机械制造技术第4版第13章 机械制造工艺尺寸链课件

机械制造技术第13章机械制造工艺尺寸链ContentsPage目录页03机械装配精度与装配工艺尺寸链01机械加工精度与加工工艺尺寸链02工序尺寸及公差计算的图表追踪法TransitionPage过渡页03机械装配精度与装配工艺尺寸链01机械加工精度与加工工艺尺寸链02工序尺寸及公差计算的图表追踪法13.1一、获得加工精度的方法1．试切法试切法是通过多次走刀来获得所需的加工精度的。在每次试切走刀后测量实际尺寸，校正切削用量，直到达到规定的加工精度为止。如图a所示。采用试切法加工时，需要进行多次试切与测量，生产率较低，加工精度受操作者的技术水平和熟练程度影响较大，一般只适用于单件或小批生产。机械加工精度与加工工艺尺寸链13.12．自动获得法（1）用定尺寸刀具加工采用具有一定尺寸和形状的刀具进行加工，如钻头、铰刀、拉刀、丝锥等，由刀具刀刃的尺寸和形状保证所要求的加工精度。（2）定行程法加工利用行程控制装置（如行程开关、行程挡块等）调整控制刀具相对于工件的位置，加工一批工件，获得所需的加工精度，如图b所示。这种方法多用于大批量、自动化和半自动加工，其所能得到的加工精度与设备的调整精度和加工过程稳定性有关。（3）设备保证法工件在加工后，被加工表面的形状精度和相互位置精度取决于机床自身的精度。如车削加工时，外圆表面的圆度取决于车床主轴的回转精度；用数控铣床加工两垂直面时，被加工表面之间的垂直度取决于机床导轨运动的垂直度。机械加工精度与加工工艺尺寸链13.1二、工艺尺寸链的概念1.工艺尺寸链的组成在加工过程中，每一工序的加工结果都形成一个相应的工序尺寸，最终形成的工序尺寸就是零件上相应的设计尺寸。完整的制造过程就是零件上每个尺寸按一定顺序形成的过程。工艺尺寸链分析是分析零件机械加工工艺中各工序之间以及各工序内相关尺寸之间的关系，进而合理地确定机械加工工艺的重要手段，对合理地设计加工工艺过程，保证制造精度具有决定的作用。机械加工精度与加工工艺尺寸链13.12.工艺尺寸链的类型（1）长度尺寸链组成尺寸链的各环均为长度尺寸的工艺尺寸链，如图13.2b、c所示。（2）角度尺寸链组成尺寸链的各环均为角度尺寸的工艺尺寸链。这种尺寸链多为几何公差构成的尺寸链，如图13.3所示。机械加工精度与加工工艺尺寸链13.1三、工艺尺寸链的计算1.工艺尺寸链的组成工艺尺寸链的计算方法有极值法和概率法两种。在中、小批量生产和可靠性要求高的场合，多采用极值法；在大批量生产（如汽车工业）中，可采用概率法。（1）封闭环的基本尺寸关系尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸等于所有组成环基本尺寸的代数和，即：机械加工精度与加工工艺尺寸链13.1（2）封闭环的极限尺寸

（3）封闭环的极限偏差由封闭环的极限尺寸减去其基本尺寸即可得到封闭环的极限偏差：机械加工精度与加工工艺尺寸链13.1（4）封闭环的公差由上述各式可知，封闭环的公差等于其上极限偏差减去下极限偏差，即等于各组成环公差之和。显然，在极值算法中，封闭环的公差大于任一组成环的公差。当封闭环公差一定时，若组成环数目较多，各组成环的公差就会过小，造成工序加工困难。因此，在分析尺寸链时，应使尺寸链的组成环数为最少，即遵循尺寸链最短原则。在大批量生产或封闭环公差较小、组成环较多的情况下，可采用概率算法，其计算公式为：机械加工精度与加工工艺尺寸链13.1四、工艺尺寸链的应用应用尺寸链计算公式求解工艺尺寸链时，有如下几种情况：（1）已知全部组成环的极限尺寸，求封闭环的极限尺寸。这种情况一般用于验算及校核原工艺设计的正确性，属于正运算，其结果是唯一的；当加工工艺确定后，每一工序的工序内容及工序尺寸已知，通过对工序尺寸链的正运算，可以检验间接得到的设计尺寸能否满足设计要求。（2）已知封闭环的极限尺寸，求各组成环的极限尺寸。这种情况一般用于工艺过程设计时确定各工序的工序尺寸时的设计计算。由于组成环一般较多，其结果一般不是唯一的，需要通过公差分配法来设计。在工艺规程设计时，往往是各工序的工序基本尺寸和封闭环的极限尺寸已知，需要通过尺寸链计算和公差分配求出各个工序尺寸的极限偏差。（3）已知封闭环和部分组成环的尺寸，求其他组成环的尺寸。在工艺过程中所遇到的尺寸链多数是这种类型。机械加工精度与加工工艺尺寸链13.1分配公差时有以下三种方法：（1）等公差值分配法即把封闭环的公差均匀地分配给各个组成环。这种方法计算简单，但当各环的基本尺寸相差较大或要求不同时，这种方法就不宜使用。（2）等公差等级分配法各组成环按相同的公差等级，根据具体尺寸的大小进行分配，并保证：（3）组成环主次分类法在封闭环公差较小而组成环又较多时，可首先把组成环按作用的重要性进行主次分类，再根据相应加工方法的经济加工精度，确定合理的各组成环公差等级，并使各组成环的公差符合式（13.7）的要求。在实际生产中，这种方法应用较多。机械加工精度与加工工艺尺寸链TransitionPage过渡页01机械加工精度与加工工艺尺寸链03机械装配精度与装配工艺尺寸链02工序尺寸及公差计算的图表追踪法13.2制定工艺规程的重要内容之一就是确定各工序的工序尺寸及其公差。工序余量确定之后，工序尺寸及公差的确定，则要依据工序基准或定位基准与设计基准是否重合，采用不同的计算方法。工序尺寸及公差计算的图表追踪法基准不重合时，工序尺寸及其公差需通过工艺尺寸链的计算方法求解确定。对于加工工序较多，且工艺基准需多次转换的零件，采用图表追踪法建立工艺尺寸链进行计算是有效的方法。这种方法对于应用计算机辅助工艺规程的设计是十分有利的。。13.2要保证加工质量必须正确地确定每一工序的加工余量、工序尺寸及公差。应用图表追踪法计算如下：1.绘制加工过程尺寸联系图按适当比例绘制工件简图，标出与计算有关的轴向尺寸（为方便计算，设计尺寸都用平均尺寸表示），从各个有关端面向下引竖线，分别代表加工过程中不同阶段有余量差别的各个表面。在表的左边按加工过程写出加工工序，在表的右边列出需要计算的项目。在图表绘制过程中，应注意：①必须严格按照加工先后顺序依次标注加工尺寸，不得随意颠倒。②加工尺寸不得多余或遗漏。③箭头一定要指向加工表面。工序尺寸及公差计算的图表追踪法13.22.用图表追踪法建立工艺尺寸链（1）确定全部封闭环封闭环有两种：一种是间接获得的设计尺寸，如图表中的L01、L02；另一种是除靠火花磨削的余量（Z7）之外的其余加工余量，如图表中的Z4、Z5、Z6。（2）建立尺寸链的方法从封闭环两端的出发，沿竖线同步向上追踪，遇到箭头拐弯横向追踪，至基准面后再沿竖线继续向上追踪，直到两端的追踪路线相交为止，工艺尺寸链的建立即告完成。追踪中遇到的带箭头的加工尺寸即欲查找的组成环。由此方法可查出该工件的工艺尺寸链，如图13.13所示。工序尺寸及公差计算的图表追踪法13.23.计算项目的填写（1）初步选定工序公差并做必要的调整，再确定工序最小余量；（2）根据工序公差计算余量变动量；（3）根据工序公差和余量变动量计算平均余量；（4）根据平均余量计算平均工序尺寸；（5）把平均工序尺寸和平均公差改写成公称尺寸和上、下极限偏差的形式。工序尺寸及公差计算的图表追踪法TransitionPage过渡页03机械装配精度与装配工艺尺寸链01机械加工精度与加工工艺尺寸链02工序尺寸及公差计算的图表追踪法13.3一、机械装配精度1.相互位置精度相互位置精度包括机械产品中相互关联零部件之间的距离精度和位置精度。如卧式车床主轴箱装配时，相关传动轴、主轴之间的中心距精度、平行度等；主轴与尾座顶尖之间的等高性精度等。2.相对运动精度相对运动精度是机械产品中相对运动零部件之间的运动方向、运动轨迹和运动速度的精度。运动方向精度表现为运动部件之间相对运动的平行度和垂直度，如卧式铣床工作台移动对主轴轴线的平行度、车床拖板移动对主轴的平行度和垂直度等；运动轨迹精度如车床主轴回转时的轴线漂移、机床工作台移动的直线度等；运动速度精度即传动精度，主要是指内联系传动链的传动精度，如滚齿机滚刀主轴与工作台的相对运动精度。3.配合精度配合精度包括配合表面之间的配合质量和接触质量。配合质量是零部件配合表面之间配合与规定的配合性质和精度的符合程度。接触质量是指两配合或连接表面之间达到规定的接触面积和接触点分布的情况，如机床主轴箱与床身之间的安装连接面的接触精度、导轨副的接触精度等。机械装配精度与装配工艺尺寸链13.3二、装配精度与零部件精度的关系机械产品是由许多零件装配而成的，零件的精度特别是关键零件的精度对整机的装配精度将有着直接的影响。有关零件的加工误差的累积将影响产品的装配精度。要保证整机的装配精度，就必须控制相关零件的加工精度。一般来说，机械产品的装配精度要求越高，与此项装配精度有关的零件的加工精度要求也越高。机械装配精度与装配工艺尺寸链有些情况下，产品的某一项精度只与一个零件的加工精度有关，如图13.14所示，在动柱式加工中心装配时，要保证立柱运动与工作台运动的垂直度，只要保证床身上工作台导轨与立柱导轨的垂直度即可。这种由一个零件的精度保证某项装配精度要求的情况，称为单件自保。13.3在更多的情况下，装配精度要求与多个零件的相关精度要求有关。相关零件的加工误差的累积将影响装配精度。图13.15所示为卧式车床主轴锥孔中心线和尾座顶尖套锥孔中心线对机床导轨的等高精度要求示意图。这一精度与床身、主轴、主轴箱、尾座以及尾座底板等零部件的加工精度有关。为保证装配精度的要求，必须合理地确定有关零部件的制造精度，使它们的累积误差小于装配精度所规定的范围，从而简化装配过程。产品的装配技术要求、生产类型以及生产条件不同，所采用的装配工艺措施也不相同。不同的装配工艺方法所对应的零件精度与装配精度之间的相互关系也不相同。这种关系表现为装配精度要求与相关零部件的加工精度要求所共同形成的定量的封闭尺寸组合的关系，这种关系就是装配尺寸链的实质。机械装配精度与装配工艺尺寸链13.3三、装配工艺尺寸链1．装配工艺尺寸链的概念在机器装配过程中，由某项装配精度相关零件的相关尺寸或相互位置关系所组成的尺寸链称为装配工艺尺寸链。2．装配工艺尺寸链的建立步骤（1）判别封闭环在装配尺寸链中，封闭环一般是装配精度或装配技术要求。因而首先要在分析产品的技术要求、性能以及各部件作用的基础上正确地确定要保证的装配精度内容，确定封闭环。（2）查找组成环在装配尺寸链中，组成环是对装配精度有直接影响的有关零部件的有关尺寸。因此，查找组成环时，一般是从封闭环的两端开始沿装配精度要求的位置方向，从相邻零件开始由近及远查找影响该装配精度的相关零件直到找到同一个零件或同一个装配基准面为止。（3）画出装配工艺尺寸链根据上述分析结果，画出尺寸链，判断增、减环。机械装配精度与装配工艺尺寸链13.33．装配工艺尺寸链建立的基本原则（1）简化原则在建立装配工艺尺寸链时，应通过对装配精度的分析，在保证装配精度的前提下，尽量简化组成环的构成，只保留对装配精度有直接、较大影响的组成环。（2）最短路线原则为便于零部件的加工，在装配精度既定的情况下，应尽量简化结构，使各组成环能有较大的公差值；在查找组成环时，每个相关零部件上只应有一个尺寸作为组成环进入尺寸链。即组成环的数目应等于相关零部件的数目，即“一件一环”。（3）方向性原则一个装配精度要求只在其所在的位置方向上形成尺寸链。同一装配结构在不同方向上有装配精度要求时，应在各自的方向上分别建立装配尺寸链。机械装配精度与装配工艺尺寸链13.3四、装配工艺尺寸链的应用（1）互换法采用互换法装配时，合格的零部件在装配时不需要经过选择、修配和调整即可满足装配要求。互换法又分为完全互换法和不完全互换法。采用完全互换法时，装配工艺尺寸链的求解是按极值法进行的；采用不完全互换法时，尺寸链按概率法求解。（2）选配法在大批大量生产中，当装配精度要求较高时，为降低组成环零部件的制造难度，可把组成环零件的公差放大，按经济精度制造，然后按实际尺寸分组，对应组组内互换装配。（3）修配法在成批或单件小批生产中，若装配精度要求较高，且组成环较多时，可采用修配法，选择一个组成环为补偿环，其他组成环按经济加工精度制造，装配时通过修配补偿环的尺寸保证装配精度。通过极值法解算装配尺寸链可以求出修配环的尺寸。（4）调整法调整法与修配法实质相同，各组成环均按经济加工精度制造，区别在于调整