轻量化设计

一、加工余量确定（1）总加工余量（3）总余量为各工序余量之和（2）工序余量1.加工余量概念总加工余量是指零件加工过程中，某加工表面所切去的金属层总厚度。是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。工序余量是一道工序内切除的金属层厚度，为相邻两工序的工序尺寸之差。第六节加工余量的确定（4）公称余量公称余量是指相邻两工序的基本尺寸之差。（5）余量公差1minmaxiizTTZZT1、上工序的表面粗糙度和表面缺陷层（图7-24）3、上工序各表面间相互位置的空间偏差（图7－26）2、上工序的尺寸公差（图7－25）2.影响加工余量的因素4、本工序安装误差（图7-27)图7－24加工表面的粗糙度与缺陷层1－缺陷层；2－正常组织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。图7－25上工序留下的形状误差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。图7－26轴的弯曲对加工余量的影响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。图7－27三爪卡盘上的装夹误差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。三.工序余量的确定经验法查表法分析计算法加工余量的确定1）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。简单工序尺寸及公差的确定图7-21小轴例：如图所示小轴零件，毛坯为普通精度的热轧圆钢，装夹在车床前、后顶尖间加工，主要工序；下料–––车端面–––钻中心孔–––粗车外圆–––精车外圆–––磨削外圆。表7-11工序尺寸及公差的计算（单位：mm）工序名称工序余量工序经济加工精度工序基本尺寸工序尺寸及偏差磨削0.3IT70.02125.00Φ25.00-0.021精车0.8IT100.08425+0.3=25.3Φ25.30-0.084粗车1.9IT120.21025.3+0.8=26.1Φ26.10-0.210毛坯3.0IT141.026.1+1.9=28.0Φ28±0.5第八节工艺尺寸链一、尺寸链的定义、组成1、定义尺寸链就是在零件加工或机器装配过程中，由相互联系且按一定顺序连接的封闭尺寸组合。（1）在加工中形成的尺寸链——工艺尺寸链A2A1A01.加工面2.定位面3.设计基准（2）在装配中形成的尺寸链——装配尺寸链A1A2A02、特征3、组成1、封闭性2、关联性。环——尺寸链中的每一个尺寸。它可以是长度或角度。封闭环——在零件加工或装配过程中间接获得或最后形成的环。组成环——尺寸链中对封闭环有影响的全部环。组成环又可分为增环和减环。增环——若该环的变动引起封闭环的同向变动，则该环为增环．减环——若该环的变动引起封闭环的反向变动。则该环为减环。4、增、减环判别方法在尺寸链图中用首尾相接的单向箭头顺序表示各尺寸环，其中与封闭环箭头方向相反者为增环,与封闭环箭头方向相同者为减环。A1A0A2A3封闭环减环增环举例：二、尺寸链的分类1、按应用范围分类1）工艺尺寸链——全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链。2）装配尺寸链——全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链。3）零件尺寸链——全部组成环为同一零件设计尺寸所形成的尺寸链。4）设计尺寸链——装配尺寸链与零件尺寸链，统称为设计尺寸链。1）长度尺寸链—全部环为长度的尺寸链2）角度尺寸链—全部环为角度的尺寸链3）直线尺寸链——全部组成环平行于封闭环的尺寸链。4）平面尺寸链——全部组成环位于一个或几个平行平面内，但某些组成环不平行于封闭环的尺寸链。5）空间尺寸链——组成环位于几个不平行平面内的尺寸链。2、按几何特征及空间位置分类三、尺寸链的建立1、确定封闭环2、组成环确定1、加工顺序或装配顺序确定后才能确定封闭环。2、封闭环的基本属性为“派生”，表现为尺寸间接获得。关键关键要领1、设计尺寸往往是封闭环。2、加工余量往往是封闭环（靠火花磨除外）。关键关键1、封闭环确定后才能确定。2、直接获得。3、对封闭环有影响尺寸链计算的关键：正确画出尺寸链图，找出封闭环，确定增环和减环①作尺寸链图按照加工顺序依次画出各工序尺寸及零件图中要求的尺寸，形成一个封闭的图形。②找封闭环根据工艺过程，找出间接保证的尺寸A0为封闭环。③确定增环和减环可用以下简便的方法得到：从封闭环开始，给每一个环画出箭头，最后再回到封闭环，像电流一样形成回路。凡箭头方向与封闭环方向相反者为增环（如A2），箭头方向与封闭环方向相同者为减环（如A1）。1.极值法（1）极值法各环基本尺寸之间的关系封闭环的基本尺寸A0等于增环的基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和，即1110nmiimiiAAA基基基11min1maxmax0nmiimiiAAA（2）各环极限尺寸之间的关系封闭环的最大极限尺寸A0max等于增环的最大极限尺寸之和减去减环的最小极限尺寸之和，即四、尺寸链计算的基本公式封闭环的最小极限尺寸A0min等于增环的最小极限尺寸之和减去减环的最大极限尺寸之和，即11max1minmin0nmiimiiAAAminmiiiAEIAESAES1110)()()(1110)()()(nmiimiiAESAEIAEI(3)各环上、下偏差之间的关系封闭环的上偏差ES(A0)等于增环的上偏差之和减去减环的下偏差之和，即封闭环的下偏差EI(A0)等于增环下偏差之和减去减环的上偏差之和，即（4）各环公差之间的关系封闭环的公差T(A0)等于各组成环的公差T(Ai)之和，即111110)()()()(niinmiimiiATATATAT极值法解算尺寸链的特点是：简便、可靠，但当封闭环公差较小，组成环数目较多时，分摊到各组成环的公差可能过小，从而造成加工困难，制造成本增加，在此情况小，常采用概率法进行尺寸链的计算。(1)正计算——已知各组成环，求封闭环。正计算主要用于验算所设计的产品能否满足性能要求及零件加工后能否满足零件的技术要求。(2)反计算——已知封闭环，求各组成环。反计算主要用于产品设计、加工和装配工艺计算等方面，在实际工作中经常碰到。反计算的解不是唯一的。如何将封闭环的公差正确地分配给各组成环，这里有一个优化的问题。（3）中间计算——已知封闭环和部分组成环的基本尺寸及公差，求其余的一个或几个组成环基本尺寸及公差（或偏差）。中间计算可用于设计计算与工艺计算，也可用于验算。3.尺寸链计算的几种情况1）等公差原则按等公差值分配的方法来分配封闭环的公差时,各组成环的公差值取相同的平均公差值Tav：即极值法Tav=T0/（n-1）确定组成环公差大小的误差分配方法这种方法计算比较简单，但没有考虑到各组成环加工的难易、尺寸的大小，显然是不够合理的。概率法1/0nTTav2）按等精度原则按等公差级分配的方法来分配封闭环的公差时,各组成环的公差取相同的公差等级，公差值的大小根据基本尺寸的大小，由标准公差数值表中查得。3）按实际可行性分配原则按具体情况来分配封闭环的公差时,第一步先按等公差值或等公差级的分配原则求出各组成环所能分配到的公差，第二步再从加工的难易程度和设计要求等具体情况调整各组成环的公差。1)按“入体”原则标注公差带的分布按“入体”原则标注时，对于被包容面尺寸可标注成上偏差为零、下偏差为负的形式（即-T）；对于包容面的尺寸可标注成下偏差为零、上偏差为正的形式（即+T）。2）按双向对称分布标注对于诸如孔系中心距、相对中心的两平面之间的距离等尺寸，一般按对称分布标注，即可标注成上、下偏差绝对值相等、符号相反形式（即T/2）。当组成环是标准件时，其公差大小和分布位置按相应标准确定。当组成环是公共环时，其公差大小和分布位置应根据对其有严格要求的那个尺寸链来确定。工序尺寸的标注工艺基准（工序、定位、测量等）与设计基准不重合，工序基准就无法直接取用零件图上的设计尺寸，因此必须进行尺寸换算来确定其工序尺寸。三、工艺过程尺寸链的分析与解算1.基准不重合时的尺寸换算例某零件设计要求如图9-24a所示。设1面已加工好,现以1面定位加工2、3两面，其工序筒图如9-24b，试确定工序尺寸A1及A3。A3=A1-A02=(30-10)mm=20mmES(A02)=ES(A1)-EI(A3)EI(A3)=ES(A1)-ES(A02)=(0-0.3)mm=-0.3mmEI(A02)=EI(A1)-ES(A3)ES(A3)=EI(A1)一EI(A02)=[-0.2-(-0.3)]=0.1mm所以A3=mmmm1.03.020从设计尺寸链来看:ES(A03)=ES(A1)一EI(A2)=[0-(-0.3)]=0.3mmEI(A03)=EI(A1)-ES(A2)=(-0.2-0.3)mm=-0.5mm所以A03=mmmm3.05.020例:图示为一零件，图纸上标注尺寸为：A1=A2=A3=因A3不便测量，试给出测量尺寸A4的尺寸及公差。解:1)确定封闭环、建立尺寸链、判别增减环。0.020.077000.04600.19020测量基准与设计基准不重合的尺寸换算只要测量尺寸的超差量小于或等于其余组成环尺寸公差之和，就有可能出现假废品，为此应对该零件各有关尺寸进行复检和验算，以免将实际合格的零件报废而导致浪费。假废品的出现，给生产质量管理带来诸多麻烦，因此，不到非不得已，不要使工艺基准与设计基准不重合。假废品的出现例2如图所示轴套，其加工工序如图所示，试校验工序尺寸标注是否合理。2.多尺寸保证时的尺寸换算50-0.3415±0.210-0.3零件图51-0.410车孔及端面50-0.3410.4-0.220车外圆及端面14.6±0.230钻孔10-0.340磨外圆及台阶解:1)分析从零件图上看,设计尺寸有10-0.3mm、15±0.2mm以及50-0.34。根据工艺过程分析是否全部达到图纸要求.其中10-0.3、50-0.34直接保证，15±0.2间接保证，为封闭环，必须校核。2）查找组成环，建立尺寸链10.4-0.214.6±0.210-0.3A0封闭环3）计算尺寸及偏差求得A0=15-0.4+0.5(超差)4)解决办法:•改变工艺过程，如将钻孔改在工序40之后；•提高加工精度，缩小组成环公差。5）重新标注尺寸，校核计算现将尺寸改为：10.4-0.1，14.6±0.1,10-0.1可求得:A0=15±0.2符合图纸要求.3.有关余量的尺寸换算图9-29精加工余量校核示例(1)精加工余量校核当多次加工某一表面时，由于所采用的工艺基准可能相同，因此，本工序的余量的变动量不仅与本工序的公差及前一工序的公差有关，而且还与其它有关工序的公差有关。在以工序余量为封闭环的工艺尺寸链中，如果组成环数目较多，由于误差累积原因，有可能使工序余量过大或过小，因此须对余量进行校核，这在制订工艺规程时是一个不可忽视的问题。由于粗加工的余量一般取值较大，故粗加工余量一般不进行校核而仅对精加工余量进行校核。如图所示的小轴，其轴向尺寸的加工过程为：车端面A；车台阶面B(保证尺寸mm)，车端面C，保证总长；热处理：钻顶尖孔；磨台阶面B，保证尺寸。试校核台阶面B的加工余量。0.3049.500.208000.1430(2)能控制加工余量的加工能控制加工余量的加工，是指操作工人能根据切削加工的实际情况，凭经验直接判断和控制加工余量，从而间接保证工序尺寸的一类加工方式，如靠火花磨削。在此种加工方法中，加工余量为组成环，而工序尺寸为封闭环。靠火花磨削能保证只去除最小的必需加工余量，而且对工序尺寸又不作测量，