工序尺寸及其偏差的确定与工序加工余量的大小,工序尺寸的标注以及定位基准的选择和变换有着密切的联系。下面依次讨论几种常见情况下工序尺寸确定的方法。
1.工序基准与设计基准重合时工序尺寸及其偏差的确定
零件上外圆和内孔的加工多属这种情况。当表面需经多次加工时,各工序的加工尺寸及偏差取决于各工序的加工余量及所采用加工方法的经济加工精度,计算的顺序是由最后一道工序向前推算。
例如:某法兰盘零件上有一个大孔,孔径ϕ60+00.03,表面粗糙度Ra值为0.8μm,需淬硬。工艺上考虑需经粗镗、半精镗和磨削加工。各工序的公称加工余量如下:
磨削余量:0.4mm
半精镗余量:1.6mm
粗镗余量:7mm
各工序的尺寸计算如下:
磨削后孔径应达到图样规定尺寸,故磨削工序尺寸即图样上的尺寸。
即D=60+00.03mm
半精镗后的孔径基本尺寸为
D1=60-0.4=59.6mm
粗镗后的孔径基本尺寸为
D2=59.6-1.6=58mm
毛坯孔径基本尺寸为
D3=58-7=51mm
按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定偏差如下:
磨前半精镗取IT9级精度,查表得T1=0.074mm;
粗镗孔取IT12级精度,查表得T2=0.3mm;
毛坯偏差取T3±2mm。
按规定各工序尺寸的偏差应取“入体”方向,则各工序尺寸及其偏差如图2⁃41所示。
图2⁃41 内孔工序尺寸计算
2.工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸及其偏差的确定
零件上的表面最终加工时,为了便于测量或工件定位,工艺基准(定位或测量基准)与设计基准不重合,此时应通过换算改注有关工序的尺寸偏差。
(1)测量基准和设计基准不重合的尺寸换算 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。因此需要在零件上另选一易于测量的表面作测量基准进行加工,以间接保证设计尺寸要求。此时,即需要进行工艺尺寸换算。
例如图2⁃42所示的轴承碗,当以端面B定位车削内孔端面C时,图样中标注的设计尺寸AΣ不便直接测量。如果先按尺寸A1的要求车出端面A,然后以A面为测量基准去控制尺寸x,则设计尺寸AΣ可以间接获得。在上述三个尺寸AΣ、A1和x所构成的尺寸链中,显然AΣ是封闭环,而x和A1为组成环。现在的问题是,如何通过换算以求得尺寸x。
为了较全面地了解尺寸换算中的问题,我们将图样中的设计尺寸AΣ和A1给定了三组不同的偏差,如图2⁃42a所示,现分别予以讨论。
1)当设计尺寸AΣ=30-00.2,A1=10-00.1时,求解车内孔端面C的尺寸x及其偏差,如图2⁃42b所示。
按式(2⁃1)求基本尺寸x:
30=x-10
x=30+10=40mm
按式(2⁃4)求上偏差Bsx:
0=Bsx-(-0.1)
Bsx=-0.1mm
按式(2⁃5)求下偏差Bxx:
-0.2=Bxx-0
Bxx=0.2mm
最后求得:x=40--00..21
2)当设计尺寸AΣ=30-00.2,A1=10-00.2时,如仍采用上述工艺进行加工,由于组成环A1的偏差和封闭环AΣ的偏差相等,按式(2⁃6)可求得尺寸x的偏差为零,即尺寸x要加工的绝对准确,这实际上是不可能的。因此必须压缩尺寸A1的偏差。设A1=10-00.08 mm,如图2⁃42c所示,则x值的计算如下:
图2⁃41 内孔工序尺寸计算
2.工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸及其偏差的确定
零件上的表面最终加工时,为了便于测量或工件定位,工艺基准(定位或测量基准)与设计基准不重合,此时应通过换算改注有关工序的尺寸偏差。
(1)测量基准和设计基准不重合的尺寸换算 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。因此需要在零件上另选一易于测量的表面作测量基准进行加工,以间接保证设计尺寸要求。此时,即需要进行工艺尺寸换算。
例如图2⁃42所示的轴承碗,当以端面B定位车削内孔端面C时,图样中标注的设计尺寸AΣ不便直接测量。如果先按尺寸A1的要求车出端面A,然后以A面为测量基准去控制尺寸x,则设计尺寸AΣ可以间接获得。在上述三个尺寸AΣ、A1和x所构成的尺寸链中,显然AΣ是封闭环,而x和A1为组成环。现在的问题是,如何通过换算以求得尺寸x。
为了较全面地了解尺寸换算中的问题,我们将图样中的设计尺寸AΣ和A1给定了三组不同的偏差,如图2⁃42a所示,现分别予以讨论。
1)当设计尺寸AΣ=30-00.2,A1=10-00.1时,求解车内孔端面C的尺寸x及其偏差,如图2⁃42b所示。
按式(2⁃1)求基本尺寸x:
30=x-10
x=30+10=40mm
按式(2⁃4)求上偏差Bsx:
0=Bsx-(-0.1)
Bsx=-0.1mm
按式(2⁃5)求下偏差Bxx:
-0.2=Bxx-0
Bxx=0.2mm
最后求得:x=40--00..21
2)当设计尺寸AΣ=30-00.2,A1=10-00.2时,如仍采用上述工艺进行加工,由于组成环A1的偏差和封闭环AΣ的偏差相等,按式(2⁃6)可求得尺寸x的偏差为零,即尺寸x要加工的绝对准确,这实际上是不可能的。因此必须压缩尺寸A1的偏差。设A1=10-00.08 mm,如图2⁃42c所示,则x值的计算如下:
图2⁃42 测量基准与设计基准不重合的尺寸换算
a)确定的三组不同偏差值 b)按第1组偏差的换算值 c)按第2组偏差的换算值 d)按第3组偏差的换算值
按式(2⁃1)计算基本尺寸:
x=30+10=40mm
按式(2⁃4)计算上偏差Bsx:
0=Bsx-(-0.08)
Bsx=-0.08mm
按式(2⁃5)计算下偏差Bxx:
Bxx=-0.2mm
最后求得:x=40--00..0208
3)当设计尺寸AΣ=30-00.1,A1=-00.5,由于组成环A1的偏差远大于封闭环AΣ的偏差,如仍采用上述工艺进行加工,根据封闭环偏差应大于或等于各组成环偏差之和的关系,考虑到加工内孔端面C比较困难,应给其留有较大的偏差,则应大幅度压缩A1的偏差。假设TA1=0.02mm,并取A1=10--00..0046 mm,见图2⁃42d,则x值求解如下:
基本尺寸:x=30+10=40mm
上偏差Bsx:
0=Bsx-(-0.06)
Bsx=-0.06mm
下偏差Bxx:
-0.1=Bxx-(-0.04)
Bxx=-0.1-0.04=0.14mm
最后求得:x=40--00..0164
从上述三组尺寸的换算可以看出:通过尺寸换算来间接保证封闭环的要求,必须要提高组成环的加工精度。当封闭环的偏差较大时(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;当封闭环的偏差等于甚至小于一个组成环的偏差时(如第二组或第三组设计尺寸),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。例如第三组的尺寸A1换算后的偏差为0.02mm,仅为原设计偏差0.5mm的1/25,大大提高了加工精度,增加了加工的困难。因此,工艺上应尽量避免测量上尺寸换算。
必须指出,按换算后的工序尺寸进行加工以间接保证原设计尺寸要求时,还存在一个“假不合格品”的问题。例如:当按图2⁃42b的尺寸链所解算的尺寸x=30--00..21进行加工时,如某一零件加工后实际尺寸x=39.95,即较工序尺寸的上限还超差0.05mm,从工序上看,此件应判为不合格品。但如将该零件的A1实际尺寸再测量一下,如果A1=10mm,则封闭环尺寸AΣ=39.95-10=29.95mm,仍符合设计尺寸30-00.2的要求。这就是工序上不合格而产品仍合格的所谓“假不合格品”的问题。为了避免“假不合格品”的出现,对换算后工序尺寸超差的零件,应按设计尺寸再进行复量和换算,以免将实际合格的零件报废而造成浪费。
(2)定位基准和设计基准不重合的尺寸换算 零件加工中,当加表面的定位基准与设计基准不重合时,也需要进行一定的尺寸换算。
例如,图2⁃43所示的零件镗孔前,表面A、B、C已经加工过。镗孔时,为使工件装夹方便,选择表面A为定位基准,并按工序尺寸L3进行加工。为了保证镗孔后间接获得的设计尺寸LΣ符合图样规定的要求,必须将h3的加工误差控制在一定范围内。
图2⁃42 测量基准与设计基准不重合的尺寸换算
a)确定的三组不同偏差值 b)按第1组偏差的换算值 c)按第2组偏差的换算值 d)按第3组偏差的换算值
按式(2⁃1)计算基本尺寸:
x=30+10=40mm
按式(2⁃4)计算上偏差Bsx:
0=Bsx-(-0.08)
Bsx=-0.08mm
按式(2⁃5)计算下偏差Bxx:
Bxx=-0.2mm
最后求得:x=40--00..0208
3)当设计尺寸AΣ=30-00.1,A1=-00.5,由于组成环A1的偏差远大于封闭环AΣ的偏差,如仍采用上述工艺进行加工,根据封闭环偏差应大于或等于各组成环偏差之和的关系,考虑到加工内孔端面C比较困难,应给其留有较大的偏差,则应大幅度压缩A1的偏差。假设TA1=0.02mm,并取A1=10--00..0046 mm,见图2⁃42d,则x值求解如下:
基本尺寸:x=30+10=40mm
上偏差Bsx:
0=Bsx-(-0.06)
Bsx=-0.06mm
下偏差Bxx:
-0.1=Bxx-(-0.04)
Bxx=-0.1-0.04=0.14mm
最后求得:x=40--00..0164
从上述三组尺寸的换算可以看出:通过尺寸换算来间接保证封闭环的要求,必须要提高组成环的加工精度。当封闭环的偏差较大时(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;当封闭环的偏差等于甚至小于一个组成环的偏差时(如第二组或第三组设计尺寸),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。例如第三组的尺寸A1换算后的偏差为0.02mm,仅为原设计偏差0.5mm的1/25,大大提高了加工精度,增加了加工的困难。因此,工艺上应尽量避免测量上尺寸换算。
必须指出,按换算后的工序尺寸进行加工以间接保证原设计尺寸要求时,还存在一个“假不合格品”的问题。例如:当按图2⁃42b的尺寸链所解算的尺寸x=30--00..21进行加工时,如某一零件加工后实际尺寸x=39.95,即较工序尺寸的上限还超差0.05mm,从工序上看,此件应判为不合格品。但如将该零件的A1实际尺寸再测量一下,如果A1=10mm,则封闭环尺寸AΣ=39.95-10=29.95mm,仍符合设计尺寸30-00.2的要求。这就是工序上不合格而产品仍合格的所谓“假不合格品”的问题。为了避免“假不合格品”的出现,对换算后工序尺寸超差的零件,应按设计尺寸再进行复量和换算,以免将实际合格的零件报废而造成浪费。
(2)定位基准和设计基准不重合的尺寸换算 零件加工中,当加表面的定位基准与设计基准不重合时,也需要进行一定的尺寸换算。
例如,图2⁃43所示的零件镗孔前,表面A、B、C已经加工过。镗孔时,为使工件装夹方便,选择表面A为定位基准,并按工序尺寸L3进行加工。为了保证镗孔后间接获得的设计尺寸LΣ符合图样规定的要求,必须将h3的加工误差控制在一定范围内。
图2⁃43 定位基准与设计基准不重合的尺寸换算
a)需加平面的零件图 b)加工零件的工艺尺寸链
首先必须明确设计尺寸LΣ是本工序加工中的派生尺寸,即封闭环。然后从封闭环出发,按顺序将尺寸L2,L1和L3连接为一封闭的系统,即形成工艺尺寸链简图,如图2⁃43b所示。在此尺寸链中,按画箭头的方法可迅速判断L3与L2为增环,L1为减环。
在明确了各环的性质,并绘制出工艺尺寸链简图后,本工序镗孔的工序尺寸L3可按下列各式进行计算:
按式(2⁃1)计算基本尺寸:
LΣ=L3+L2-L1
100=L3+80-280
L3=280+100-80=300mm
按式(2⁃4)计算上偏差
BsLΣ=BsL2+BsBsL3=0.15mm
按式(2⁃5)计算下偏差:
BxLΣ=BxL2+BxL3-BsL1
-0.15=-0.06+BxL3-0.1
BxL3=0.1+0.06-0.15=0.01mm
最后求得镗孔尺寸为:
L3=300++00..0151
3.从尚需继续加工表面标注工序尺寸的计算
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,而且同时还要保证对原加工表面的要求,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。
例如图2⁃44a为一齿轮内孔的简图。内孔为ϕ85+00.035,键槽尺寸深度为90.4+00.20。内孔及键槽的加顺序如下:
1)精镗孔至ϕ84.8+00.07mm。
2)插键槽至尺寸A(通过工艺计算确定)。
3)热处理。
4)磨内孔至ϕ85+00.035同时间接保证键槽深度为90.4+00.20要求。
根据以上加工顺序可以看出,磨孔后不仅要能保证内孔的尺寸ϕ85+00.035,而且要能同时自动获得键槽的深度尺寸90.4+00.2。为此必须正确地算出以镗孔后表面为测量基准的插键槽的工序尺寸A。图2⁃44b列出了尺寸链简图,其中镗孔后的半径42.4+00.035,磨孔后的半径42.5+00.0175以及键槽尺寸A都是直接获得的,是组成环。键槽深度90.4+00.20是间接获得的,是封闭环。按照工艺尺寸链的公式A值计算如下:
图2⁃43 定位基准与设计基准不重合的尺寸换算
a)需加平面的零件图 b)加工零件的工艺尺寸链
首先必须明确设计尺寸LΣ是本工序加工中的派生尺寸,即封闭环。然后从封闭环出发,按顺序将尺寸L2,L1和L3连接为一封闭的系统,即形成工艺尺寸链简图,如图2⁃43b所示。在此尺寸链中,按画箭头的方法可迅速判断L3与L2为增环,L1为减环。
在明确了各环的性质,并绘制出工艺尺寸链简图后,本工序镗孔的工序尺寸L3可按下列各式进行计算:
按式(2⁃1)计算基本尺寸:
LΣ=L3+L2-L1
100=L3+80-280
L3=280+100-80=300mm
按式(2⁃4)计算上偏差
BsLΣ=BsL2+BsBsL3=0.15mm
按式(2⁃5)计算下偏差:
BxLΣ=BxL2+BxL3-BsL1
-0.15=-0.06+BxL3-0.1
BxL3=0.1+0.06-0.15=0.01mm
最后求得镗孔尺寸为:
L3=300++00..0151
3.从尚需继续加工表面标注工序尺寸的计算
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,而且同时还要保证对原加工表面的要求,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。
例如图2⁃44a为一齿轮内孔的简图。内孔为ϕ85+00.035,键槽尺寸深度为90.4+00.20。内孔及键槽的加顺序如下:
1)精镗孔至ϕ84.8+00.07mm。
2)插键槽至尺寸A(通过工艺计算确定)。
3)热处理。
4)磨内孔至ϕ85+00.035同时间接保证键槽深度为90.4+00.20要求。
根据以上加工顺序可以看出,磨孔后不仅要能保证内孔的尺寸ϕ85+00.035,而且要能同时自动获得键槽的深度尺寸90.4+00.2。为此必须正确地算出以镗孔后表面为测量基准的插键槽的工序尺寸A。图2⁃44b列出了尺寸链简图,其中镗孔后的半径42.4+00.035,磨孔后的半径42.5+00.0175以及键槽尺寸A都是直接获得的,是组成环。键槽深度90.4+00.20是间接获得的,是封闭环。按照工艺尺寸链的公式A值计算如下:
图2⁃44 齿轮内孔键槽加工尺寸换算
a)齿轮内孔零件图 b)尺寸链简图
按式(2⁃1)求基本尺寸:
90.4=A+42.5-42.4
A=90.4+42.4-42.5=90.3(mm)
按式(2⁃4)计算上偏差:
0.20=BsA+0.0175-0
BsA=0.20-0.0175=0.1825(mm)
按式(2⁃5)计算下偏差:
0=BxA+0-0.035
BxA=0.035(mm)
插键槽工序尺寸:
A=90.3+0.1825
+0.035
4.保证渗氮、渗碳镀镍磷层深度的工艺计算
阀门产品中有些零件的表面需进行渗氮或渗碳处理,而且在精加工后还要保持一定的渗层深度。为此,必须合理地确定渗前加工的工序尺寸和热处理时的渗层深度。
图2⁃45a所示为一衬套,材料为38CrMoAlA,孔径为ϕ145+00.04的表面需要渗氮,精加工后要求渗层深度为0.3~0.5mm,如图2⁃45b所示,即单边深度为0.3+00.2,双边深度为0.6+00.4。
该表面的加工过程为:氮化前,内孔光磨到ϕ144.76+00.04,如图2⁃45c所示,表面粗糙度Ra值为0.8μm,然后进行氮化处理,最后将内孔磨到ϕ145+00.04,并保证渗层深度在0.3~0.5mm范围内。试求氮化处理时,此表面应达到的渗层深度(t1)。(www.xing528.com)
从图2⁃45d可以看出,氮化前后的工序尺寸A1、A2和精加工前后的渗层深度t1、t2,可组成一工艺尺寸链。显然,t2为封闭环。t1的求解如下:
按式(2⁃1)可计算t1基本尺寸为:
t1=145+0.6-144.76=0.84(mm)
按式(2⁃4)、(2⁃5)可计算t1的上下偏差为:
Bst1=0.4-0.04=0.36(mm)
Bxt1=0.04(mm)
故t1=0.84++00..3064(双边)
图2⁃44 齿轮内孔键槽加工尺寸换算
a)齿轮内孔零件图 b)尺寸链简图
按式(2⁃1)求基本尺寸:
90.4=A+42.5-42.4
A=90.4+42.4-42.5=90.3(mm)
按式(2⁃4)计算上偏差:
0.20=BsA+0.0175-0
BsA=0.20-0.0175=0.1825(mm)
按式(2⁃5)计算下偏差:
0=BxA+0-0.035
BxA=0.035(mm)
插键槽工序尺寸:
A=90.3+0.1825
+0.035
4.保证渗氮、渗碳镀镍磷层深度的工艺计算
阀门产品中有些零件的表面需进行渗氮或渗碳处理,而且在精加工后还要保持一定的渗层深度。为此,必须合理地确定渗前加工的工序尺寸和热处理时的渗层深度。
图2⁃45a所示为一衬套,材料为38CrMoAlA,孔径为ϕ145+00.04的表面需要渗氮,精加工后要求渗层深度为0.3~0.5mm,如图2⁃45b所示,即单边深度为0.3+00.2,双边深度为0.6+00.4。
该表面的加工过程为:氮化前,内孔光磨到ϕ144.76+00.04,如图2⁃45c所示,表面粗糙度Ra值为0.8μm,然后进行氮化处理,最后将内孔磨到ϕ145+00.04,并保证渗层深度在0.3~0.5mm范围内。试求氮化处理时,此表面应达到的渗层深度(t1)。
从图2⁃45d可以看出,氮化前后的工序尺寸A1、A2和精加工前后的渗层深度t1、t2,可组成一工艺尺寸链。显然,t2为封闭环。t1的求解如下:
按式(2⁃1)可计算t1基本尺寸为:
t1=145+0.6-144.76=0.84(mm)
按式(2⁃4)、(2⁃5)可计算t1的上下偏差为:
Bst1=0.4-0.04=0.36(mm)
Bxt1=0.04(mm)
故t1=0.84++00..3064(双边)
图2⁃45 保证渗氮层深度的尺寸换算
a)衬套零件图 b)精加工后渗氮层深度 c)工序的渗氮层深度 d)工艺尺寸链
即渗层深度为0.44~0.6mm。
保证渗碳镀镍磷层的尺寸链解算和渗氮情况相同。
5.工序尺寸图解法
前面讨论的几种确定工序尺寸及其偏差的情况都比较简单,当有些零件位于同一方向的尺寸较多,加工工序也较多,且加工中又需多次转换定位基准时,各个工序尺寸间的关系就会相当复杂。在这种情况下将出现两个较突出的问题,一个是为保证间接获得设计尺寸的精度要求而建的工艺尺寸链的环数增多,组成环的查找较麻烦;另一个是工序加工余量不宜再靠查表法来简单确定,因为工序加工余量的变化不再像前面所述的仅与相邻两工序的尺寸偏差有关。而是同有关的若干工序的工序尺寸偏差有关,这些偏差的累积会引起工序加工余量很大的变动,使得加工中出现加工余量不够或加工余量过大的现象。对于以上问题可以在仔细分析工艺过程的基础上,通过逐个建立工艺尺寸链予以解算,但比较麻烦且易弄错。针对这种情况建立了工序尺寸图解法,下面结合图2⁃46所示的例子对此法予以介绍。
图2⁃46为阀门轴套端面加工时轴向各工序尺寸及偏差的计算图表。此图表可分为左右两部分,左边部分以图的形式,直观而形象地反映了整个加工过程中,各加工尺寸的真实变化情况以及各工序尺寸之间的联系,称为工艺过程尺寸联系图;右边部分列出有关计算项目,使工序尺寸偏差的计算表格化。下面分别讨论工艺过程尺寸联系图绘制中,应注意的事项和工序尺寸及其偏差计算的方法及步骤。
(1)工艺过程尺寸联系图的绘制 此图的绘制方法如下:
1)按适当比例画出工件简图。为醒目起见,图中仅标注轴向设计尺寸,尺寸取平均值,偏差取双向对称分布。
2)从工件简图的各个端面(以A、B、C等表示)向下引竖线,每条竖线代表处于不同加工阶段中有加工余量区别的加工表面。
3)在工件简图下方,按工艺过程和规定的定位基准、测量基准、加工余量等符号,将各端面加工的工序尺寸及工序加工余量,严格按先后顺序填入表中,工序加工余量画在竖线离待加工面的入体位置,当工序尺寸为已知的设计尺寸时,则在尺寸的数字代号上标以圆圈,以与拟求的未知工序尺寸(不加圆圈)相区别。例如,图2⁃46左边部分就是按下列的有关轴向尺寸的加工工序绘制的:
①轴向以D面定位,粗车A面及C面,工序尺寸分别为1及2。
②轴向以A面定位,粗、精车B面得工序尺寸3,粗车D面得工序尺寸4。
③轴向以B面定位,粗车A面、C面直接获得工序尺寸5及⑥,间接获得设计尺寸⑨。
④金钢镗内孔(不涉及轴向尺寸,图中略去)。
⑤磨小直径外圆时靠磨端面B得工序尺寸⑧。
工艺过程尺寸联系图,客观地反映了加工过程中,各工序尺寸的变化及联系,它是采用尺寸跟踪法建立工艺尺寸链的依据和基础,绘制中要特别注意以下几点:
图2⁃45 保证渗氮层深度的尺寸换算
a)衬套零件图 b)精加工后渗氮层深度 c)工序的渗氮层深度 d)工艺尺寸链
即渗层深度为0.44~0.6mm。
保证渗碳镀镍磷层的尺寸链解算和渗氮情况相同。
5.工序尺寸图解法
前面讨论的几种确定工序尺寸及其偏差的情况都比较简单,当有些零件位于同一方向的尺寸较多,加工工序也较多,且加工中又需多次转换定位基准时,各个工序尺寸间的关系就会相当复杂。在这种情况下将出现两个较突出的问题,一个是为保证间接获得设计尺寸的精度要求而建的工艺尺寸链的环数增多,组成环的查找较麻烦;另一个是工序加工余量不宜再靠查表法来简单确定,因为工序加工余量的变化不再像前面所述的仅与相邻两工序的尺寸偏差有关。而是同有关的若干工序的工序尺寸偏差有关,这些偏差的累积会引起工序加工余量很大的变动,使得加工中出现加工余量不够或加工余量过大的现象。对于以上问题可以在仔细分析工艺过程的基础上,通过逐个建立工艺尺寸链予以解算,但比较麻烦且易弄错。针对这种情况建立了工序尺寸图解法,下面结合图2⁃46所示的例子对此法予以介绍。
图2⁃46为阀门轴套端面加工时轴向各工序尺寸及偏差的计算图表。此图表可分为左右两部分,左边部分以图的形式,直观而形象地反映了整个加工过程中,各加工尺寸的真实变化情况以及各工序尺寸之间的联系,称为工艺过程尺寸联系图;右边部分列出有关计算项目,使工序尺寸偏差的计算表格化。下面分别讨论工艺过程尺寸联系图绘制中,应注意的事项和工序尺寸及其偏差计算的方法及步骤。
(1)工艺过程尺寸联系图的绘制 此图的绘制方法如下:
1)按适当比例画出工件简图。为醒目起见,图中仅标注轴向设计尺寸,尺寸取平均值,偏差取双向对称分布。
2)从工件简图的各个端面(以A、B、C等表示)向下引竖线,每条竖线代表处于不同加工阶段中有加工余量区别的加工表面。
3)在工件简图下方,按工艺过程和规定的定位基准、测量基准、加工余量等符号,将各端面加工的工序尺寸及工序加工余量,严格按先后顺序填入表中,工序加工余量画在竖线离待加工面的入体位置,当工序尺寸为已知的设计尺寸时,则在尺寸的数字代号上标以圆圈,以与拟求的未知工序尺寸(不加圆圈)相区别。例如,图2⁃46左边部分就是按下列的有关轴向尺寸的加工工序绘制的:
①轴向以D面定位,粗车A面及C面,工序尺寸分别为1及2。
②轴向以A面定位,粗、精车B面得工序尺寸3,粗车D面得工序尺寸4。
③轴向以B面定位,粗车A面、C面直接获得工序尺寸5及⑥,间接获得设计尺寸⑨。
④金钢镗内孔(不涉及轴向尺寸,图中略去)。
⑤磨小直径外圆时靠磨端面B得工序尺寸⑧。
工艺过程尺寸联系图,客观地反映了加工过程中,各工序尺寸的变化及联系,它是采用尺寸跟踪法建立工艺尺寸链的依据和基础,绘制中要特别注意以下几点:
图2⁃46 工序尺寸图解法
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。不仅工艺过程各工序的工序尺寸应按加工顺序在图中自上而下顺次排列,在一个工序内,如有几个工步时,各工步的加工尺寸也要按先后顺序自上而下顺次排列。尺寸标注顺序的错乱,必将造成以后尺寸跟踪结果的错误,使工序尺寸的计算也出现错误。
2)加工尺寸不得遗漏或多余。为此,必须遵循“每切削一个表面,只能标注一个加工尺寸”的原则。任何遗漏或多余,都会引起以后尺寸跟踪和计算的错误。
3)注意加工尺寸箭头的指向和工序加工余量位置的安放,加工尺寸箭头一定要指向加工表面;工序加工余量一定要安放在待加工表面入体方向一侧。
(2)工序尺寸及偏差的计算方法和步骤 工序尺寸及其偏差一般多采取单向入体方向的标注形式,为计算方便,宜先改注为平均尺寸及偏差呈双向对称分布的标注形式。
因此,工序尺寸的计算即成为工序平均尺寸及其偏差的计算。
同一加工表面相邻工序的平均尺寸与工序加工余量的平均值(即平均加工余量)有关,图2⁃47给出了它们之间的关系。不难看出,当后继工序平均尺寸和平均加工余量已知时,相邻前工序的平均尺寸即不难求出。据此观察一下图2⁃46,当图中所示的工序加工余量均为平均加工余量时,各工序的平均尺寸即可从设计尺寸的平均值开始,由下而上逐个地推算出来。显然,平均尺寸的计算必须先知道各工序的平均加工余量。工序平均尺寸的求解,实际上成为各有关工序平均加工余量如何确定的问题了。至于平均加工余量的确定,它又和工序尺寸的偏差有关。因此,工序尺寸及偏差应按下列步骤进行计算:
图2⁃47 平均尺寸与平均加工余量关系
1)计算各工序尺寸的偏差。
2)计算各工序的平均加工余量。
3)计算各工序的平均尺寸。
4)将平均尺寸及双向对称标注的偏差换算成极限尺寸及单向偏差。
下面顺次讨论上述各项的计算:
1)各工序尺寸偏差的确定。各工序尺寸偏差的确定,按照对设计尺寸有无直接影响而采取不同的方法。有直接影响的要通过计算确定,无直接影响的一般按经济加工精度确定。
例如图2⁃46所示的零件中有三个设计尺寸:31.69±0.31、6±0.1和27.07±0.07。其中前两个尺寸分别以封闭环并通过计算确定有关工序尺寸的偏差。
用图解法建立工艺尺寸链可采用尺寸跟踪法,这种方法是在工艺过程尺寸联系图中,首先从封闭环的两端面出发,沿竖线同步向上追踪(图2⁃46中用虚线箭头表示追踪过程),追踪中遇到箭头就应拐弯逆加工箭头横向追踪,至测量基准后再沿其竖线继续向上追踪,当两条路线按照上述方法同步向上追踪到汇交一点时(即形成封闭廓形),工艺尺寸链的建立即宣告完成。追踪过程中所遇到带箭头的加工尺寸即欲查找的组成环。
图2⁃46 工序尺寸图解法
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。不仅工艺过程各工序的工序尺寸应按加工顺序在图中自上而下顺次排列,在一个工序内,如有几个工步时,各工步的加工尺寸也要按先后顺序自上而下顺次排列。尺寸标注顺序的错乱,必将造成以后尺寸跟踪结果的错误,使工序尺寸的计算也出现错误。
2)加工尺寸不得遗漏或多余。为此,必须遵循“每切削一个表面,只能标注一个加工尺寸”的原则。任何遗漏或多余,都会引起以后尺寸跟踪和计算的错误。
3)注意加工尺寸箭头的指向和工序加工余量位置的安放,加工尺寸箭头一定要指向加工表面;工序加工余量一定要安放在待加工表面入体方向一侧。
(2)工序尺寸及偏差的计算方法和步骤 工序尺寸及其偏差一般多采取单向入体方向的标注形式,为计算方便,宜先改注为平均尺寸及偏差呈双向对称分布的标注形式。
因此,工序尺寸的计算即成为工序平均尺寸及其偏差的计算。
同一加工表面相邻工序的平均尺寸与工序加工余量的平均值(即平均加工余量)有关,图2⁃47给出了它们之间的关系。不难看出,当后继工序平均尺寸和平均加工余量已知时,相邻前工序的平均尺寸即不难求出。据此观察一下图2⁃46,当图中所示的工序加工余量均为平均加工余量时,各工序的平均尺寸即可从设计尺寸的平均值开始,由下而上逐个地推算出来。显然,平均尺寸的计算必须先知道各工序的平均加工余量。工序平均尺寸的求解,实际上成为各有关工序平均加工余量如何确定的问题了。至于平均加工余量的确定,它又和工序尺寸的偏差有关。因此,工序尺寸及偏差应按下列步骤进行计算:
图2⁃47 平均尺寸与平均加工余量关系
1)计算各工序尺寸的偏差。
2)计算各工序的平均加工余量。
3)计算各工序的平均尺寸。
4)将平均尺寸及双向对称标注的偏差换算成极限尺寸及单向偏差。
下面顺次讨论上述各项的计算:
1)各工序尺寸偏差的确定。各工序尺寸偏差的确定,按照对设计尺寸有无直接影响而采取不同的方法。有直接影响的要通过计算确定,无直接影响的一般按经济加工精度确定。
例如图2⁃46所示的零件中有三个设计尺寸:31.69±0.31、6±0.1和27.07±0.07。其中前两个尺寸分别以封闭环并通过计算确定有关工序尺寸的偏差。
用图解法建立工艺尺寸链可采用尺寸跟踪法,这种方法是在工艺过程尺寸联系图中,首先从封闭环的两端面出发,沿竖线同步向上追踪(图2⁃46中用虚线箭头表示追踪过程),追踪中遇到箭头就应拐弯逆加工箭头横向追踪,至测量基准后再沿其竖线继续向上追踪,当两条路线按照上述方法同步向上追踪到汇交一点时(即形成封闭廓形),工艺尺寸链的建立即宣告完成。追踪过程中所遇到带箭头的加工尺寸即欲查找的组成环。
图2⁃48 尺寸⑨、⑧的工艺尺寸链
按照尺寸跟踪法,在图2⁃46中查明的以⑨、⑧为封闭环的两个工艺尺寸链如图2⁃48所示。
工艺尺寸链建立之后,即可按式(2⁃6)将封闭环的偏差分配给各组成环。由于已建立的两个工艺尺寸链中都包含有工序尺寸5,且封闭环⑧的偏差远小于封闭环⑨的偏差,故应先从含有封闭环⑧的尺寸链中去计算工序尺寸5的偏差。
由式(2⁃6)可知
T5+T27=T8=0.2mm
设T27=0.04mm
则T5=0.2-0.04=0.16(mm)
在T5已确定后,在含有⑨的尺寸链中可计算工序尺寸4的偏差T4。
T4=T9-T5=0.62-0.16=0.46(mm)
图2⁃48 尺寸⑨、⑧的工艺尺寸链
按照尺寸跟踪法,在图2⁃46中查明的以⑨、⑧为封闭环的两个工艺尺寸链如图2⁃48所示。
工艺尺寸链建立之后,即可按式(2⁃6)将封闭环的偏差分配给各组成环。由于已建立的两个工艺尺寸链中都包含有工序尺寸5,且封闭环⑧的偏差远小于封闭环⑨的偏差,故应先从含有封闭环⑧的尺寸链中去计算工序尺寸5的偏差。
由式(2⁃6)可知
T5+T27=T8=0.2mm
设T27=0.04mm
则T5=0.2-0.04=0.16(mm)
在T5已确定后,在含有⑨的尺寸链中可计算工序尺寸4的偏差T4。
T4=T9-T5=0.62-0.16=0.46(mm)
精车工序尺寸3和粗车工序尺寸2,1同设计尺寸的保证无直接关系,其偏差分别取T3=0.2mm,T2=0.4mm和T1=0.6mm。以上诸工序尺寸偏差确定后,为了以后计算方便,可以Ti的对称分布形式填入图表相应栏内。
2)各工序平均加工余量(Zim)的确定。工序平均加工余量可按下式计算:
精车工序尺寸3和粗车工序尺寸2,1同设计尺寸的保证无直接关系,其偏差分别取T3=0.2mm,T2=0.4mm和T1=0.6mm。以上诸工序尺寸偏差确定后,为了以后计算方便,可以Ti的对称分布形式填入图表相应栏内。
2)各工序平均加工余量(Zim)的确定。工序平均加工余量可按下式计算:
Zimax=Zimin+Tzi
Zimax=Zimin+Tzi
由上式可以看出,各工序的平均加工余量取决于该工序的最小加工余量(Zimin)及加工余量偏差(Tzi)。
由加工余量一节已知,最小加工余量的数值应保证相邻前次加工的表面缺陷层被切除。确定最小加工余量时,应参考有关经验和实验资料。本例各表面最小加工余量,参考现场经验取为:
Z7min=0.08mm(靠磨端面)
Z6min=Z5min=0.3mm(精车端面)
Z4min=1mm(粗车端面)
在“加工余量”一节已知,工序加工余量因相邻工序尺寸存在误差,实际上是个变动值,且变动量等于相邻工序尺寸偏差之和。应当注意这一结论是在相邻两工序尺寸是采用同一工序基准得出来的。当两者的工序基准不重合时,则工序加工余量的变动还将受到两工序基准之间有关尺寸误差的影响,为了查明这些影响,即需要建立以工序加工余量为封闭环的工艺尺寸链。这种工艺尺寸链可在图2⁃46上采用尺寸跟踪法去建立。图2⁃46中Z6、Z5和Z4用尺寸跟踪法建立的工艺尺寸链如图2⁃49所示。
根据封闭环偏差等于各组成环偏差之和的关系,可得Z6、Z5和Z4的偏差Tz6、Tz5、Tz4如下:
Tz6=T6+T5+T3+T2=0.14+0.16+0.2+0.4=0.9(mm)
Tz5=T5+T3=0.16+0.2=0.36(mm)
Tz4=T4+T3+T1=0.46+0.2+0.6=1.26(mm)
由上式可以看出,各工序的平均加工余量取决于该工序的最小加工余量(Zimin)及加工余量偏差(Tzi)。
由加工余量一节已知,最小加工余量的数值应保证相邻前次加工的表面缺陷层被切除。确定最小加工余量时,应参考有关经验和实验资料。本例各表面最小加工余量,参考现场经验取为:
Z7min=0.08mm(靠磨端面)
Z6min=Z5min=0.3mm(精车端面)
Z4min=1mm(粗车端面)
在“加工余量”一节已知,工序加工余量因相邻工序尺寸存在误差,实际上是个变动值,且变动量等于相邻工序尺寸偏差之和。应当注意这一结论是在相邻两工序尺寸是采用同一工序基准得出来的。当两者的工序基准不重合时,则工序加工余量的变动还将受到两工序基准之间有关尺寸误差的影响,为了查明这些影响,即需要建立以工序加工余量为封闭环的工艺尺寸链。这种工艺尺寸链可在图2⁃46上采用尺寸跟踪法去建立。图2⁃46中Z6、Z5和Z4用尺寸跟踪法建立的工艺尺寸链如图2⁃49所示。
根据封闭环偏差等于各组成环偏差之和的关系,可得Z6、Z5和Z4的偏差Tz6、Tz5、Tz4如下:
Tz6=T6+T5+T3+T2=0.14+0.16+0.2+0.4=0.9(mm)
Tz5=T5+T3=0.16+0.2=0.36(mm)
Tz4=T4+T3+T1=0.46+0.2+0.6=1.26(mm)
从以上计算结果看出,工艺过程中定位基准的多次转换,使工序加工余量的变动相当大,因此工序加工余量不能简单地靠查表确定,而应通过必要的计算来确定。加工余量的偏差确定后,可以的形式填入图2⁃46内。
从以上计算结果看出,工艺过程中定位基准的多次转换,使工序加工余量的变动相当大,因此工序加工余量不能简单地靠查表确定,而应通过必要的计算来确定。加工余量的偏差确定后,可以的形式填入图2⁃46内。
图2⁃49 工序加工余量的工艺尺寸链
a)精车工序 b)粗车及精车头部工序 c)粗车及精车工序
在各工序的最小加工余量和加工余量偏差计算出后,各工序的平均加工余量计算如下:
图2⁃49 工序加工余量的工艺尺寸链
a)精车工序 b)粗车及精车头部工序 c)粗车及精车工序
在各工序的最小加工余量和加工余量偏差计算出后,各工序的平均加工余量计算如下:
仔细观察一下图2⁃46右方的表格,当Zimin和两栏内已取得数据后,平均加工余量ZiMP可直接由前两栏数字相加得出,不必再列式计算。
3)工序平均尺寸确定。平均加工余量确定后,可利用图2⁃46中的工艺过程尺寸联系图所表明工序尺寸和工序加工余量间的关系,去计算每一拟求的工序尺寸。具体方法是:首先在图上沿着拟求尺寸两端的竖线向下查找,找出后面工序中与其有关的工序尺寸(包括最终加工的设计平均尺寸)和工序加余量,然后将这些工序尺寸和加工余量相加或相减,即可求得拟求的工序尺寸。
例如:5M=⑧M+Z7M=6+0.1=6.1(mm)
4M=⑨M-⑧M-Z7M=31.69-6-0.1=25.59(mm)
或4M=⑨M-5M=31.69-6.1=25.59(mm)
3M=5M+Z5M=6.1+0.48=6.58(mm)
2M=6M-Z6M+Z5M=27.07-0.75+0.48=26.8(mm)
1M=⑨M+Z5M+Z4M=31.69+0.48+1.63=33.8(mm)
各工序平均尺寸确定后,可将数据填入图表相应栏内。鉴于工艺文件中的中间工序尺寸是按极限尺寸及单向入体偏差标注的,所以应将表中各工序平均尺寸及工序偏差予以换算并填入表中最后一栏。至于最终获得的符合设计尺寸的注法应和图样一致。
仔细观察一下图2⁃46右方的表格,当Zimin和两栏内已取得数据后,平均加工余量ZiMP可直接由前两栏数字相加得出,不必再列式计算。
3)工序平均尺寸确定。平均加工余量确定后,可利用图2⁃46中的工艺过程尺寸联系图所表明工序尺寸和工序加工余量间的关系,去计算每一拟求的工序尺寸。具体方法是:首先在图上沿着拟求尺寸两端的竖线向下查找,找出后面工序中与其有关的工序尺寸(包括最终加工的设计平均尺寸)和工序加余量,然后将这些工序尺寸和加工余量相加或相减,即可求得拟求的工序尺寸。
例如:5M=⑧M+Z7M=6+0.1=6.1(mm)
4M=⑨M-⑧M-Z7M=31.69-6-0.1=25.59(mm)
或4M=⑨M-5M=31.69-6.1=25.59(mm)
3M=5M+Z5M=6.1+0.48=6.58(mm)
2M=6M-Z6M+Z5M=27.07-0.75+0.48=26.8(mm)
1M=⑨M+Z5M+Z4M=31.69+0.48+1.63=33.8(mm)
各工序平均尺寸确定后,可将数据填入图表相应栏内。鉴于工艺文件中的中间工序尺寸是按极限尺寸及单向入体偏差标注的,所以应将表中各工序平均尺寸及工序偏差予以换算并填入表中最后一栏。至于最终获得的符合设计尺寸的注法应和图样一致。
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