同济大学《机械制造技术基础》第六章 工艺规程设计(尺寸链)

1、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：
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)。
n 1 i 1
T ( A )
i
2
（2）组成环中间偏差： 1 ( Ai ) ES ( Ai ) EI ( Ai ) 2 （3）封闭环中间偏差： m n 1 ( A0 ) ( Ai ) ( Ai )
i 1 i m 1
(4)封闭环上、下偏差： 1 ES ( A0 ) ( A0 ) T ( A0 ) 2 1 EI ( A0 ) ( A0 ) T ( A0 ) 2 (5)概率法公差的估算： T ( A0 ) T平均 n 1
2、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。
3、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。
3、加工余量的确定
1. 2. 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。
3. 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。
0.2 0.05 T平均 0.075m m 3 1 因为尺寸A1为外尺寸，A2为内尺寸，前者比后者 容易加工。 故： T ( A2 ) 0.1 则： T ( A1 ) T ( A0 ) T ( A2 ) 0.15 0.1 0.05 m m
(四)调整装配法
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。
1、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。
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。
装配工艺系统图
装配工艺系统图
装配工艺系统图
(二)装配精度与装配尺寸链
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。
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
2、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。
概率法解算装配尺寸链 ： 假设封闭环和各组成环 均成正态分布（即对称 分布）： （ 1 ）封闭环公差： T ( A0 )
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）。
1、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。
单边余量和双边余量
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。
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。
4、极值法解尺寸链的计算公式
(1)封闭环基本尺寸
A0 Ap
p 1
k
– 式中，m—组成环数；k—增环数；
q k 1
A
m
q
(2)封闭环极限尺寸
A0 max Ap max
p 1 k k q k 1 m
A
m
q min
A0 min Ap min
p 1
(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。
工艺方案的经济评比
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。
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T0 3)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
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
–S＝VN+C –St=V+C/N –式中：N—零件的年产量； V—可变成本；C—不变成本
工艺成本
2、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
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。
A1 20m m A2 20m m
0.20 A0 0 0.05
计算A1和A2的上下偏差。
1）首先考虑用完全互换装配法，计算平均精度：
桑塔纳2000转向机
基准零件
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。
q k 1
A
q max
（3）封闭环极限偏差
ES0 ES p
p 1 k
k
q k 1 m
EI
m
q
EI0 EI p
p 1
q k 1
ES
q
4、封闭环的公差T（A0）
T ( A0 ) T ( Ai )
i 1
n 1
它说明：封闭环的公差等于各组成环公差之和。
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。
二、工艺尺寸链分析与计算实例
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： 50 。求试切时调整刀具ห้องสมุดไป่ตู้ 0.06 及26 0.2 测量尺寸H、A及其上下偏差。
基本尺寸
0 200.02
ES 25 -0.02
EI -0.06
H
－20
5
0.02 0.06
第三节
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：
Z0 Zi
i 1
n
• 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。
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。
＋0.02
0
0
-0.06
50 0.06
25
24.98
0 0.04
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