机械加工工序设计培训教材（PPT 41页).ppt

1、7.5.1 加工余量的确定 7.5.2 工序尺寸及其公差的确定 7.5.3 工艺尺寸链的计算,目 录,7.5 机械加工工序设计,7.5 机械加工工序设计,7.5.1 加工余量的确定 1.加工余量的基本概念 加工余量是指加工时从加工表面上切除的金属层总厚度。加工余量可分为工序余量和总余量。 (1)工序余量。工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金属层厚度，即相邻两工序的尺寸之差，如图1所示,1,图1 工序余量（平面,对于外表面：Zb=a-b(图1a); 对于内表面：Zb=b-a(图1b,式中 Zb本工序的工序加工余量； a 前工序的工序尺寸； b 本工序的工序尺寸,2,图2 工序余量（圆,66,

2、上述表面的加工余量为非对称的单边加工余量，旋转表面（外圆和孔）的加工余量是对称加工余量，对称加工余量是双边 加工余量。 对于轴，2Zb=da-db 对于孔，2Zb=db-da 式中：Zb半径上的加工余量 da 前工序的加工表面直径； db 本工序的加工表面直径,3,基本余量或称公称余量,66,由于毛坯制造和各个工序尺寸都存在着误差，因此，加工余量也是个变动值。当工序尺寸用基本尺寸计算时，所得到的加工余量称为基本余量或称公称余量。若以极限尺寸计算时，所得余量会出现最大或最小余量，其差值就是加工余量的变动范围。如图1a所示，以外表面单边加工余量为例，其值为 Zbmin=amin-bmax ; Zb

3、max=amax-bmin 式中：Zbmin最小加工余量，Zbmax最大加工余量 amin前工序最小工序尺寸；bmin本工序最小工序尺寸 amax前工序最大工序尺寸；bmax本工序最大工序尺寸,4,基本余量或称公称余量,66,图3表示了工序尺寸公差与加工余量间的关系。余量公差是加工余量的变动范围，其值为 Tzb=Zbmax-Zbmin=(amax-bmin)-(amin-bmax)=Ta+Tb 式中 Tzb本工序余量公差 Ta上工序尺寸公差 Tb本工序尺寸公差,图3 工序尺寸公差与加工余量,5,2)加工总余量,66,加工总余量是指零件从毛坯变为成品的整个加工过程中，某一表面所切除金属层的总厚度

4、，也即零件上同一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差，也等于各工序加工余量之和。即 式中 Z总总加工余量 Zi第i 道工序的工序余量 n 该表面总加工的工序数 总加工余量也是一个变动值，其值及公差一般从手册查找或凭经验确定,6,2.影响加工余量的因素,66,加工余量的大小对零件的加工质量、生产率和经济性都有较大的影响。确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下，尽量减少加工余量。影响加工余量大小的因素有： 1）前工序加工面（或毛坯）的表面质量； 2）前工序（或毛坯）的工序尺寸公差； 3）前工序各表面相互位置的空间偏差； 4）本工序的安装误差，如定位误差和夹紧误差； 5）热处理后出现的变形,7,3

5、.确定加工余量的方法,66,1）经验估计法。为了避免产生废品，所估计的加工余量一般偏大。此法常用于单件小批生产； 2）查表修正法(相关手册查取)，应用比较广泛； 3）分析计算法。此法是根据一定的试验资料和计算公式，对影响加工余量的各项因素进行分析和综合计算来确定加工余量的方法。这种方法确定的加工余量最经济合理，但需要全面的试验资料，计算也较复杂，实际应用较少,8,7.5.2 工序尺寸及其公差的确定,66,零件的设计尺寸一般要经过几道工序的加工才能得到，每道工序所应保证的尺寸叫工序尺寸，它们是逐步向设计尺寸接近的，直到最后工序才保证设计尺寸。工序尺寸及其公差的确定与工序加工余量的大小、工序尺寸的

6、标注以及定位基准的选择和变换有着密切的联系,9,7.5.2 工序尺寸及其公差的确定（续,66,当工序基准、定位基准或测量基准与设计基准重合，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，计算只需考虑各工序的加工所能达到的精度。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）确定毛坯总加工余量和工序余量。 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，查有关手册,10,7.5.2 工序尺寸及其公差的确定（续,66,3）求工序基本尺寸。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

7、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，毛坯尺寸公差为双向分布。 基准不重合时的工序尺寸及其公差的计算在工艺尺寸链中叙述,11,7.5.2 工序尺寸及其公差的确定（续,66,例1.某零件孔的设计要求为 ，粗糙度Ra值为0.8m，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：通过查表或凭经验确定毛坯总加工余量与其公差、工序余量以及工序的经济精度和公差值（见表1）。计算工序尺寸，结果列入表1中,12,7.5.2 工序尺寸及其公差的确定（续,66,表1 工序尺寸及公差的计算,尺寸计算公式见GB/T5

8、847-2004,13,7.5.3 工艺尺寸链的计算,66,在零件加工中，如果多次转换工艺基准，使测量基准、定位基准或工序基准与设计基准不重合，则需通过工艺尺寸链原理进行工序尺寸及其公差的计算。 1. 工艺尺寸链的基本概念 1)工艺尺寸链的定义和特征。在零件加工(测量、装配）中，经常遇到的不是一些孤立的尺寸，而是一些互相联系的尺寸。这些关联尺寸，按一定顺序连接成封闭形式的尺寸组合称为工艺尺寸链,14,1. 工艺尺寸链的基本概念（续,66,如图4所示零件，先按尺寸A2加工台阶，再按A1加工左端面，则A0由A1和A2所确定，即A0=A1-A2。那么，这些相互联系的尺寸组合A1、A2和A0也可形成一

9、个尺寸链。 图4 零件加工与测量中的尺寸关系,15,1. 工艺尺寸链的基本概念（续,66,再如，在圆柱形零件的装配过程中（图5），其间隙A0的大小由孔径A1和轴颈A2所决定，即A0=A1-A2。这样尺寸A1、A2和A0也形成一个尺寸链,图5 零件装配过程中的尺寸关系,16,1. 工艺尺寸链的基本概念（续,66,通过以上分析可以知道，工艺尺寸链的主要特征为：封闭性和关联性。 封闭性这些互相关联的尺寸必须按一定的顺序排成封闭的形式。 关联性某一个尺寸及精度的变化必将影响其他尺寸和精度的变化，也就是说，它们的尺寸和精度互相联系、互相影响,17,2) 工艺尺寸链的组成,66,工艺尺寸链中各尺寸简称环。

10、根据各环在尺寸链中的作用，可分为封闭环和组成环两种。 (1)封闭环（终结环）。是尺寸链中唯一一个特殊环，是在加工、测量或装配等工艺过程完成时最后形成的。封闭环用A0表 示。在装配尺寸链中，封 闭环很容易确定，如图5 所示，封闭环A0就是零件 装配后形成的间隙,图5,18,2) 工艺尺寸链的组成（续,66,在加工尺寸链中封闭环必须在加工（测量）顺序确定后才能判定。如所示，封闭环A0是在所述加工（测量）顺序条件下，最后形成的尺寸。若加工（测量）顺序改变，封闭环也随之改变,图5,19,2) 组成环,66,是尺寸链中除封闭环以外的各环。同一尺寸链中的组成环，一般以同一字母加下标表示，如A1、A2、A3

11、等组成环的尺寸是直接保证的，它又影响到封闭环的尺寸。根据组成环对封闭环的影响不同，组成环又可分为增环和减环。 在其他组成环不变的情况下，若某组成环增大时，封闭环随之增大，则此组成环称为增环，在图4、图5中尺寸A1为增环。为简明起见，增环可标记为Az,20,2) 组成环（续,66,在其他组成环不变的情况下，若某组成环增大时，封闭环随之减小，则此组成环称为减环，在图4、图5中尺寸A2为减环。为简明起见，减环可标记为Aj,图4 零件加工与测量中的尺寸关系,21,2) 组成环(续,66,图5 零件装配过程中的尺寸关系,22,2) 工艺尺寸链的组成（续,66,当尺寸链环数较多，结构复杂时，增环与减环的判

12、别也比较复杂。为了便于判别，可按照各尺寸首尾相接的原则，顺着一个方向在尺寸链中,各环的字母上划箭头（动画1）。凡组成环的箭头与封闭环的箭头方向相同者，此环为减环，反之则为增环,23,2. 工艺尺寸链计算的基本公式,66,需要注意的是，所建立的尺寸链，必须使组成环最少，这样可以更容易满足封闭环的精度或者使各组成环的加工更容易，更经济,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。 由于尺寸链的各环连接成封闭形式，因此可从图6中得其计算的基本公式,24,2. 工艺尺寸链计算的基本公式（续,66,1）基本尺寸间的关系 式中 m 增环的环数 ；n 总环数 A0

13、封闭环的基本尺寸 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的基本尺寸之和,1,25,图6 组成环的构成,2. 工艺尺寸链计算的基本公式（续,2）极限尺寸间的关系 当所有的增环皆为最大极限尺寸、减环皆为最小极限尺寸时，封闭环必为最大极限尺寸,2)当所有的增环皆为最小极限尺寸、减环皆为最大极限尺寸时，封闭环必为最小极限尺寸,2,3,26,2. 工艺尺寸链计算的基本公式（续,66,3)极限偏差间的关系。 由式(2)减去式(1)，得封闭环的上偏差为,即：封闭环的上偏差等于所有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和。 由式(3)减去式(1)，得封闭环的下偏差为,4,即：封闭环的下偏差等于所有

14、增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和,5,27,2. 工艺尺寸链计算的基本公式（续,66,4)公差间的关系。 由式(2)减去式(3)，得封闭环的公差为,即：封闭环的公差等于所有组成环的公差之和。由此可知，封闭环的公差比任一组成环的公差都大。因此，在工艺尺寸链中，一般选最不重要的环作为封闭环。在装配尺寸链中，封闭环是装配的最终要求。为了减小封闭环的公差，应尽量减小尺寸链的环数，这是在设计中应遵守的最短尺寸链原则,6,28,3. 工艺尺寸链分析与计算,66,解尺寸链的步骤一般是：画尺寸链图；确定封闭环、增环和减环；进行尺寸链计算。要使计算正确，必须正确地确定封闭环、增环和减环，尤其是封闭环的确定。

15、 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,29,3. 工艺尺寸链分析与计算（续,66,例2.如7a 所示套筒零件，两端面已加工完毕，加工孔底面C 时，要保证尺寸 mm，因该尺寸不便测量，试标出测量尺寸,图7 测量尺寸的转换,30,3. 工艺尺寸链分析与计算（续,66,解：由于孔的深度可以用深度游标卡尺测量，因而尺寸 mm可以通过尺寸A= mm和孔深尺寸x间接计算出来，列出尺寸链如图7b所示。尺寸 mm显然是封闭环。 由式(1)得 16mm=60mm

16、-x 则x=44mm 由式(4)得 0=0-EI(x) 则EI(x)=0 由式(5)得 -0.35mm=-0.17mm-ES(x) 则ES(x)=+0.18mm 所有测得尺寸 x = mm,31,3. 工艺尺寸链分析与计算（续,66,通过分析以上计算结果，可以发现，由于基准不重合而进行尺寸换算，将带来的问题是： 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,32,2）定位基准与设计重合时的工序尺寸计算,图8 定位基准与设计重合时的工序尺寸换算,例3.如图8a

17、所示零件，孔D 的设计基准为C 面，镗孔前，表面A、B、C 已加工。镗孔时，为使工件装夹方便，选择A为定位基准，并按工序尺寸A3进行加工，试求工序尺寸A3 及其公差,33,2）定位基准与设计重合时的工序尺寸计算（续,图8 定位基准与设计重合时的工序尺寸换算,解：经分析，列尺寸链如图8b所示，由于设计尺寸A0是本工序加工中间接得到的，即为封闭环。用画箭头方法判断出A2、A3为增环，A1为减环。则尺寸A3 的计算如下,34,2）定位基准与设计重合时的工序尺寸计算（续,按式(1)求基本尺寸：A0=A3+A2-A1 A3=A0+A1-A2=(100+280-80)mm=300mm 按式(4)求上偏差：

18、ESA0=ESA3+ESA2-EIA1 ESA3=（+0.15-0+0）mm=+0.15 按式(5)求下偏差：EIA0=EIA3+EIA2-ESA1 则工序尺寸 A3=（-0.15-（-0.05）+0.1)mm=0 则工序尺寸 A3= mm 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，使加工更加困难。同时也会出现假废品的问题,35,2）定位基准与设计重合时的工序尺寸计算（续,在进行工艺尺寸链计算时，还有一种情况必须注意。以图8为例，如零件图中标注的设计尺寸A0=1000.15mm，则经过计算可得工序尺寸 A3= mm，其公差值TA3=0.15mm，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。