機械加工中工藝尺寸鏈的建立與運用

【摘 要】尺寸鏈的計算是機械加工中確定工序尺寸的常用方法，本文結合實例詳細闡述了尺寸鏈的應用范圍、作法和計算方法，并總結出避免“假廢品”的方法。

【關鍵詞】工藝尺寸鏈；計算

每道工序完成后應保證的尺寸稱為該工序的工序尺寸。工件上的設計尺寸及其公差是經過各加工工序后得到的。每道工序的工序尺寸都不相同，它們是逐步向設計尺寸接近的。工序尺寸及其公差的確定，不僅與設計尺寸、加工余量及各工序所能達到的經濟等級有關，而且還與各種工藝基準密切相關。為了最終保證工件的各項精度及技術要求，各中間工序的工序尺寸及其公差需要查表或計算確定。

1.基準的類型

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、線、面間的相互位置關系所依據的點、線、面稱為基準。基準按作用不同分為設計基準和工藝基準。

1.1設計基準

在零件設計圖紙上用來確定其他點、線、面位置的基準稱為設計基準。如圖1中B面的設計基準和C面的設計基準均為A面。A面的設計基準為B面和C面。

1.2工藝基準

在零件加工和裝配過程中使用的基準，稱為工藝基準。工藝基準按用途不同，又分為定位基準、測量基準和裝配基準。

（1）定位基準：加工時使工件在機床或夾具中占據正確位置所用的基準。

（2）測量基準：零件檢驗時，用以測量已加工表面尺寸及位置的基準。

（3）裝配基準：裝配時用以確定零件在部件或產品中位置的基準。

2.工序尺寸及公差

經查表等方法將工序余量確定后，即可計算工序尺寸。工序尺寸及其公差的確定，則要根據工藝基準與設計基準是否重合，采取不同的計算方法。

2.1.工藝基準與設計基準重合時，工序尺寸及其公差的計算

即被加工的表面在各工序中，均采用設計基準作為工藝基準，其工序尺寸及其公差確定的計算順序是：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按各工序的經濟精度，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工藝基準與設計基準不重合時，工序尺寸及其公差的計算

若進行零件加工或裝配時，若采用的工藝基準與設計基準不重合時，為保證零件的合格性，必須進行工藝尺寸鏈的換算來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，要保證尺寸160-0.35mm和600-0.17mm，因該尺寸不便測量，需通過測量x尺寸來間接保證160-0.35mmmm，因此需要計算出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：

在機器裝配或零件加工過程中，由相互連接的尺寸形成封閉的尺寸組即為尺寸鏈。尺寸鏈的特點有封閉性和相關性，即要構成尺寸鏈的各尺寸中，任何一個直接保證的尺寸的變化均會對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尺寸，稱為尺寸鏈的環。根據該尺寸是間接得到的還是直接得到的又將環分為組成環和封閉環，尺寸鏈中凡屬通過加工直接得到的尺寸稱為組成環；凡屬間接得到的尺寸稱為封閉環。一個尺寸鏈中只有一個封閉環。

（3）尺寸鏈的作法：

①先確定封閉環。根據零件加工或裝配的具體方案緊緊抓住“自然形成”這一要領.這一步是畫尺寸鏈的關鍵。例如圖1中的尺寸160-0.35mm即為封閉環，因為它是在測量其他兩個尺寸時，自然形成的。

②查找各組成環。查找方法：從構成封閉環的兩表面開始，同步地按照工藝過程的順序，分別向前查找各該表面最近一次加工的加工尺寸，之后再進一步向前查找此加工尺寸的工序基準的最近一次加工時的加工尺寸，如此繼續向前查找，直到兩條路線最后得到的加工尺寸的工序基準重合（即兩者的工序基準為同一表面），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1（b）所示尺寸鏈。在查找尺寸鏈中各組成環時要注意，若圖中有直徑尺寸時，應注意直徑尺寸的設計基準是其軸線，在尺寸鏈中應標出半徑，且偏差值也應取一半值。千萬不能將其直徑標出，否則尺寸鏈永遠無法閉合。

為了便于計算，將組成環按其對封閉環的影響可分為增環和減環，當其它組成環的大小不變，若封閉環隨著某組成環的增大而增大，則此組成環就稱為增環；反之則此組成環就稱為減環。判定方法如下：

先給封閉環任意定出方向并畫出箭頭，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，此時，凡箭頭方向與封閉環相反的環為增環；相同為減環。如圖1（b）所示，尺寸600-0.17即為增環，x為減環。

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

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

因此測量尺寸x及其公差為：x=44+0.180

3.結論

通過尺寸換算的結果可以看出，組成環的加工精度提高了，因此就增加了測量和加工的難度和經濟成本。因此，在進行零件的工藝設計時，要盡量避免尺寸鏈換算。

必須注意，按換算后的工序尺寸進行加工或測量以間接保證原設計要求時，還有可能存在“假廢品”現象，即產品按某工序尺寸報廢而按設計要求仍合格。為避免將“假廢品”報廢，對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的公差時，均應按設計尺寸再進行復量和計算，由零件的實際尺寸來判定其是否合格。

【參考文獻】

[1]田萍.數控機床加工工藝與設備.電子工業出版社，2009.

[2]翟芳.3種工藝尺寸鏈的分析和解算.機械研究與應用，2004.