機械制造中的設計尺寸鏈和工藝尺寸鏈的分析

焦太安

（甘肅機電職業技術學院，甘肅 天水 741000）

工藝尺寸鏈分析是在制訂機械加工工藝過程和保證零件尺寸加工精度中都起著很重要的作用。通過分析零件圖的尺寸、了解零件加工方法及加工過程，確定封閉環和組成環，建立正確的工藝尺寸鏈，對計算各工序尺寸及公差的有著重要的作用。

1 工藝尺寸鏈分析

1.1 設計尺寸鏈與工藝尺寸鏈的特點

零件在設計或制造過程中都是離不開尺寸的，而這些尺寸之間存在著一定的關系，這種關系稱為尺寸鏈。尺寸鏈按其功能可分為設計尺寸鏈和工藝尺寸鏈。

設計尺寸鏈是設計者根據所設計的零件需要實現的功能或應滿足的使用要求進行設計時而形成的封閉尺寸組合。設計者在設計時，圖中所標注的尺寸為重要尺寸，應優先標注，盡量避免將尺寸標注成封閉的尺寸鏈（即取掉一個不重要的尺寸），以便于零件加工，滿足設計要求。如圖1所示，端面A是端面B、C的設計基準，設計尺寸46±0.15與之間形成了一個設計尺寸鏈。因它們通過加工均能直接獲得，故設計尺寸鏈是開口的，L尺寸在圖中一般是不標注的。

圖1 設計尺寸關系

在機械加工過程中，一般情況下是按照零件圖中的設計尺寸進行零件加工的。

但也常常會遇到有一個或幾個尺寸按設計尺寸無法進行直接加工的情形，需要借助零件圖中未注尺寸來實現，這就需要進行尺寸轉換。如圖2所示，以端面2為基準，分別按設計尺寸42±0.05、加工可直接得到端面2和端面1，而按設計尺寸13±0.1加工無法得到端面4（因加工時無法測量），這就需要借助尺寸M（表示左孔深度，加工時可以測量）來間接保證設計尺寸13±0.1的大小。這樣，尺寸42±0.05、13±0.1和M之間形成了一個封閉的工藝尺寸鏈關系。

圖2 工藝尺寸關系

總之，設計尺寸鏈是零件圖中滿足設計要求，各尺寸之間形成的一種關系，工藝尺寸鏈是零件加工過程中，各工序尺寸之間形成的另一種關系，兩者有本質的區別。

1.2 工藝尺寸鏈的建立

通常零件的尺寸精度保證是通過對工藝尺寸鏈分析、計算來實現的，所以，工藝尺寸鏈的建立在編制零件加工工藝過程中一般來說是必不可少的一個環節，是解決實際問題的關鍵。

1.2.1 封閉環的查找

我們知道，組成工藝尺寸鏈的環，有封閉環和組成環，其中，封閉環是在加工或測量過程中最后自然形成（間接獲得）的尺寸，組成環是在加工或測量過程中直接獲得的尺寸，由此可知，封閉環的“自然形成（間接獲得）”性和組成環的“直接獲得”性是兩者的本質區別，是查找它們的根本理論依據。

建立正確的工藝尺寸鏈，首先要根據封閉環和組成環的特點，結合零件圖中的所注尺寸、零件加工方案、所使用的工裝、采用的定位方式及測量方式等，對圖中每個尺寸進行分析，首先確定在加工過程可通過測量工具直接得到或運用調整法自動獲得的尺寸，不能直接獲得的剩余尺寸則為封閉環（可能有一個或幾個封閉環）。如圖3所示中，分別以端面E、A2為定位基準，通過機械加工分別可直接獲得線性尺寸160-0.2和12±0.1，但尺寸18±0.15，則不能通過加工來直接實現，因此，尺寸18±0.15為封閉環尺寸。

圖3 封閉環的查找

1.2.2 組成環的查找

零件在加工過程中可能會出現一個或幾個工藝尺寸鏈，但每一個工藝尺寸鏈中只有一個封閉環，因此，查找組成環一定要從封閉環入手，要查找與其相互關聯（對應）的組成環，這一點很重要。

組成環的查找方法是從構成封閉環的兩表面開始，同步地按照工藝過程的順序，分別采用向前查找各加工尺寸及加工尺寸的工序基準的方法進行，直到兩條路線最后得到加工尺寸的工序基準重合，至此上述尺寸系統即形成封閉輪廓，從而構成了工藝尺寸鏈，如圖4所示為組成環的查找過程。

圖4 組成環的查找過程

現查找圖3所示的組成環。根據封閉環的特點，經過對該零件加工工藝過程分析可知，尺寸18±0.15為封閉環尺寸，按照組成環的查找過程，現查找如下：

查找路線1：端面A1→最近一次加工尺寸為12±0.1→加工尺寸12±0.1的工序基準面為A2→基準A2最近一次加工尺寸為→尺寸的工序基準為E。

查找路線2：端面B1→最近一次加工尺寸為L→加工尺寸L的工序基準面為E。

從以上查找過程清晰的看出，構成組成環的尺寸分別為12L±0.1L。這些尺寸在加工過程中都是直接獲得的，因此，它們與封閉環就形成了一個工藝尺寸鏈。

1.2.3 工藝尺寸鏈的繪制

根據工藝尺寸鏈的形成過程，將封閉環尺寸與各加工尺寸按一定的順序首尾相接，得到工藝尺寸鏈圖。圖5所示為圖3零件的工藝尺寸鏈。從封閉環的兩端面入手，按照查找順序依次用標注尺寸的形式畫出，最后形成一個封閉的工藝尺寸鏈。

圖5 工藝尺寸鏈圖

1.2.4 增環與減環的判斷

工藝尺寸鏈圖中，根據各組成環的變動對封閉環引起的變化情況，分增環與減環。增環與減環對封閉環的變化情況是不同的，其判斷的正確與否直接影響著封閉環的計算結果，如判斷錯誤，將導致零件的加工精度，故應掌握其判斷方法。

判斷增環與減環的方法是，在尺寸鏈圖中，先給封閉環尺寸上用箭頭設定一個方向，然后沿此方向環繞尺寸鏈回路，順次給每一個組成環畫出箭頭。如圖6所示，從圖中查看，凡是各組成環箭頭方向與封閉環相反的為增環，相同的則為減環。如A0為封閉環，由箭頭方向可知A0、A7、A8、A9、A10為增環，其余均為減環。

圖6 增環與減環的判別圖

2 結語

工藝尺寸鏈原理是解決機械制造中相互關聯的工藝尺寸問題的有效手段，因此，在實際教學中應重視工藝尺寸鏈分析與應用，通過對工藝尺寸鏈的分析，實現培養學生分析問題、解決問題的能力。