北科大机械制造工程课件05机械加工工艺过程设计

第5章机械加工工艺过程设计主要内容5.1制订机械加工工艺规程的步骤和方法5.2定位基准的选择5.3工艺路线的拟定5.4加工余量、工序尺寸及工序公差的确定5.5工艺尺寸链学习指南

本章首先介绍制订机械加工工艺规程的步骤和方法；然后重点讨论机械加工工艺过程设计中的主要问题，包括定位基准的选择，加工路线的拟订，工序尺寸及公差的确定等。学习本章内容，应牢牢把握住机械加工工艺过程设计的基本原理、原则和方法（如选择定位基准的原则，选择加工方法的原则，工序划分及工序顺序安排的原则，确定余量的原则和方法，工序尺寸及公差的确定方法，工艺尺寸链原理及应用等），并通过一定的实践掌握制订机械加工工艺规程的步骤和方法。

制订零件机械加工工艺规程是一件经验性和综合性很强的工作，除要密切联系生产实际外，综合运用所学知识是十分必要的。尺寸链是分析加工精度，确定工序尺寸及公差的重要工具，学习者应掌握其原理和计算方法，并能正确地应用它来分析和解决实际工艺问题。5.1

制订机械加工工艺规程的步骤和方法（1）什么是工艺规程？将制订好的零（部）件的机械加工工艺过程按一定的格式（通常为表格或图表）和要求描述出来，作为指令性技术文件，即为机械加工工艺规程。5.1.1机械加工工艺规程及其作用（2）工艺规程包括哪些内容机械加工工艺过程卡:

为说明零件机械加工工艺过程的工艺文件；工序卡:

对每道工序作详细说明、可直接用于指导工人操作的工艺文件；检验工序卡:

对成批或大批量生产中重要检验工序作详细说明、指导检验的工艺文件；机床调整卡:

大批量生产中对由自动线、流水线上的机床以及由自动机或半自动机完成的工序，为调整工提供机床调整依据的工艺文件。5.1.1机械加工工艺规程及其作用（3）不同的生产类型对工艺规程的要求

单件小批生产：只填写工艺过程卡大批量生产：需填工艺过程卡和工序卡中小批量生产：经常采用机械加工工艺卡

5.1.1机械加工工艺规程及其作用表5.1机械加工工艺过程卡片（工厂名）机械加工工艺过程卡片产品名称及型号零件名称零件图号材料名称毛坯种类零件重量（kg）毛重第页牌号尺寸净重共页性能每料件数每台件数每批件数工序号工序内容加工车间设备名称及编号工艺装备名称及编号技术等级

时间定额（min）夹具刀具量具单件准备—终结更改内容编制抄写校对审核批准(工厂名）机械加工工序卡片产品名称及型号零件名称零件图号工序名称工序号第页

共页

（画工序简图处）车间工段材料名称材料牌号力学性能

同时加工件数每料件数技术等级单件时间（min）准备—终结时间（min）

设备名称设备编号夹具名称夹具编号工作液

更改内容

工步号工步内容计算数据(mm)走刀次数切削用量工时定额（min）刀具﹑量具及辅助工具

直径或长度进给长度单边余量背吃刀量mm进给量mm/r或mm/min切削速度r/min或双行程数/min切削速度m/min基本时间辅助时间工作地服务时间工步号名称规格编号数量

编制抄写校对审核批准表5.2机械加工工序卡片表5.3机械加工工艺卡片（工厂名）机械加工工艺卡片产品名称及型号零件名称零件图号

材料名称毛坯种类零件重量（kg）毛重第页

牌号尺寸净重共页

性能每料件数每台件数每批件数

工序安装工步工序内容同时加工零件数切削用量设备名称及编号工艺装备名称及编号技术等级时间定额（min）背吃刀量mm进给量mm/r或mm/min切削速度r/min或双行程数/min切削速度m/min夹具刀具量具单件准备—终结

更改内容编制抄写校对审核批准5.1.1机械加工工艺规程及其作用（4）工艺规程的作用工艺规程是指导生产的主要技术文件工艺规程是生产准备工作的主要依据工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件（1）编制工艺规程应以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。（2）在保证加工质量的基础上，应使工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。（3）应充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。（4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。（5）积极采用先进技术和工艺，力争减少材料和能源消耗，并应符合环境保护要求。5.1.2机械加工工艺规程设计原则5.1.3制订机械加工工艺规程所需的原始资料（1）产品的全套装配图及零件图。（2）产品的验收质量标准。（3）产品的生产纲领及生产类型。（4）零件毛坯图及毛坯生产情况。（5）本厂（车间）的生产条件。

（6）各种有关手册、标准等技术资料。（7）国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况。（1）分析零件工作图和产品装配图（2）工艺审查（3）确定毛坯的种类及其制造方法（4）拟定机械加工工艺路线（5）确定各工序所需的机床和工艺装备（6）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差（7）确定切削用量（8）确定各工序工时定额（9）评价工艺路线（10）填写或打印工艺文件。5.1.4机械加工工艺规程的设计内容及步骤本节重点工艺规程的概念工艺规程的内容工艺规程的作用不同的生产类型对工艺规程的要求工艺规程设计原则0.80.80.85.2

定位基准的选择拟订加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择合理与否，将直接影响所制订的零件加工工艺规程的质量。基准选择不当，往往会增加工序，或使工艺路线不合理，或使夹具设计困难，甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。5.2

定位基准的选择选择基准时的考虑次序：先精基准,后粗基准定位基准的选择依据：零件图的技术要求5.2.1精基准的选择选择精基准时，应重点考虑如何减少工件的定位误差，保证加工精度，并使夹具结构简单，工件装夹方便。具体选择原则为：1．“基准重合”原则2.“基准统一”原则3．“互为基准”的原则4．“自为基准”的原则5．便于装夹的原则“基准重合”原则的含义:

应尽量选择加工表面的设计基准作为定位精基准

32“基准统一”原则的含义:若工件以某一组表面作为精基准定位，可以比较方便地在各工序中加工出大多数（或所有）其它表面，则应尽早地把这一组基准表面加工出来，并达到一定精度，在后续工序中均以其作为精基准加工其它表面。1ⅤⅣⅢⅡⅠ234ACACX62W铣床立柱简图铣床立柱选择立导轨A、C面为统一精基准。在最初的加工中首先将立导轨加工好，以后的各工序均以此为精基准定位，依次加工厂出底面1、悬梁2，侧面4以及孔系3（轴孔Ⅰ~Ⅴ），以保证主轴孔Ⅴ、悬梁导轨及底面与立导轨的垂直度；侧面与轴孔间的平行度。在实际生产中，常用的统一基准形式有：1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一精基准；2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一精基准；3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一精基准；4）套类零件用一长孔和一止推面作统一精基准。平面销孔1销孔2b)液塑心轴定心精度可达φ0.005~0.01mmc)波纹套定心夹紧机构定心精度可达φ0.005~0.01mm“互为基准”的原则的含义是：对某些位置精度要求高的表面，可以采用互为基准、反复加工的方法来保证其位置精度铣床主轴简图·2“自为基准”的原则的含义：对一些精度要求很高的表面，在精密加工时，为了保证加工精度，要求加工余量小而且均匀，这时可以已经精加工过的表面自身作为定位基准，床身导轨面自为基准定位请看下图再看一例便于装夹的原则的含义：

所选的精基准，尤其是主要定位面，应有足够大的面积和精度，以保证定位准确可靠。同时还应使夹紧机构简单，操作方便。5.2.2粗基准的选择粗基准选择影响：①加工余量的均匀分配；②加工面与非加工面（作为粗基准的非加工面）的位置关系5.2.2粗基准的选择外圆1的轴线内孔3的轴线以不加工外圆表面1作为粗基准定位，加工后内孔2与外圆1同轴，但加工面内孔2余量不均匀。以毛坯孔作为粗基准定位，则可以保证余量均匀，但加工后内孔2与外圆1不同轴，即壁厚不均匀。1．保证相互位置要求原则2．余量均匀分配原则3．便于工件装夹原则4.粗基准在一个定位方向上只允许使用一次原则

5.2.2粗基准的选择保证相互位置要求原则：如果必须保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。外圆面1的轴线内孔3的轴线以外圆面作为加工内孔时的粗基准,不能保证壁厚均匀余量均匀分配原则：如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。便于工件装夹原则：选择粗基准应使定位准确，夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便。为此要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷，也不宜选用铸造分型面作粗基准。若无法避免，则应在使用前对其修整。粗基准在一个定位方向上只允许使用一次例如下图所示零件，如第一道工序以不加工外圆表面1定位，加工内孔2，若第二道工序仍以外圆表面定位加工均布孔4(如图a所示),则孔4将与孔2产生较大的同轴度误差。正确的工艺方案应以已加工过的内孔2定位加工均布孔4（如图b所示）。(a)(b)本节学习要求要深刻理解并牢固掌握粗基准及精基准的选择原则，并会灵活地使用这些原则,解决生产中的实际问题。

5.3工艺路线的拟定在正确选择定位基准后，就要拟定各表面的工艺路线。工艺路线的拟定主要解决的问题是:选择加工方法确定加工顺序划分加工工序5.3.1加工方法的选择1.加工经济精度（1）加工经济精度的概念各种加工方法，车、铣、刨、磨、钻、镗、铰等所能达到的经济精度，都有一定的范围。任何一种加工方法，只要仔细刃磨刀具，调整机床，选择合理的切削用量，精心操作，就可以获得较高的加工精度。但同时耗时多，效率低，会使加工成本较获得同样精度的其他加工方法高。由此提出了这样一个问题：对某种加工方法，用于加工何种等级的零件才经济合理？这就是加工经济精度的概念。选择加工方法的基本原则是既要保证零件的加工质量,又要使加工成本最低。为此，必须熟悉各种加工方法所能达到的经济精度及表面粗糙度。5.3.1加工方法的选择1.加工经济精度（2）加工经济精度的定义P177在正常的加工条件下（使用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人、合理的工时定额）所能达到的加工精度和表面粗糙度。（3）加工精度与成本之间的关系

任何一种加工方法的加工精度与加工成本之间有如图5-7所示关系。ABδCCLδL图5.7加工误差与加工成本的关系图中δ为加工误差，C表示加工成本。由图中曲线可知，两者关系的总趋势是加工成本随着加工误差的下降而上升，但在不同的误差范围内成本上升的比率不同。ABδCCLδL图5.7加工误差与加工成本的关系A点左侧曲线，加工误差减少一点，加工成本会上升很多；加工误差减少到一定程度，投入的成本再多，加工误差的下降也微乎其微，这说明某种加工方法加工精度的提高是有极限的（图中δL）。在B点右侧，即使加工误差放大许多，成本下降却很少，这说明对于一种加工方法，成本的下降也是有极限的，即有最低成本（图中CL）。ABδCCLδL图5.7加工误差与加工成本的关系只有在曲线的AB段，加工成本随着加工误差的减少而上升的比率相对稳定。可见，只有当加工误差等于曲线AB段对应的误差值时，采用相应的加工方法加工才是经济的，该误差值所对应的精度即为该加工方法的经济精度。因此，加工经济精度是指一个精度范围而不是一个值。超精密加工一般加工精密加工19201960200010210110010-110-210-3加工误差（μm）图5.8加工精度与年代的关系（4）加工精度与年代的关系

如图所示，各种加工方法的经济精度随年代增长和技术进步而不断提高。5.3.1加工方法的选择（5）各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度表5.5，5.6，5.7为典型表面的各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度，表5.8为常用机床加工的形位精度，可供选择时参考。实际应用时可查《金属机械加工工艺人员手册》、《机械工艺师手册》等5.3.1加工方法的选择2.加工方法的选择加工方法的选择,应在分析研究零件图的基础上进行。一般先选择零件上精度要求最高的表面的加工方法，即该表面的最终加工方法，再往前推。选择时主要考虑以下问题：5.3.1加工方法的选择2.加工方法的选择1）加工表面的精度和粗糙度要求根据这些要求，选择与之相符合的加工经济精度对应的加工方法。满足要求的加工方法可能会有多种，再结合其他条件，最后确定一种。5.3.1加工方法的选择2.加工方法的选择1）加工表面的精度和粗糙度要求2）零件的材料和热处理要求零件的材料和热处理是影响加工方法选择最重要的因素。如有色金属精加工，因材料过软容易堵塞砂轮而不宜采用磨削，而一般淬火钢只能采用磨削。5.3.1加工方法的选择2.加工方法的选择1）加工表面的精度和粗糙度要求2）零件的材料和热处理要求3）零件的生产类型选择的加工方法的选择,应与生产类型相适应。大批大最量生产应采用高生产率的加工方法，如加工孔、内键槽等可以采用拉削的方法；当批量不大时，则采用一般的钻、铰、镗、插等方法。5.3.1加工方法的选择2.加工方法的选择1）加工表面的精度和粗糙度要求2）零件的材料和热处理要求3）零件的生产类型4）本厂现有技术水平、生产条件等技术人员应对本单位的设备种类和数量、加工范围、精度水平以及工人的技术水平有充分的了解，应尽量利用本厂资源。换页5.3.1加工方法的选择3.典型表面的加工路线P182~187（要求熟悉，会选用）如某轴材料45，轴颈尺寸精度IT6、Ra0.32，表面淬火，试确定其加工路线。研磨IT5Ra0.008～0.32μm超精加工IT5Ra0.01～0.32μm砂带磨IT5Ra0.01～0.16μm精密磨削IT5Ra0.008～0.08μm

抛光

Ra0.008～1.25μm金刚石车IT5～6Ra0.02～1.25μm滚压IT6～7Ra0.16～1.25μm精磨IT6～7Ra0.16～1.25μm精车IT7～8Ra1.25～5μm粗磨IT8～9Ra1.25～10μm半精车IT10～11Ra2.5～12.5μm粗车IT12～13Ra10～80μm精磨—粗磨—半精车—粗车材料45，轴颈尺寸精度IT6、Ra0.32，表面淬火粗车—半精车—粗磨—精磨加工路线为:5.3.2加工阶段的划分1.怎样划分加工阶段为了保证零件的加工质量﹑生产效率和经济性，通常在安排工艺路线时，将其划分成几个阶段。一般精度零件，可划分成粗加工﹑半精加工和精加工三个阶段。对精度要求高和特别高的零件，还需安排精密加工（含光整加工）和超精密加工阶段。5.3.2加工阶段的划分2.各阶段的主要任务1）粗加工阶段主要去除各加工表面的大部分余量，并加工出精基准。2）半精加工阶段

减少粗加工阶段留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做好准备，并完成一些精度要求不高的表面的加工。5.3.2加工阶段的划分2.各阶段的主要任务3）精加工阶段

主要是保证零件的尺寸﹑形状﹑位置精度及表面粗糙度，这是相当关键的加工阶段。大多数表面至此加工完毕，也为少数需要进行精密加工或光整加工的表面做好准备。4）精密和超精密加工阶段

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﹑金刚石车削等，进一步提高表面的尺寸、形状精度，降低表面粗糙度，最终达到图纸的精度要求。

5.3.2加工阶段的划分3.划分加工阶段的好处1）有利于保证零件的加工质量粗加工时，夹紧力大、切削厚度大、切削力大、切削热多，零件因受力变形、受热变形及残余应力引起的加工误差大，如无后续的精加工加以纠正，将难以保证加工精度。此外，粗精加工分开进行，可以避免精加工表面少受损伤。5.3.2加工阶段的划分3.对零件的加工过程划分加工阶段的好处1）有利于保证零件的加工质量2）可以及时发现毛坯的缺陷粗加工时，切除的余量大，容易发现毛坯的缺陷，此时实施报废，可以避免以后精加工的经济损失。5.3.2加工阶段的划分3.对零件的加工过程划分加工阶段的好处1）有利于保证零件的加工质量2）可以及时发现毛坯的缺陷3）合理安排加工设备和操作工人粗精加工对设备的要求不同。粗加工要求设备的功率大、生产率高，对精度和工人的技术水平要求不高；精加工则要求精度高但功率不大的设备，而对工人的技术水平要求高。粗精加工分开可分别安排适合各自要求的设备和操作工人，有利于延长精加工设备的寿命。5.3.2加工阶段的划分3.对零件的加工过程划分加工阶段的好处1）有利于保证零件的加工质量2）可以及时发现毛坯的缺陷3）合理安排加工设备和操作工人4）便于组织生产粗、精加工对生产环境条件的要求不同。精加工和精密加工要求环境清洁、恒温，划分加工阶段后，可以为精加工创造所要求的环境条件。此外，划分加工阶段便于热处理工序的插入。换页5.3.2加工阶段的划分4.划分加工阶段需考虑的因素

1）零件的技术要求

一般精度的零件可划分为粗加工和精加工两个阶段，高精度零件可分为粗加工﹑半精加工和精加工三个阶段，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个阶段或更多的加工阶段。5.3.2加工阶段的划分4.划分加工阶段需考虑的因素

1）零件的技术要求

2）生产纲领和生产条件在大批量生产中，为了更合理地安排设备，加工阶段一般划分得比较细；单件小批生产中则划分得比较粗，有时将粗﹑精加工混在一起。在自动化生产中，为了在一次安装中加工出尽可能多的表面，有时也将粗﹑精加工混在一起。如采用加工中心加工时，既要求机床有较大功率﹑刚度和精度，同时也要求毛坯有较高的精度，使余量小而均匀，以保证加工过程中不产生大的受力变形和受热变形。5.3.2加工阶段的划分4.划分加工阶段需考虑的因素

1）零件的技术要求

2）生产纲领和生产条件3）毛坯的情况毛坯的精度和质量对加工阶段的划分有直接影响。如毛坯精度低（如自由锻﹑砂型铸造等），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质量问题，如砂眼﹑气孔﹑夹砂等。如果毛坯的精度高﹑质量好（如精密铸造﹑精密锻造等），则一开始就可进入半精加工阶段。换页5.3.3加工顺序的安排机械加工工序顺序的安排原则1）先基准面后其它①应首先安排被选作精基准的表面的加工，再以加工出的精基准为定位基准，安排其它表面的加工。②在精加工阶段开始时应先对基准面进行精加工，以提高定位精度，然后再安排其它表面的精加工。如精度要求高的轴类零件，第一道工序就是以外圆面为粗基准加工两端面及顶尖孔，再以顶尖孔完成各表面的粗加工。精加工开始前先修整顶尖孔，以提高轴在精加工时的定位精度，然后再安排各外圆的精加工。5.3.3加工顺序的安排机械加工工序顺序的安排原则1）先基准面后其它2）先粗后精指先安排各表面粗加工，后安排精加工。对于精度要求高的零件，粗、精加工应分成两个阶段。5.3.3加工顺序的安排机械加工工序顺序的安排原则1）先基准面后其它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设计基准面和重要工作面。这些表面是决定零件质量的主要因素，对其进行加工是工艺过程的主要内容，因而在确定加工顺序时，要首先考虑加工主要表面的工序安排，以保证主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工顺序后，常常从加工的方便与经济角度出发，安排次要表面的加工。主要表面为两端轴径及装传动件的Φ35圆柱面：先安排这些表面的加工顺序：粗车外圆——精车外圆——磨外圆退刀槽、倒角、键槽等次要表面的加工从加工的方便出发，穿插在其中进行。其总的加工顺序为：平端面、打中心孔—粗车外圆—精车外圆、倒角、切退刀槽—铣键槽—磨外圆5.3.3加工顺序的安排机械加工工序顺序的安排原则1）先基准面后其它2）先粗后精3）先主后次4）先面后孔箱体和支架类零件既有平面，又有孔或孔系，这时应先将平面（通常是装配基准）加工出来，再以平面为基准加工孔或孔系。此外，在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀。此时也应先加工面，再加工孔，以避免上述情况的发生。换页5.3.3加工顺序的安排2.热处理和表面处理工序的安排1）为了改善工件材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），应安排在切削加工之前进行。2）为了消除内应力而进行的热处理工序（如退火、人工时效等），最好安排在粗加工之后，精加工之前进行；有时也可安排在切削加工之前进行。5.3.3加工顺序的安排2.热处理和表面处理工序的安排3）为了改善工件材料的力学物理性质而进行的热处理工序（如调质、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前进行。而表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，允许安排在精加工后进行。4）为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序以及以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序（如镀铬、镀锌、氧化、煮黑等）一般放在工艺过程的最后。5.3.3加工顺序的安排3.辅助工序的安排检验工序的安排1）重要工序的加工前后；2）不同加工阶段的前后，如粗加工结束﹑精加工前；精加工后﹑精密加工前；3）工件从一个车间转到另一个车间前后；4）零件的全部加工结束以后。辅助工序的种类很多，如检验﹑去毛刺﹑清洗﹑平衡﹑去磁等，它们也是工艺过程的重要组成部分。检验工序是保证零件加工质量合格的关键工序之一。在工艺规程中，应在下列情况下安排常规检验工序：5.3.4工序的集中与分散1.工序集中及分散的概念工序分散：工序数多而各工序的加工内容少工序集中：是工序数少而各工序的加工内容多零件的加工顺序确定以后，在确定各工序的加工内容时，可有两种设计思路：一种是工序分散；一种是工序集中。5.3.4工序的集中与分散2.工序集中的特点1）在一次安装中可加工出多个表面，不但减少了安装次数，而且易于保证这些表面之间的位置精度；2）有利于采用高效的专用机床和工艺装备；3）所用机器设备的数量少，生产线的占地面积小，使用的工人也少，易于管理；4）机床结构通常较为复杂，调整和维修比较困难。5.3.4工序的集中与分散3.工序分散的特点1）使用的设备较为简单，易于调整和维护；2）有利于选择合理的切削用量；3）使用的设备数量多，占地面积较大，使用的工人数量也多。

5.3.4工序的集中与分散4.发展趋势由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，工序集中将越来越成为生产的主流方式。本节学习要求深入理解加工经济精度的概念及定义了解常见表面的典型加工方法与加工路线理解并掌握加工阶段的划分原则、加工顺序的安排原则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确定主要内容:加工余量的概念确定加工余量的方法工序尺寸及公差的确定1.加工总余量与工序（工步）余量加工总余量（即毛坯余量）：是指毛坯尺寸与零件设计尺寸之差，也就是某加工表面上切除的金属层总厚度。工序（工步）余量：是指相邻工序（工步）的尺寸之差，也就是某道工序（工步）所切除的金属层厚度。5.4.1加工余量的概念总余量与工步余量之间的关系：5.4.1加工余量的概念H1H2H设ZsH坯粗刨Z1精刨Z2磨Z3式中:Zs—某加工表面的总余量；

n—该表面的机械加工工序（工步）数；

Zi—该表面第i个工序（工步）的加工余量。设某加工表面上道工序的尺寸为a，本道工序的尺寸为b,则本道工序的基本余量Zb可以表示为：对于被包容面：

Zb=a-b对于包容面：Zb=b-a工序余量有单边余量和双边余量之分。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对机械加工的影响加工余量过大，不仅增加了机械加工量、降低了生产效率，而且浪费原材料的能源，增加刀具等到工具消耗，使加工成本提高。加工余量过小，则不能保证消除前工序的各种误差和表面缺陷层。工序公差给的过小，无形中提高了加工精度，增加了工序的加工成本。上工序公差给的过大，会使余量变动量大，有可能会影响本工序的加工质量；当用夹具定位夹紧时，可能会因尺寸变动太大而不能确保安装。5.4.1加工余量的概念4.影响工序余量的因素1）前工序留下的表面粗糙度Ry和表面缺陷层深度Ha2）前工序的尺寸公差Ta3）前工序留下的需单独考虑的空间误差εa4）本工序的安装误差εb5.4.1加工余量的概念工序余量的计算公式：对于单边余量：对于双边余量：5.4.1加工余量的概念1.分析计算法1)采用浮动镗刀镗孔或浮动铰刀铰孔或拉刀拉孔,由于这些方法不能纠正位置误差,公式可简化为:5.4.2确定加工余量的方法2）无心磨床磨外圆时无装夹误差，公式可简化为：5.4.2确定加工余量的方法1.分析计算法砂轮导轮托板工件3）精密加工方法如研磨、珩磨、超精加工等，加工时仅去掉上工序留下的加工痕迹，公式可简化为：5.4.2确定加工余量的方法4）对于抛光，仅用于提高表面粗糙度，因此5.4.2确定加工余量的方法2.查表法根据《机械加工工艺手册》提供的资料查出各表面的总余量及不同加工方法的工序余量，方便迅速，使用广泛。3.经验法由一些有经验的工艺设计人员或工人根据经验确定余量。一般用于单件小批生产。5.4.2确定加工余量的方法5.4.3工序尺寸及公差的确定步骤：1）确定该加工表面的总余量，再根据加工路线确定各工序的基本余量，并核对第一道工序的加工余量是否合理。2）自终加工工序起，即从设计尺寸开始，至第一道工序，逐次加上（对被包容面）或减去（对包容面）各工序的基本余量，便可得到各道工序的基本工序尺寸。3）除终加工工序外，根据各工序的加工方法及其经济加工精度，确定其工序公差和粗糙度。4）按入体原则以单向偏差方式标注工序尺寸，并可作适当调整。例5.1某连杆大头孔的设计尺寸为(IT6)，表面粗糙度Ra0.4μm，毛坯为锻件，采用的加工路线为：

粗镗—半精镗—精镗—细镗—滚压试确定各工序的工序尺寸及其公差，以及表面粗糙度。5.4.3工序尺寸及公差的确定工序名称工序余量mm初定工序基本工序尺寸mm以入体单向公差标注mm调整后的工序尺寸经济精度Mm粗糙度Ra/μm工序尺寸mm粗糙度Ra/μm滚压0.0030.40.4细镗0.30.861.5-0.003=61.4970.8精镗0.71.661.497-0.3=61.21.6半精镗1.53.261.2-0.7=60.53.2粗镗26.360.5-1.5=596.3锻Z总=4.559-2=572）确定各工序余量滚压工序余量。根据试验定为0.003mm细镗余量：查表确定为0.3mm精镗余量：根据该厂资料定为0.7mm半精镗余量：大头孔为剖分孔，定为1.5mm粗镗余量：4.5-1.5-0.7-0.3-0.003=21）确定总余量查表并根据大头孔为剖分孔，确定大头孔的直径总余量为4.5mm，毛坯尺寸偏差为（1）确定总余量和工序余量工序名称工序余量mm初定工序基本工序尺寸mm以入体单向公差标注mm调整后的工序尺寸经济精度mm粗糙度Ra/μm工序尺寸mm粗糙度Ra/μm滚压0.030.40.4细镗0.30.861.5-0.003=61.4970.8精镗0.71.661.497-0.3=61.21.6半精镗1.53.261.2-0.7=60.53.2粗镗26.360.5-1.5=596.3锻Z总=4.559-2=57滚压为最终工序，应达到设计要求细镗的下道工序为滚压，其目的仅上降低表面粗糙度值，因此细镗工序的尺寸精度应达到图纸要求，取工序公差为0.018，Ra0.8μm由细镗余量表可知，细镗之前的精镗必须达到IT9，粗糙度为Ra1.6μm半精镗经查表得其经济精度为IT11，粗糙度

Ra3.2μm粗镗经查表得其经济精度为IT12，粗糙度

Ra6.3μm（2）确定各工序的加工经济精度和粗糙度工序名称工序余量mm初定工序基本工序尺寸mm以入体单向公差标注mm调整后的工序尺寸经济精度Mm粗糙度Ra/μm工序尺寸mm粗糙度Ra/μm滚压0.030.461.50.4细镗0.30.861.5-0.003=61.4970.8精镗0.71.661.497-0.3=61.21.6半精镗1.53.261.2-0.7=60.53.2粗镗26.360.5-1.5=596.3锻Z总=4.559-2=57计算各工序的基本尺寸以入体原则标注工序尺寸工序尺寸调整本节学习要求掌握加工余量的概念理解影响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确定方法5.5工艺尺寸链主要内容:尺寸链的定义和级成尺寸链的分类尺寸链的基本计算方法工艺尺寸链的应用5.5工艺尺寸链5.5.1尺寸链概述尺寸链的定义与组成（1）尺寸链的定义尺寸链：由若干相互有联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成的尺寸封闭图形定义为尺寸链。工艺尺寸链：在零件加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链，称为工艺尺寸链。装配尺寸链：在机器设计和装配过程中，由有关零件设计尺寸形成的尺寸链，称为装配尺寸链。α1α2α0图5.23工艺尺寸链示例b)c)a)A1A2A0A1A2A0ABC0.05A0.1C5.5.1尺寸链概述（2）尺寸链的组成尺寸环：组成尺寸链的每一个尺寸。如A0、A1、A2各尺寸环按其形成的顺序和特点，可分为封闭环和组成环。

封闭环：凡在零件加工过程或机器装配过程中最终形成的环（或间接得到的环）。如A0组成环：尺寸链中除封闭环以外的各环。如A1、A2

组成环按其对封闭环影响又可分为增环和减环。增环：凡该环变动（增大或减小）引起封闭环同向变动（增大或减小）的环，称为增环。如A1减环：由于该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环，称为减环。如A2α1α2α0图5.23工艺尺寸链示例b)c)a)A1A2A0A1A2A0ABC0.05A0.1C图中A0为封闭环，它通过上道工序保证尺寸A1，本道工序保证尺寸A2而间接得到。A2、A1为组成环，其中A1为增环，A2为减环。2.尺寸链的分类1）直线尺寸链

它的尺寸环都位于同一平面的若干平行线上。2）角度尺寸链

各尺寸环均为角度尺寸的尺寸链称为角度尺寸链。3）平面尺寸链

平面尺寸链由直线尺寸和角度尺寸组成，且各尺寸均处于同一个或几个相互平行的平面内。4）空间尺寸链

组成环位于几个不平行平面内的尺寸链。空间尺寸链在空间机构运动分析和精度分析中，以及具有空间角度关系的零部件设计和加工中会遇到。5.5.1尺寸链概述β0β1β2α0α1α2α3a）b）图5.24角度尺寸链示例图5.25平面尺寸链Y2Y1Xα0L0b）Y2a）L0XAY1α05.5.2尺寸链的基本计算方法1．极值法

（1）基本尺寸计算公式式中A0

——

封闭环的基本尺寸；

Aj

——

增环的基本尺寸；

Ak

——

减环的基本尺寸；

m

——

增环数；

n

——

尺寸链总环数。封闭环的基本尺寸等于各增环基本尺寸之和减去各减环基本尺寸之和（2）偏差及公差计算公式

式中ES0，EI0

——

封闭环的上、下偏差；

ESj，EIj

——

增环的上、下偏差；

ESk，EIk

——

减环的上、下偏差。上偏差下偏差封闭环的上偏差等于各增环上偏差之和减去各减环下偏差之和。封闭环的下偏差等于各增环下偏差之和减去各减环上偏差之和。5.5.2尺寸链的基本计算方法

公差式中T0L

——

封闭环公差（极值公差）；

Ti

——

组成环的公差。封闭环的公差等于各组成环公差之和。5.5.2尺寸链的基本计算方法

式中A0M、AjM、AkM分别表示封闭环、增环和减环的平均尺寸。（3）平均尺寸计算公式封闭环的平均尺寸等于各增环平均尺寸之和减去各减环平均尺寸之和5.5.2尺寸链的基本计算方法尺寸链竖式求解规则:1）在等号线以上将增环的基本尺寸和上、下偏差自左至右依次排列出；减环在排列时，其基本尺寸前要加负号，上、下偏差位置对调并变正负号（正变为负，负变为正）。2）将增﹑减环的基本尺寸﹑上偏差﹑下偏差分别相加，其代数和列于等号线下，即为封闭环的基本尺寸和上、偏差。(下面以实例来说明)5.5.2尺寸链的基本计算方法例5.2图5.25所示尺寸链，已知：，，求封闭环A0的大小和偏差。减环在排列时，其基本尺寸前要加负号，上、下偏差位置对调并变号最后结果为：mm5.5.2尺寸链的基本计算方法

解用竖式法求解，列表如下：环名基本尺寸上偏差下偏差A3(增环)350-0.25A1(减环)-15+0.09-0.09A2(减环)-10+0.150A0(封闭环)10+0.24-0.342．概率法极值法计算尺寸链时，必须满足封闭环公差等于组成环公差之和这一要求。在大批量生产中，尺寸链中各增、减环同时出现相反的极限尺寸的概率很低，特别当环数多时，出现的概率更低。当封闭环公差较小、组成环环数较多时，采用极值算法会使组成环的公差过小，以致使加工成本上升甚至无法加工。根据概率统计原理和加工误差分布的实际情况，采用概率法求解算尺寸链更为合理。5.5.2尺寸链的基本计算方法2．概率法由前述可知，封闭环的基本尺寸是增环﹑减环的基本尺寸的代数和。根据概率论，若将各组成环视为随机变量，则封闭环（各随机变量之和）也为随机变量，且有：1）封闭环的平均值等于各组成环的平均值的代数和；2）封闭环的方差（标准差的平方）等于各组成环方差之和，即：式中σ0——

封闭环的标准差；

σi

——

第i个组成环的标准差。5.5.2尺寸链的基本计算方法

这里只讨论组成环接近正态分布的情况若各组成环的尺寸分布均接近正态分布，则封闭环尺寸分布也近似为正态分布。假设尺寸链各环尺寸的分散范围与尺寸公差相一致（如图所示）①尺寸链各尺寸环的平均尺寸等于各尺寸环尺寸的平均值；（即将非对称公差转换为对称公差AM±T/2）②各尺寸环的尺寸公差等于各环尺寸标准差的6倍，即：由此可以引出两个概率法基本公式：1）平均尺寸计算公式2）公差计算公式5.5.2尺寸链的基本计算方法

3σ3σT1）平均尺寸计算公式2）公差计算公式该式表明在组成环接近正态分布的情况下，尺寸链封闭环的平均尺寸等于各组成环的平均尺寸的代数和。该式表明在组成环接近正态分布的情况下，封闭环的公差等于各组成环公差的平方和的平方根。5.5.2尺寸链的基本计算方法

概率法基本公式：例5.3用概率法求解图5.26所示尺寸链。已知：解

1）将已知各尺寸改写成双向对称偏差形式：A1=15±0.09mm;A2=9.925±0.075mm;A3=4.875±0.125mm2）求出封闭环的平均尺寸：A0M=A3M－（A1M＋A2M）=34.875-9.925-15=9.95mm3）求封闭环公差：假定各组成环均接近正态分布，则由公式最后有：得：组成环偏离正态分布时，用下面的近似公式：T0k称为当量公差，k值常取1.2~1.6。5.5.3工艺尺寸链的应用1．定位（测量）基准与设计基准不重合时的尺寸换算例5.4如图所示压条零件，若求调整尺寸A2。解1）列尺寸链a)2）判断各环性质A0为封闭环，A1为增环，A2为减环3）计算环名基本尺寸上偏差下偏差A1（增环）A2（减环）30-200+0.1-0.10A0（封闭环）10+0.1-0.1b)A1A2A0A1A2A0BCA5.5.3工艺尺寸链的应用例5.5图5.28a所示零件，设计尺寸为10-0.360。因尺寸不便测量，改测尺寸x。试确定尺寸x的数值和公差。解：1）列尺寸链2）判断各环性质3）计算10=50-x,x=400=0-EIx,EIx=0-0.36=-0.17-ESx,ESx=+0.19因此，ABXBBAXBAXBAXBX环名基本尺寸上偏差下偏差A（增环）x（减环）50-4000-0.17-0.19B（封闭环）100-0.362.工序基准是尚待加工的设计基准例5.6解：1）列尺寸链2）判断各环性质键槽深度H为磨内孔间接得到，是封闭环。其余各环的判断如图。3）计算R1R2R1R1R2R1R2R1R2R1R2R1R2R1R1R1R1HD2D1A1环名基本尺寸上偏差下偏差A1（增环）

43.1+0.175+0.025R2（增环）20+0.0250R1（减环）-19.80-0.025H（封闭环）43.3+0.20HR2A1R1与封闭环方向相同者为减环，相反者为增环。HD2D1A1D1A1D2HR1R2同轴度、对称度在尺寸链中的处理当同轴度、对称度为技术要求时，则为封闭环；在加工过程中出现，则为组成环；基本尺寸为0，上下偏差为其公差的一半，即把它作为一个尺寸环来计算，可把它置于有相对位置要求的任一尺寸一方。如上例若已知磨孔与镗孔的同轴度误差为0.03，则，该环放在R1或R2上都可以。A1HR1R2eD1A1Ha）b）D2同轴度、对称度在尺寸链中的处理A1HR1R2eD1A1Ha）b）D2环名基本尺寸上偏差下偏差A1（增环）

43.1+0.160+0.04R2（增环）20+0.0250e（增环）0+0.015-0.015R1（减环）-19.80-0.025H（封闭环）43.3+0.20例5.7连杆厚度尺寸要求如图所示。为了使连杆在加工过程中安装方便，开始加工时小头的厚度亦按大头要求加工，到加工后期再将小头铣薄。有关的加工工序如下：L1L2L2L0解:1.列尺寸链2.判断各环性质L0为铣削小头端面时间接获得,故为封闭环,L1为减环,L2为增环。3.计算L1L2L2L0环名基本尺寸上偏差下偏差2L2（增环）66-0.15-0.28L1（减环）-36+0.25+0.18L0（封闭环）30+0.1-0.14．有表面处理工序的工艺尺寸链计算表面处理是指表面渗碳﹑渗氮等渗入类以及镀铬﹑镀锌等镀层类的表面处理。渗入类表面处理通常在精加工以前完成渗入，精加工后应使渗入层厚度符合设计要求，因此设计要求的渗入层厚度为封闭环。镀层类表面处理在大多数情况下是通过控制电镀工艺参数来保证镀层厚度的，因此最后获得的电镀后的零件尺寸为封闭环。a）b）图5.32渗碳层深度尺寸换算D2R2R1H1H0A解：1）列尺寸链2）判断各环性质H0是最终的渗碳层厚度，是间接保证的，因此是封闭环；H1、R2为增环；R1为减环。3）计算环名基本尺寸上偏差下偏差H1（增环）0.7+0.25+0.008R2（增环）190-0.008R1（减环）-19.2+0.050H0（封闭环）0.5+0.30D1H1H0R1D2R2作业：5-135-145-155-17单件小批量：画线，使腔体加工后壁厚均匀。若铸件上有主轴孔，以所主轴孔的画线为基准，先加工主轴孔。以主轴孔为精基准加工A,C,B面。若铸件上无主轴孔，则以A，C面的画线为基准加工A,C面，再以A,C面为精基准加工I孔，B面及其它面。大批量与单件的区别：由于铸件精度较高，不用画线。加工用的粗精基准基本相同。5-6.试选择习图5.6示三个零件的粗﹑精基准。其中a）齿轮，m＝2，Z＝37，毛坯为热轧棒料；b）液压油缸，毛坯为铸铁件，孔已铸出。c）飞轮，毛坯为铸件。均为批量生产。图中除了有不加工符号的表面外，均为加工表面。Aa）b）c）AAtAt第5章习题与思考题B

图a：①精基准--齿轮的设计基准是孔A。按基准重合原则，应选孔A为精基准。以A为精基准也可以方便地加工其他表面，与统一基准原则相一致。故选孔A为统一精基准。

②粗基准--齿轮各表面均需加工，不存在保证加工面与不加工面相互位置关系的问题。在加工孔A时，以外圆定位较为方便，且可以保证以孔A定位加工外圆时获得较均匀的余量，故选外圆表面为粗基准。

Aa）At下料（留卡头8mm左右）正火粗车各部，孔钻出，一端车出卡头尺寸φ？X8留余量1~1.5（外圆为粗基准）定性处理(即调质)精车：1）卡一端卡头，车另一端面外圆及孔成；（一次安装下加工的各表面，相互之间位置精度高）2）调头车另一端面留磨量0.1~0.15,并车环线标记，倒角磨环线标记面成（以另一端面为精基准）滚齿（内孔与环线标记面为精基准）剃齿（内孔与环线标记面为精基准）齿部氮化处理材料40cr,形状大小类似的齿轮,某厂加工过程如下：卡头φ？X8b）图b：①精基准--液压油缸的设计基准是孔B。按基准重合原则，应选孔B为精基准。以B为精基准也可以方便地加工其他表面，与统一基准原则相一致。故选孔B为统一精基准。②粗基准--液压油缸外圆没有功能要求，与内孔未注位置公差要求。而孔B是重要加工面，从保证其余量均匀的角度出发，应选孔B的毛坯孔作定位粗基准。

B又：若要求壁厚均匀呢？(讨论如下)加工后孔的形状e以外圆为基准设内孔B与外圆之间有偏心:加工后孔的形状e以内孔B为基准

图c：①精基准—飞轮的设计基准是孔A。按基准重合原则，应选孔A为精基准。以A为精基准也可以方便地加工其他表面，与统一基准原则相一致。故选孔A为统一精基准。②粗基准--为保证飞轮旋转时的平衡，大外圆与不加工孔要求同轴，且不加工内端面与外圆台阶面距离应尽可能的均匀，故应不加工孔及内端面作定位粗基准。

AAt加工过程如下：先以右端不加工表面直径为D的内孔和内端面作为粗基准，加工左端面、直径为d的通孔、左端外圆、台阶面及右端外圆；再以左端外圆（或内孔）作为精基准加工右端面。ΦDΦd5-13习图5.13所示a）为一轴套零件，尺寸mm和

mm已加工好，b）、c）、d）为钻孔加工时三种定位方案的简图。试计算三种定位方案的工序尺寸A1

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

1）图b：解：基准重合

mm

2）图c：解:(1)列尺寸链(2)判断各环性质尺寸10±0.1是封闭环，尺寸A2和是组成环，且A2为增环，为减环。(3)由直线尺寸链极值算法基本尺寸计算公式，有：

10=A2－8，→A2=18mm

由直线尺寸链极值算法偏差计算公式：

0.1=ESA2－（-0.05），

→ESA2=0.05mm;

-0.1=EIA2－0，→EIA2=-0.1mm。故：mm

A210±0.1环名基本尺寸增环减环增环A2减环-8+0.050封闭环10+0.1-0.118+0.05-0.13）图d：解：(1)列尺寸链(2)判断各环性质10±0.1是封闭环,为增环，A3和为减环。(3)列竖式计算

10±0.1A3故：mm环名基本尺寸增环减环减环A3减环-8+0.050封闭环10+0.1-0.1-20+0.050增环380-0.1205-14加工习图5.14所示一批零件，有关的加工过程如下：1）以A面及φ60外圆定位，车φ40外圆及端面D﹑B，保证尺寸；2）调头，以D面及φ40外圆定位，车A面，保证零件总长为。钻φ20通孔，镗φ25孔，用测量方法保证孔深为；3）以D面定位磨削A面，用测量方法保证φ25孔深尺寸为，加工完毕。求尺寸=？5-14加工习图5.14所示一批零件，有关的加工过程如下：1）以A面及φ60外圆定位，车φ40外圆及端面D﹑B，保证尺寸；2）调头，以D面及φ40外圆定位，车A面，保证零件总长为。钻φ20通孔，镗φ25孔，用测量方法保证孔深为；3）以D面定位磨削A面，用测量方法保证φ25孔深尺寸为，加工完毕。求尺寸=？5-14加工习图5.14所示一批零件，有关的加工过程如下：1）以A面及φ60外圆定位，车φ40外圆及端面D﹑B，保证尺寸；