5-5-加工余量与尺寸链解析

1、5.5 加工余量、工序间尺寸及公差的确定加工余量、工序间尺寸及公差的确定1. 加工余量加工余量（1）加工余量的概念）加工余量的概念 总余量总余量Z0与与工序余量工序余量Zi 的关系：的关系：单边余量单边余量对于非对称表面，其加工余量用单边余量对于非对称表面，其加工余量用单边余量 Zb 表示表示 Zb =la-lb双边余量双边余量 对于外圆内圆等对称表面加工余量用双边余量对于外圆内圆等对称表面加工余量用双边余量2Zb表示表示n1iiZ ZZ Z0 0 双边余量双边余量 外圆表面外圆表面 2 Zb =da-db ， 内圆表面内圆表面 2 Zb =Db-Da 单边余量单边余量 Zb =la-lb工序

2、尺寸公差一般按工序尺寸公差一般按“入体原则入体原则”标标注注 Zmax= la (lb Tb)= Zb + Tb Zmin =( la Ta ) lb= Zb Ta工序余量变动范围工序余量变动范围 Tz = ZmaxZmin = Tb + Ta 由于各工序尺寸都有偏差，故实际切除的余量是变化的。由于各工序尺寸都有偏差，故实际切除的余量是变化的。工序余量又分为工序余量又分为公称余量公称余量Zb、最大余量、最大余量Zmax、最小余量、最小余量Zmin对于被包容面，本工序的对于被包容面，本工序的公称余量公称余量 Zb =la-lb 对于包容尺寸（孔径、槽宽），下偏差为对于包容尺寸（孔径、槽宽），下偏

3、差为0，其最小尺寸，其最小尺寸 就是基本尺寸，本工序的就是基本尺寸，本工序的公称余量公称余量 Zb =lb-la Zmax= (lb +Tb) la= Zb + Tb Zmin = lb (la +Ta) = Zb Ta工序余量变动范围工序余量变动范围 Tz = ZmaxZmin = Tb + Ta1）上工序留下的表面粗糙度值）上工序留下的表面粗糙度值Ry和表面缺陷和表面缺陷 层深度层深度Ha 本工序必须把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层本工序必须把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层 全部切去，因此本工序余量必须包括这两项因素。全部切去，因此本工序余量必须包括这两项因素。2）上工序的尺寸公差

4、）上工序的尺寸公差Ta 上工序加工表面存在形状误差，如平面度、圆柱度等，上工序加工表面存在形状误差，如平面度、圆柱度等， 其总和不超过其总和不超过Ta ，为使本工序能切去这些误差，工序，为使本工序能切去这些误差，工序 余量应包括余量应包括Ta项。项。 （ 2 ） 影响加工余量的因素影响加工余量的因素3）Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差值没有包括的上工序留下的空间位置误差 ea工件上有些形位误差未包括在加工表面工序尺寸公差范工件上有些形位误差未包括在加工表面工序尺寸公差范围之内围之内, ,在确定加工余量时，须考虑它们的影响，否则在确定加工余量时，须考虑它们的影响，否则将无法去除上工序留下

5、的表面缺陷层。将无法去除上工序留下的表面缺陷层。 4）本工序的装夹误差）本工序的装夹误差 b 如果本工序存在装夹误差（定位误差、夹紧误差），如果本工序存在装夹误差（定位误差、夹紧误差）， 在确定本工序加工余量时还应考虑在确定本工序加工余量时还应考虑b的影响。的影响。 ea与与b都是向量，要用矢量相加所得矢量和的模进都是向量，要用矢量相加所得矢量和的模进 行余量计算。行余量计算。综上分析，工序余量的最小值可用以下公式计算：综上分析，工序余量的最小值可用以下公式计算：对于单边余量：对于单边余量： 对于双边余量：对于双边余量： 2 baayabmineHRTZbaayabmin22e)H(RTZ（

6、3 ） 加工余量的确定加工余量的确定 1）计算法）计算法 掌握影响加工余量的各种因素具体数据的条件下，掌握影响加工余量的各种因素具体数据的条件下， 计算法比较科学，但目前统计资料较少。计算法比较科学，但目前统计资料较少。 2）经验估计法）经验估计法 为避免出现废品，估计余量一般偏大，用于单件小为避免出现废品，估计余量一般偏大，用于单件小 批生产。批生产。 3）查表法）查表法 以生产实践和实验研究为基础制成数据表格，查表以生产实践和实验研究为基础制成数据表格，查表 并结合实际情况加以修正。查表法确定加工余量，并结合实际情况加以修正。查表法确定加工余量， 方法简便，较接近实际，应用广泛。方法简便，

7、较接近实际，应用广泛。 2. 工序尺寸及其公差的确定工序尺寸及其公差的确定1）工艺基准与设计基准重合）工艺基准与设计基准重合同一表面经多次加工达到图纸尺寸要求，其中间工序同一表面经多次加工达到图纸尺寸要求，其中间工序尺寸根据零件图尺寸加上或减去工序余量即可得到，尺寸根据零件图尺寸加上或减去工序余量即可得到，即从最后一道工序向前推算，得出相应的工序尺寸，即从最后一道工序向前推算，得出相应的工序尺寸，一直推算到毛坯尺寸。一直推算到毛坯尺寸。2）工艺基准与设计基准不重合）工艺基准与设计基准不重合 必须通过工艺尺寸的计算才能得到，第部分介绍必须通过工艺尺寸的计算才能得到，第部分介绍5.6 尺寸链尺寸链

8、 一、一、 概述概述 1.定义定义:在加工或装配中在加工或装配中,互相连接的尺寸形互相连接的尺寸形成封闭的尺寸组成封闭的尺寸组 2.尺寸链组成尺寸链组成: 1)组成环组成环:尺寸链中对封闭环有影响的环尺寸链中对封闭环有影响的环 2)封闭环封闭环:在加工或装配中间接获得或间在加工或装配中间接获得或间接保证的环接保证的环,是最终形成的是最终形成的. 具有唯一性具有唯一性 3) 增环增环: 该环的变动引起封闭环的同向该环的变动引起封闭环的同向 变动的环变动的环 4) 减环减环: 该环的变动引起封闭环的反向该环的变动引起封闭环的反向 变动的环变动的环二二.尺寸链的分类尺寸链的分类 1.按环的几何特征分

9、按环的几何特征分:长度尺寸链长度尺寸链 角度尺寸链角度尺寸链 2.按应用场合分按应用场合分:工艺尺寸链工艺尺寸链 装配尺寸链装配尺寸链 3.按环的空间位置分按环的空间位置分: 直线尺寸链直线尺寸链 平面尺寸链平面尺寸链 空间尺寸链空间尺寸链 4.按尺寸链的相互联系的形态分按尺寸链的相互联系的形态分: 独立尺寸链独立尺寸链 相关尺寸链相关尺寸链尺寸链的类型尺寸链的类型 以A面为基准分别加工C面和B面，则要求CA即1=90)，BA (即2=0)，加工后应使B C (即090)，但这种关系是通过1、2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。三三 工艺尺寸工艺尺寸链链的计算的

10、计算 按尺寸链在空间分布的位置关系，分为按尺寸链在空间分布的位置关系，分为直线尺寸链直线尺寸链、平平面尺寸链面尺寸链和和空间尺寸链空间尺寸链。在尺寸链中，以直线尺寸链。在尺寸链中，以直线尺寸链即全部组成环平行于封闭环的尺寸链用得最多即全部组成环平行于封闭环的尺寸链用得最多 。尺寸链：尺寸链：由相互联系、按一定顺序首尾相接排由相互联系、按一定顺序首尾相接排 列的尺寸封闭图叫作尺寸链。列的尺寸封闭图叫作尺寸链。根据用途不同分为根据用途不同分为工艺尺寸链工艺尺寸链和和装配尺寸链装配尺寸链工艺尺寸链工艺尺寸链是由单个零件在工艺过程中有关尺寸形成的；是由单个零件在工艺过程中有关尺寸形成的；装配尺寸链装配

11、尺寸链指机器在装配过程中由相关零件的尺寸或相互指机器在装配过程中由相关零件的尺寸或相互 位置关系所组成的位置关系所组成的尺寸链尺寸链（1）极值法解工艺尺寸链）极值法解工艺尺寸链 A1和和A2是在加工过程中是在加工过程中直接获得直接获得，尺寸，尺寸A0是是间接保证间接保证的，的，A1、A2 和和A0构成一个封闭的尺寸组，构成一个封闭的尺寸组，都叫尺寸链的环。都叫尺寸链的环。 组成环：组成环：加工过程中直接获得的尺寸如加工过程中直接获得的尺寸如A1、A2是组成环；是组成环； 封闭环：封闭环：间接获得的尺寸间接获得的尺寸A0称为封闭环；称为封闭环； 增环：增环：它增大将使封闭环随之增大的组成环如它增

12、大将使封闭环随之增大的组成环如A1叫增环；叫增环； 减环：减环：它增大反使封闭环随之减小的组成环如它增大反使封闭环随之减小的组成环如A2叫减环叫减环三三 工艺尺寸工艺尺寸链链的计算的计算(极值法和概率法)尺寸链计算的关键：尺寸链计算的关键： 正确画出尺寸链图，找出封闭环，确定增环和减环正确画出尺寸链图，找出封闭环，确定增环和减环作尺寸链图作尺寸链图 按照加工顺序依次画出各工序尺寸及零件按照加工顺序依次画出各工序尺寸及零件 图中要求的尺寸，形成一个图中要求的尺寸，形成一个封闭封闭的图形。的图形。找封闭环找封闭环 根据工艺过程，找出间接保证的尺寸根据工艺过程，找出间接保证的尺寸A0 为为 封闭环。

13、封闭环。 确定增环和减环确定增环和减环2）尺寸链的基本计算公式）尺寸链的基本计算公式 (1) 用极值法解尺寸链的基本计算公式如下：用极值法解尺寸链的基本计算公式如下：a)a)封闭环的封闭环的基本尺寸基本尺寸等于增环的基本尺寸之和减去减环等于增环的基本尺寸之和减去减环 的基本尺寸之和，即的基本尺寸之和，即 b)封闭环的封闭环的最大极限尺寸最大极限尺寸等于增环最大极限尺寸之和减等于增环最大极限尺寸之和减 去减环最小极限尺寸之和，即去减环最小极限尺寸之和，即 c)封闭环的封闭环的最小极限尺寸最小极限尺寸等于增环最小极限尺寸之和减等于增环最小极限尺寸之和减 去减环最大极限尺寸之和，即去减环最大极限尺寸

14、之和，即 d)封闭环的封闭环的上偏差上偏差等于增环上偏差之和减去减环下偏差之等于增环上偏差之和减去减环下偏差之 和和 ，即，即 e)封闭环的封闭环的下偏差下偏差等于增环下偏差之和减去减环上偏差之等于增环下偏差之和减去减环上偏差之 和和 ，即，即 f)封闭环的封闭环的公差等于组成环公差之和，公差等于组成环公差之和，即即 封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大，应尽量选封闭环的公差比任何一个组成环的公差都大，应尽量选择最不重要的尺寸作封闭环；择最不重要的尺寸作封闭环；为减小封闭环公差，应尽量减少组成环数及其公差。为减小封闭环公差，应尽量减少组成环数及其公差。 计算尺寸链时，常遇到两种类型的问题：计

15、算尺寸链时，常遇到两种类型的问题：1）已知全部组成环的极限尺寸，求封闭环基本尺寸及）已知全部组成环的极限尺寸，求封闭环基本尺寸及 公差，称为公差，称为“正计算正计算” ，结果唯一。，结果唯一。 2）已知封闭环的极限尺寸，求一个或几个组成环的极）已知封闭环的极限尺寸，求一个或几个组成环的极 限尺寸，称为限尺寸，称为“反计算反计算” ” 。通常在制定工艺规程时，。通常在制定工艺规程时， 由于基准不重合而需要进行的尺寸换算属于这类计由于基准不重合而需要进行的尺寸换算属于这类计 算，算，结果不唯一，需优化计算结果不唯一，需优化计算。 (6)解决尺寸链反计算问题的方法 按等公差原则分配封闭环公差，即使各

16、组成环公差相等，其大小为 按等精度的原则分配封闭环公差，即使各组成环的精度相等。 利用协调环分配封闭环公差。如果尺寸链中有一些难以加工和不宜改变其公差的组成环，利用等公差和等精度法分配公差都有一定困难。这时可以把这些组成环的公差首先确定下来，只将一个或极少数几个比较容易加工，或在生产上受限制较少和用通用量具容易测量的组成环定为协调环，用来协调封闭环和组成环之间的关系。统计法解算尺寸链的基本计算公式除可应用极值法解统计法解算尺寸链的基本计算公式除可应用极值法解直线尺寸链的有些公式外，有以下两个基本计算公式：直线尺寸链的有些公式外，有以下两个基本计算公式：1）封闭环中间偏差）封闭环中间偏差（2）统

17、计法解直线尺寸链）统计法解直线尺寸链 2）封闭环公差）封闭环公差 i =( ESi+EIi )/2例：例：如图活塞上加工销孔，要求保证尺寸如图活塞上加工销孔，要求保证尺寸A0，设计基准，设计基准 为活塞顶面。为加工方便常用为活塞顶面。为加工方便常用B面定位，按工序尺面定位，按工序尺 寸寸A1加工销孔。试确定工序尺寸加工销孔。试确定工序尺寸A1及其公差。及其公差。（3）几种工艺尺寸链的分析与计算）几种工艺尺寸链的分析与计算 1 1）定位基准与设计基准不重合的尺寸换算）定位基准与设计基准不重合的尺寸换算解：解： 作出尺寸链图；作出尺寸链图； 按照加工顺序确定封闭环按照加工顺序确定封闭环A0 ； 画

18、箭头分出增环画箭头分出增环A2和减环和减环A1； 进行尺寸链计算进行尺寸链计算 A1的基本尺寸的基本尺寸 A0 = A2 - A1 99=155 - A1 得得A1 =56 mm 验算封闭环公差验算封闭环公差 T0 = T1 +T2 T0 T2 修正修正T2=0.063 A1上偏差上偏差 EIA0= EIA2 ESA1 ESA1=(-0.063)- (-0.087)=0.024 A1下偏差下偏差 ESA0= ESA2 EIA1 EIA1= 0 0 = 0 故工序尺寸故工序尺寸A1为：为： A1 =56+0.024 mm 02）一次加工满足多个设计尺寸要求时工序尺寸）一次加工满足多个设计尺寸要求

19、时工序尺寸 及公差的计算及公差的计算齿轮上内孔及键槽的齿轮上内孔及键槽的加工顺序如下：加工顺序如下：工序工序1：镗内孔至：镗内孔至39.6+0.062；工序工序2：插槽至尺寸：插槽至尺寸A1 ；工序工序3：热处理：热处理淬火；淬火；工序工序4：磨内孔至：磨内孔至4040+0.039，同时保证键槽深度同时保证键槽深度43.343.3+0.2+0.2。000解：解： 作出尺寸链图；作出尺寸链图； 按照加工顺序确定封闭环按照加工顺序确定封闭环A0 ； 画箭头分出增环画箭头分出增环A1、A3和减环和减环A2； 中间工序尺寸中间工序尺寸A1的计算的计算 A1基本尺寸基本尺寸 A0 =A1+A-A2 43

20、.3=A1 +20 19.8 得得A1 =43.1 验算公差验算公差 T0 =T1 +T3+T2 T1 = 0.20.0310.0195 =0.1495A1上偏差上偏差 0.2= ESA1 +0.01950 ESA1= 0.2 0.0195 = 0.1805A1下偏差下偏差 0 = EIA1+0 0.031 EIA1= 0.031 故插键槽时的工序尺寸故插键槽时的工序尺寸A1 =43.1+0.1805+0.0313) 保证渗碳或渗氮层深度的工序尺寸及公差的计算保证渗碳或渗氮层深度的工序尺寸及公差的计算例轴颈衬套内孔例轴颈衬套内孔145表面需渗氮处理，渗氮层深度要求表面需渗氮处理，渗氮层深度要求

21、 为为0.30.5mm(单边单边0.3+0.2，双边，双边0.6+0.4)。其加工顺序为：。其加工顺序为： 工序工序1：初磨孔至：初磨孔至144.76+0.04； 工序工序2：渗氮处理，渗氮的深度为：渗氮处理，渗氮的深度为 t ； 工序工序3：终磨孔至：终磨孔至145+0.04,保证渗氮层深度为保证渗氮层深度为0.30.5mm ， 试求终磨前渗氮层深度试求终磨前渗氮层深度 t 及其公差。及其公差。0000解：解： 作出尺寸链图；作出尺寸链图； 按照加工顺序确定封闭环按照加工顺序确定封闭环A0 ； 画箭头分出增环画箭头分出增环A1、t 和减环和减环A2 ； 渗氮深度渗氮深度 t 的计算的计算 t

22、 基本尺寸基本尺寸 A0 =A1+ t -A2 0.6=144.76+t 145 得得t =0.84 验算公差验算公差 T0 =T1 +Tt+T2 Tt = 0.4 0.04 0.04 = 0.32 t上偏差上偏差 0.4= 0.04+Est 0 ESt= 0.4 0.04 = 0.36 t下偏差下偏差 0 = 0 + EIt 0.04 EIt= 0.04双边渗氮深度双边渗氮深度 t=0.84+0.36= 0.88+0.32，单边渗层，单边渗层t /2=0.44+0.16+0.0400 4) 验算加工余量验算加工余量 如图一批小轴零件，加工过程如下：如图一批小轴零件，加工过程如下： 1. 半精

23、车端面半精车端面A、B，保证两者之间的尺寸，保证两者之间的尺寸A1= 49.6 + 0.20 mm； 2. 调头，以调头，以A面为基准半精车端面面为基准半精车端面C，保证总长度，保证总长度A2= 80 - 0.05； 3. 热处理；热处理； 4. 以以C面为基准磨端面面为基准磨端面B，保证尺寸，保证尺寸A3=30 - 0.15 。 试校核端面试校核端面B的磨削余量是否合适？若不合适，应如何调整？的磨削余量是否合适？若不合适，应如何调整？ - 0.2000 A 80-0.05 30-0.15 -0.20 0 B C 解：解： 列出尺寸链列出尺寸链 判断各环性质判断各环性质 Z 为封闭环，为封闭环

24、，A2为增环，为增环， A1 、A3为减环为减环 A2 A1 A3 Z 计算：计算： Z = 80 - 49.6 - 30 = 0.4 BS Z = - 0.05 - 0 - (- 0.15) = 0.10 BI Z = - 0.20 - 0.20 - 0 = - 0.40 0 A2 A1 A3 Z 分析分析 最小余量为零，需要调整。最小余量为零，需要调整。A2 、A3为设计尺寸，保持不变为设计尺寸，保持不变 若令最小余量为若令最小余量为0.1mm，将工艺尺寸，将工艺尺寸A1改为改为49.6+0.10，此时，此时 Z0.4+0.10 。-0.3005)复杂工序尺寸计算复杂工序尺寸计算有关轴向表

25、面工艺过程如下：有关轴向表面工艺过程如下：. A定位车定位车D得全长得全长ATA1/2, 车小外圆到车小外圆到B得长度得长度40-0.2 ； D定位车定位车A得全长得全长A2TA2/2, 镗大孔到镗大孔到C得尺寸得尺寸A3TA3/2 ； D定位磨定位磨A保证全长保证全长A4=50-0.5。 求求A、A2 、A3、 A4及公差验算及公差验算Z3解解 作图分解尺寸链；作图分解尺寸链； 确定封闭环确定封闭环A0 ； 画箭头定增环画箭头定增环A3、 A4 和减环和减环A2 ；A1AD40-0.2A2BCA3A4 =50 -0.5A0=36+0.5Z3Z2 用双向对称偏差注尺寸用双向对称偏差注尺寸 50

26、- 0.5 = 49.750.25 40- 0.2 = 39.900.10 36 +0.5 = 36.250.25计算工序尺寸及偏差计算工序尺寸及偏差 计算计算A2、 A3的基本尺寸：的基本尺寸： A4 = 49.75 A2 = 49.75+0.2= 49.95 A0 =A3 +A4 -A2 A3 = A0 + A2 - A4 =36.25+ 49.95- 49.75 =36.45A1=A2+Z2=49.95+2.8=52.75把封闭环公差分配给组成环把封闭环公差分配给组成环 : TA0 =TA3 +TA4 +TA2 TA4=TA0 应修改为应修改为TA4 /2=0.05 TA2/2=0.1

27、TA3 /2=0.1 A1按粗车精度按粗车精度 TA1/2=0.25 验算工序余量验算工序余量 Z3 Z3为为A2 、 A4的封闭环，的封闭环， 公称余量公称余量Z3= A2 -A4 = 0.2 TZ3 /2= TA2/2 +TA4 /2 =0.1+0.05 = 0.15 即即Z3 = 0.2 0.15 Z3max=0.35，Z3min=0.05 工序余量是合理的工序余量是合理的AD40-0.2A2BCA3A4 =50 -0.5A0=36+0.5Z3Z2A1（四）时间定额（四）时间定额在一定条件下规定生产一件产品或完成一道工序所耗时间在一定条件下规定生产一件产品或完成一道工序所耗时间时间定额由

28、以下几部分组成：时间定额由以下几部分组成： 1）基本时间）基本时间 tm tm= il + l1 + l2n f 2）辅助时间）辅助时间 ta 装卸工件、开停机床、改变用量、测量尺寸、进退刀具装卸工件、开停机床、改变用量、测量尺寸、进退刀具 等等 基本时间与辅助时间的总和称为基本时间与辅助时间的总和称为作业时间。作业时间。 3）布置工作地时间）布置工作地时间 ts 润滑机床、清理切屑、收拾工具等润滑机床、清理切屑、收拾工具等 4）休息和生理需要时间）休息和生理需要时间 tr 单件时间单件时间 tp 为为: tp = tm+ ta+ ts + tr 5）准备与终结时间）准备与终结时间 tbe 单

29、件计算时间单件计算时间 tpc 为为: tpc = tp + tbe/n（五）工艺方案的经济分析（五）工艺方案的经济分析通过比较不同工艺方案的通过比较不同工艺方案的生产成本生产成本选出最经济的加工方案选出最经济的加工方案1.工艺成本的组成及计算工艺成本的组成及计算 可变费用可变费用与零件的年产量有关，包括材料费、机床工人与零件的年产量有关，包括材料费、机床工人 工资、机床电费、通用机床通用装备维护折旧费。工资、机床电费、通用机床通用装备维护折旧费。不变费用不变费用与零件的年产量无关，包括专用机床专用工艺与零件的年产量无关，包括专用机床专用工艺 装备维护折旧费等。装备维护折旧费等。零件加工全年工

30、艺成本为零件加工全年工艺成本为: S=VN+C单件工艺成本为单件工艺成本为: St=V+C/N2.工艺方案的经济评比工艺方案的经济评比（1 1）采用现有设备或基本投资相近）采用现有设备或基本投资相近 1 1）两方案多数工序同计算少数不同工序单件成本来评比）两方案多数工序同计算少数不同工序单件成本来评比 St1=V1+C1/N St2=V2+C2/N可直接计算比较或根据可直接计算比较或根据曲线进行比较曲线进行比较NNk时，可选方案时，可选方案2； NNk时，可选方案时，可选方案 1（1 1）采用现有设备或基本投资相近）采用现有设备或基本投资相近 2 2）两方案多数工序不同少数同以全年工艺成本进行

31、比较）两方案多数工序不同少数同以全年工艺成本进行比较 S1=V1 N +C1 S2=V2 N +C2可直接计算比较或根据可直接计算比较或根据曲线进行比较曲线进行比较 NNk时，可选方案时，可选方案2； NNk时，可选方案时，可选方案 1； N = Nk时，时， S1 = S2 ，则，则 Nk =V1 V2C2 C1（2 2）基本投资相差较大应考虑投资差额回收期限）基本投资相差较大应考虑投资差额回收期限回收期是指一种方案比另一种方案多用的投资，需要多长回收期是指一种方案比另一种方案多用的投资，需要多长时间方能收回。回收期可用下式求得：时间方能收回。回收期可用下式求得：T = =(S2S1)+QK1 K2S +QK式中式中 K基本投资差额；基本投资差额； S全年工艺成本节约额；全年工艺成本节约额； Q先进设备使产品上市快取得的全年增收总额先进设备使产品上市快取得的全年增收总额 回收期越