同济大学《机械制造技术基础》第六章 工艺规程设计(尺寸链)

节加工余量与工序尺寸(一)加工余量及其影响因素1、加工余量在由毛坯变为成品的过程中，在某加工表面上切除的金属层的总厚度称为该表面的加工总余量。以Z0表示。每一道工序所切除的金属层厚度称为工序间加工余量Zi。总余量与工序余量的关系：对于外圆和孔等旋转表面而言，加工余量是从直径上考虑的，故称为对称余量（即双边余量），即实际所切除的金属层厚度是直径上的加工余量之半。平面的加工余量则是单边余量，它等于实际所切除的金属层厚度。2021/5/91单边余量和双边余量2021/5/92工序尺寸公差一般按“入体原则”标注“入体（指向工件材料体内）原则”：对被包容尺寸(轴径)，上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸(孔径、槽宽)，下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。但是要注意：毛坯尺寸的制造公差带常取双向布置。2021/5/93对于被包容面而言工序间余量＝上工序的基本尺寸-本工序的基本尺寸；工序间最大余量＝上工序的最大极限尺寸-本工序的最小极限尺寸；工序间最小余量＝上工序的最小极限尺寸-本工序的最大极限尺寸。对于包容面而言工序间余量＝本工序的基本尺寸一上工序的基本尺寸；工序间最大余量＝本工序的最大极限尺寸-上工序的最小极限尺寸；工序间最小余量＝本工序的最小极限尺寸-上工序的最大极限尺寸。2021/5/943、加工余量的确定计算法经验估计法，加工余量由一些有经验的工程技术人员或工人根据经验确定。由于主观上有怕出废品的思想，故所估加工余量一般都偏大，此法只用于单件小批生产。查表法，此法以工厂生产实践和实验研究积累的经验为基础制成的各种表格数据为依据，再结合实际加工情况加以修正。用查表法确定加工余量，方法简便，比较接近实际，生产上广泛应用。2021/5/95二、工序尺寸及其公差的确定由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工用的尺寸，这些尺寸就称为工序尺寸。根据长期积累的经验，通过统计和分析，规定了各种加工方法的工序公差（见《金属机械加工工艺人员手册》及有关资料）。2021/5/961、基准重合时的情况2、基准面在加工时经过转换的情况一般都是通过解算工艺尺寸链确定的。2021/5/97一、尺寸链及尺寸链计算公式1、尺寸链的定义尺寸链：在工件加工和机器装配过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组。尺寸链的环：组成尺寸链的每一个尺寸。封闭环：尺寸链中凡属间接得到的尺寸。组成环：尺寸链中凡属通过直接得到的尺寸。（1）增环：当其它组成环的大小不变，若封闭环随着某组成环的增大而增大，则此组成环就称为增环。（2）减环：若封闭环随着某组成环的增大而减小，则此组成环就称为减环。2021/5/982、尺寸链图的作法：1）首先根据工艺过程，找出间接保证的尺寸，定作封闭环，一个尺寸链只有一个封闭环。这是解尺寸链的决定性的一步。2）从封闭环开始，按照零件表面的联系，依次画出直接获得的尺寸作为组成环，直至尺寸的终端回到封闭环的起点，形成一个封闭图形。2021/5/993、尺寸链计算尺寸链计算有极值法与统计法两种。用极值法解尺寸链是从尺寸链各环均处于极值条件来求解封闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的。用统计法解尺寸链则是运用概率论理论来求解封闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的。2021/5/9104、极值法解尺寸链的计算公式(1)封闭环基本尺寸式中，m—组成环数；k—增环数；(2)封闭环极限尺寸2021/5/911（3）封闭环极限偏差2021/5/9124、封闭环的公差T（A0）它说明：封闭环的公差等于各组成环公差之和。2021/5/913二、工艺尺寸链分析与计算实例2021/5/9142021/5/915例：在车床上已加工好外圆、内孔及各端面，现欲在铣床上铣出右端槽，并保证尺寸：。求试切时调整刀具的测量尺寸H、A及其上下偏差。2021/5/916基本尺寸ESEI25-0.02-0.06－20＋0.02050-0.062021/5/9172021/5/918第五节工艺方案的经济分析一、时间定额是指在一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额由以下几部分组成：（1）基本时间（2）辅助时间（3）布置工作地时间（4）休息和生理需要时间（5）准备与终结时间2021/5/919二、工艺成本制订某一零件的机械加工工艺规程时，不同的工艺方案有不同的经济效果，必须对各种不同的工艺方案进行经济分析。经济分析就是通过比较各种不同工艺方案的生产成本，选出其中最为经济的加工方案。工艺成本：生产成本包括两部分费用，一部分费用与工艺过程直接有关，另一部分费用与工艺过程不直接有关(例如行政人员工资、厂房折旧费、照明费、采暖费等)。2021/5/9201、工艺成本的组成及计算工艺成本由可变费用与不变费用两部分组成。可变费用与零件的年产量有关，它包括材料费(或毛坯费)、机床工人工资、通用机床和通用工艺装备维护折旧费等。不变费用与零件年产量无关，它包括专用机床、专用工艺装备的维护折旧费以及与之有关的调整费等。零件加工全年工艺成本S与单件工艺成本St可用下式表示：S＝VN+CSt=V+C/N式中：N—零件的年产量；V—可变成本；C—不变成本2021/5/921工艺成本2021/5/9222、工艺方案的经济评比(1)当需评比的工艺方案均采用现有设备或其基本投资相近时，可用工艺成本评比各方案经济性的优劣。两加工方案中少数工序不同，多数工序相同时，可通过计算少数不同工序的单件工序成本St1与St2进行评比两加工方案中，多数工序不同，少数工序相同时，则以该零件加工全年工艺成本进行比较(2)两种工艺方案的基本投资差额较大时，则在考虑工艺成本的同时，还要考虑基本投资差额的回收期限。2021/5/923工艺方案的经济评比2021/5/924三、编制工艺规程文件机械加工工艺过程卡片，此卡片以工序为单位简要说明工件的加工工艺路线，包括工序号、工序名称、工序内容、所经车间工段、所用机床与工艺装备的名称、时间定额等，它主要用来表示工件的加工流向，供安排生产计划、组织生产调度用。机械加工工序卡片，此卡片是在机械加工工艺过程卡片的基础上分别为每一工序编制的一种工艺文件，它指导操作工人完成某一工序的加工。此卡片主要用于大批大量生产，在成批生产中加工一些比较重要的工件时，有时也编制机械加工工序卡片。工序卡片要求画工序简图，工序简图须用定位夹紧符号表示定位基准、夹压位置和夹压方式，用粗线指出本工序的加工表面，标明工序尺寸公差及其技术要求。对于多刀加工和多工位加工，还应绘出工序布置图，要求表明每个工位刀具和工件的相对位置和加工要求。2021/5/925第六节机器装配工艺规程设计一、概述(一)机器装配与装配工艺系统图

根据规定的技术要求，将零件或部件进行配合和连接，使之成为半成品或成品的过程，称为装配。机器的装配是机器制造过程中最后一个环节，它包括装配、调整、检验和试验等工作。装配过程使零件、套件、组件和部件间获得一定的相互位置关系，所以装配过程也是一种工艺过程。机器质量最终是通过装配保证的，装配质量在很大程度上决定了机器的最终质量，装配工艺过程在机械制造中占有十分重要的地位。2021/5/926独立装配单元的划分装配单元：机器中能独立装配的部分基准零件：用于联结相关零件（套件/组件/部件）并确定各零件的相对位置的零件。套件是在每一个基准零件上装上一个或若干个零件构成的。组件是在一个基准件上，装上若干零件和套件构成的。为此而进行的装配工作称为组装。部件是在一个基准件上，装上若干组件、套件和零件构成的，为此而进行的装配工作称为部装。一台机器则是在一个基准件上，装上若干部件、组件、套件和零件构成的，为此而进行的装配工作称为总装。2021/5/927桑塔纳2000转向机2021/5/928基准零件2021/5/929装配工艺系统图在装配工艺系统图上，每一个单元用一个长方形框表示，标明零件、套件、组件和部件的名称、编号及数量。在装配工艺系统图上，装配工作由基准件开始沿水平线自左向右进行，一般将零件画在上方，套件、组件、部件画在下方，其排列次序就是装配工作的先后次序。2021/5/930装配工艺系统图2021/5/931装配工艺系统图2021/5/932装配工艺系统图2021/5/933(二)装配精度与装配尺寸链2021/5/934机器的装配精度在根据机器的装配精度要求来设计机器零部件尺寸及其精度时，必须考虑装配方法的影响，装配方法不同，解算装配尺寸链的方法截然不同，所得结果差异甚大。2021/5/935二、保证装配精度的装配方法(一)互换装配法(二)分组装配法(三)修配装配法(四)调整装配法2021/5/936互换装配法采用互换法装配时，被装配的每一个零件不需作任何挑选、修配和调整就能达到规定的装配精度要求。用互换法装配，其装配精度主要取决于零件的制造精度。根据零件的互换程度，互换法装配可分为完全互换法装配和统计互换法装配。2021/5/9371、完全互换装配法采用完全互换法装配时，应用极值法计算装配尺寸链优点：装配质量稳定可靠；装配过程简单，效率高；易于实现自动装配；产品维修方便。不足之处是：当装配精度要求较高，尤其是在组成环数较多时，组成环的制造公差规定得严，零件制造困难，加工成本高。所以，完全互换装、配法适于在成批生产、大量生产中装配那些组成环数较少或组成环数虽多但装配精度要求不高的机器结构。2021/5/938完全互换装配法一、极值法解算装配尺寸链1)计算封闭环基本尺寸A0

2)计算封闭环公差T03)确定各组成环公差首先计算各组成环的平均公差Tav按等公差值分配Ti=Tm=T0/(N-1)按等精度分配2021/5/939完全互换装配法4)确定各组成环的极限偏差组成环尺寸的极限偏差一般按“偏差入体标注”原则配置。5)核算封闭环的极限尺寸2021/5/9402、统计互换装配法统计互换装配法又称不完全互换装配法，其实质是将组成环的制造公差适当放大，使零件容易加工。统计互换装配方法适于在大批大量生产中装配那些装配精度要求较高且组成环数又多的机器结构。不足之处是：装配后有极少数产品达不到规定的装配精度要求，须采取另外的返修措施。2021/5/9412021/5/942例1、以下图为例。一个键装入轴的槽中，根据设计要求，需要保证一定的间隙。设键的宽度基本尺寸以A1表示，轴的槽宽基本尺寸以A2表示，间隙基本尺寸以A0表示。2021/5/9431）首先考虑用完全互换装配法，计算平均精度：2021/5/944用概率计算法（式6-23）2021/5/9452021/5/9462021/5/9472021/5/9482021/5/949(二)分组装配法组成环按加工经济精度制造，然后测量组成环的实际尺寸并按尺寸范围分成若干组，装配时被装零件按对应组号进行装配，达到装配精度要求。适于在大批大量生产中装配那些组成环数少而装配精度又要求特别高的机器结构。采用分组法装配最好能使两相配件的尺寸分布曲线具有完全相同的对称分布曲线。零件的分组数不宜太多，否则会因零件测量、分类、保管、运输工作量的增大而使生产组织工作变得相当复杂。2021/5/950分组法装配的优、缺点优点：零件的制造精度不高，但却可获得很高的装配精度；组内零件可以互换，装配效率高。缺点：增加了零件测量、分组、存贮、运输的工作量。2021/5/951(三)修配装配法在单件生产、小批生产中装配那些装配公差要求高、组成环数又多的机器结构时，常用修配法装配。各组成环均按经济精度加工，装配时封闭环所积累的误差，势必会超出规定的装配精度要求；为了达到规定的装配精度，装配时须修配装配尺寸链中某一组成环的尺寸(此组成环称为修配环)。为减少修配工作量，应选择那些便于进行修配的组成环做修配环。要求修配环必须留有足够但又不是太大的修配量。2021/5/952修配装配法的优、缺点优点组成环均能以加工经济精度制造，但却可获得很高的装配精度。缺点增加了修配工作量，生产效率低；对装配工人的技术水平要求高。修配装配法常用于单件小批生产中装配那些组成环数较多而装配精度又要求较高的机器结构。2021/5/953(四)调整装配法装配时用改变调整件在机器结构中的相对位置或选用合适的调整件来达到装配精度的装配方法。除调整环外各组成环均以加工经济精度制造，由于扩大组成环制造公差累积造成的封闭环过大的误差，通过调节调整件相对位置的方法消除，最后达到装配精度要求。2021/5/954调整法可动调整法固定调整法误差抵消调整法2021/5/955调整装配法的优、缺点优点组成环均能以加工经济精度制造，但却可获得较高的装配精度；装配效率比修配装配法高。缺点要另外增加一套调整装置。可动调整法和误差抵消调整法适于在小批生产中应用，固定调整法则主要用于大批量生产。2021/5/956第七节机械产品设计的工艺性评价机械产品设计除了应满是产品使用性能外，还应满足制造工艺的要求，否则就有可能影响产品生产效率和产品成本，严重时甚至无法生产。一个工艺性评价低劣的产品，在激烈竞争的市场经济环境中是站不住脚的。一个好的产品设计师必