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关于工艺尺寸链,基础知识详解来了!
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2023.03.21 陕西

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前言

实际工作中,很多人对尺寸链不是很了解,有的也是一知半解。本文对尺寸链的一些常识性的基础知识进行阐述,便于大家对尺寸链有个基本的认识,认识到它的重用性!

工艺尺寸是根据加工条件,在工艺规程中给出的尺寸,是为了保证零件图纸的尺寸而设计的。如果工艺尺寸设计不合理,会直接导致零件加工不合格,因此对于复杂的轴类及箱体类零件、易变性零件等而言,保证工艺尺寸尤为重要。

在机械加工过程中,为了满足零件的技术要求,会进行大量的工艺尺寸链计算,包括工艺基准与设计基准是否重合、余量设计是否合理、表处理厚度是否达标等等。这些计算往往需要花费工程师较大精力,一旦工艺尺寸链计算出纰漏,则无法保证零件加工合格

尺寸链计算与公差分析的目的:

  • 获得合理的工序公差,保证产品加工质量;
  • 检查工艺漏洞,提前优化,避免试生产造成的资源及时间浪费;
  • 优化零件加工工艺路线,避免累计误差;
  • 减少装配现场的修锉调整;
  • 降低产品的返修率,帮助企业节约成本。

尺寸链的定义

尺寸链是由一组相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组。在工程设计和制造中经常用尺寸链来进行工艺尺寸换算,控制关键尺寸的公差,从而保证产品的制造精度。

如下图所示,L1、L2、L3、L4、L£等尺寸相连,形成了一条尺寸链环。

1)环

列入尺寸链的每一个尺寸(下图中A0-A3)

2)封闭环

尺寸链中在装配过程或加工过程最后形成的一环。(图中A0)

  • 由于封闭环是最后形成的,因此在加工或装配完成前,它是不存在的。
  • 封闭环的尺寸自己不能保证,是靠其它相关尺寸来保证的。

3)组成环

尺寸链中对封闭环有影响的全部环。这一环中任一环的变动必然引起封闭环的变动。(图中A1-A3)

4)增环

尺寸链中的组成环,由于该环的变动引起封闭环同向变动,同向变动指该环增大时封闭环也增大,该环减小时封闭环也减小。(A1/A3)

5)减环

尺寸链中的组成环,由于该环的变动引起封闭环反向变动,反向变动指该环增大时封闭环减小,该环减小时封闭环增大。(A2)

尺寸链的分类

1、按尺寸链性质来分

  • 工艺尺寸链:全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链。工艺尺寸包含过程工艺尺寸,定位尺寸与基准尺寸等。

  • 零件尺寸链:全部组成环为同一零件设计尺寸所形成的尺寸链。

  • 装配尺寸链:全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链。包含零件尺寸、间隙、形位公差等。

其中,装配尺寸链与零件尺寸链统称为设计尺寸链。

2、按照各构成尺寸所处的空间位置分

  • 直线尺寸链:尺寸链全部尺寸位于两根或几根平行直线上,称为线性尺寸链。
  • 平寸面链:尺寸链全部尺寸位于一个或几个平行平面内。
  • 空间尺寸链:尺寸链全部尺寸位于几个不平行的平面内。

3、按照构成尺寸链各环的几何特征分:

  • 长度尺寸链:所有构成尺寸的环,均为直线长度量。
  • 角度尺寸链:构成尺寸链的各环为角度量,或平行度、垂直度等。

4、尺寸链的标法

如果尺寸链是水平的,那么从左至右标出功能条件矢量;如果尺寸链是从垂直的,从下至上标出功能条件矢量。

从功能条件的起点开始画,画出连续的参与影响的尺寸矢量。

尺寸链中的非尺寸矢量:这个不是一个尺寸,而仅仅是一个公差带。没有硬性标准规定,但为了方便,非几何尺寸矢量通过尺寸链最后的最后一个链环表示出来。(例如工艺过程变形,焊接变形等)。

工艺尺寸链的定义和换算

1、工艺尺寸链的定义

在零件的加工过程中,决定各个工序要素间相互关系的尺寸通常可用彼此相联系的点、线、面按一定顺序排列,形成一个封闭的尺寸系统,这个尺寸系统就称为工艺尺寸链。

2、尺寸链的分析与计算(换算形式)

由于产品的复杂性,产品制造需要很多工序才能完成。由于加工基准的转换,使工艺尺寸换算在工艺设计过程中占有非常重要的地位。尺寸换算主要有以下几种形式:

  • 原始基准与设计基准不重合

图1中A为设计基准,B为加工面,C为原始基准,尺寸H必须通过换算后求出。

  • 设计基准与测量基准不重合时的尺寸换算

图2中工序原始尺寸为20,B为加工面。若要对该尺寸直接测量比较困难,因此将一个芯轴安装在零件上,与零件内部的定位面接触,借助基准A进行间接测量。尺寸L为固定长度,因此可以通过测量H来间接保证工序尺寸为20。

  • 多尺寸保证

图3中小孔在粗加工阶段已经加工完成,主设计基准A在最后面加工保证,与主设计基准有关的尺寸有4个:10、H、8、12。两个工序中,小孔中心与左端面的距离不变,因此H值由10、8、12 三个尺寸共同来保证。

工艺尺寸链的解算步骤由上所述,要利用尺寸链原理来分析相互关联的工序尺寸及余量的变化规律。首先要由零件工序图画出尺寸链图,然后找出封闭环、增环、减环等进行解算。解算关键在于能否正确地画出尺寸链,判断封闭环。

对于在生产实践中已出现和未出现的复杂尺寸链解算问题,都需要根据尺寸链的定义及工艺目的进行准确把握,再根据实际情况来进行解算。

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