《机械制造技术》-第五章

5.1概述机械加工工艺规程是将零件机械加工的工艺过程按照规定的形式书写成工艺文件，文件中的内容很多是按照生产零件的工艺过程步骤填写的，具体内容如下所述。５.１.1生产过程和工艺过程１生产过程生产过程是指在制造机械产品时，由原材料（或半成品）转变成成品的整个过程。它包括原材料运输和保管、生产技术准备工作、毛坯制造、零件的机械加工和热处理、表面处理、产品装配、调试、检验及涂装和包装等过程。下一页返回5.1概述2.工艺过程工艺过程是指在生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能等，使其成为半成品或成品的过程。机械产品的工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、铆接、机械加工、热处理、电镀、涂装、装配等工艺过程。工艺过程是生产过程中的主要组成部分，工艺过程根据其作用不同，可分为零件机械加工过程和部件或成品装配工艺过程。机械加工工艺过程是利用切削加工、磨削加工、电解质加工、超声波加工、电子束及离子束加工等加工方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其转变为合格零件的过程。把零件装配成部件或成品并达到装配要求的过程称为装配工艺过程。下一页返回上一页5.1概述5.1.2机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程由若干个工序组成，每个工序又可细分为安装、工位、工步和走刀。1.工序工序是指一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工作连续完成的工艺过程。只要工人、工作地点、工作对象（工件）等要素之一发生变化或非连续完成，就成为另一个工序。如图5-1所示，加工为阶梯轴，若生产批量比较小，其加工工艺过程由7个工序组成，如表5-1所示。下一页返回上一页5.1概述同样加工图5-1所示的阶梯轴，若生产批量比较大，此时可将工序1变为两个工序，即将每个毛坯在一台车床上由一个工人车削一端面和钻其上的中心孔；然后卸下来，转移到另一台车床上由另一个工人调头切削另一端面和钻中心孔。可见工序有以下特点。（1）同一个零件常因加工数量多少不同而由不同的工序组成。（2）工序是制定劳动定额、配备工人、安排计划及成本核算的基本单元。（3）在一个工序内可以采用不同刀具及切削用量来加工不同的表面。下一页返回上一页5.1概述2.工步在一道工序中，可能要加工几个不同表面，也可能用几把不同的刀具进行加工，还有可能用几种不同的切削用量分几次进行加工。为了描述这个过程，工序下面又可细分为工步。工步是指加工表面、刀具和切削用量（不包括背吃刀量）都不变的情况下，所完成的那一部分工序内容。一般情况下，上述3个要素任意改变一个，就认为是不同的工步了。但下述两种情况例外，第一种情况，对那些连续进行的若干个相同的工步，可看作一个工步。如图5-2所示零件，连续钻4个15mm的孔，可看作一个工步。第二种情况，为了提高生产率，用几把不同的刀具，同时加工几个不同的表面，如图5-3所示，也可看作一个工步，称为复合工步。下一页返回上一页5.1概述3.走刀走刀是指切削刀具在加工表面上每切削一次所完成的那一部分工步。加工表面由于被切去的金属层较厚，需要分几次切削，每切去一层材料称为一次走刀。一个工步可包括一次或几次走刀。4.安装将工件正确地定位在机床上，并将其夹紧的过程称为安装。在一道工序内可以包含一次或几次安装。表5-1中的工序1是两次安装，而其余各道工序均是一次安装。应该注意，在每一道工序中，应尽量减少工件的安装次数，以免影响加工精度和增加辅助时间。下一页返回上一页5.1概述5.工位工件在一次安装后，在机床上占据的每一个加工位置称为工位。为了减少工件的安装次数，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的位置进行加工。图5-4为一个用回转工作台在一次安装中顺序完成装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔4个工位的实例。下一页返回上一页5.1概述5.1.3生产纲领和生产类型1.生产纲领在计划期内生产产品的产量和进度计划，称为生产纲领。一年内制造的合格产品的数量，称为年生产纲领，也称为年产量。零件的生产纲领要计入备品和允许的废品数量，可按下式计算N＝Qn（1＋α＋β）式中N——零件的年产量，单位为件/年；

Q——产品的年产量，单位为台/年；

n——每台产品中该零件的数量，单位为件/台；

α——备品率，单位为％；β——废品率，单位为％。下一页返回上一页5.1概述2.生产类型根据零件的生产纲领或生产批量，分为3种不同的生产类型，如表5-2所示。（1）单件生产。每种产品制造一个或少数几个。重型机械制造、专用设备制造、新产品试制等都属于单件生产。（2）成批生产。一年中分批次生产相同的零件，生产呈周期性重复。机床、工程机械、液压传动装置等许多标准通用产品的生产都属于成批生产。（3）大量生产。同一产品的生产数量很大，通常是在同一工作地长期进行同一种零件的某一道工序的加工，如汽车、拖拉机、轴承等的生产都属于大量生产。返回上一页5.2毛坯的选择成批生产又可分为小批、中批、大批生产。在工艺上，小批生产和单件生产相似，常合称为单件小批生产；大批生产和大量生产相似，常合称为大批大量生产。5.2.1毛坯的种类毛坯的种类很多，同一种毛坯又有多种制造方法。机械制造中常用的毛坯有以下几种。1.铸件一般铸造原材料价格比较便宜，来源较广泛，而铸造设备较简单，铸造毛坯形状与零件较接近，可以节省大量金属材料与切削工时，多数情况下，铸造成本较锻造成本低，所以应优先选用铸造毛坯。下一页返回5.2毛坯的选择主要用于其他方法难以成形的壳体、基座、支架、带轮等形状较复杂的毛坯零件。但铸造毛坯的组织较粗大，内部组织疏松，易产生缺陷，其机械性能不如同样材料的锻件，一些承受重载荷，较大拉应力、弯应力、扭应力的零件，不能采用铸造毛坯。2.锻件锻件适用于要求强度较高、形状不太复杂的零件毛坯。锻件由于塑性变形的结果，内部晶粒较细、均匀，没有铸造毛坯的内部缺陷，其机械性能优于同样材料的铸件，凡承受重载、交变应力的零件，如主轴、齿轮、连杆等常用锻件毛坯。下一页返回上一页5.2毛坯的选择但锻造方法很难得到形状复杂的、大型的毛坯，特别是有复杂内腔的毛坯。3.焊接件一些单件生产的重型机件，如机架、立柱、箱体和水轮机转子等，有不少是采用焊接件毛坯的。对于大件来说，焊接件简单方便，可以小拼大，不但有良好的强度、刚度，且材料利用率高、成本低，特别是单件小批生产，可以大大缩短生产周期。但焊接的零件毛坯应力与变形较大，需要经过时效处理后才能进行机械加工。下一页返回上一页5.2毛坯的选择4.型材型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其他特殊截面的型材。型材有冷拉和热轧两种。热轧的精度低，价格较冷拉的便宜，用于一般零件的毛坯。冷拉的尺寸较小，精度高，易于实现自动送料，但价格贵，多用于批量较大、在自动机床上进行加工的情况。5.冲压件冲压件的尺寸精度高，可以不再进行加工或只进行精加工，生产效率高。适用于批量较大而零件厚度较小的中小型零件的加工。下一页返回上一页5.2毛坯的选择6.冷挤压件冷挤压件精度高，表面粗糙度值小，可以不再进行机械加工。材料塑性好，主要为有色金属和塑性好的钢材。适用于大批量生产中制造形状简单的小型零件，如仪表上和航空发动机中的小型零件。7.粉末冶金以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压制成形后经高温烧结而成。生产效率高，零件的精度高，表面粗糙度值小，一般可不再进行精加工，但金属粉末成本较高，适用于大批大量生产中形状简单的小型零件。下一页返回上一页5.2毛坯的选择5.2.2毛坯的选择毛坯的选择应综合考虑下列因素：（1）零件的材料及对零件力学性能的要求。例如零件的材料是铸铁或青铜，只能选铸造毛坯，不能用锻造。若材料是钢材，当零件的力学性能要求较高时，应选锻件；当零件的力学性能要求不高时，可选型材或铸钢件。（2）零件的结构形状与外形尺寸。一般用途的钢质的阶梯轴，直径相差不大，可用棒料；若直径相差大，则宜用锻件，以节约材料和减少机械加工工作量。大型零件，受设备条件限制，一般只能用自由锻和砂型铸造；中小型零件，根据需要可选用模锻和各种先进的铸造方法。下一页返回上一页5.2毛坯的选择（3）生产类型为大批大量生产时，应选先进的毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸尽量接近零件的形状、尺寸，以节约材料，减少机械加工工作量；单件小批生产时，应选毛坯精度和生产率均比较低的毛坯制造方法，如自由锻和手工木模造型等方法。（4）选择毛坯应考虑现有生产条件，尽可能组织外协，实现毛坯制造的社会专业化生产，以获得好的经济效益。（5）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料，如精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料，这些方法可节约材料，大大减少机械加工工作量。返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择5.3.1工件的定位1.定位原理由理论力学可知，一个不受约束的刚体在空间具有6个自由度，即沿直角坐标系x、y、z3个坐标轴方向的移动自由度x、y、z和绕此3个坐标轴的转动自由度x、y、z，如图5-5所示。假定把工件视为一个刚体，要使它在机床上或夹具中占有一个完全固定的位置，就应限制它在空间的6个自由度。工件的6个自由度可用6个按一定要求布置的支承点（定位元件）来限制，每个支承点限制一个自由度，即为工件的六点定位原理。下一页返回5.3工件的定位与定位基准的选择如图5-6所示为长方形工件的六点定位。首先在工件的A面（XOY平面）上设置3个不共线的支承1、2、3，以限制x、y、z3个自由度，其次在工件的Ｂ面（xoz平面）上设置两个支承4、5，以限制Y、Z两个自由度，最后在工件的C面（yoz平面）上设置一个支承6，以限制x一个自由度。2.工件的定位工件定位就是使工件在机床上或夹具中占有正确的位置。按自由度被限制的情况，分为以下几种。（1）完全定位和不完全定位。①完全定位。工件的6个自由度全部被限制的定位称为完全定位。如图5-7所示，铣削一批工件的沟槽时，为保证X、Y、Z3个加工尺寸符合工序要求，必须限制该工件的全部6个自由度。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择②不完全定位。工件的6个自由度没有被全部限制的定位称为不完全定位，在某些情况下，工件某一方向的自由度并不影响加工精度的要求，这时就不需要限制该方向的自由度。如图5-8（a）所示，铣削一批工件的台阶，需保证y、z方向的尺寸，x方向没有尺寸要求，这时只需限制工件的5个自由度，即Y、Z、X、Y、Z，而并不需要限制X。如

图5-8（b）所示为磨一批工件的顶面，保证尺寸Ｚ及顶面对底面的平行度，这时仅需限制该工件的3个自由度Z、X、Y。（2）欠定位和过定位。①欠定位。工件的应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。欠定位不能保证本工序的技术要求，是不允许的。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择如图5-9所示的工件钻孔，在X方向上没有设置定位销，X的自由度没有被限制，孔到端面的距离尺寸A无法保证。②过定位。工件的同一自由度被两个以上不同定位元件重复限制的定位称为过定位，又称重复定位。如图5-10所示为在插齿机上插齿时工件的定位，工件4以内孔在心轴1上定位，限制了工件X、X、Y、Y4个自由度，又以端面在凸台3上定位，限制了工件Z、X、Y3个自由度，其中X、Y被心轴和凸台重复限制。由于工件内孔和心轴的间隙很小，当工件内孔与端面的垂直度误差较大时，工件端面与凸台实际上只有一点相接触，如图5-11（a）所示，造成定位不稳定。更为严重的是，工件一旦被夹紧，在夹紧力的作用下，势必引起心轴或工件的变形。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择如图5-11（b）所示。这样就会影响工件的装卸和加工精度，这种过定位是不允许的，但是，在有些情况下过定位是允许的。如上例中，工件的内孔和定位端面是在一次装夹下加工出来的，具有好的垂直度；夹具的心轴和凸台也具有很好的垂直度，即使二者仍有很小的垂直度偏差，仍可由心轴和内孔之间的配合间隙来补偿。因此，尽管心轴和凸台重复限制了X、Y自由度，属于过定位，但不会引起相互干涉和冲突，在夹紧力作用下，工件或心轴不会变形，这种定位的精度高，刚性好，也是可取的。综上所述，欠定位不能保证工件的加工精度，是不允许的。过定位在一般情况下，由于定位不稳定，在夹紧力的作用下会使工件或定位元件产生变形。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择影响加工精度和工件的装卸，应尽量避免；但在有些情况下，只要重复限制自由度的支承点不使工件的装夹发生干涉及冲突，这种形式上的过定位，不仅是可取的，而且有利于提高工件加工时的刚性，在生产实际中也有较多的应用。在实际生产中，经常看到以一个精确平面来代替3个定位支承，以支承已加工过的平面。从理论上讲，一个平面相当于无数个点的总和，但由于此支承平面加工后平面度误差极小，导致工件放上去只有唯一的位置，即等同于三点支承的作用。其优点是能增加定位的稳定性和刚度，减小切削时的振动和工件的受力变形，这种过定位是允许的。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择5.3.2基准的分类基准是用于确定零件上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的作用不同，可分为设计基准和工艺基准。1.设计基准在零件图上用于确定其他点、线、面位置的基准称为设计基准。如图5-12所示的零件，其轴心线O-O是外圆和内孔的设计基准。端面A是端面B、C的设计基准，内孔Φ20H7的轴心线是Φ40h6外圆柱面径向跳动和端面B圆跳动的设计基准。作为设计基准的点、线、面在工件上不一定具体存在（例如孔的中心、轴心线、基准中心平面等），而常常由某些具体表面来体现，这些表面称为基面。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择2.工艺基准零件在加工、定位、测量、装配等工艺过程中所使用的基准统称为工艺基准。工艺基准可分为下述4种。（1）工序基准。在工序图中用于确定被加工表面位置所依据的基准。所标注的加工面的位置尺寸称工序尺寸。工序基准也可以看作工序图中的设计基准。如图5-13所示为钻孔工序的工序图，图5-13（a）、（b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择（2）定位基准。加工中，使工件在机床上或夹具中占据正确位置所依据的基准。如用直接找正法装夹工件，找正面是定位基准；用划线找正法装夹，所划线为定位基准；用夹具装夹，工件上与定位元件相接触的面是定位基准。作为定位基准的点、线、面，可能是工件上的某些面，也可能是看不见、摸不着的中心线、中心平面、球心等，往往需要通过工件某些定位表面来体现，这些表面称为定位基面。例如，用三爪自定心卡盘夹持工件外圆，体现以轴线为定位基准，外圆面为定位基面。严格来讲，定位基准与定位基面有时并不是一回事，但可以替代，这中间存在一个误差问题，有关这个问题可参考第12章机床夹具设计。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择（3）测量基准。工件用于测量已加工表面位置所依据的基准。一般情况下，常采用设计基准为测量基准。（4）装配基准。装配时用于确定零件或部件在机器中的位置所依据的基准。如齿轮装在轴上，齿轮的内孔的轴线是它的装配基准；轴装在箱孔上，轴颈的轴线是装配基准；主轴箱体装在床身上，箱体的底面是装配基准。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择5.3.3工件的安装工件从定位到夹紧的整个过程称为安装，又称装夹。定位保证零件的位置正确，夹紧保证零件的正确位置不变。正确的安装是保证零件加工精度的重要条件。零件的安装方法如下：1.直接找正法将工件直接装在机床上后，用百分表或划针盘上的划针，以目测法校正工件的正确位置，一边校验，一边找正，直接符合要求，如图5-14所示。直接找正法花费时间多，生产率低，且要凭经验操作，对工人技术的要求高，故仅用于单件、小批量生产中。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择2.划线找正法工件在切削加工前，预先在毛坯表面上划出要加工表面的轮廓线，然后按所划的线将工件在机床上找正、夹紧，如图5-15所示。这种装夹方法被广泛用于单件、小批生产，尤其是用于形状较复杂的大型铸件或锻件的机械加工。这种方法的缺点是增加了划线工序，另外，由于所划的线条本身有一定的宽度，划线时又有划线误差，因此装夹精度低。3.夹具安装夹具是机床的一种附加装置，它在机床上相对刀具的位置在工件未安装前已预先调整好，工件加工时不必再逐个找正定位，就能保证加工的技术要求，既省工又省事，是高效的安装方法，在成批和大量生产中广泛应用。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择5.3.4定位基准的选择工件在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。用加工过的表面作为定位基准称为精基准。在制定工艺规程时，先选择精基准，后选择粗基准；加工时，先使用粗基准，后使用精基准。1.精基准的选择原则（1）基准统一原则。工件加工时，大多数工序用同一组基准定位进行加工，称为基准统一原则。采用基准统一原则有利于保证各加工面之间的位置精度，减少工件扳动和翻转次数，简化夹具设计，因而在自动化生产中得到广泛应用。在实际生产中，经常使用的统一基准有以下几种。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择①轴类零件常使用两顶尖孔；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）；③盘套类零件常使用止口面（一个端面和一个短圆孔）；④套类零件常使用一个长孔和一个止推面。（2）基准重合原则。以设计基准作为定位基准进行加工，称为基准重合原则。目的是避免产生基准不重合误差。基准不重合误差是定位基准与工序基准（通常为设计基准）不重合而造成的加工误差。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择基准不重合误差的产生如图5-16（a）所示，e面、f面已加工完毕，保证了A±1/2

TA尺寸。现在加工9面，有两个方案：图5-16（b）为方案1，以f面定位加工9面，只要控制加工误差在±1/2TB的范围内，尺寸B的加工精度就可保证。但这种定位方式使夹具结构复杂，夹紧力与铣削方向相反，且操作不便，影响生产效率。图5-16（c）为方案2，选e面为定位基准。调整好工作台相对于刀具的工作高度c。此时，直接保证的尺寸为c，其加工误差为±1/2TC。由于定位基准e与设计基准f不重合，加工9面时，TB＝Bmax－Bmin＝TA＋TC，有TC＝TB－TA，即按e面定位加工g面比按f面定位加工g面的公差少了TA，按e面定位加工g面的难度增大了，但定位简单可靠，操作方便。从定位基准e到设计基准f之间的尺寸A称为定位尺寸，其公差TA就是基准不重合误差。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择（3）互为基准原则。为保证位置精度要求，表面间采用互为定位基准反复加工的方法，称为互为基准原则。零件上某些位置精度要求很高的表面，（4）自为基准原则。以加工面本身为定位基准定位进行加工，称为自为基准原则。（5）便于装夹原则。精基准应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单，操作方便。精基准选择原则在实际应用中，要根据零件的生产类型及具体的生产条件，结合整个工艺路线进行全面考虑，灵活运用上述原则，正确选择粗、精基准。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择2.粗基准的选择原则粗基准为零件起始粗加工所应用的基准，它是未经加工过的表面。粗加工的主要目的是去除大量的加工余量，并为以后的加工准备精基准，因此粗基准选择应考虑以下原则。（1）为了保证加工面与非加工面之间的位置要求，应选择非加工面为粗基准。例如，如图5-17所示的毛坯，铸造时孔B和外圆A有偏心。若采用不加工面A为粗基准加工孔B，则加工后的孔B与外圆A的轴线同轴，且壁厚均匀，但孔B的加工余量不均匀。当工件上有多个不加工面与加工面之间有位置要求时，则应以其中要求较高的不加工面为粗基准。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择（2）为保证各加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准。如图5-18所示的阶梯轴，因φ55mm外圆的余量较小，故应选φ55mm外圆为粗基准面。如果选φ108mm外圆为粗基准加工φ50mm外圆，因两外圆有φ3mm的偏心，则有可能由于余量不足使φ50mm外圆加工不出而报废。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择（3）为保证重要加工面的加工余量，应选择重要加工面为粗基准。例如图5-19床身的加工，为保证导轨面有均匀的金相组织和较高的耐磨性，应选择导轨面为粗基准，如图5-19（a）所示，加工床腿底面。然后再以底面为精基准，如图5-19（b）所示，加工导轨面，保证导轨面的加工余量小而均匀。当工件上有多个重要表面都要保证余量均匀，应选择余量要求最严的表面为粗基准。（4）粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上，通常只允许使用一次。粗基准是毛坯面，其精度和表面粗糙度都很差，如重复使用会造成工件与刀具的相对位置在两个工序中的不一致现象，从而影响加工精度。下一页返回上一页5.3工件的定位与定位基准的选择（5）选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口或其他缺陷，以便定位准确，夹紧可靠。例如，加工铝活塞的夹具，如图5-20所示，以内壁为粗基准，用自动定心装置来保证工件的壁厚均匀。但毛坯上有金属型芯装配缝隙而产生的飞刺，卡爪经常压在飞刺上，使工件不能正确定位，因此这个夹具不能使用。返回上一页5.4工艺路线的拟定5.4.1加工方法和加工方案的选择1.各种加工方法所能达到的经济精度及表面粗糙度一种加工方法，只有在一定的精度范围内才是经济的，一定范围的精度是指在正常的加工条件下（采用符合质量的标准设备，工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。这一范围的精度称为经济精度，相应的粗糙度称为经济表面粗糙度。2.材料和热处理的要求例如有色金属的精加工，为避免磨削时堵塞砂轮，一般采用精细车、精细铣或金刚镗进行加工。经淬火后的钢质零件，则宜采用磨削加工和特种加工。下一页返回5.4工艺路线的拟定3.生产率和经济性要求大批量生产时，应尽量采用高效率的先进工艺方法，如采用拉削方法加工内孔和平面；采用铣削、磨削方法同时加工几个表面等，以提高生产率。但是在批量不大的情况下，如果盲目采用高效率的加工方法及专用设备，会因设备利用率不高而造成经济上的损失。5.4.2工艺阶段的划分对于加工质量要求较高的零件，工艺过程应分阶段进行，一般可划分为以下阶段。粗加工阶段，主要任务是切除各加工表面上的大部分加工余量，使毛坯的形状和尺寸尽量接近成品。因此，在此阶段主要考虑如何提高劳动生产率。下一页返回上一页5.4工艺路线的拟定半精加工阶段，为主要表面做好必要的精度和加工余量准备，完成次要表面的加工。精加工阶段，保证各主要表面达到规定的质量要求。光整加工阶段，对于尺寸精度和表面粗糙度要求很高的表面，尚需安排光整加工阶段其主要任务是提高尺寸精度和降低表面的粗糙度。划分加工阶段要考虑以下几点。1.保证加工质量粗加工阶段不可能达到高的加工精度和较小的表面粗糙度。加工过程划分阶段后，粗加工造成的误差，可通过半精加工得到纠正，并逐渐提高零件的加工精度和降低表面粗糙度，以保证零件加工质量要求。下一页返回上一页5.4工艺路线的拟定2.合理使用设备粗加工阶段可采用功率大、刚度好、精度低、效率高的机床进行加工，以提高生产率。精加工阶段则可采用精度高的机床以确保零件的精度要求，这样既充分发挥了各类机床的性能、特点，做到合理使用，也可延长高精度机床的使用寿命。3.热处理工序的安排机械加工工艺过程分阶段进行，便于在各加工阶段之间安排必要的热处理工序，可以充分发挥热处理的效果，有利于切削加工和保证加工精度。下一页返回上一页5.4工艺路线的拟定5.4.3工序的划分在选定了各表面的加工方案和划分加工阶段之后，可以按以下原则拟定加工工序。1.工序集中原则每道工序加工的内容较多，工艺线路短，零件的加工量被最大限度地集中在少数几个工序中完成。具有如下特点。（1）减少零件安装次数，有利于保证位置精度，减少工序间的运输量，缩短工期。（2）工序数少，可以采用高效机床和工艺装备，生产率高。（3）减少了设备数量及操作者和占地面积，节省人力、物力。（4）所用设备的机构复杂，一次性投入大，调整维修较困难，生产准备工作量大。下一页返回上一页5.4工艺路线的拟定2.工序分散原则每道工序的加工内容很少，工艺路线很长，甚至一道工序只含一个工步。具有如下特点。（1）设备和工艺装备比较简单，便于调整，生产准备工作量少，又易于平衡工序时间，容易适应产品的变换。（2）可以采用最合理的切削用量，缩短机动时间。（3）对操作者的技术要求较低。（4）所需设备和工艺装备的数目多，操作者多，占地面积大。一般情况下，大批量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水线生产；单件小批生产时宜采用工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面。下一页返回上一页5.4工艺路线的拟定5.4.4加工顺序的安排1.切削工序的安排（1）基准先行。选作精基准的表面应安排在工艺过程起始工序先进行加工，以便为后续工序提供精基准。（2）先粗后精。精基准加工好以后，整个零件的加工工序，应是粗加工工序在前，然后为半精加工、精加工及光整加工。按先粗后精的原则先加工精度要求较高的主要表面，即先粗加工，再半精加工各主要表面，最后再进行精加工和光整加工。在对重要表面精加工之前，有时需对精基准进行修整，以利于保证重要表面的加工精度，如主轴的高精度磨削时，精磨和超精磨削前都须研磨中心孔；精密齿轮磨齿前，也要对内孔进行磨削加工。下一页返回上一页5.4工艺路线的拟定（3）先主后次。根据零件的功用和技术的要求。先将零件的主要表面和次要表面分开，然后先安排主要表面的加工，再把次要表面的加工工序插入其中。次要表面一般指键槽、螺孔、销孔等表面。这些表面一般都与主要表面有一定的相对位置要求，应以主要表面作为基准进行次要表面加工，所以次要表面的加工一般放在主要表面的半精加工以后，精加工以前一次加工结束。也有放在最后加工的，但此时应注意不要碰伤已加工好的主要表面。（4）先面后孔。对于箱体、底座、支架等类零件，平面的轮廓尺寸较大，用它作为精基准加工孔，比较稳定可靠，也容易加工，有利于保证孔的精度。下一页返回上一页5.4工艺路线的拟定2.热处理工序的安排为了改善工件材料的机械性能和切削性能，在加工过程中常常需要安排热处理工序。常用的热处理有退火、正火、调质、淬火、回火、渗碳淬火、渗氮、碳氮共渗等。（1）正火与退火。经过加工的毛坯常需要经过正火或退火处理来改善切削性能，消除毛坯的内应力。含碳量在0.3%以下的低碳钢应采用正火，提高硬度，使其切削时切屑不黏刀刃；含碳量在0.7%以上的碳钢，采用退火以降低硬度，可改善切削性能。正火或退火常安排在粗加工之前进行。（2）调质。即淬火后高温回火，能提高零件的综合机械性能，也能为表面淬火、渗氮处理时减少变形做好准备。调质处理常安排在粗加工之后、半精加工之前进行。下一页返回上一页5.4工艺路线的拟定（3）淬火与回火。淬火后可提高零件的硬度与耐磨性，一般安排在精加工之前。零件在淬火之后，材料的塑性、韧性很差，并且有很高的内应力，容易开裂，组织不稳定，使其性能和尺寸均发生变化。故淬火后必须立即进行回火。渗碳淬火适用于低碳钢、低碳合金钢。目的是使其表层含碳量增加，经淬火后其表层获得较高硬度与耐磨性，而其心部保持一定的强度和较高的韧性和塑性，渗碳淬火工序安排在精加工之前。（4）渗氮。目的是通过氮原子渗入表面获得含氮化合物，以提高硬度、耐磨性、抗疲劳强度和抗腐蚀性。由于渗氮层较薄，故在渗氮前加一道去应力工序及调质工序。渗氮安排在粗磨之后进行。下一页返回上一页5.4工艺路线的拟定渗氮工艺路线一般为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→半精加工→去应力→粗磨→渗氮→精磨。（5）碳氮共渗。向钢的表面同时渗入碳和氮的过程，又称为氰化。目的是提高钢的硬度、耐磨性和疲劳强度。（6）表面处理工序。表面处理的目的是提高零件的防腐能力及外观美观。常用方法有金属镀层，如镀铬、镀锌；非金属涂层，如油漆等；氧化膜覆盖，如发蓝、发黑等。表面处理一般安排在精加工之后进行。下一页返回上一页5.4工艺路线的拟定3.辅助工序的安排（1）检验工序。除操作工人在每个工序中进行自检外，在下列情况下应安排检验工序：粗加工全部结束后，精加工之前；从一个车间转到另一个车间前后（特别是热处理工序前后）；重要工序前后；零件加工完毕后。（2）去毛刺工序。去毛刺工序通常安排在切削加工之后进行。（3）清洗工序。在零件加工后装配之前和研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁以后，应对工件进行认真清洗。返回上一页5.5加工余量的确定1.加工余量（1）工序余量。工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差，是加工表面在一道工序中切除的金属层厚度。①单边余量。如图5-21（a）所示，有Z2＝A

1－A2;如图5-21（b）所示，有Z2＝A2

－A1式中A

1——前道工序的工序尺寸；

A2——本道工序的工序尺寸。下一页返回5.5加工余量的确定②双边余量。对称表面或回转体表面的加工余量是对称分布的。对于轴，如图5-22（a）所示，2Z2=d1－d2；对于孔，如图5-22（b）所示：

2Z2

=D2－D1

式中2Z2——直径上的加工余量；

d1，d2

——前道工序的工序尺寸（直径）；

d2

,D2——本道工序的工序尺寸（直径）。下一页返回上一页5.5加工余量的确定（2）加工总余量。加工总余量是毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差，也称毛坯余量。它等于同一加工表面各道工序余量之和，即

Z总＝式中Z总——总余量；

Zi——第i道工序的余量；

n——该表面的工序数。下一页返回上一页5.5加工余量的确定图5-24是轴和孔的毛坯余量及各工序余量的分布情况，图中还给出了各工序尺寸及毛坯尺寸的制造公差。工序尺寸的公差带，一般规定在零件的入体方向。对于被包容面（轴），基本尺寸为最大工序尺寸；对于包容面（孔），基本尺寸为最小工序尺寸。毛坯尺寸的公差一般采用双向标注。由于毛坯尺寸和工序尺寸都有制造误差，因此总加工余量和工序余量都是变动的，加工余量出现了基本余量、最大余量和最小余量3种情况。如图5-24所示的外表面加工，基本余量Zi为Zi＝Ai-1-Ai下一页返回上一页5.5加工余量的确定最大余量Zimax为Zimax＝A（i－1）max－Aimin＝Zi＋TiZimin＝A（i－1）min－Aimax＝Zi－T（i－1）式中Ai－1，Ai——分别为前道和本道工序的基本工序尺寸；

Aimax，Aimin

——本工序的最大、最小工序尺寸；

A（i－1）max，A（i－1）min

——前工序的最大、最小工序尺寸；

T（i－1）,Ti

——分别为前道和本道工序的工序尺寸公差。加工余量的变化范围称为余量公差Ｔzi，它等于前道工序和本道工序尺寸公差之和。即Tzi＝Zimax－Zimin＝（Zi＋Ti）－（Zi－T(i-1)

）＝Ti＋T(i-1)下一页返回上一页5.5加工余量的确定2.加工余量的确定方法（1）查表法。查取有关的工艺手册，如《机械加工工艺人员手册》等，查得的值是基本余量，基本余量等于最小余量与上一工序尺寸公差之和，即基本余量中包含了上一工序尺寸公差，此点在应用时需加以注意。还需注意，各种铸、锻件的总余量已由有关国家标准给出，并由热加工工艺人员在毛坯图上标定。对于圆棒料毛坯，在选用标准直径的同时，总余量也就确定。因此用查表法确定加工余量时，粗加工工序余量一般应由总余量减去后续各半精加工和精加工的工序余量之和。下一页返回上一页5.5加工余量的确定（2）经验法。由工艺人员根据经验估计各种加工方法时的余量值。此法一般余量偏大，适用于单件小批量生产。（3）计算法。采用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段。返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析5.6.1时间定额时间定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额是安排生产计划、核算生产成本的重要依据，也是设计或扩建工厂（或车间）时计算设备和工人数量的依据。完成一个工件的一个工序所需的时间称为单件时间t，它由下列几个部分组成。1.基本时间tj基本时间是指直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间。对于切削加工来说，基本时间是切除金属所耗费的机动时间（包括刀具的切入和切出时间在内）。下一页返回5.6工艺过程的生产率与技术经济分析2.辅助时间tf辅助时间是指为实现工艺过程所必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。基本时间tj和辅助时间tf的总和称为作业时间。辅助时间的确定方法随生产类型不同而不同。大批大量生产时，为了使辅助时间规定得合理，须将辅助动作进行分解，再分别查表求得各分解动作的时间，最后予以综合；对于中批生产，则可根据以往的统计资料确定；在单件小批生产中，一般用基本时间的百分比进行估算。3.布置工作地时间tb布置工作地时间是为使加工正常进行，工人照管工作地（如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析一般按作业时间的2%-7%估算。4.休息和生理需要时间tx休息和生理需要时间是指工人在工作班内恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间，对机床操作工人，一般按作业时间的2%估算。以上4个部分时间的总和即为单件时间td，即td＝tj+tf+tb+tx在成批生产中，每加工一批工件的开始和终了时，工人需做以下工作。开始时，工人需熟悉工艺文件，领取毛坯、材料，领取和安装刀具和夹具，调整机床及其他工艺装备等；下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析工人为了生产一批产品和零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间，称为准备终结时间tz，设一批工件的数量为N，则分摊到每个工件上的准备终结时间为tz/N，将这部分时间加到单件时间上，即为成批生产的单件核算时间th：th＝td＋tz/N。大批大量生产时，每个工作地始终完成某一固定工序，故不考虑准备终结时间，即

th=td下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析5.6.2提高机械加工生产率的措施提高劳动生产率涉及产品设计、制造工艺、生产组织及管理等多方面的因素。这里仅就与机械加工有关的，通常用于提高生产率的几种主要途径进行介绍。1.缩短基本时间（1）提高切削用量。增大切削速度、进给量和背吃刀量都能缩短基本时间，从而减少单件时间，这是机械加工中广泛采用的提高劳动生产率的有效方法之一。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析（2）减少工作行程。在切削加工过程中可采用多刀切削、多件加工、工步合并等措施来减少工作行程，如图5-25、图5-26所示。2.缩短辅助时间随着基本时间的缩短，辅助时间在单件时间中所占比重越来越大。这时应采取措施缩短辅助时间。（1）直接缩短辅助时间。在大批量生产中采用机械联动、气动、液动、电磁、多件等高效夹具，中、小批生产采用组合夹具，都可使辅助时间大为缩短。如采用成组加工工艺，中、小批生产也可采用高效的成组夹具。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析（2）间接缩短辅助时间。将辅助时间与基本时间重合或大部分重合，则间接地减少了辅助时间。3.缩短布置工作地时间布置工作地时间，大部分消耗在更换刀具（包括调整刀具的工作上，因此必须减少换刀次数，并缩减每次换刀所需时间提高刀具或砂轮的耐用度可减少换刀次数；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及自动换刀装置等，以减少刀具的装卸和对刀所需时间；在车床和铣床上采用可转位硬合金刀片刀具，既可减少换刀次数，又可减少刀具装卸、对刀和刃磨的时间。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析4.缩短准备终结时间（1）扩大零件的生产批量。中小批生产中，产品经常更换，准备终结时间在单件时间中占有较大比重。尽量使零件标准化、通用化，或采用成组技术，以增加零件的加工批量，摊到每个零件上的准备终结时间就可大大减少。（2）减少调整机床、刀具和夹具的时间。采用易于调整的机床，如液压仿形机床、数控机床等先进设备；充分利用夹具与机床连接用的定位元件，减少夹具在机床上的找正装夹时间；采用机外对刀的可换刀架或刀夹，以减少调整刀具时间。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析5.6.3技术经济分析制定某一零件的机械加工工艺规程时，在同样能满足工件的各项技术要求条件下，一般可以拟订出几种不同的工艺方案，其中有些方案具有很高的生产率，但设备和工装方面的投资大；另一些方案则可能节省投资，但生产率低，可见不同的工艺方案就有不同的经济效果。为选取在给定的生产条件下最经济合理的方案，必须对不同的工艺方案进行技术经济分析和比较。所谓经济分析，就是通过比较不同工艺方案的生产成本，选出最经济的工艺方案。生产成本是指制造一个零件或一台产品所必需的一切费用的总和。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析生产成本包括两大类费用：第一类是与工艺过程直接有关的费用，即工艺成本，约占生产成本的70%～75%；第二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。1.工艺成本的组成工艺成本由可变费用和不变费用两大部分组成。（1）可变费用。可变费用是与年产量有关并与之成正比的费用，用Ｖ表示（元/件）。包括材料费、操作工人的工资、机床电费、通用机床折旧费、通用机床修理费、刀具费、通用夹具费。（2）不变费用。不变费用是与年产量的变化没有直接关系的费用。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析当产量在一定范围内变化时，全年的费用基本上保持不变，用Ｓ表示（元/年）。包括机床管理人员、车间辅助工人、调整工人的工资，专用机床折旧费，专用机床修理费，专用夹具费。2.工艺成本的计算（1）零件的全年工艺成本。

E＝V·N+S式中E——零件（或零件的某工序）全年的工艺成本，单位为元/年；V——可变费用，单位为元/件；N——年产量，单位为件/年；S——不变费用，单位为元/年。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析由上述公式可见，全年工艺成本E和年产量N成线性关系，如图5-28所示。它说明全年工艺成本的变化ΔE与年产量的变化ΔN成正比；又说明S为投资定值，不论生产多少，其值不变。（2）零件的单件工艺成本。Ed＝V＋S/N（元/件）单件工艺成本Ed

与年产量N呈双曲线关系，如图5-29所示。在曲线的A段，N很小，设备负荷也低，即单件小批生产区，单件工艺成本Ed

就很高，此时若产量N稍有增加（ΔN）将使单件成本迅速降低（ΔE）。在曲线B段，N很大，即大批大量生产区，此时曲线渐趋水平，年产量虽有较大变化，而对单件工艺成本的影响却很小。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析这说明对于某一个工艺方案，当S值（主要是专用设备费用）一定时，就应有一个与此设备能力相适应的产量范围。产量小于这个范围时，由于S/N比值增大，工艺成本就增加。这时采用这种工艺方案显然是不经济的，应减少使用专用设备数，即减少S值来降低工艺成本。当产量超过这个范围时，由于S/N比值变小，这时就需要投资更大而生产率更高的设备，以便减少V而获得更好的经济效益。3.工艺方案的技术经济分析对不同的工艺方案进行经济比较时，有以下两种情况。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析（1）工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备的情况。这时，工艺成本即可作为衡量各方案经济性的依据。比较方法如下。①当两方案中少数工序不同，多数工序相同时，可通过计算少数不同工序的单件工序成本进行比较。Ed1＝V1＋C1/N

Ed2＝V2＋C2/N若产量N为一定数时，可根据上面两式算出Ed1和Ed2，若Ed1＞Ed2，则第二方案经济性好。若产量N为一定量时，则可根据上述方程式做出曲线进行比较（如图5-30所示）。图5-30中Nk为两条曲线交点，称为临界产量。当产量N＜Nk时，Ed2＜Ed1，所以第二方案为可取方案，当N＞Nk时，第一方案为可取方案。下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析②两方案中多数工序不同，少数工序相同时，则以该零件全年工艺成本进行比较，两方案全年工艺成本分别为E1＝NV1＋C1

E2＝NV2＋C2同样，当产量Ｎ为一定数时，可根据上式直接算出E1及E2，若E1＞E2，则第二方案经济性好，为可取方案。若产量N为一变量时，可根据上述公式作图进行比较，如图5-31所示，由图可知，各方案的优劣与加工零件的年产量有密切关系，当N＜Nk时，宜采用第一方案；当N＞Nk时，宜采用第二方案，图中Nk为临界产量，当N＝Nk时，E1＝E2，于是有：NkV

1＋C1

＝NkV2＋C2所以Nk＝（C2－C1）/（V2

－V1）下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析（2）两种工艺过程方案的基本投资差额较大的情况。这时，在考虑工艺成本的同时还要考虑基本投资差额的回收期限。设方案一采用了价格较贵的高生产率机床及工艺装备，基本投资K1大，但工艺成本E1较低；方案二采用了价格较便宜的生产率较低的一般机床及工艺装备，基本投资K2小，但工艺成本E2较高。这时只比较其工艺成本是难以全面评定其经济性的，而应同时考虑两个方案基本投资差额的回收期限，也就是应考虑方案一比方案二多花的投资需要多长时间才能收回。回收期限的其计算公式为τ＝（K1－K2）/（E2－E1）＝ΔK/ΔE下一页返回上一页5.6工艺过程的生产率与技术经济分析式中τ——回收期限，单位为年；

ΔK——基本投资差额，单位为元；

ΔE——全年生产费用节约额，单位为元／年。回收期越短，则经济效果越好。返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定某工序加工应达到的尺寸称为工序尺寸。正确确定工序尺寸及其公差，是制定零件工艺规程的重要工作之一。工序尺寸及其公差的大小不仅受到加工余量大小的影响，而且与工序基准的选择有密切关系。下面分两种情况进行讨论。5.7.1工艺基准与设计基准重合时工序尺寸及其公差的确定这是指定位基准、工序基准、测量基准与设计基准重合时，同一表面经过多次加工才能满足加工精度要求，应如何确定各道工序的工序尺寸及其公差。一般外圆柱面和内孔加工多属这种情况。下一页返回5.7工序尺寸及公差的确定要确定工序尺寸，首先必须确定零件各工序的基本余量。生产中常采用查表法确定工序的基本余量。工序尺寸公差也可从有关手册中查得（或按所采用加工方法的经济精度确定）。按基本余量计算各工序尺寸，由最后一道工序开始向前推算。对于轴类零件，前道工序的工序尺寸等于相邻后续工序的工序尺寸与基本余量之和。计算时应注意，对于某些毛坯（如热轧棒料）应按计算结果从材料的尺寸规格中选择一个相等或相近尺寸为毛坯尺寸。对于后一种情况，在毛坯尺寸确定后应重新修正粗加工（第一道工序）的工序余量；精加工工序余量应进行验算，以保证精加工余量不至于过大或过小。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定例5.1加工套筒内孔，孔径Φ60＋0.03mm，表面粗糙度Ra为0.8μm，需淬硬。加工工序为：粗镗—半精镗—热处理—磨削。试用查表修正法确定孔的毛坯尺寸、各工序的工序尺寸及其公差。解：（1）查表确定各工序的基本余量，具体如表5-3第2列所示。其中毛坯总余量应等于各加工工序基本余量之和。如果从毛坯余量表中查得毛坯总余量与各工序余量之和不等，应取二者中的较大值，差值在毛坯总余量或粗加工工序余量中修正。（2）按各加工方法的经济加工精度和经济表面粗糙度确定各工序公差和表面粗糙度，具体数值如表5-3中第3列和第6列所示。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（3）由后工序向前工序逐个推算工序尺寸，各工序尺寸具体数值如表5-3中第4列所示。（4）按“入体原则”确定各工序的上、下偏差，如表5-3第5列所示。（5）毛坯的公差可根据毛坯的制造方法和工厂具体条件，参照有关手册资料确定。（6）验算磨削工序余量磨削最大余量=（60.03－59.6）mm=0.43mm

磨削最小余量=（60－59.674）mm=0.326mm验算结果表明，磨削余量是合适的。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定5.7.2工艺基准与设计基准不重合时工序尺寸及其公差的确定加工过程中，工件的尺寸是不断变化的，由毛坯尺寸到工序尺寸，最后达到满足零件性能要求的设计尺寸。一方面，由于加工的需要，在工序图及工艺卡上要标注一些专供加工用的工艺尺寸，工艺尺寸往往不是直接采用零件图上的尺寸，而是需要另行计算；另一方面，当零件加工时，有时需要多次转换基准，因而引起工序基准、定位基准或测量基准与设计基准不重合。这时，需要利用工艺尺寸链进行工序尺寸及其公差的计算。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定1.基本概念（1）工艺尺寸链。零件图5-32（a）为一定位套，A0、A为图样上标注的尺寸。A、C面已加工完毕现在要加工B面，但尺寸A0无法直接测量如果按照A2加工B面，间接保证尺寸A问题将变得非常简单，因为A2易于测量但零件图上却没有直接给出A2尺寸。通过观察，可知A1、A2和A0之间是相互关联的，可以通过A1、A0计算出尺寸A2。如图5-32（b）所示，将一组相互关联的尺寸组成封闭的图形，称为工艺尺寸链。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（2）工艺尺寸链的组成。把组成工艺尺寸链的各个尺寸称为尺寸链的环。这些环可分为封闭环和组成环。①封闭环A0：尺寸链中最终间接获得或间接保证的环称为封闭环，每个尺寸链中有且只有一个，用A0表示。②组成环：除封闭环以外的其他环都称为组成环。组成环又分为增环和减环。a.增环Ai：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（某组成环增大，则封闭环增大；反之减小），则该环为增环，在该环尺寸的代表符号上，加一个向右的箭头表示，如Ai。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定b.减环Ai：若其他组成环不变，某组成环的变动引起封闭环随之异向变动（某组成环增大则封闭环减小；反之增大），则该环为减环，在该尺寸的代表符号上，加一个向左的箭头表示，如Ai。组成环的个数用i表示，i＝1，2，…，m。工艺尺寸链也可用尺寸链图表示，首先对工艺过程和工艺尺寸进行分析，找出要间接保证精度的尺寸，并将其确定为封闭环，然后再从封闭环出发，按照尺寸间的相互联系，用首尾相接的单向箭头顺序组成封闭的图形称为尺寸链图，如图5-33所示。与封闭环箭头方向相同的环即为减环，而与封闭环箭头方向相反的环即为增环，A1为增环，A2为减环。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（3）尺寸链的特性。①封闭性：尺寸链是各环组成的封闭图形，不封闭的不能成为尺寸链。②关联性：尺寸链中任何一个组成环的变化，都将影响封闭环的变化。组成环是自变量，封闭环是因变量。（4）尺寸链的分类。①按环的几何特征区分。a.长度尺寸链。全部环为长度尺寸的尺寸链，如图5-32所示。b.角度尺寸链。全部环为角度尺寸的尺寸链。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定②按尺寸链的应用场合区分。a.装配尺寸链。全部组成环为不同零件设计尺寸所组成的尺寸链，在第11章介绍。b.零件尺寸链。全部组成环为同一零件设计尺寸所组成的尺寸链。装配尺寸链和零件尺寸链统称为设计尺寸链。设计尺寸是指零件图上标注的尺寸。c.工艺尺寸链。全部组成环为同一零件工艺尺寸所形成的尺寸链，如图5-32所示。工艺尺寸一般是指工序图上的工序尺寸。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定③按环在空间的位置区分。a.直线尺寸链。全部组成环平行于封闭环的尺寸链，如图5-32所示。b.平面尺寸链。全部组成环位于一个或几个平行平面内。有的组成环不平行于封闭环的尺寸链。c.空间尺寸链。全部组成环位于几个不平行平面内的尺寸链。其中，直线尺寸链应用最广泛，下面讨论直线尺寸链的计算方法。2.直线尺寸链的计算公式直线尺寸链有两种计算方法，极值法和概率法。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定极值法是从最差情况出发来考虑问题的即当所有增环均为最大（最小）极限尺寸而减环恰好都为最小（最大）极限尺寸时，计算封闭环的极限尺寸和公差。事实上，一批零件的实际尺寸是在公差带范围内变化的。在尺寸链中，所有增环不一定同时出现最大（最小）极限尺寸，即使出现，此时所有减环也不一同时出现最小（最大）极限尺寸，二者同时出现的概率是微乎其微的。概率法解尺寸链，就是运用概率理论，考虑各组成环尺寸在公差带范围内各种实际尺寸出现的几率和它们相遇的几率来计算封闭环的极限尺寸和公差，因而在保证封闭环同样公差的情况下，各组成环的公差可以放宽很多，比较经济合理。但计算比较麻烦，只有在一定的生产条件下才能应用，主要用于装配尺寸链。其计算公式在第11章介绍，这里只介绍极值法解尺寸链的基本计算公式。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（1）封闭环的基本尺寸A0。A0=式中K———增环的环数；

m———组成环的环数。即封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和。（2）封闭环的最大极限尺寸A0max。A0max=即封闭环的最大极限尺寸等于所有增环最大极限尺寸之和减去所有减环最小极限尺寸之和。(5-1)(5-2)下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（3）封闭环的最小极限尺寸A0min。

A0min=

（5-3）

即封闭环的最小极限尺寸等于所有增环最小极限尺寸之和减去所有减环最大极限尺寸之和。（4）封闭环的上偏差ES（A0）。

ES（A0）＝A0max－A0将式（5-2）、式（5-1）代入，整理后即可得(5-4)下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（5）封闭环的下偏差E1（A0）。即封闭环的下偏差等于所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和。（6）封闭环的公差T0。将式（5-4）、式（5-5）代入，整理，得即封闭环的公差等于所有组成环公差之和。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（7）封闭环的中间偏差Δ0。即封闭环的中间偏差等于所有增环中间偏差之和减去所有减环中间偏差之和。式中，Δ（Ai）与Δ（Ai）分别为某增环与某减环的中间偏差。（8）封闭环的上、下偏差ES（A0）、EI（A0）还可用中间偏差Δ0和公差T0来表示，如图5-34所示。

ES（A0）＝Δ0＋（5-8）

EI（A0）＝Δ0－（5-9）下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（9）组成环的中间偏差Δ（Ai）。（5-10）即某组成环的中间偏差等于其上、下偏差之和的平均值。（10）封闭环的平均尺寸A0av。（5-11）即封闭环的平均尺寸等于所有增环平均尺寸之和减去所有减环平均尺寸之和。式中Aiav———某增环的平均尺寸；

Aiav———某减环的平均尺寸。某组成环的平均尺寸下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定3.工艺尺寸链的应用（1）定位基准与设计基准不重合时尺寸的换算。例5-2

图5-35（a）为一零件简图。A、B两平面在上一工序中已加工完毕，保证了尺寸mm。本工序简图如图5-35(b)所示，采用B面定位加工C面，需按尺寸A2调整机床。C面的设计基准Ａ面与定位基准Ｂ面不重合，需进行尺寸换算。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定解：①确定封闭环。尺寸是本工序加工Ｃ面后间接保证的，故为封闭环。②绘制尺寸链图。如图5-35（c）所示，其中，③计算工序尺寸及其偏差。由式（5-1）得由式（5-4）得由式（5-5）得所求工序尺寸A2=④验算。T1＋T2＝（0.16＋0.17）mm＝0.33mm，T0＝0.33mm，T1＋T2＝T，故计算正确。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（2）测量基准与设计基准不重合时的尺寸换算。例5-3如图5-36（a）所示零件工序简图，A、B两平面在上一工序中已加工完毕，保证了尺寸。本工序加工C面，尺寸不能直接测量，改用深度游标尺测量孔深。由于测量基准B与设计基准A不重合，需进行尺寸换算。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（3）中间工序的尺寸换算。在某些加工中，会出现用尚待继续加工的表面为基准标注工序尺寸。该工序尺寸及其偏差也要通过工艺尺寸计算来确定。例5-4加工如图5-37（a）所示带键槽的内孔，其加工顺序为：精镗内孔至尺寸φmm→加工（插或拉）

键槽至尺寸Ａ1→淬火→磨内孔至尺寸φ

mm，并同时设计尺寸保证键槽的设计尺寸，求加工键槽的工序尺寸A1。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定（5）表面处理工序尺寸的计算。表面处理一般分两类，一类是渗入类，如渗碳、渗氮、碳氮共渗等；另一类是镀层类，如镀铬、镀锌、镀铜、镀银等。渗入类的工艺尺寸计算需解决的问题是渗入是在表面终加工前进行的，而终加工后，在保证图纸设计尺寸的同时，要自动获得要求保证的渗层深度，需要求渗入时的渗层深度。因此，要求保证的渗层深度为封闭环，渗入时的渗层深度为组成环。镀层的情况恰好相反，电镀后一般不再加工，电镀时直接保证的是镀层厚度，而电镀后工件的设计尺寸是间接保证的，是封闭环。因此，需要求出电镀前工件的工序尺寸。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定②绘制尺寸链图。如图5-39（b）所示。下一页返回上一页5.7工序尺寸及公差的确定返回上一页5.8工艺规程的制定5.8.1工艺规程的作用（1）工艺规程是指导生产的重要技术文件。合理的工艺规程是在总结实践经验的基础上，结合具体生产条件，根据工艺理论和必要的工艺实验而制定的。按照它进行生产，可以保证产品质量、较高的生产效率和经济性，在生产中应严格执行。工艺规程也不是固定不变的，应及时吸收国内外先进工艺技术，对现行工艺规程不断地予以改进和完善，使其能更好地指导生产。下一页返回5.8工艺规程的制定（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的基本依据。在产品投产之前，可以根据工艺规程进行原材料、毛坯的准备和供应；机床设备的准备和负荷的调整，专用工艺装备的设计和制造；生产作业计划的编排；劳动力的组织及生产成本的核算；等，便于整个生产有计划地进行。（3）工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料。根据产品和零件的工艺规程及其他资料，在新建、扩建工厂或车间时，可以统计出应配备机床设备的种类和数量，算出所需面积和各类人员数量，确定车间的平面布置和厂房基建的具体要求，提出有依据的计划。下一页返回上一页5.8工艺规程的制定5.8.2制定工艺规程的基本原则一个合理的工艺规程要体现出以下几方面的基本要求。（1）可靠性。工艺规程要充分考虑和采取一切确保产品质量的必要措施，以期能全面、可靠和稳定地达到设计图样上所要求的精度、表面质量和其他技术要求。（2）先进性。工艺规程的先进性指的是在现有条件下，除了采用成熟的工艺方法外，尽可能地吸收适合工厂情况的国内同行的先进工艺技术和工艺装备，以提高工艺技术水平。（3）经济性。在一定的生产条件下，要采用劳动量、物资和能源消耗最少的工艺方案，从而使生产成本最低，使企业获得良好的经济效益。下一页返回上一页5.8工艺规程的制定（4）制定的工艺规程必须保证工人具有良好而安全的劳动条件，避免环境污染。尽可能采用机械化或自动化的措施，以减轻某些笨重的体力劳动的强度。制定工艺规程时，应具有相关的原始资料。主要有产品的零件图和装配图；产品的生产纲领；有关手册、图册、标准、类似产品的工艺资料和生产经验；工厂的生产条件（机床设备、工艺设备、工人技术水平等）及国内外有关工艺技术的发展情况等。这些原始资料是编制工艺规程的依据。下一页返回上一页5.8工艺规程的制定5.8.3编制工艺规程的步骤（1）研究产品和零件图，进行工艺分析。分析产品零件图，了解零件的用途、性能和工作条