淺談工藝尺寸鏈原理在零件設(shè)計(jì)加工過(guò)程的應(yīng)用

李瑞超

（井下作業(yè)分公司工具廠，黑龍江 大慶 163000）

工藝尺寸鏈原理研究零件加工過(guò)程中工藝尺寸變化以及工藝尺寸之間的內(nèi)在聯(lián)系，它是制定工藝過(guò)程、確定工藝尺寸的重要依據(jù)，同時(shí)它還是確定零件裝配尺寸等的重要依據(jù)。在制定加工工藝時(shí)，依據(jù)工藝尺寸鏈原理，分析各道工序工藝尺寸的內(nèi)在聯(lián)系，按照零件的設(shè)計(jì)要求，從加工的經(jīng)濟(jì)性、提高生產(chǎn)率、便于裝夾和測(cè)量等方面考慮，合理設(shè)計(jì)工藝并確定工藝尺寸是非常必要的。

1 工藝尺寸鏈原理的引入

尺寸鏈?zhǔn)窃诹慵庸み^(guò)程中相互關(guān)聯(lián)的尺寸按一定順序首尾相接排列而成的封閉尺寸組。組成尺寸鏈的各個(gè)尺寸稱為尺寸鏈的環(huán)，在加工過(guò)程中被間接保證精度的尺寸稱為封閉環(huán)，其余環(huán)稱為組成環(huán)。組成環(huán)又分為增環(huán)和減環(huán)，在其它尺寸不變的情況下，自身增大，使封閉環(huán)減小的組成環(huán)叫減環(huán)；自身增大，使封閉環(huán)增大的組成環(huán)叫增環(huán)。以圖1為例，分析工藝尺寸鏈中各環(huán)，AΔ是加工過(guò)程中間接保證的尺寸，為封閉環(huán)；A1和A2是加工過(guò)程中直接保證的尺寸，為組成環(huán)，在A2不變時(shí)，A1增大、AΔ也增大，即A1為增環(huán)；在A1不變時(shí)，A2增大、AΔ減小，即A2為減環(huán)。

圖1

圖2

在尺寸鏈的實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，分析確定尺寸鏈中各環(huán)之間的聯(lián)系后，為了方便計(jì)算，可以采用下面的方法快速確定增環(huán)和減環(huán)。把相互關(guān)聯(lián)的尺寸按一定順序排列成的尺寸鏈簡(jiǎn)圖，如圖2，先給封閉環(huán)任意定一個(gè)方向畫(huà)箭頭，然后按此方向沿尺寸鏈回路，給每個(gè)組成環(huán)畫(huà)出箭頭，箭頭方向與封閉環(huán)相同的為減環(huán)，反之為增環(huán)。

工藝尺寸鏈原理及基本公式：封閉環(huán)的公稱尺寸等于各增環(huán)公稱尺寸之和減各減環(huán)公稱尺寸之和；封閉環(huán)的上偏差等于各增環(huán)上偏差之和減各減環(huán)下偏差之和；封閉環(huán)的下偏差等于各增環(huán)下偏差之和減各減環(huán)上偏差之和。

2 工藝尺寸鏈原理的應(yīng)用

在零件的加工過(guò)程中，利用工藝尺寸鏈原理對(duì)各工序/工步尺寸組成的工藝尺寸鏈進(jìn)行分析，存在圖紙要求的尺寸為其它工序/工步的封閉尺寸、圖紙中要求的尺寸在工件加工完成后無(wú)法直接測(cè)量、降低加工難度、加工成本、提高效率需要確定一些組成環(huán)的尺寸精度等情況。通過(guò)工藝尺寸鏈原理得到很好的解決。下面對(duì)工藝尺寸鏈原理在機(jī)械設(shè)計(jì)和加工中的重要作用做相關(guān)介紹。

2.1 測(cè)量基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)測(cè)量尺寸的確定

b=52

Δes(b/2) =0.037 Δesb=0.074

Δei(b/2)=0-0.018=-0.018 Δeib=-0.036

圖3

圖4

2.2 工序尺寸的確定

在機(jī)械零件的設(shè)計(jì)中，根據(jù)零件的使用、裝配等要求，設(shè)計(jì)圖紙中要求保證的尺寸為機(jī)械加工過(guò)程中間接保證的尺寸，如圖5所示，是一個(gè)圓環(huán)零件的剖視圖，加工工藝是：按圖紙要求加工內(nèi)孔、外徑至尺寸——車(chē)左端面——車(chē)右端面控制mm——車(chē)左端止口、右端止口并保證10±0.075mm，按圖紙要求加工零件兩側(cè)的止口，保證凸臺(tái)尺寸10±0.075mm時(shí)，同時(shí)要求下面兩側(cè)突出的小臺(tái)階以通過(guò)剖切平面的對(duì)稱中心平面對(duì)稱。在加工過(guò)程中凸臺(tái)尺寸10±0.075mm是加工左側(cè)止口和右側(cè)止口后形成的，要保證凸臺(tái)尺寸10±0.075mm的尺寸精度，就要同時(shí)保證左側(cè)止口和右側(cè)止口加工深度的尺寸精度，運(yùn)用工藝尺寸鏈原理計(jì)算左側(cè)止口和右側(cè)止口加工深度。首先建立工藝尺寸鏈簡(jiǎn)圖，如圖6所示，分析工藝尺寸鏈簡(jiǎn)圖中各尺寸，A1為增環(huán)，A2為減環(huán)，AΔ為封閉環(huán)。

圖5

圖6

2.3 裝配尺寸的校核

機(jī)加零件組裝成產(chǎn)品后，要求組裝后的零件之間保持一定的間隙。圖7所示的滾輪總成中，根據(jù)滾輪總成的使用條件，要求滾輪、滾針、芯軸之間的間隙在0.1～0.35mm之間，在設(shè)計(jì)滾輪、芯軸、滾針的過(guò)程中，滿足零件使用性能的前提下，設(shè)計(jì)適合的零件尺寸精度。滾輪總成中，滾輪、滾針、芯軸之間的間隙是由三個(gè)零件的尺寸精度決定的，就是工藝尺寸鏈中的封閉環(huán)，其公差等于各組成環(huán)公差之和。分析滾輪、滾針、芯軸三種零件的結(jié)構(gòu)及加工難易程度，滾輪屬短圓柱套類零件，且壁厚較大，在切削加工外圓和內(nèi)孔時(shí)，工件幾何形狀受切削力的影響很小，因此初步設(shè)計(jì)其尺寸精度相對(duì)高一些為IT8級(jí)，Φ100mmIT8級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)公差0.054mm。芯軸屬短圓柱類零件，加工外圓時(shí)工件幾何形狀受切削力的影響很小，因此初步設(shè)計(jì)它的尺寸精度為IT8級(jí)，Φ80mmIT8級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)公差0.046mm。滾針屬細(xì)長(zhǎng)桿類零件，零件的剛性差，加工時(shí)受切削力的影響很大，加工難度大，加工成本高，尺寸精度難保證，在設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮加工工藝性、加工難度、加工成本等因素，在滿足零件使用要求的前提下，選擇相對(duì)較低的尺寸精度，因此初步設(shè)計(jì)它的尺寸精度為IT10級(jí)，Φ10mmIT10級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)公差0.058mm。初步設(shè)計(jì)零件的尺寸精度后，運(yùn)用工藝尺寸鏈原理對(duì)其進(jìn)行校核，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的零件尺寸精度是否滿足使用要求，建立工藝尺寸鏈簡(jiǎn)圖8，分析工藝尺寸鏈中的各尺寸。

圖7

圖8

該計(jì)算結(jié)果為滾輪、滾針、芯軸之間的單邊最小間隙為0.116mm、最大間隙為0.332mm。在滾輪總成規(guī)定的使用范圍內(nèi)，由此證明滾輪總成上三種零件的尺寸精度設(shè)計(jì)是合理的。

3 結(jié)語(yǔ)

工藝尺寸鏈原理是加工過(guò)程中工序尺寸及公差的確定、工序中測(cè)量尺寸的確定、機(jī)械零件設(shè)計(jì)、裝配精度校核等的手段和工具，對(duì)于保證零件的加工精度和工藝過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性有著重要的意義。