工艺尺寸链的分析解算（精选四篇）
工艺尺寸链的分析解算 篇1
(1) 封闭性:组成尺寸链的各个尺寸按一定顺序构成一个封闭系统。
(2) 相关性:尺寸链中其中一个尺寸变动, 将影响其他尺寸变动。
1. 工艺尺寸换算主要形式
在产品的制造过程中, 由于产品的复杂性, 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过程设计中占有重要的地位。尺寸换算主要有以下几种形式:
(1) 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。
(2) 间接测量:图2中工序原始尺寸为200+0.1, 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。通过测量H来间接保证工序尺寸200+0.1。
(3) 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:100-0.1、H、80-0.1、12±0.1。两个工序中, 小孔中心与左端面的距离不变, 因此H值由100-0.1、80-0.1、12±0.1三个尺寸共同来保证。
2. 线性尺寸链计算
线性尺寸链也是我们平常接触最多的一类尺寸链。各类已知的文献中都是以线性尺寸链为案例进行分析说明。复杂零件会涉及到不同工序的尺寸组成一个尺寸链, 相互关联的尺寸数量比较多。
线性尺寸链的各个组成尺寸方向都在同一方向, 因此计算方法简单。尺寸链由组成环和封闭环组成。组成环又分为增环和减环。在计算尺寸链的过程中正确区分增环、减环和封闭环是保证尺寸链计算正确的前提条件。封闭环是由其他尺寸间接形成的尺寸, 在一个尺寸链中只有一个封闭环。增环和减环的区分主要看该尺寸对封闭环的影响。当组成环增大, 封闭环也增大时, 该组成环就是增环;反之, 当组成环减小, 封闭环减小时, 该组成环就是减环。增环、减环和封闭环之间存在如下关系:
3. 非线性尺寸链计算
平面尺寸链和空间尺寸链可以归结为非线性尺寸联, 其计算方法相同。和线性尺寸联的区别在于空间维度不同, 但是通过分析和计算都可以转化为一维的线性尺寸链。
平面尺寸链和空间尺寸链的尺寸类型不再是单一的线性尺寸, 通过角度的变化, 使线性尺寸的方向发生了变化, 使尺寸链的变化不再保持单一的方向, 使空间维度由一维变为二维, 甚至三维。本文以平面尺寸链为例进行着重说明。
图4所示为实际生产过程中零件的某加工工序相关尺寸, 右侧为尺寸链示意图。设计图纸要求的尺寸为A1, 在实际加工工序中为方便测量, 转化为直接测量A2。为使A1满足设计图纸的需求, 需要计算A2的尺寸公差。这就需要找出A2与A1的关系。从尺寸链示意图中可以看出在由A1、A2和△组成的尺寸链中, A1为封闭环, A2和△为组成环, 并存在如下关系:
A2=A1+△
△值是通过投影矢量关系的分解转化的, 可以用已知的线性尺寸和角度表示出来:
△=A3/tgθ
可以推算出A1=A2-A3/tgθ
从图2中箭头的方向能看出尺寸链的增环和减环, 和封闭环A1方向相反的△为减环, 和封闭环A1方向一致的A2为增环。按线性尺寸链的计算方法, 可以算出:
以上方法是利用矢量分解, 将平面尺寸转化为相互垂直的两个方向的线性尺寸链, 再按需要选择一个方向的线性尺寸链进行计算。对空间三维尺寸链的计算方法可以采用相同的方法, 先将尺寸分解为相互垂直的3个平面尺寸链, 再选择需要的平面, 继续进行分解为线性尺寸链。
4. 尺寸链计算技术的发展需求
尺寸链计算过程简单, 但在实际工程应用中还会涉及到很多问题, 在尺寸链的计算中还有很多参数是未知的, 如工序余量的确定, 公差如何进行分配、增减环的判断等。这些不确定的因素需要技术人员具有一定的工程实际经验。同时在制造企业中尺寸链的计算还采用手工计算的方式, 非常容易出错, 自动化程度亟待提高。很多机构的研究人员正在研究尺寸链的自动计算, 也开发出多种尺寸链计算工具, 但都处于原型系统状态, 应用率很低。随着计算机技术的发展, 尺寸链自动计算工具应该结合工艺设计软件进行开发完善, 针对以下问题开展研究:
(1) 尺寸链计算类型单一化。目前大多数工具仅仅局限于线性尺寸链的计算, 应增加尺寸链计算类型如平面尺寸链和空间尺寸链等。
(2) 自动化程度低。应提高自动化程度, 减少人工输入, 自动判断增环、减环及其方向。
(3) 提高公差分配功能。
参考文献
[1]王先逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 2000.
[2]曹伟, 等.工艺尺寸链的应用实例[J].机电工程技术, 2013.
轴类零件工艺尺寸链的巧妙分析方法 篇2
1 求解工序尺寸
例:如图1a所示零件图, 轴向设计尺寸为500-0.34mm、100-0.3 mm、15±0.2 mm。加工顺序如下。
工序Ⅰ:车削
工步1:夹小端, 车大端端面, 保证轴向尺寸L1 (图1b) 。
工步2:夹大端, 车小端端面及台阶面, 保证轴向尺寸L2及轴向工序尺寸L3 (图1c) 。
工步3:钻孔, 保证孔轴心线至台阶的距离为工序尺寸L4 (图1d) 。
工序Ⅱ:热处理
淬火。
工序Ⅲ:磨削
磨台阶面, 直接保证工序尺寸L5即100-0.3 (图1e) , 间接保证孔轴心线至台阶面设计尺寸15±0.2mm (图1a) 。
试确定各轴向工序尺寸及偏差[1]。
如果根据传统分析法对各工序尺寸进行分析 (图1b、图1c、图1d、图1e) , 极不容易将尺寸链画出来, 而采用一幅图 (图2) 表示出各工序尺寸及相应加工余量的关系, 尺寸链实际就会很容易画出来, 同时也很容易理解 (图3) 。
具体对各工序尺寸的求解如下。
图3a尺寸链内的尺寸L1、L2是工序尺寸, 应该是直接获得的尺寸;车削余量ZC是工步2与工步3间接获得的, 应该是封闭环, 经查机械加工手册加工余量表[2]得ZC=1 mm。在图3a尺寸链内, L1是增环, L2是减环, L1按经济精度加工, 经查机械加工手册表T1=0.4 mm, 又因为L2=500-0.34mm是工件的最终尺寸, 所以L1=510-0.4 mm。
图3b尺寸链内的尺寸L3、L5是工序尺寸, 应该是直接获得的尺寸;磨削余量Zm是工步1与工步2间接获得的, 应该是封闭环, 经查机械加工手册加工余量表Zm=0.4 mm。在图3b尺寸链内, L3是增环, L5是减环, L3按经济精度加工, 经查机械加工手册表T3=0.2mm。又因为L5=10 0-0.3 mm是工件的最终尺寸, 所以L3=10.4 0-0.2 mm。
图3 c尺寸链内的尺寸L3、L4、L5是工序尺寸, 应该是直接获得的尺寸;15±0.2 mm是间接保证的尺寸, 应该是封闭环, 其公差为0.4 mm。在图3c尺寸链内, L3、L4是增环, L5是减环, 因为T3+T5=0.5 mm已超过封闭环公差, 所以要通过提高L3、L5尺寸的加工精度来保证封闭环的精度。设T3=T5=0.1 mm, 通过解尺寸链得L4=14.6±0.1 mm。
2 校核工序余量
当采用不同的工序基准多次加工某一表面时, 本工序的加工余量变动不仅与本工序和上工序的公差有关, 而且与其他相关工序的公差有关, 此时以加工余量为封闭环的工艺尺寸链, 组成环数目较多, 由于积累误差, 有可能使本工序的加工余量过大或过小, 故必须对加工余量进行校核。
例:一阶梯零件加工路线和各工序轴向尺寸如图4。
工序Ⅰ:粗车小端、台阶及端面。
工序Ⅱ:车大端端面。
工序Ⅲ:精车小端台阶及端面。
试校核工序Ⅲ精车小端面的加工余量是否合适?若加工余量不够如何改进?
设精车小端面的加工余量为ZC, 根据各工序加工情况, 将图4各工序尺寸汇成一幅图 (图5) 。图5表明了各工序的工序尺寸及对所求精车小端面的加工余量Zc的关系, 从中可以分析找出与小端面的加工余量Zc有关的工艺尺寸链 (图6) 。图6中封闭环是Zc, 增环是尺寸20.50-0.1 mm和520-0.5 mm, 减环是500-0.2 mm和220-0.3 mm。
当校核工序Ⅲ精车小端面的加工余量是否合适时, 只能通过求解出Zc的最大、最小值来判断。根据Zc max等于所有增环最大极限尺寸之和减去所有减环最小极限尺寸之和, Zc min等于所有增环最小极限尺寸之和减去所有减环最大极限尺寸之和, 所以Zc max=20.5+52-49.8-21.7=1 mm, Zcmin=20.4+51.5-50-22=-0.1 mm。
从计算结果看, 最大加工余量合适, 但最小加工余量为-0.1 mm, 有的零件没有加工余量, 必须加大Zcmin。从Zcmin的计算公式可以看出, 520-0.5 mm的公差值最大, 可以通过提高520-0.5 mm的加工精度来满足Zcmin。设Zcmin=0.1 mm, 520-0.5 mm的最小值为x, 代入Zcmin的计算公式得0.1=20.4+x-50-22, x=51.7 mm, 即将工序Ⅰ加工小端面的尺寸改为520-0.3 mm。
3 小结
对轴类零件进行长度方向工艺尺寸链的巧妙分析方法是, 首先将零件加工之前毛坯轮廓图画出来, 然后根据工序或工步的加工顺序, 在一幅图中标出各工序或工步尺寸, 对每道工序或工步的加工余量打上剖面线 (图2、图5) , 由此关系图会很容易找到工序或工步尺寸之间及加工余量之间的关系, 然后画出工艺尺寸链, 最后通过尺寸链计算解决相关问题。
参考文献
[1]朱正心.机械制造技术[M].北京:机械工业出版社, 2010.
浅析工艺尺寸链的计算方法 篇3
在机器的结构中, 产品的设计要求或零件的工艺要求决定了某些零件的几何要素之间有一定的尺寸联系, 这些相互的全部尺寸按一定顺序连接成一个封闭环的尺寸组, 该尺寸组称为尺寸链。组成尺寸链中的每一尺寸称为环。分为封闭环和组成环。尺寸链最主要的特点主要是关联性和封闭性。按应用分, 可分为工艺尺寸链、装配尺寸链、零件尺寸链、设计尺寸链。
工艺尺寸链是有全部的组成环来为同一零件工艺尺寸所组成的尺寸链, 并且它是通过加工所得的尺寸链。装配尺寸链则是由全部的组成环为不同的零件进行设计所形成的尺寸链。且它是在装配中所形成的尺寸链。零件尺寸链是由全部的组成环为同一零件进行设计所形成的尺寸链。设计尺寸链是装配尺寸链与零件尺寸链两者的统称。而环则是尺寸链中的每一个长度或角度的尺寸。封闭环:在零件加工或装配中间接获得或最后形成的环。组成环:尺寸链中对封闭环有影响的全部环。
2 工艺尺寸链计算方法的必要性
在零件的加工中, 经常会遇到设计基准和工艺基准不重合的问题, 但要保证设计尺寸满足要求, 这时候就涉及到尺寸的换算问题, 而这部分内容对很多技术人员, 特别是对工艺人员来说, 是一个棘手的问题, 所以在这里探讨工艺尺寸链的计算方法即机械零件加工中形成的尺寸链中的计算方法显得迫切需要。
3 工艺尺寸链计算一般步骤
(1) 在工艺中, 要确定工艺尺寸链的组成环与封闭环这两项。
(2) 在工艺中, 还要设计出工件工艺尺寸链图形。
工件工艺尺寸链图是从封闭环中的任一端开始设计的, 并且按照工件零件上表面之间的联系, 依次画出可直接获得的、有关的尺寸, 而作为组成环来看, 有尺寸的终端回到封闭环的另一端时, 才可以形成了一个封闭的工艺尺寸链图形。
(3) 确定工艺尺寸链的增或减环的现象。
第一, 分析法。就是在其他的组成环没有变化时, 对某一组成环进行分析, 使其增大, 且使得封闭环也增大的现象称之为增环, 而反之的情况就是减环现象。第二, 环绕法。就是封闭环同向的为减环, 反向的为增环。
(4) 求解。
极值法求解尺寸链计算方法:
(1) 封闭环的基本尺寸等于增环基本尺寸之和减去减环的基本尺寸之和。
(2) 封闭环的上偏差等于增环上偏差之和减去减环下偏差之和。
(3) 封闭环的下偏差等于增环下偏差之和减去减环上偏差之和。
4 工艺尺寸链计算实例
4.1 某个工序的尺寸链图的建立及计算
图1 (a) 为轴套零件简图, 当内孔、各外圆及端面均已按图加工完毕, 图1 (b) 为钻孔时的三种定位方案, 试分别求出其工序尺寸及上、下偏差。
分析:方案一与方案二的A1、A2尺寸这两个尺寸都是从工艺的基准面延伸至教工孔中心线的尺寸, 是可以直接保证的工艺尺寸。
方案一:因工序尺寸A1的定位基准与设计尺寸12±0.1为同一基准, 故定位基准与设计基准重合, 设计尺寸直接获得而无需计算。因此A1= (12±0.1) mm, 不用画工艺尺寸链图就可以的得出设计尺寸A1。
方案二:对于钻孔这个工序来说, 从零件简图1 (a) 得出与钻孔这个工序相关的设计尺寸为 (12±0.1) mm, 显然, 设计尺寸 (12±0.1) 设计基准和工艺基准不统一, 并且是钻孔后间接获得的, 是封闭环。从封闭环出发, 按顺序将A1、A2联接成一封闭图形, 即形成工艺尺寸链图, 同时按环绕法判断增、减环 (图2) 。
基本尺寸:
4.2 多个工序的尺寸链图的建立及计算
工艺过程中工序尺寸A极其公差 (假定热处理后内孔没有胀缩) 。
分析:从工艺的过程中可知, 在最后的一道工序中产生了两个尺寸, 其中一个键槽深度尺寸;另一个则是内孔尺寸。而键槽深度尺寸则是在工艺过程中最后一道工序中自然形成的, 同时也是间接保证的尺寸所以称之为封闭环。建立尺寸链图, 判断增、减环 (图4) 。
极值法计算如表1。
5 结语
工艺尺寸链的计算是从事机械设计和制造的基础, 本文讨论此问题, 旨在帮助技术人员特别是工艺人员熟练的掌握工艺尺寸链计算的技巧, 但可能会有考虑不周或者不完善的地方, 敬请大家不惜指教。
摘要：本文主要介绍了机械设计和制造中工艺尺寸链计算的方法, 旨在帮助更多机械工作者了解工艺尺寸链, 提高计算速度和准确性。
关键词：工艺尺寸链图,组成环,封闭环,工艺尺寸链的计算方法
参考文献
[1]郭彩芬, 王伟麟.机械制造技术[M].机械工业出版社.
工艺尺寸链的分析解算 篇4
工艺尺寸链的分析与解算是现代工业制造领域中应用十分广泛的技术。传统的手工方法计算工艺尺寸链的过程非常繁琐、计算量庞大。为了提高制造业的工作效率和产品质量，国内许多研究者及软件开发人员纷纷投入到计算机辅助工艺尺寸链解算的研究当中，有的通过矩阵进行工序尺寸的计算[1]，有的通过建立各个加工尺寸的图表结构进行计算[2]，但真正、实用的自动计算软件还很少，鉴于此，本着简单、高效、实用的原则，本文开发了计算机辅助工艺尺寸链自动解算系统，并通过一个尺寸链的计算为实例说明该系统的功能和相关算法。
1、计算机辅助工艺尺寸链自动解算系统的设计原理
首先，从工艺尺寸链计算的特点入手，分析其规律，从而有效的设定其系统功能。本系统为用户提供了工艺尺寸链的两种计算方式：正计算和中间计算；两种计算方法：极值法和概率法。为了保证计算正确，输入的尺寸链各环数据应满足以下要求：
(1) 要求输入各已知环的基本尺寸，上下偏差及该环与已输入某一环的位置关系（输入的第一个环无需输入该位置信息）。中间计算中还需要输入各环的性质：封闭环或组成环。
(2) 基本尺寸应不小于零，上偏差要大于下偏差。
(3) 中间计算中封闭环只能有一个。
该系统能根据输入环的数据
信息，自动判断各组成环的增减性，并能将各环信息和计算结果保存到数据库中，同时增加了实时绘图功能，该功能支持尺寸链的实时修改，有效的提高了数据输入的准确性。
其次，考虑程序设计的算法，在解算该过程中，引入了计算机图论的思想。计算流程框架图如图1所示。
2、计算机辅助工艺尺寸链自动解算系统的总体模型
考虑到计算机辅助工艺尺寸链自动解算软件的通用性、相对独立性、可移植性及该软件的后续发展，将该系统模型分为五大模块--数据输入输出模块、尺寸数据存储、编辑和调用模块、绘图模块、分析解算模块和软件功能管理模块。
如图2所示，图中箭头代表数据流向，四个框架分别代表计算机辅助工艺尺寸链自动解算系统的四个主要数据处理功能模块部分。而软件功能管理模块则存在于这四个数据处理功能模块的底层，负责处理四个数据处理功能模块之间的通信、协作和功能分配工作。
2.1 数据输入输出模块
数据输入输出模块是整个应用软件同用户之间交流信息的窗口，是该软件系统中最具人性化、最友好的部分。它将用户输入的数据通过底层接口传递给其他三个功能模块，同时又将这三个部分软件模块反馈给它的数据信息显示在该应用程序的用户界面即其本身的各类显示输入端口上；该部分具有操作方便、容易使用等特点。
在该模块中，需要输入各环的位置关系。通过分析，待输入环与已输入的某环有下图3所示的四种位置关系，其中 (1) 所标识的环表示已输入的环，这里称其为被参照环； (2) 所标识的环表示待输入的环。
图4是尺寸链的正计算输入界面。
2.2 各类尺寸数据的存储、编辑和调用模块
各类尺寸数据的存储、编辑和调用模块是该应用软件中和用户界面联系最紧密的模块，所有用户界面的各类数据的输入都得通过各类尺寸数据存储、编辑和调用模块进行某项操作来完成，该模块负责管理与尺寸链有关的各类数据，同时将信息反馈给用户界面模块，更新其上的信息；另外，该软件模块通过底层操作也将各项尺寸数据导出，传给尺寸链分析解算模块；它是该软件系统中至关重要的一个环节，尺寸数据的存入、编辑、导出以及各类反馈信息都离不开该模块中各项底层操作。
2.2 分析解算模块
尺寸链分析解算模块是计算机辅助工艺尺寸链自动解算系统中最核心的部分，也是该应用软件最具移植性的部分，它独立于其他两个部分之外，只有当它接受到某个消息命令时，该模块才能通过应用软件的底层接口将存储在各类尺寸数据存储、编辑和调用模块的各种不同类型的尺寸环数据调进该模块，然后通过分析、计算得到结果，再通过软件接口，将结果反馈给应用软件的用户界面模块，将结果显示出来。
在手工解算工艺尺寸链的过程中，当尺寸链的组成环较多时，机械工艺师主要是通过绕圈法判断各组成环的增减性[3]。具体方法是：沿封闭环开始"绕圈"标出行走方向，凡是与封闭环方向相同的是减环，凡是与封闭环方向相反的是增环。
受到上述"绕圈法"的启发，在计算机辅助工艺尺寸链的分析解算中，将引入图论来辅助分析组成环的增减性，即用无向图的形式来表达各环之间的位置关系，其中，用各环首尾相接的端点作为无向图的顶点，用相应端点之间的尺寸环作为无向图的边。然后通过对无向图的搜索达到自动判断组成环增减性的目的。
2.3 绘图模块
绘图模块该系统中最具特色的模块。一方面，它通过尺寸数据的存储、编辑和调用模块，将输入的已知环的相关信息--包括该环的尺寸大小、位置以图形的形式直观的显示在应用软件的窗口界面上；另一方面，它把通过尺寸链分析解算模块计算出来的未知环的信息继续以图形的方式绘制到窗口界面上。最终在该软件的窗口界面上显示出完整的包括组成环和封闭环的尺寸链图形。同时，它支持尺寸链数据的实时修改和实时缩放，当某一已知的环的尺寸大小或者位置发生改变时，它能将其改变动态的反映到尺寸链图形中；当用户选择图形缩放功能并输入相应的缩放比例因子时，它能将绘制在用户界面上的尺寸链图形进行同步的缩放，并且当尺寸链图形边界超出客户区边界时，将在窗口的边缘动态的出现水平或者垂直滚动条，这样，更方便用户对尺寸链图形的观察。该模块是本软件中最具特色的部分，它既能直观的反映尺寸链的基本结构，又方便了用户的对尺寸链数据的编辑和对尺寸链计算的校核。
2.4 软件功能管理模块
工艺尺寸链计算机辅助简单换算软件系统的上述四个模块之间，功能的分工十分的明确，各模块之间都具有一定程度的独立性，而它们之间的协作都是由这第五个部分--软件功能管理模块来完成的。在Windows操作系统下，该模块通过发送消息命令来管理、协调和分配其它四个功能模块之间的工作，如当用户在应用软件的界面上输入一系列尺寸环数据的时候，该软件功能管理模块就发送一个消息命令，让各类尺寸数据存储、编辑和调用模块将该尺寸环数据存储起来，然后尺寸数据存储、编辑和调用模块又向软件功能管理模块发送一个请求，让应用软件用户界面模块显示尺寸链信息的更新，于是该软件功能管理模块又给用户界面发送一个消息命令，将最新的尺寸信息显示在界面上。其它四个功能模块之间的这类功能转换、模块与模块之间的相互协作等管理操作行为都是由该软件功能管理模块通过发送消息命令执行的。这是计算机辅助工艺尺寸链简单换算软件系统的调配及决策环节，其在该软件系统中的重要性是不言而喻的，其它四个模块之间的功能分工和协调不能离开它的调配。
该系统的五大功能模块之间既是相互独立的，又是相互紧密的结合在一起，缺一不可的。
3、总结
计算机辅助工艺尺寸链解算系统成功的解决了在CAPP中调用自动计算尺寸链的功能，也可以在传统的工艺设计中单独使用，该系统具有如下优点：
自动分析、解算：根据输入的参数，能够自动判断出各组成环的增减性，并最终计算出未知环的基本尺寸及上下偏差。
高的计算效率：系统的计算效率明显提高，计算界面友好、简洁，同时增加实时绘图功能，有效的提高了数据输入的准确性。
良好的移植性：工艺尺寸链的自动解算，是作为CAPP的辅助功能模块进行开发的。因此，可以作为一个完整的功能模块移植到不同的CAPP系统中。
摘要：计算机辅助工艺尺寸链的分析与解算一直是CAPP中一个倍受瞩目的课题。鉴于此, 本文在Microsoft Vi-sual C++6.0环境下, 结合SQL Server数据库技术开发了计算机辅助工艺尺寸链自动解算系统, 该系统能根据输入的尺寸链, 自动分析各个尺寸的关系、计算未知环的基本尺寸和上下偏差, 同时增加了实时绘图功能, 使之具有良好的人机交互性。
关键词：工艺尺寸链,CAPP,尺寸/工序
参考文献
[1]王战中, 王为杰等.工艺尺寸链的计算机解算[J].中国制造业信息化, 2005.4:95-97
[2]赵翠萍, 李建华.工艺尺寸链图论和图表相结合的新解法[J].郑州大学学报, 1994, 26 (3) :75-78