汽车工艺6尺寸链10.ppt

1 汽车制造工艺学 6 机械工程学院汽车工程教研室2010年2月 2 尺寸链 第六章 3 在机器设计 装配及零件加工过程中 一组相互联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组合称为 尺寸链 6 1尺寸链基本概念 1 一 尺寸链的定义 4 5 尺寸链与尺寸标注的不同之处在于 尺寸链中的各尺寸必须构成封闭形式 并且按照一定顺序首尾相接 尺寸链的特征是 1 封闭性 尺寸链的各尺寸应构成封闭形式 并且是按照一定顺序首尾相接的 2 关联性 尺寸链中的任何一个尺寸变化都将直接影响其它尺寸的变化 6 1尺寸链基本概念 2 6 二 尺寸链的组成尺寸链是由若干个尺寸组成的 我们把构成尺寸链的每一尺寸称为 环 链环表示方法 字母加下标序号 如A1 A2 根据每个环在尺寸链中位置和性质的不同 尺寸链的环可分为封闭环和组成环 1 封闭环封闭环是在零件加工或机器装配过程中 最后形成 即间接获得或间接保证 的尺寸 因此 每个尺寸链只有一个也必有一个封闭环 封闭环表示方法 字母加下标 0 或 如A0 6 1尺寸链基本概念 3 7 2 组成环一个尺寸链中 除封闭环以外的所有其他各环都是组成环 它们是在加工或装配过程中 直接得到或直接保证的尺寸 如图中的A1 A2和A3 此外 按对封闭环影响性质的不同 组成环再可分为增环和减环 1 增环 在尺寸链中 当其余组成环不变 将某一组成环增大 封闭环也随之增大 该组成环即为 增环 如图中的A3 6 1尺寸链基本概念 4 8 2 减环 在尺寸链中 当其余组成环不变 将某一组成环增大 封闭环却随之减小 该组成环即为 减环 如图中的A1和A2 任何尺寸链都是由一个封闭环和若干个组成环构成的 6 1尺寸链基本概念 5 9 三 尺寸链的分类对尺寸链可以按几种不同的方式进行分类 1 按应用范围分类 1 零件设计尺寸链 在产品设计过程中 由零件若干个互相有联系的封闭尺寸组合 2 工艺过程尺寸链 零件在各个加工工序 包括检验工序 中 先后获得的各工序尺寸所构成互相有联系的封闭尺寸组合 3 装配尺寸链 在产品或部件装配过程中 由若干个相关零件构成互相有联系的封闭尺寸组合 包含零件尺寸 间隙 形位公差等 6 1尺寸链基本概念 6 10 2 按各环所处的空间位置分类 1 线性尺寸链 2 平面尺寸链 3 空间尺寸链 4 角度尺寸链 6 1尺寸链基本概念 7 11 1 线性尺寸链 全部尺寸位于两根或几根平行直线上的尺寸链 L0 12 2 平面尺寸链 全部尺寸位于一个或几个平行平面上的尺寸链 A0 13 3 空间尺寸链 全部尺寸位于不平行平面上的尺寸链 A0 14 4 角度尺寸链 全部尺寸均由角度构成的尺寸链 A0 15 并联 串联 6 1尺寸链基本概念 8 3 按照尺寸键的相互联系的形态分类 1 独立尺寸链 所有构成尺寸链的环 在同一尺寸链中 2 相关尺寸链 具有公共环的两个以上尺寸链组 即构成尺寸链中的一个或几个环 分布在两个或两个以上的尺寸链中 按其尺寸联系形态 又可分为并联 串联 混联三种 16 混联 公共环同属于不同尺寸链中 公共环尺寸及公差改变将同时影响各个尺寸链 所以 在解尺寸链时 一般不轻易改变公共环尺寸 17 四 尺寸链的计算方法无论哪一类尺寸链 都可以用极值法或统计法来进行尺寸链的计算 1 极值法极值法是按误差综合后的两个最不利的情况 即各增环均为最小极限尺寸而各减环均为最大极限尺寸的情况 或各增环均为最大极限尺寸而各减环均为最小极限尺寸的情况 来计算封闭环极限尺寸的方法 由于各组成环同时出现极限值的机会很少 因此 这种计算方法比较保守 但该计算方法比较简单 故在生产中广泛应用 6 1尺寸链基本概念 9 18 2 统计法统计法是利用概率论原理来进行尺寸链计算的一种方法 考虑到在大多数情况下各组成环不会同时出现极值 因此 统计法可以扩大各组成环的公差 给加工带来方便 但在加工或装配后封闭环会出现不合格尺寸 在工艺过程尺寸链中很少采用统计法进行计算 在尺寸链环数较多 封闭环精度要求较高的装配尺寸链中可用统计法进行计算 6 1尺寸链基本概念 10 19 利用尺寸链计算的基本公式 可以在已知各组成环基本尺寸及公差 或偏差 的情况下 求出封闭环的基本尺寸及公差 或偏差 也可以在已知封闭环的基本尺寸及公差 或偏差 的情况下 确定某一组成环或各个组成环的基本尺寸及公差 或偏差 在尺寸链计算中 通常是以各环的基本尺寸及上 下偏差来表达的 也可用极限尺寸或平均尺寸和平均偏差来表达 为了计算的方便和统一 将尺寸链计算公式中所用的符号列于下表 6 2尺寸链计算的基本公式 1 20 6 2尺寸链计算的基本公式 2 21 封闭环基本尺寸计算公式 极值法 各增环尺寸之和减去各减环尺寸之和 式中 m为增环数 n为减环数 例如图中 设 A1 2 5 0 13 mm A2 101 0 20 mm A3 131 2 0 03 mm 求封闭环A A0 A3 A1 A2 131 2 2 5 101 27 7 mm 6 2尺寸链计算的基本公式 3 22 1 极限尺寸的计算封闭环的最大值等于各增环最大值之和减去各减环最小值之和 封闭环的最小值等于各增环最小值之和减去各减环最大值之和 6 2尺寸链计算的基本公式 4 23 例 A0max A3max A1min A2min 131 2 0 03 2 5 0 13 101 27 86 mm A0min A3min A1max A2max 131 2 0 03 2 5 0 13 101 0 20 27 34 mm A1 2 5 0 13 mm A2 101 0 20 mm A3 131 2 0 03 mm 6 2尺寸链计算的基本公式 5 24 2 上 下偏差的计算封闭环的上偏差等于各增环上偏差之和减去各减环下偏差之和 封闭环的下偏差等于各增环下偏差之和减去各减环上偏差之和 6 2尺寸链计算的基本公式 6 25 3 公差计算将封闭环的最大值减去封闭环的最小值 有公差计算公式 T0 A0max A0min 6 2尺寸链计算的基本公式 7 式中 i为组成环数 26 上式说明 封闭环的公差等于各组成环公差之和 例 仍举上例 有 T0 2 0 13 0 2 2 0 03 0 52 mm 由上式可知 用极值法计算的封闭环公差比任何组成环公差都大 因此 在设计时应选择最不重要的环作为封闭环 反之 当封闭环公差确定之后 组成环数越多 则每一环的公差就越小 对加工要求越高 加工成本越高 A1 2 5 0 13 mm A0 27 7 mm A2 101 0 20 mm ESA0 0 16 mm A3 131 2 0 03 mm EIA0 0 36 mm 6 2尺寸链计算的基本公式 8 27 在汽车零件从毛坯到成品的整个工艺过程中 经常要进行尺寸换算 在基准不重合时 工序间尺寸换算时 孔系坐标换算时都要利用尺寸链来进行计算 下面介绍利用上节公式来解工艺过程尺寸链的实例 6 3工艺过程尺寸链 1 28 一 基准不重合时的尺寸换算在机械加工工艺过程中 由于基准不重合而需要进行尺寸链换算的场合有 工序基准与定位基准不重合时的尺寸换算及工序基准与测量基准不重合时的尺寸换算 例1 图示为转向节的某一加工工序简图 该工序中有一加工内容为钻减振器部分两孔 14 3土0 05 mm 工件的定位如图所示 点Xl X2 X3 Y1 Y2和Z1分别限制工件的六个自由度 已知 本工序采用调整法进行加工 孔2相对于孔1的位置由机床保证 问 为了保证加工尺寸 应如何确定加工孔1的钻头中心线的位置 6 3工艺过程尺寸链 2 29 6 3工艺过程尺寸链 3 30 31 解 因为采用调整法加工 所以 根据加工要求 在加工一批工件之前必须确定好钻头沿X方向和沿Z方向移动的位置 并在加工中保持这个位置不变 如图所示 限制工件沿X方向和沿Z方向移动的定位基准为平面I和平面 按调整法原理 必须将刀具调整好到平面I和平面 之定位元件的距离 和 见图 这样才能通过刀具与机床夹具的相对位置从而保证刀具与工件工序基准之间的正确位置 由于尺寸是刀具的调整尺寸 在零件图和工序图上并无这些尺寸 因此 需利用尺寸链来进行换算 下面介绍这两个尺寸的具体计算过程 6 3工艺过程尺寸链 5 32 1 求尺寸 第一步确定尺寸链 根据尺寸链的定义 在图中寻找建立尺寸链的有关尺寸 注意 尺寸链中必须有要保证的工序尺寸和刀具调整尺寸 因为计算尺寸的目的就是为了保证工序尺寸 第二步画尺寸链图 第三步确定封闭环 分析如下 尺寸126 66土0 1 mm 是在本工序之前就已加工完成的 对本工序来讲 该尺寸是事先获得的 故不是封闭环 尺寸是本工序要直接保证的尺寸 故也不是封闭环 尺寸116 66土0 3 mm 是在本工序加工完成后自然形成 间接获得的尺寸 因此 它是封闭环 第四步确定增环和减环 由增环和减环的定义知 尺寸126 66 0 1 mm 是增环 尺寸是减环 6 3工艺过程尺寸链 6 33 第五步求出尺寸 基本尺寸的计算 按式有116 6 126 66一AA 10 mm 上 下偏差的计算 按式 4 3 有0 3 0 1 EIAEIA 0 2 mm 0 3 0 1 ESAESA 0 2 mm 第六步验算 按式有 2 0 1 2 0 2 0 6 mm 以上计算正确 所以 10土0 2 mm 6 3工艺过程尺寸链 7 34 2 求尺寸 建立尺寸链 尺寸173 1土0 5 mm 是加工后自然形成 间接保证的尺寸 因此它是封闭环 尺寸87 3士0 3 mm 是减环 尺寸是增环 基本尺寸的计算 173 1 B 87 3B 260 4 mm 上下偏差的计算 0 5 ESB 0 3 ESB 0 2 mm 0 5 EIB 0 3EIB 0 2 mm 验算 2 0 2 2 0 3 1 0 mm 所以 260 4土0 2 mm 6 3工艺过程尺寸链 8 35 例2 本例为工序间的尺寸换算问题 图4示为一带键槽的齿轮孔 要求最终加工后保证键槽深度46 0 3 mm 孔径 40 0 05 mm 有关加工顺序如下 工序20镗内孔至 39 6 0 10 mm 工序30插键槽至尺寸工序40热处理工序50磨内孔至 40 0 05 mm 因为热处理后零件的硬度很高 所以插键槽要放在热处理以前进行 热处理后键槽不再加工 孔还要磨削 求插键槽时应保证的尺寸 6 3工艺过程尺寸链 9 36 6 3工艺过程尺寸链 10 例2 37 解 工序尺寸应考虑到最终加工后 既保证键槽深度又保证孔径尺寸 求解工序间的尺寸 并不只有一条途径 可以通过建立不同的尺寸链来求解所需要的尺寸 但答案是惟一的 本例介绍一种解法 1 分析和建立尺寸链 2 确定封闭环 在尺寸链中 mm是工序20保证的 是工序30保证的 mm是工序50保证的尺寸 而mm是在环中其他尺寸获得后间接保证的尺寸 故它是封闭环 3 确定增环和减环 增环 mm 减环 mm 6 3工艺过程尺寸链 11 38 4 求基本尺寸及上 下偏差 46 A 20 19 8A 45 8 mm 0 3 ESA 0 025 0ESA 0 275 mm 0 ElA 0 0 05EIA 0 05 mm 5 验算 0 025 0 05 0 225 0 3 mm 以上计算正确 所以 mm 6 3工艺过程尺寸链 12 39 6 4尺寸链概率解法简介 1 一 极值法与概率法比较极值法 优点 简便 可靠 可保证不出现不合格品 缺点 根据关系式所分配给各组成环公差过于严格 甚至无法加工 概率法 优点 公差可以放大 有利于加工 缺点 有可能出现不合格品 但几率很小 40 6 4尺寸链概率解法简介 2 二 概率解法的数学依据在大批大量生产中 一个尺寸链中的各组成环尺寸的获得 彼此并无关系 因此可将它们看成是相互独立的随机变量 相互独立的随机变量 有两个特征数 1 算术平均值 这数值表示尺寸分布的集中位置 2 均方根偏差 这数值说明实际尺寸分布相对算术平均值的离散程度 41 6 4尺寸链概率解法简介 3 二 概率解法的数学依据独立随机变量平方和的均方差为 其中 这是用概率法解尺寸链的数学基础 它反映了封闭环误差与组成环误差间的基本关系 42 6 4尺寸链概率解法简介 4 由于尺寸链计算时 不是均方根偏差间的关系 而是以误差量 或公差 间的关系来计算 若尺寸链中各组成环的误差分布 都遵循正态分布规律 则其封闭环也将遵循正态分布规律 若取公差带T 6 则封闭环的公差与各组成环的公差关系可表示为 43 6 4尺寸链概率解法简介 5 概率解法与极值解法的比较 若各组成环公差相等 即令Ti TM时 概率解法 可求得各环的平均公差为 极值解法 可求得各环的平均公差为 比较结果 用概率解法可将组成环平均公差扩大倍 44 在汽车制造过程中 按照规定的技术要求 将若干个零件结合成组件 并进一步结合成部件以至整台汽车的装配过程 分别叫组装 部装和总装 在产品设计阶段 就要正确地分析和计算装配尺寸链 以便正确地标注零件尺寸 合理地确定公差和技术条件 同时 在装配时 要根据零件的加工精度和装配方法 验算装配精度 总之 无论进行哪种计算都必须先建立装配尺寸链 目前 汽车制造中常用的保证装配精度的装配方法有 互换装配法 选择装配法 调整装配