工艺尺寸路径图的建立范文

《机械工程学报》2014年第十二期

1工艺尺寸路径图的生成

1.1工序尺寸的表示方法1.1.1要素的表示方法构成零件几何特征的点、线、面统称几何要素，简称要素。图1为一轴套零件，用A、B、C、D….等英文字母自左到右依次顺序地表示零件在x轴方向上的各要素。给字母加下标，以表示经过几次加工的要素，例如A3表示第3次加工的A要素，B1表示第一次加工的B要素；毛坯的要素无须加下标，例如未经加工的D要素用D表示，这样x轴方向的各个要素都有了确定的表示符号，且能表达要素经过几次加工或未加工。1.1.2工序尺寸的表示方法工序尺寸用其基准要素至加工要素构成的有向线段表示。例如以毛坯要素D为基准第一次加工B要素的工序尺寸表示为DB1，以B1为基准第二次加工A要素时的工序尺寸表示为B1A2等。图2为加工图1零件x轴方向各面的工序简图，各工序内容及工序尺寸分别为：

1.2工艺尺寸路径图的建立方法零件的各要素都是在加工过程中由工序尺寸逐步形成的，将各个工序尺寸按加工顺序依次用树图的形式画出就可得到各要素形成的路径。图3是依据图2加工顺序依次画出各工序尺寸的过程。图3a画出了工序5中的两个工序尺寸，图3b在图3a基础上增添了工序10中的两个工序尺寸，图3c则是在图3b的基础上增添了工序15中的一个工序尺寸。图3c所示的有向图是依据工件的加工顺序依次画出的工序尺寸，它描述了图2所示工序简图中各加工要素的形成路径(包括基准及加工顺序)，称它为工艺尺寸路径图，简称路径图。路径图的建立过程就是按工件的加工顺序依次画出工序尺寸的过程。路径图中的每一个工序尺寸均称路径图的一条边，上述路径图有5条边，边的大小与方向并不代表工序尺寸的大小与方向，因此它只是一个拓扑图，边的大小与方向可以任意画出。

1.3工艺尺寸路径图的特征特征1：路径图是一个不封闭的有向图，图中的每条边都是一个工序尺寸。特征2：路径图中的各个要素只会出现一次，这些要素包含了粗基准及各个加工要素，也就是说，各相关加工要素一定存在于路径图中，而毛坯的各个要素中只有粗基准存在于路径图中。

2从路径图中提取尺寸关系的方法

2.1零件加工过程中的目标尺寸机械加工过程中的终极目标是要确保两类尺寸，一类是零件的各个设计尺寸，另一类是工序中的各个加工余量，我们将这两类尺寸统称为加工过程中的目标尺寸，即目标尺寸包括所有设计尺寸及余量。

2.2目标尺寸的路径及其与工序尺寸之间的联系各个目标尺寸都是通过工序尺寸直接或间接证的，因此首先必须找到目标尺寸与工序尺寸之间的联系，然后通过计算工序尺寸及公差来保证目标尺寸及公差。各目标尺寸对应的两个要素都是在加工过程中直接或逐步形成的，其形成路径就是路径图中两要素之间的一条或多条边的连线，连线用“—”表示，如图4，a、b、c、d、e分别为设计尺寸A3B1、A3D、A3C1及余量A1A2、A2A3的路径，实际上这些路径都是在图3c中截取所得。在图中标出了要素的起点与终点，其中起点与终点为对应目标尺寸的两个要素，规定起点至终点的方向为图1中x轴的正方向。要注意的是，各设计尺寸对应的两个要素一定是加工最后形成的要素，图1中设计尺寸200.20mm对应的两个要素为A3(不能是A2)与C1；余量是零件某个面相邻两次加工面之间的尺寸，其对应的两个要素为同一字母，只是下标的数字差1，例如A面的第二次加工余量是A1与A2之间的尺寸。决定目标尺寸路径起点时有以下的规律，对于设计尺寸，起点一定是英文字母排序靠前的那个要素，上例中的3个设计尺寸路径的起点均为A3；对于余量，若某面向零件图中的x轴正方向加工，则下标数字小的那个要素是起点，图1中A面是向x轴正方向加工的，A面第二次的加工余量路径的起点为A1(终点为A2)。若某面向零件图中的x轴反方向加工，则数字大的那个要素是起点，图18中B面是向x轴反方向加工的，B面第二次的加工余量路径的起点为B2(终点为B1)。目标尺寸的起点至终点之间的各个工序尺寸都与该目标尺寸相关，称它们为该目标尺寸的相关尺寸，并且这些相关尺寸的矢量之和等于目标尺寸，例如由图4c可得到：A3C1=A3D+DB1+B1A2+A2C1等号左端为设计尺寸A3C1，等号右端为相关的工序尺寸，若右端两个要素排序与英文字母顺序相同，则该矢量与设计尺寸方向相同，即它与设计尺寸正相关；若其两个要素排序与英文字母顺序相反，则它与设计尺寸负相关，因此上式可写成：A3C1=A3D-DB1-B1A2+A2C1这样就得到了设计尺寸A3C1与工序尺寸之间的关系，可以看出，设计(目标)尺寸等于其路径中工序尺寸的代数和，从起点开始的工序尺寸，若工序尺寸排序同英文字母顺序，则该工序尺寸为正值，若工序尺寸排序逆英文字母顺序，则该工序尺寸为负值。假设等号的右端出现了余量(工序直接保证余量)，同样要看余量的方向是否与目标尺寸的方向相同，相同则为正值，相反则为负值。因此在搞清楚目标尺寸起点与终点的情况下，并不需要画出图4中各目标尺寸路径，而可从图3c路径图中直接提取出所有目标尺寸与工序尺寸之间的联系，上例中余量A1A2的尺寸关系为：

3路径图的应用实例

现利用路径图对图1的轴套零件的加工工艺进行改进，在此基础上对工序尺寸及公差进行计算，然后提出毛坯尺寸的合理标注的原则。

3.1工艺路线的改进由于路径图直观地描述了各个工序尺寸基准及加工顺序，并且包含了全部尺寸关系，因此通过改变 某个要素的位置或顺序就能够实现工艺路线的改进。在图3c路径图中可以看出，设计尺寸A3C1(公差为0.2mm)与4个工序尺寸相关，平均每个工序尺寸公差为0.05mm，较难保证，且A面在工序15中的磨削余量A2A3也与3个工序尺寸相关，这样会导致余量公差增大。若将该路径图中的A3与D断开而与A2连接，将得到改进后的路径图，见图5，该路径图对应的工序图只需要将图2中的工序15改为靠火花磨削A面，其工序简图见图6，而这样的改进使得影响设计尺寸A3C1的工序尺寸由四个变为两个，可放大工序尺寸公差，同时靠火花磨削即减小了余量误差又提高了生产效率。从图5可以看出，经过改进后的工艺，影响设计尺寸A3B1的工序尺寸仍为两个，而影响目标尺寸A3D的工序尺寸由1个变为3个，但由于A3D公差为0.5mm，比A3C1的公差0.2mm大得多，完全能够经济地保证其精度，因此从总体上讲，改进后的工艺路线比原工艺路线要经济合理。

3.2工序尺寸及公差的综合计算

现在计算改进后的工艺(见图6)中的工序尺寸及公差，其中该轴套零件有三个设计尺寸A3B1、A3C1、A3D(见图1)，图6中的5个工序尺寸对应5个加工余量，其中A、B、C这3个毛坯面没有出现在图5的路径图中，说明这些面的粗加工余量不仅与工序尺寸相关，还有毛坯尺寸相关，两个精加工余量A1A2、A2A3仅与工序尺寸有关，根据图5所示的路径图，可以列出关于这5个目标尺寸的方程组：一般来讲，目标尺寸公差越小，而其相关的工序尺寸又较多时，该目标尺寸最难保证，我们应该优先确定与这些难保证的目标尺寸相关的工序尺寸公差，然后由难到易，依次确定出全部工序尺寸公差。在上面5个方程中，方程(5)中A2A3是一个余量，其公差已在工艺要求中确定，其余4个方程中，(1)与(2)中目标尺寸公差为0.2mm，其值最小。

3.3毛坯尺寸标注基准的确定传统的毛坯图是以零件图生根的，也就是说，毛坯尺寸在零件图尺寸的基础上加减余量而得到，假设图1零件的毛坯为精密铸造件，其轴向各面的总加工余量均为1mm，则传统毛坯的尺寸标注如图7a所示，将这些毛坯尺寸添加在图5的路径图中得到图8a路径图，根据该路径图可以看出B面与C面的粗加工余量B1B与CC1都与两个毛坯尺寸相关，其余量及公差为：由计算结果可以看出，按图7b标注形式比图7a标注形式余量公差要小的多，使粗加工余量更加均匀。在不含有毛坯尺寸的路径图中，只有粗基准一个要素存在(因为粗基准在一个方向上只能够使用一次)，其他毛坯要素都不在该路径图中，这样只有将毛坯的其他要素的标注基准都选用粗基准，才有一个毛坯尺寸影响粗加工余量，否则将会有两个或两个以上的毛坯尺寸影响各个加工面的粗加工余量；对于加工面与非加工面之间的尺寸也同样存在该问题，因此从减小粗加工余量公差与提高加工面与非加工面之间的尺寸精度考虑，毛坯各面的标注基准原则上都应该尽量采用加工该毛坯时选用的粗基准，将该原则称为毛坯尺寸标注原则。以前我们只重视设计基准与工序基准的选择问题，而忽略了毛坯尺寸基准，实际上，毛坯尺寸基准的合理选择对于减小加工余量及提高加工面与非加工面之间的尺寸及位置精度有重要的意义。

4结论

(1)路径图是一个不封闭的有向图，可表达一个零件在加工过程中的加工顺序及其采用的基准，通过改变路径图中相关要素的位置或顺序，即可实现对工艺路线的改进。(2)路径图所表达的尺寸关系简洁、直观、完整，适合复杂尺寸关系的建立，是建立全相关尺寸模型的有效方法，适合计算机辅助设计，也适合教学。(3)从路径图中挖掘出的毛坯尺寸标注原则，使毛坯尺寸标注更加合理，为减少加工余量、提高加工面与非加工面之间的尺寸及位置精度提供了一条新途径。

作者：王晓慧王友利单位：太原科技大学机械工程学院