機(jī)械制造中的設(shè)計(jì)尺寸鏈和工藝尺寸鏈的分析

焦太安

（甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741000）

工藝尺寸鏈分析是在制訂機(jī)械加工工藝過(guò)程和保證零件尺寸加工精度中都起著很重要的作用。通過(guò)分析零件圖的尺寸、了解零件加工方法及加工過(guò)程，確定封閉環(huán)和組成環(huán)，建立正確的工藝尺寸鏈，對(duì)計(jì)算各工序尺寸及公差的有著重要的作用。

1 工藝尺寸鏈分析

1.1 設(shè)計(jì)尺寸鏈與工藝尺寸鏈的特點(diǎn)

零件在設(shè)計(jì)或制造過(guò)程中都是離不開(kāi)尺寸的，而這些尺寸之間存在著一定的關(guān)系，這種關(guān)系稱(chēng)為尺寸鏈。尺寸鏈按其功能可分為設(shè)計(jì)尺寸鏈和工藝尺寸鏈。

設(shè)計(jì)尺寸鏈?zhǔn)窃O(shè)計(jì)者根據(jù)所設(shè)計(jì)的零件需要實(shí)現(xiàn)的功能或應(yīng)滿(mǎn)足的使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)而形成的封閉尺寸組合。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)，圖中所標(biāo)注的尺寸為重要尺寸，應(yīng)優(yōu)先標(biāo)注，盡量避免將尺寸標(biāo)注成封閉的尺寸鏈（即取掉一個(gè)不重要的尺寸），以便于零件加工，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。如圖1所示，端面A是端面B、C的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)尺寸46±0.15與之間形成了一個(gè)設(shè)計(jì)尺寸鏈。因它們通過(guò)加工均能直接獲得，故設(shè)計(jì)尺寸鏈?zhǔn)情_(kāi)口的，L尺寸在圖中一般是不標(biāo)注的。

圖1 設(shè)計(jì)尺寸關(guān)系

在機(jī)械加工過(guò)程中，一般情況下是按照零件圖中的設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行零件加工的。

但也常常會(huì)遇到有一個(gè)或幾個(gè)尺寸按設(shè)計(jì)尺寸無(wú)法進(jìn)行直接加工的情形，需要借助零件圖中未注尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就需要進(jìn)行尺寸轉(zhuǎn)換。如圖2所示，以端面2為基準(zhǔn)，分別按設(shè)計(jì)尺寸42±0.05、加工可直接得到端面2和端面1，而按設(shè)計(jì)尺寸13±0.1加工無(wú)法得到端面4（因加工時(shí)無(wú)法測(cè)量），這就需要借助尺寸M（表示左孔深度，加工時(shí)可以測(cè)量）來(lái)間接保證設(shè)計(jì)尺寸13±0.1的大小。這樣，尺寸42±0.05、13±0.1和M之間形成了一個(gè)封閉的工藝尺寸鏈關(guān)系。

圖2 工藝尺寸關(guān)系

總之，設(shè)計(jì)尺寸鏈?zhǔn)橇慵D中滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，各尺寸之間形成的一種關(guān)系，工藝尺寸鏈?zhǔn)橇慵庸み^(guò)程中，各工序尺寸之間形成的另一種關(guān)系，兩者有本質(zhì)的區(qū)別。

1.2 工藝尺寸鏈的建立

通常零件的尺寸精度保證是通過(guò)對(duì)工藝尺寸鏈分析、計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以，工藝尺寸鏈的建立在編制零件加工工藝過(guò)程中一般來(lái)說(shuō)是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，是解決實(shí)際問(wèn)題的關(guān)鍵。

1.2.1 封閉環(huán)的查找

我們知道，組成工藝尺寸鏈的環(huán)，有封閉環(huán)和組成環(huán)，其中，封閉環(huán)是在加工或測(cè)量過(guò)程中最后自然形成（間接獲得）的尺寸，組成環(huán)是在加工或測(cè)量過(guò)程中直接獲得的尺寸，由此可知，封閉環(huán)的“自然形成（間接獲得）”性和組成環(huán)的“直接獲得”性是兩者的本質(zhì)區(qū)別，是查找它們的根本理論依據(jù)。

建立正確的工藝尺寸鏈，首先要根據(jù)封閉環(huán)和組成環(huán)的特點(diǎn)，結(jié)合零件圖中的所注尺寸、零件加工方案、所使用的工裝、采用的定位方式及測(cè)量方式等，對(duì)圖中每個(gè)尺寸進(jìn)行分析，首先確定在加工過(guò)程可通過(guò)測(cè)量工具直接得到或運(yùn)用調(diào)整法自動(dòng)獲得的尺寸，不能直接獲得的剩余尺寸則為封閉環(huán)（可能有一個(gè)或幾個(gè)封閉環(huán)）。如圖3所示中，分別以端面E、A2為定位基準(zhǔn)，通過(guò)機(jī)械加工分別可直接獲得線(xiàn)性尺寸160-0.2和12±0.1，但尺寸18±0.15，則不能通過(guò)加工來(lái)直接實(shí)現(xiàn)，因此，尺寸18±0.15為封閉環(huán)尺寸。

圖3 封閉環(huán)的查找

1.2.2 組成環(huán)的查找

零件在加工過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)工藝尺寸鏈，但每一個(gè)工藝尺寸鏈中只有一個(gè)封閉環(huán)，因此，查找組成環(huán)一定要從封閉環(huán)入手，要查找與其相互關(guān)聯(lián)（對(duì)應(yīng)）的組成環(huán)，這一點(diǎn)很重要。

組成環(huán)的查找方法是從構(gòu)成封閉環(huán)的兩表面開(kāi)始，同步地按照工藝過(guò)程的順序，分別采用向前查找各加工尺寸及加工尺寸的工序基準(zhǔn)的方法進(jìn)行，直到兩條路線(xiàn)最后得到加工尺寸的工序基準(zhǔn)重合，至此上述尺寸系統(tǒng)即形成封閉輪廓，從而構(gòu)成了工藝尺寸鏈，如圖4所示為組成環(huán)的查找過(guò)程。

圖4 組成環(huán)的查找過(guò)程

現(xiàn)查找圖3所示的組成環(huán)。根據(jù)封閉環(huán)的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)該零件加工工藝過(guò)程分析可知，尺寸18±0.15為封閉環(huán)尺寸，按照組成環(huán)的查找過(guò)程，現(xiàn)查找如下：

查找路線(xiàn)1：端面A1→最近一次加工尺寸為12±0.1→加工尺寸12±0.1的工序基準(zhǔn)面為A2→基準(zhǔn)A2最近一次加工尺寸為→尺寸的工序基準(zhǔn)為E。

查找路線(xiàn)2：端面B1→最近一次加工尺寸為L(zhǎng)→加工尺寸L的工序基準(zhǔn)面為E。

從以上查找過(guò)程清晰的看出，構(gòu)成組成環(huán)的尺寸分別為12L±0.1L。這些尺寸在加工過(guò)程中都是直接獲得的，因此，它們與封閉環(huán)就形成了一個(gè)工藝尺寸鏈。

1.2.3 工藝尺寸鏈的繪制

根據(jù)工藝尺寸鏈的形成過(guò)程，將封閉環(huán)尺寸與各加工尺寸按一定的順序首尾相接，得到工藝尺寸鏈圖。圖5所示為圖3零件的工藝尺寸鏈。從封閉環(huán)的兩端面入手，按照查找順序依次用標(biāo)注尺寸的形式畫(huà)出，最后形成一個(gè)封閉的工藝尺寸鏈。

圖5 工藝尺寸鏈圖

1.2.4 增環(huán)與減環(huán)的判斷

工藝尺寸鏈圖中，根據(jù)各組成環(huán)的變動(dòng)對(duì)封閉環(huán)引起的變化情況，分增環(huán)與減環(huán)。增環(huán)與減環(huán)對(duì)封閉環(huán)的變化情況是不同的，其判斷的正確與否直接影響著封閉環(huán)的計(jì)算結(jié)果，如判斷錯(cuò)誤，將導(dǎo)致零件的加工精度，故應(yīng)掌握其判斷方法。

判斷增環(huán)與減環(huán)的方法是，在尺寸鏈圖中，先給封閉環(huán)尺寸上用箭頭設(shè)定一個(gè)方向，然后沿此方向環(huán)繞尺寸鏈回路，順次給每一個(gè)組成環(huán)畫(huà)出箭頭。如圖6所示，從圖中查看，凡是各組成環(huán)箭頭方向與封閉環(huán)相反的為增環(huán)，相同的則為減環(huán)。如A0為封閉環(huán)，由箭頭方向可知A0、A7、A8、A9、A10為增環(huán)，其余均為減環(huán)。

圖6 增環(huán)與減環(huán)的判別圖

2 結(jié)語(yǔ)

工藝尺寸鏈原理是解決機(jī)械制造中相互關(guān)聯(lián)的工藝尺寸問(wèn)題的有效手段，因此，在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)重視工藝尺寸鏈分析與應(yīng)用，通過(guò)對(duì)工藝尺寸鏈的分析，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。