工序尺寸換算中假廢品的判定及補(bǔ)救措施研究

馮文慧，馬曉三,2

（1.黃河交通學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，河南焦作454950；2.河南理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，河南焦作454000）

在零件機(jī)械加工工藝編制過程中，當(dāng)工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)，需利用工藝尺寸鏈對(duì)零件的工序尺寸及其公差范圍進(jìn)行換算［1］。工藝尺寸鏈的封閉環(huán)尺寸通常是指在零件設(shè)計(jì)圖中直接標(biāo)出的設(shè)計(jì)尺寸，需要在加工過程中間接保證其合格。在實(shí)際加工中，采用極值法計(jì)算工藝尺寸鏈時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)工序尺寸超出由換算確定的允許公差范圍的情況，但在后續(xù)加工過程中，通過采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施仍然能夠保證最終設(shè)計(jì)尺寸符合要求。這種工序尺寸不合格而最終設(shè)計(jì)尺寸可能合格的產(chǎn)品被稱為假廢品。

在實(shí)際加工中，假廢品產(chǎn)生后工序尺寸不合格的狀況會(huì)傳遞給需間接保證的最終設(shè)計(jì)尺寸，此時(shí)若忽略了在后續(xù)加工工序中的補(bǔ)救，則可能導(dǎo)致最終設(shè)計(jì)尺寸不合格的真廢品產(chǎn)生。同時(shí)，假廢品的出現(xiàn)容易引起零件檢驗(yàn)的誤判，增加了產(chǎn)品的加工、檢驗(yàn)成本［2］。因此，對(duì)假廢品產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并對(duì)假廢品的識(shí)別方法和后續(xù)加工工序中的補(bǔ)救措施進(jìn)行研究，對(duì)于避免零件由假廢品轉(zhuǎn)化為真廢品以及降低零件的加工、檢驗(yàn)成本具有非常重要的意義。

王曉慧等［3-7］基于虛公差理論提出了一種判定假廢品工序尺寸公差范圍的計(jì)算式；胡小東等［8］針對(duì)假廢品的判定提出了一種計(jì)算工藝尺寸鏈的“改進(jìn)極值法”；陳思義［9］根據(jù)工藝尺寸鏈中各組成環(huán)尺寸的誤差補(bǔ)償關(guān)系，提出了一種假廢品判定方法。上述研究從工藝尺寸鏈計(jì)算角度出發(fā)，提出了判定假廢品工序尺寸公差范圍的計(jì)算方法，具有較強(qiáng)的通用性，但是均未充分考慮加工過程中先于工序尺寸生成的其他尺寸的實(shí)際偏差對(duì)假廢品判定的影響，從而導(dǎo)致計(jì)算得到的假廢品工序尺寸公差范圍均偏大。

劉龍?zhí)铮?0］基于工序尺寸鏈中各組成環(huán)尺寸的實(shí)際加工測量值，提出了用于假廢品判定的“實(shí)測計(jì)算法”；李永祥［11］從零件加工過程中工序尺寸的形成和測量等角度出發(fā)，分析了假廢品產(chǎn)生的原因，并提出采用復(fù)檢的方法對(duì)假廢品進(jìn)行判定；李雙成等［12］從工序尺寸換算、加工和測量等方面分析了假廢品產(chǎn)生的原因，并提出了假廢品判定方法和避免假廢品產(chǎn)生的改進(jìn)措施。上述研究從尺寸加工、測量等方面出發(fā)，充分考慮了除工序尺寸外的其他尺寸的實(shí)際偏差，使得假廢品的判定方法對(duì)實(shí)際加工情況有較強(qiáng)的針對(duì)性，但是均未從尺寸鏈計(jì)算的角度來考慮可用于判定假廢品的工序尺寸公差范圍，且假廢品判定步驟較為繁瑣。

綜上所述，目前大部分研究均圍繞零件加工過程中假廢品的產(chǎn)生原因、判定方法和預(yù)防措施等方面展開，而對(duì)于假廢品產(chǎn)生后的補(bǔ)救措施（即避免假廢品轉(zhuǎn)化為真廢品）的研究并不多。

基于此，筆者擬以工序尺寸換算中工藝尺寸鏈極值法反計(jì)算的原理和特點(diǎn)為基礎(chǔ)，對(duì)假廢品產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究。將工序尺寸作為封閉環(huán)尺寸，建立新的尺寸鏈，并采用極值法正計(jì)算得到間接保證最終設(shè)計(jì)尺寸合格的必要不充分條件，并結(jié)合先于工序尺寸生成的組成環(huán)尺寸的實(shí)際偏差，提出一種新的假廢品工序尺寸公差范圍計(jì)算方法。在假廢品產(chǎn)生后，針對(duì)在后續(xù)加工工序中如何避免最終設(shè)計(jì)尺寸不合格的真廢品的產(chǎn)生，利用工藝尺寸鏈中各組成環(huán)尺寸的相互補(bǔ)償關(guān)系，提出采用對(duì)后續(xù)加工尺寸進(jìn)行公差壓縮的方法來補(bǔ)償工序尺寸，并提出采取補(bǔ)救措施后尺寸極限偏差和公差的計(jì)算方法。

1 假廢品產(chǎn)生原因分析

1.1 假廢品產(chǎn)生原因理論分析

在工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合的情況下，采用工藝尺寸鏈對(duì)零件加工工序尺寸進(jìn)行換算的目的是：通過合理確定工序尺寸的基本尺寸P、上極限偏差es和下極限偏差ei來間接保證最終設(shè)計(jì)尺寸合格，以滿足設(shè)計(jì)要求［13］。

1.2 假廢品產(chǎn)生原因?qū)嵗治?/h3>

某零件內(nèi)孔及鍵槽的設(shè)計(jì)尺寸和工序尺寸如圖1所示，采用以下工藝進(jìn)行加工：

圖1 某零件內(nèi)孔及鍵槽的設(shè)計(jì)尺寸和工序尺寸Fig.1 Design dimension and process dimension of inner hole and keyway of a part

圖2 某零件內(nèi)孔及鍵槽加工的工藝尺寸鏈Fig.2 Technological dimension chain for inner hole and keyway machining of a part

2 假廢品判定方法

2.1 假廢品判定流程

2.2 假廢品判定實(shí)例分析

圖3 假廢品判定流程Fig.3 Ⅰdentification flow of false waste product

表1 原工藝尺寸鏈和新尺寸鏈的換算過程對(duì)比Table 1 Comparison of conversion process between original technological dimension chain and new dimension chain

3 假廢品的補(bǔ)救措施

3.1 假廢品的補(bǔ)救原理

3.2 假廢品補(bǔ)救過程中的公差壓縮

在假廢品補(bǔ)救過程中，若要使后于工序尺寸生成的某組成環(huán)尺寸盡量大，則在加工過程中需將其公差在原公差范圍內(nèi)向上極限偏差方向壓縮。例如，對(duì)于需盡量大的組成環(huán)尺寸A，設(shè)公差壓縮前其上極限偏差為es（A），下極限偏差為ei（A），尺寸公差T（A）=es（A）-ei（A）；則公差壓縮后其上極限偏差仍為es（A），下極限偏差變大為e'i（A），尺寸公差T'（A）=es（A）-e'i（A）。由此可知，尺寸A的公差壓縮量為該尺寸對(duì)工序尺寸的補(bǔ)償量Q（A），可表示為：

若要使后于工序尺寸生成的某組成環(huán)尺寸盡量小，則在加工過程中需將其公差在原公差范圍內(nèi)向下極限偏差方向壓縮。例如，對(duì)于需盡量小的組成環(huán)尺寸B，設(shè)公差壓縮前其上極限偏差為es（B），下極限偏差為ei（B），尺寸公差T（B）=es（B）-ei（B）；則公差壓縮后其下極限偏差仍為ei（B），上極限偏差變小為e's（B），壓縮后尺寸公差T′( )B =e's（B）-ei（B）。由此可知，尺寸B的公差壓縮量即該尺寸對(duì)工序尺寸的補(bǔ)償量Q（B），可表示為：

對(duì)于先于工序尺寸生成的組成環(huán)尺寸，雖然在假廢品產(chǎn)生后，無法再對(duì)其采取補(bǔ)救措施，但實(shí)際上這些組成環(huán)尺寸已對(duì)工序尺寸形成補(bǔ)償。當(dāng)某個(gè)先于工序尺寸形成的組成環(huán)尺寸C因假廢品補(bǔ)救需盡量大時(shí)，其對(duì)工序尺寸已形成的補(bǔ)償量R（C）可表示為：

式中：C*為尺寸C的實(shí)際偏差；ei（C）為尺寸C的下極限偏差。

當(dāng)某個(gè)先于工序尺寸形成的組成環(huán)尺寸D因假廢品補(bǔ)救需盡量小時(shí)，其對(duì)工序尺寸已形成的補(bǔ)償量R（D）可表示為：

當(dāng)后于工序尺寸生成的每個(gè)組成環(huán)尺寸被分配到對(duì)應(yīng)的公差壓縮量之后，可以確定公差壓縮后每個(gè)組成環(huán)尺寸的上極限偏差或下極限偏差。當(dāng)在假廢品補(bǔ)救過程中需盡量大的組成環(huán)尺寸A 的公差壓縮量為Q（A）時(shí)，公差壓縮后該尺寸的下極限偏差（A）為：

當(dāng)在假廢品補(bǔ)救過程中需盡量小的組成環(huán)尺寸B 的公差壓縮量為Q（B）時(shí)，公差壓縮后該尺寸的上極限偏差e's（B）為：

聯(lián)立式（9）至式（13），可實(shí)現(xiàn)對(duì)后于工序尺寸生成的所有組成環(huán)尺寸在公差壓縮后的極限偏差的計(jì)算，具體流程如圖4所示。

圖4 后于工序尺寸生成的組成環(huán)尺寸公差壓縮流程Fig.4 Flow of tolerance compression of composition loop dimension generated after process dimension

根據(jù)式（9）可以看出，假廢品的補(bǔ)償難度取決于工序尺寸實(shí)際偏差P*相對(duì)于極限偏差的偏離量W（P）和先于工序尺寸生成的組成環(huán)尺寸已形成的總補(bǔ)償量∑R：工序尺寸實(shí)際偏差的偏離量W（P）越小，已形成的總補(bǔ)償量∑R越大，則后于工序尺寸生成的組成環(huán)尺寸總補(bǔ)償量∑Q 就越小，后續(xù)加工工序中的補(bǔ)償難度就越小?！芉 ≤0 mm意味著工序尺寸實(shí)際偏差的偏離量W（P）已經(jīng)被先于工序尺寸生成的組成環(huán)尺寸完全補(bǔ)償，則在后續(xù)加工工序中無需再對(duì)工序尺寸進(jìn)行補(bǔ)償，也無需對(duì)后于工序尺寸生成的組成環(huán)尺寸進(jìn)行公差壓縮，即可保證最終設(shè)計(jì)尺寸在要求的公差范圍內(nèi)。

3.3 假廢品補(bǔ)救實(shí)例

表2 不同情況下假廢品的補(bǔ)救措施分析Table 2 Analysis of remedial measures for false waste product under different conditions

4 結(jié) 語

1）在采用工藝尺寸鏈極值法對(duì)工序尺寸進(jìn)行換算的過程中，僅考慮單個(gè)已知尺寸的極限偏差，未考慮工藝尺寸鏈中各組成環(huán)尺寸之間的相互補(bǔ)償作用時(shí)計(jì)算得到的工序尺寸公差范圍都偏保守。而工序尺寸合格是間接保證最終設(shè)計(jì)尺寸合格的充分不必要條件，這是假廢品產(chǎn)生的根本原因。

2）將工序尺寸作為封閉環(huán)尺寸，建立新的尺寸鏈，采用極值法正計(jì)算得到了間接保證最終設(shè)計(jì)尺寸合格的必要不充分條件，并結(jié)合先于工序尺寸生成的組成環(huán)尺寸的實(shí)際偏差，提出了一種新的判定假廢品工序尺寸公差范圍的計(jì)算方法和流程。該計(jì)算方法基于新尺寸鏈，并充分考慮除工序尺寸外其他尺寸的實(shí)際偏差，在原有研究方法的基礎(chǔ)上有效縮小了假廢品的工序尺寸公差范圍，使得假廢品的判定較為準(zhǔn)確，同時(shí)對(duì)零件加工實(shí)際情況具有較強(qiáng)的針對(duì)性，使得假廢品的判定簡單易行。

3）利用工藝尺寸鏈中各組成環(huán)尺寸的相互補(bǔ)償關(guān)系，提出了采用對(duì)后續(xù)加工尺寸進(jìn)行公差壓縮的方法來補(bǔ)救假廢品，并給出了這些尺寸公差壓縮后的極限偏差和公差的計(jì)算方法和流程。

所得研究結(jié)果可為生產(chǎn)實(shí)踐中假廢品的識(shí)別和判定提供理論依據(jù)，通過在后續(xù)加工工序中采取有效的補(bǔ)救措施來避免假廢品轉(zhuǎn)化為真廢品。此外，上述研究思路可為關(guān)于零件加工工藝尺寸鏈的其他研究提供借鑒和參考。