機(jī)械加工中工藝尺寸鏈的建立與運(yùn)用

【摘 要】尺寸鏈的計(jì)算是機(jī)械加工中確定工序尺寸的常用方法，本文結(jié)合實(shí)例詳細(xì)闡述了尺寸鏈的應(yīng)用范圍、作法和計(jì)算方法，并總結(jié)出避免“假?gòu)U品”的方法。

【關(guān)鍵詞】工藝尺寸鏈；計(jì)算

每道工序完成后應(yīng)保證的尺寸稱(chēng)為該工序的工序尺寸。工件上的設(shè)計(jì)尺寸及其公差是經(jīng)過(guò)各加工工序后得到的。每道工序的工序尺寸都不相同，它們是逐步向設(shè)計(jì)尺寸接近的。工序尺寸及其公差的確定，不僅與設(shè)計(jì)尺寸、加工余量及各工序所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)等級(jí)有關(guān)，而且還與各種工藝基準(zhǔn)密切相關(guān)。為了最終保證工件的各項(xiàng)精度及技術(shù)要求，各中間工序的工序尺寸及其公差需要查表或計(jì)算確定。

1.基準(zhǔn)的類(lèi)型

零件是由若干表面組成，各表面之間都有一定的尺寸和相互位置要求。用以確定零件上點(diǎn)、線、面間的相互位置關(guān)系所依據(jù)的點(diǎn)、線、面稱(chēng)為基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)按作用不同分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。

1.1設(shè)計(jì)基準(zhǔn)

在零件設(shè)計(jì)圖紙上用來(lái)確定其他點(diǎn)、線、面位置的基準(zhǔn)稱(chēng)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。如圖1中B面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和C面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)均為A面。A面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為B面和C面。

1.2工藝基準(zhǔn)

在零件加工和裝配過(guò)程中使用的基準(zhǔn)，稱(chēng)為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同，又分為定位基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)。

（1）定位基準(zhǔn)：加工時(shí)使工件在機(jī)床或夾具中占據(jù)正確位置所用的基準(zhǔn)。

（2）測(cè)量基準(zhǔn)：零件檢驗(yàn)時(shí)，用以測(cè)量已加工表面尺寸及位置的基準(zhǔn)。

（3）裝配基準(zhǔn)：裝配時(shí)用以確定零件在部件或產(chǎn)品中位置的基準(zhǔn)。

2.工序尺寸及公差

經(jīng)查表等方法將工序余量確定后，即可計(jì)算工序尺寸。工序尺寸及其公差的確定，則要根據(jù)工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是否重合，采取不同的計(jì)算方法。

2.1.工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合時(shí)，工序尺寸及其公差的計(jì)算

即被加工的表面在各工序中，均采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為工藝基準(zhǔn)，其工序尺寸及其公差確定的計(jì)算順序是：①確定各工序的工序余量；②利用倒推的方法確定各工序的基本尺寸；③按各工序的經(jīng)濟(jì)精度，查表確定確定工序尺寸的公差；④按“入體原則”確定上下偏差。

2.2工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)，工序尺寸及其公差的計(jì)算

若進(jìn)行零件加工或裝配時(shí)，若采用的工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)，為保證零件的合格性，必須進(jìn)行工藝尺寸鏈的換算來(lái)確定工序尺寸及其公差。

例如圖1所示套筒零件，兩端面A、B已加工完畢，加工孔底面C時(shí)，要保證尺寸160-0.35mm和600-0.17mm，因該尺寸不便測(cè)量，需通過(guò)測(cè)量x尺寸來(lái)間接保證160-0.35mmmm，因此需要計(jì)算出x的基本尺寸及其偏差。

（a） （b）

圖1 套筒零件

（1）工藝尺寸鏈的概念與特征：

在機(jī)器裝配或零件加工過(guò)程中，由相互連接的尺寸形成封閉的尺寸組即為尺寸鏈。尺寸鏈的特點(diǎn)有封閉性和相關(guān)性，即要構(gòu)成尺寸鏈的各尺寸中，任何一個(gè)直接保證的尺寸的變化均會(huì)對(duì)間接保證的尺寸造成影響，且各尺寸的排列必須呈封閉形式。如圖1（b）所示。

（2）尺寸鏈的組成：

將組成尺寸鏈的每一個(gè)尺寸，稱(chēng)為尺寸鏈的環(huán)。根據(jù)該尺寸是間接得到的還是直接得到的又將環(huán)分為組成環(huán)和封閉環(huán)，尺寸鏈中凡屬通過(guò)加工直接得到的尺寸稱(chēng)為組成環(huán)；凡屬間接得到的尺寸稱(chēng)為封閉環(huán)。一個(gè)尺寸鏈中只有一個(gè)封閉環(huán)。

（3）尺寸鏈的作法：

①先確定封閉環(huán)。根據(jù)零件加工或裝配的具體方案緊緊抓住“自然形成”這一要領(lǐng).這一步是畫(huà)尺寸鏈的關(guān)鍵。例如圖1中的尺寸160-0.35mm即為封閉環(huán)，因?yàn)樗窃跍y(cè)量其他兩個(gè)尺寸時(shí)，自然形成的。

②查找各組成環(huán)。查找方法：從構(gòu)成封閉環(huán)的兩表面開(kāi)始，同步地按照工藝過(guò)程的順序，分別向前查找各該表面最近一次加工的加工尺寸，之后再進(jìn)一步向前查找此加工尺寸的工序基準(zhǔn)的最近一次加工時(shí)的加工尺寸，如此繼續(xù)向前查找，直到兩條路線最后得到的加工尺寸的工序基準(zhǔn)重合（即兩者的工序基準(zhǔn)為同一表面），至此，上述尺寸系統(tǒng)即形成封閉輪廓，從而構(gòu)成了工藝尺寸鏈。如圖1（b）所示尺寸鏈。在查找尺寸鏈中各組成環(huán)時(shí)要注意，若圖中有直徑尺寸時(shí)，應(yīng)注意直徑尺寸的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是其軸線，在尺寸鏈中應(yīng)標(biāo)出半徑，且偏差值也應(yīng)取一半值。千萬(wàn)不能將其直徑標(biāo)出，否則尺寸鏈永遠(yuǎn)無(wú)法閉合。

為了便于計(jì)算，將組成環(huán)按其對(duì)封閉環(huán)的影響可分為增環(huán)和減環(huán)，當(dāng)其它組成環(huán)的大小不變，若封閉環(huán)隨著某組成環(huán)的增大而增大，則此組成環(huán)就稱(chēng)為增環(huán)；反之則此組成環(huán)就稱(chēng)為減環(huán)。判定方法如下：

先給封閉環(huán)任意定出方向并畫(huà)出箭頭，然后沿此方向環(huán)繞尺寸鏈回路順次給每一個(gè)組成環(huán)畫(huà)出箭頭，此時(shí)，凡箭頭方向與封閉環(huán)相反的環(huán)為增環(huán)；相同為減環(huán)。如圖1（b）所示，尺寸600-0.17即為增環(huán)，x為減環(huán)。

（4）尺寸鏈的計(jì)算：尺寸鏈的計(jì)算，主要是計(jì)算封閉環(huán)與組成環(huán)的基本尺寸及其極限偏差。具體方法如下： 封閉環(huán)的基本尺寸等于所有增環(huán)基本尺寸之和減去所有減環(huán)基本尺寸之和；封閉環(huán)的上偏差等于所有增環(huán)的上偏差之和減去所有減環(huán)的下偏差之和；封閉環(huán)的下偏差等于所有增環(huán)的下偏差之和減去所有減環(huán)的上偏差之和。例如求圖1中尺寸x的過(guò)程如下：

①求基本尺寸：16=60-x 求得x=44mm

②求下偏差：0=0-EIx 求得 EIx=0mm

③求上偏差：-0.35=-0.17-ESx 求得Esx==0.18mm

因此測(cè)量尺寸x及其公差為：x=44+0.180

3.結(jié)論

通過(guò)尺寸換算的結(jié)果可以看出，組成環(huán)的加工精度提高了，因此就增加了測(cè)量和加工的難度和經(jīng)濟(jì)成本。因此，在進(jìn)行零件的工藝設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量避免尺寸鏈換算。

必須注意，按換算后的工序尺寸進(jìn)行加工或測(cè)量以間接保證原設(shè)計(jì)要求時(shí)，還有可能存在“假?gòu)U品”現(xiàn)象，即產(chǎn)品按某工序尺寸報(bào)廢而按設(shè)計(jì)要求仍合格。為避免將“假?gòu)U品”報(bào)廢，對(duì)換算后工序尺寸超差的零件，若超差量小于或等于另一組成環(huán)的公差時(shí)，均應(yīng)按設(shè)計(jì)尺寸再進(jìn)行復(fù)量和計(jì)算，由零件的實(shí)際尺寸來(lái)判定其是否合格。

【參考文獻(xiàn)】

[1]田萍.數(shù)控機(jī)床加工工藝與設(shè)備.電子工業(yè)出版社，2009.

[2]翟芳.3種工藝尺寸鏈的分析和解算.機(jī)械研究與應(yīng)用，2004.