北科大機械制造工程課件05機械加工工藝過程設計

第5章機械加工工藝過程設計主要內容5.1制訂機械加工工藝規程的步驟和方法5.2定位基準的選擇5.3工藝路線的擬定5.4加工余量、工序尺寸及工序公差的確定5.5工藝尺寸鏈學習指南

本章首先介紹制訂機械加工工藝規程的步驟和方法；然后重點討論機械加工工藝過程設計中的主要問題，包括定位基準的選擇，加工路線的擬訂，工序尺寸及公差的確定等。學習本章內容，應牢牢把握住機械加工工藝過程設計的基本原理、原則和方法（如選擇定位基準的原則，選擇加工方法的原則，工序劃分及工序順序安排的原則，確定余量的原則和方法，工序尺寸及公差的確定方法，工藝尺寸鏈原理及應用等），并通過一定的實踐掌握制訂機械加工工藝規程的步驟和方法。

制訂零件機械加工工藝規程是一件經驗性和綜合性很強的工作，除要密切聯系生產實際外，綜合運用所學知識是十分必要的。尺寸鏈是分析加工精度，確定工序尺寸及公差的重要工具，學習者應掌握其原理和計算方法，并能正確地應用它來分析和解決實際工藝問題。5.1

制訂機械加工工藝規程的步驟和方法（1）什么是工藝規程？將制訂好的零（部）件的機械加工工藝過程按一定的格式（通常為表格或圖表）和要求描述出來，作為指令性技術文件，即為機械加工工藝規程。5.1.1機械加工工藝規程及其作用（2）工藝規程包括哪些內容機械加工工藝過程卡:

為說明零件機械加工工藝過程的工藝文件；工序卡:

對每道工序作詳細說明、可直接用于指導工人操作的工藝文件；檢驗工序卡:

對成批或大批量生產中重要檢驗工序作詳細說明、指導檢驗的工藝文件；機床調整卡:

大批量生產中對由自動線、流水線上的機床以及由自動機或半自動機完成的工序，為調整工提供機床調整依據的工藝文件。5.1.1機械加工工藝規程及其作用（3）不同的生產類型對工藝規程的要求

單件小批生產：只填寫工藝過程卡大批量生產：需填工藝過程卡和工序卡中小批量生產：經常采用機械加工工藝卡

5.1.1機械加工工藝規程及其作用表5.1機械加工工藝過程卡片（工廠名）機械加工工藝過程卡片產品名稱及型號零件名稱零件圖號材料名稱毛坯種類零件重量（kg）毛重第頁牌號尺寸凈重共頁性能每料件數每臺件數每批件數工序號工序內容加工車間設備名稱及編號工藝裝備名稱及編號技術等級

時間定額（min）夾具刀具量具單件準備—終結更改內容編制抄寫校對審核批準(工廠名）機械加工工序卡片產品名稱及型號零件名稱零件圖號工序名稱工序號第頁

共頁

（畫工序簡圖處）車間工段材料名稱材料牌號力學性能

同時加工件數每料件數技術等級單件時間（min）準備—終結時間（min）

設備名稱設備編號夾具名稱夾具編號工作液

更改內容

工步號工步內容計算數據(mm)走刀次數切削用量工時定額（min）刀具﹑量具及輔助工具

直徑或長度進給長度單邊余量背吃刀量mm進給量mm/r或mm/min切削速度r/min或雙行程數/min切削速度m/min基本時間輔助時間工作地服務時間工步號名稱規格編號數量

編制抄寫校對審核批準表5.2機械加工工序卡片表5.3機械加工工藝卡片（工廠名）機械加工工藝卡片產品名稱及型號零件名稱零件圖號

材料名稱毛坯種類零件重量（kg）毛重第頁

牌號尺寸凈重共頁

性能每料件數每臺件數每批件數

工序安裝工步工序內容同時加工零件數切削用量設備名稱及編號工藝裝備名稱及編號技術等級時間定額（min）背吃刀量mm進給量mm/r或mm/min切削速度r/min或雙行程數/min切削速度m/min夾具刀具量具單件準備—終結

更改內容編制抄寫校對審核批準5.1.1機械加工工藝規程及其作用（4）工藝規程的作用工藝規程是指導生產的主要技術文件工藝規程是生產準備工作的主要依據工藝規程是新建機械制造廠（車間）的基本技術文件（1）編制工藝規程應以保證零件加工質量，達到設計圖紙規定的各項技術要求為前提。（2）在保證加工質量的基礎上，應使工藝過程有較高的生產效率和較低的成本。（3）應充分考慮和利用現有生產條件，盡可能作到平衡生產。（4）盡量減輕工人勞動強度，保證安全生產，創造良好、文明勞動條件。（5）積極采用先進技術和工藝，力爭減少材料和能源消耗，并應符合環境保護要求。5.1.2機械加工工藝規程設計原則5.1.3制訂機械加工工藝規程所需的原始資料（1）產品的全套裝配圖及零件圖。（2）產品的驗收質量標準。（3）產品的生產綱領及生產類型。（4）零件毛坯圖及毛坯生產情況。（5）本廠（車間）的生產條件。

（6）各種有關手冊、標準等技術資料。（7）國內外先進工藝及生產技術的發展與應用情況。（1）分析零件工作圖和產品裝配圖（2）工藝審查（3）確定毛坯的種類及其制造方法（4）擬定機械加工工藝路線（5）確定各工序所需的機床和工藝裝備（6）確定各工序的加工余量，計算工序尺寸和公差（7）確定切削用量（8）確定各工序工時定額（9）評價工藝路線（10）填寫或打印工藝文件。5.1.4機械加工工藝規程的設計內容及步驟本節重點工藝規程的概念工藝規程的內容工藝規程的作用不同的生產類型對工藝規程的要求工藝規程設計原則0.80.80.85.2

定位基準的選擇擬訂加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇合理與否，將直接影響所制訂的零件加工工藝規程的質量?；鶞蔬x擇不當，往往會增加工序，或使工藝路線不合理，或使夾具設計困難，甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。5.2

定位基準的選擇選擇基準時的考慮次序：先精基準,后粗基準定位基準的選擇依據：零件圖的技術要求5.2.1精基準的選擇選擇精基準時，應重點考慮如何減少工件的定位誤差，保證加工精度，并使夾具結構簡單，工件裝夾方便。具體選擇原則為：1．“基準重合”原則2.“基準統一”原則3．“互為基準”的原則4．“自為基準”的原則5．便于裝夾的原則“基準重合”原則的含義:

應盡量選擇加工表面的設計基準作為定位精基準

32“基準統一”原則的含義:若工件以某一組表面作為精基準定位，可以比較方便地在各工序中加工出大多數（或所有）其它表面，則應盡早地把這一組基準表面加工出來，并達到一定精度，在后續工序中均以其作為精基準加工其它表面。1ⅤⅣⅢⅡⅠ234ACACX62W銑床立柱簡圖銑床立柱選擇立導軌A、C面為統一精基準。在最初的加工中首先將立導軌加工好，以后的各工序均以此為精基準定位，依次加工廠出底面1、懸梁2，側面4以及孔系3（軸孔Ⅰ~Ⅴ），以保證主軸孔Ⅴ、懸梁導軌及底面與立導軌的垂直度；側面與軸孔間的平行度。在實際生產中，常用的統一基準形式有：1）軸類零件常使用兩頂尖孔作統一精基準；2）箱體類零件常使用一面兩孔（一個較大的平面和兩個距離較遠的銷孔）作統一精基準；3）盤套類零件常使用止口面（一端面和一短圓孔）作統一精基準；4）套類零件用一長孔和一止推面作統一精基準。平面銷孔1銷孔2b)液塑心軸定心精度可達φ0.005~0.01mmc)波紋套定心夾緊機構定心精度可達φ0.005~0.01mm“互為基準”的原則的含義是：對某些位置精度要求高的表面，可以采用互為基準、反復加工的方法來保證其位置精度銑床主軸簡圖·2“自為基準”的原則的含義：對一些精度要求很高的表面，在精密加工時，為了保證加工精度，要求加工余量小而且均勻，這時可以已經精加工過的表面自身作為定位基準，床身導軌面自為基準定位請看下圖再看一例便于裝夾的原則的含義：

所選的精基準，尤其是主要定位面，應有足夠大的面積和精度，以保證定位準確可靠。同時還應使夾緊機構簡單，操作方便。5.2.2粗基準的選擇粗基準選擇影響：①加工余量的均勻分配；②加工面與非加工面（作為粗基準的非加工面）的位置關系5.2.2粗基準的選擇外圓1的軸線內孔3的軸線以不加工外圓表面1作為粗基準定位，加工后內孔2與外圓1同軸，但加工面內孔2余量不均勻。以毛坯孔作為粗基準定位，則可以保證余量均勻，但加工后內孔2與外圓1不同軸，即壁厚不均勻。1．保證相互位置要求原則2．余量均勻分配原則3．便于工件裝夾原則4.粗基準在一個定位方向上只允許使用一次原則

5.2.2粗基準的選擇保證相互位置要求原則：如果必須保證工件上加工面與不加工面的相互位置要求，則應以不加工面作為粗基準。外圓面1的軸線內孔3的軸線以外圓面作為加工內孔時的粗基準,不能保證壁厚均勻余量均勻分配原則：如果首先要求保證工件某重要表面加工余量均勻時，應選擇該表面的毛坯面作為粗基準。便于工件裝夾原則：選擇粗基準應使定位準確，夾緊可靠，夾具結構簡單，操作方便。為此要求選用的粗基準面盡可能平整、光潔，且有足夠大的尺寸，不允許有鍛造飛邊、鑄造澆、冒口或其它缺陷，也不宜選用鑄造分型面作粗基準。若無法避免，則應在使用前對其修整。粗基準在一個定位方向上只允許使用一次例如下圖所示零件，如第一道工序以不加工外圓表面1定位，加工內孔2，若第二道工序仍以外圓表面定位加工均布孔4(如圖a所示),則孔4將與孔2產生較大的同軸度誤差。正確的工藝方案應以已加工過的內孔2定位加工均布孔4（如圖b所示）。(a)(b)本節學習要求要深刻理解并牢固掌握粗基準及精基準的選擇原則，并會靈活地使用這些原則,解決生產中的實際問題。

5.3工藝路線的擬定在正確選擇定位基準后，就要擬定各表面的工藝路線。工藝路線的擬定主要解決的問題是:選擇加工方法確定加工順序劃分加工工序5.3.1加工方法的選擇1.加工經濟精度（1）加工經濟精度的概念各種加工方法，車、銑、刨、磨、鉆、鏜、鉸等所能達到的經濟精度，都有一定的范圍。任何一種加工方法，只要仔細刃磨刀具，調整機床，選擇合理的切削用量，精心操作，就可以獲得較高的加工精度。但同時耗時多，效率低，會使加工成本較獲得同樣精度的其他加工方法高。由此提出了這樣一個問題：對某種加工方法，用于加工何種等級的零件才經濟合理？這就是加工經濟精度的概念。選擇加工方法的基本原則是既要保證零件的加工質量,又要使加工成本最低。為此，必須熟悉各種加工方法所能達到的經濟精度及表面粗糙度。5.3.1加工方法的選擇1.加工經濟精度（2）加工經濟精度的定義P177在正常的加工條件下（使用符合質量標準的設備、工藝裝備和標準技術等級的工人、合理的工時定額）所能達到的加工精度和表面粗糙度。（3）加工精度與成本之間的關系

任何一種加工方法的加工精度與加工成本之間有如圖5-7所示關系。ABδCCLδL圖5.7加工誤差與加工成本的關系圖中δ為加工誤差，C表示加工成本。由圖中曲線可知，兩者關系的總趨勢是加工成本隨著加工誤差的下降而上升，但在不同的誤差范圍內成本上升的比率不同。ABδCCLδL圖5.7加工誤差與加工成本的關系A點左側曲線，加工誤差減少一點，加工成本會上升很多；加工誤差減少到一定程度，投入的成本再多，加工誤差的下降也微乎其微，這說明某種加工方法加工精度的提高是有極限的（圖中δL）。在B點右側，即使加工誤差放大許多，成本下降卻很少，這說明對于一種加工方法，成本的下降也是有極限的，即有最低成本（圖中CL）。ABδCCLδL圖5.7加工誤差與加工成本的關系只有在曲線的AB段，加工成本隨著加工誤差的減少而上升的比率相對穩定?？梢姡挥挟敿庸ふ`差等于曲線AB段對應的誤差值時，采用相應的加工方法加工才是經濟的，該誤差值所對應的精度即為該加工方法的經濟精度。因此，加工經濟精度是指一個精度范圍而不是一個值。超精密加工一般加工精密加工19201960200010210110010-110-210-3加工誤差（μm）圖5.8加工精度與年代的關系（4）加工精度與年代的關系

如圖所示，各種加工方法的經濟精度隨年代增長和技術進步而不斷提高。5.3.1加工方法的選擇（5）各種加工方法所能達到的經濟精度和表面粗糙度表5.5，5.6，5.7為典型表面的各種加工方法所能達到的經濟精度和表面粗糙度，表5.8為常用機床加工的形位精度，可供選擇時參考。實際應用時可查《金屬機械加工工藝人員手冊》、《機械工藝師手冊》等5.3.1加工方法的選擇2.加工方法的選擇加工方法的選擇,應在分析研究零件圖的基礎上進行。一般先選擇零件上精度要求最高的表面的加工方法，即該表面的最終加工方法，再往前推。選擇時主要考慮以下問題：5.3.1加工方法的選擇2.加工方法的選擇1）加工表面的精度和粗糙度要求根據這些要求，選擇與之相符合的加工經濟精度對應的加工方法。滿足要求的加工方法可能會有多種，再結合其他條件，最后確定一種。5.3.1加工方法的選擇2.加工方法的選擇1）加工表面的精度和粗糙度要求2）零件的材料和熱處理要求零件的材料和熱處理是影響加工方法選擇最重要的因素。如有色金屬精加工，因材料過軟容易堵塞砂輪而不宜采用磨削，而一般淬火鋼只能采用磨削。5.3.1加工方法的選擇2.加工方法的選擇1）加工表面的精度和粗糙度要求2）零件的材料和熱處理要求3）零件的生產類型選擇的加工方法的選擇,應與生產類型相適應。大批大最量生產應采用高生產率的加工方法，如加工孔、內鍵槽等可以采用拉削的方法；當批量不大時，則采用一般的鉆、鉸、鏜、插等方法。5.3.1加工方法的選擇2.加工方法的選擇1）加工表面的精度和粗糙度要求2）零件的材料和熱處理要求3）零件的生產類型4）本廠現有技術水平、生產條件等技術人員應對本單位的設備種類和數量、加工范圍、精度水平以及工人的技術水平有充分的了解，應盡量利用本廠資源。換頁5.3.1加工方法的選擇3.典型表面的加工路線P182~187（要求熟悉，會選用）如某軸材料45，軸頸尺寸精度IT6、Ra0.32，表面淬火，試確定其加工路線。研磨IT5Ra0.008～0.32μm超精加工IT5Ra0.01～0.32μm砂帶磨IT5Ra0.01～0.16μm精密磨削IT5Ra0.008～0.08μm

拋光

Ra0.008～1.25μm金剛石車IT5～6Ra0.02～1.25μm滾壓IT6～7Ra0.16～1.25μm精磨IT6～7Ra0.16～1.25μm精車IT7～8Ra1.25～5μm粗磨IT8～9Ra1.25～10μm半精車IT10～11Ra2.5～12.5μm粗車IT12～13Ra10～80μm精磨—粗磨—半精車—粗車材料45，軸頸尺寸精度IT6、Ra0.32，表面淬火粗車—半精車—粗磨—精磨加工路線為:5.3.2加工階段的劃分1.怎樣劃分加工階段為了保證零件的加工質量﹑生產效率和經濟性，通常在安排工藝路線時，將其劃分成幾個階段。一般精度零件，可劃分成粗加工﹑半精加工和精加工三個階段。對精度要求高和特別高的零件，還需安排精密加工（含光整加工）和超精密加工階段。5.3.2加工階段的劃分2.各階段的主要任務1）粗加工階段主要去除各加工表面的大部分余量，并加工出精基準。2）半精加工階段

減少粗加工階段留下的誤差，使加工面達到一定的精度，為精加工做好準備，并完成一些精度要求不高的表面的加工。5.3.2加工階段的劃分2.各階段的主要任務3）精加工階段

主要是保證零件的尺寸﹑形狀﹑位置精度及表面粗糙度，這是相當關鍵的加工階段。大多數表面至此加工完畢，也為少數需要進行精密加工或光整加工的表面做好準備。4）精密和超精密加工階段

精密和超精密加工采用一些高精度的加工方法，如精密磨削﹑珩磨﹑研磨﹑金剛石車削等，進一步提高表面的尺寸、形狀精度，降低表面粗糙度，最終達到圖紙的精度要求。

5.3.2加工階段的劃分3.劃分加工階段的好處1）有利于保證零件的加工質量粗加工時，夾緊力大、切削厚度大、切削力大、切削熱多，零件因受力變形、受熱變形及殘余應力引起的加工誤差大，如無后續的精加工加以糾正，將難以保證加工精度。此外，粗精加工分開進行，可以避免精加工表面少受損傷。5.3.2加工階段的劃分3.對零件的加工過程劃分加工階段的好處1）有利于保證零件的加工質量2）可以及時發現毛坯的缺陷粗加工時，切除的余量大，容易發現毛坯的缺陷，此時實施報廢，可以避免以后精加工的經濟損失。5.3.2加工階段的劃分3.對零件的加工過程劃分加工階段的好處1）有利于保證零件的加工質量2）可以及時發現毛坯的缺陷3）合理安排加工設備和操作工人粗精加工對設備的要求不同。粗加工要求設備的功率大、生產率高，對精度和工人的技術水平要求不高；精加工則要求精度高但功率不大的設備，而對工人的技術水平要求高。粗精加工分開可分別安排適合各自要求的設備和操作工人，有利于延長精加工設備的壽命。5.3.2加工階段的劃分3.對零件的加工過程劃分加工階段的好處1）有利于保證零件的加工質量2）可以及時發現毛坯的缺陷3）合理安排加工設備和操作工人4）便于組織生產粗、精加工對生產環境條件的要求不同。精加工和精密加工要求環境清潔、恒溫，劃分加工階段后，可以為精加工創造所要求的環境條件。此外，劃分加工階段便于熱處理工序的插入。換頁5.3.2加工階段的劃分4.劃分加工階段需考慮的因素

1）零件的技術要求

一般精度的零件可劃分為粗加工和精加工兩個階段，高精度零件可分為粗加工﹑半精加工和精加工三個階段，更高精度的零件可安排粗加工﹑半精加工﹑精加工和精密加工四個階段或更多的加工階段。5.3.2加工階段的劃分4.劃分加工階段需考慮的因素

1）零件的技術要求

2）生產綱領和生產條件在大批量生產中，為了更合理地安排設備，加工階段一般劃分得比較細；單件小批生產中則劃分得比較粗，有時將粗﹑精加工混在一起。在自動化生產中，為了在一次安裝中加工出盡可能多的表面，有時也將粗﹑精加工混在一起。如采用加工中心加工時，既要求機床有較大功率﹑剛度和精度，同時也要求毛坯有較高的精度，使余量小而均勻，以保證加工過程中不產生大的受力變形和受熱變形。5.3.2加工階段的劃分4.劃分加工階段需考慮的因素

1）零件的技術要求

2）生產綱領和生產條件3）毛坯的情況毛坯的精度和質量對加工階段的劃分有直接影響。如毛坯精度低（如自由鍛﹑砂型鑄造等），可以在粗加工前增加一道荒加工工序，其主要目的是暴露毛坯的質量問題，如砂眼﹑氣孔﹑夾砂等。如果毛坯的精度高﹑質量好（如精密鑄造﹑精密鍛造等），則一開始就可進入半精加工階段。換頁5.3.3加工順序的安排機械加工工序順序的安排原則1）先基準面后其它①應首先安排被選作精基準的表面的加工，再以加工出的精基準為定位基準，安排其它表面的加工。②在精加工階段開始時應先對基準面進行精加工，以提高定位精度，然后再安排其它表面的精加工。如精度要求高的軸類零件，第一道工序就是以外圓面為粗基準加工兩端面及頂尖孔，再以頂尖孔完成各表面的粗加工。精加工開始前先修整頂尖孔，以提高軸在精加工時的定位精度，然后再安排各外圓的精加工。5.3.3加工順序的安排機械加工工序順序的安排原則1）先基準面后其它2）先粗后精指先安排各表面粗加工，后安排精加工。對于精度要求高的零件，粗、精加工應分成兩個階段。5.3.3加工順序的安排機械加工工序順序的安排原則1）先基準面后其它2）先粗后精3）先主后次是指先安排主要表面加工，再安排次要表面加工。主要表面一般指零件上的設計基準面和重要工作面。這些表面是決定零件質量的主要因素，對其進行加工是工藝過程的主要內容，因而在確定加工順序時，要首先考慮加工主要表面的工序安排，以保證主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工順序后，常常從加工的方便與經濟角度出發，安排次要表面的加工。主要表面為兩端軸徑及裝傳動件的Φ35圓柱面：先安排這些表面的加工順序：粗車外圓——精車外圓——磨外圓退刀槽、倒角、鍵槽等次要表面的加工從加工的方便出發，穿插在其中進行。其總的加工順序為：平端面、打中心孔—粗車外圓—精車外圓、倒角、切退刀槽—銑鍵槽—磨外圓5.3.3加工順序的安排機械加工工序順序的安排原則1）先基準面后其它2）先粗后精3）先主后次4）先面后孔箱體和支架類零件既有平面，又有孔或孔系，這時應先將平面（通常是裝配基準）加工出來，再以平面為基準加工孔或孔系。此外，在毛坯面上鉆孔或鏜孔，容易使鉆頭引偏或打刀。此時也應先加工面，再加工孔，以避免上述情況的發生。換頁5.3.3加工順序的安排2.熱處理和表面處理工序的安排1）為了改善工件材料切削性能而進行的熱處理工序（如退火、正火等），應安排在切削加工之前進行。2）為了消除內應力而進行的熱處理工序（如退火、人工時效等），最好安排在粗加工之后，精加工之前進行；有時也可安排在切削加工之前進行。5.3.3加工順序的安排2.熱處理和表面處理工序的安排3）為了改善工件材料的力學物理性質而進行的熱處理工序（如調質、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前進行。其中滲碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前進行。而表面淬火和滲氮等變形小的熱處理工序，允許安排在精加工后進行。4）為了提高零件表面耐磨性或耐蝕性而進行的熱處理工序以及以裝飾為目的的熱處理工序或表面處理工序（如鍍鉻、鍍鋅、氧化、煮黑等）一般放在工藝過程的最后。5.3.3加工順序的安排3.輔助工序的安排檢驗工序的安排1）重要工序的加工前后；2）不同加工階段的前后，如粗加工結束﹑精加工前；精加工后﹑精密加工前；3）工件從一個車間轉到另一個車間前后；4）零件的全部加工結束以后。輔助工序的種類很多，如檢驗﹑去毛刺﹑清洗﹑平衡﹑去磁等，它們也是工藝過程的重要組成部分。檢驗工序是保證零件加工質量合格的關鍵工序之一。在工藝規程中，應在下列情況下安排常規檢驗工序：5.3.4工序的集中與分散1.工序集中及分散的概念工序分散：工序數多而各工序的加工內容少工序集中：是工序數少而各工序的加工內容多零件的加工順序確定以后，在確定各工序的加工內容時，可有兩種設計思路：一種是工序分散；一種是工序集中。5.3.4工序的集中與分散2.工序集中的特點1）在一次安裝中可加工出多個表面，不但減少了安裝次數，而且易于保證這些表面之間的位置精度；2）有利于采用高效的專用機床和工藝裝備；3）所用機器設備的數量少，生產線的占地面積小，使用的工人也少，易于管理；4）機床結構通常較為復雜，調整和維修比較困難。5.3.4工序的集中與分散3.工序分散的特點1）使用的設備較為簡單，易于調整和維護；2）有利于選擇合理的切削用量；3）使用的設備數量多，占地面積較大，使用的工人數量也多。

5.3.4工序的集中與分散4.發展趨勢由于市場需求的多變性，對生產過程的柔性要求越來越高，工序集中將越來越成為生產的主流方式。本節學習要求深入理解加工經濟精度的概念及定義了解常見表面的典型加工方法與加工路線理解并掌握加工階段的劃分原則、加工順序的安排原則理解工序集中和工序分散的概念。5.4加工余量、工序尺寸及工序公差的確定主要內容:加工余量的概念確定加工余量的方法工序尺寸及公差的確定1.加工總余量與工序（工步）余量加工總余量（即毛坯余量）：是指毛坯尺寸與零件設計尺寸之差，也就是某加工表面上切除的金屬層總厚度。工序（工步）余量：是指相鄰工序（工步）的尺寸之差，也就是某道工序（工步）所切除的金屬層厚度。5.4.1加工余量的概念總余量與工步余量之間的關系：5.4.1加工余量的概念H1H2H設ZsH坯粗刨Z1精刨Z2磨Z3式中:Zs—某加工表面的總余量；

n—該表面的機械加工工序（工步）數；

Zi—該表面第i個工序（工步）的加工余量。設某加工表面上道工序的尺寸為a，本道工序的尺寸為b,則本道工序的基本余量Zb可以表示為：對于被包容面：

Zb=a-b對于包容面：Zb=b-a工序余量有單邊余量和雙邊余量之分。5.4.1加工余量的概念5.4.1加工余量的概念2.最大余量、最小余量、平均余量、余量公差最大余量：Zmax=amax-bmin（被包容尺寸）

Zmax=bmax-amax（包容尺寸）最小余量：Zmin=amin-bmax

（被包容尺寸）

Zmin=bmin-amax

（包容尺寸）余量公差：Tz=Zmax-Zmin=Ta+Tb5.4.1加工余量的概念5.4.1加工余量的概念3.加工余量及工序尺寸公差對機械加工的影響加工余量過大，不僅增加了機械加工量、降低了生產效率，而且浪費原材料的能源，增加刀具等到工具消耗，使加工成本提高。加工余量過小，則不能保證消除前工序的各種誤差和表面缺陷層。工序公差給的過小，無形中提高了加工精度，增加了工序的加工成本。上工序公差給的過大，會使余量變動量大，有可能會影響本工序的加工質量；當用夾具定位夾緊時，可能會因尺寸變動太大而不能確保安裝。5.4.1加工余量的概念4.影響工序余量的因素1）前工序留下的表面粗糙度Ry和表面缺陷層深度Ha2）前工序的尺寸公差Ta3）前工序留下的需單獨考慮的空間誤差εa4）本工序的安裝誤差εb5.4.1加工余量的概念工序余量的計算公式：對于單邊余量：對于雙邊余量：5.4.1加工余量的概念1.分析計算法1)采用浮動鏜刀鏜孔或浮動鉸刀鉸孔或拉刀拉孔,由于這些方法不能糾正位置誤差,公式可簡化為:5.4.2確定加工余量的方法2）無心磨床磨外圓時無裝夾誤差，公式可簡化為：5.4.2確定加工余量的方法1.分析計算法砂輪導輪托板工件3）精密加工方法如研磨、珩磨、超精加工等，加工時僅去掉上工序留下的加工痕跡，公式可簡化為：5.4.2確定加工余量的方法4）對于拋光，僅用于提高表面粗糙度，因此5.4.2確定加工余量的方法2.查表法根據《機械加工工藝手冊》提供的資料查出各表面的總余量及不同加工方法的工序余量，方便迅速，使用廣泛。3.經驗法由一些有經驗的工藝設計人員或工人根據經驗確定余量。一般用于單件小批生產。5.4.2確定加工余量的方法5.4.3工序尺寸及公差的確定步驟：1）確定該加工表面的總余量，再根據加工路線確定各工序的基本余量，并核對第一道工序的加工余量是否合理。2）自終加工工序起，即從設計尺寸開始，至第一道工序，逐次加上（對被包容面）或減去（對包容面）各工序的基本余量，便可得到各道工序的基本工序尺寸。3）除終加工工序外，根據各工序的加工方法及其經濟加工精度，確定其工序公差和粗糙度。4）按入體原則以單向偏差方式標注工序尺寸，并可作適當調整。例5.1某連桿大頭孔的設計尺寸為(IT6)，表面粗糙度Ra0.4μm，毛坯為鍛件，采用的加工路線為：

粗鏜—半精鏜—精鏜—細鏜—滾壓試確定各工序的工序尺寸及其公差，以及表面粗糙度。5.4.3工序尺寸及公差的確定工序名稱工序余量mm初定工序基本工序尺寸mm以入體單向公差標注mm調整后的工序尺寸經濟精度Mm粗糙度Ra/μm工序尺寸mm粗糙度Ra/μm滾壓0.0030.40.4細鏜0.30.861.5-0.003=61.4970.8精鏜0.71.661.497-0.3=61.21.6半精鏜1.53.261.2-0.7=60.53.2粗鏜26.360.5-1.5=596.3鍛Z總=4.559-2=572）確定各工序余量滾壓工序余量。根據試驗定為0.003mm細鏜余量：查表確定為0.3mm精鏜余量：根據該廠資料定為0.7mm半精鏜余量：大頭孔為剖分孔，定為1.5mm粗鏜余量：4.5-1.5-0.7-0.3-0.003=21）確定總余量查表并根據大頭孔為剖分孔，確定大頭孔的直徑總余量為4.5mm，毛坯尺寸偏差為（1）確定總余量和工序余量工序名稱工序余量mm初定工序基本工序尺寸mm以入體單向公差標注mm調整后的工序尺寸經濟精度mm粗糙度Ra/μm工序尺寸mm粗糙度Ra/μm滾壓0.030.40.4細鏜0.30.861.5-0.003=61.4970.8精鏜0.71.661.497-0.3=61.21.6半精鏜1.53.261.2-0.7=60.53.2粗鏜26.360.5-1.5=596.3鍛Z總=4.559-2=57滾壓為最終工序，應達到設計要求細鏜的下道工序為滾壓，其目的僅上降低表面粗糙度值，因此細鏜工序的尺寸精度應達到圖紙要求，取工序公差為0.018，Ra0.8μm由細鏜余量表可知，細鏜之前的精鏜必須達到IT9，粗糙度為Ra1.6μm半精鏜經查表得其經濟精度為IT11，粗糙度

Ra3.2μm粗鏜經查表得其經濟精度為IT12，粗糙度

Ra6.3μm（2）確定各工序的加工經濟精度和粗糙度工序名稱工序余量mm初定工序基本工序尺寸mm以入體單向公差標注mm調整后的工序尺寸經濟精度Mm粗糙度Ra/μm工序尺寸mm粗糙度Ra/μm滾壓0.030.461.50.4細鏜0.30.861.5-0.003=61.4970.8精鏜0.71.661.497-0.3=61.21.6半精鏜1.53.261.2-0.7=60.53.2粗鏜26.360.5-1.5=596.3鍛Z總=4.559-2=57計算各工序的基本尺寸以入體原則標注工序尺寸工序尺寸調整本節學習要求掌握加工余量的概念理解影響加工余量大小的因素掌握加工余量的方法掌握工序尺寸及公差的確定方法5.5工藝尺寸鏈主要內容:尺寸鏈的定義和級成尺寸鏈的分類尺寸鏈的基本計算方法工藝尺寸鏈的應用5.5工藝尺寸鏈5.5.1尺寸鏈概述尺寸鏈的定義與組成（1）尺寸鏈的定義尺寸鏈：由若干相互有聯系的尺寸按一定順序首尾相接形成的尺寸封閉圖形定義為尺寸鏈。工藝尺寸鏈：在零件加工過程中，由同一零件有關工序尺寸所形成的尺寸鏈，稱為工藝尺寸鏈。裝配尺寸鏈：在機器設計和裝配過程中，由有關零件設計尺寸形成的尺寸鏈，稱為裝配尺寸鏈。α1α2α0圖5.23工藝尺寸鏈示例b)c)a)A1A2A0A1A2A0ABC0.05A0.1C5.5.1尺寸鏈概述（2）尺寸鏈的組成尺寸環：組成尺寸鏈的每一個尺寸。如A0、A1、A2各尺寸環按其形成的順序和特點，可分為封閉環和組成環。

封閉環：凡在零件加工過程或機器裝配過程中最終形成的環（或間接得到的環）。如A0組成環：尺寸鏈中除封閉環以外的各環。如A1、A2

組成環按其對封閉環影響又可分為增環和減環。增環：凡該環變動（增大或減?。┮鸱忾]環同向變動（增大或減?。┑沫h，稱為增環。如A1減環：由于該環變動（增大或減?。┮鸱忾]環反向變動（減小或增大）的環，稱為減環。如A2α1α2α0圖5.23工藝尺寸鏈示例b)c)a)A1A2A0A1A2A0ABC0.05A0.1C圖中A0為封閉環，它通過上道工序保證尺寸A1，本道工序保證尺寸A2而間接得到。A2、A1為組成環，其中A1為增環，A2為減環。2.尺寸鏈的分類1）直線尺寸鏈

它的尺寸環都位于同一平面的若干平行線上。2）角度尺寸鏈

各尺寸環均為角度尺寸的尺寸鏈稱為角度尺寸鏈。3）平面尺寸鏈

平面尺寸鏈由直線尺寸和角度尺寸組成，且各尺寸均處于同一個或幾個相互平行的平面內。4）空間尺寸鏈

組成環位于幾個不平行平面內的尺寸鏈。空間尺寸鏈在空間機構運動分析和精度分析中，以及具有空間角度關系的零部件設計和加工中會遇到。5.5.1尺寸鏈概述β0β1β2α0α1α2α3a）b）圖5.24角度尺寸鏈示例圖5.25平面尺寸鏈Y2Y1Xα0L0b）Y2a）L0XAY1α05.5.2尺寸鏈的基本計算方法1．極值法

（1）基本尺寸計算公式式中A0

——

封閉環的基本尺寸；

Aj

——

增環的基本尺寸；

Ak

——

減環的基本尺寸；

m

——

增環數；

n

——

尺寸鏈總環數。封閉環的基本尺寸等于各增環基本尺寸之和減去各減環基本尺寸之和（2）偏差及公差計算公式

式中ES0，EI0

——

封閉環的上、下偏差；

ESj，EIj

——

增環的上、下偏差；

ESk，EIk

——

減環的上、下偏差。上偏差下偏差封閉環的上偏差等于各增環上偏差之和減去各減環下偏差之和。封閉環的下偏差等于各增環下偏差之和減去各減環上偏差之和。5.5.2尺寸鏈的基本計算方法

公差式中T0L

——

封閉環公差（極值公差）；

Ti

——

組成環的公差。封閉環的公差等于各組成環公差之和。5.5.2尺寸鏈的基本計算方法

式中A0M、AjM、AkM分別表示封閉環、增環和減環的平均尺寸。（3）平均尺寸計算公式封閉環的平均尺寸等于各增環平均尺寸之和減去各減環平均尺寸之和5.5.2尺寸鏈的基本計算方法尺寸鏈豎式求解規則:1）在等號線以上將增環的基本尺寸和上、下偏差自左至右依次排列出；減環在排列時，其基本尺寸前要加負號，上、下偏差位置對調并變正負號（正變為負，負變為正）。2）將增﹑減環的基本尺寸﹑上偏差﹑下偏差分別相加，其代數和列于等號線下，即為封閉環的基本尺寸和上、偏差。(下面以實例來說明)5.5.2尺寸鏈的基本計算方法例5.2圖5.25所示尺寸鏈，已知：，，求封閉環A0的大小和偏差。減環在排列時，其基本尺寸前要加負號，上、下偏差位置對調并變號最后結果為：mm5.5.2尺寸鏈的基本計算方法

解用豎式法求解，列表如下：環名基本尺寸上偏差下偏差A3(增環)350-0.25A1(減環)-15+0.09-0.09A2(減環)-10+0.150A0(封閉環)10+0.24-0.342．概率法極值法計算尺寸鏈時，必須滿足封閉環公差等于組成環公差之和這一要求。在大批量生產中，尺寸鏈中各增、減環同時出現相反的極限尺寸的概率很低，特別當環數多時，出現的概率更低。當封閉環公差較小、組成環環數較多時，采用極值算法會使組成環的公差過小，以致使加工成本上升甚至無法加工。根據概率統計原理和加工誤差分布的實際情況，采用概率法求解算尺寸鏈更為合理。5.5.2尺寸鏈的基本計算方法2．概率法由前述可知，封閉環的基本尺寸是增環﹑減環的基本尺寸的代數和。根據概率論，若將各組成環視為隨機變量，則封閉環（各隨機變量之和）也為隨機變量，且有：1）封閉環的平均值等于各組成環的平均值的代數和；2）封閉環的方差（標準差的平方）等于各組成環方差之和，即：式中σ0——

封閉環的標準差；

σi

——

第i個組成環的標準差。5.5.2尺寸鏈的基本計算方法

這里只討論組成環接近正態分布的情況若各組成環的尺寸分布均接近正態分布，則封閉環尺寸分布也近似為正態分布。假設尺寸鏈各環尺寸的分散范圍與尺寸公差相一致（如圖所示）①尺寸鏈各尺寸環的平均尺寸等于各尺寸環尺寸的平均值；（即將非對稱公差轉換為對稱公差AM±T/2）②各尺寸環的尺寸公差等于各環尺寸標準差的6倍，即：由此可以引出兩個概率法基本公式：1）平均尺寸計算公式2）公差計算公式5.5.2尺寸鏈的基本計算方法

3σ3σT1）平均尺寸計算公式2）公差計算公式該式表明在組成環接近正態分布的情況下，尺寸鏈封閉環的平均尺寸等于各組成環的平均尺寸的代數和。該式表明在組成環接近正態分布的情況下，封閉環的公差等于各組成環公差的平方和的平方根。5.5.2尺寸鏈的基本計算方法

概率法基本公式：例5.3用概率法求解圖5.26所示尺寸鏈。已知：解

1）將已知各尺寸改寫成雙向對稱偏差形式：A1=15±0.09mm;A2=9.925±0.075mm;A3=4.875±0.125mm2）求出封閉環的平均尺寸：A0M=A3M－（A1M＋A2M）=34.875-9.925-15=9.95mm3）求封閉環公差：假定各組成環均接近正態分布，則由公式最后有：得：組成環偏離正態分布時，用下面的近似公式：T0k稱為當量公差，k值常取1.2~1.6。5.5.3工藝尺寸鏈的應用1．定位（測量）基準與設計基準不重合時的尺寸換算例5.4如圖所示壓條零件，若求調整尺寸A2。解1）列尺寸鏈a)2）判斷各環性質A0為封閉環，A1為增環，A2為減環3）計算環名基本尺寸上偏差下偏差A1（增環）A2（減環）30-200+0.1-0.10A0（封閉環）10+0.1-0.1b)A1A2A0A1A2A0BCA5.5.3工藝尺寸鏈的應用例5.5圖5.28a所示零件，設計尺寸為10-0.360。因尺寸不便測量，改測尺寸x。試確定尺寸x的數值和公差。解：1）列尺寸鏈2）判斷各環性質3）計算10=50-x,x=400=0-EIx,EIx=0-0.36=-0.17-ESx,ESx=+0.19因此，ABXBBAXBAXBAXBX環名基本尺寸上偏差下偏差A（增環）x（減環）50-4000-0.17-0.19B（封閉環）100-0.362.工序基準是尚待加工的設計基準例5.6解：1）列尺寸鏈2）判斷各環性質鍵槽深度H為磨內孔間接得到，是封閉環。其余各環的判斷如圖。3）計算R1R2R1R1R2R1R2R1R2R1R2R1R2R1R1R1R1HD2D1A1環名基本尺寸上偏差下偏差A1（增環）

43.1+0.175+0.025R2（增環）20+0.0250R1（減環）-19.80-0.025H（封閉環）43.3+0.20HR2A1R1與封閉環方向相同者為減環，相反者為增環。HD2D1A1D1A1D2HR1R2同軸度、對稱度在尺寸鏈中的處理當同軸度、對稱度為技術要求時，則為封閉環；在加工過程中出現，則為組成環；基本尺寸為0，上下偏差為其公差的一半，即把它作為一個尺寸環來計算，可把它置于有相對位置要求的任一尺寸一方。如上例若已知磨孔與鏜孔的同軸度誤差為0.03，則，該環放在R1或R2上都可以。A1HR1R2eD1A1Ha）b）D2同軸度、對稱度在尺寸鏈中的處理A1HR1R2eD1A1Ha）b）D2環名基本尺寸上偏差下偏差A1（增環）

43.1+0.160+0.04R2（增環）20+0.0250e（增環）0+0.015-0.015R1（減環）-19.80-0.025H（封閉環）43.3+0.20例5.7連桿厚度尺寸要求如圖所示。為了使連桿在加工過程中安裝方便，開始加工時小頭的厚度亦按大頭要求加工，到加工后期再將小頭銑薄。有關的加工工序如下：L1L2L2L0解:1.列尺寸鏈2.判斷各環性質L0為銑削小頭端面時間接獲得,故為封閉環,L1為減環,L2為增環。3.計算L1L2L2L0環名基本尺寸上偏差下偏差2L2（增環）66-0.15-0.28L1（減環）-36+0.25+0.18L0（封閉環）30+0.1-0.14．有表面處理工序的工藝尺寸鏈計算表面處理是指表面滲碳﹑滲氮等滲入類以及鍍鉻﹑鍍鋅等鍍層類的表面處理。滲入類表面處理通常在精加工以前完成滲入，精加工后應使滲入層厚度符合設計要求，因此設計要求的滲入層厚度為封閉環。鍍層類表面處理在大多數情況下是通過控制電鍍工藝參數來保證鍍層厚度的，因此最后獲得的電鍍后的零件尺寸為封閉環。a）b）圖5.32滲碳層深度尺寸換算D2R2R1H1H0A解：1）列尺寸鏈2）判斷各環性質H0是最終的滲碳層厚度，是間接保證的，因此是封閉環；H1、R2為增環；R1為減環。3）計算環名基本尺寸上偏差下偏差H1（增環）0.7+0.25+0.008R2（增環）190-0.008R1（減環）-19.2+0.050H0（封閉環）0.5+0.30D1H1H0R1D2R2作業：5-135-145-155-17單件小批量：畫線，使腔體加工后壁厚均勻。若鑄件上有主軸孔，以所主軸孔的畫線為基準，先加工主軸孔。以主軸孔為精基準加工A,C,B面。若鑄件上無主軸孔，則以A，C面的畫線為基準加工A,C面，再以A,C面為精基準加工I孔，B面及其它面。大批量與單件的區別：由于鑄件精度較高，不用畫線。加工用的粗精基準基本相同。5-6.試選擇習圖5.6示三個零件的粗﹑精基準。其中a）齒輪，m＝2，Z＝37，毛坯為熱軋棒料；b）液壓油缸，毛坯為鑄鐵件，孔已鑄出。c）飛輪，毛坯為鑄件。均為批量生產。圖中除了有不加工符號的表面外，均為加工表面。Aa）b）c）AAtAt第5章習題與思考題B

圖a：①精基準--齒輪的設計基準是孔A。按基準重合原則，應選孔A為精基準。以A為精基準也可以方便地加工其他表面，與統一基準原則相一致。故選孔A為統一精基準。

②粗基準--齒輪各表面均需加工，不存在保證加工面與不加工面相互位置關系的問題。在加工孔A時，以外圓定位較為方便，且可以保證以孔A定位加工外圓時獲得較均勻的余量，故選外圓表面為粗基準。

Aa）At下料（留卡頭8mm左右）正火粗車各部，孔鉆出，一端車出卡頭尺寸φ？X8留余量1~1.5（外圓為粗基準）定性處理(即調質)精車：1）卡一端卡頭，車另一端面外圓及孔成；（一次安裝下加工的各表面，相互之間位置精度高）2）調頭車另一端面留磨量0.1~0.15,并車環線標記，倒角磨環線標記面成（以另一端面為精基準）滾齒（內孔與環線標記面為精基準）剃齒（內孔與環線標記面為精基準）齒部氮化處理材料40cr,形狀大小類似的齒輪,某廠加工過程如下：卡頭φ？X8b）圖b：①精基準--液壓油缸的設計基準是孔B。按基準重合原則，應選孔B為精基準。以B為精基準也可以方便地加工其他表面，與統一基準原則相一致。故選孔B為統一精基準。②粗基準--液壓油缸外圓沒有功能要求，與內孔未注位置公差要求。而孔B是重要加工面，從保證其余量均勻的角度出發，應選孔B的毛坯孔作定位粗基準。

B又：若要求壁厚均勻呢？(討論如下)加工后孔的形狀e以外圓為基準設內孔B與外圓之間有偏心:加工后孔的形狀e以內孔B為基準

圖c：①精基準—飛輪的設計基準是孔A。按基準重合原則，應選孔A為精基準。以A為精基準也可以方便地加工其他表面，與統一基準原則相一致。故選孔A為統一精基準。②粗基準--為保證飛輪旋轉時的平衡，大外圓與不加工孔要求同軸，且不加工內端面與外圓臺階面距離應盡可能的均勻，故應不加工孔及內端面作定位粗基準。

AAt加工過程如下：先以右端不加工表面直徑為D的內孔和內端面作為粗基準，加工左端面、直徑為d的通孔、左端外圓、臺階面及右端外圓；再以左端外圓（或內孔）作為精基準加工右端面。ΦDΦd5-13習圖5.13所示a）為一軸套零件，尺寸mm和

mm已加工好，b）、c）、d）為鉆孔加工時三種定位方案的簡圖。試計算三種定位方案的工序尺寸A1

、A2和A3。A1A3A2a）b）c）d）習圖5.130380－0.1A1A3A2a）b）c）d）習圖5.130380－0.1

1）圖b：解：基準重合

mm

2）圖c：解:(1)列尺寸鏈(2)判斷各環性質尺寸10±0.1是封閉環，尺寸A2和是組成環，且A2為增環，為減環。(3)由直線尺寸鏈極值算法基本尺寸計算公式，有：

10=A2－8，→A2=18mm

由直線尺寸鏈極值算法偏差計算公式：

0.1=ESA2－（-0.05），

→ESA2=0.05mm;

-0.1=EIA2－0，→EIA2=-0.1mm。故：mm

A210±0.1環名基本尺寸增環減環增環A2減環-8+0.050封閉環10+0.1-0.118+0.05-0.13）圖d：解：(1)列尺寸鏈(2)判斷各環性質10±0.1是封閉環,為增環，A3和為減環。(3)列豎式計算

10±0.1A3故：mm環名基本尺寸增環減環減環A3減環-8+0.050封閉環10+0.1-0.1-20+0.050增環380-0.1205-14加工習圖5.14所示一批零件，有關的加工過程如下：1）以A面及φ60外圓定位，車φ40外圓及端面D﹑B，保證尺寸；2）調頭，以D面及φ40外圓定位，車A面，保證零件總長為。鉆φ20通孔，鏜φ25孔，用測量方法保證孔深為；3）以D面定位磨削A面，用測量方法保證φ25孔深尺寸為，加工完畢。求尺寸=？5-14加工習圖5.14所示一批零件，有關的加工過程如下：1）以A面及φ60外圓定位，車φ40外圓及端面D﹑B，保證尺寸；2）調頭，以D面及φ40外圓定位，車A面，保證零件總長為。鉆φ20通孔，鏜φ25孔，用測量方法保證孔深為；3）以D面定位磨削A面，用測量方法保證φ25孔深尺寸為，加工完畢。求尺寸=？5-14加工習圖5.14所示一批零件，有關的加工過程如下：1）以A面及φ60外圓定位，車φ40外圓及端面D﹑B，保證尺寸；