第八章机械加工工艺规程的制订4.

第八章机械加工工艺规程制订第八节工序尺寸及其公差的确定上讲介绍了拟定零件机械加工工艺路线的过程涉及到的加工经济精度概念、表面的加工方法选定、加工阶段的划分、加工工序的安排、如何确定工序的集中与分散程度。加工余量的基本概念、影响加工余量大小的因素、确定加工余量大小的方法第八节工序尺寸及其公差的确定工序尺寸是零件在加工过程中各工序应保证的加工工艺尺寸，因此，正确地确定工序尺寸及其公差，是制定工艺规程的一项重要工作。一、引用法二、余量法三、解加工工艺尺寸链法由于零件上要求保证的设计尺寸一般要经过几道工序的加工才能得到,也就是说,零件的设计尺寸是由各工序尺寸形成的,合理确定工序尺寸及其公差是保证加工精度的重要基础之一。工序尺寸及其公差确定的方法：一、引用法直接引用零件图上给出的设计尺寸及其公差作为工序加工尺寸及其公差。对某些表面只需进行一次加工或多次加工中的最后一次加工，且定位基准与设计基准重合时，均采用此方法确定工序尺寸及其公差。二、余量法在加工过程中，多数情况属于基准重合。此时，可按如下方法确定各工序尺寸和公差：1)确定各工序加工余量；2)从最终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于被包容面）或减去（对于包容面）每道工序的加工余量，可分别得到各工序的基本尺寸；3)除最终加工工序取设计尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所对应的加工经济精度确定工序尺寸公差；4)除最终加工工序按图纸标注公差外，其余各工序按入体原则标注工序尺寸公差；5)一般毛坯余量（即总余量）已事先确定，故第1道加工工序的由毛坯余量（总余量）减去后续各半精加工和精加工的工序余量之和而求得。[例题]某机床主轴箱体的主轴孔设计尺寸要求为mm,粗糙度为Ra0.8μm,若采用加方法为：粗镗-半精镗-精镗-浮动镗刀块镗。试确定各加工工序的加工余量、工序尺寸及其公差。[解]按机械加工手册所给数据，并按上述方法确定的工序尺寸及公差列于表。二、余量法三、解加工工艺尺寸链法通过解算工艺尺寸链来确定工序尺寸及其公差的一种方法。该方法多用于工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸及其公差的确定。1、工艺尺寸链的基本知识2、工艺尺寸链的应用和解算方法下图是工艺尺寸链的一个示例。工件上尺寸A1已加工好，现以底面A定位，用调整法加工台阶面B，直接保证尺寸A2。显然，尺寸A1和A2确定以后，在加工中未予直接保证的尺寸A0也就随之确定。尺寸A0、A1和A2构成了一个尺寸封闭图形，即工艺尺寸链。1、工艺尺寸链的基本知识由若干相互有联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成的尺寸封闭图形定义为尺寸链。设计尺寸链工艺尺寸链装配尺寸链组成该尺寸链的全部环均为同一零件上的设计尺寸，也称为零件尺寸链。在设计尺寸链中的空环尺寸是最后形成的一个环，因此是设计封闭环。在零件加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链，在机器设计和装配过程中，由有关零件设计尺寸形成的尺寸链。（1）分类：按尺寸链的应用场合分按尺寸链各尺寸环的几何特征和所处的空间位置分直线尺寸链角度尺寸链平面尺寸链空间尺寸链组成环位于几个不平行平面内的尺寸链，称为空间尺寸链。空间尺寸链在空间机构运动分析和精度分析中，以及具有空间角度关系的零部件设计和加工中会遇到。平面尺寸链由直线尺寸和角度尺寸组成，且各尺寸均处于同一个或几个相互平行的平面内。如图所示的箱体零件中，坐标尺寸X、Y1和Y2与孔心距L0和夹角α0构成一平面尺寸链。在该尺寸链中，参与组成的尺寸不仅有直线尺寸（X、Y1、Y2、L0），还有角度尺寸（α0以及各坐标尺寸之间的夹角--其基本值为90°），而且封闭环也不仅有直线尺寸L0，还有角度尺寸α0。它的尺寸环都位于同一平面的若干平行线上，这种尺寸链在机械制造中用得最多，是尺寸链最基本的形式。各尺寸环均为角度尺寸的尺寸链称为角度尺寸链。另一类角度尺寸链是由平行度、垂直度等位置关系构成的尺寸链。（2）尺寸链的组成:尺寸链是有多个尺寸环组成，尺寸环是组成尺寸链的每一个尺寸。各尺寸环按其形成的顺序和特点，可分为封闭环和组成环。凡在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）为封闭环尺寸链中除封闭环以外的各环，称为组成环对于工艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是在加工直接得到的。对于设计尺寸链来说，组成环的尺寸一般是在设计要求严格的。组成环按其对封闭环的影响又可分为增环和减环。凡该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环，称为增环。反之，由于该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环，称为减环。图中A1为增环，A2为减环（3）尺寸链的特征封闭性：尺寸链是由一个封闭环和若干个组成环连接形成的一个封闭图形，具有封闭性，不封闭就不是尺寸链。关联性：尺寸链中任意一个组成环发生变化，封闭环都将随之发生变化，它们相互是关联的，组成环是自变量，封闭环是因变量。封闭环的单一性：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。（4）加工尺寸链的建立方法建立尺寸链时，首先应确定哪一个尺寸是间接获得的尺寸，并把它定为封闭环。再从封闭环一端起，依次画出有关直接得到的尺寸作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的另一端，形成一个封闭的尺寸链图。封闭环的判别在直线尺寸链中，封闭环只有一个，其余都是组成环。封闭环是尺寸链中最后形成的一个环，所以在加工或装配未完成之前，它是不存在的。在工艺尺寸链中，封闭环必须在加工顺序确定后才能判断，当加工顺序改变时，封闭环也随之改变。在装配尺寸链中，封闭环就是装配的技术要求，比较容易确定。增、减环的判别在分析、计算尺寸链时，正确地判断封闭环以及增环、减环是十分重要的。通常先给封闭环任定一个方向画上箭头，然后沿此方向环绕尺寸链依次给每一组成环画出箭头，凡是组成环尺寸箭头方向与封闭环箭头方向相反的，均为增环；相同的则为减环。（5）工艺尺寸链计算的基本公式工艺尺寸链的计算方法有两种：极值法和概率法。极值法适用于组成环数较少的尺寸链计算，工艺尺寸链主要应用极值法。。概率法适用于组成环较多的尺寸链计算。工艺尺寸链的极值法计算基本公式采用极值算法，考虑最不利的极端情况。例如，当尺寸链各增环均为最大极限尺寸Azmax（相应地为上偏差ESz），而各减环均为最小极限尺寸Ajmin（相应地为下偏差EIj）时，封闭环有最大极限尺寸A0max（相应地为上偏差ES0）。这种计算方法比较保守，但计算比较简单，此法简便、可靠，因此应用较为广泛。其缺点是当封闭环公差较小、组成环数目较多时，会使组成环的公差过于严格。极值算法基本计算公式①封闭环的基本尺寸A0②封闭环的最大极限尺寸A0max③封闭环的最小极限尺寸A0min④封闭环的上偏差ES(A0)⑤封闭环的下偏差EI(A0)⑥封闭环的公差T0封闭环的最小极限尺寸等于各增环的最小极限尺寸之和减去各减环的最大极限尺寸之和。nmiimiiAAA1max1minmin0封闭环的公差等于所有组成环公差之和。由此可见封闭环公差比任何组成环的公差都大。niiTAEIAESAAT100min0max00)()(因此，在零件设计时，应尽量选择最不重要的尺寸作封闭环。由于封闭环是加工中最后自然得到的，或者是装配的最终要求，不能任意选择。因此，为了减小封闭环的公差，就应当尽量减少尺寸链中组成环的环数。对于装配尺寸链可通过改变结构设计，减少零件数目来减少组成环的环数，对于工艺尺寸链则可通过改变加工工艺方案，来改变工艺尺寸链达到减少尺寸链的环数。封闭环的基本尺寸等于各增环基本尺寸之和减去各减环基本尺寸之和。nmiimiiAAA110封闭环的最大极根尺寸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。nmiimiiAAA1min1maxmax0封闭环的上偏差等于所有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和)()()(110max00nmiimiiAEIAESAAAES封闭环的下偏差等于所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和。)()()(110min00nmiimiiAESAEIAAAEI2、工艺尺寸链的应用和解算方法正计算法反计算法中间计算法是已知封闭环，求组成环的计算方法。即根据设计要求的封闭环基本尺寸、公差（或偏差）以及各组成环的基本尺寸，反过来计算各组成环的公差（或偏差），称为尺寸链的反计算。它常用于产品设计、加工和装配工艺计算等方面。反计算的解不是唯一的。它有一个优化问题，即如何把封闭环的公差合理地分配给各个组成环。反计算时,封闭环公差的分配方法有以下三种:（1）按公差值法分配：将封闭环的公差值平均分配给各个组成环。即每个组成环的公差值均相等。此方法比较方便，但只适用于各组成环尺寸及加工难易程度相差不大的情况等。（2）按等精度法分配：按同一精度等级来分配各组成环的公差。即每个组成环的精度等级均相等。（3）按经济精度分配：将封闭环的公差按照各组成环的经济精度公差值进行分配。然后加以适当调整，使各组成环公差值之和等于或小于封闭环公差值。这种方法从工艺上考虑是比较合理的。1）尺寸链的解算方法有三种情况正计算是已知组成环，求封闭环。即根据各组成环的基本尺寸和公差（或偏差），来计算封闭环的基本尺寸及公差（或偏差），称为尺寸链的正计算。正计算主要用于审核图纸，验证设计的正确性，以及验证工序图上所标注的工艺尺寸及公差是否能满足设计图上相应的设计尺寸及公差的要求。正计算的结果是唯一的。根据已知封闭环及部分组成环，求其余组成环的计算方法。即根据封闭环及部分组成环的基本尺寸及公差（或偏差），来计算尺寸链中余下的一个或几个组成环的基本尺寸及公差（或偏差），称为尺寸链的中间计算。它在工艺设计中应用较多，如基准的换算、工序尺寸的确定等。其解可能是唯一的，也可能不唯一。2）解加工工艺尺寸链的应用举例(1)加工表面本身各工序尺寸、公差的确定零件上的内孔、外圆和平面的加工多属于这种情况。当表面需要经过多次加工时，各次加工的尺寸及其公差取决于各工序的加工余量及所采用的加工方法所能达到的经济加工精度。因此，确定各工序的加工余量和各工序所能达到的经济加工精度后，就可以计算出各工序的尺寸及公差。计算顺序是从最后一道工序向前推算。这也是前面讲的余量法。例：材料为45钢的法兰盘零件上有一个￠50ｍｍ圆孔，表面粗糙度Ｒａ1.6μｍ；需淬硬，毛坯为锻件。孔的机械加工工艺过程是粗镗→半精镗→热处理→磨孔。加工过程中，使用同一基准完成该孔的各次加工，即基准不变。在分析中可忽略不同装夹中定位误差对加工精度的影响。试确定各加工工序的工序尺寸及其上、下偏差。磨孔余量：Z0=0.5mm半精镗余量：Z1=1.0mm粗镗余量：Z2=3.5mm解：（2）确定各工序的尺寸（1）根据切削手册查得加工孔各工序的直径余量（3）确定各工艺尺寸的公差（4）确定各工序所达到的表面粗糙度（5）确定各工序尺寸的偏差（6）校核各工序的加工余量是否合理磨孔工序尺寸：D=50mm(设计尺寸)半精镗后孔径基本尺寸：D1=50-0.5=49.5mm（留出磨削余量）粗镗后孔径基本尺寸：D2=49.5-1.0mm（留出精镗余量）毛坯孔的基本尺寸：D3=48.5-3.5（留出粗镗余量）考虑获得工序尺寸的经济加工精度，又要保证各工序有足够的最小加工余量，各加工工序的加工精度不宜相差过大，查切削手册磨削：IT7=0.025mm半精镗:IT10=0.1mm粗镗：IT12=0.34mm毛坯：IT18=4.0mm查切削手册磨削：0.8μm半精镗:3.2μm粗镗:12.5μm毛坯：毛面各工序的偏差，按“单向入体原则”标注，毛坯按“1/3~2/3入体原则”标注在初定各工序尺寸及其偏差之后，应验算各工序的加工余量，校核最小加工余量是否足够，最大加工余量是否合理。为此，需利用有关工序尺寸的加工余量尺寸链进行分析计算。例如，验算半精镗工序的加工余量。由有关工序尺寸与加工余量构成的加工尺寸链如图所示。根据此余量尺寸链