机械加工工艺规程设计

第六章工艺规程设计

工艺规程是在总结工人及工程技术人员实践经验的基础上，依靠科学理论和必要的工艺试验制定的。经审核批准的工艺是指导生产的工艺文件，企业有关人员必须严格执行。§6.1概述

规定产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件，称工艺规程。其中规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。一、工艺规程的作用

1、是工厂进行生产准备的主要依据

原材料和毛坯的供应，机床的配备和调整，专用工艺装备的设计和制造，核算生产成本和配备人员等。

2、是企业组织生产的指导性文件编制生产计划，组织生产，产品验收。

3、是新建和扩建厂房的重要技术文件此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进制造技术的作用。典型工艺规程可以缩短工厂摸索和试制的过程。二、工艺规程的设计原则工艺规程设计必须遵循以下原则：

1)所设计的工艺规程必须保证机器零件的加工质量和机器的装配质量，达到设计图样上规定的各项技术要求。

2)工艺过程应具有较高的生产效率．使产品能尽快投放市场。

3)尽量降低制造成本。

4)注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。三、工艺规程设计所需原始资料设计工艺规程必须具备以下原始资料：1)产品装配图、零件图。2)产品验收质量标准。3)产品的年生产纲领。4)毛坯材料与毛坯生产条件。5)制造厂的生产条件，包括机床设备和工艺装备的规格、性能和当前的技术状态，工人的技术水平，工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等有关资料。6)工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准。7)国内外有关制造技术资料等。§6.2生产过程和工艺过程一、生产过程和工艺过程从原材料(或半成品)进厂一直到把成品制造出来的各有关劳动过程的总和统称为工厂的生产过程生产过程包括：1)

原材料的运输、保管和准备；2)

生产的准备工作；3)

毛坯的制造；4)

零件的机械加工与热处理；5)

零件装配成机器；6)

机器的质量检查及运行试验；7)

机器的油漆、包装和入库。2．工艺过程在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程、统称为工艺过程；其他过程则称为辅助过程，例如统计报表、动力供应、运输、保管、工具的制造修理等。工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配等工艺过程。二、机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程一般可分为工序、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）工件连续完成的那一部分加工过程。工作地、工人、零件和连续作业是构成工序的四个要素，其中任一要素的变更即构成新的工序。对同一个零件，同样的加工内容可以有不同的工序安排

工序号工序内容设备1加工小端面，钻小端面中心孔，粗车小外圆，对小端倒角；加工大端面，钻大端面中心孔，粗车大外圆，对大端倒角；精车外圆。车床2铣键槽，手工去毛刺。铣床工序号工序内容设备1加工小端面，钻小端面中心孔，粗车小外圆，对小端倒角。车床2加工大端面，钻大端面中心孔，粗车大外圆，对大端倒角。车床3精车外圆。车床4铣键槽，手工去毛刺。铣床（2）安装

在同一个工序中，工件每定位和夹紧一次所完成的那部分加工称为一个安装。在一个工序中，工件可能只需要安装一次，也可能需要安装几次。工序号安装号工序内容设备11车小端面，钻小端面中心孔，粗车小端外圆，倒角。车床2车大端面，钻大端面中心孔，粗车大端外圆，倒角。3精车大端外圆。4精车小端外圆。21铣键槽，手工去毛刺。铣床（3）工位

在工件的一次安装中，通过分度(或移位)装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，我们把每一个加工位置上所完成的工艺过程称为工位。在一个安装中，可能只有一个工位，也可能需要有几个工位。

（4）工步

在一个工位中，加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的加工，称为一个工步。（5）走刀

在一个工步中，有时因所切去的金属层很厚而不能一次切完，则需分几次进行切削，这时每次切削就称为一次走刀。综上分析可知，工艺过程的组成是很复杂的。工艺过程由许多工序组成，一个工序可能有几个安装，一个安装可能有几个工位，一个工位可能有几个工步。§6.3生产纲领及生产类型一、生产纲领

生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量。

零件在计划期一年中的生产纲领N可按下式计算：

式中

Q——产品的年生产纲领，单位：台/年；

n——每台产品中所含零件的数量，单位：件/台；

a%——备品率，对易损件应考虑一定数量的备品，以供用户修配的需要；

b%——废品率。

二、生产类型及其工艺特征

生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为：

1）大量生产

2）成批生产

3）单件生产

1）大量生产产品的数量很大，产品的结构和规格比较固定，产品生产可以连续进行，大部分工作地的加工对象是单一不变的。例如，轴承等产品的制造，通常是以大量生产方式进行的。2）成批生产

产品数量较多，每年生产的产品结构和规格可以预先确定，而且在某一段时间内是比较固定的，生产可以分批进行，大部分工作地的加工对象是周期轮换的。根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。例如，通用机床（一般为车、铣、刨、钻、磨床）等产品制造往往属于这种生产类型。3）单件生产

产品数量少，但种类、规格较多，多数产品只能单个或少数几个地生产，很少重复。例如，重型机器、大型船舶制造及新产品试制等常属于这种生产类型。各种生产类型的工艺特征§6.4基准基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。

设计时零件尺寸的标注、制造时工件的定位、检查时尺寸的测量以及装配时零、部件的装配位置等都要用到基准的概念。从设计和工艺两个方面看，可把基准分为两大类，即设计基准和工艺基准。

一、设计基准

设计基准是设计图样上采用的基准，即标注设计尺寸的起点。二、工艺基准

工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。工艺基准按其用途不同又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准．（1）工序基准

工序基准是在工序图上用以确定该工序所加工表面加工后的尺寸、形状、位置的基准。它是某一工序所要达到的加工尺寸(即工序尺寸)的起点。

被加工孔

（2）定位基准工件在装夹过程中用作定位的基准叫定位基准。作为定位基准的点、线、面，在工件上有时不一定具体存在(例如．孔的中心线、轴的中心线、平面的对称中心面等)，面常由某些具体的定位表面来体现，这些定位表面称为定位基面。（3）测量基准工件在加工中或加工后，测量尺寸误差和形位误差时所采用的基准即测量基准。

（4）装配基准

装配基准是装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。传动轴传动齿轮键三、工件的安装定位：加工前，使工件在机床上或夹具上占有正确的加工位置的过程，称为定位。夹紧：用施加外力的形式，把工件已确定的定位位置固定下来的过程，称为夹紧。这个定位、夹紧的过程，称为装夹或安装。小结：定位在前，夹紧在后

定位是首要的

四、工件的定位1.典型定位方式及定位原件2.六点定位原理在机械加工中，要完全确定工件在夹具中的正确位置，必须用六个相应的支承点来限制工件的六个自由度，称为“六点定位原理”。3.常见定位分析

1）完全定位：

连杆钻孔定位方案平面支承侧挡销短圆柱销2）不完全定位：3）欠定位：

4）过定位：

过定位示意4）过定位：

滚、插齿时工件的过定位§6.5毛坯的选择在制定零件机械加工工艺规程前，还要选择毛坯类型及制造方法、确定毛坯精度。零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量，在很大程度上与毛坯有关，所以正确选择毛坯具有重大的技术经济意义。1．常用的毛坯种类(1)铸件主要有砂型铸造、金属型铸造、离心铸造、压力铸造和精密铸造等；(2)锻件主要有自由锻、模锻以及精密锻造等；(3)焊接件主要有气焊、电弧焊以及电渣焊等(4)型材主要有圆钢、方钢、角钢等。2．毛坯选择时考虑的因素

(1)零件材料及其力学性能例如，材料是铸铁，就选铸造毛坏；材料是钢料，且力学性能要求高时，可选锻件；当力学性能低时，可选型材或铸钢。

(2)零件的形状和尺寸形状复杂毛坯，常采用铸造方法；薄壁件不可用砂型铸造；大铸件应用砂型铸造。常见钢质阶梯轴零件，如各台阶直径相差不大，可用棒料；如各台阶直径相差较大，可选锻件。尺寸大宜选自由锻，尺寸小宜选模锻。

(3)生产类型大量生产，应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，如铸件选金属模机器造型或精密铸造，锻件应采用模锻，冷轧和冷拉型材等；单件小批生产则应采用木模手工造型或自由锻。

(4)具体生产条件考虑现场毛坯制造的水平和能力以及外协的可能性等。

(5)利用新工艺、新技术和新材料的可能性如精铸、精锻、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等，应用这些方法后可大大减少机械加工量，暂时甚至可不再进行机械加工。§6.6定位基准的选择在工艺规程设计中，正确选择定位基准．对保证零件技术要求、确定加工先后顺序有着至关重要的影响。定位基准有精基准与粗基准之分。用毛坯未经加工的表面作定位基准，这种定位基准称为粗基准；用加工过的表面作定位基准，这种定位基准称为精基准。在选择定位基准时一般都是先根据零件的加工要求选择精基准，然后再考虑用那一组表面作粗基准才能把精基准加工出来。1.精基准的选择原则选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑，如何保证工件的尺寸精度和位置精度，并使工件装夹方便可靠。(1)基准重合原则

应尽量选择被加工表面的设计基准、工序基准作为精基准，这样可以避免基准不重合而引起的定位误差。车床床头箱(2)统一基准原则应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证所加工的各个表面之间具有正确的相对位置关系。即：应选择各加工表面都能共同使用的定位基准作为精基准，避免基准转换所产生的定位误差，并简化夹具的设计和制造工作。(3)互为基准原则当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准的方法反复多次进行加工。例如，车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求，常先以主轴锥孔为定位基准磨主轴前、后支承轴颈表面，然后再以前、后支承轴颈表面为定位基准磨主轴锥孔，最后达到图样上规定的同轴度要求。(4)自为基准原则一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为精基准进行加工。图7-10在自为基准条件下磨削车床床身导轨面一定要保证工件定位准确，夹紧稳定可靠，夹具结构简单，工人操作简便。2．粗基淮的选择原则工件加上的第一道工序所用基准都是粗基准，粗基准选择得正确与否，不但与第一道工序的加工有关，而且还将对该工件加工的全过程产生重大影响。选择粗基准，一般遵循以下几项原则：(1)保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则

被加工零件上如有不加工表面应选不加工面作粗基准，这样可以保证不加工表面对于加工表面具有一定的相对位置关系；以不加工表面为粗基准若有几个不加工表面，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面做粗基准。(2)合理分配加工余量的原则从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基淮。床身加工粗基准的两种方案比较(3)便于装夹的原则

为使工件定位稳定．夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平整、光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其他缺陷，并有足够的支承面积。(4)粗基准一般不得重复使用的原则

粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间的位置误差会相当大，所以粗基准一般不得重复使用。注：在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准；在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件的所有表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。阶梯轴粗基准的选择§6.7机械加工工艺规程设计一、机械加工工艺规程设计的内容及步骤1．分析零件图和产品装配图设计工艺规程时，首先应分析零件图和该零件所在部件或总成的装配图，了解该零件在部件或总成中的位置和功用以及部件或总成对该零件提出的技术要求，分析其主要技术关键和应相应采取的工艺措施，形成工艺规程设计的总体构思。

2．对零件图和装配图进行工艺审查审查图样上的视图、尺寸公差和技术要求是否正确、统一、完整，对零件设计的结构工艺性进行评价，如发现有不合理之处应及时提出，并同有关设计人员商讨图样修改方案，报主管领导审批。3．由产品的年生产纲领研究确定零件生产类型。

4．确定毛坯提高毛坯制造质量．可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但同时可能会增加毛坏的制造成本，要根据零件生产类型和毛坯制造的生产条件综合考虑。应当指出，我国机械制造工厂的材料利用率较低，只要有可能，应提倡采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进制造方法来制造毛坯：材料利用系数是衡量工艺规程设计是否合理的一个重要参数。5．拟订工艺路线其主要内容包括：选择定位基准．确定各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，确定工序顺序等。在拟定工艺路线时，需提出几种可能的加工方案，然后通过技术、经济的对比分析，最后确定一种最为合理的工艺方案。6．确定各工序所用机床设备和工艺装备(含刀具、夹具、量具），新设计的专用工艺装备要提出设计任务书。7．确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。8．确定各工序的技术要求及检验方法。9．确定各工序的切削用量和工时定额。10．编制工艺文件。二、工艺路线的拟订(一)选择定位基准(二)表面加工方法的选择在选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定该表面终加工工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。(三)加工阶段的划分当零件的加工质量要求较高时，一般都要经过粗加工、半精加工和精加工等三个阶段。如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度要求特别小时，还要经过精整和光整加工阶段。各个加工阶段的主要任务是：

1.粗加工阶段高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近成品零件。

2．半精加工阶段

切除粗加工后留下的误差,次要表面的加工，例如，钻孔、攻螺纹、铣键槽等。

3．精加工阶段使被加工工件达到一定精度，保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求。

4．精整和光整加工阶段对于精度要求很高、表面粗糙度值要求很小的表面，尚需安排精整和光整加工阶段，其主要任务是减小表面粗糙度和进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般没有提高表面间位置精度的作用。将零件的加工过程划分为几个加工阶段的主要目的是：(1)保证零件加工质量

粗加工阶段要切除加工表面上的大部分余量，切削力和切削热量都比较大，装夹工件所需夹紧力亦较大，被加工工件会产生较大的受力变形和受热变形；此外，粗加工阶段从工件上切除大部分余量后，残存在工件中的内应力要重新分布，也会使工件产生变形。如果加工过程不划分阶段，把各个表面的粗、精加工工序混在一起交错进行，那么安排在工艺过程前期通过精加工工序获得的加工精度势必会被后续的粗加工工序所破坏，这是不合理的。加工过程划分为几个阶段以后，粗加工阶段产生的加工误差，可以通过半精加工和精加工阶段逐步予以修正，这样安排，零件的加工质量容易得到保证。(2)有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理

粗加工各表面后，由于切除了各加工表面的大部分加工余量，可及早发现毛坯的缺陷(气孔、砂眼、裂纹和加工余量不够，以便及时报废或修补，不会浪费后续精加工工序的制造费用。(3)有利于合理利用机床设备

粗加工工序需选用功率大、精度不高的机床加工，精加工工序则应选用高精度机床加工；在高精度机床上安排做粗加工工作，机床精度会迅速下降，将某一表面的粗、精加工工作安排在同一机床加工是不合理的。(四)工序的集中与分散确定加工方法之后，就耍按零件加工的生产类型和工厂(车间)具体条件确定工艺过程的工序数。确定零件加工过程工序数有两种迥然不同的原则：一种是工序集中原则，另一种是工序分散原则按工序集中原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，组成一个集中工序；最大限度的工序集中就是在—个工序内完成工件所有表面的加工。按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些；最大限度的工序分散就是使每个工序只包括一个简单工步。按工序集中原则组织工艺过程的特点是：

1)有利于采用自动化程度较高的高效率机床和工艺装备，生产效率高。

2)工序数少，设备数少，可相应减少操作工人数和生产面积。

3)工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且出于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相互位置精度要求。按工序分散原则组织工艺过程的特点是：1)所用机床和工艺装备简单，易于调整。2)对操作工人的技术水平要求不高。3)工序数多，设备数多．操作工人多，占用生产面积大。(五)工序先后顺序的安排1．机械加工工序的安排1)先加工定位基准面，再加工其他表面。2)先加工主要表面，后加工次要表面。3)先安排粗加工工序，后安排精加工工序。4)先加工平面，后加工孔。安排数控加工顺序，尚须考虑以下情况：①在换刀时间大于工作台转位时间的情况下，为减少换刀次数和换刀时间，在不影响加工精度的条件下，宜按刀具集中原则安排加工顺序，即将所有能用同一把刀具加工的表面部集中在一起按先后顺序完成；②为减少工作台转位误差和由于工作台转位带来的时间损失，在换刀时间小于工作台转位时间的情况下，采用工位集中加工原则安排加工顺序，即将所有能在一个工位加工的表面通过不断更换刀具的办法都集中在同一工位加工；③对于位置精度要求很高的孔系，宜在同一工位中安排该孔系相关表面的加工工作．以消除工作台转位重复定位误差对孔系位置精度要求的影响。2热处理工序及表面处理工序的安排

1)为消除工件内应力安排的热处理工序，例如人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后进行；为了减少机械加工车间与热处理车间之间的运输工作量，对于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前进行。对于机床床身、立忙等结构较为复杂的铸件，在粗加工前后均须安排时效处理工序(人工时效或自然时效)，使材料组织稳定。2)为改善工件材料力学性能的热处理工序，例如淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加工和精加工之间进行。这是因为淬火处理后尤其是渗碳淬火后工件会有较大的变形产生，为修正渗碳淬火处理产生的变形，热处理后需要安排精加工工序。在淬火处理进行之前，需将铣槽、钻孔、攻螺纹、去毛刺等次要表面的加工进行完毕。

当工件需要作渗碳淬火处理时，由于渗碳过程工件会有较大的变形产生．常将渗碳过程放在次要表面加工之前进行，这样可以减少次要表面与淬硬表面间的位置误差。3)为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行。

3．其他工序的安排为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序：

1)粗加工全部结束之后；

2)送往外车间加工的前后

3)工时较长工序和重要工序的前后：

4)最终加工之后。除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑；研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夹紧的工序之后，要安排去磁工序、不让带有剩磁的工件进入装配线。(六)机床设备与工艺装备的选择

所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应；精度等级应与本工序加工要求相适应，电动机功率应与本工序加工所需功率相适应，机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。选用机床设备应立足于国内，必须进口的机床设备，须经充分论证，严格履行审批。如果工件尺寸太大(或太小)或工件的加工精度要求过高，没有现成的机床设备可供选择可以考虑采用自制专用机床。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备(包括夹具、刀具、量具和辅具)；在大批大量生产，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。使用数控机床加工．机时费用高，为充分发挥数控机床的作用，宜选用机械夹固不重磨刀具和耐磨性特别好的刀具，例如，硬质合金涂层刀具、立方氮化硼刀具和人选金刚石刀具等，以减少更换刀具棚预调刀具的时间。数控加工所用刀具寿命至少应保证能将一个工件加工完。要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有更大的柔性。表5－8平面度和直线度经济精度加工方法精度等级加工方法精度等级研磨、精密磨、精刮1－2粗磨、铣、刨、拉、车7－8研磨、精磨、刮3－4铣、刨、车、插9－10磨、刮、精车5－6各种粗加工11－12表5－9圆柱度的经济精度加工方法精度等级加工方法精度等级研磨、超精磨1－2磨、珩、精车、精镗、精铰、拉5－6研磨、珩磨、精密磨3－4精车、镗、铰、拉、精扩、钻孔7－8金刚镗、精密车、精密镗3－4车、镗、钻9－10表5－13各机床加工的形位的平均经济精度机床类型圆度/mm圆柱度平面度（凹入）（按直径）普通车床最大加工直径（mm）≤4000.010.0075/1000.015/2000.02/300>400－8000.0150.025/3000.025/4000.03/500>800－16000.020.03/3000.04/6000.05/700>1600－32000.0250.04/3000.06/8000.07/9000.08/1000高精度普通车床≤5000.0050.01/1500.01/200外圆磨床最大磨削直径（mm）≤2000.0030.0055/500>200－4000.0040.01/1000>400－8000.006全长0.015无心磨床0.0050.004/100等径多边形偏差0.003珩磨机0.0050.01/300三、加工余量1．加工总余量（毛坯余量）与工序余量

毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为加工总余量。加工总余量的大小取决于加工过程中各个工步切除金属层厚度的总和。

每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。

加工总余量和工序余量的关系可用下式表示：Z1为第一道粗加工工序的加工余量。它与毛坯的制造精度有关工序加工余量有下面两种情况：（1）在平面上，加工余量为非对称的单边余量。（2）在回转表面（外圆及孔）上，加工余量为对称余量。

在加工过程中，实际切去的余量大小是变化的。因此，加工余量又分为公称加工余量Z、最大加工余量Zmax和最小加工余量Zmin。最小加工余量，就是保证该工序加工表面的精度和表面质量所需切除的金属层的最小深度。Zmin=amin－bmaxZmax=amax－bmin加工余量变化的公差则为TZ=Zmax－Zmin=amax－amin＋bmax－bmin=Ta＋Tb式中TZ——加工余量的公差；Ta、Tb——分别为上工序、本工序加工尺寸的公差。

加工方向Tb前工序基本尺寸a本工序基本尺寸b对于某工序加工尺寸(工序尺寸)的公差，一般按“入体原则”标注:

即对被包容面(轴)，最大加工尺寸就是基本尺寸，取上偏差为零；而对包容面(孔)，最小加工尺寸就是基本尺寸，取下偏差为零。在图中，本工序的最大加工尺寸为基本尺寸b，因此公称余量Zb为Zb=amax－bmax=Zmin＋Ta=La-Lb即本工序的公称余量为本工序的最小余量与上工序的加工尺寸公差之和。加工方向Tb前工序基本尺寸a本工序基本尺寸b2．影响加工余量的因素（1）加工表面上的表面粗糙度Ry和表面缺陷层的深度Ha。表面上原有的Ry+Ha应在本工序加工时切除，其数据可查表。（2）加工前或上工序的尺寸公差Ta

。在加工面上存在着各种几何形状误差，如圆度、圆柱度等。这些误差的大小一般均包含在上工序的公差Ta的范围内，所以应将Ta计入加工余量，其数值可查表。加工方向Tb前工序基本尺寸a本工序基本尺寸b（3）加工前和上工序各表面间相互位置的空间偏差ρa。

这项误差包括轴心线的弯曲、偏移、偏斜以及平行度、垂直度等误差。

ρa的数值与加工方法有关，可查表。如轴类零件，其轴线有直线度误差δ，则加工余量必须至少增加2δ才能保证该轴在加工后消除弯曲的影响。因此，细长轴因内应力而变形，其加工余量比用同样方法加工的一般短轴要大些。（4）本工序加工时的装夹误差Δzj。它会影响切削刀具与被加工表面的相对位置，使加工余量不够，所以也应计入加工余量。四、尺寸链1、尺寸链的定义和组成

在零件加工或机器装配过程中，由相互关联的尺寸彼此首尾相接形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。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；在机器设计和装配过程中，由有关零件设计尺寸所形成的尺寸链，称为装配尺寸链。//0.05A

c

组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环。

根据尺寸链中各环形成的顺序和特点，尺寸链的环可分为封闭环和组成环。

封闭环——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）称为封闭环，如上图中的A0。

组成环——尺寸链中除了封闭环以外的各环称为组成环，如上图中的A1和A2。一般来说，组成环的尺寸是由加工直接得到的。组成环按其对封闭环的影响又可分为增环和减环。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；反之，由于该环的变动（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。//0.05A

c2、尺寸链的分类（1）按尺寸链的形成和应用场合可以分为：

1）工艺过程尺寸链。零件按加工顺序先后所获得的各工序尺寸构成的尺寸链。

2）装配尺寸链。在机器的装配关系中，由直接影响封闭环精度的相关零、部件尺寸所构成的尺寸链。

3）工艺系统尺寸链。零件在工艺系统中由机床、夹具、刀具和工件等有关尺寸构成的尺寸链。以上这三种尺寸链统称为工艺尺寸链。（2）按尺寸链各环的几何特征和所处空间位置可以分为：1）直线尺寸链。直线尺寸链由彼此平行的直线尺寸所组成。2）角度尺寸链。尺寸链各环均为角度。在一些工艺尺寸链和装配尺寸链的分析中，经常涉及到平行度、垂直度等位置关系，由于表面或轴线间的平行关系相当于0°或180°的角度，而垂直度相当于90°角度，因而有关垂直度、平行度等位置关系的尺寸链也是角度尺寸链。3）平面尺寸链。这种尺寸链同时具有直线尺寸和角度尺寸。4）空间尺寸链。组成环位于几个不平行平面的尺寸链。对于这种尺寸链，要将它们的尺寸投影到封闭环方向上，变成平面尺寸链或直线尺寸链再进行计算。若不考虑直线尺寸B1与B2、B3与B4、B1与B3之间夹角的误差，则可以列出该平面尺寸链的方程式为：

（3）按尺寸链间的相互联系形态可以分为：

1）独立尺寸链。尺寸链的所有环都只属于一个尺寸链，其变化不会影响其它尺寸链。

2）并联尺寸链。这种尺寸链由两个或两个以上的尺寸链通过公共环联系起来。可分为：①公共环是各尺寸链的组成环。②公共环在一个尺寸链中是封闭环，而在另—个尺寸链中是组成环。

3、尺寸链的计算方法尺寸链计算方法有极值法和概率法两种。极值法计算尺寸链：（1）各环基本尺寸的计算

尺寸链封闭环的基本尺寸等于各增环基本尺寸和各减环基本尺寸的代数和。即

（2）各环极限尺寸的计算

封闭环的最大极限尺寸等于各增环的最大极限尺寸和各减环的最小极限尺寸的代数和;

而封闭环的最小极限尺寸则等于各增环的最小极限尺寸和减去各减环的最大极限尺寸的代数和。即（3）各环公差的计算由上两式相减得:封闭环的公差（TA0）等于所有组成环的公差TAi之和。

（4）各环极限偏差的计算

即封闭环的上偏差ESA0等于所有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和;

而封闭环的下偏差EIA0则等于所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和。

极值法是按误差综合的两种最不利情况，即各增环均为最大极限尺寸而各减环均为最小极限尺寸的情况，或各增环均为最小极限尺寸而各减环均为最大极限尺寸的情况来计算封闭环极限尺寸的方法。此法特点是简便、可靠，但其缺点是封闭环公差较小，当组成环数目较多时，将使组成环的公差过于严格。概率法计算尺寸链:

一批零件在加工过程中由于随机因素的影响，其加工尺寸总是在一定范围内变动的，若各组成环均为独立的随机变量，其误差都遵循正态分布规律，则其封闭环的误差也是正态分布。由概率理论可知，各随机变量之和的均方根误差σ0与各随机变量的均方根误差σi之间的关系为如果取公差T=6σ，则封闭环的公差T0和各组成环的公差Ti之间的关系将是设各环公差相等，即Ti=TM，则可得各组成环的平均公差TM为与极值法相比较，概率法计算可将组成环公差扩大到倍。但实际上，由于各组成环的尺寸分布曲线不一定呈正态分布，所以实际扩大的倍数小于，且公差带的中心也有所偏移。4.工艺尺寸链的计算在机械加工过程中，合理地确定各工序尺寸公差及技术条件，对于保证产品质量、提高生产率和降低制造成本是十分重要的，当加工过程中存在基准转换时，要确定工序尺寸及公差就需要用到尺寸链的知识。

1．与保证设计尺寸有关的工艺尺寸计算

2．综合计算工序余量、工序尺寸及公差（1）工艺基准与设计基准不重合的尺寸换算

例1图a所示零件，表面A和表面C已加工好。现加工表面B，要求保证尺寸mm及平行度要求0.1mm。显然表面B的设计基准是表面C，因表面C不宜作定位基准，故选表面A为定位基准。即以A面为工序基准标注工序尺寸A2及平行度公差Ta2。试确定工序尺寸A2及平行度公差Ta2。//0.05Ac

解（1）画出尺寸链，并判断出封闭环、组成环，及组成环中的增环和减环。（2）根据已知条件：mm，

mm，Ta1=0.05mm，Ta0=0.1mm，分别求解图b和图c的尺寸链，可求出：

工序尺寸

mm

平行度a2的公差

Ta2=0.05mm//0.05Ac例2图示零件，设计尺寸为mm和mm。因尺寸mm不好测量，改测尺寸x。试确定x的数值及公差。

（a）（b）xx1可采用极值算法求出：mm。

即为了保证设计尺寸mm合乎要求，应规定测量尺寸x落在上面计算的结果范围内。

在实际生产中可能会出现这样的情况：

x值虽然超出了的范围，但尺寸mm不一定超差。例如，若x=40.36mm，尺寸50mm刚好为最大值，此时尺寸10mm在公差带下限位置，并未超差。这就出现了所谓的“假废品”。只要测量尺寸x超差量小于或等于其它组成环公差之和时，就有可能出现假废品。

（a）（b）xx1（2）标注工序尺寸的基准是尚待加工的设计基准例3图示零件键槽深度尺寸为mm，与保证此尺寸有关的工序尺寸和加工顺序是：1）拉内孔至，即半径尺寸为；2）拉键槽，保证尺寸x。这时的工序尺寸只能从留有磨削余量的内孔下母线注出，就是说标注工序尺寸的基准是还需继续加工的设计基准；3）热处理（为简化起见，不考虑热处理后内孔的变形误差）；4）磨内孔，保证设计尺寸（即）并最后间接保证键槽深度尺寸。试确定工序尺寸x及其公差。

解建立尺寸链。在该尺寸链中，设计尺寸62.6mm是间接保证的，因而是尺寸链的封闭环。又由于孔的拉削直径D1与磨削直径D2之间是通过彼此的中心线发生联系的，故在尺寸链中各改以半径R1和R2示出，且以各自的中心线作为半径尺寸的基准线。考虑到磨孔后的中心（磨孔时以齿轮的节圆定位）不可能与拉孔中心完全重合，故另以组成环E来表示两中心的距离，其基本尺寸为零。设同轴度误差为0.05mm，则有：E=0±0.025mm。用极值算法求解上述尺寸链，将已知条件（，，，

E=0±0.025mm）代入，得到：

本例中，由于工序尺寸x是从还需加工的设计基准标出的，所以与设计尺寸之间有一个半径磨削余量的差别。利用这个余量，可将尺寸链分解成为两个简单的并联尺寸链来处理。其中Z为公共环。在由R1、R2和Z组成的尺寸链中，半径余量Z的大小取决于半径尺寸R1、R2及两孔同轴度误差E，是间接形成的，因而是尺寸链的封闭环，用极值算法解此尺寸链，得到：车削磨削L2L1L3L0L0L3L2ABC（3）一次加工后需要同时保证多个设计尺寸及公差例4图示阶梯轴，A面是轴向的主要设计基准，直接从它标注的有两个设计尺寸：和160±0.15mm。加工有关的工序和工序尺寸是：1）以精车过的A面为测量基准精车B面，保证工序尺寸Ll；以精车过的B面为测量基准精车C面，保证工序尺寸L2；2）热处理后对A面进行磨削，控制尺寸另一个设计尺寸160±0.15mm则作为封闭环L0被间接保证。试确定工序尺寸L2及其公差。

解根据工艺过程可建立以设计尺寸L0=160±0.15mm为封闭环的尺寸链。在该尺寸链中，已知：L0=160±0.15mm，可求出（极值算法）：

车削磨削L2L1L3L0L0L3L2ABC为保证零件表面处理层（渗碳、渗氮、电镀等）深度而进行的工序尺寸及其公差换算也是多尺寸保证问题的一种常见类型。例5图示偏心轴零件，表面A要求渗碳处理，渗碳层深度规定为0.5~0.8mm。零件上与此有关的加工过程如下：

1）精车A面，保证尺寸；

2）渗碳处理，控制渗碳层深度为H1；

3）精磨A面，保证尺寸，同时保证渗碳层深度达到规定的要求。试确定渗碳层深度H1的数值。根据已知条件：可解出：

。即在渗碳工序应保证渗碳层深度为0.708~0.95mm。

A（4）余量校核工序余量的变化大小取决于本工序以及前面有关工序加工误差的大小。在已知工序尺寸及其公差的情况下，用工艺尺寸链计算余量的变化，可以衡量余量是否适应加工情况，防止余量过小或过大。图7-20用工艺尺寸链校核余量A1A2A3A4Z2Z4Z330±0.02（a）（b）

例6图示零件，有关轴向尺寸30±0.02mm的加工过程如下：1）精车端面A，自B处切断，保证两端面距离尺寸A1=31±0.1mm；2）以A面定位，精车B面，保证两端面距离尺寸A2=30.4±0.05mm，精车余量为Z2；3）以B面定位磨A面，保证两端面距离尺寸A3=30.15±0.02mm，磨削余量为Z3；4）以A面定位磨B面，保证最终轴向尺寸A4=30±0.02mm，磨削余量为Z4。

试对余量Z2、Z3、Z4进行校核。解有关轴向尺寸的工艺尺寸链如图7-20b所示，由于余量是在加工过程中间接保证的，因而是尺寸链的封闭环。在以Z2为封闭环的尺寸链中，Al为增环，A2为减环，可求出Z2=0.6±0.15mm（极值算法）。在以Z3为封闭环的尺寸链中，A2为增环，A3为减环，可求出Z3=0.25±0.07mm（极值算法）。图7-20用工艺尺寸链校核余量A1A2A3A4Z2Z4Z330±0.02（a）（b）在以Z4为封闭环的尺寸链中，A3为增环，A4为减环，可求出Z4=0.15±0.04mm（极值算法）。图7-20用工艺尺寸链校核余量A1A2A3A4Z2Z4Z330±0.02（a）（b）

2．用图表法综合计算工序余量、工序尺寸及公差对于同一位置尺寸方向上具有较多的尺寸，加工时工序基准（测量基准）又需多次转换的零件，由于工序尺寸相互联系较为复杂，其工序尺寸、公差及余量的确定就需要从整个工艺过程的角度，用尺寸链作综合计算。图表法是进行这种综合计算的有效方法。

例7图示零件有关轴向尺寸加工工序如下：

工序10：轴向以Ⅳ定位粗车Ⅰ面，然后以Ⅰ面为基准粗车Ⅲ面，保证工序尺寸A1和A2；

工序20：轴向以Ⅰ面定位粗车及精车Ⅱ面保证工序尺寸A3；粗车Ⅳ面保证工序尺寸A4；

工序30：轴向以Ⅱ面定位精车Ⅰ面保证工序尺寸A5；精车Ⅲ面保证工序尺寸A6；

工序40：用靠火花磨削法磨削Ⅱ面，控制磨削余量Z7。

试确定各工序尺寸，公差及余量。解（1）根据加工过程画出尺寸联系图

工艺简图的下方示出与各端面加工有关的按加工或尺寸调整顺序排列的工序和工序尺寸代号。从工件简图各端面向下引至加工区域的每条竖线，代表了在不同加工阶段中有余量区别的不同加工表面。工序尺寸箭头指向加工后的已加工表面，用余量符号（画剖面线部分）隔开的上方竖线为该次加工前的待加工面，余量符号按“入体”原则标注。工序尺寸圆点表示工序基准。对于在加工过程中被间接保证的设计尺寸（称为结果尺寸，即尺寸链的封闭环）标注在工序尺寸之下，两端均为圆点，如图中的R1和R2。

当某些工序尺寸就是设计尺寸时（例如工序尺寸A6），用方框框出，以区别于待求的未知工序尺寸。

图中工序50为采用靠火花磨削法磨削端面Ⅱ。所谓靠磨是指在磨削端面时，由操作者根据砂轮接触工件时所产生的火花大小，凭经验来判断和控制磨削余量。因此在靠磨时磨削余量Z7是直接保证的，是尺寸链的组成环，故用工序尺寸符号标出（待磨表面是靠磨时的基准面）。

（2）用追踪方法查找工艺过程全部尺寸链例如，为了查明以结果尺寸R2为封闭环的尺寸链由哪些工序尺寸所组成，可先来分析封闭环的两端面是如何加工的。为此可沿封闭环R2的两端所在竖线。同步向上，即往前面工序中去追踪查找（图中用虚线箭头表示追踪过程）。于是可以发现，R2的左端面是在工序30中被加工的，加工时以Ⅱ面为基准按工序尺寸A5加工。而R2的右端面是在工序20中被加工出来的，加工时工序尺寸为A4，基准也是Ⅱ面。这就说明封闭环R2是由工序尺寸A5和A4作为组成环形成的。

通过上例，可将追踪法归纳如下：在尺寸联系图上沿封闭环的两端同步向上追踪，遇箭头拐弯，并逆箭头方向横向追踪，遇圆点向上折，继续同步向上追踪……，重复此过程，直至两条追踪线汇于一点为止。追踪路径所经过的尺寸就是尺寸链的组成环。尺寸链的增减环可以按如下法则判断：左追踪线（所谓“左”

“右”是以追踪线的起始点的左、右为准）遇向左的箭头，则该箭头所在工序尺寸为增环，反之遇向右的箭头为减环；右追踪线的情况刚好相反。

图画出了该例工艺过程的全部5个尺寸链，其中图a、图b、图c的封闭环为余量，称为余量尺寸链；图d、图e的封闭环为结果尺寸，称为结果尺寸链。图7-225个工艺尺寸链（a）（b）（c）（d）（e）A1A3A2A3A5A6Z6A4A5R2A6Z7R1Z5A5A3A4Z4

（3）初拟各工序尺寸公差如果工序尺寸是设计尺寸，则该工序尺寸公差取图纸所标注的公差（例如工序尺寸A6）；对于中间工序尺寸（例如A1、A2，…）的公差可按加工经济精度或按工厂实际情况给出。靠磨余量公差取决于操作工人的技术水平，通常根据现场情况确定。本例中按实际加工情况，取Z7=0.1±0.02mm。初拟的公差列入工序公差一栏的“初拟”一项中。

（4）校核结果尺寸公差，修正“初拟”工序尺寸公差根据已建立的尺寸链和初拟的工序公差，可以计算出作为封闭环的结果尺寸公差。若该值小于或等于图纸所给的公差时，则所拟定的公差可以肯定，否则需要对所拟定的公差加以修正。修正的原则是首先考虑缩小公共环的公差；其次是考虑实际加工可能性，优先压缩那些压缩后不会给加工带来很大困难的组成环公差。对修正后的公差还需要重新进行校核，若不符合要求，还要进行修正，直至所有的结果尺寸公差均得到满足为止。

（5）计算工序余量公差和平均余量各工序尺寸公差确定之后，即可由余量尺寸链计算出余量公差（或余量变动量），此值记入余量变动量一栏中。余量公差求出后，再根据最小余量求出平均余量，并记入平均余量一栏中去。（6）计算中间工序平均尺寸在各尺寸链中首先找出只有一个未知数的尺寸链，并解出此未知数。如此进行下去可解出全部未知的工序尺寸。至此，各工序尺寸、公差及余量已全部确定，并按平均尺寸和对称偏差的形式给出。有时为了符合生产上的习惯，也可将求出的工序尺寸及其公差按入体原则标注成极限尺寸和单向偏差的形式，如计算表中最后一栏所示。五、生产率与技术经济分析（一）时间定额

时间定额（或称工时定额）是在一定生产条件下制订的为完成单件产品或单个工序所规定的工时。

时间定额是安排生产计划、计算产品成本和实行计件工资或实施奖励制度的重要依据之一，也是新建或扩建工厂、车间时决定设备和人员数量的重要资料。合理的时间定额能调动工人的积极性，提高生产率和促进生产的发展。单件时间定额包括：1．基本时间t基。它是直接用于改变工件尺寸、形状和表面质量所需要的时间。对切削加工，t基就是切除余量所需要的时间，包括切削时间和刀具的切入、切出时间。2．辅助时间t辅。指在每个工序中，工人为完成工作而进行的各种辅助动作所需要的时间。包括装卸工件、开停机床、改变切削用量、测量工件等所需要的时间。基本时间与辅助时间之和称为工序操作时间。3．工作地点服务时间t服。指工人在工作班内照管工作地点和为保持正常工作状态所需要的时间。它包括调整和更换刀具、修整砂轮、润滑及擦拭机床，清除切屑等所需的时间。一般按工序操作时间的α％(约2％～7％)来估算。4．休息和自然需要时间t休。指在工作班内所允许的必要的休息和生理需要时间。可按操作时间的β％（一般取2％）估算。

上述四部分时间的总和即为单件时间

5．准备终结时间t准终。指加工一批零件开始时熟悉工艺文件、领取毛坯、安装刀具和夹具、调整机床以及在加工一批零件终结后所需拆下和归还工艺装备、发送成品等所消耗的时间。准备终结时间对一批零件只消耗一次。零件批量n越大，分摊到每个