工藝尺寸鏈的應(yīng)用實(shí)例

曹 偉，陳慶焦，熊麗萍

（1.河南工程技術(shù)學(xué)校，河南焦作 454000；2.焦作市技師學(xué)院，河南焦作 454000）

0 引言

在設(shè)計(jì)各類零部件結(jié)構(gòu)時(shí)，除需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)度、剛度等計(jì)算外，還需要進(jìn)行幾何量分析計(jì)算，以確定零件的尺寸公差、形狀和位置公差、技術(shù)要求等。其目的在于保證機(jī)械零件加工完成后，能順利地保質(zhì)保量進(jìn)行裝配，并能滿足預(yù)定的設(shè)計(jì)功能要求。為此，提出了尺寸鏈，同時(shí)，運(yùn)用尺寸鏈的計(jì)算來(lái)解決此問(wèn)題。

常用的公式[1]：

1 工藝基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)的尺寸換算

1.1 測(cè)量基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)尺寸的換算

在零件加工中，有時(shí)會(huì)遇到一些表面加工之后，按設(shè)計(jì)尺寸不便（或無(wú)法）直接測(cè)量的情況。因此需要另選一個(gè)易于測(cè)量的表面作為處理基準(zhǔn)，間接保證設(shè)計(jì)尺寸的要求。此時(shí)，需要通過(guò)尺寸鏈進(jìn)行換算[2-3]。

解：（1）確定封閉環(huán)、畫出尺寸鏈圖：根據(jù)加工過(guò)程可知，A∑為間接獲得是封閉環(huán)，畫出尺寸鏈圖如圖1（b）所示。

（2）確定各環(huán)的性質(zhì)：由于A∑是間接得到的，是封閉環(huán)，而X和A1是直接測(cè)量得到的，是組合環(huán)。

（3）計(jì)算：車內(nèi)孔端面C的尺寸X及公差。

由公式（1）得：

30=X-10，即X=40mm。

由公式（2）得：

0=ES（X）-（-0.1），即ES（X）=-0.1mm。

由公式（3）得：

-0.2=EI（X）-0，即EI（X）=-0.2mm。

圖1 測(cè)量基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合

從上述可以看出：通過(guò)尺寸換算來(lái)間接保證封閉環(huán)的要求，必須提高組成環(huán)的加工精度。當(dāng)封閉環(huán)的公差較大時(shí)（如第一組設(shè)計(jì)尺寸），僅需要提高本工序（車端面C）的加工精度，當(dāng)封閉環(huán)的公差等于甚至小于一個(gè)組成環(huán)的公差時(shí)，則不僅要提高本工序尺寸X 的加工精度，而且要提高前工序（或工步）的工序尺寸A1的加工精度。因此，工藝上應(yīng)盡量避免測(cè)量尺寸的換算。

1.2 定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)尺寸的換算

如圖2（a）所示零件，鏜孔前，表面A、B、C 已經(jīng)加工。鏜孔時(shí)，為使工件裝夾方便，選A面為定位基準(zhǔn)，并按尺寸L3進(jìn)行加工。試求鏜孔工序尺寸L3及其公差。

圖2 定位基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合

（1）確定封閉環(huán)、畫尺寸鏈圖：根據(jù)加工過(guò)程，設(shè)計(jì)尺寸L∑是在本工序鏜孔時(shí)間接獲得的，是封閉環(huán)，按組成環(huán)的查找原則查找組成環(huán)，并畫出尺寸鏈圖2（b）所示。

（2）確定各環(huán)的性質(zhì)：根據(jù)組成環(huán)對(duì)封閉環(huán)的影響情況判斷，L2與L3為增環(huán)，L1為減環(huán)。

（3）計(jì)算：本工序鏜孔的工序尺寸L3可按下列公式計(jì)算。

由公式（1）得：

100=L3＋80-280，即L3=300 mm。

由公式（2）得：

0.15=0＋ES（L3）-0，即ES（L3）=0.15 mm。

由公式（3）得：

-0.15=-0.06＋EI（L3）-0.1，即EI（L3）=0.01 mm。

2 多尺寸同時(shí)保證工序尺寸鏈的計(jì)算

在零件加工中，有些加工表面的測(cè)量基面或定位基面是一些尚需繼續(xù)加工的表面。當(dāng)加工這些基面時(shí)，不僅要保證本工序?qū)υ摷庸せ娴囊恍┚纫螅彝瑫r(shí)還要保證原加工這些表面的要求，即一次加工后要同時(shí)保證兩個(gè)尺寸的要求。此時(shí)即需要進(jìn)行工藝上的尺寸換算[4]。

插鍵槽至尺寸A（通過(guò)工藝計(jì)算確定）；

熱處理；

求插鍵槽工序尺寸A，步驟如下。

（3）計(jì)算：

由公式（1）得：

90.4=A＋42.5-42.4，即A=90.3 mm。

由公式（2）得：

0.2=ES（A）＋0.017 5-0，即ES（A）=0.182 5 mm。

由公式（3）得：

0=EI（A）＋0-0.035，即EI（A）=0.035 mm。

圖3 加工孔和鍵槽時(shí)的尺寸鏈

3 表面處理工序尺寸的計(jì)算

表面處理一般分兩類：一類是滲層；另一類是鍍層。它們的區(qū)別是滲層后還要加工，而鍍層后不加工。因此，滲層類加工后，留在表面的滲層深度為封閉環(huán)，滲層深度為組成環(huán)；鍍層類則是鍍后形成的工件尺寸為封閉環(huán)，鍍層厚度為組成環(huán)[5-6]。

（1）確定封閉環(huán)、畫尺寸鏈圖：根據(jù)加工過(guò)程，滲層深度0.3 mm～0.5 mm 是在精磨內(nèi)孔后間接得到的，為封閉環(huán)，按組成環(huán)的查找原則查找組成環(huán)，并畫出尺寸鏈如圖4（b）所示。

（2）確定各環(huán)的性質(zhì)：根據(jù)組成環(huán)對(duì)封閉環(huán)的影響情況，尺寸A2為減環(huán)，尺寸A1及t1為增環(huán)，如圖4（c）、圖4（d）所示。

（3）計(jì)算：由公式（1）得：

t1=（145＋0.6-144.76）mm=0.86 mm。

由公式（2）得：

ES（t1）=（0.4-0.04）mm=0.36 mm。

由公式（3）得：

EI（t1）=0.04 mm。

氮化處理時(shí)滲層深度：t1/2=0.44 mm～0.6 mm。

圖4 保證滲氮層深度的尺寸鏈

4 結(jié)語(yǔ)

在建立工藝尺寸鏈時(shí)，應(yīng)首先確定哪一個(gè)尺寸是間接獲得的尺寸，并把它定為封閉環(huán)，依次畫出有關(guān)直接獲得的尺寸為組成環(huán)，形成一個(gè)封閉的尺寸鏈圖，同時(shí)，還必須注意使組成環(huán)的環(huán)數(shù)達(dá)到最少，就是最短尺寸鏈原則。

［1］王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［2］張福潤(rùn).機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2008.

［3］韓秋實(shí).機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［4］顧崇銜.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

［5］嚴(yán)曉光，張福潤(rùn).機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.武漢：華中理工大學(xué)出版社，2006.

［6］賓鴻贊，曾慶福.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.