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1、2009 年全国技工教育和职业培训 优秀教研成果评选活动参评论文对机械零件加工过程中存在“假废品”问题的分析1对机械零件加工过程中存在“假废品”问题的分析【摘要】对机械零件加工过程中因工艺基准与设计基准不重合，从而使零件在加工过程中出现“假废品”的原因进行分析，并提出了解决的方法。【关键词】机械零件 加工 基准 工艺尺寸链 假废品 分析一、 问题的提出在我校（韶关职工大学）双高班使用的教材机械制造工程中，在第三章的内容中有一课后作业题（教材 P168，T3-12） ，其原题如下：加工如图 1 所示零件，要求保证尺寸 60.10。但该尺寸不便测量，要通过测量尺寸 A1 来间接保证。试求 A1 尺
2、寸及其上、下偏差并分析有无假废品存在？若有，可采用什么方法来解决假废品的问题？而教材上没有讲到有关假废品的问题，本人通过查找有关资料，解决了这个问题。二、问题的分析为了解决这个有关假废品问题，让我们先来学习一下有关的知识：1、基准：是指确定零件上某些点、线、面位置时所依据的那些点、线、面。基准按作用不同，可分为设计基准和工艺基准。设计基准是指零件图上用来确定其他点、线、面的基准；工艺基准是指在加工或装配过程中所使用的基准，工艺基准根据其使用场合的不同，又可分为工序基准、定位图 12图 2基准、测量基准和装配基准四种。基准在选择时一般应遵循以原则：1）基准重合原则，即工艺基准与设计基准重合；2）
3、基准统一原则，即尽可能采用同一个工艺基准；3）互为基准原则，即两个相互位置精度要求高的表面进行加工时，可以利用两个表面互为基准；4）自为基准原则，即某些表面加工余量小时，以加工表面自身作为基准；5）准确可靠原则，即所选择的工艺基准应保证定位准确，安装可靠。基准在选择时应尽量，但在实际加工中，会出现不能遵循以上原则的情况。而我们要研究的问题正是当设计基准和工艺基准不重合时的情况。下面我们来研究设计基准和工艺基准不重合时工序基本尺寸及极限偏差的计算。2、工艺尺寸链（1）概念： 如图 2 所示零件，要加工 B 面，以 A 面定位比较好，但设计基准却是 C 面（尺寸标注为 A0） ，如仍以A 面定位加
4、工 B 面，能直接保证的尺寸就是 A2，于是 A1、A 2 和 A0 三个尺寸就形成了一个封闭的图形，就称为尺寸链（图 2 中右边的图称为尺寸链简图） 。而由单个零件在加工工艺过程中的有关工艺尺寸所组成的尺寸链，称为工艺尺寸链。（2）工艺尺寸链的组成：工艺尺寸链由封闭环和组成环组成。封闭环是间接获得或者间接保证精度的那个环，在工艺尺寸链中，封闭环有且只3有一个。组成环又分为增环和减环。增环是指：若其他组成环不变，某组成环的变动引起封闭环随之同向变动的那个环；减环是指：若其他组成环不变，某组成环的变动引起封闭环随之反向变动的那个环。增环和减环的判断，用画箭头的方法比较容易，如图 3 所示（在后面
5、的例题中讲解） 。（3）工艺尺寸链的有关计算方法有两种：1）横式：（i）基本尺寸：封闭环的基本尺寸等于各组成环尺寸的代数和，即： jnmjii AA11式中：A 封闭环的尺寸；增环的基本尺寸；i减环的基本尺寸；j增环的环数；m包括封闭环在内的尺寸链的总环数。n（ii）封闭环的极限尺寸：封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸减去所有减环的最小极限尺寸之和；最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸减去所有减环的最大极限尺寸之和 ，即 min1max1maxjnjii AAax1in1injmji（iii）封闭环的上偏差 与下偏差 ：封闭环的上偏差等于)(ABs )(ABx所有增环的上偏差减去
6、所有减环的下偏差，即：4)()()(11jxnmjismis ABAB封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差减去所有减环的上偏差，即： )()()(11jsnmjixmix 2）竖式：用竖式解算时的口诀是：增环上下偏差照抄，减环上下偏差对调、反号，如下表所示：环的类型 基本尺寸 上偏差 Bs 下偏差 Bx增环 1A2+A1+A2Bs（ A1）Bs（ A2）Bx（A 1）Bx（A 2）减环- 3- 4A-A3-A4 -Bx（A 3）-Bx（A 4） -Bs（ A3）-Bs（ A4）封闭环 A A Bs（A ） Bx（ A）在实际解题过程中，通过应用以上这两种方法，我们认为竖式比横式好用，在解题中建议
7、使用竖式。3、 “假废品”的概念应用上面的知识，我们可以通过有关计算，解出如图 1 所示零件中 A0的基本尺寸及其上、下偏差。但如果加工后 A0 实际的偏差不在这个上、下偏差范围内的就一定是废品呢？在这里我们引出“假废品”的概念。1） “假废品”的出现在机械零件加工或测量时，应尽可能使用基准重合原则，即：定位基准、测量基准与设计基准重合。但在实际加工测量中，采用基准重合原则往往会遇到困难。如前面图 1 所示，零件在加工中或加工后，对于尺寸 60.10是否合5格无法直接测量，即无法采用基准统一原则（即:测量基准与设计基准重合）进行测量。因此，这时必须将不能直接测量的尺寸 60.10转变成便于测量
8、的孔深尺寸 A1。根据尺寸链的基本概念，画出尺寸链简图（如图 3 所示） 。该工艺尺寸链的解法如下：设 A060.10，A 2260.05 ，A3= ，求 A1 的基本尺寸及上下偏差。根据题意，可判断 A0 为封闭环，06.A1、A 2 为增环（箭头方向与 A0 相反的组成环为增环） ，A 3 为减环（箭头方向与A0 相同的组成环为减环） ，列竖式如下表：基本尺寸 上偏差 Bs 下偏差 Bx增环 A 1=增环 A 2=26 0.05 0.05减环 A 3=36 0.06 0封闭环 A 0=6 0.10 0.10由上表解尺寸链得：A 1 的基本尺寸为：A 1=6+36-16=16，上偏差为：Bs
9、=+0.10-0.05-0.06=-0.01，下偏差为：Bx= -0.10-0+0.05=-0.05。故 A1。01.56通过计算，说明孔的加工深度在 范围内时，A 0 是合格的，即产品01.56是合格品，否则即为废品。下面分析当孔深尺寸不在 范围内，产品究竟是合格品还是废品的问01.5题？如果加工出的零件孔深 A116，按计算后的尺寸判断，该工件为废品，但这时假设 A225.95，A 3=36,则 A0 16+25.95365.95，该尺寸 A0在 60.10范围内，零件是合格的。这种按工序尺寸检验是废品，而零件仍是合格品的现象，称之为“假废品” 。但如果加工出的零件孔深 A116，假设A2
10、 26.05，A 3=35.94,则 A016+26.05 35.946.11，该尺寸不在图 3660.10范围内，零件是真正的废品。 2）误判假废品的原因 当测量基准与设计基准不重合时，尺寸 A0 是通过 A1 间接测量的，由于尺寸 A2、A 3 在加工时有误差，会使工件的 A0 尺寸发生变化，其变化范围设为TA0，由图 4 可知：A0maxA 1max+A2maxA 3minA 0minA 1min+A2minA 3maxA0maxA 0min(A 1max+A2max)(A 1min+A2min)（A 3max- A3min）即 TA0TA 1TA 2TA 3 TA1TA 0TA 2 T
11、A 3在原设计图上，A 0 与 A1 是不相干的，而由上式看出，A 0 与 A1 却相关，这是由于采用零件的左端面为测量基准，使尺寸 A0 的误差中附加了一个从测量基准到设计基准之间的尺寸 A2 和 A3 的误差，这个误差是由基准不重合所引起的。 也就是说，如果基准不重合，就会产后误判假废品的情况。3）真假废品的判别 若采用基准重合原则直接测量 A0，只要零件尺寸在 5.906.10内即为合格。但在无法直接测量时，改用间接测量（测量基准与设计基准不重合） ，因而产生了基准不重合误差，为抵消基准不重合误差的影响，A 1 尺寸公差TA1 TA0 TA2TA 30.200.100.06 004，相当
12、于基准重合时，A 0公差 0.20压缩了一个基准不重合误差 0.16，因而就造成“假废品”的出现。01TT3A23图 47为了准确判别，必须在尺寸链解算后的尺寸 A1 的公差 TA1 的基础上，上下各延伸一个基准不重合误差 0.16，如图 5，延伸带为复检区，即 A1 尺寸公差01=6正 品 区+.-2复 检 区图 5出现在该区内，工序尺寸报废，而成品却有可能是正品，必须复检，复检测量基准与设计基准之间所有尺寸的实际尺寸，重新进行 A0 尺寸计算。A 0 尺寸在设计尺寸的极限尺寸内即为正品，否则为废品。在 T（A 1）公差区域内（图 5 中所注的正品区）的产品，肯定是正品，称之为正品区。 4）
13、机械加工检测中应该注意的几个问题 （1）由于基准转换，必须计算复检区域，以免误判。（2）对有可能出现假废品的工序的工件，应在图纸上标明。三、结论：通过以上分析，在机械零件的加工过程中，如果出现测量基准与设计基准不重合，要通过尺寸链的计算才能得到检验尺寸，由于计算结果把原来的加工公差减小了，就会出现“假废品”的现象，在检验时要注意。 四、工艺措施：工艺人员在计算工序尺寸时，如有基准转换，在按工艺尺寸链计算工序尺寸的同时，应同时计算产生假废品的公差范围，并填写到工艺文件中。并要求操作工人或检验人员对那些可能产生假废品的工件按前述方法进行鉴别。参考文献81、吴拓、郧建国，机械制造工程。北京：机械工业出版社，2006。2、王绍林，机械制造工艺与装备。北京：中国劳动出版社，2004。3、陈日曜，机械制造技术，北京：机械工业出版社，1999。4、赵志修，机械制造工艺学，北京：机械工业出版社，2000。
