《数控加工工艺》课件第3章

3.1

基本知识3.2数控加工路线的确定3.3数控加工精度及表面质量第3章数控加工工艺知识3.1.1生产过程和工艺过程

1.生产过程机械产品制造时，从原材料到制成该产品的过程中，相互联系的劳动过程的总和称为生产过程。机械产品的生产过程包括原材料的运输和储存,生产的技术准备工作,毛坯的制造,零件的各种加工（包括机械加工、焊接、热处理和表面处理等）,产品的装配（组装、部装等）,产品的调试、检验、油漆和包装等。3.1基本知识现代制造业中，生产专业化的程度越来越高，一种产品的生产往往是由许多工厂联合完成的，所以一个工厂的生产过程往往是整个产品生产过程的一部分。而一个工厂的生产过程又可划分为若干个车间的生产过程。各个车间的生产过程都具有不同的特征，同时又相互联系,因此，“原材料”和“产品”的概念是相对而言的。一个工厂（车间）的“产品”可能是另一个工厂（车间）的“原材料”，而另一个工厂（车间）的“产品”又可能是其它工厂（车间）的“原材料”。

2.工艺过程所谓“工艺”，就是制造的方法。在机械产品的生产过程中，诸如毛坯的制造、机械加工、热处理和装配等，这些与原材料变为成品（半成品）直接有关的劳动过程称为工艺过程。工艺过程是生产过程的主要部分，在工艺过程中，用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和表面质量，使之成为合格零件的工艺过程称为机械加工工艺过程。数控加工因其加工的先进性越来越成为机械加工工艺过程中的重要组成部分。

3.机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程一般由一个或若干个按一定顺序排列的工序组成。

1)工序工序是指一个(或一组)工人，在一个工作地点(或一台机床)，对一个(或几个)工件进行加工所连续完成的工艺过程。工序是工艺过程的基本单元，也是生产计划和经济核算的基本单元。划分工序的主要依据是工作地点(或机床)是否变动和加工是否连续。如图3-1所示的阶梯轴，在生产批量较小时，其工序的划分如表3-1所示，共有四道工序。当加工批量较大时，其工艺过程及工序的划分如表3-2所示。数控加工的工序划分具有特殊性，它虽是整个机械加工过程中的几道工序，但数控加工中又有工序的划分，其划分方法详见3.2节。图3-1阶梯轴简图

2)工步工步是指在加工表面(或装配时的连接面)和加工(或装配)工具不变，切削用量中进给量和切削速度不变的情况下，所连续完成的工序内容。以上三种因素中任一因素改变后，即成为新的工步。一个工序可以只包括一个工步，也可以包括几个工步。如表3-1中的工序1、工序2均加工四个表面，所以各有四个工步，而表3-2中的工序4只有一个工步。但是，对于在一次安装中连续进行的若干个相同的工步，通常算作一个工步。如图3-2所示的零件，如用一把钻头连续钻削六个12mm的孔，则认为是一个工步——钻6-12mm的孔。有时用几把刀具同时加工一个零件的几个表面，也看做是一个工步，此时称做复合工步，如图3-3所示。图3-2加工六个相同表面的工步图3-3复合工步

3)进给在一个工步内，若被加工表面要切除的金属层很厚，需要分几次切削，则每进行一次切削就是一次进给。

4)安装工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(即为定位)，并加以夹紧的过程称为安装。在一道工序中，工件可能只需安装一次，也可能需要安装几次。如表3-1中的工序1和工序2均有两次安装，而表3-2中的工序都只有一次安装。但是在加工零件时，应尽量减少安装次数，因为安装次数增多，会增大加工误差，同时也会增加辅助时间。

5)工位为了减少工件的安装次数，在大批量生产时，常采用各种回转工作台、回转夹具或移位夹具，使工件在一次安装中先后处于几个不同位置进行加工。工件在一次安装中相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工艺过程称为工位。如图3-4所示为一种用回转工作台在一次安装中顺次完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔4个工位加工的实例。图3-4多工位加工3.1.2生产纲领与生产类型

1.生产纲领企业一年中应当制造产品的数量，就是该产品的生产纲领。零件的生产纲领除了所需的产品数量外，还应包括一定的备品、不良品数量。零件的生产纲领可按式(3-1)计算：N＝Qn(1+α)(1+β)(3-1)式中：N——零件的生产纲领(件／年)；

Q——产品的年产量(台／年)；

n——每台产品中该零件的数量(件／台)；

α——备品的百分率；

β——不良品的百分率。

2.生产类型及工艺特点机械制造中根据生产纲领的大小和产品的大小，可划分为单件生产、成批生产、大量生产三种类型，如表3-3所示。

1)单件生产单件生产指产品品种多，很少重复或不重复生产，各工作点的加工对象经常改变。如新产品试制、重型机械、专机制造等均属单件生产。

2)成批生产成批生产指一年中分批生产相同的零件，各工作点的加工对象周期性地重复。例如机床、纺织机械等产品制造都属于成批生产．同一产品(或零件)每批投入生产的数量称为批量。根据批量的大小和被加工零件的特征，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产三种。从工艺特征来看，小批生产与单件生产相似，并称为单件小批生产；大批生产与大量生产相似，并称为大批大量生产；成批生产一般仅指中批生产。

3)大量生产大量生产指同一产品的生产数量很大，大多数工作地点重复地进行某一个零件的某一道工序的加工，这种生产称为大量生产。例如汽车、拖拉机、轴承等的生产就属于大量生产。不同生产类型采用的制造工艺、工装设备、经济效果有很大差异。大批大量生产采用高效率的工艺装备及专用机床，加工成本低；单件小批生产通常采用通用设备及工装，生产效率低，加工成本高。数控加工主要用于单件小批生产和成批生产，其适用的产品加工范围详见3.2节。各种生产类型的工艺特征见表3-4。

3.获得加工精度的方法零件的机械加工有许多方法，其目的是使零件获得一定的加工精度和表面质量。零件加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。

1)获得尺寸精度的方法（1）试切法。通过试切一小段→测量→调刀→再试切，反复进行以达到规定尺寸的一种加工方法称为试切法。试切法的生产率低，加工精度取决于工人的技术水平，故常用于单件小批生产。（2）调整法。预先按加工要求调整好刀具的位置，然后以不变的刀具位置加工一批零件的方法称为调整法。调整法加工生产率较高，精度较稳定，加工精度取决于调整精度和工件安装精度，常用于成批、大量生产。（3）定尺寸刀具法。通过固定刀具的尺寸来保证加工表面的尺寸精度，这种方法叫定尺寸刀具法。如钻孔、铰孔、拉孔均属于定尺寸刀具法，这种方法生产率较高，操作简便，加工精度也较稳定。其加工精度取决于刀具的制造精度和安装精度。（4）自动控制法。通过自动测量和进给装置、控制系统对刀具和机床的位置作相应的调整，当达到加工精度时会自动停止加工。数控机床加工就属于这种方法，采用自动控制法加工精度高，适应性好。

2)获得形状精度的方法

(1)刀尖轨迹法。通过刀尖的运动轨迹来获得形状精度的方法称为刀尖轨迹法。所获得的形状精度取决于刀具和工件间相对成形运动的精度。车削、铣削、刨削等均属于刀尖轨迹法，数控机床加工刀具就是沿着既定的轨迹进行切削的。

(2)成形法。利用成形刀具对工件加工获得形状精度的方法称为成形法。成形刀具替代一个成形运动，所获得的形状精度取决于成形刀具的形状精度和其它成形运动的精度。

(3)展成法。利用刀具和工件作展成切削运动形成包络面，从而获得形状精度的方法称为展成法(或称包络法)。如滚齿、插齿就属于展成法。

3)获得位置精度的方法(工件安装的定位方法)当零件较复杂，加工面较多时，需要经过多道工序才能加工出来，其位置精度取决于工件的定位精度。工件安装常用的定位方法有以下三种。（1）直接找正定位法。用划针或百分表直接在机床上找正工件位置的方法称直接找正定位法。此法生产率低，精度取决于工人技术水平和测量工具的精确度，其定位精度一般在0.01～0.5mm之间，一般只用于单件小批生产。（2）划线找正定位法。用划针先按零件图样要求在毛坯上划好线，再根据所划线为基准找正它在机床上的位置的一种方法，称为划线找正定位法。此法定位精度低，生产率低，需要技术高的划线工，一般用于批量不大，形状复杂且笨重的工件或低精度毛坯的加工。（3）夹具定位法。该法指将夹具安装在机床上，工件放在夹具中定位，不需要找正，其定位精度高而且稳定，装卸方便省时。当以精基准定位时，定位精度一般可达0.01mm。但是制造专用夹具的费用高，周期长，此法广泛应用于成批和大量生产。在数控机床加工中，视生产类型的不同常采用直接找正定位法和夹具定位法。3.1.3工艺规程概述把工艺过程的各项内容按照规定的形式写成的文件就是工艺规程，工艺规程用于指导和组织生产。

1.工艺规程的作用工艺规程是机械制造厂最主要的技术文件之一，也是工厂规章条例的重要组成部分。工艺规程有如下具体作用。

(1)工艺规程是指导生产的主要技术文件。工艺规程是在工艺理论和实践经验的基础上制定的，是经过生产验证最合理的工艺过程的表格化，是科学技术和生产经验的结晶。因此生产中各环节必须按照工艺规程进行生产，才能保证产品质量和较高的生产率以及较好的经济效果。但是，工艺规程也不是固定不变的，它可以根据生产的实际情况进行修改，但必须要有严格的审批手续。

(2)工艺规程是组织和管理生产的基本依据。在产品投产前要根据工艺规程进行相关的技术准备和生产准备工作，诸如安排原材料的供应、设备和工艺装备的设计与制造、生产计划的编排、人力组织、工时定额、经济核算等工作。生产中对工人业务的考核也是以工艺规程为主要依据的。

(3)工艺规程是新建和扩建工厂的基本资料。新建或扩建工厂（车间）时，要根据工艺规程来确定所需要的机床设备的品种和数量以及规格、机床的布置、占地面积、工人的工种和技术等级等。

2.工艺规程制定的原则制定工艺规程的基本原则是：所制定的工艺规程能最好地体现质量、效率和经济性的辨证统一关系，即做到优质、高效、低成本。在制定工艺规程时，应尽力做到技术上先进、经济上合理、具有良好的劳动条件和防止环境污染。

3.制定工艺规程的原始资料

(1)产品的整套装配图和零件工作图。

(2)产品验收的质量标准。

(3)产品的生产纲领。

(4)毛坯及其生产情况。

(5)工厂现有生产条件和发展规划。

(6)新技术、新工艺及其它有关的工艺手册和资料。

4.制定工艺规程的步骤

(1)分析零件图样和产品装配图样。

(2)选择毛坯。

(3)选择定位基准。

(4)拟定工艺路线。

(5)确定加工余量和工序尺寸。

(6)确定切削用量和工时定额。

(7)确定各工序的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。(8)确定各工序的技术要求及检验方法。

(9)填写工艺文件。

5.常用工艺文件的格式工艺规程的内容要填入规定的卡片中，常用工艺文件的格式有以下几种。

1)机械加工工艺过程卡机械加工工艺过程卡主要列出零件加工所经过的步骤(包括毛坯制造、机械加工、热处理等)。各工序的说明不具体，一般不用于直接指导工人操作，而多作为生产管理方面使用。但是，在单件小批生产时，通常用这种卡片指导生产，这时应编制得较为详细。工艺过程卡的格式见附录1。

2)机械加工工艺卡工艺卡是以工序为单位，详细说明零件工艺过程的工艺文件，它用来指导工人操作和帮助管理人员及技术人员掌握零件加工过程，广泛用于成批生产的零件和小批生产的重要零件。工艺卡的格式和内容见附录2。

3)机械加工工序卡工序卡是用来具体指导生产的一种详细的工艺文件。它根据工艺卡以工序为单位制定，包括加工工序图和详细的工步内容，多用于大批大量生产。其格式和内容见附录3。工艺过程中若其中一道或几道工序为数控加工工序，就要制定相应的数控加工工序的文件并填入到相应的卡片中。数控加工工序的文件包括数控加工工序卡片、数控加工刀具卡片、数控加工进给路线图。

4)数控加工工序卡这种卡是编制数控加工程序的主要依据,是操作人员配合数控程序进行数控加工的主要指导性文件。主要内容包括：程序编号、使用设备、工步顺序、工步内容、各工步所用刀具及切削用量等。当工序加工内容十分复杂时，也可把工序简图画在工序卡片上。

5)数控加工刀具卡刀具卡是组装刀具和调整刀具的依据。内容包括刀具号、刀具名称、刀柄型号、刀具直径和长度等。

6)数控加工进给路线图进给路线(走刀路线)主要反映加工过程中刀具的运动轨迹，一方面编程人员要根据进给路线(走刀路线)进行编程；另一方面操作人员必须了解刀具的进给轨迹，以便确定夹紧位置和夹紧元件的高度。当前，数控加工工序卡、数控加工刀具卡及数控加工进给路线图还没有统一的标准格式，都是由各个单位结合具体情况自行确定的。数控加工工序卡和刀具卡的参考格式见附录4和附录5。3.1.4加工余量的确定

1.加工余量的概念加工余量是指加工时从加工表面切去的金属层厚度。加工余量可分为工序余量和加工总余量。

1)工序余量工序余量是指为完成某一道工序所必须切除的金属层厚度，即相邻两工序的工序尺寸之差。加工余量有双边余量和单边余量之分，平面加工余量是单边余量，对于外圆和孔等回转表面，加工余量是指双边余量，如图3-5所示。图3-5加工余量对于外表面（见图3-5(a)）：

Z＝a－b

（3-2）对于内表面（见图3-5(b)）：

Z＝b－a

（3-3）式中:Z——本工序的工序余量；

a——前工序的工序尺寸；

b——本工序的工序尺寸。对于轴（见图3-5(c)）:

Z＝da－db

（3-4）（见图3-5(d)）:

Z＝db－da

（3-5）式中：Z——直径上的加工余量；

da——前工序加工直径；

db——本工序加工直径。当加工某个表面的工序分几个工步时，则相邻两工步尺寸之差就是工步余量,它是某工步在表面上切除的金属层厚度。

2)最大余量、最小余量及余量公差由于毛坯尺寸和各工序尺寸不可避免地存在公差，因此无论是加工总余量还是工序余量实际上都是变动值，故此加工余量又有基本余量、最大余量和最小余量之分，通常所说的加工余量是指基本余量。加工余量、工序余量的公差标注应遵循“入体原则”，即毛坯尺寸按双向标注上、下偏差；被包容表面尺寸上偏差为零，也就是基本尺寸为最大极限尺寸(如轴)；对包容面尺寸下偏差为零，也就是基本尺寸为最小极限尺寸(如内孔)，但孔中心距尺寸和毛坯的公差一般都取双向对称标注。如图3-6所示为加工余量及公差的关系。图3-6加工余量及公差(a)被包容面（轴）;(b)包容面（孔）加工过程中，工序完成后的工件尺寸称为工序尺寸。由于存在加工误差，各工序加工后的尺寸也有一定的公差，称为工序公差。工序公差的布置也遵循“入体原则”。对于被包容面（轴）（见图3-6(a)）,本工序基本余量：

Z＝La－Lb

（3-6）本工序最大余量：

Zmax＝Z＋Tb（3-7）本工序最小余量：

Zmin＝Z－Ta

（3-8）对于包容面（孔）（见图3-6(b)）,本工序基本余量：

Z＝Lb－La

（3-9）本工序最大余量：

Zmax＝Z+Tb

（3-10）本工序最小余量：

Zmin＝Z－Ta

（3-11）余量公差是加工余量的变化范围，其值为Tz=Zmax－Zmin=（Z＋Tb）－（Z－Ta）=Ta+Tb

（3-12）式中：La、Ta——前工序的基本尺寸及公差;

Lb、Tb——本工序的基本尺寸及公差；

Tz——本工序的余量公差。由式(3-12)可知，余量公差为前工序与本工序的工序尺寸公差之和。

3)加工总余量加工总余量是指由毛坯变为成品的过程中，从某加工表面上所切除的金属层总厚度，其值等于毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差。不论是被包容面还是包容面，其加工总余量都等于各工序余量之和,即(3-12)式中：Zi——第i道工序的工序余量；

n——该表面总共加工的工序数。总加工余量也是个变动值，其值及公差一般可从有关手册中查得或凭经验确定。

2.影响加工余量的因素加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，增加成本。但加工余量太小，既不能消除前工序的各种误差和表面缺陷，甚至产生不良品，还会直接影响零件的加工质量。影响加工余量的因素有以下几种。

(1)前工序的表面质量包括表面粗糙度Ra和表面破坏层深度Sa。

(2)前工序的工序尺寸公差Ta。由图3-6可知，本工序余量应包括前工序的尺寸公差Ta。

(3)前工序的位置误差ρa，如工件表面在空间的弯曲、偏斜以及其它空间位置误差等。如图3-7所示的轴，前工序轴线的直线度误差为ω，必须在本工序中得以纠正，则直径方向的加工余量应增加2ω。

(4)本工序工件的安装误差εb,包括定位误差、装夹误差(夹紧变形)及夹具本身的误差。如图3-8所示，用三爪自定心卡盘夹持工件外圆磨削内孔时，由于三爪卡盘定心不准，因此会使工件轴线偏离主轴回转轴线e值，导致内孔磨削余量不均匀，甚至有可能造成局部表面无加工余量的情况。为保证待加工表面有足够的加工余量，孔的直径余量应增加2e。图3-7轴线弯曲对加工余量的影响图3-8装夹误差对加工余量的影响

3.加工余量的确定确定加工余量有三种方法：经验估计法、查表修正法和分析计算法。

1)经验估计法经验估计法即根据工艺人员的经验来确定加工余量。为避免产生废品，所确定的加工余量一般偏大。经验估计法常用于单件小批生产。

2)查表修正法此法是根据有关手册查得加工余量的数值，然后根据实际情况进行适当修正的方法。这是一种广泛采用的方法。

3)分析计算法这是对影响加工余量的各种因素进行分析，然后根据一定的计算关系式来计算加工余量的方法。此法确定的加工余量较合理，但需要全面的试验资料，计算也较复杂。目前，这种方法只在材料十分贵重，以及军工生产或少数大量生产的工厂中采用。确定加工余量时应该注意以下几个问题。（1）采用最小加工余量原则。在保证加工精度和加工质量的前提下，余量越小越好，以缩短加工时间、减少材料消耗、降低加工费用。（2）余量要充分，防止因余量不足而造成不良品。（3）余量中应包含因热处理引起的变形量。（4）大零件取大余量。零件愈大，切削力、内应力引起的变形愈大。因此工序加工余量应取大一些，以便通过本道工序消除变形量。（5）总加工余量(毛坯余量)和工序余量要分别确定。总加工余量的大小与所选择的毛坯制造精度有关。粗加工工序的加工余量不能用查表法确定，应等于总加工余量减去其它各工序的余量之和。表3-5和表3-6列出了平面和内孔的部分常见加工方法的余量值，仅供参考。3.1.5工序尺寸及公差的确定零件上的设计尺寸一般要经过几道工序的加工才能得到，每道工序的尺寸是逐步向设计尺寸接近的，直到最后工序才能保证设计尺寸。编制工艺规程的一个重要工作就是要确定每道工序的工序尺寸及公差。下面就工艺基准与设计基准重合和不重合两种情况，分别进行工序尺寸和公差的计算。

1.基准重合时工序尺寸及其公差的计算当定位基准、工序基准、测量基准、编程原点与设计基准重合，表面多次加工时，工序尺寸及公差的计算是比较容易的。例如轴、孔和某些平面的加工，计算时只需考虑各工序的加工余量和所能达到的精度即可。其计算顺序是由最后一道工序开始向前推算，计算步骤为：

(1)确定毛坯总余量和工序余量。

(2)确定工序公差。最终工序尺寸公差等于设计尺寸公差，其余工序公差按经济精度确定。

(3)计算工序基本尺寸。从零件图上的设计尺寸开始，一直往前推算到毛坯尺寸，某工序基本尺寸等于后道工序基本尺寸加上或减去后道工序余量。

(4)标注工序尺寸公差。最后一道工序的公差按设计尺寸标注，其余工序尺寸公差按“入体原则”标注。

【例3-1】某零件孔的设计要求为100+0.0350mm，Ra值为0.8μm，毛坯为铸铁件，其加工工艺路线为：毛坯—粗镗—半精镗—精镗—浮动镗。求各工序尺寸。

解首先，通过查表或凭经验确定毛坯总余量与其公差、工序余量以及工序的经济精度和公差值(见表3-7)，然后，计算工序基本尺寸，结果列于表3-7中。

2.基准不重合时工序尺寸及其公差的计算当工序基准、测量基准、定位基准或编程原点与设计基准不重合时，工序尺寸及其公差的确定需要利用工艺尺寸链原理来进行工序尺寸及其公差的计算。

1)工艺尺寸链的概念在零件加工过程中，由一系列相互联系的尺寸所形成的封闭图形称为工艺尺寸链。如图3-9(a)所示，假设零件图上标注设计尺寸A1和AΣ，当用调整法最后加工表面C时(A、B面已加工完成)，为了使工件定位可靠且夹具结构简单，常选A面为定位基准，按尺寸A2对刀加工B面，间接保证尺寸AΣ。则A１、A2和AΣ这些相互联系的尺寸就形成了一个封闭图形，即为工艺尺寸链，如图3-9(c)所示。图3-9零件加工与测量中的尺寸联系又如图3-9(b)所示零件，设计尺寸为A1、AΣ，在加工过程中，因AΣ不便直接测量，只有按照容易测量的A2进行加工，以间接保证尺寸AΣ的要求，则A1、A2、AΣ也同样形成一个工艺尺寸链。通过以上分析可以知道，工艺尺寸链的主要特征是：一是封闭性，即尺寸链中各个尺寸的排列呈封闭形式，不封闭就不成为尺寸链；二是关联性，即任何一个直接保证的尺寸及其精度的变化，必将影响间接保证的尺寸及其精度，如上面尺寸链中，A１、A2的变化，都将引起AΣ的变化。

2)工艺尺寸链的组成我们把组成工艺尺寸链的每一个尺寸称为环。如图3-9(c)中的A1、A2、AΣ都是尺寸链的环。环又可分为封闭环和组成环。（1）封闭环指在加工过程中，间接获得且最后保证的尺寸。如图3-9中的AΣ是间接获得的，为封闭环。封闭环用下标“Σ”表示。（2）组成环指除封闭环以外的其它环。组成环的尺寸是直接保证的，它又影响到封闭环的尺寸。按其对封闭环的影响又可分为增环和减环。①增环指当其余组成环不变时，该环增大(或减小)使封闭环随之增大(或减小)的环。如图3-9(c)中的A1即为增环，为简明起见，可标记成。②减环指当其余组成环不变时，该环增大(或减小)反而使封闭环减小(或增大)的环。如图3-9(c)中的尺寸A2即为减环,标记成．

3)工艺尺寸链的建立利用工艺尺寸链进行工序尺寸及其公差的计算，关键在于正确找出尺寸链，并正确区分增、减环和封闭环。其方法和步骤如下所述。（1）确定封闭环。正确确定封闭环是解算工艺尺寸链最关键的一步。封闭环确定错了，整个尺寸链的解算也将是错误的。对于工艺尺寸链，要认准封闭环是“间接、最后”获得的尺寸这一关键点。在大多数情况下，封闭环可能是零件设计尺寸中的一个尺寸或者是加工余量值。封闭环的确定还要考虑到零件的加工方案。如加工方案改变，则封闭环也将可能变成另一个尺寸。如图3-9(b)所示零件，当以表面3定位车削表面1，获得尺寸A1，然后以表面1为测量基准车削表面2获得尺寸A2时，间接获得的尺寸AΣ即为封闭环。但是，如果改变加工方案，以加工过的表面1为测量基准直接获得尺寸A2，然后调头以表面2为定位基准，采用定距装刀的调整法车削表面3直接保证尺寸AΣ，则A1成为间接获得，是封闭环。（2）查找组成环。从封闭环一端开始，按照尺寸之间的联系，首尾相连，依次画出对封闭环有影响的尺寸，直到封闭环的另一端为止，所经过的尺寸都为该尺寸链的组成环。（3）确认增环和减环。对于环数少的尺寸链，可以根据增、减环的定义来判别。对于环数多的尺寸链，可以采用箭头法。即从AΣ开始，在尺寸的上方(或下边)画箭头，然后顺着各环依次画下去，凡箭头方向与封闭环AΣ的箭头方向相同的环为减环，相反的为增环。

3.工艺尺寸链的计算工艺尺寸链的计算方法有两种：极值法和概率法。生产中一般多采用极值法(或称极大极小值法)，可按如下基本公式进行计算。

1)封闭环的基本尺寸计算封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和,即AΣ＝－(3-14)式中:m——增环的环数；

n——包括封闭环在内的总环数

2)封闭环极限尺寸的计算封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和，即AΣmax＝－(3-15)封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和,即AΣmin＝－(3-16)

3)封闭环上下偏差的计算封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和,即Bs(AΣ)＝－(3-17)封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和,即Bx(AΣ)＝－(3-18)式中：Bs、Bs

——增环和减环的上偏差；

Bx、Bx

——增环和减环的下偏差。

4)封闭环的公差计算封闭环的公差等于所有组成环公差之和。即T(AΣ)＝(3-19)式中：T(Ai)=——第i个组成环的公差值。

5)封闭环平均尺寸和平均偏差的计算封闭环的平均尺寸等于所有增环的平均尺寸之和减去所有减环的平均尺寸之和。即AΣＭ＝－(3-20)封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和,即BΣＭ＝－(3-21)式中：AΣM、BM(AΣ)——分别为封闭环的平均尺寸和平均偏差。在极值算法中，封闭环的公差大于任一组成环的公差。当封闭环的公差一定时，若组成环数目较多，各组成环的公差就会过小，造成加工困难。因此，分析尺寸链时，应使尺寸链的组成环数目为最少，即遵循尺寸链最短原则。

4.工艺尺寸链的应用

1)测量基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算在零件加工时，会遇到一些表面加工之后设计尺寸不便直接测量的情况。因此，需要在零件上另选一个易于测量的表面作测量基准进行测量，以间接检验设计尺寸。

【例3-2】如图3-10(a)所示套筒零件的两端面已加工完毕，加工孔底面M时，要保证尺寸为160-0.35，因该尺寸不便测量，试标出测量尺寸。图3-10测量尺寸的换算解由于孔的深度可以用深度游标卡测量，因而尺寸160－0.35mm可以通过尺寸A＝600－0.17

mm和孔深尺寸x间接计算出来，列出尺寸链如图(b)所示。尺寸16显然是封闭环。由式(3-1)得16＝60－x

则x＝44mm由式(3-4)得0＝0－Bx(x)则B

x(x)＝0由式(3-5)得－0.35mm＝－0.17mm－Bx(x)则Bx(x)=+0．18mm所以测量尺寸x＝44+0.180．通过分析以上计算结果可以发现，由于基准不重合而进行的尺寸换算将带来两个问题。（1）换算的结果明显提高了对测量尺寸的精度要求。如果能按原设计尺寸进行测量，其公差值为0.35mm，换算后的测量尺寸公差为0.18mm，测量公差减小了0.17mm，此值恰是另一组成环的公差值。（2）假不良品问题。测量零件时，当A的尺寸在600－0.17mm之间，x的尺寸在44+0.180mm之间时，则AΣ必在160－0.35mm之间，零件为合格品。假如x的实测尺寸超出44+0.180mm的范围，如偏大或偏小0.17mm，即x尺寸为44.35mm或43.83mm时，只要A的尺寸也相应为最大60mm或最小59.83mm，则算得AΣ的尺寸相应为(60－44.35)mm＝15.65mm或(59.83－43.83)mm＝16mm，零件仍为合格品，这就出现了假不良品。由此可见，只要超差量小于另一组成环的公差时，则有可能出现假不良品，这时，需重新测量其它组成环的尺寸，再算出封闭环的尺寸,以判断是否为不良品。

2)定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸计算零件调整法加工时，有时为方便定位或加工，选用不是设计基准的几何要素作定位基准。在这种定位基准与设计基准不重合的情况下，需要通过尺寸换算，改注有关工序尺寸及公差，并按换算后的工序尺寸及公差加工，以保证零件的原设计要求。

【例3-3】如图3〖CD*2〗11(a)所示零件，尺寸600－0.12mm已经保证，现以M面定位精铣N面，试标出工序尺寸。图3-11定位基准与设计基准不重合时的尺寸链解当以N面定位加工M面时，将按工序尺寸A2进行加工，设计尺寸AΣ＝25+0.220mm是本工序间接保证的尺寸，为封闭环，其尺寸链如图3-11(b)所示。工序尺寸A2的计算如下：按式(3-1)求基本尺寸25＝60－A2

则A2＝35mm按式(3-4)求下偏差+0.22＝0－Bx(A2)则Bx(A2)＝－0.22mm按式(3-5)求上偏差0＝－0.12－Bs(A2)则Bs(A2)＝－0.12mm则工序尺寸A2＝35－０.１２－0.22mm。和例3-3一样，当定位基准与设计基准不重合进行尺寸换算时，也需要提高本工序的加工精度，会使加工更加困难。同时，也会出现假不良品的问题。在进行工艺尺寸链计算时，还有一种情况必须注意。以图3-11为例，如零件图中标注的设计尺寸A1＝600－0.2mm，且AΣ＝25+0.220mm，则经过计算可得工序尺寸A2＝35－0.2－0.22mm，其公差值T2＝0.02mm。显然，精度要求过高，加工难以达到。有时还会出现公差值为零或负值的现象。遇到这种情况一般可以采取以下两种措施：一是减小其它组成环的公差，二是改变定位基准或加工方式。

3)数控编程原点与设计基准不重合时的工序尺寸计算设计零件图时，从保证使用性能的角度考虑，尺寸标注多采用局部分散法。而在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。当编程原点与设计基准不重合时，为方便编程，必须将分散标注的尺寸换算成以编程原点为基准的工序尺寸。

【例3-4】图3-12所示阶梯轴为例，轴上部轴向尺寸Z1、Z2、…、Z6为设计尺寸，编程原点在左端面与轴线的交点上，与尺寸Z2、Z3、Z4、Z5的设计基准不重合，编程时按工序尺寸Z1′、Z2′、…、Z6′编程。为此必须计算工序尺寸Z2′、Z3、Z4′、Z5′及其偏差。所用尺寸链分别如图3-12(b)、(c)、(d)、(e)所示，Z2、Z3、Z4、Z5为封闭环，计算过程从略，计算结果如下：

Z2′＝42－0.28－0.6,Z3′＝142－0.6－1.08

Z4′＝164－0.28－0.54，Z5′＝184－0.24－0.58图3-12编程原点与设计基准不重合时的工艺尺寸链

4)中间工序的工序尺寸计算在工件加工过程中，有时一个基面的加工会同时影响两个设计尺寸的数值。这时，需要直接保证其中公差要求较严的一个设计尺寸，而另一设计尺寸需由该工序前面的某一中间工序的合理工序尺寸间接保证。为此，需要对中间工序尺寸进行计算。

【例3-5】如图3-13(a)所示齿轮内孔，孔径设计尺寸为40+0.060mm，键槽设计深度为43.2+0.200mm，内孔及键槽加工顺序为：①镗内孔至39.6+0.100mm；②插键槽至尺寸L1；③淬火热处理；④磨内孔至设计尺寸40+0.060mm，同时要求保证键槽深度为43.2+0.200mm。试问：如何规定镗后的插键槽深度L1值，才能最终保证得到合格产品?图3-13内孔及键槽加工的工艺尺寸链解①由加工过程可知，尺寸43.2+0.200mm的一个尺寸界限——键槽底面是在插槽工序时按尺寸L1确定的；另一尺寸界限——孔表面是在磨孔工序时由尺寸f40+0.060mm确定的，故尺寸43.2+0.200mm是一个间接得到的尺寸，为封闭环。②工艺尺寸链如图3-13(b)所示，其中L1、尺寸f40+0.060为增环，尺寸f39.6+0.100为减环。③由式(3-1)得43.2＝(L1＋20)－19.8L1＝43mm由式(3-4)得0.20＝Bs(A)＋0.03)－0Bs(A)＝0.17mm由式(3-5)得

0=Bx(A)＋0)－0．05Bx(A)＝0.05mm因而

L1＝43

mm

5)保证应有渗碳、渗氮层深度时工艺尺寸及其公差的计算有些零件的表面需要渗碳、渗氮处理。零件渗碳或渗氮后，表面一般要经磨削保证尺寸精度，同时要求磨后保留有规定的渗层深度。这就要求进行渗碳或渗氮热处理时按一定渗层深度及公差进行(用控制热处理时间保证)，并对这一合理渗层深度及公差进行计算。

【例3-6】一批圆轴工件如图3-14所示，其加工过程为：车外圆至f20.60－0.04mm；渗碳淬火；磨外圆至f200－0.02mm。试计算保证磨后渗碳层深度为0.7～1.0mm时，渗碳工序的渗入深度及其公差。图3-14保证渗碳层深度的尺寸换算(a)渗碳;(b)磨外圆;(c)尺寸链解①由题意可知，磨后保证的渗碳层深度0.7～1.0mm是间接获得的尺寸，为封闭环。②工艺尺寸链如图3-14(b)所示，其中尺寸L、10为增环，尺寸10．3为减环。③由式(3-1)得0.7＝L＋10－10.3L＝1mm由式(3-4)得0.3＝Bs(A)＋0－(－0．02)Bs(A)＝0.28mm由式(3-5)得0＝Bx(A)＋(－0．01)－0Bx(A)＝0.01mm因此L＝1

mm3.1.6机械加工生产率和技术经济分析

1.机械加工生产率分析机械加工生产率是指工人在单位时间内制造合格品的数量，或者指制造单件产品所消耗的劳动时间。劳动生产率一般通过时间定额来衡量。

1)时间定额时间定额是指在一定的生产条件下规定完成单件产品(如一个零件)或某项工作(如一个工序)所必需消耗的时间。它是安排作业计划、核算生产成本、确定设备数量、人员编制以及规划生产面积的重要依据，也是衡量生产率的指标。完成一个零件的一道工序的时间定额称为单件时间定额。它包括下列几部分。（1）基本时间(Tj):指切除工序余量所耗费的时间(包括刀具的切入和切出时间)，又称机动时间。以车外圆为例,式中：L——零件加工表面的长度(mm)；

L1、L2——刀具的切入和切出长度(mm)；

n——工件每分钟转数(r／min)；(3-22)

f——进给量(mm／r)；

i——进给次数(决定于加工余量和切削深度)；

Tj——基本时间(min)。（2）辅助时间(Tf)：指在每道工序中，为保证完成基本工艺工作所用于辅助动作而耗费的时间。辅助动作主要有：装卸工件、开停机床、改变切削用量、试切和测量零件尺寸等。基本时间(Tj)和辅助时间(Tf)的总和称为操作时间(作业时间)。它是直接用于制造产品或零部件所消耗的时间。（3）布置工作地时间(Tb)：指工人在工作时为照管工作地点及保持正常工作状态所耗费的时间。如加工过程中调整、更换和刃磨刀具、润滑和擦拭机床、清除切屑等所耗费的时间。布置工作地时间(Tb)可取操作时间的2%～7%。（4）休息和自然需要时间(Tx)：指工人在工作时间内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间,一般可取操作时间的2%。上述时间的总和称为单件时间,即Td=Tj+Tf+Tb+Tx

（3-23）（5）准备终结时间(Te)：指加工一批工件所做的准备工作和结束工作而耗费的时间。准备工作有：熟悉工艺文件、领料、领取工艺装备、安装刀具和夹具、调整机床等；结束工作有：拆卸和归还工艺装备、送交成品等。因该时间对一批零件(批量为n)只消耗一次，故分摊到每个零件上的时间为Te／n。所以，单件和批量生产时单件时间定额为上述时间之和,即(3-24)大批大量生产时，因n值很大，Te／n≈0，故一般不需要考虑准备终结时间，即\Tc=Td

2)提高机械加工生产率的工艺措施劳动生产率是一项综合性的技术经济指标。要提高劳动生产率，必须正确处理质量、生产率和经济性三者之间的关系。应在保证质量的前提下，提高生产率，降低成本。提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和组织管理等多方面，这里仅讨论与机械加工有关的工艺措施。时间定额的五个组成部分中，缩减每一项都能使时间定额降低，从而提高劳动生产率，但主要应缩减占比例较大的部分。如单件小批生产时主要应缩减Tf，大批大量生产时主要应缩减Tj。Tx所占比例甚少，不宜作为缩减对象。（1）缩短基本时间。缩短基本时间可通过以下具体措施来实现。①提高切削用量。提高切削用量将使Tj减小，但会增加切削力、切削热和工艺系统的变形以及刀具磨损等。采用大的切削用量，关键要提高机床的承受能力，特别是刀具的耐用度，而且必须在保证质量的前提下采用。数控机床刚度好、功率大，并采用优质的刀具材料，为大的切削用量加工提供了条件。如陶瓷车刀的切削速度可达500m／min，国外新出现的聚晶氮化硼刀具可达900m／min，并能加工淬硬钢。②减小切削长度。可以通过采用多刀、多件加工的方法减少切削长度。多刀同时切削比单刀切削的加工时间大大缩短。多件加工是通过减少刀具的切入、切出时间或者使Tj重合，从而以缩短每个零件加工的Tj来提高生产率的。多件加工的方式有三种：顺序多件加工（工件顺着走刀方向一个接着一个地安装）、平行多件加工（一次走刀中同时加工n个平行排列的工件）和平行顺序多件加工（顺序多件加工和平行多件加工的综合应用，适用于工件较小、批量较大的情况）。③减小加工余量。采用先进的毛坯制造工艺，例如粉末冶金、熔蜡铸造、压力铸造、精密锻造等新工艺，提高毛坯精度，减少切削加工的劳动量，提高生产率。（2）缩短辅助时间。辅助时间在单件时间中也占有较大比重，尤其是在大幅度提高切削用量之后，辅助时间所占比重就更高。缩短辅助时间有两种不同的途径，一是使辅助动作实现机械化和自动化，从而直接缩短辅助时间；二是使辅助时间与基本时间重合，间接缩短辅助时间。具体措施有以下三种。①采用先进高效的夹具。在大批大量生产时，采用高效的气动或液压夹具；在单件小批生产和中批生产时，采用组合夹具、可调夹具或成组夹具，都将减少装卸工件的时间。②采用主动检验或数字显示自动测量装置。主动检测装置能在加工过程中实时测量加工表面的实际尺寸，并根据测量结果自动对机床进行调整和工作循环控制，大大减少了停机测量的时间。例如磨削自动测量装置、数显装置能把加工过程或机床调整过程中机床运动的移动量或角位移连续精确地显示出来。③采用多工位连续加工。采用回转工作台、转位夹具或两个相同夹具交替工作的方法，能在不影响切削的情况下装卸工件，使辅助时间与基本时间重合。数控机床的回转工作台和交换托板很好地解决了辅助时间与基本时间的重合问题。（3）缩短布置工作地时间。主要通过改进刀具的安装方法和采用装刀夹具来实现，可采用各种快换刀夹、刀具微调机构、专用对刀样板或对刀样件以及自动换刀装置等，以减少刀具装卸和对刀所需的时间。数控机床广泛使用硬质合金可换刀片，既减少了换刀次数，又可减少刀具装卸、对刀和刃磨的时间。（4）缩短准备与终结时间。其途径有二：一是扩大产品生产批量，以相对减少分摊到每个零件上的准备与终结时间；二是直接减少准备与终结时间。扩大产品生产批量，可以通过零件标准化和通用化实现，并可采用成组技术组织生产。单件小批量生产复杂零件时，其准备与终结时间以及样板、夹具等的制造准备时间都很长。而数控机床、加工中心机床或柔性制造系统则很适合这种小批量复杂零件的生产要求，使用这些机床和系统时，作为生产准备的程序编制过程可以在机外由专职人员进行，加工过程中能自动控制刀具与工件间的相对位置和加工尺寸。另外，自动换刀可使工序高度集中，从而获得高的生产效率和稳定的加工质量。

2.机械加工技术经济分析制定机械加工工艺规程时，在满足加工质量的前提下，要特别注重其经济性。一般情况下，满足同一质量要求的加工方案可以有多种，而这些方案的生产效率和生产成本会有所不同。所谓技术经济分析，就是通过比较不同工艺方案的生产成本，选出最经济的加工工艺方案。生产成本是指制造一个零件(或产品)所耗费用的总和。生产成本包括两大类费用：一类是与工艺过程直接有关的费用，叫工艺成本，约占生产成本的70％～75％；另一类是与工艺过程无关的费用，如行政人员工资、厂房折旧、照明取暖等。由于在同一生产条件下与工艺过程无关的费用基本上是相等的，因此对零件工艺方案进行经济分析时，只要分析与工艺过程直接有关的工艺成本即可。

1)工艺成本工艺成本是由可变费用和不变费用组成的。

(1)可变费用：指与零件年产量直接有关，并与之成正比变化的费用，包括毛坯材料及制造费、操作工人工资、通用机床折旧费和修理费、通用工艺装备的折旧费和修理费以及机床电费等。

(2)不变费用：指与零件年产量无直接关系，不随年产量的变化而变化的费用,包括专用机床和专用工艺装备的折旧费和修理费、调整工人的工资等。

2)不同工艺成本的经济性比较

(1)如果两种工艺方案基本投资相近或在现有设备的情况下，则可比较其工艺成本。

(2)如果两种工艺方案的基本投资相差较大时，则在比较工艺成本的同时，还应比较不同方案的基本投资差额的回收期限τ。因为工艺成本的降低是以增加基本投资为代价的，这时单纯比较其工艺成本是难以全面评定其经济性的。回收期限计算公式为：τ=△K／△E

（3-26）式中：τ——回收期限(年)；

ΔK——基本投资差额(元)；

ΔE——全年工艺成本差额(元／年)。显然，τ愈小，则经济效益愈好。但τ至少应满足以下要求：回收期限应小于所采用的设备的使用年限；回收期限应小于生产产品的更新换代年限；回收期限应小于国家所规定的标准回收期限。如新夹具的回收期一般为2～3年，新机床为4～6年。3.2数控加工路线的确定加工工艺路线是指零件加工所经过的整个路线，也就是仅列出工序名称的简略工艺过程。工艺路线的拟定是制定工艺规程的关键，它制定得是否合理，将直接影响到工艺规程的合理性、科学性和经济性。其主要任务是选择各个表面的加工方法和加工方案，确定各个表面的加工顺序以及各工序内容，合理选用机床和刀具、量具以及确定所用夹具的大致结构等。数控加工路线就是确定出需要用数控机床加工的零件的各个表面，并确定各个表面的加工过程和步骤，然后将这些加工过程的内容按一定方法划分成工序并按一定顺序排列，最后再与其它工序（普通机床加工工序、辅助工序、热处理工序等)很好地衔接起来。工艺设计者应根据一些工艺理论和原则，借鉴生产实践中的经验和先进技术，并结合本厂的实际生产条件，提出几种可行的方案，通过对比分析，从中选择出最佳方案。3.2.1数控加工工艺概述及工艺分析

1.数控加工工艺的特点数控机床加工与普通机床加工相比，在许多方面都遵循着基本一致的原则，在工艺方法上也有许多相似之处，所不同的是数控加工的整个过程是自动的，即把全部工艺过程、工艺参数在加工前编写成程序,所以数控加工工艺设计要比普通加工方式的工艺具体得多。许多工艺问题，如工步的安排、各部件运动次序、位移、走刀路线、切削用量等，编程人员必须事先在工艺设计中认真加以考虑、具体设计和安排，并正确编入加工程序中。2.数控加工内容的选择

1)适合数控加工的零件（1）最适应数控加工的零件。①形状复杂，加工精度要求高，用普通机床难以加工或难以保证加工质量的零件；②具有复杂曲线、曲面轮廓的零件；③具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的壳体或盒形零件；④必须在一次装夹中完成铣、钻、锪、镗、铰或攻丝等多道工序的零件。此类零件在加工时首先要考虑要满足零件的形状要求，如果精度能达到，应把采用数控加工作为首选方案。（2）较适应数控加工的零件。①零件价值较高，且尺寸一致性要求高，在普通机床上加工时容易受人为因素(如操作者技术水平、情绪波动等)干扰，进而影响加工质量的零件；②在普通机床上加工必须使用多套、复杂专用工装的中、小批量零件；③需要多次更改设计后才能定型的零件；④在普通机床上加工调整时间较长的零件；⑤在普通机床上加工生产率很低或劳动强度很大的零件。（3）不适应数控加工的零件。①生产批量大的零件(个别工序可采用数控机床加工)；②装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件；③加工余量波动很大、且在数控机床上无在线检测系统可用于自动调整零件坐标位置的零件。此类零件采用数控机床加工后，生产效率和成本一般无明显改善，甚至得不偿失，一般不应该把此类零件作为数控加工的选择对象。综上所述，多品种小批量、结构较复杂、加工精度高、价格高的关键零件较适合数控机床加工。另外，还应该结合本单位数控机床的具体情况来选择加工对象。

2)数控加工内容的选择某个零件决定用数控加工后，并不意味着该零件所有的加工内容都要采用数控加工，它仅是毛坯到成品的整个工艺过程中几道数控加工工序的概括，因此，有必要对零件图样进行仔细分析，并结合本单位的实际情况，本着提高生产效率和充分发挥数控加工优势的原则，选择那些最适合数控加工的内容和工序。一般可按下列原则选择数控加工内容：（1）普通机床无法加工的内容应作为优先选择的内容。（2）普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容。（3）普通机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存富余能力的基础上进行选择。通常情况下，上述加工内容采用数控加工后，产品的质量、生产率与综合经济效益等指标都会得到明显的提高。

不宜采用数控加工的工序如下：（1）在机床上调整时间较长的加工内容，例如以粗基准定位加工第一个精基准的工序；（2）以特定的样板、样件作为加工依据的型面、轮廓，编程时数据采集困难、易与检验依据发生矛盾的工序；（3）不能在一次安装中完成加工的零星加工表面，采用数控加工又很麻烦，可采用通用机床互补加工；（4）加工余量大且不均匀的粗加工。此外，选择数控加工的内容时，还应该考虑生产批量、生产周期、生产成本和工序间周转情况等因素，切不能把数控机床当作普通机床来使用。

3.数控加工工艺性分析工艺分析的意义在于明确被加工零件在产品中的位置与作用；找出该零件上有多少主要加工表面(即标有通过机械加工达到粗糙度Ra符号的表面)；分析该零件主要的技术要求和关键的技术问题；了解各项公差与技术要求制定的依据。从而在工艺设计过程中，有针对性地解决这些问题。数控加工工艺性分析是指从数控加工的可行性、方便性和特殊性角度出发，对数控加工所承担的加工工序进行认真、仔细地工艺分析。

1)图样上的尺寸标注原则一般来说，零件设计时尺寸的标注是以零件在机器中的功用、装配是否方便和零件的使用特性作为基本依据的。大多都采用如图3-15(b)所示的局部分散的标注方法，这样的标注就给工序安排和数控加工带来了诸多不便。但当零件用数控方法加工时，其工艺图样上的工件尺寸标注方法应与数控加工的特点相适应。如图3-15(a)所示，在数控加工零件图上，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的累积误差而破坏零件的使用特性，因此，可将局部的分散标注法改为同一基准标注法或直接给出坐标尺寸的标注法。图3-15零件尺寸标注

2)构成零件的几何元素条件构成零件轮廓的几何要素(点、线、面的位置和尺寸)的条件及相互位置(如相切、相交、垂直和平行等)是数控编程的重要依据。手工编程时，要根据这些几何条件计算每一个节点的坐标；自动编程时，则要根据这些几何条件才能对构成零件的所有几何元素进行定义，无论哪一个条件不明确，编程都无法进行。因此，在分析零件图样时，务必要分析几何元素的给定条件是否充分，发现问题及时与设计人员协商解决。

3)零件结构工艺性分析所谓零件的结构工艺性，是指零件在满足使用要求的前提下制造该零件的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大差异。所谓结构工艺性好，是指在现有的工艺条件下，工艺既简单且制造成本又较低。零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。切削加工零件结构工艺性的要求:

(1)尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求应经济、合理；

(2)工件要便于在机床或夹具上装夹、加工和检查；

(3)零件应有合理的工艺基准，并尽量与设计基准相一致。而且，有相互位置精度要求的表面应尽量有一个统一的基准；(4)零件的结构要素应尽可能统一，并能尽量使用标准刀具进行加工，以减少刀具的种类；

(5)零件的结构应尽量便于多件同时加工,以减少刀具调整与走刀次数。零件结构的切削加工工艺性示例如表3-8所示。

4)零件的技术要求分析零件图样上的技术要求既要满足设计的全面要求，又要便于合理地加工。其技术要求包括下列几个方面：（1）工件表面的尺寸精度、形状精度和表面质量；（2）各加工表面之间的相互位置精度；（3）工件的热处理和其它要求，如动平衡、镀铬处理、去磁等。零件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度的要求，对确定机械加工工艺方案和生产成本影响很大。因此，必须认真审查，以避免过高的要求使加工工艺复杂化和增加不必要的成本。在认真分析了零件的技术要求之后，结合零件的结构特点，对零件的加工工艺过程便有了一个初步的轮廓。加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和有无热处理要求，决定了该表面的最终加工方法，进而得出中间工序和粗加工工序所采用的加工方法。如轴类零件上IT7级精度、表面粗糙度Ra

为1.6μm的轴颈表面，若不淬火，可用粗车—半精车—精车路线加工完成；若淬火，则最终加工方法选磨削，磨削前可采用粗车—半精车(或精车)等路线加工完成。表面间的相互位置精度基本上决定了各表面的加工顺序。

4.毛坯种类的选择选择毛坯就是选定毛坯的制造方法及其制造精度，选择毛坯要从机械加工和毛坯制造两方面综合考虑。毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺和费用，而且影响零件机械加工工艺及其生产率、经济性。如选择高精度的毛坯，可以减少机械加工劳动量和材料消耗，提高机械加工生产率，降低机械加工的成本，但是毛坯的成本却提高了。

1)毛坯的种类（1）铸件。铸件适用于制造形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。较常用的是砂型铸造，当毛坯精度要求低、生产批量较小时，采用木模手工造型法；当毛坯精度要求高、生产批量很大时，对铸铁、铸钢及铜采用金属型机器造型法,铝常采用压力铸造。（2）锻件。锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批生产以及大型零件毛坯;模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高，但成本也高，适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。（3）型材。型材有热轧和冷拉两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。（4）焊接件。焊接件指将型材或钢板等焊接成所需的零件结构，简单方便，生产周期短，但需经时效处理后才能进行机械加工。

2)毛坯选择时应考虑的因素（1）零件的材料及机械性能要求。某些材料由于其工艺特性，决定了毛坯的制造方法，例如铸铁和有色金属只能铸造。对于重要的钢质零件,为获得良好的力学性能，不论其结构复杂还是简单，均应选用锻件，而不宜直接选用型材。（2）零件的结构形状与大小。大型零件毛坯多用砂型铸造、自由锻或焊接；结构复杂的毛坯多用铸造；板状钢质零件多用锻造；轴类零件毛坯，如各台阶直径相差不大，可用棒料；如各台阶直径相差较大，则宜选择锻件。（3）生产纲领的大小。当零件的生产批量较大时，应选用精度和生产率均较高的毛坯制造方法，如模锻、金属型机器造型铸造和精密铸造等;当单件小批生产时则应选用木模手工造型或自由锻造。（4）现有生产条件。选择毛坯时，要充分考虑现有的生产条件，如毛坯制造的实际水平和能力、外协的可能性等。（5）充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的可能性。尽量采用少切屑、无切屑毛坯制造工艺，如精铸、精锻、冷轧、冷挤压等。这样可以大大减少机械加工量甚至不需机械加工，进而大大提高经济效益。

3)毛坯的形状和尺寸毛坯的形状和尺寸基本上取决于零件的形状和尺寸。现代机械制造的发展趋势之一是采用少、无切削的毛坯制造工艺，使毛坯的形状、尺寸尽量和零件一致。数控机床加工很强调毛坯精度和余量均匀。毛坯加工余量和公差的大小，与毛坯的制造方法有关，生产中可参考有关工艺设计手册或有关企业、行业标准来确定。毛坯图是毛坯生产单位的产品图样。绘制毛坯图样时，首先要将每个加工表面的加工余量附在零件相应的表面上，再考虑毛坯的制造工艺要求，如最小铸（锻）出条件，分型（模）面、铸（锻）件的拔模斜度和未注圆角等，然后确定出毛坯的形状和尺寸。用双点划线在毛坯图中表示出零件的表面，以区别加工表面和非加工表面。除了图中表示的尺寸、精度外，还应