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机械加工工艺规程设计中的定量问题机械加工工艺规程的制订第五节加工余量与工艺尺寸链2019/8/5山东大学机械工程学院3主要内容加工余量的概念影响加工余量的因素分析确定加工余量的方法尺寸链的基本概念直线尺寸链的极值解法加工过程尺寸链概述2019/8/5山东大学机械工程学院4一、加工余量的概念对于零件的某一个表面，为了达到图纸所规定的精度和粗糙度，往往需要经过多次加工方能完成。而每次加工都需要去除余量。加工余量是指在加工过程中，从工件的被加工表面上切除的金属层的厚度。加工余量分为加工总余量和工序余量两种。2019/8/5山东大学机械工程学院5工序余量是指工件某一表面相邻两工序尺寸之差(即一道工序中切除的金属层厚度)。按照这一定义，工序余量有单边余量和双边余量之分。1.工序余量零件的非对称结构的非对称表面，其加工余量一般为单边余量如单一平面的加工余量为单边余量。零件对称结构的对称表面，其加工余量为双边余量如回转体表面(内、外圆柱表面)的加工余量为双边余量。2019/8/5山东大学机械工程学院6加工总余量为同一表面上毛坯尺寸与零件设计尺寸之差(即从加工表面上切除的金属层总厚度)。2.加工总余量2019/8/5山东大学机械工程学院7二、影响加工余量的因素1）上工序留下的表面粗糙度值Ry和表面缺陷层深度Ha本工序必须把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层全部切去，因此本工序余量必须包括这两项因素。2）上工序的尺寸公差Ta上工序加工表面存在形状误差，如平面度、圆柱度等，其总和不超过Ta，为使本工序能切去这些误差，工序余量应包括Ta项。2019/8/5山东大学机械工程学院83）Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差ea工件上有些形位误差未包括在加工表面工序尺寸公差范围之内,在确定加工余量时，须考虑它们的影响，否则将无法去除上工序留下的表面缺陷层。2019/8/5山东大学机械工程学院94）本工序的装夹误差εb如果本工序存在装夹误差（定位误差、夹紧误差），在确定本工序加工余量时还应考虑εb的影响。ea与εb都是向量，要用矢量相加所得矢量和的模进行余量计算。综上分析，工序余量的最小值可用以下公式计算：对于单边余量：对于双边余量：2baayabminεeHRTZbaayabmin22εe)H(RTZ2019/8/5山东大学机械工程学院10l三、确定余量的方法ll1）计算法掌握影响加工余量的各种因素具体数据的条件下，计算法比较科学，但目前统计资料较少。2）经验估计法为避免出现废品，估计余量一般偏大，用于单件小批生产。3）查表法以生产实践和实验研究为基础制成数据表格，查表并结合实际情况加以修正。查表法确定加工余量，方法简便，较接近实际，应用广泛。2019/8/5山东大学机械工程学院11四、工艺尺寸链的基本概念2019/8/5山东大学机械工程学院12在零件的加工和装配过程中，经常遇到一些相互联系的尺寸组合，这种相互联系、并按一定顺序排列的封闭尺寸组合称为尺寸链。在零件加工过程中，由加工过程中有关的工艺尺寸所组成的尺寸链，称为加工尺寸链；在机械装配过程中，由有关零件上的有关尺寸组成的尺寸链，称为装配尺寸链。1.尺寸链的定义和组成2019/8/5山东大学机械工程学院13图所示是一块状零件加工工艺尺寸链的例子。加工中控制A1、A2两个工序尺寸，就可以确定尺寸AΣ。这样，A1、A2、AΣ三个尺寸构成一个封闭的尺寸组合，即形成一个尺寸链。2019/8/5山东大学机械工程学院14为简单扼要地表示尺寸链中各尺寸之间的关系，常将相互联系的尺寸组合从零件(部件)的具体结构中抽象出来，绘成尺寸链简图。尺寸链简图绘制时不需要按比例绘制，只要求保持原有的联接关系。同一个尺寸链中各个环以同一个字母表示，并以脚标加以区别。尺寸链简图2019/8/5山东大学机械工程学院15尺寸链中的每一个尺寸称为尺寸链的环。环又可分为封闭环和组成环。尺寸链的组成(1)封闭环在零件加工或机器装配后间接形成的尺寸，其精度是被间接保证的，称为封闭环。如图8-23尺寸链中，AΣ是封闭环。(2)组成环在尺寸链中，由加工或装配直接控制，影响封闭环精度的各个尺寸称为组成环。如图8-23的A1和A2是组成环。2019/8/5山东大学机械工程学院16①增环：当其余各组成环不变，如其尺寸增大会使封闭环尺寸也随之增大的组成环称为增环。以向右的箭头表示。例如尺寸就是增环。②减环：当其余各组成环不变，如其尺寸的增大，使封闭环尺寸随之减小的组成环称为减环，以向左的箭头表示。如尺寸就是减环。组成环按其对封闭环的影响，又分增环和减环。1A2A2019/8/5山东大学机械工程学院17在尺寸链中，判别增环或减环，除用定义进行判别外，组成环数较多时，还可用画箭头的方法。即在绘制尺寸链简图时，用沿封闭方向的单向箭头表示各环尺寸。凡是箭头方向与封闭环的箭头方向相同的组成环就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向相反者就是增环。判别增环或减环2019/8/5山东大学机械工程学院18在尺寸链中，判别增环或减环，除用定义进行判别外，组成环数较多时，还可用画箭头的方法。即在绘制尺寸链简图时，用沿封闭方向的单向箭头表示各环尺寸。组成环的增减性判断凡是箭头方向与封闭环的箭头方向相同的组成环就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向相反者就是增环。2019/8/5山东大学机械工程学院19(1)封闭性尺寸链是由一个封闭环和若干个(含1个)相互关联的组成环所构成的封闭图形，因而具有封闭性。不封闭就不成为尺寸链，一个封闭环对应着一个尺寸链。(2)关联性由于尺寸链具有封闭性，所以尺寸链中的各环都相互关联。尺寸链中封闭环随所有组成环的变动而变动，组成环是自变量，封闭环是因变量。(3)尺寸链反映了其中各个环所代表的尺寸之间的关系，这种关系是客观存在的，不是人为构造的。根据封闭环的特性，对于每一个尺寸链，只能有一个封闭环。2.尺寸链的特性2019/8/5山东大学机械工程学院20尺寸链的类型根据不同分类方法，可以有各种类型。尺寸链的分类虽然有多种，但基本的、典型常用的是直线尺寸链。其他类型的尺寸链均可通过适当的变换，转换成直线尺寸链的问题进行分析。故在此主要研究直线尺寸链。3.尺寸链的分类2019/8/5山东大学机械工程学院21可分为:•零件设计尺寸链(全部组成环为同一零件的设计尺寸)、•加工(工艺)尺寸链(全部组成环为同一工件的加工工艺尺寸，如图8-23所示)和•装配(工艺)尺寸链(全部组成环为不同零件的设计或者完工尺寸)。(1)根据尺寸链的应用场合分类设计尺寸是指零件图样上标注的尺寸;加工工艺尺寸是指工序尺寸、测量尺寸、毛坯尺寸和对刀尺寸等加工过程中直接控制的尺寸。2019/8/5山东大学机械工程学院22可分为直线尺寸链、角度尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。(2)根据尺寸链各环几何特征和空间关系分类2019/8/5山东大学机械工程学院23可分为2环尺寸链、3环尺寸链和多环尺寸链。(3)根据尺寸链中环数的多少分类2019/8/5山东大学机械工程学院24可分为：独立尺寸链和并联尺寸链。(4)根据尺寸链之间的关系分类对于两个具有并联关系的尺寸链，总有至少一个尺寸在该两个尺寸链中充当组成环，称之为公共环。五、直线尺寸链的极值解法直线（线性）尺寸链是所有尺寸链的基本形式。2019/8/5山东大学机械工程学院26极值法和概率法。直线尺寸链有两种解法：极值法是指各组成环出现极值时，封闭环尺寸与组成环尺寸之间的关系。概率法是应用概率论与数理统计原理来进行尺寸链分析计算的方法。极值法比较保守，但计算简便。以设计尺寸为封闭环所构成的尺寸链，其组成环的数量一般不超过4个(即属于少环尺寸链)，因此在求解加工尺寸链时，一般都采用极值法，使计算过程简单方便，结果可靠。2019/8/5山东大学机械工程学院27极值法的基本计算公式有五大关系：(1)各环基本尺寸之间的关系(2)各环极限尺寸之间的关系(3)各环尺寸极限偏差之间的关系(4)各环公差或误差之间的关系(5)各环平均尺寸和平均偏差之间的关系2019/8/5山东大学机械工程学院28封闭环的基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和，即(1)各环基本尺寸之间的关系2019/8/5山东大学机械工程学院29封闭环的最大极限尺寸等于增环最大极限尺寸之和减去减环最小极限尺寸之和，即(2)各环极限尺寸之间的关系2019/8/5山东大学机械工程学院30(3)各环尺寸极限偏差之间的关系封闭环的上偏差等于增环上偏差之和减去减环下偏差之和，即封闭环的下偏差等于增环下偏差之和减去减环上偏差之和，即2019/8/5山东大学机械工程学院31封闭环的公差等于组成环公差之和，即(4)各环公差或误差之间的关系由此可见，在封闭环公差一定的条件下，如果减少组成环的数目，就可以相应放大各组成环的公差，从而使之容易加工。2019/8/5山东大学机械工程学院32六、加工尺寸链概述由机械加工工艺过程中，各个工艺尺寸所组成的尺寸链，称为机械加工工艺尺寸链，简称加工尺寸链。2019/8/5山东大学机械工程学院33(1)加工尺寸链的组成环1.加工尺寸链的组成特点加工尺寸链的组成环即是工艺尺寸。所谓工艺尺寸就是在工艺附图或工艺规程中所给出的尺寸和要求，其包括工序尺寸、毛坯尺寸以及测量尺寸和相互位置要求等。2019/8/5山东大学机械工程学院34其中工序尺寸以单箭头表示。若两端均为完工面，称为完工尺寸；有一端尚留有余量，称为中间尺寸。而毛坯尺寸为双向箭头，两端表面皆为毛面。图示块状零件为例，2019/8/5山东大学机械工程学院35在机械加工过程中，确定各工序的工艺尺寸是为了使加工表面达到所要求的设计要求，同时还要使加工时能有一个合理的加工余量，保证加工后得到的表面既达到所要求的加工质量，又不至于浪费材料。所以，在加工尺寸链中，以设计要求或加工余量为封闭环，来分析确定相应的工艺尺寸。(2)加工尺寸链的封闭环2019/8/5山东大学机械工程学院36加工尺寸链根据其封闭环尺寸的不同，有两种基本形式：(1)设计尺寸链即以零件图上的一个设计尺寸为封闭环，以及加工过程中与其有关的工艺尺寸为组成环所构成的尺寸链。(2)余量尺寸链即以某一工序的加工余量为封闭环，以加工过程中，与其有关的工艺尺寸为组成环所构成的尺寸链。2.加工尺寸链的形式2019/8/5山东大学机械工程学院37由于在制定机械加工工艺规程时，往往力求使工艺路线尽量缩短，常出现一个工序尺寸同时保证两个或几个设计要求的情况，这种工序尺寸在加工尺寸链中称作“公共环”。故机械加工工艺尺寸链中的设计尺寸链之间存在“并联”和“独立”关系。在每种产品的机械加工工艺过程中，并联设计尺寸链是普遍存在的，直接影响工艺尺寸的分析计算。同样在加工尺寸链中，还存在着不容忽视的二环尺寸链。重要的提示：2019/8/5山东大学机械工程学院38加工尺寸链的建立，是分析计算加工工艺尺寸的前提。加工尺寸链反映加工过程中各有关加工工艺尺寸对封闭环尺寸的影响关系。各个加工工艺尺寸的误差，在加工过程中产生在被加工表面上，并通过后续工序的工艺尺寸传递和累积，最终到达封闭环尺寸两端面。3.加工尺寸链的查找2019/8/5山东大学机械工程学院39由上述可知，加工尺寸链的封闭环只能是零件图上的设计尺寸(或设计要求)或者加工过程中的加工余量。然后，从封闭环的两端(随后由工序尺寸的基准面)开始，查找各工艺尺寸的加工表面，按照被加工零件上各有关表面加工顺序及其关系，依次(一般是由精加工工序向粗加工工序)查找，首尾相接，将各有关(加工面与基准面重合)的工艺尺寸作为相应的组成环，直到两端查找的基准端面在某一表面汇合形成封闭为止。为使查找过程直观，可以将有关工艺尺寸按照顺序排列开，如图8-24所示为只考虑高度尺寸的情形。因此，在建立加工尺寸链时，首先要确定封闭环。TheEnd