工艺尺寸链的应用实例

曹 伟，陈庆焦，熊丽萍

（1.河南工程技术学校，河南焦作 454000；2.焦作市技师学院，河南焦作 454000）

0 引言

在设计各类零部件结构时，除需要进行运动、强度、刚度等计算外，还需要进行几何量分析计算，以确定零件的尺寸公差、形状和位置公差、技术要求等。其目的在于保证机械零件加工完成后，能顺利地保质保量进行装配，并能满足预定的设计功能要求。为此，提出了尺寸链，同时，运用尺寸链的计算来解决此问题。

常用的公式[1]：

1 工艺基准与设计基准不重合时的尺寸换算

1.1 测量基准和设计基准不重合时尺寸的换算

在零件加工中，有时会遇到一些表面加工之后，按设计尺寸不便（或无法）直接测量的情况。因此需要另选一个易于测量的表面作为处理基准，间接保证设计尺寸的要求。此时，需要通过尺寸链进行换算[2-3]。

解：（1）确定封闭环、画出尺寸链图：根据加工过程可知，A∑为间接获得是封闭环，画出尺寸链图如图1（b）所示。

（2）确定各环的性质：由于A∑是间接得到的，是封闭环，而X和A1是直接测量得到的，是组合环。

（3）计算：车内孔端面C的尺寸X及公差。

由公式（1）得：

30=X-10，即X=40mm。

由公式（2）得：

0=ES（X）-（-0.1），即ES（X）=-0.1mm。

由公式（3）得：

-0.2=EI（X）-0，即EI（X）=-0.2mm。

图1 测量基准和设计基准不重合

从上述可以看出：通过尺寸换算来间接保证封闭环的要求，必须提高组成环的加工精度。当封闭环的公差较大时（如第一组设计尺寸），仅需要提高本工序（车端面C）的加工精度，当封闭环的公差等于甚至小于一个组成环的公差时，则不仅要提高本工序尺寸X 的加工精度，而且要提高前工序（或工步）的工序尺寸A1的加工精度。因此，工艺上应尽量避免测量尺寸的换算。

1.2 定位基准和设计基准不重合时尺寸的换算

如图2（a）所示零件，镗孔前，表面A、B、C 已经加工。镗孔时，为使工件装夹方便，选A面为定位基准，并按尺寸L3进行加工。试求镗孔工序尺寸L3及其公差。

图2 定位基准和设计基准不重合

（1）确定封闭环、画尺寸链图：根据加工过程，设计尺寸L∑是在本工序镗孔时间接获得的，是封闭环，按组成环的查找原则查找组成环，并画出尺寸链图2（b）所示。

（2）确定各环的性质：根据组成环对封闭环的影响情况判断，L2与L3为增环，L1为减环。

（3）计算：本工序镗孔的工序尺寸L3可按下列公式计算。

由公式（1）得：

100=L3＋80-280，即L3=300 mm。

由公式（2）得：

0.15=0＋ES（L3）-0，即ES（L3）=0.15 mm。

由公式（3）得：

-0.15=-0.06＋EI（L3）-0.1，即EI（L3）=0.01 mm。

2 多尺寸同时保证工序尺寸链的计算

在零件加工中，有些加工表面的测量基面或定位基面是一些尚需继续加工的表面。当加工这些基面时，不仅要保证本工序对该加工基面的一些精度要求，而且同时还要保证原加工这些表面的要求，即一次加工后要同时保证两个尺寸的要求。此时即需要进行工艺上的尺寸换算[4]。

插键槽至尺寸A（通过工艺计算确定）；

热处理；

求插键槽工序尺寸A，步骤如下。

（3）计算：

由公式（1）得：

90.4=A＋42.5-42.4，即A=90.3 mm。

由公式（2）得：

0.2=ES（A）＋0.017 5-0，即ES（A）=0.182 5 mm。

由公式（3）得：

0=EI（A）＋0-0.035，即EI（A）=0.035 mm。

图3 加工孔和键槽时的尺寸链

3 表面处理工序尺寸的计算

表面处理一般分两类：一类是渗层；另一类是镀层。它们的区别是渗层后还要加工，而镀层后不加工。因此，渗层类加工后，留在表面的渗层深度为封闭环，渗层深度为组成环；镀层类则是镀后形成的工件尺寸为封闭环，镀层厚度为组成环[5-6]。

（1）确定封闭环、画尺寸链图：根据加工过程，渗层深度0.3 mm～0.5 mm 是在精磨内孔后间接得到的，为封闭环，按组成环的查找原则查找组成环，并画出尺寸链如图4（b）所示。

（2）确定各环的性质：根据组成环对封闭环的影响情况，尺寸A2为减环，尺寸A1及t1为增环，如图4（c）、图4（d）所示。

（3）计算：由公式（1）得：

t1=（145＋0.6-144.76）mm=0.86 mm。

由公式（2）得：

ES（t1）=（0.4-0.04）mm=0.36 mm。

由公式（3）得：

EI（t1）=0.04 mm。

氮化处理时渗层深度：t1/2=0.44 mm～0.6 mm。

图4 保证渗氮层深度的尺寸链

4 结语

在建立工艺尺寸链时，应首先确定哪一个尺寸是间接获得的尺寸，并把它定为封闭环，依次画出有关直接获得的尺寸为组成环，形成一个封闭的尺寸链图，同时，还必须注意使组成环的环数达到最少，就是最短尺寸链原则。

［1］王先逵.机械制造工艺学［M］.北京：机械工业出版社，2000.

［2］张福润.机械制造技术基础［M］.武汉：华中科技大学出版社，2008.

［3］韩秋实.机械制造技术基础［M］.北京：机械工业出版社，1998.

［4］顾崇衔.机械制造工艺学［M］.西安：陕西科学技术出版社，2002.

［5］严晓光，张福润.机械制造工艺学［M］.武汉：华中理工大学出版社，2006.

［6］宾鸿赞，曾庆福.机械制造工艺学［M］.北京：机械工业出版社，1996.