淺談工藝尺寸鏈原理在零件設計加工過程的應用

李瑞超

（井下作業分公司工具廠，黑龍江 大慶 163000）

工藝尺寸鏈原理研究零件加工過程中工藝尺寸變化以及工藝尺寸之間的內在聯系，它是制定工藝過程、確定工藝尺寸的重要依據，同時它還是確定零件裝配尺寸等的重要依據。在制定加工工藝時，依據工藝尺寸鏈原理，分析各道工序工藝尺寸的內在聯系，按照零件的設計要求，從加工的經濟性、提高生產率、便于裝夾和測量等方面考慮，合理設計工藝并確定工藝尺寸是非常必要的。

1 工藝尺寸鏈原理的引入

尺寸鏈是在零件加工過程中相互關聯的尺寸按一定順序首尾相接排列而成的封閉尺寸組。組成尺寸鏈的各個尺寸稱為尺寸鏈的環，在加工過程中被間接保證精度的尺寸稱為封閉環，其余環稱為組成環。組成環又分為增環和減環，在其它尺寸不變的情況下，自身增大，使封閉環減小的組成環叫減環；自身增大，使封閉環增大的組成環叫增環。以圖1為例，分析工藝尺寸鏈中各環，AΔ是加工過程中間接保證的尺寸，為封閉環；A1和A2是加工過程中直接保證的尺寸，為組成環，在A2不變時，A1增大、AΔ也增大，即A1為增環；在A1不變時，A2增大、AΔ減小，即A2為減環。

圖1

圖2

在尺寸鏈的實際計算過程中，分析確定尺寸鏈中各環之間的聯系后，為了方便計算，可以采用下面的方法快速確定增環和減環。把相互關聯的尺寸按一定順序排列成的尺寸鏈簡圖，如圖2，先給封閉環任意定一個方向畫箭頭，然后按此方向沿尺寸鏈回路，給每個組成環畫出箭頭，箭頭方向與封閉環相同的為減環，反之為增環。

工藝尺寸鏈原理及基本公式：封閉環的公稱尺寸等于各增環公稱尺寸之和減各減環公稱尺寸之和；封閉環的上偏差等于各增環上偏差之和減各減環下偏差之和；封閉環的下偏差等于各增環下偏差之和減各減環上偏差之和。

2 工藝尺寸鏈原理的應用

在零件的加工過程中，利用工藝尺寸鏈原理對各工序/工步尺寸組成的工藝尺寸鏈進行分析，存在圖紙要求的尺寸為其它工序/工步的封閉尺寸、圖紙中要求的尺寸在工件加工完成后無法直接測量、降低加工難度、加工成本、提高效率需要確定一些組成環的尺寸精度等情況。通過工藝尺寸鏈原理得到很好的解決。下面對工藝尺寸鏈原理在機械設計和加工中的重要作用做相關介紹。

2.1 測量基準與設計基準不重合時測量尺寸的確定

b=52

Δes(b/2) =0.037 Δesb=0.074

Δei(b/2)=0-0.018=-0.018 Δeib=-0.036

圖3

圖4

2.2 工序尺寸的確定

在機械零件的設計中，根據零件的使用、裝配等要求，設計圖紙中要求保證的尺寸為機械加工過程中間接保證的尺寸，如圖5所示，是一個圓環零件的剖視圖，加工工藝是：按圖紙要求加工內孔、外徑至尺寸——車左端面——車右端面控制mm——車左端止口、右端止口并保證10±0.075mm，按圖紙要求加工零件兩側的止口，保證凸臺尺寸10±0.075mm時，同時要求下面兩側突出的小臺階以通過剖切平面的對稱中心平面對稱。在加工過程中凸臺尺寸10±0.075mm是加工左側止口和右側止口后形成的，要保證凸臺尺寸10±0.075mm的尺寸精度，就要同時保證左側止口和右側止口加工深度的尺寸精度，運用工藝尺寸鏈原理計算左側止口和右側止口加工深度。首先建立工藝尺寸鏈簡圖，如圖6所示，分析工藝尺寸鏈簡圖中各尺寸，A1為增環，A2為減環，AΔ為封閉環。

圖5

圖6

2.3 裝配尺寸的校核

機加零件組裝成產品后，要求組裝后的零件之間保持一定的間隙。圖7所示的滾輪總成中，根據滾輪總成的使用條件，要求滾輪、滾針、芯軸之間的間隙在0.1～0.35mm之間，在設計滾輪、芯軸、滾針的過程中，滿足零件使用性能的前提下，設計適合的零件尺寸精度。滾輪總成中，滾輪、滾針、芯軸之間的間隙是由三個零件的尺寸精度決定的，就是工藝尺寸鏈中的封閉環，其公差等于各組成環公差之和。分析滾輪、滾針、芯軸三種零件的結構及加工難易程度，滾輪屬短圓柱套類零件，且壁厚較大，在切削加工外圓和內孔時，工件幾何形狀受切削力的影響很小，因此初步設計其尺寸精度相對高一些為IT8級，Φ100mmIT8級的標準公差0.054mm。芯軸屬短圓柱類零件，加工外圓時工件幾何形狀受切削力的影響很小，因此初步設計它的尺寸精度為IT8級，Φ80mmIT8級的標準公差0.046mm。滾針屬細長桿類零件，零件的剛性差，加工時受切削力的影響很大，加工難度大，加工成本高，尺寸精度難保證，在設計時，綜合考慮加工工藝性、加工難度、加工成本等因素，在滿足零件使用要求的前提下，選擇相對較低的尺寸精度，因此初步設計它的尺寸精度為IT10級，Φ10mmIT10級的標準公差0.058mm。初步設計零件的尺寸精度后，運用工藝尺寸鏈原理對其進行校核，檢驗設計的零件尺寸精度是否滿足使用要求，建立工藝尺寸鏈簡圖8，分析工藝尺寸鏈中的各尺寸。

圖7

圖8

該計算結果為滾輪、滾針、芯軸之間的單邊最小間隙為0.116mm、最大間隙為0.332mm。在滾輪總成規定的使用范圍內，由此證明滾輪總成上三種零件的尺寸精度設計是合理的。

3 結語

工藝尺寸鏈原理是加工過程中工序尺寸及公差的確定、工序中測量尺寸的確定、機械零件設計、裝配精度校核等的手段和工具，對于保證零件的加工精度和工藝過程的經濟性有著重要的意義。