3机制工艺学(王先逵)

1、1山东大学山东大学ABjQj成本成本Q加工误差加工误差图图 加工误差（或加工精度）和成本的关系加工误差（或加工精度）和成本的关系负指数函数曲线负指数函数曲线经济精度范围经济精度范围u加工经济精度指在正常条件下（采用符合质量标准的设备、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。u经济表面粗糙度指在正常的加工条件下所能保证的表面粗糙度。u各种加工方法所能达到的经济精度和经济表面粗糙度等级，可参看有关资料或工艺手册。2山东大学山东大学表1-6 外圆加工方法的适用范围序序号号加工方法加工方法经济精度经济精度经济粗糙度经济粗糙度适用范围适用范围1粗车IT11IT1212.550淬

2、硬钢以外的各种金属2粗车-半精车IT8IT103.26.33粗车-半精车-精车IT6IT70.81.64粗车-半精车-精车-滚压（或抛光）IT5IT60.0250.25粗车-半精车-磨削IT6IT70.40.8钢或铸铁6粗车-半精车-粗磨-精磨IT5IT60.10.47粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工（或轮式超精磨）IT5IT60.0120.18粗车-半精车-精车-精细车（金刚车）IT5以上0.0250.4有色金属9粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨（或镜面磨）IT5以上0.0060.025极高精度的外圆加工10粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨IT5IT60.0060.13山东大学山东大学表1-

3、7 平面加工方法的适用范围序序号号加工方法加工方法经济精度经济精度经济粗糙度经济粗糙度适用范围适用范围1粗车IT11IT1312.550端面2粗车-半精车IT8IT103.26.33粗车-半精车-精车IT7IT80.81.64粗车-半精车-磨削IT6IT80.20.85粗刨（或粗铣）IT11IT136.325一般不淬硬平面6粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）IT8IT101.66.37粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-刮研IT6IT70.10.8精度要求较高的不淬硬平面，批量大时宜采用宽刃精刨8以宽刃精刨代替上述刮研IT70.20.89粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-磨削IT70.20.8大量生产，

4、较小的平面10粗刨（或粗铣）-精刨（或精铣）-粗磨-精磨IT6IT70.0250.411粗铣-拉IT7IT90.20.8高精度平面12粗铣-精铣-磨削-刮研IT5级以上0.0060.14山东大学山东大学序序号号加工方法加工方法经济精度经济精度经济粗糙度经济粗糙度适用范围适用范围1钻IT11IT1312.5加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯和有色金属。孔径0对减环：0若组成环与封闭环平行： i=1若组成环与封闭环不平行：-1i135山东大学山东大学u尺寸链图u尺寸链形式l按环的几何特征分：长度尺寸链和角度尺寸链l按应用场合分：装配尺寸链、工艺尺寸链、零件尺寸链l按各环所处空间位置分：直线尺寸链、平面尺

5、寸链、空间尺寸链36山东大学山东大学u求解内容：计算封闭环与组成环的基本尺寸、公差及偏差u方法：l极值法：求解环数较少的尺寸链l概率法：求解环数较多的尺寸链37山东大学山东大学一、极值法u封闭环基本尺寸01miiiLLm组成环数iL 组成环基本尺寸mlqqlppLLL110u封闭环公差T001miiTTiT 组成环公差p增环q减环对于直线尺寸链对于直线尺寸链38山东大学山东大学u封闭环上偏差ES0011lmpqpq lESESEI pES 增环的上偏差qEI 减环的下偏差l 增环环数u封闭环下偏差EI0011lmpqpq lEIEIES pEI 增环的下偏差qES 减环的上偏差39山东大学山东

6、大学u封闭环的极限尺寸0max00LLES0min00LLEI或0maxmaxmin11lmpqpq lLLL 0minminmax11lmpqpq lLLL 40山东大学山东大学二、概率法u将极限尺寸换算成平均尺寸maxmin2LLLL平均尺寸maxL最大极限尺寸minL最小极限尺寸图图 尺寸链中各参数的关系尺寸链中各参数的关系41山东大学山东大学u将极限偏差换算成中间偏差2ESEI miiiii)Te(102组成环中间偏差封闭环中间偏差组成环相对不对称系数组成环相对不对称系数若组成环在公差带内对称分布时，ei=0，则01miii 011lmpqpq l （直线尺寸链）组成环传递系数组成环传

7、递系数42山东大学山东大学u封闭环统计公差2220101mSiiiiTk Tkk 相对分布系数，是表征尺寸分散性的系数正态分布时，k =1u组成环平均公差miiiSavkTkT12200,43山东大学山东大学u正计算：已知各组成环的基本尺寸、公差和极限偏差，求封闭环的基本尺寸、公差和极限偏差。计算结果唯一，用于设计的校验。u反计算：已知封闭环的基本尺寸、公差和极限偏差，求各组成环的基本尺寸、公差和极限偏差。分配方案不唯一，存在最佳方案，用于产品设计。u中间计算形式：已知封闭环和部分组成环的基本尺寸、公差和极限偏差，求其他组成环的基本尺寸、公差和极限偏差。工艺尺寸链多属此种计算形式。44山东大学

8、山东大学一、工艺基准与设计基准重合时一、工艺基准与设计基准重合时A1A2ZT1T2分析：如图示，上工序尺寸A1、本工序尺寸A2和工序基本余量Z形成三环工艺尺寸链。其中，A1在本工序加工前已经形成，一般情况下，A2是本工序控制的工序尺寸它们都是组成环，只有工序基本余量是最后形成的环，即封闭环。12ZAA12ZTTTZT 余量的公差说明：若加工时直接控制工序余量，而不是直接控制工序尺寸，如靠火花磨削，则工序余量就成为组成环，而本工序的工序尺寸是最后形成的封闭环。指操作者根据磨削火花的指操作者根据磨削火花的大小，凭经验直接磨去一大小，凭经验直接磨去一定厚度的金属，磨掉金属定厚度的金属，磨掉金属的多少

9、与前道工序和本道的多少与前道工序和本道工序的工序尺寸无关。工序的工序尺寸无关。45山东大学山东大学二、工艺基准与设计基准不重合时二、工艺基准与设计基准不重合时u测量基准与设计基准不重合时测量尺寸的换算l测量尺寸的换算例2：图示套筒零件，设计图样上根据装配要求标注尺寸500-0.17、和100-0.36 ，大孔深度尺寸未标注。零件上设计尺寸A1、A2和大孔的深度尺寸形成尺寸链，如a图所示。大孔深度尺寸A0是最后(a)(b)形成的封闭环。46山东大学山东大学(a)(b)对（a）图，应用尺寸链公式得：A0=40+0.36-0.17（大孔设计要求尺寸）加工时，由于100-0.36测量困难，改用深度游标

10、测量大孔深度，此时100-0.36为最后间接获得的尺寸，成为（b）图所示工艺尺寸链的封闭环A0。组成环为A1=50-0.17和A2。 A2=40+0.19（大孔测量尺寸）明显提高了对测量尺寸的要求！47山东大学山东大学结论1：由于测量基准与设计基准不重合，需进行尺寸换算，换算的结果明显提高了对测量尺寸的要求。结论2：实际加工中，由于测量基准与设计基准不重合，因而要换算测量尺寸。如果零件换算后的测量尺寸超差，只要它的超差量小于或等于另一组成环的公差，则该零件有可能是假废品，应对该零件进行复检，逐个测量并计算出零件的实际尺寸，由零件的实际尺寸来判断合格与否。l假废品分析l设计工艺装备来保证设计尺寸

11、在成批和大量生产中，可设计相应的工装来辅助进行加工和测量，虽仍要进行尺寸换算，所不同的是工艺尺寸链中的组成环用夹具尺寸替代零件尺寸，从而可适当降低对测量尺寸的精度要求。48山东大学山东大学设计尺寸设计尺寸测量尺寸链测量尺寸链公差公差压缩压缩工艺尺寸链中的组成环用夹具尺寸替代零件尺寸，从而可适当降低对测量尺寸的精度要求。测量尺寸公差由左图的0.05扩大到右图的0.08。换算换算后的后的测量测量尺寸尺寸精度精度高于高于原设原设计要计要求求49山东大学山东大学u定位基准与设计基准不重合时工序尺寸及公差的换算ABC定位基准为顶面F设计基准为底面DCABTTT图图 定位基准与设计基准不重合时工序尺寸的换

12、算定位基准与设计基准不重合时工序尺寸的换算孔的轴线设计尺寸设计尺寸工序尺寸工序尺寸问题：应该怎样确定工序尺寸A及其公差TA，才能保证设计尺寸B及其公差要求？50山东大学山东大学工序尺寸及公差的换算方法：先找出以设计尺寸为封闭环、以工序尺寸为组成环的工艺尺寸链，再按尺寸链反计算形式分配工序尺寸及公差。基准不重合误差：设计基准到定位基准之间的尺寸的误差51山东大学山东大学u从待加工的设计基准标注工序尺寸时工序尺寸及公差换算分析：从待加工的设计基准标注工序尺寸，因为待加工的设计基准与设计基准两者差一个余量，所以它仍然是设计基准与定位基准不重合的问题例3：图示为齿轮孔的局部简图。设计尺寸是：孔径40+

13、0.05须淬硬，键槽尺寸深度为46+0.3。孔和键槽的加工顺序是： 1、镗孔至39.6+0.1 2、插键槽，工序尺寸为A； 3、热处理淬火； 4、磨孔至40+0.05、同时保证46+0.3 ，（假设磨孔和镗孔的同轴度误差很小，可忽略） 求：插键槽的工序尺寸及公差。52山东大学山东大学解：1、建立工艺尺寸链，确定封闭环，判别组成环两尺寸链两尺寸链串联起来串联起来53山东大学山东大学2、计算工序尺寸及公差 按基本尺寸公式求尺寸AmmAmmmm8 .192046mmA8 .45 按上偏差公式求ESA)0()025. 0(30. 0AESmmmmmmESA275. 0 按下偏差公式求EIA)05. 0

14、()0(0mmEIAmmEIA05. 0两尺寸链两尺寸链串联起来串联起来54山东大学山东大学所以，插键槽的工序尺寸及其偏差为：mmA275. 005. 080.45按“入体”原则标注偏差，并圆整得：mmA23. 0085.45小结：从待加工的设计基准标注工序尺寸时的工序尺寸换算和定位基准与设计基准不重合时的工序尺寸换算类似，都是先找出以设计尺寸为封闭环和以工序尺寸为组成环的工艺尺寸链，然后再按尺寸链的计算公式，以“反计算”或“中间计算”形式确定所求工序尺寸及其公差55山东大学山东大学例4：图a所示为轴套零件及其轴向设计尺寸：50-0.34mm、10-0.3mm、150.2mm。加工顺序是： 1

15、、镗孔及车端面，工序尺寸为L1，如图b； 2、车外圆及端面，工序尺寸为L2和L3，如图c； 3、钻孔，工序尺寸为L4，如图d； 4、磨外圆及台肩，工序尺寸为L5，如图e。 试确定各轴向工序尺寸及其公差。解：1、确定基准重合时表面多次加工的工序尺寸及公差56山东大学山东大学57山东大学山东大学分析：工序尺寸L1和L2及L3和L5均属基准重合时表面多次加工的工序尺寸。其中，最后工序的尺寸L2和L5应满足设计要求，即mmL034. 0250mmL030. 0510前工序的工序尺寸L1和L3要先查出工序余量再计算确定。经查得，车削余量为1mm，磨台肩面余量为0.4mm，mmLL51121mmLL4 .

16、104 . 053工序尺寸公差按经济精度确定，查得mmT4 . 01mmT2 . 03按“入体原则”标注，得mmL040. 0151mmL020. 034 .101、确定基准重合时表面多次加工的工序尺寸及公差58山东大学山东大学2、确定基准不重合时的工序尺寸及公差L4是从待加工的设计基准标注的工序尺寸，其求解步骤：1）建立工艺尺寸链分析：设计尺寸150.2和工序尺寸L4仅差磨削时的工序余量Z，所以尺寸150.2、L4和Z形成三环的工艺尺寸链，如下图a所示：其中设计尺寸150.2是封闭环：此外，磨削余量Z又是基准重合时表面两次加工后工序尺寸L3和L5的封闭环，三个尺寸形成上图b所示的尺寸链。59

17、山东大学山东大学把图a和图b两个三环尺寸链串联成一个四环尺寸链如图c所示：其中：组成环：工序尺寸L3、L4和L5增环：L3、L4减环：L5封闭环：设计尺寸150.22）计算或校验各工序尺寸及其公差由封闭环的极值公差公式，按“反计算”形式分配各组成环公差miiiLTT1054304 . 0TTTTL60山东大学山东大学由基准重合、表面多次加工时，求得的 ， 代入上式2 . 03T3 . 05T可知实际加工误差已超过零件设计要求。必须压缩有关工序尺寸的公差。现定为：1 . 053TT按“入体原则”标注偏差，得：mmL010. 034 .10mmL010. 0510mmL) 1 . 06 .14(4

18、61山东大学山东大学u小结1：两例的第4道工序磨削都是同时保证两个设计尺寸，其中一个设计尺寸是直接获得的，另一个设计尺寸是最后自然形成的封闭环。因此，也有人把“从待加工的设计基准标注工序尺寸的工艺尺寸链计算”称为“多尺寸同时保证的工艺尺寸链计算”。事实上，它们都是定位基准和设计基准不重合的工艺尺寸链计算的特例。u小结2：尺寸链换算的结果明显地提高了加工要求，因此要避免尺寸链换算，就要尽量l避免定位基准和设计基准不重合l避免从待加工的设计基准标注工序尺寸l避免多尺寸同时保证。62山东大学山东大学三、工序尺寸的图解法三、工序尺寸的图解法u在工序较多、工序的工艺基准与设计基准又不重合，且各工序的工艺

19、基准需多次转换时，工序尺寸及公差的换算会很复杂，难以迅速建立尺寸链，且易出错。采用把全部工序尺寸、工序余量画在一张图标上的图解法，可直观地建立工艺尺寸链，也便于利用计算机辅助建立和计算尺寸链。例5：图示轴套零件的轴向有关表面的工艺安排为： 1、轴向以D面定位粗车A面，又以A面为基准（测量基准）粗车C面，保证工序尺寸L1和L2；2、轴向以A面定位，粗车和精车B面，保证工序尺寸L3；又以B面为基准粗车D面，保证工序尺寸L43、轴向以B面定位，精车A面，保证工序尺寸L5；又以A为基准，精车C面，保证尺寸L6；63山东大学山东大学4、用靠火花磨削法磨B面，控制磨削余量Z7。解：1、绘加工过程尺寸联系图

20、按适当比例将工件简图绘于图表左上方，标注出与计算有关的轴向设计尺寸。从与计算有关的各个端面向下（向表内）引竖线，每条竖线代表不同加工阶段中有余量差别的不同加工表面。在表的左边，按加工过程从上到下，严格地排出加工顺序；在表的右边列出需要计算的项目。64山东大学山东大学65山东大学山东大学1、绘加工过程尺寸联系图然后按加工顺序，在对应的加工阶段中画出规定的加工符号：箭头指向加工表面；箭尾用圆点画在工艺基准上（测量基准或定位基准）；加工余量用带剖面线的符号示意，并画在加工区“入体入体”位置位置上；对于加工过程中间接保证的设计尺寸（称结果尺寸结果尺寸，即尺寸链的封闭环）注在其它工艺尺寸的下方，两端均用

21、圆点标出（图表中的L01和L02）；对于工艺基准和设计基准重合，不需要进行工艺尺寸换算的设计尺寸，用方框框出（图中L6）。作图过程归纳： 加工顺序不能颠倒，与计算有关的加工内容不能遗漏加工顺序不能颠倒，与计算有关的加工内容不能遗漏 箭头要指向加工面，箭尾圆点落在定位基准上；箭头要指向加工面，箭尾圆点落在定位基准上； 加工余量按加工余量按“ “入体入体” ”位置示意，被余量隔开的上方竖线位置示意，被余量隔开的上方竖线为加工为加工前的待加工面。前的待加工面。66山东大学山东大学67山东大学山东大学2、工艺尺寸链查找（1）确定封闭环封闭环一般有两种：（2）按每个封闭环查找其组成环u除“靠火花”磨削余

22、量外的各工序余量（“靠火花”磨削时，该工序尺寸则是封闭环）；u间接形成的设计尺寸在尺寸联系图中，从结果尺寸的两端出发向上查找，遇到圆点不拐弯继续往上查找，遇到箭头拐弯，逆箭头方向水平找加工基准面，遇到加工基准面再向上拐，重复前面的查找法，直至两条查找路线汇交为止。查找路线路经的尺寸是组成环，结果尺寸是封闭环。68山东大学山东大学本例中：沿结果尺寸L01两端向上查找，得尺寸链1：L01、Z7和L5沿结果尺寸L02两端向上查找，得尺寸链2：L02、L4和L5除Z7以外，沿Z4、Z5、Z6两端分别往上查找，可得另外三个以加工余量为封闭环的尺寸链，如图c,d,e所示。69山东大学山东大学因为靠火花磨削

23、是操作者根据磨削火花的大小，凭经验直接磨去一定厚度的金属，磨掉金属的多少与前道工序和本道工序的工序尺寸无关。所以靠火花磨削余量Z7在由L01、Z7和L5组成的尺寸链中是组成环，不是封闭环。3、计算栏目的填写图表右边列出了一些计算项目的表格，该表格是为计算有关工艺尺寸而专门门设计的，其填写过程及步骤如下：70山东大学山东大学 初步选定工序公差Ti，必要时可调整。确定工序最小余量Zimin； 根据工序公差计算余量变动量TZi； 根据最小余量和余量变动量，计算平均余量ZiM； 根据平均余量计算平均工序尺寸； 将平均工序尺寸和平均公差改注成基本尺寸和上下偏差的形式。71山东大学山东大学几点说明：1、在

24、确定工序尺寸的时候，若工序尺寸就是设计尺寸，则该工序公差取图纸标注的公差（本例中的L6）；对中间工序尺寸（本例中的L1、L2、L3、L4、L5、Z7）的公差，可按加工经济精度或根据实际经验初步拟定，靠磨余量Z7的公差，取决于操作者的技术水平，本例中取Z7=0.10.02。将初拟的公差填入工序尺寸公差初拟项中。2、将初拟工序尺寸公差代入结果尺寸链中（图a、b） ，当全部组成环公差之和小于或等于图纸规定的结果尺寸的公差（封闭环公差）时，则初拟公差可用，反之，需对初拟公差进行修正。公差修正原则：原则1：首先考虑缩小公共环的公差；原则2：考虑实际加工可能性，优先缩小那些不会给加工带来很大困难的组成环的

25、公差。72山东大学山东大学本例中按初拟公差计算，L01和L02均超差。考虑到L5是两个尺寸链的公共环，先缩小L5的公差至0.08mm将压缩后的公差分别代入两个尺寸链中重新验算：可知，L01不超差，L02仍超差。在L02所在尺寸链中，考虑到缩小L4的公差不会给加工带来很大困难，将L4的公差缩小至 0.23mm代入L02所在尺寸链再验算，不超差。3、最小加工余量Zmin，根据手册结合实际修正确定。4、表内余量变动一项，是由余量所在尺寸链按下式计算miiTT1073山东大学山东大学如83. 0)23. 01 . 05 . 0(4314TTTTZ5、表内平均余量一项，按下式计算ZiiiMTZZ21mi

26、n如48. 0)18. 03 . 0(215min55ZMTZZ6、表内平均尺寸LiM可通过尺寸链计算得到具体办法：先找出只有一个未知数的尺寸链，求出该未未知数，然后逐个将所有未知尺寸求解出来。也可利用工艺尺寸联系图，沿拟求尺寸两端的竖线向下找后面工序与其有关的工序尺寸和平均加工余量，将这些工序尺寸分别和加工余量相加或相减求出拟求尺寸。如，在图表中MMMZLL553MMMZLL7015MMMMZZLL656274山东大学山东大学7、表内最后一项要求按“入体原则”标注75山东大学山东大学u时间定额是指在一定的生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。pjbnfaZlT 基本时间T

27、b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所消耗的时间。工作行程的计算长度，包括加工表面长度、刀具切入和切出长度工序余量Z工件转速n进给量f切削深度pa76山东大学山东大学辅助时间辅助时间Ta装卸工件装卸工件开停机床开停机床 引进或退出刀具引进或退出刀具改变切削用量改变切削用量试切试切 测量工件测量工件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作业时间TBabBTTT直接用于制造产品或零件所消耗的时间77山东大学山东大学布置工作地时间布置工作地时间Ts为使加工正常进行，工人照管工作地（如更换刀具、调整刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具）所消耗的时间通常按作业时间的2

28、% 7%计算（以百分率表示）休息与生理需要时间Tr通常按作业时间的2% 4%计算（以百分率表示）78山东大学山东大学单件时间单件时间Tp基本时间基本时间Tb辅助时间辅助时间Ta布置工作地时间布置工作地时间Ts休息和生理休息和生理需要时间需要时间Tr作业时间作业时间TBBrsBrsabpTTTTTTTTT)1 (79山东大学山东大学准备与终结时间Te准终时间是工人为生产一批产品或零件，进行准备和结束工作所消耗的时间Te既不是直接消耗在每个工件上，也不是消耗在一个工作班内，而是消耗在一批工件上。分摊到每个工件上的时间为Te/n，n为批量。熟悉工艺文件熟悉工艺文件领料领装备领料领装备 安装刀具夹具安

29、装刀具夹具调整机床调整机床 拆还工装，送交成品拆还工装，送交成品80山东大学山东大学单件和成批生产的单件和成批生产的单件计算时间单件计算时间Tc：nTTTTTnTTTersabepc大量生产时，大量生产时，rsabpcTTTTTT0nTe81山东大学山东大学缩短时间定额缩短时间定额缩减基本时间缩减基本时间1（1 1）提高切削用量）提高切削用量pafn，注意注意：采用高速切削和强力切削时，机床的刚：采用高速切削和强力切削时，机床的刚度和功率都需加强度和功率都需加强82山东大学山东大学（2 2）减少或重合切削行程长度）减少或重合切削行程长度a 多刀车削多刀车削f利用利用n把刀具或复合刀具对工件的同

30、一表面或把刀具或复合刀具对工件的同一表面或N个表面个表面同时加工，或利用宽刃刀具或成形刀具改纵向进给为同时加工，或利用宽刃刀具或成形刀具改纵向进给为横向进给同时加工多个表面，实现复合工步。横向进给同时加工多个表面，实现复合工步。b 宽刃和成形刀横向进给切削宽刃和成形刀横向进给切削f83山东大学山东大学钻、扩孔同时进行切削行程长度重合84山东大学山东大学注意：采用多刀或多刃加工时，要尽量做到粗、精分开。由于刀具间的位置精度会直接影响工件的精度，所以调整精度要求较高。多刀铣削箱体切削行程长度重合85山东大学山东大学1 1）顺序多件加工）顺序多件加工2 2）平行多件加工）平行多件加工3 3）平行顺序加工）平行顺序加工fa 顺序多件加工顺序多件加工工作台工作台刨刀刨刀工件工件fc 平行顺序加工平行顺序加工砂轮砂轮fb 平行多件加工平行多件加工铣刀铣刀（3 3）采用多件加工）采用多件加工86山东大学山东大学缩减辅助时间缩减辅助时间2（1 1）采用先进夹具）采用先进夹具工件工件双工位夹具双工位夹具图图 双工位夹具双工位夹具大批大量生产中，采用大批