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第五章 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 典型案例 在機(jī)械加工中，常會(huì)遇到諸如軸類、套類、盤類、桿類、箱體類等各種各樣零件。雖然它們形狀各異，但在考慮它們的加工工藝時(shí)卻存在許多共性。如圖5-1所示套類零件，當(dāng)安排其加工工藝時(shí)，必然要考慮這樣一些問(wèn)題，如該零件的主要技術(shù)要求有哪些? 哪些表面是零件的主要加工表面？這些表面用什么方法加工、分幾次加工？各表面的加工順序如何？每個(gè)工序（工步）的加工余量多大？如何確定各道工序的工序尺寸及其公差？另外還要考慮零件的材料、毛坯形式、工件如何定位和夾緊等問(wèn)題。上述這些問(wèn)題均要在本章中進(jìn)行討論。 圖5-1 軸套零件 5.1 概述 一、機(jī)械加工工藝規(guī)程及其作用 將產(chǎn)品或零部件的制造工藝過(guò)程的所有內(nèi)容用圖、表、文字的形式規(guī)定下來(lái)的工藝文件匯編稱為工藝規(guī)程。 機(jī)械加工工藝規(guī)程的作用可概括為： ⑴ 組織、管理和指導(dǎo)生產(chǎn)。生產(chǎn)的計(jì)劃、調(diào)度，工人的操作，質(zhì)量的檢查等都是以機(jī)械加工工藝規(guī)程為依據(jù)，一切生產(chǎn)人員都不得隨意違反機(jī)械加工工藝規(guī)程，工藝規(guī)程是產(chǎn)品質(zhì)量保證的根本所在。 ⑵ 機(jī)械加工工藝規(guī)程是各項(xiàng)生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的技術(shù)依據(jù)。在產(chǎn)品投入大批量生產(chǎn)以前，需要做大量的生產(chǎn)準(zhǔn)備和技術(shù)準(zhǔn)備工作，例如：廠房的改造或規(guī)劃建設(shè)；設(shè)備的改造或新設(shè)備的購(gòu)置和訂做；關(guān)鍵技術(shù)的分析與研究；工裝的設(shè)計(jì)制造或選購(gòu)等。這些工作都必須根據(jù)機(jī)械加工工藝規(guī)程來(lái)展開。 ⑶ 技術(shù)的儲(chǔ)備和交流。工藝規(guī)程體現(xiàn)了一個(gè)企業(yè)的工藝技術(shù)水平，它是一個(gè)企業(yè)技術(shù)得以不斷發(fā)展的基石，也是先進(jìn)技術(shù)得以推廣、交流的技術(shù)文件，所有的機(jī)械加工工藝規(guī)程幾乎都要經(jīng)過(guò)不斷的修改與補(bǔ)充才能不斷吸收先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展。 二、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原則 ⑴ 必須可靠的保證零件圖紙上所有技術(shù)要求的實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)機(jī)械加工工藝規(guī)程時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)圖紙某一技術(shù)要求規(guī)定的不適當(dāng)，只能向有關(guān)部門提出建議，不得擅自修改圖紙或不按圖紙要求去做。 ⑵ 在規(guī)定的生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)批量下，一般要求工藝成本最低。 ⑶ 充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件，少花錢，多辦事。 ⑷ 盡量減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障生產(chǎn)安全，創(chuàng)造良好、文明的 勞動(dòng)條件。 三、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)所需的原始資料 在制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程時(shí)，必須具備下列原始資料： ⑴ 零件圖和產(chǎn)品整套裝配圖； ⑵ 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型； ⑶ 產(chǎn)品的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)； ⑷ 毛坯情況； ⑸ 本廠的生產(chǎn)條件和技術(shù)水平； ⑹ 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展情況。 四、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的步驟 制訂工藝規(guī)程的主要步驟大致如下： ⑴ 零件的工藝性分析。主要分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性、技術(shù)要求、生產(chǎn)類型等內(nèi)容。 ⑵ 確定毛坯。依據(jù)零件在產(chǎn)品中的作用和生產(chǎn)綱領(lǐng)以及零件本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定毛坯的種類、制造方法、精度等內(nèi)容。工藝人員在設(shè)計(jì)機(jī)械加工工藝規(guī)程之前，首先要熟悉毛坯的特點(diǎn)。例如，其分型面，澆口和鑄鋼件冒口的位置以及鑄件公差和拔模斜度等。這些內(nèi)容均與工藝路線的制訂密切相關(guān)。 ⑶ 擬定工藝路線，選擇定位基準(zhǔn)。這是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。 ⑷ 確定各工序的設(shè)備和工裝。設(shè)備和工裝的選擇需要與零件的生產(chǎn)類型、加工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相匹配，對(duì)需要改裝和重新設(shè)計(jì)的專用設(shè)備和工藝裝備應(yīng)提出具體設(shè)計(jì)任務(wù)書。 ⑸ 確定主要工序的生產(chǎn)技術(shù)要求和質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。 ⑹ 確定各工序的余量，計(jì)算工序尺寸和公差。 ⑺ 確定各工序的切削用量。在單件、小批生產(chǎn)中，切削用量多由操作者自行決定，機(jī)械加工工藝卡中一般不作明確規(guī)定。在中批，特別是在大批大量生產(chǎn)時(shí)，為了保證生產(chǎn)的合理性和節(jié)奏均衡，在工藝規(guī)程中對(duì)切削用量有詳盡的規(guī)定，并不得隨意改動(dòng)。 ⑻ 確定工時(shí)定額。 ⑼ 填卡、裝訂。 五、機(jī)械加工工藝規(guī)程的格式 工藝規(guī)程是由一系列工藝文件所構(gòu)成，工藝文件一般以卡片的形式來(lái)體現(xiàn)，這些卡片包括：工藝過(guò)程卡、工序卡、檢驗(yàn)卡、調(diào)整卡等。 在我國(guó)各機(jī)械制造廠使用的機(jī)械加工工藝規(guī)程表格的形式不盡一致，但是其基本內(nèi)容是相同的。在單件小批生產(chǎn)中，一般只編寫簡(jiǎn)單的機(jī)械加工工藝過(guò)程卡（參見表5-1）；在中批生產(chǎn)中，多采用機(jī)械加工工藝卡片（參見表5-2）；在大批大量生產(chǎn)中，則要求有詳細(xì)和完整的工藝文件，要求各工序都要有機(jī)械加工工序卡（參見表5-3）；對(duì)半自動(dòng)及自動(dòng)機(jī)床，則要求有機(jī)床調(diào)整卡，對(duì)檢驗(yàn)工序則要求有檢驗(yàn)工序卡等。 表5-1 工藝過(guò)程卡片 表5-2 機(jī)械加工工藝卡片 表5-3 機(jī)械加工工序卡片 5.2 機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 一、零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 結(jié)構(gòu)工藝性是指產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是否滿足優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本制造的一種性質(zhì)。零件結(jié)構(gòu)工藝性的優(yōu)、劣不是一成不變的，在不同的要求和生產(chǎn)條件下是可以變化的。在保證使用要求的前提下，為了優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、材料消耗、生產(chǎn)成本等要素。這就要求在進(jìn)行產(chǎn)品和零件設(shè)計(jì)時(shí)，一定要保證合理的結(jié)構(gòu)工藝性。 表5-4列舉了在常規(guī)工藝條件下零件結(jié)構(gòu)工藝性定性分析的例子，供零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝性分析時(shí)參考。 表5-4 零件結(jié)構(gòu)工藝性舉例 序號(hào) 零件結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)工藝性不好 結(jié)構(gòu)工藝性好 1 加工孔離壁太近，與輔具（或主軸）干涉，無(wú)法進(jìn)刀 加大加工孔與壁之間距離，或取消進(jìn)刀方向的立壁，就可以方便進(jìn)刀 2 無(wú)退刀槽，攻絲無(wú)法加工，車螺紋時(shí)易打刀 設(shè)計(jì)退刀槽，可以方便螺紋加工 3 無(wú)退刀槽，刀具工作環(huán)境惡劣 設(shè)計(jì)退刀孔槽，可以改善刀具工作環(huán)境 4 臺(tái)階尺寸太小，加工鍵槽時(shí)，易劃傷左端孔表面 加大尺寸h，可以避免劃傷左端孔 5 無(wú)退刀槽，小齒輪無(wú)法加工 設(shè)計(jì)退刀槽，可以方便小齒輪加工 6 無(wú)退刀槽，兩端軸頸磨削時(shí)無(wú)法清根 設(shè)計(jì)退刀槽，可以方便兩端軸頸磨削清根 7 孔口設(shè)計(jì)成斜面，鉆孔加工時(shí)，刀具易引偏或折斷 孔口設(shè)計(jì)平臺(tái)，可以方便鉆孔加工時(shí)刀具進(jìn)刀 8 退刀槽尺寸不一，增加刀具種類和換刀次數(shù) 統(tǒng)一退刀槽尺寸，可以減少刀具種類和換刀次數(shù) 9 螺紋孔尺寸接近但不同，增加刀具種類 螺紋孔尺寸統(tǒng)一，可以減少刀具種類和換刀次數(shù) 10 平面太大，增加加工量，平面度也不便保證 減小加工面面積，可以減少加工量，方便保證平面度 11 外圓和內(nèi)孔無(wú)法在一次安裝中加工，不便保證外圓和內(nèi)孔的同軸度 在外圓上設(shè)計(jì)臺(tái)階，可以方便保證外圓和內(nèi)孔的同軸度 12 孔出口處余量偏置，鉆頭易引偏或折斷 孔出口處設(shè)計(jì)平坦，孔加工方便 13 加工B面時(shí)，A面太小，定位不方便 設(shè)計(jì)兩個(gè)工藝凸臺(tái)，可以方便B面加工時(shí)的定位，加工后可以再將凸臺(tái)去處 14 鍵槽分布在不同方向，無(wú)法一次安裝中加工出來(lái) 將鍵槽設(shè)計(jì)在同一方向，可以一次安裝中加工出來(lái) 15 孔太深，深孔加工有困難 減小孔深度，可以方便加工 16 錐面需要磨削，錐面和圓柱面交接處無(wú)法清根 錐面和圓柱面交接處設(shè)計(jì)成臺(tái)肩，可以方便錐面磨削 17 裝配面設(shè)計(jì)在腔體內(nèi)部不便加工和裝配 裝配面設(shè)計(jì)在腔體外部可以方便加工和裝配 18 臺(tái)階面不等高，加工時(shí)需兩次安裝或兩次調(diào)刀 臺(tái)階面設(shè)計(jì)成等高，可以減少輔助時(shí)間 19 孔內(nèi)壁設(shè)計(jì)溝槽不便加工 將溝槽設(shè)計(jì)在裝配件外圓柱面上，可以方便加工 二、確定毛坯 毛坯的種類和質(zhì)量對(duì)零件的加工質(zhì)量、材料消耗、生產(chǎn)率、成本均有影響，而且還會(huì)影響零件的力學(xué)性能和使用性能。因此，選擇毛坯種類和制造方法時(shí)，我們必須首先滿足零件的力學(xué)性能和使用性能要求，同時(shí)希望毛坯與成品零件盡可能接近，以節(jié)約材料、降低成本。但這樣又會(huì)造成毛坯制造難度增加、成本提高。為合理解決這個(gè)矛盾，選擇毛坯時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)；零件的性能要求；毛坯的制造方法及其工藝特點(diǎn)；零件形狀與尺寸；現(xiàn)有生產(chǎn)條件。 表5-5列舉了各種毛坯制造方法的工藝特點(diǎn)。 表5-5 常見毛坯制造方法的工藝特點(diǎn) 毛坯制 造方法 工件尺寸大小 壁厚 （mm） 結(jié)構(gòu)的 復(fù)雜性 適用生 產(chǎn)類型 材料 精度等 級(jí)（IT） 尺寸公 差（mm） 其它工 藝特點(diǎn) 型材 小型 簡(jiǎn)單 各種類型 各種材料 余量較大。 焊接件 大中型 較復(fù)雜 單件小 批生產(chǎn) 鋼材 余量大，有內(nèi)應(yīng)力。 手工砂 型鑄造 各種 尺寸 ≥3～5 復(fù)雜 單件小 批生產(chǎn) 鐵碳合金、有色金屬及其合金 14～16 1～8 生產(chǎn)率低，余量大。 機(jī)械砂 型鑄造 中小型 ≥3～5 復(fù)雜 大批量 生產(chǎn) 同上 14左右 1～3 生產(chǎn)率高，設(shè)備復(fù)雜。 金屬型 鑄造 中小型 ≥1.5 較復(fù)雜 中、大 批生產(chǎn) 同上 10～12 0.1～0.5 生產(chǎn)率高。 壓鑄 中小型 ≥0.5（鋅） ≥10（其它合金） 由模型 制造難 易決定 大批量 生產(chǎn) 鋅、鋁、鎂、銅、錫、鉛各金屬合金 8～11 0.05～0.2 生產(chǎn)率高，設(shè)備昂貴。 離心 鑄造 中小型 ≥3～5 旋轉(zhuǎn)體 大批量 生產(chǎn) 鐵碳合金、有 色金屬及其合金 15～16 1～8 生產(chǎn)率高，設(shè)備復(fù)雜。 熔模 鑄造 小型零件 ≥0.8 復(fù)雜 成批大 量生產(chǎn) 難切削 材料 7～10 0.05～0.15 占地面積小，便于流水線。 殼模 鑄造 中小型 ≥1.5 復(fù)雜 各種生 產(chǎn)類型 鐵和有 色金屬 12～14 生產(chǎn)率高，便于自動(dòng)化。 自由 鍛造 各種 尺寸 不限制 簡(jiǎn)單 單件小 批生產(chǎn) 碳素鋼 合金鋼 14～16 1.5～2.5 生產(chǎn)率低，要求工人技術(shù)水平高。 錘上 模鍛 中小型 ≥2.5 由鍛模 制造難 易決定 成批大 量生產(chǎn) 碳素鋼 合金鋼 11～15 0.4～2.5 生產(chǎn)率高。 精密 模鍛 小型 ≥1.5 由鍛模 制造難 易決定 大批 量生產(chǎn) 碳素鋼 合金鋼 8～11 0.05～0.1 生產(chǎn)率高，余量小。 板料 冷沖壓 各種 尺寸 0.1～10 復(fù)雜 大批 量生產(chǎn) 板材 8～10 0.05～0.5 生產(chǎn)率高。 三、定位基準(zhǔn)的選擇 加工時(shí)用以確定工件定位的基準(zhǔn)稱為定位基準(zhǔn)。它又有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，粗基準(zhǔn)是指未經(jīng)機(jī)械加工的定位基準(zhǔn)，而精基準(zhǔn)則是經(jīng)過(guò)機(jī)械加工的定位基準(zhǔn)。 選擇定位基準(zhǔn)的首要目的是為了保證加工后零件各表面的位置精度和位置關(guān)系，同時(shí)還要考慮對(duì)各工序余量、工藝流程、夾具結(jié)構(gòu)的影響，以及流水線和自動(dòng)線加工的需要。 定位基準(zhǔn)選擇時(shí)，需要全面考慮各方面的因素，選擇一組合理的定位基準(zhǔn)。同時(shí)還要考慮到粗、精基準(zhǔn)的區(qū)別。 1．粗基準(zhǔn)的選擇原則 粗基準(zhǔn)選擇的主要目的是：保證非加工面與加工面的位置關(guān)系；保證各加工表面余量的合理分配。因此，選擇粗基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)考慮下列一些問(wèn)題： ⑴ 余量分配原則 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)保證工件各表面加工時(shí)余量足夠或均勻的要求。 下面先分析一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。圖5-2所示零件的毛坯，在鑄造時(shí)孔3和外圓1難免有偏心。加工時(shí)，如果采用不加工的外圓1作為粗基準(zhǔn)裝夾工件（用三爪自定心卡盤夾住外圓1）進(jìn)行加工，則加工面2與不加工面1同軸，可以保證壁厚均勻，但是加工面2的加工余量則不均勻，如圖5-2a所示。 圖5-2 不同粗基準(zhǔn)選擇的余量比較 如果采用該零件的毛坯孔3作為粗基準(zhǔn)裝夾工件（用四爪單動(dòng)卡盤夾住外圓1，按毛坯孔3找正）進(jìn)行加工，則加工面2與該面的毛坯孔3同軸，即加工面2時(shí)的余量是均勻的，但是加工面2與不加工面外圓1則不同軸，即壁厚不均勻，如圖5-2b所示。 再如圖5-3所示車床床身加工中，導(dǎo)軌面是最重要的表面，不僅精度要求高，而且要求導(dǎo)軌面有均勻的金相組織和較高的耐磨性，因此希望加工時(shí)導(dǎo)軌面去除余量要小而且均勻。因此應(yīng)以導(dǎo)軌面為粗基準(zhǔn)，先加工底面，然后在以底面為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就可以保證導(dǎo)軌面的加工余量均勻。否則，若違背本條原則必將造成導(dǎo)軌余量的不均勻。 圖5-3 床身加工中的粗基準(zhǔn)選擇 ⑵ 位置關(guān)系原則 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)盡量保證最終零件上非加工表面與加工表面之間的相互位置關(guān)系要求。 如圖5-4a所示的撥桿，雖然不加工面很多，但由于要求H9孔與mm外圓同軸，因此在鉆H9孔時(shí)應(yīng)選擇mm外圓作為粗基準(zhǔn)，利用三爪自定心夾緊機(jī)構(gòu)使mm外圓與鉆孔中心同軸。 圖5-4 位置要求對(duì)粗基準(zhǔn)選擇的影響 ⑶ 便于工件裝夾的原則 選粗基準(zhǔn)時(shí)，必須考慮定位準(zhǔn)確，夾緊可靠以及夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等問(wèn)題。為了保證定位準(zhǔn)確，夾緊可靠，要求選用的粗基準(zhǔn)盡可能平整、光潔和有足夠大的尺寸，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆、冒口或其它缺陷。 ⑷ 粗基準(zhǔn)一般不得重復(fù)使用的原則 在同一尺寸方向上的粗基準(zhǔn)一般不應(yīng)被重復(fù)使用。這是因?yàn)槊鞯亩ㄎ幻嬉话愣己艽植?，在兩次裝夾中重復(fù)使用同一粗基準(zhǔn)，就會(huì)造成相當(dāng)大的定位誤差（有時(shí)可達(dá)幾毫米）。 如圖5-5a所示的零件，其內(nèi)孔、端面及3-mm孔都需要加工，如果按圖5-5b、c所示工藝方案，即第一道工序以mm外圓為粗基準(zhǔn)車端面、鏜孔；第二道工序仍以mm外圓為粗基準(zhǔn)鉆3-mm孔，這樣就可能使鉆出的孔軸線與端面不垂直。如果用圖5-5b、d所示工藝方案就可以避免上述問(wèn)題，其第二道工序是用第一道工序已經(jīng)加工出來(lái)的內(nèi)孔和端面作精基準(zhǔn)，就較好的解決了圖5-5b、c工藝方案產(chǎn)生的不垂直問(wèn)題。 對(duì)粗基準(zhǔn)不重復(fù)使用原則，注意不要濫用。例如在圖5-6a所示的零件圖中，第一道工序加工H7孔和端面時(shí)，用法蘭臺(tái)肩面和外形定位，第二道工序鉆2-mm孔的時(shí)候，除了用H7孔和端面作精基準(zhǔn)定位外，仍需用外形粗基準(zhǔn)來(lái)限制繞H7孔軸線的回轉(zhuǎn)自由度。此時(shí)，粗基準(zhǔn)的重復(fù)使用并不影響兩道工序加工面之間的位置精度要求，這時(shí)的粗基準(zhǔn)重復(fù)使用是允許的。 上述選擇粗基準(zhǔn)的四條原則，每一條原則都只說(shuō)明一個(gè)方面的問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，劃線裝夾有時(shí)可以兼顧這四條原則，而夾具裝夾則不能同時(shí)兼顧，這就需要根據(jù)具體情況，抓住主要矛盾，解決主要問(wèn)題。 a）零件圖 b）車端面及內(nèi)孔 c）重復(fù)使用鉆3-mm孔 d）精基準(zhǔn)定位鉆3-mm孔 圖5-5 粗基準(zhǔn)不重復(fù)使用示例 a) 工件簡(jiǎn)圖 b) 加工簡(jiǎn)圖 圖5-6 粗基準(zhǔn)重復(fù)使用舉例 2．精基準(zhǔn)的選擇原則 選擇精基準(zhǔn)時(shí)要考慮的主要問(wèn)題是保證零件設(shè)計(jì)的位置精度要求以及裝夾準(zhǔn)確、可靠、方便。為此，一般應(yīng)遵循以下原則： ⑴ 基準(zhǔn)重合原則 定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能與被加工面的工序基準(zhǔn)或設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合的工藝原則。采用基準(zhǔn)重合原則就可以避免基準(zhǔn)不重合誤差的產(chǎn)生，這在工序加工精度要求較高的場(chǎng)合顯得尤為重要。 ⑵基準(zhǔn)統(tǒng)一原則 盡量選用一組精基準(zhǔn)定位，加工工件上大多數(shù)（或所有）其它表面的工藝原則。 工件上往往有許多需要加工的表面，會(huì)有多個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。要遵循基準(zhǔn)重合原則，就會(huì)有較多定位基準(zhǔn)，因而夾具種類較多。為了減少夾具種類，簡(jiǎn)化夾具結(jié)構(gòu)，可設(shè)法在工件上找到一組基準(zhǔn)，或在工件上專門設(shè)計(jì)一組輔助定位基準(zhǔn)，用它們來(lái)定位加工工件上多個(gè)表面，這樣就可以簡(jiǎn)化夾具設(shè)計(jì)，減少工件搬動(dòng)和翻轉(zhuǎn)的次數(shù)，有利于自動(dòng)化加工的需要。 應(yīng)當(dāng)指出，采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則時(shí)常常會(huì)帶來(lái)基準(zhǔn)不重合的問(wèn)題。在這種情況下，要優(yōu)先保證加工精度要求，在加工精度能夠保證的前提下，一般采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。 ⑶ 互為基準(zhǔn)原則 當(dāng)某些表面位置精度要求很高時(shí)，采用互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的一種工藝原則。 如圖5-7所示，精密齒輪的精加工通常是在齒面淬硬以后再磨齒面及內(nèi)孔，因齒面淬硬較薄，磨齒余量應(yīng)力求小而均勻，所以就必須先以齒面為基準(zhǔn)磨內(nèi)孔，然后再以內(nèi)孔為基準(zhǔn)磨齒面。這樣，不但可以做到磨齒余量小而均勻，而且還能保證輪齒基圓對(duì)內(nèi)孔有較高的同軸度。 1—卡盤 2—滾柱 3—齒輪 圖5-7 齒輪精加工工藝 ⑷ 自為基準(zhǔn)原則 當(dāng)加工面的表面質(zhì)量要求很高時(shí)，為保證加工面有很小且均勻的余量，常用加工面本身作基準(zhǔn)進(jìn)行加工的一種工藝原則。鉸孔、拉孔、浮動(dòng)鏜刀鏜孔等都是這一原則的體現(xiàn)。 ⑸ 便于裝夾原則 所選擇的精基準(zhǔn)，應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、可靠、夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。 3．輔助基準(zhǔn) 有時(shí)工件上沒(méi)有合適的表面用作定位基準(zhǔn)，這就需要在工件上專門設(shè)置或加工出定位基準(zhǔn)，這種基準(zhǔn)稱為輔助基準(zhǔn)。輔助基準(zhǔn)在零件的工作中并無(wú)用處，它僅僅是為了加工需要而設(shè)置的，例如軸類工件加工時(shí)用的中心孔，箱體工件的兩個(gè)工藝孔，活塞加工用的止口和下端面就是典型的例子。如圖5-8所示。 圖5-8 活塞加工用的輔助精基準(zhǔn) 四、工藝路線的擬定 工藝路線擬定是制定機(jī)械加工工藝規(guī)程的核心工作。其主要任務(wù)是確定機(jī)械加工路線、熱處理工序、檢驗(yàn)工序及其它工序的先后順序。而機(jī)械加工路線的確定又是工藝路線擬定工作的核心。工藝路線的最終確定，一般要通過(guò)多方案比較，即通過(guò)對(duì)幾條工藝路線的分析和比較，從中選出一條適合本廠生產(chǎn)條件的，能夠保證優(yōu)質(zhì)、高效和低成本加工的最佳工藝路線。下面就工藝路線安排中的主要問(wèn)題加以討論： 1．各表面加工方法與加工路線的確定 擬定零件機(jī)械加工路線時(shí)：需要根據(jù)零件各個(gè)加工表面的設(shè)計(jì)質(zhì)量要求，首先確定其最終精加工方法；然后再根據(jù)各加工表面的精度要求，確定加工次數(shù)和方法。這就可以構(gòu)成各加工表面的加工路線。 在選擇加工方法時(shí)，需要綜合考慮的問(wèn)題有：工件的表面特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；表面所要求的加工質(zhì)量；工件的材料及熱處理狀態(tài)；生產(chǎn)類型；生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性；工廠現(xiàn)有生產(chǎn)條件和技術(shù)的發(fā)展情況等。 外圓、內(nèi)孔和平面是構(gòu)成零件的典型表面，占有構(gòu)成零件表面的絕大部分。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，針對(duì)這些表面形成了一些比較成熟的加工方案，熟悉這些表面的加工方案對(duì)編制工藝路線有很大指導(dǎo)意義。 表5-6、表5-7、表5-8分別列出了外圓表面、孔、平面的機(jī)械加工路線及其工藝特點(diǎn)。 2 加工階段的劃分 零件的加工一般要分階段進(jìn)行，不同階段有不同的任務(wù)和目的。零件的加工最多可劃分為五個(gè)加工階段：去皮加工階段，粗加工階段，半精加工階段，精加工階段，光整加工。一般零件的加工常分三個(gè)加工階段：粗加工階段，半精加工階段，精加工階段，有飛邊、冒口等多余材料的毛坯可安排去皮加工階段，表面質(zhì)量要求較高的需要安排光整加工階段。 表5-6 外圓面加工路線及其工藝特點(diǎn) 加工方案 經(jīng)濟(jì)精度 表面粗糙度 （μm） 工藝特點(diǎn) 粗車 半精車 精車 滾壓（或拋光） IT11～13 IT8～9 IT7～8 IT6～7 Ra50～100 Ra3.2～6.3 Ra0.8～1.6 Ra0.08～0.20 應(yīng)用廣泛，適用于非淬火工件的加工。 粗車 半精車 磨削 粗磨 精磨 超精磨 IT6～7 IT5～7 IT5 Ra0.40～0.80 Ra0. 10～0.40 Ra0.012～0.10 主要用于淬火鋼，不適宜加工有色金屬 粗車 半精車 精車 金剛石車 IT5～6 Ra0.025～0.40 主要用于有色金屬 粗車 半精車 粗磨 精磨 鏡面磨 精車 精磨 研磨 粗研 拋光 IT5以上 IT5以上 IT5以上 Ra0.025～0.20 Ra0.05～0.10 Ra0.025～0.40 主要用于要求高質(zhì)量的表面加工 表5-7 孔加工路線及其工藝特點(diǎn) 加工方案 經(jīng)濟(jì)精度 表面粗糙度 （μm） 工藝特點(diǎn) 鉆孔 擴(kuò)孔 鉸孔 粗鉸 精鉸 鉸孔 粗鉸 精鉸 IT11～13 IT10～11 IT8～9 IT7～8 IT8～9 IT7～8 Ra≥50 Ra25～50 Ra1.6～3.2 Ra0.8～1.6 Ra1.6～3.2 Ra0.8～1.6 用于加工未淬火實(shí)心毛坯的小直徑孔，加工有色金屬時(shí)，表面粗糙度稍大 鉆孔 （擴(kuò)孔） 拉孔 IT7～8 Ra0.80～1.60 適合大批量生產(chǎn) 粗鏜（或擴(kuò)） 半精鏜（或精擴(kuò)） 精鏜（或鉸） 浮動(dòng)鏜 IT11～13 IT8～9 IT7～8 IT6～7 Ra25～50 Ra1.6～3.2 Ra0.80～1.6 Ra0.20～0.40 用于非淬火材料，已有毛坯孔的加工 粗鏜（或擴(kuò)） 半精鏜 磨 粗磨 精磨 IT7～8 IT6～7 Ra0.20～0.80 Ra0.10～0.20 主要用于加工淬火鋼，不適合有色金屬 粗鏜 半精鏜 精鏜 金剛鏜 IT6～7 Ra0. 05～0.20 用于位置精度要求較高的孔 鉆孔 （擴(kuò)） 粗鉸 精鉸 珩磨（或研磨） 拉孔 珩磨（或研磨） 粗鏜 半精鏜 精鏜 珩磨（或研磨） IT6～7 IT6～7 IT6～7 Ra0.01～0.20 Ra0.01～0.20 Ra0.01～0.20 用于表面質(zhì)量要求高的孔加工 表5-8 平面加工路線及其工藝特點(diǎn) 加工方案 經(jīng)濟(jì)精度 表面粗糙度 （μm） 工藝特點(diǎn) 粗車 半精車 精車 磨 IT11～13 IT8～9 IT7～8 IT6～7 Ra≥50 Ra3.2～6.3 Ra0.80～1.60 Ra0.20～0.80 用于加工工件端平面 粗銑 拉 IT6～9 Ra0.20～0.80 適合小平面大批量生產(chǎn) 粗刨（或粗銑） 精刨（或精銑） 刮研 IT11～13 IT7～9 IT5～6 Ra≥50 Ra1.6～6.3 Ra0.10～0.80 適于非淬火平面加工 粗刨（或粗銑） 精刨（或精銑） 磨 粗磨 精磨 IT6～7 IT5～6 Ra0.20～0.80 Ra0.025～0.40 用于加工精度要求較高的平面 粗刨（或粗銑） 精刨（或精銑） 寬刀精刨 IT6～7 Ra0.20～0.80 適合較大批量、大平面加工 粗銑 精銑 磨 研磨 拋光 IT5～6 IT5以上 Ra0.025～0.20 Ra0.025～0.10 用于高質(zhì)量平面加工 粗加工階段的主要任務(wù)有：切除大部分表面的大部分余量；為后續(xù)加工準(zhǔn)備定位精基準(zhǔn)。粗加工階段需要解決的主要問(wèn)題是如何最大限度地提高生產(chǎn)率；半精加工階段的任務(wù)是：完成非重要表面的終加工；為后續(xù)加工提供精度更高的定位基準(zhǔn)。因此，半精加工階段需要兼顧生產(chǎn)率和加工精度兩方面的問(wèn)題；精加工階段就是要完成零件的終加工，保證零件的設(shè)計(jì)精度要求。加工精度是本階段需要解決的首要問(wèn)題。 劃分加工階段的理由（原因、必要性）是： （1）易于保證加工質(zhì)量。（2）粗加工切除了工件表面大部分余量，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，及早采取補(bǔ)救措施或報(bào)廢，避免不必要的加工浪費(fèi)。（3）可以充分、合理地利用人力和物力資源。（4）便于安排熱處理工序，使冷熱加工配合得更好，保證加工質(zhì)量。 3．工序內(nèi)容的組合 每道工序加工內(nèi)容的安排，需要綜合考慮：加工精度要求；工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；生產(chǎn)類型；生產(chǎn)節(jié)拍等因素。根據(jù)工序加工內(nèi)容安排的多少，工序內(nèi)容的組合有兩種方式：工序集中和工序分散。工序集中是指在每道工序中安排有較多的加工內(nèi)容，而多刀同時(shí)加工的集中稱為工藝集中，多刀或多面依次加工的集中稱為組織集中；而工序分散則相反。 目前，機(jī)械加工的發(fā)展方向是工序集中。加工中心機(jī)床的加工就是工序集中的典型例子。工序集中的優(yōu)、缺點(diǎn)如下： 工序集中的優(yōu)點(diǎn)： ⑴ 可減少裝夾次數(shù)； ⑵ 便于保證各加工表面之間的位置精度； ⑶ 便于采用高生產(chǎn)率的機(jī)床； ⑷ 有利于生產(chǎn)組織和管理； ⑸ 減少了機(jī)床和工人，占用生產(chǎn)面積小。 工序集中存在的問(wèn)題： ⑴ 機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了機(jī)床的可靠性，調(diào)整維護(hù)都不方便； ⑵ 采用工藝集中，多表面同時(shí)加工時(shí)，切削力和切削熱相互影響，對(duì)高質(zhì)量表面加工不利； ⑶ 采用工藝集中，多刀同時(shí)加工時(shí)，切削力大，要求工件的剛性要好； ⑷ 采用工藝集中，多刀同時(shí)加工時(shí)，有時(shí)無(wú)法優(yōu)化切削用量。 4 機(jī)械加工工序順序的安排 機(jī)械加工工序及順序安排，一般應(yīng)遵循下列原則： ⑴ 先粗后精原則 在安排工序順序時(shí)，應(yīng)遵循先粗加工，后精加工的工藝原則。 ⑵ 先主后次原則 該原則是指：作為零件的重要表面應(yīng)該先行加工，次要表面穿插加工的工藝原則。 ⑶ 基準(zhǔn)先行原則 用作某個(gè)加工面定位基準(zhǔn)的表面，應(yīng)該在該加工面加工之前先行加工的工藝原則，稱為基準(zhǔn)先行原則。 ⑷ 先面后孔原則 該原則主要應(yīng)用于箱體類零件的加工。在加工箱體零件時(shí)，應(yīng)先加工出一個(gè)平面精基準(zhǔn)，再以該平面定位，加工箱體其它表面。 5．其它輔助工序的安排 ⑴ 熱處理工序的安排 熱處理的種類繁多，但根據(jù)熱處理的目的劃分不外乎三類：提高機(jī)械性能的熱處理；改善材料組織和切削加工性能的熱處理；消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理。考慮熱處理的目的和工藝等的需要，熱處理在工藝路線中的安排有所不同。 提高機(jī)械性能的熱處理，一般安排在半精加工之后精加工之前；改善材料組織和切削加工性能的熱處理，一般安排在毛坯制造之后粗加工開始之前；消除內(nèi)應(yīng)力的熱處理，應(yīng)安排在容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的工序之后，如：毛坯制造之后，粗加工之后等。實(shí)際安排時(shí)，還需要兼顧質(zhì)量、成本和生產(chǎn)率等問(wèn)題。 ⑵ 表面處理工序的安排 表面處理的目的主要是：表面保護(hù)和美觀?？紤]到其目的、工藝特點(diǎn)和需要，表面處理工序的安排如下：金屬鍍層（鍍Cu、Cr、Ni、Zn、Cd），放在機(jī)械加工之后，檢驗(yàn)之前；美觀鍍層（鍍Cr等），一般安排在精加工之后，鍍Cr，然后拋光；非金屬鍍層（油漆），放在最后；表面氧化膜層（鋼件發(fā)藍(lán)處理、鉻合金陽(yáng)極化處理、鎂合金氧化處理等），一般安排在精加工之后進(jìn)行。 ⑶ 檢驗(yàn)工序安排 中間檢驗(yàn)：安排在粗加工階段后進(jìn)行；轉(zhuǎn)出車間前，關(guān)鍵工序之前和之后進(jìn)行；總檢驗(yàn)（最終檢驗(yàn)），零件加工完成后進(jìn)行。 特種檢驗(yàn)：檢查工件材料內(nèi)部質(zhì)量（如：毛坯超聲波探傷），安排在工藝過(guò)程的開始，粗加工前；檢驗(yàn)工件表面質(zhì)量（如：磁粉探傷、熒光檢驗(yàn)），要放在所要求表面的精加工之后；動(dòng)、靜平衡試驗(yàn)、密封性試驗(yàn)，根據(jù)加工過(guò)程的需要進(jìn)行安排；重量檢驗(yàn)，安排在工藝過(guò)程最后進(jìn)行。 ⑷ 其它工序 去毛刺工序：根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍需要，在工序加工間隙安排，或單獨(dú)安排去毛刺工序，但需要安排在毛刺面使用之前（如：定位、檢驗(yàn)、裝配等之前）；油封工序：入庫(kù)前或兩道工序之間間隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)安排；清洗工序：檢驗(yàn)、裝配之前和拋光、磁粉探傷、熒光檢驗(yàn)、研磨等工序之后均要安排洗滌工序。 五 加工余量和工序尺寸的確定 1．加工余量的確定 1）加工余量的概念 機(jī)械加工時(shí)，為保證零件加工質(zhì)量，從某一表面上所切除的金屬層厚度稱為加工余量。它有總余量和工序余量之分。某一表面從毛坯到最后成品所切除的金屬厚度稱為總余量，它等于毛坯尺寸與零件設(shè)計(jì)尺寸之差。在一道工序中從某一表面上所切除的金屬層厚度稱為工序余量，它等于相鄰兩道工序的工序尺寸之差，如圖5-9所示。 工序余量又有單邊余量和雙邊余量之分。對(duì)于平面等非對(duì)稱表面，其加工余量一般為單邊余量。 對(duì)于外表面（圖5-9a）：Zb=a–b 對(duì)于內(nèi)表面（圖5-9b）：Zb=b–a 式中 Zb——本道工序的工序余量； b——本道工序的基本尺寸； a——上道工序的基本尺寸。 內(nèi)、外圓柱面等回轉(zhuǎn)體表面的加工余量為雙邊余量。 對(duì)于外圓面（圖5-9c）：2Zb=da–db 對(duì)于內(nèi)圓面（圖5-9d）：2Zb=db–da 式中 2Zb——直徑上的加工余量； db——本工序加工表面的直徑； da——上工序加工表面的直徑。 圖5-9 加工余量 總加工余量與工序余量的關(guān)系為： Z0= 式中 Z0——總加工余量； Zi——第i道工序的工序余量； n——工序數(shù)量。 由于工序尺寸在加工時(shí)有偏差，實(shí)際切除的余量值也必然是變化的。故加工余量有基本（或公稱）余量Z、最大余量Zmax和最小余量Zmin之分。對(duì)于圖5-10所示的被包容面： 圖5-10 加工余量及其公差 Z=La一Lb； Zmin=Lamin一Lbmax； Zmax=Lamax一Lbmin。 式中 La——————上工序基本尺寸； Lb——————本工序基本尺寸； Lamax、Lamin——上工序最大、最小尺寸； Lbmax、Lbmin——本工序最大、最小尺寸。 公稱余量的變化范圍（余量公差）Tz等于本道工序工序尺寸公差Tb與上道工序工序尺寸公差Ta之和，即 Tz=Zmax-Zmin=Tb–Ta 工序尺寸極限偏差一般按“入體原則”標(biāo)注。對(duì)被包容面，如軸上偏差為零，基本尺寸即最大極限尺寸；對(duì)包容面，如孔下偏差為零，基本尺寸則是最小極限尺寸，如圖5-11所示。毛坯尺寸兩極限偏差一般采用雙向標(biāo)注。計(jì)算總余量只計(jì)算毛坯入體部分余量。但在第一道工序計(jì)算背吃刀量ap時(shí)，必須考慮毛坯出體部分偏差，否則影響粗加工的走刀次數(shù)的安排，此時(shí)就要用最大加工余量。 圖5-11 加工余量和工序尺寸分布 2）影響加工余量的因素 加工余量大小的合理確定很重要。余量過(guò)大會(huì)增加加工工時(shí)以及材料、工具和電力的消耗，余量過(guò)小，則不能完全切除上工序留下的各種表面缺陷和誤差，甚至造成廢品。確定加工余量的基本原則是：在保證加工質(zhì)量的前提下越小越好。影響最小加工余量的因素有 ： （1）上工序留下的表面粗糙度RZ和表面缺陷層Ha。在本工序加工時(shí)要去除這部分厚度。 （2）上工序的尺寸公差Ta。本工序加工余量在不考慮其它誤差的存在時(shí)，不應(yīng)小于Ta。 （3）上工序留下的需要單獨(dú)考慮的空間誤差ρa(bǔ)。ρa(bǔ)是指工件上有些不包括在尺寸極限偏差范圍內(nèi)的形位誤差，如圖5-12所示的軸。由于前工序軸線有直線度誤差δ，本工序加工余量需增加2δ才能保證該軸在加工后無(wú)彎曲。 圖5-12 空間誤差對(duì)于兩的影響 圖5-13 安裝誤差對(duì)于兩的影響 （4）本工序的安裝誤差εb。安裝誤差包括定位誤差和夾緊誤差。如圖5-13所示,用三爪卡盤夾持工件外圓磨內(nèi)孔時(shí)，由于三爪卡盤本身定位不準(zhǔn)確，使工件中心和機(jī)床主軸回 轉(zhuǎn)中心偏移了一個(gè)e值，為了加工出內(nèi)孔就需使磨削余量增大2e值。 由于空間誤差和安裝誤差在空間具有方向性，因此它們的合成應(yīng)為向量和。 綜上所述，加工余量的計(jì)算公式為： 對(duì)于單邊余量：Zmin=Ta+Rz+Ha+ 對(duì)于雙邊余量：Zmin=Ta/2+Rz+Ha+ 以上是兩個(gè)基本計(jì)算式，在應(yīng)用時(shí)需根據(jù)具體情況進(jìn)行修正。 3）確定加工余量的方法 （1）計(jì)算法 該方法能確定比較科學(xué)合理的加工余量，但必須有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料。目前應(yīng)用很少，有時(shí)在大批量生產(chǎn)中的重要工序中應(yīng)用。 （2）經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法 加工余量是由一些有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員或工人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的。為了防止工序余量不夠而產(chǎn)生廢品，所估余量一般偏大，此法只用于單件小批生產(chǎn)。 （3）查表法 此法是以在生產(chǎn)實(shí)際情況和試驗(yàn)研究積累的有關(guān)加工余量的資料數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上制定的各種表格為依據(jù)，再結(jié)合實(shí)際情況加以修正。此法簡(jiǎn)便，比較接近實(shí)際，在生產(chǎn)中應(yīng)用最廣。 2．工序尺寸的確定 在機(jī)械加工中，每道工序應(yīng)保證的尺寸稱為工序尺寸，其允許的變動(dòng)量即為工序尺寸公差。工序尺寸往往不能直接采用零件圖上的尺寸，而需要另行計(jì)算。計(jì)算工序尺寸及其變動(dòng)量是制訂工藝規(guī)程的重要工作之一，通常有以下兩種情況： 基準(zhǔn)不重合或多次轉(zhuǎn)換情況下的尺寸換算 這種計(jì)算需要運(yùn)用尺寸鏈原理，所以將在下一節(jié)“工藝尺寸鏈及其應(yīng)用”中專門討論。 2）工序基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合情況下所形成的工序尺寸 （簡(jiǎn)單工序尺寸）的計(jì)算 對(duì)于簡(jiǎn)單的工序尺寸，只需根據(jù)工序的加工余量就可以算出各工序的基本尺寸，其計(jì)算順序是由最后一道工序開始向前推算。各工序尺寸的尺寸精度按加工方法的經(jīng)濟(jì)精度確定，并按“入體原則”標(biāo)注。 [例5-1] 某零件孔的設(shè)計(jì)尺寸為Ra0.8μm,孔長(zhǎng)度為45mm,毛坯為鑄件，在成批生產(chǎn)條件下，其加工工藝過(guò)程為：粗鏜一半精鏜一精鏜一浮動(dòng)鏜。試計(jì)算各工序尺寸及極限偏差。 解 (1)查有關(guān)機(jī)械加工手冊(cè)得各工序余量和所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度及其數(shù)值分別為： Z浮動(dòng)鏜=0.25mm ，Z精鏜=1mm，Z半精鏜=1.4mm，Z毛坯=6mm，T毛坯=1.2mm； 粗鏜 IT13 T粗鏜=0.54mm，Ra5；半精鏜 IT11 T半精鏜=0.22mm，Ra2.5； 精鏜 IT9 T精鏜=0.087mm，Ra1.25；浮動(dòng)鏜 IT7 T浮動(dòng)鏜=0.035mm，Ra0.8。 （2）計(jì)算 Z粗鏜=Z毛坯一∑Z工序=6－0.25－1－1.4=3.35 mm (3)作孔加工余量和工序尺寸分布圖(圖5-14)，將上述數(shù)據(jù)填入。 圖5-14 孔加工余量和工序尺寸分布圖 (4)從最后一道工序向前推算，求出各工序尺寸和極限偏差（單位：mm）。 鉸 精鏜 半精鏜 粗鏜 毛坯 六 工藝尺寸鏈及其應(yīng)用 尺寸鏈原理是分析和計(jì)算工序尺寸的有效工具，在制訂機(jī)械制造工藝過(guò)程中有著非常重要的作用。 1．尺寸鏈的基本概念 1）尺寸鏈的定義和特征 在零件的加工或機(jī)器的裝配過(guò)程中，經(jīng)常能遇到一些互相聯(lián)系的尺寸組合。如圖5-15所示套筒零件，A0、A1為零件圖上已標(biāo)注的尺寸。加工時(shí)，尺寸A0不便直接測(cè)量，但可以通過(guò)直接控制A2的大小來(lái)間接保證A0的要求。于是這三個(gè)有關(guān)尺寸A0-A1-A2構(gòu)成了一個(gè)封閉的尺寸組合。又如圖5-16所示的孔與軸的裝配圖。裝配要求A0時(shí)通過(guò)控制A1、A2間接保證的，三者也構(gòu)成一個(gè)封閉組合。這種有一組互相聯(lián)系的尺寸按一定順序首尾相接排列成的封閉圖形，稱為尺寸鏈。其中，由單個(gè)零件在工藝過(guò)程中的有關(guān)尺寸所組成的尺寸鏈稱為工藝尺寸鏈(圖5-15)，在機(jī)器的裝配的過(guò)程中，由有關(guān)的零(部)件上的有關(guān)尺寸所組成的尺寸鏈，稱為裝配尺寸鏈（圖5-16）。 圖5- 15 套筒零件工藝尺寸鏈 圖5-16 裝配尺寸鏈 由尺寸鏈定義可知，尺寸鏈有以下兩個(gè)特征： ①封閉性 尺寸鏈必須是一組有關(guān)尺寸首尾相接構(gòu)成的尺寸封閉圖形。其中，應(yīng)包含一 個(gè)間接保證的尺寸和若干個(gè)對(duì)此有影響的直接保證的尺寸。 ②聯(lián)系性 尺寸鏈中間接保證的尺寸的大小和精度，是受這些直接保證尺寸的精度所支配的，彼此間具有特定的函數(shù)關(guān)系，即A0=f(A1 A2)。并且間接保證尺寸的精度必然低于直接保證尺寸的精度。 2）尺寸鏈的組成和尺寸鏈圖的作法 尺寸鏈中各尺寸稱為環(huán)。根據(jù)環(huán)的性質(zhì)，這些環(huán)可分為： (1)封閉環(huán) 尺寸鏈中間接保證的尺寸稱為封閉環(huán)，用A0表示。圖5-15和圖5-16中的A0尺寸即為封閉環(huán)。 (2)組成環(huán) 尺寸鏈中除封閉環(huán)以外的其它環(huán)均為組成環(huán)。按它們對(duì)封閉環(huán)的影響不同又分成兩類： ①增環(huán)—該環(huán)的變動(dòng)（增大或減小）引起封閉環(huán)同向變動(dòng)（增大或減?。┑沫h(huán)，用表示。如圖5-15中的A1和圖5-16中的A2為增環(huán)。 ②減環(huán)—該環(huán)的變動(dòng)（增大或減?。┮鸱忾]環(huán)反向變動(dòng)（減小或增大）的環(huán)，用表示。如圖5-15中的A2和圖5-16中的A1環(huán)為減環(huán)。 圖5－17 尺寸鏈增減環(huán)判別 對(duì)于環(huán)數(shù)較少的尺寸鏈，可以用增減環(huán)的定義來(lái)判別組成環(huán)的增減性質(zhì)，但對(duì)環(huán)數(shù)較多的尺寸鏈,如圖5-17所示 ，用定義來(lái)判別增減環(huán)就很費(fèi)時(shí)且易弄錯(cuò)。為了能迅速準(zhǔn)確地判別增減環(huán)，可在繪制完尺寸鏈圖后，在封閉環(huán)字母上方畫一單向箭頭，再按此方向用首尾相接的單向箭頭順序表示各環(huán)。凡是箭頭方向與封閉環(huán)箭頭方向相反者為增環(huán)，相同者為減環(huán)。如圖5－17中，A2、A3為增環(huán)，A1、A0為減環(huán)。 繪制尺寸鏈圖對(duì)于正確進(jìn)行尺寸鏈計(jì)算相當(dāng)重要。現(xiàn)以圖5-15為例說(shuō)明尺寸鏈圖的具體作法。圖(a)中所示的軸向尺寸為設(shè)計(jì)尺寸，對(duì)于大孔深度沒(méi)有明確的精度要求，只要上述兩個(gè)尺寸加工合格即可。但在實(shí)際加工中，往往先加工外圓、車端面，再鉆孔、鏜孔、切斷，然后調(diào)頭裝夾，車另一端面，保證全長(zhǎng)要求。由于尺寸10的測(cè)量比較困難，所以總是用深度游標(biāo)卡尺直接測(cè)量大孔深度。這樣，就是間接保證的尺寸，即為工藝尺寸鏈的封閉環(huán)A0。 由此例可將工藝尺寸鏈圖的作法歸納為： (1)根據(jù)工藝過(guò)程或加工方法，找出間接保證的尺寸作為封閉環(huán)。 (2)從封閉環(huán)兩端開始，按照零件上表面之間的聯(lián)系，依次畫出有關(guān)的直接獲得的尺寸(即 組成環(huán))，形成一個(gè)封閉圖形。應(yīng)當(dāng)指出，必須使組成環(huán)環(huán)數(shù)達(dá)到最少。 (3)按照各尺寸首尾相接的原則，順著一個(gè)方向在各尺寸線終端畫箭頭。凡是箭頭方向與封閉環(huán)箭頭方向相同的尺寸均為減環(huán)，反之均為增環(huán)。 這里還應(yīng)注意以下三點(diǎn)： (1)工藝尺寸鏈的構(gòu)成完全取決于工藝方案和具體的加工方法。 (2)封閉環(huán)的確定對(duì)尺寸鏈計(jì)算至關(guān)重要。封閉環(huán)確定錯(cuò)了，將前功盡棄。 (3)一個(gè)尺寸鏈只能解一個(gè)封閉環(huán)或一個(gè)組成環(huán)。 3）尺寸鏈的分類 尺寸鏈按其功能不外乎有兩大類，即工藝尺寸鏈和裝配尺寸鏈。而按尺寸鏈中各環(huán)的幾何特征和所處的空間位置可分為四種形式：直線尺寸鏈、角度尺寸鏈、平面尺寸 鏈和空間尺寸鏈。 (1)直線尺寸鏈 各環(huán)都位于同一平面的若干平行線上，如圖5-15、圖5-16所示的尺寸鏈。這種尺寸鏈在機(jī)械制造中用得最多，是尺寸鏈最基本的形式。 (2)角度尺寸鏈 各環(huán)均為角度尺寸的尺寸鏈稱為角度尺寸鏈，如圖5-18所示。由平行度、垂直度等位置關(guān)系構(gòu)成的尺寸鏈也是角度尺寸鏈。角度尺寸鏈的表達(dá)形式和計(jì)算方法均與直線尺寸鏈相同。 (3)平面尺寸鏈 平面尺寸鏈由直線尺寸和角度尺寸組成，且各尺寸均處于同一或彼此相互平行的平面內(nèi)。如圖5-19所示的尺寸鏈即為平面尺寸鏈。在該尺寸鏈中，參與組成的尺寸不僅有直線尺寸(X、Y1、Y2、L0)，還有角度尺寸(α0以及各坐標(biāo)尺寸之間的夾角)。 (4)空間尺寸鏈 指組成環(huán)位于幾個(gè)不平行平面內(nèi)的尺寸鏈。 圖5-18 角度尺寸鏈 圖5-19 平面尺寸鏈 2．尺寸鏈的基本計(jì)算公式 1）尺寸鏈的計(jì)算方法 尺寸鏈的計(jì)算方法有極值法(極大極小法)和概率法兩種。用極值法解尺寸鏈?zhǔn)前锤鹘M成環(huán)均處于極值條件下去分析計(jì)算封閉環(huán)與組成環(huán)之間的關(guān)系。概率法是以概率論理論為基礎(chǔ)來(lái)解算尺寸鏈，該方法將在下一章中講述。 2）尺寸鏈的計(jì)算形式 （1）正計(jì)算 已知各組成環(huán)尺寸及其極限偏差，求解封閉環(huán)的尺寸及其極限偏差。這種情況主要用于驗(yàn)算，而并非真正意義上的尺寸鏈計(jì)算。 (2) 反計(jì)算 已知封閉環(huán)的尺寸及其極限偏差，求解各組成環(huán)的尺寸和極限偏差。這種情況計(jì)算麻煩，需要做大量的試湊工作，答案并不唯一。 （3）中間計(jì)算 已知封閉環(huán)的尺寸及極限偏差和部分組成環(huán)的尺寸及極限偏差，求解某一組成環(huán)的尺寸和極限偏差。這種情況是反計(jì)算的特例，它可使試湊工作大大簡(jiǎn)化。此種方法廣泛應(yīng)用于各種尺寸鏈計(jì)算。 3) 尺寸鏈的基本計(jì)算公式（極值法） 一個(gè)具有m個(gè)增環(huán)的n環(huán)尺寸鏈可以用圖5-20所示的尺寸鏈圖來(lái)表示。根據(jù)尺寸鏈的聯(lián)系性，可以寫出尺寸鏈的基本計(jì)算公式。 圖5-20 n環(huán)尺寸鏈 ⑴封閉環(huán)的基本尺寸 根據(jù)尺寸鏈的封閉性，封閉環(huán)的基本尺寸等于所有增環(huán)基本尺寸之和減去所有減環(huán)基本尺寸之和，即： (5－1) ⑵封閉環(huán)的極限尺寸 根據(jù)增、減環(huán)的定義，如果組成環(huán)中的增環(huán)均為最大極限尺寸，減環(huán)均為最小極限尺寸，則封閉環(huán)的尺寸必然是最大極限尺寸，即: A0max= (5－2a) 同理 A0min= （5－2b） 即封閉環(huán)的最大極限尺寸等于所有增環(huán)最大極限尺寸之和減去所有減環(huán)最小極限尺寸之和；封閉環(huán)最小極限尺寸等于增環(huán)最小極限尺寸之和減去減環(huán)最大極限尺寸之和。 (3) 封閉環(huán)的上、下偏差 根據(jù)上、下偏差的定義，利用公式(5-2a)、（5-2b）可推導(dǎo)出： ESAo= （5－3a） EIAo= (5－3b) 式中 和——增環(huán)的上、下偏差； 和——減環(huán)的上、下偏差。 (4) 封閉環(huán)的公差 用式(5-2a)減去(5-2b),或用式(5-3a)減去(5-3b),可得： A0max- A0min=()+() 即 TA0= (5－4) 式中 TA0——封閉環(huán)公差； 和——增、減環(huán)公差； ——組成環(huán)公差。 即封閉環(huán)公差等于所有組成環(huán)公差之和。上面的公式是用極值法計(jì)算尺寸鏈時(shí)所用的基本公式。 在尺寸鏈的反計(jì)算法中，會(huì)遇到如何將封閉環(huán)的公差值合理地分配給各組成環(huán)的問(wèn)題。解決這類問(wèn)題的方法有三種： ①“等公差”原則 將封閉環(huán)公差平均分配給各組成環(huán)，即： TAi= (5－5) ② “等公差等級(jí)”原則 即各組成環(huán)的公差根據(jù)其基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及所選定的公差等級(jí)規(guī)定組成環(huán)公差，并使各組成環(huán)的公差滿足下列條件： ≤TA0 然后再作適當(dāng)調(diào)整。從工藝上講這種方法比較合理。 ③“復(fù)合”原則 即先按等公差原則進(jìn)行分配，然后再視具體情況，如加工難易、尺寸大小等進(jìn)行調(diào)整。 3．工藝尺寸鏈的應(yīng)用 1）測(cè)量基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)工序尺寸的確定 [例5-2] 如圖5-15a所示套類零件。設(shè)其余表面均已加工好，本道工序鏜大孔時(shí)，要求保證設(shè)計(jì)尺寸。加工時(shí)因該尺寸不便直接測(cè)量，要通過(guò)直接測(cè)量孔深尺寸A2間接保證。試求工序尺寸A2及其極限偏差。 解 1）分析建立尺寸鏈 由題意知，封閉環(huán)A0=mm，尺寸鏈圖如圖5-15b所示，其中=是增環(huán)，是減環(huán)。 2）代入尺寸鏈計(jì)算公式求。 由A0=-得：=-A0=50-10=40 由ESA0=ES-EI得：EI=0 同理得出：ES=+0.19 所以 A2=mm 3）“假?gòu)U品”分析 計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，只要加工中控制大孔深度在40～40.19mm范圍內(nèi)，該零件就是合格品。但在加工中經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)有些零件的A2不在此范圍內(nèi)，如A2=40.36mm和A2=39.83 mm，這些零件是否合格?對(duì)此問(wèn)題，可用圖5-21所示的公差帶圖解法來(lái)分析。 圖5-21 公差帶圖解 由圖5-21可知，上述那些工序上認(rèn)為不合格的零件，仍有可能是合格品。故將圖中的I區(qū)稱為合格品區(qū)(安全區(qū))，I區(qū)稱為“假?gòu)U品”區(qū)(是非區(qū))，而I區(qū)兩邊的區(qū)域一定是廢品區(qū)(禁區(qū))。此例說(shuō)明，當(dāng)測(cè)量基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而進(jìn)行工序尺寸換算時(shí)，確實(shí)存在工序尺寸超差而零件仍然合格的假?gòu)U品區(qū)。凡是工序尺寸落在該區(qū)中的零件，都要進(jìn)行復(fù)檢。只要工序尺寸的超差量不大于其余組成環(huán)的公差之和，則有可能是假?gòu)U品。 2）定為基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)的工序尺寸計(jì)算 [例5-3] 如圖5-22所示箱體零件，已知表面A、B、C均已加工好。本道工序鏜孔時(shí)，以A面為定位基準(zhǔn)，并按工序尺寸L3進(jìn)行加工。顯然，孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)C面與定位表面A不重合。為保證孔中心到C面的距離滿足圖紙規(guī)定的要求，試求L3。 解 1）畫工藝尺寸鏈圖，如圖5-22b所示。其中L0為封閉環(huán)，、為增環(huán)，為減環(huán)。 2）代入尺寸鏈計(jì)算公式求L3 因?yàn)? L0=L3+L2-L1 所以 L3=300+120-100=320（mm） 又因?yàn)? ESL0=ESL3+ESL2-EIL1 所以 ESL3=0.15+0-0=+0.15（mm） 同理有 EIL3=+0.01（mm） 即 L3=mm 圖5-22 箱體零件工藝尺寸鏈 試想，若直接用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)C面定位鏜孔，L3=？對(duì)零件加工會(huì)產(chǎn)生什么影響？ 3)多尺寸同時(shí)保證時(shí)工藝尺寸鏈計(jì)算 在零件的加工中，有些加工表面的工藝及準(zhǔn)是一些有待繼續(xù)加工的表面。當(dāng)加工這些基面時(shí)，不僅要保證該加工表面的一些精度要求，同時(shí)還要保證對(duì)原加工表面的要求，即一次加工后要同時(shí)保證兩個(gè)尺寸的要求。因此需要進(jìn)行工藝尺寸換算。 [例5-4] 圖5-23所示為一具有鍵槽的內(nèi)孔簡(jiǎn)圖，其設(shè)計(jì)要求已在圖中標(biāo)出。內(nèi)孔及鍵槽的加工順序?yàn)椋? 1)鏜孔至mm； 2)插鍵槽至尺寸A； 3)熱處理； 4)磨內(nèi)孔至mm，同時(shí)保證鍵槽深度mm。 圖5-23 鍵槽內(nèi)孔簡(jiǎn)圖 解 1）畫尺寸鏈圖(圖5-23b)，其中A0=是封閉環(huán)； 插鍵槽尺寸A和磨孔后的半徑尺寸是增環(huán)；而鏜孔后的半徑尺寸是減環(huán)。 2）代入尺寸鏈計(jì)算公式(5-1)、(5-2)得： A=46-20+19.8=45.8 ESA=0.3-0.025+0=+0.275 EIA=+0.05 所以 A=mm 按“入體”原則標(biāo)注尺寸，并對(duì)第三位小數(shù)取四舍五入，可得工序尺寸為： A=45.85mm 4）表面處理工序的工藝尺寸鏈計(jì)算 表面處理是指表面滲碳、滲氮等滲入類以及鍍鉻、鍍鋅等鍍層類的處理。滲入類表面處理工序要求在精加工前滲入一定厚度的材料，在加工后能獲得圖樣規(guī)定的滲入層厚度，顯然，設(shè)計(jì)要求的滲入層厚度是最后自然形成的，即為封閉環(huán)。鍍層類表面處理通常是通過(guò)控制電鍍工藝條件來(lái)保證鍍層厚度的，且鍍層后一般不再進(jìn)行加工，故工件電鍍后形成的尺寸則是封閉環(huán)。 [例5-5] 圖5—24a所示的偏心軸，表面P要求滲碳處理，滲碳層深度為0.5～0.8mm，為了保證對(duì)該表面提出的加工要求，其工藝路線安排如下： 1)精車P面，保證直徑mm；2)滲碳處理，控制滲碳層深度；3)精磨P面，保證直徑mm，同時(shí)保證滲碳層深度為0.5~0.8mm。問(wèn)：滲碳處理時(shí)滲碳層的深度應(yīng)控制在多大的范圍內(nèi)？ 圖5-24 滲碳層工藝尺寸鏈 解 1）畫尺寸鏈圖，如圖5-24所示。其中L0代表磨后的滲碳層深度0.5~0.8mm， 是封閉環(huán)，L1=mm是減環(huán)，L3=mm和L2是增環(huán)。 2）由尺寸鏈計(jì)算公式(5-1)和(5-2)可得： L2=mm 即滲碳處理時(shí)滲碳層的深度應(yīng)控制在0.708～0.95mm. 5）圖解跟蹤法解工藝尺寸鏈 前面討論的幾個(gè)例子，其尺寸鏈的建立與求解都比較簡(jiǎn)單。當(dāng)零件在某一尺寸方向上的加工尺寸較多，加工中又需多次轉(zhuǎn)換工藝基準(zhǔn)時(shí)，各個(gè)工序尺寸之間的關(guān)系就變得很復(fù)雜。于是就暴露出兩個(gè)突出問(wèn)題：①需要建立工藝尺寸鏈的環(huán)數(shù)增多，查找組成環(huán)較麻煩；②工序余量不宜再靠查表法確定，因?yàn)楣ば蛴嗔康淖兓c若干個(gè)工序尺寸的極限偏差有關(guān)，這將使得加工中會(huì)出現(xiàn)加工余量不夠或過(guò)大的現(xiàn)象。對(duì)此可以用前面講過(guò)的方法逐個(gè)建立尺寸鏈予以求解，但易遺漏和出錯(cuò)。若用圖解跟蹤法，可以把工藝過(guò)程和各工序尺寸的獲得用圖直觀清晰地表達(dá)出來(lái)，不但可準(zhǔn)確地查找出全部工藝尺寸鏈，而且使得工藝尺寸鏈的查找及其解算十分清晰。現(xiàn)舉例說(shuō)明。 [例5-6] 如圖5-25所示套筒零件，其軸向有關(guān)表面的加工過(guò)程如下： 1) 以A面定位，粗車D面，保證A、D面距離尺寸L1；鉆通孔。 2) 以D面定位粗車A面，保證A、D面距離尺寸L2；又以A面為測(cè)量基準(zhǔn)，粗車C面，保證C、A面距離