第10章 机械制造精度的实现,12.1 机械零件制造精度,机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。通常，毛坯需要经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件。 一、机械零件的精度构成 零件的精度包括下列两方面： 1、表面本身的精度 （1）表面本身的尺寸及其精度，如圆柱面的直径、圆锥面的锥角； （2）表面本身的形状精度，如平面度、圆度、轮廓度等。 2、不同表面之间的相互位置精度 （1）表面之间的位置尺寸及其精度，如平面之间的距离、孔间距、孔到平面的距离等； （2）表面之间的相互位置精度，如平行度、垂直度、对称度等。,机械零件制造精度,12.1.1 机械零件制造精度,（1）试切法 就是通过试切、测量、调整、再试切，反复进行到被加工尺寸达到要求为止的加工方法。这种方法的效率低，操作者的技术水平要求高，主要适用于单件、小批生产。 （2）调整法 先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过 程中保持这个位置不变，以保证被加工尺寸的方法。调整法广泛用于各类半自动、自动机床和自动线上，适用于成批、大量的生产。,机械零件制造精度,12.1.2 获得零件精度的方法,（3）定尺寸刀具法 用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法，如铰孔、拉孔和攻螺纹等。这种方法的加工精度，主要决定于刀具的制造、刃磨质量和切削用量。其优点是生产率较高，但刀具制造较复杂，常用于孔、螺纹和成形表面的加工。 （4）自动控制法 这种方法是用度量装置、进给机构和控制系统构成加工过程的自动循环，即自动完成加工中的切削、度量、补偿调整等一系列的工作，当工件达到要求的尺寸时，机床自动退刀停止加工。,机械零件制造精度,12.2 尺寸链,在机械设计和工艺工作中，为保证加工、装配和使用的质量，经常要对一些相互关联的尺寸、公差和技术要求进行分析和计算，为使计算工作简化，可采用尺寸链原理。 将相互关联的尺寸从零件或部件中抽出来，按一定顺序构成的封闭尺寸图形，称为尺寸链。 图5.14(a)为铣削阶梯表面的情况，尺寸Al、 A0为零件图上标注的尺寸。加工时以表面3为定位基准，铣削表面2，得尺寸A0 ，而尺寸A0是通过A1、A2间接得到的。因此A0 与A1、A2 尺寸就构成一个相互关联的尺寸组合，形成了尺寸链，如图5.14(b)。,尺寸链的概念,12.2.1 尺寸链的概念,图12.1 加工尺寸链,主轴部件，为保证弹性挡圈装入，要保持轴向间隙A0 ，由图中看到A0与Al、A2、A3为有关，按照一定顺序构成尺寸链。,尺寸链的概念,尺寸链中的每一个尺寸称为尺寸链的环。环又分为封闭环(或称终结环)和组成环，而组成环又有增环和减环之分。 封闭环其尺寸是在机器装配或零件加工中间接得到的。如上两例A0尺寸均为封闭环，封闭环在一个线性尺寸链中只有一个。 组成环在尺寸链中，除封闭环以外，其它环均为组成环，它是在加工中直接得到的尺寸，将直接影响封闭环尺寸的大小。 增环若组成环尺寸增大或减小，使得封闭环尺寸也增大或减小，则此组成环称为增环，如上两例中的A1环。 减环若组成环尺寸增大或减小，使得封闭环尺寸减小或增大，则此组成环称为减环，如上两例中的A2、A3环。 同一个尺寸链中的各个环最好用同一个字母表示，如Al、A2、A3A0，下标1、2、表示组成环的序号，0表示封闭环。对于增环，在字母的上边加符号；对于减环在字母的上边加符号。如：,尺寸链的概念,在尺寸链中判断增、减环的方法，一是根据定义；二是顺着尺寸链的一个方向，向着尺寸线的终端画箭头，则与封闭环同向的组成环为减环，反之则为增环。,尺寸链的分类,(1)按尺寸链的应用范围分 工艺尺寸链 在加工过程中，工件上各相关的工艺尺寸所组成的尺寸链。 装配尺寸链 在机器设计和装配过程中，各相关的零部件间相互联系的尺寸所组成的尺寸链。 (2)按尺寸链中各组成环所在的空间位置分 线性尺寸链 尺寸链中各环位于同一平面内且彼此平行。 平面尺寸链 尺寸链中各环位于同一平面或彼此平行的平面内，各环之间可以不平行。平面尺寸可以转化为两个相互垂直的线性尺寸链。 空间尺寸链 尺寸链中各环不在同一平面或彼此平行的平面内。空间尺寸链可以转化为三个相互垂直的平面尺寸链，每一个平面尺寸链又可转化为两个相互垂直的线性尺寸链。因此线性尺寸链是尺寸链中最基本的尺寸链。,12.2.2 尺寸链的分类,尺寸链的分类,(3)按尺寸链各环的几何特征分 长度尺寸链 尺寸链中各环均为长度量。 角度尺寸链 尺寸链中各环均为角度量。由于平行度和垂直度分别相当于0o和90o，因此角度尺寸链包括了平行度和垂直度的尺寸链。如图12.2所示，以A面为基准分别加工C面和B面，则要求CA(即190o)，BA(即2=0o)，加工后应使BC(即0 90o) ，但这种关系是通过1，2、0间接得到的，所以1，2和0组成了角度尺寸链，其中0为封闭环。,图12.2 角度尺寸链,尺寸链的分类,(4)按尺寸链之间相互联系的形态分 独立尺寸链 尺寸链中所有的组成环和封闭环只从属于一个尺寸链。 并联尺寸链 两个或两个以上的尺寸链，通过公共环将它们联系起来组成并联形式的尺寸链。 图中，A2(Bl)为A、B两个尺寸链的公共环，并分别从属于该两尺寸链的组成环。这种并联尺寸链，当公共环变化时，各尺寸链的封闭环将同时发生变化。C0(D2)是C、D两个尺寸链的公共环，也就是一个尺寸链的封闭环是其它尺寸链的组成环。这种并联尺寸链，通过公共环可将所有尺寸链的组成环联系起来。,尺 寸 链 简 图,12.3、尺寸链简图,1.尺寸链简图的画法 绘制工艺尺寸链简图应由加工中自然形成的尺寸画起，然后依次画出与该尺寸要求有关的各尺寸。,尺 寸 链 简 图,2.封闭环的判定 例如，在加工右图所示零件时，设加工各面的先后顺序依次为C、B、A：,1) 当其检测尺寸的先后顺序规定为L3、L1时，应判定尺寸L2为封闭环；,2) 当其检测尺寸的先后顺序规定改为L3、L2时，应判定尺寸L1为封闭环。,尺 寸 链 简 图,3. 增环和减环的简易判断,2、组成环的箭头方向与封闭环相同的为减环。,1、组成环的箭头方向与封闭环相反的为增环；,要点： 任意假设一个旋转方向，按该旋转方向(顺、逆时针)给每个环标出箭头，如下图所示。,结论：,尺 寸 链 的 计 算,12.4、尺寸链的计算1、封闭环的基本尺寸 封闭环的基本尺寸=所有组成环基本尺寸的代数和，其计算公式：,尺 寸 链 的 计 算,2、封闭环的极限尺寸（1）封闭环最大极限尺寸=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 （2）封闭环最小极限尺寸=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,尺 寸 链 的 计 算,3、封闭环的极限偏差（1）封闭环上偏差=所有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和（2）封闭环下偏差=所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和4、封闭环的公差封闭环公差=各组成环公差之和,工 艺 尺 寸 链 计 算 示 例,解: 求工序10的工序尺寸A2 画尺寸链 封闭环A0=200.12 增环A1= 减环A2 计算封闭环基本尺寸：20 = 100 - A2 A2=80 封闭环上偏差： 0.12 = 0 - EI2 ， EI2=-0.12 封闭环下偏差： -0.12 = -0.1 - ES2 ， ES2=0.02,12.5、工艺尺寸链计算示例 1、基准不重合时工艺尺寸链的计算 （1）定位基准与设计基准不重合 【例】A、B面已加工。工序10，以A面定位，铣槽C面，求工序尺寸及公差。,工 艺 尺 寸 链 计 算 示 例,（2）设计基准与测量基准不重合【例】尺寸不便测量，改测量孔深A2 ，通过（A1）间接保证尺寸（A0），求工序尺寸A2及偏差。,解:画尺寸链 封闭环A0= 增环A1= 减环A2 计算封闭环基本尺寸：10 = 50 - A2 A2=40 封闭环上偏差：0 = 0 - EI2 EI2=0 封闭环下偏差：0.36 = -0.17 - ES2 ES2=0.19,12.5 时间定额及经济性分析,时间定额是劳动生产率的基本标志，劳动生产率是一个工人在单位时间内制造出合格产品的数量，或者是一个工人用于单位产品的劳动时间。 经济分析是研究如何用最少的社会消耗、最低的成本生产出合格的产品。 12.5.1 时间定额 时间定额是在一定的生产规模、生产技术和生产组织的条件下，为完成某一工件的某一工序所需要的时间，称为工序单件时间或工序单件时间定额。它是计算产品成本和企业经济核算的依据，也是新建或扩建工厂(或车间)时决定所需设备和人员的依据。 工序单件时间的组成，可表示如下： t单=t基+ t辅+ t服+ t休,时间定额及经济性分析,式中 t单工序单件时间(min)； t基基本时间(也称机动时间)，是直接用来改变工件形状、尺寸相对位置和表面性质所消耗的时间。它可根据各种加工方法的有关公式进行计算。车削时的计算公式见第2章关于切削用量的选择一节中之所述。 t辅辅助时间，为完成工序中的基本工作所需要做的辅助动作时间。它包括装卸工件、启动和停止机床、改变切削用量、测量工作等所消耗的时间，可查有关表格或进行实测确定。 t服工作地点服务时间，包括更换刀具、修磨刀具、设备的补充调整以及工作班开始时取出刀具和文件、机床润滑等和工作班结束时的收拾工具、清除切屑、擦拭机床等所要消耗的时间。,时间定额及经济性分析,t休工人休息和自然需要时间。一般情况下，工作地点服务时间与休息时间之和是以作业时间t作t基+ t辅的形式给出的，即,所以,式中 x36。,时间定额及经济性分析,在成批生产中，还要考虑加工一批工件时的准备、结束时间。也就是在加工一批工件之前，熟悉图纸、领取毛坯材料、准备刀具、夹具、量具、装夹刀具、夹具和调整机床以及在加工一批工件之后交还工艺文件，拆卸、送还工艺装备和送检成品等所需要的时间。因此成批生产时工件每个工序的总时间为：,式中 t定额工作某工序的总时间，称为单件时间定额，又称单件计算时间(min)； t准结加工一批工件的准备时间、结束时间； N批一批工件的数量。 由公式看出，N批越大，则t定额与t单越接近。当大量生产时，有：t定额t单 要提高生产率，就要设法减少t定额或t单，也就是减少其组成部分的时间，主要是基本时间和辅助时间。,时间定额及经济性分析,时间定额及经济性分析,12.5.2 工艺过程的经济分析 设计某一零件的工艺过程时，一般可拟定出几种不同的方案，这些方案虽然都可以满足加工质量的要求，但从经济性来分析，它们的生产成本并不相同，因此，在给定的生产条件下要选择最经济的方案，也就是成本最低的方案，这对工厂企业积累资金和加快国家的工业建设有重大意义。 对方案进行经济分析，其目的是求得最有利的工艺过程或加工方法，因此对各种方案进行经济性比较时，并非准确计算零件成本，而只需求出各种方案的相对值，即各种方案中相同的项目可略去不计。也就是说，若各个方案中的每个工序内容均不相同，则应全面进行经济性比较；若只有某些工序内容不同，而其它均相同，则只就这些不同的工序进行经济性比较。,时间定额及经济性分析,12.5.2.1 生产成本的组成 生产成本是制造一个零件或一台产品需要的全部费用。其中与完成工序直接有关的费用称为第一类费用，也称工艺成本，一般占生产成本的7075。与完成工序无关而与整个车间的全部生产条件有关的费用，称为第二类费用。,在进行各种方案经济分析时，因为在同一生产条件下，第二类费用是相等的，因此可以只分析占生产成本比重大的工艺成本S单，则有 S单V资十V护V旧(或C专机)V夹(或C专夹)V刀V材C调 式中 S单单件的工艺成本(元件)； V资机床操作工人的工资，它由单件时间和工人的工资决定； V护机床维护费，包括电、油料、切削液、棉纱等费用； V旧万能机床折旧费，万能机床可用于不同的工序，所以折旧费与机床的价格、机床 的利用率