在淬火时容易产生应力集中，造成开裂。因此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；以B面为基准优于以A面做基准增加倒角，减小热处理应力均匀壁厚，减轻热处理变形DFMA七、通用机械加工件的设计-设计指南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作用下的变形，保证加工精度和加工质量；采用标准化参数：采用标准化参数，同类参数尽量一致。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相关标准推荐的数值，这样可使用标准的刀、夹、量具，减少专用工装的设计、制造周期和制造费用。增加凸台提高刚度增加肋条提高刚度改用标准螺纹退刀槽宽度一致圆角一致键槽一致螺纹孔一致DFMA七、通用机械加工件的设计-设计指南零件便于装夹：准确定位、可靠夹紧，简化装夹时间、提高加工效率、确保加工质量减少装夹次数：降低装夹误差，减少辅助工时，提高切削效率，保证精度A面加装过大，B面加装不可靠，C、D面加装方便稳固增加夹紧工艺凸缘/孔点/线接触优化为面接触增加凸台，准确装夹倾斜面改为水平面，减少装夹次数一次装夹切削多个面键槽同一方向加工面高度一致，一次加工一次加工两个内表面DFMA七、通用机械加工件的设计-设计指南减小机械加工面积：减少加工工时，降低机械加工成本。减少走刀次数：不同要求的表面明显分开：用以改善刀具的工作条件。如下：沟槽底面不与其他加工面重合，便于加工，避免损伤其他面等高平台DFMA七、通用机械加工件的设计-设计指南零件结构应便于刀具工作：加工部位的结构应便于刀具正确地切入及退出。刨削退让刀为刀具留出足够空间插齿退刀槽磨削越程刀DFMA七、车削件的设计车削件设计准则：车削怕细长，应避免细长件(长径比8)使用卡盘固定的毛坯圆柱形表面应当没有分型线，否则飞边会带来夹紧不稳和加工精度问题避免车削零件的焊接、分型线和飞边区域，以提高刀具寿命避免车削加工处尖角：盲孔底部增加预制钻孔：避免细长设计u细长型的零件在车削时需要使用尾架支撑。如果没有支撑，零件可能会变弯，在夹具中偏离正确位置。另外，这会造成零件在三爪卡盘中松动，造成伤害或事故。车削件应当避免细长形的设计，车削件应当短而粗，零件长度与最小直径比应不大于8u圆角越大越好，零件加工处的圆角应与刀具的圆角一致，圆角越大，刀具越不容易折断，寿命越高u如果孔很大的情况下，就需要使用小的钻头钻个孔做个引导，也是为了减小大钻头的阻力；u若是精度要求严，也需要先用钻头钻个小孔，然后再铣刀进去干；u预制钻孔会简化后续工序，例如镗孔、铰孔和研磨，降低成本。DFMA七、钻削件的设计钻削件设计准则：转削成本太高，可以考虑一级工艺直接成形对于大孔，可预铸孔钻削孔应当是标准孔减少零件中各种孔的种类通孔比不通孔好孔的直径应大于3mm小而深的孔应当避免：长径比3，或使用阶梯孔减少零件中孔的方向避免孔与型腔交叉零件图标注时，平面上的多个孔应该有共同的基准零件边缘钻孔，确保零件75%的孔在零件边缘内避免弯曲的孔：弯曲的孔无法加工。孔的轴线应与进口和出口的端面垂直：孔的轴线不垂直于孔的进口或出口的端面时，钻头容易产生偏斜或弯曲，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。避免小而深的孔避免孔与型腔交叉确保零件75%的孔在零件边缘内避免弯曲的孔孔的轴线应与断面垂直DFMA七、铣削件的设计铣削件设计准则：铣削的加工区域不宜过深，深宽比不应过3:1，否则铣刀较长容易折断铣削沉凹结构的转角应留有最小的转角半径：应与标准铣刀直径一致优化设计结构，提高铣刀寿命DFMA七、铣削件的设计铣削件设计准则：减少铣削加工面积：当零件整个平面的平面度要求较高时，可使用凸台的设计。铣削加工零件外部用斜角而不是倒角：零件的外部棱角，在铣削加工时，应当采用斜角而不是圆角的方式。圆角需要使用铲齿铣刀，装夹较麻烦，加工成本高。使用凸台代替整面加工DFMA七、机械加工件的设计-机械加工DFMA核查表机械加工DFMA表格：