第四章 机械加工工艺规程设计

第四章机械加工工艺规程设计第一节概述第二节工艺路线的制订第三节加工余量、工序尺寸及公差的确定第四节工艺尺寸链第五节时间定额和提高生产率的巩固已途径第六节工艺方案的比较与技术经济分析第七节数控加工工序第八节成组技术第九节计算机辅助工艺过程设计第一节概述机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。通常，机械加工工艺规程是用规定的表格或卡片等形式描述了某种具体生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法。机械加工工艺规程是指导机械零件生产的技术文件，而且是一切有关生产人员都应严格执行、认真贯彻的具有约束力文件。工艺规程是在总结实践经验的基础上，依据科学的理论和必要的工艺实验后制定的，反映了加工中的客观规律。经过审批确定下来的机械加工工艺规程，不得随意变更，若要修改与补充，则必须经过认真讨论和重新审批。1.机械加工工艺规程的作用机械工艺规程在指导生产上发挥重要作用，主要体现在如下几个方面：（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件机械加工工艺规程是指导现场生产的根据，所有从事机械零件生产的人员都要严格、认真地贯彻执行，用它指导生产可以实现优质、高产和低成本。（2）工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据在生产管理中，产品投产前原材料及毛坯的供应、通用工艺装备的准备、机床负荷调整、专用工艺装备设计制造、作业计划编排、劳动力的组织及生产成本核算等都要以工艺规程作为基本依据。工艺装备是指机械零件加工时所使用的刀具、夹具、量检具、模具等各种工具的总称。（3）工艺规程是新、扩建工厂或车间的基本资料在新建或扩建工厂、车间时，需要工艺规程才能准确地确定所需机床种类和数量，工厂或车间的面积，机床的平面布置，生产工人的工种、等级、数量，以及各辅助部门的安排。

2.制定机械加工工艺规程的原则通常，制定机械加工工艺规程应遵循如下原则：（1）机械加工工艺规程制定应保证零件设计图样上所有技术要求能够实现。在编制机械加工工艺规程时，如果发现设计图样上某一技术要求不适当，需向设计部门提出建议并与之协商，不可擅自修改设计图样或不按设计图样上的要求去做。（2）机械加工工艺规程制定应必须能满足生产纲领的要求。（3）在满足技术要求和生产纲领要求的前提下，所制定机械加工工艺规程应使生产成本最低。（4）机械加工工艺规程制定应注意减轻工人的劳动强度，保障生产安全。

3.制定机械加工工艺规程的原始资料制定机械加工工艺规程需要依据必要原始资料，主要包括如下几个方面：（1）产品的设计图（包括装配图、零件图及必要设计技术文件等）；（2）产品的验收质量标准；（3）产品的生产纲领和生产类型；（4）现有生产条件；（5）各种有关技术手册、标准及其它指导性文件资料。

4.制定机械加工工艺规程的过程与步骤机械加工工艺规程是指导生产的约束性技术文件，它的编制须按照一定的程序步骤，并包含特定内容。机械加工工艺规程制定过程与步骤大体如下：（1）机械加工工艺性审查

阅读机器产品设计图纸，了解机器产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在机器中的地位和作用。审查设计图纸的完整性、统一性；审查设计图纸的结构工艺性；审查图样标注的合理性；审查材料选用的合理性。（2）毛坯选择毛坯选择需要考虑零件的结构、作用、生产纲领，还必需注意零件毛坯制造的经济性和生产条件。（3）机械加工工艺路线拟定这是制订机械加工工艺规程的核心。其主要内容有：确定加工定位基准；确定工序划分采用工序集中原则还是工序分散原则；确定各加工表面的加工方法；将机械加工工艺过程划分为几个加工阶段；安排加工顺序以及安排热处理、检验和其它工序等。（4）工序设计为各工序选择机床及工艺装备，对需要改装或重新设计的专用工艺装备应提出具体设计任务书；确定零件加工过程中工序或工步的切削用量；依据图纸要求和工艺路线，确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差；绘制工序简图。依据图纸和技术要求，确定各主要工序的技术要求和检验方法。确定生产过程中各道工序的时间定额。（5）填写工艺文件依据规定工艺文件格式，填写工艺规程内容。包括对工艺规程审查和批准签字等内容。5.机械加工工艺规程形式机械加工工艺规程的详尽程度与生产类型、零件的设计精度、零件加工工艺过程的自动化程度、零件及工序的重要程度等有关。一般情况，采用普通加工方法的单件小批生产机械加工工艺设计，只需编制简单的机械加工工艺过程卡，工艺过程卡见表2.1。大批大量生产类型要求进行严密、细致的机械加工工艺设计工作，因此各工序都要编制工序卡，工序卡参见表2.2。对有调整要求的工序要编制调整卡，检验工序要编制检验卡。在批量生产零件的机械加工工艺设计中，依据生产组织管理的完备程度和产品的批量适当确定机械加工工艺规程的复杂程度。对于加工精度要求高的关键零件的关键工序，即使是普通加工方法的单件小批生产也应制定较详细的机械加工工艺规程(包括填写工序卡和检验卡等)，以确保产品质量。不论生产类型如何，数控加工工艺过程设计都必须编制详细的数控加工工艺文件，完成数控加工编程工作。第二节

工艺路线的制订拟定加工工艺路线主要包括确定定位基准，选择表面加工方法，划分加工阶段，安排加工顺序等工作。拟定加工工艺路线是工艺规程设计中的关键性工作。其结果会直接影响加工质量、加工效率、工人的劳动强度、生产成本等。对新建工厂将影响设备投资额度、车间面积大小等。拟定合理的工艺路线往往需要丰富的工程实际经验、较为扎实的机械加工工艺基础，需要掌握特定企业的设备数量、分布、技术指标以及设备状况等等现实条件因素，还需要掌握产品的生产类型等等。

一、定位基准的选择定位基准可分为粗基准和精基准两种。如果用作定位的零件表面是没有被机械加工过的毛坯表面，则称之为粗基准；如果用作定位基准的零件表面是经过机械加工的表面，则定位表面为精基准。机械零件往往有许多表面，但不是零件每个表面都适合作定位基准。定位基准选择需要遵循一定原则。1.粗基准选择的原则在机械加工工艺的过程中，第一道工序总是用粗基准定位。粗基准的选择对零件各加工表面加工余量的分配、保证不加工表面与加工表面间的尺寸、保证相互位置精度等均有很大的影响。如图所示套筒镗孔加工，粗基准可以选择外圆柱面，用三爪卡盘安装工件，参见图

(a)；也可以用内孔作粗基准，用四爪卡盘装夹工件，参见图

(b)。两种定位基准产生的加工效果是不同的。因此粗基准选择不是随意的，粗基准选择需要遵循如下原则：1)选择重要表面作为粗基准工件都有相对重要的表面。通常，为了控制重要表面处金相组织均匀，要求重要表面处机械加工金属去除量小且均匀，那么应优先选择该重要表面为粗基准。例如加工机床床身时，往往要以导轨面为粗基准，如图a所示，然后以加工好的机床底部作精基准，见图b，可以使导轨处金属去除量小，且导轨内部组织均匀。否则，如图c和d所示情况，机床导轨处金属去除量较大，可能导致导轨处金属去除量不均匀，而产生导轨内部金相组织差异较大，造成机床性能下降。

2)选择不加工表面作为粗基准为了保证加工表面与不加工表面之间的相互位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准。如图2.1所示套筒镗孔加工，如果外圆柱面是不加工面，应该用图2.1(a)以外圆柱面定位，保证壁厚均匀。

3)选择加工余量最小的表面为粗基准

若零件有多个表面需要加工，则应选择其中加工余量最小的表面作为粗基准，以保证零件各加工表面都有足够的加工余量。例如，图a所示零件，应选择其中加工余量最小的Φ95圆柱表面作为粗基准，见图b否则选用Φ68表面作为粗基准，导致Φ90表面加工余量不够，如图2.3(c)所示。4)选择定位可靠、装夹方便、面积较大的表面为粗基准粗基准应平整光洁，无分型面和冒口等缺陷，以便使工件定位可靠、装夹方便，减少加工劳动量。

5)粗基准在同一自由度方向上只能使用一次重复使用粗基准并重复进行装夹工件操作会产生较大的定位误差。2.精基准的选择原则精基准选择应着重保证加工精度，并使加工过程操作方便。选择精基准一般应遵循以下原则：1)基准重合的原则工艺人员尽量选用设计基准作为精基准，这样可以避免因基准不重合而引起的误差。第一章中工艺尺寸链应用例题计算结果说明了定位基准与设计基准不重合情况会大大压缩加工尺寸公差，造成制造困难，甚至无法加工。而测量基准与设计基准不重合则会大大压缩测量尺寸公差，造成假废品现象。特别强调，从机械加工工艺方面看，设计人员在设计零件图时，在关注零件的功能和要求外，亦应充分关注零件的加工制造等工艺方面的需要，合理选择设计基准。

2)基准统一原则工件加工过程中，尽量使用统一的基准做精基准，容易实现加工面之间具有高位置精度。例如轴类零件的表面常常是回转表面，常用顶尖孔作为统一基准，加工各个外圆表面，采用统一基准加工有助于保证各表面之间同轴度。箱体零件常用一平面和两个距离较远的孔作为精基准，加工该箱体上大多数表面。盘类零件常用一端面和一端孔为精基准完成各工序的加工。采用基准统一原则可避免基准变换产生的误差，提高工件加工精度，并简化夹具设计和制造。3)互为基准原则对于两个表面间相互位置精度要求很高，同时其自身尺寸与形状精度都要求很高的表面加工，常采用“互为基准、反复加工”原则。如图2.4所示连杆磨削工序，包含两个安装，两个安装的定位基准关系是互为基准。

4)自为基准原则当零件加工表面的加工精度要求很高，加工余量小而且均匀时，常常用加工表面本身作为定位基准。例如各种机床床身导轨面加工时，为保证导轨面上切除加工余量均匀，以导轨面本身找正和定位，磨削导轨面。

5)工件装夹方便，重复定位精度高用作定位的精基准应保证工件装夹稳定可靠，夹具结构简单，工件装夹操作方便，重复定位精度高。定位基准选定后，依据定位基准的几何特征、零件的结构以及加工表面情况，进一步可以确定工件的夹紧方式和夹紧位置。用表2.6中的定位与夹紧符号在工序简图上标记定位基准和夹紧位置。定位夹紧符号

二、工序的集中与分散工序集中与分散是拟定工艺路线的两个原则。工序集中就是通过拟定零件的工艺路线，使零件加工集中在较少的工序内完成。这样每道工序的加工内容多。工序分散就是通过拟定零件的工艺路线，使零件加工分散在较多的工序内进行。这样每道工序加工内容少。采用工序集中原则拟定工艺路线时，机械制造过程的特点如下：(1)采用柔性或多功能机械加工设备及工艺装备，生产率高；(2)工件装夹次数少，易于保证加工表面间位置精度，减少工序间运输量，缩短生产周期；(3)机床数量、操作工人数量和生产面积可以较少，从而简化生产组织和计划工作；(4)因采用柔性或多功能设备及工艺装备，所以投资大，设备调整复杂，生产准备工作量大，转换产品费时。

机械制造过程具有如下特点时，往往采用工序分散原则拟定工艺路线。(1)机械加工设备和工艺装备功能单一，调整维修方便，生产准备工作量小；(2)由于工序内容简单，可采用较合理的切削用量；(3)设备数量多，操作工人多，生产面积大；(4)对操作者技能要求低。工序集中与工序分散各有利弊，应根据生产类型、现有生产条件（机械加工设备类型、设备数量及分布）、工件结构特点和技术要求等进行综合分析后选用。即使采用通用机床和工艺装备，单件生产往往采用工序集中的原则；在具有加工中心等先进设备条件下，小批量生产可采用工序集中原则安排零件加工，以便简化生产组织工作。大批大量生产广泛采用专用机床时，采用工序分散的原则安排零件加工；当生产线中有加工中心、数控设备及先进工艺装备时，可部分采用工序集中原则安排零件加工。对于重型零件，工序应适当集中；对于刚性差、精度要求高的零件应适当分散其加工工序。

三、加工方法的确定任何复杂的表面都是由若干个简单的几何表面（外圆柱面、孔、平面或成形表面）组合而成的。零件加工的实质就是这些简单几何表面加工的组合。因此，在拟定零件的加工工艺路线时，首先要确定构成零件各个表面的加工方法。加工方法选择的基本原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。加工方法选择还应全面考虑下列各方面因素：1.经济性因素考虑经济因素后，加工方法的选择原则是所选加工方法的经济加工精度及表面粗糙度应满足被加工表面的质量要求。经济加工精度是在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人、不延长加工时间）所能保证的加工精度。随着生产技术的发展，工艺水平的提高，同一种加工方法能达到的经济加工精度和表面粗糙度也会不断提高。2.形位公差因素选择的加工方法要能保证加工表面的几何形状精度和表面相互位置精度要求。各种加工方法所能达到的几何形状精度和相互位置精度可参阅机械加工工艺手册或机械设计手册。3.热处理因素选择加工方法要与零件的加工性能、热处理状况相适应。当精加工硬度低、韧性较高的金属材料，如铝合金件时，通常不宜采用磨削加工，采用精车等。但是采用热处理工艺提高其硬度后，则可以采用磨削加工；普通非淬火钢件精加工可以采用精车和磨削，考虑生产率因素宜采用精车；而淬火钢、耐热钢等材料多用磨削进行精加工。4.生产率因素不同加工方法的生产率有所不同，所选择的加工方法要与生产类型相适应。大批量生产可采用生产效率高的机床和先进加工方法。如平面和内孔采用拉削加工，轴类零件可用半自动液压仿形车或数控车床。单件小批生产则普遍采用通用车床、通用工艺装备和一般的加工方法。5.工厂条件因素零件加工方法的选择要与工厂现有的生产条件相适应。不能脱离现有设备状况和工人技术水平，要充分利用现有设备，挖掘生产潜力。四、加工阶段的划分零件加工往往分阶段进行，其原因是机械加工过程中存在误差复映规律，需要分多次加工才可能得到较高加工质量；铸件或锻件往往具有内应力或平衡内应力。经过切削加工后，零件内应力平衡被打破，零件会产生变形而影响加工精度。分阶段加工（或中间加入时效处理）可以减少内应力对加工精度影响。另外，不同毛坯制造方法获得毛坯质量不同，需要划分加工阶段，分阶段去处金属和保证加工质量。

对于加工质量要求较高或结构比较复杂的零件，可将零件的整个工艺路线划分为如下几个阶段：(1)粗加工阶段

在粗加工阶段，机械加工主要任务是快速去除多余金属。因此粗加工采用大切削用量提高生产率。粗加工阶段还要加工出精基准，供下道工序加工定位使用。(2)半精加工阶段

半精加工阶段是过度阶段，主要任务是依据误差复映规律，采用多次加工，减少粗加工留下的误差，为主要表面的精加工做准备。并完成一些次要表面的加工。半精加工阶段通常安排在热处理前完成。(3)精加工阶段

在精加工阶段，机械加工的主要任务是保证零件各主要表面达到图样规定要求。实现手段是均匀切除少量加工余量。精加工阶段通常安排在热处理后进行。

(4)光整加工阶段

光整加工主要任务是提高零件表面粗糙度，它不用于纠正几何形状和相互位置误差。常用光整加工方法有镜面磨、研磨、珩磨、抛光等。当毛坯余量特别大时，可以在毛坯车间进行去皮加工，切除多余加工余量。并检查毛坯缺陷。加工阶段的划分应依据具体情况而定，不是必需的。对于那些刚性好、余量小、加工质量要求不高或内力影响不大的工件，可以不划分加工阶段或少划分加工阶段。如有些重型零件安装和搬运困难，亦可不划分加工阶段。对于加工精度要求极高的重要零件需要在划分加工阶段的基础上，适当插入的时效处理环节，消除残余应力影响。

分阶段进行零件加工的益处:(1)有益于保证加工质量粗加工时，切削余量大，切削力、切削热和夹紧力也大，切削加工难以达到较高精度。而且由于毛坯本身具有的内应力，粗加工后内应力将重新分布，工件会产生较大变形。划分加工阶段后，粗加工误差以及应力变形，通过半精加工和精加工可以逐步修正，从而提高零件的精度和表面质量。(2)有益于及时发现毛坯的缺陷粗加工阶段去除了零件加工表面的大部分余量。当发现有缺陷时，可及时作报废或修补处理，可避免对废品进行精加工产生浪费。(3)有益于合理使用设备粗加工阶段可采用功率大、效率高，而精度一般的设备；精加工阶段则采用精度高的精密机床。将零件加工划分加工阶段可发挥各类机床的效能，延长机床的使用寿命。(4)方便安排热处理工序安排

按阶段进行零件加工可在各阶段之间适当安排热处理工序。对于重要和精密零件，在粗加工后安排时效处理，可减少内应力对零件加工精度的影响；在半精加工后安排渗碳淬火处理，不仅容易达到零件的性能要求，而且热处理变形可通过精加工过程予以消除。(5)精加工工序安排在零件加工过程的最后有利于避免重要表面和精密表面受损伤。五、加工顺序的安排

机械零件常常有许多表面需要进行机械加工。零件各加工表面往往需要分阶段分批次逐步进行加工，其间需要安排热处理工序和检验工序等各种辅助工序。零件的加工顺序安排不是随意的，通常应遵循一些原则。

1．机械加工工序安排原则(1)先加工基准面原则

零件加工顺序安排应尽早加工用作精基准的表面，以便为后续加工提供可靠的高质量的定位基准。(2)先主要后次要原则

零件的主要表面是加工精度和表面质量要求较高的面，其加工过程往往较为复杂，工序数目多，且零件主要表面的加工质量对零件质量影响较大，因此安排加工顺序时应优先考虑零件主要表面加工；零件一些次要表面如孔、键槽等，可穿插在零件主要表面加工中间或其后进行。(3)先面后孔原则

零件机械加工顺序应先进行平面加工工序，后进行孔加工工序。如箱体、支架和连杆等工件，因平面轮廓平整，定位稳定可靠，应先加工平面，然后以平面定位加工孔和其它表面，这样容易保证平面和孔之间的相互位置精度。(4)先粗后精原则

零件加工顺序安排应先进行粗加工工序，后进行精加工工序。机械加工精度要求较高零件的主要表面应按照粗加工、半精加工、精加工、光整加工的顺序安排，使零件加工质量逐步提高。

2．热处理工序的安排(1)预备热处理安排

通常，退火与正火处理安排在粗加工之前进行；正火处理可以匀化金相组织，改善材料切削性。退火处理可以降低锻件硬度，提高材料切削性，去除冷、热加工的应力，细化匀化晶粒，使碳化物球化，提高冷加工性能。调质处理可以使零件具有在强度、硬度、塑性和韧性等方面普遍较好的综合机械性能。调质处理通常安排在粗加工后进行。(2)最终热处理安排

淬火、渗碳淬火等用于提高材料强度、表面硬度和耐磨性。它们通常被安排在半精加工之后和磨削加工之前。氮化处理可以获得更高的表面硬度和耐磨性，更高的疲劳强度。由于氮化层较薄，所以氮化后磨削余量不能太大，故一般将其安排在粗磨之后，精磨之前进行。通常氮化处理前应对零件进行调质处理和去内应力处理，消除内应力，减少氮化变形，改善加工性能。(3)时效处理安排

时效处理可以消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。若铸件毛坯零件精度要求一般，可在粗加工前或粗加工后进行一次时效处理。铸件毛坯零件精度要求较高时，可安排多次时效处理。(4)表面处理安排

零件的表面处理工序一般都安排在工艺过程的最后进行。表面处理包括表面金属镀层处理、表面磷化处理、表面发蓝、发黑处理、表面钝化处理、铝合金的阳极化处理等。3．检验工序安排检验工序分一般检验工序和特种检验工序，它们是工艺过程中必不可少的工序。一般检验工序通常安排在粗加工后、重要工序前后、转车间前后以及全部加工工序完成后。特种检验工序，如x射线和超声波探伤等无损伤工件内部质量检验，一般安排在工艺过程开始时进行。如磁力探伤、荧光探伤等检验工件表面质量的工序，通常安排在精加工阶段进行。壳体零件的密封性检验一般安排在粗加工阶段进行。零件的静平衡和动平衡检查等一般安排在工艺过程的最后进行。一、加工余量的拟定1.加工余量的概念

加工余量是指在加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度。加工余量可分为加工总余量和工序余量两种。

工序余量是相邻工序的工序尺寸之差。由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量大小不等，工序余量也是一个变动量。当工序尺寸用名义尺寸计算时，所得的加工余量称为基本余量或者公称余量。保证该工序加工表面的精度和质量所需切除的最小金属层厚度称为最小余量Zmin；该工序余量的最大值则称为最大余量Zmax。第三节加工余量、工序尺寸及公差的确定加工余量可以利用尺寸链理论计算。通常，加工余量形成过程是两道工序（或两次加工）之间的间接形成的，因此加工余量是封闭环，工序尺寸是组成环。机械加工过程总是去除金属的过程，可以建立尺寸链图，如图a所示，Z表示加工余量。内表面加工示意参见图bA是上道工序的工序尺寸B是本工序的工序尺寸；外表面加工示意参见图

c，A是本工序的工序尺寸，B是上道工序的工序尺寸。不论内表面还是外表面，工序余量和工序尺寸及公差的关系可统一写成如下形式。Z=B–AESZ=ESB-EIA

EIZ=EIB-ESATz=Ta+TbTa为内表面加工时，表示上道工序尺寸的公差；外表面加工时，表示本道工序尺寸的公差；Tb为内表面加工时，表示本道工序尺寸的公差；外表面加工时，表示上道工序尺寸的公差；Tz为本工序的余量公差。

Zmax

=Z+ESZ

Zmin

=Z+EIZ

工序余量有单边余量和双边余量之分。零件非对称结构的非对称表面，其加工余量一般为单边余量。例如单一平面的加工余量为单边余量，见图a。零件对称结构的对称表面，其加工余量为双边余量；如回转体表面（内、外圆柱表面）的加工余量为双边余量，如图b所示。

加工总余量是同一表面上毛坯尺寸与零件设计尺寸之差（即从加工表面上切除的金属层总厚度）。显然零件某表面加工总余量（Z总）等于该表面各个工序余量（Z1、Z2……Zn）之和，即Z总=Z1+Z2+……+Zn第一道工序的加工余量Z1就是粗加工的加工余量，其数值大小与毛坯制造方法有关。一般来说，毛坯的制造精度高，Z1可以小；若毛坯制造精度低，Z1需要大些。关于毛坯加工余量详细内容请查阅相关教材或手册。本课程着重分析和探讨机械加工余量的影响因素。

2．影响工序加工余量的因素工序加工余量的影响因素非常复杂。相比较，如下因素的作用较为明显：前道工序的表面粗糙度Ry和表面层缺陷层厚度Ha参见图2.7，前道工序的表面粗糙度Ry和表面层缺陷层厚度Ha都应在本工序内去除。(2)前道工序的尺寸公差Ta应将前道工序的尺寸公差Ta计入本工序加工余量。

(3)前道工序的形位误差ρa

工件形位误差如工件表面的弯曲、工件的空间位置误差等。形位误差ρa往往具有空间方向性，加工余量分析与计算时可以按照其矢量模计算。其原因是如果工件形位公差可以用目视观察获知，则需要增加矫直工序，矫直后残余形位误差应无法目测判断其方向性，工序余量计算按照前道工序的形位误差矢量模计算。

(4)本工序的安装误差εb

安装误差εb也具有空间方向性，加工余量分析与计算时也可以按照其矢量模计算。其原因是如果工件安装误差εb可以用目视观察获知其方向，则需要重新安装工件或找正处理，找正处理后残余安装误差应无法目测判断其方向性，工序余量计算按照本道工序的安装误差矢量模计算。综合上述分析结果，本工序的加工余量应为：对称余量：

Z≥2(Ry+Ha+|εb|+|ρa|)+Ta单边余量：

Z≥Ry+Ha+Ta+|εb|+|

ρa|3．加工余量的拟定加工余量的大小对零件的加工质量、生产率和生产成本均有较大影响。加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量、降低生产率，而且增加了材料、刀具和电力的消耗，提高了加工成本；加工余量过小往往会造成废品，往往不是加工余量不能消除前道工序的各种表面缺陷和误差，就是加工余量不能补偿本工序加工时工件的安装误差。因此，应合理地确定加工余量。确定加工余量的基本原则是：在保证工件加工质量的前提下，尽可能选用较小加工余量。实际工作中，确定工件加工余量的方法有以下三种：(1)查表法;(2)经验估计法；(3)分析计算法。(1)查表法查表法是根据有关切削加工手册或机械加工工艺手册提供的加工余量数据，或者依据工厂自身积累的经验数据，以查表的方式拟定的加工余量。查表法往往可以获知各种工序余量或加工总余量，亦可以结合实际加工企业情况，对查表数据作进一步修正，拟定合适加工余量。查表法操作方便、简单、实用。是目前应用较为广泛的方法。特别是对于机械加工经验尚不丰富的工艺人员，查表法拟定加工余量更显实用。平面或端面加工的一些加工余量经验数值参见表2.12。平面或端面加工余量与平面或端面大小有关。当加工平面长与宽不大于100mm时，加工余量取下限；当加工平面长大于500mm且宽大于200mm时取上限，其它情况酌减。平面或端面加工余量与平面或端面大小有关。当加工平面长与宽不大于100mm时，加工余量取下限；当加工平面长大于500mm且宽大于200mm时取上限，其它情况酌减。孔加工的一些加工余量经验数值参见表2.10。外圆加工的一些加工余量经验数值参见表2.11。外圆加工余量与外圆直径和工件长度有关。外圆直径小大于180mm且工件长度不超过200mm时，加工余量取下限；外圆直径超过180mm且工件长度超过400mm时，加工余量取上限；其它情况酌减。(2)经验估计法工艺人员根据自身积累的机械加工经验，确定加工余量的方法称为经验估计法。经验估计法最为快捷、方便。为了防止余量过小而产生废品，采用经验估计法确定的加工余量往往数值偏大。(3)分析计算法分析计算法是根据理论公式和试验资料，对影响加工余量的各因素进行分析、计算从而确定加工余量的方法。这种确定加工的方法较合理，但需要掌握完备和可靠的试验资料，加工余量计算也相对复杂。一般只在材料十分贵重或少数大批、大量生产的情况下采用。

二、工序尺寸及其公差的确定零件的设计尺寸一般都要经过多道工序加工才能得到，每道工序加工所应保证的尺寸称为工序尺寸。工序尺寸及偏差应标注在对应的工序卡的工序简图上，它们是零件加工和工序检验的依据。工序尺寸及偏差标注应符合“入体原则”。“入体原则”标注指的是内表面的工序尺寸公差取上偏差为零；外表面的工序尺寸公差取下偏差为零；而毛坯尺寸公差按双向布置上、下偏差。工序尺寸及偏差确定的基本原则：(1)满足零件加工质量要求；(2)毛坯制造方便，制造成本较低；(3)各工序加工方便，加工成本较低。机械加工过程中，工件的尺寸是不断变化的，由毛坯尺寸到工序尺寸，从上道工序尺寸到本道工序尺寸，然后到下道工序尺寸，最后达到满足零件性能要求的设计尺寸。工序尺寸及偏差确定的基本方法：(1)最后一道工序的工序尺寸及公差按零件图纸确定；(2)其余工序的工序尺寸及公差按工序加工方法的经济加工精度确定；(3)各工序的工序余量应当合理；(4)工序尺寸及公差确定过程是逐步推算的过程，推算方向是从最后一道工序向前依次推算。由于零件结构和尺寸关系可能非常复杂，实际工序尺寸及公差计算过程可能会较为繁琐，需要遵循一些计算方法和步骤。一般来说，如果某个工序尺寸在零件加工过程中工艺基准与设计基准是重合的，则工序尺寸及其公差的计算相对简单。当工艺基准与设计基准不重合时，工序尺寸及其公差的计算较为繁琐。

1．基准重合时工序尺寸及其公差的计算当工艺基准与设计基准重合时，工件表面多次加工的工序尺寸及其公差的计算是常见的工序尺寸计算问题。零件设计图纸可以确定最后一道工序的工序尺寸及公差。其余工序尺寸及其公差确定的基本方法如下：(1)按照各工序加工方法，确定工序的加工余量；(2)依据加工余量计算公式，从最后一道工序的工序尺寸开始，依次计算上一道工序的工序尺寸，直至零件毛坯尺寸。(3)按工序加工方法的经济加工精度，确定各中间工序的工序尺寸及公差；(4)按“入体原则”标注极限偏差。

例2.1某主轴箱体主轴孔的设计要求为Φ100H7，Ra=0.4μm。其加工工艺路线为：毛坯→粗镗→半精镗→精镗→浮动镗。试确定各工序尺寸及其公差。

解：从机械工艺手册查得各工序的加工余量和所能达到的精度，具体数值见表2.13中的第二、三列，计算结果见表2.13中的第四、五列。

2．基准不重合时工序尺寸及其公差的计算零件机械加工过程往往是复杂的过程，因此工序尺寸计算过程也往往较为复杂。当零件结构复杂且加工表面较多时，零件加工工序会很多，加工过程中往往会多次更换机械加工机床设备，进行多次安装工件，并更换定位基准。当零件加工精度较高时，尽管零件结构不很复杂，其加工过程经常也会有很多工序，加工过程中常常会使用不同定位基准和工序基准。由于基准转换致使工序基准、定位基准或测量基准与设计基准不重合时，工序尺寸及其公差的计算需要利用工艺尺寸链理论。第1章的尺寸链应用例题已经介绍了测量基准或定位基准与设计基准不重合时工序尺寸计算方法、热处理渗氮层控制工序尺寸计算方法；从未加工表面标注的工序尺寸计算方法。这里，用多尺寸同时保证情况工序尺寸设计方法和尺寸跟踪图工序尺寸计算方法作为例题进一步介绍工序尺寸计算方法。

1)多尺寸同时保证情况工序尺寸计算方法多尺寸同时保证问题是工序设计时经常遇到的问题。例2.2如图所示零件中，尺寸12-0.02、8+0.4和27+0.1都是以端面A为基准。但是由于A面加工质量要求高，需要磨削加工，并且需要安排在最后工序进行。因此，以D面定位磨削A时，磨削加工需要同时保证上面三个零件尺寸符合精度要求。要求通过尺寸链计算，设计磨削加工前加工A表面、加工B表面和加工C表面的工序尺寸A1、B1和C1。问题分析：由于磨削加工，只能控制一个尺寸，那么选择磨削加工控制精度最高的尺寸。依据精度要求最高的表面机械加工的尺寸链确定磨削加工余量。由于磨削加工同时加工三个尺寸的共同基准，该磨削余量同时是另外两个工序尺寸的加工余量。B表面加工和C表面加工工序尺寸计算时，控制尺寸是封闭环，工序余量是已知组成环，尺寸链可解。解：工序尺寸间的关系见图b。A0=12-0.02,B0=8+0.4,C0=27+0.1，Z是磨削余量。①工序尺寸Z计算：工序尺寸A0、A1与工序余量Z构成尺寸链，见图c，工序尺寸Z为封闭环，工序尺寸A0已知。初步拟定Z=0.3mm，则可依据尺寸链理论拟定A1基本尺寸12.3mm。按经济加工精度确定A1=12.3-0.04。

依据尺寸链理论计算如下。，代入数值，，解得，代入数值，，解得，代入数值，，解得故，A1=12.3-0.04。②工序尺寸B1计算：工序尺寸B0、B1与工序余量Z构成尺寸链，见图d，工序尺寸B0为封闭环，工序余量Z已知工序尺寸B0已知。依据尺寸链理论计算如下。，代入数值，，解得，代入数值，，解得，代入数值，，解得则，工序尺寸③工序尺寸C1计算：工序尺寸C0、C1与工序余量Z构成尺寸链，见图e，工序尺寸C0为封闭环，工序余量Z和工序尺寸C0已知。依据尺寸链理论计算如下。，代入数值，，解得，代入数值，，解得，代入数值，，解得则，工序尺寸

2）尺寸跟踪图方法当零件结构复杂或工序数目较多时，工序尺寸常常相互关联，工序尺寸分析计算显得错综复杂。遇到工序尺寸计算较为复杂的情况，可以用尺寸跟踪图方法理清尺寸关系，求解工序尺寸。

尺寸跟踪图法是一种有效的工序尺寸分析计算方法。

例2.2套筒零件(略去与轴向加工面无关的尺寸)如上图所示，零件轴向表面加工工艺过程如下，要求确定轴向端面加工各工序的工序尺寸及其公差。工序1：以D面定位基准，粗车A面；然后以A面作为工序基准，粗车C面。工序2：以A面定位基准，粗车和半精车B面；然后以A面作为工序基准，粗车D面。工序3：以B面定位基准，精车A面；然后以A面作为工序基准，精车C面。工序4：以A面作为定位基准，磨削B面。

问题分析：图示零件轴向表面加工中，出现了多次基准变换。工序1中，A面加工以D面作为工序基准，C面加工以A面作为工序基准；工序2中和工序4中各面加工都是以A面作为工序基准；工序3中，A面加工以B面作为工序基准，C面加工以A面作为工序基准。图2.9零件轴向表面加工中，既有外表面加工，亦有内表面加工。重要表面还要分阶段进行加工。图2.9零件加工具有一定代表性。尽管图2.9零件轴向设计尺寸只有三个。由于加工表面需要多次加工和需要基准变换，工序尺寸分析计算具有一定复杂性。为清晰起见，可以绘制尺寸跟踪图，描述工序尺寸及工序余量之间的相互关系，方便工序尺寸分析计算。解：套筒零件毛坯(略去轴向加工面无关尺寸)如图2.10所示。尺寸跟踪图绘制使用图示符号尺寸跟踪图绘制过程如下。(1)绘制尺寸跟踪图表的表格，如图2.11所示。(2)绘制被加工零件简图于尺寸跟踪图表的表格上部，并用符号标注各个加工表面。(3)依据零件加工工艺过程，严格按工序次序逐步绘制工序尺寸及工序余量，不得变更次序。绘制尺寸跟踪图时，使用图2.11中给出的图例符号。工序之间用表格横线分开。①工序1尺寸绘制。标注D表面作定位基准。以D表面作为工序基准加工A表面，绘制两个工序尺寸A1和工序余量Z3；以加工后的A表面作为工序基准加工C表面，绘制工序尺寸A2和工序余量Z2

②工序2尺寸绘制。标注A表面作定位基准。以A表面作为工序基准加工B表面，绘制两个工序尺寸A3和工序余量Z1；以加工后的A表面作为工序基准加工D表面，绘制工序尺寸A4和工序余量Z4③工序3尺寸绘制。标注B表面作定位基准。以B表面作为工序基准加工A表面，绘制两个工序尺寸A5和工序余量Z5；以加工后的A表面作为工序基准加工C表面，绘制工序尺寸A6和工序余量Z6④工序4尺寸绘制。标注A表面作定位基准。以A表面作为工序基准加工B表面，绘制两个工序尺寸A7和工序余量Z7

⑤绘制设计尺寸。绘制完全部相关加工工序的工序尺寸，另起一行表格绘制设计尺寸，使用设计尺寸符号。将设计尺寸写成对称公差形式，A8=9.95±0.05，A9=80.1±0.3，A10=99.7±0.3⑥绘制毛坯尺寸。最后在尺寸跟踪图表上绘制毛坯尺寸

工序尺寸计算分析过程：工序尺寸的确定顺序按加工工艺过程的逆向次序逐步进行，亦即按照尺寸跟踪图表由下至上的顺序依次进行。

①工序尺寸A7计算工序尺寸A7与设计尺寸A8相同，故A7=9.95±0.05②工序余量Z7计算

②工序余量Z7计算

图2.12，其中工序余量Z7为封闭环，工序尺寸A7已知。初步拟定Z7=0.15mm，则可依据尺寸链理论拟定A5基本尺寸10.1。按经济加工精度确定A5=10.1±0.05。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z7min=10.05-10.0=0.05<0.08(最小工序余量的经验数值)，不合适，需要修改初步拟定工序余量数值，适当增大工序余量。重新拟定Z7=0.2mm，则可依据尺寸链理论拟定A5基本尺寸10.15

。按经济加工精度确定A5=10.15±0.05。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z7min=10.15-10.0=0.10>0.08(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定Z7=0.2mm，A5=

10.15±0.05③工序尺寸A3和工序余量Z5计算

工序尺寸A3和工序余量Z5计算

图2.13，其中工序余量Z5为封闭环，工序尺寸A5已知。初步拟定Z5=0.5mm，则可依据尺寸链理论拟定A5基本尺寸10.65。按经济加工精度确定A3=10.65±0.05。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z7min=10.60-10.20=0.40>0.3(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定Z5=0.5±0.1

，A3=

10.65±0.05④工序尺寸A6计算。工序尺寸A6与设计尺寸A9相同，故A6=80.1±0.1。

⑤工序余量Z6计算工序余量Z6计算图2.14，其中工序余量Z6为封闭环，工序尺寸A6和工序余量Z5已知。初步拟定Z6=0.8mm，则可依据尺寸链理论拟定A2基本尺寸79.8。按经济加工精度确定A2=79.8±0.2。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z6min=80+0.6-80.2=0.4>0.3(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定Z6=0.8±0.4

，A2=

79.8±0.2⑥工序尺寸A4计算

工序尺寸A4计算

图2.15，其中工序余量Z10为封闭环，工序余量Z5已知。则可依据尺寸链理论A4=

100.2±0.2⑦工序尺寸A1计算

工序尺寸A1计算

图2.16，其中工序余量Z4为封闭环，工序尺寸A4已知。初步拟定Z4=2mm，则可依据尺寸链理论拟定A1基本尺寸102.2。按经济加工精度确定A1=102.2±0.3。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z4min=101.9-100.4=1.5>1.2(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定Z4=2±0.5，A1=

102.2±0.3毛坯尺寸计算①毛坯尺寸B1计算

毛坯尺寸B1计算

图2.17，其中工序余量Z5为封闭环，工序尺寸A1已知。初步拟定Z1=2mm，则可依据尺寸链理论拟定B1基本尺寸104.2。按经济加工精度确定B1公差为2，故圆整B1=104±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z1min=103-102.5=0.5<1.2(最小工序余量的经验数值)，不合适，需要修改初步拟定工序余量数值，适当增大工序余量

重新拟定Z1=2.5mm，则可依据尺寸链理论拟定B1基本尺寸104.7。按经济加工精度确定B1公差为2，故圆整B1=105±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z1min=104-102.5=1.5>1.2(最小工序余量的经验数值)，合适，利用尺寸理论计算Z1=，则确定Z1=、B1=105±1

②毛坯尺寸B2计算

毛坯尺寸B2计算图2.18，其中工序余量Z2为封闭环，工序尺寸A2和工序余量Z1已知。初步拟定Z2=3mm，则可依据尺寸链理论拟定B2基本尺寸78.6。按经济加工精度确定B2公差为2则，

B2=78±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z2min=1.5+79.6-79=2.1>1.2(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定B2=

78±1③毛坯尺寸B3计算

毛坯尺寸B3计算图2.19，其中工序余量Z3为封闭环，工序尺寸A3和工序余量Z1已知。初步拟定Z2=3.5mm，则可依据尺寸链理论拟定B3基本尺寸16.95。按经济加工精度确定B3公差为2则，B3=17±1。利用尺寸链理论验算工序余量最小值Z2min=16-4.1-10.7=1.2(最小工序余量的经验数值)，合适，则确定B1=

17±1整理计算数据，将工序尺寸按入体原则标注，见表1.14。

在工序卡上，需要用图示方式，简洁标明工件装夹方式、加工质量要求等。一般地，工序简图主要包括如下内容：(1)零件结构图示；(2)用表中符号标明定位基准、夹紧位置等；(3)用加粗线条，突出标明本工序的加工表面轮廓；(4)标明本工序的工序尺寸及公差、形位公差、表面粗糙度等；汽车减速器螺旋伞齿轮加工过程中，磨内孔和端面的工序简图

第四节工艺尺寸链尺寸链的定义及特点在机器装配或零件加工过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组合，称为尺寸链。如图4-41所示，普通车床的主轴中心与尾座孔的中心应当等高，按机床有关标准规定：允许尾座孔中心略高于主轴中心，但最大不得超过0.02mm。由图可知，构成普通车床中心高的几个主要尺寸有：主轴中心高A1、垫板厚度A2、尾座底面到尾座孔中心高A3，以及装配后自然形成的尺寸A0

，它们之间存在着这样的关系这种由装配尺寸A1、A2、A3及A0首位相连形成的封闭尺寸组合，称为装配尺寸链。返回下一页对于具体零件来说，加工过程中形成的各尺寸也存在上述关系。例如图4-12所示零件的加工过程为：1）以面Ⅰ为基准，按尺寸A1加工面Ⅲ；2）再以面Ⅰ为基准，按尺寸A2加工面Ⅱ；3）最后自然形成尺寸A0。它们之间的关系为：这种由加工尺寸A1、A2及A0首位相连形成的封闭尺寸组合，称为加工尺寸链。加工尺寸链又称为零件工艺尺寸链。在进行尺寸链分析和计算时，往往不画出零件或机器的具体结构图，而是采用一种简单的尺寸关系图进行表示，这叫尺寸链图。如图4-11所示的车床装配尺寸链，可以采用图4-13的尺寸链图表示。返回上一页下一页在尺寸链中，所有尺寸全都在一个零件上的，称为零件尺寸链，如图4-12所示；若这些尺寸不都在同一个零件上，则称为装配尺寸链，如图4-43所示。尺寸链的特点为：（1）尺寸链的封闭性，即必须由一系列互相关联的尺寸排列成为封闭的形式；（2）尺寸链的制约性，即某一尺寸的变化将影响其他尺寸的变化。返回上一页下一页尺寸链的基本术语及其分类1.基本术语（1）环：列入尺寸链中的每一个尺寸，称为环。环可分为封闭环和组成环。（2）封闭环：尺寸链中，在装配过程或加工过程中最后自然形成的那个尺寸称为封闭环。封闭环是尺寸链中最后自动生成的尺寸，它的实际尺寸受尺寸链其他各环的影响和制约。在图样上，封闭环的尺寸符号右下角加注角标“0”表示，如图4-11、图4-12、图4-13中的尺寸。（3）组成环：尺寸链中除封闭环外的其他环，均称为组成环!组成环中任一环的变动，必然引起封闭环的变动。在图样上，组成环的尺寸符号右下角应加注阿拉伯数字角标，数字表示各组成环的序号，如图4-11、图4-12、图4-13中的尺寸A1、A2、A3等。返回上一页下一页根据组成环对封闭环的影响，还可将组成环分为增环和减环。1）增环：在其他组成环不变的条件下，若某一组成环的变动引起封闭环的同向变动，则该组成环称为增环，如图4-13中的尺寸A2、A3

。2）减环：在其他组成环不变的条件下，若由于某一组成环的变动引起封闭环的反向变动，则该组成环称为减环，如图4-13中的A1。（4）补偿环：在尺寸链中预先选定的某一组成环，可以通过改变其大小或位置使封闭环达到规定要求，具有这种功能的组成环称为补偿环。返回上一页下一页（5）传递系数：表示各组成环对封闭环影响大小的系数，称为传递系数，用ξi表示。若封闭环L0与各组成环Li的关系为L0=f(Li)，则传递系数式中，为对封闭环误差影响的变动量；为组成环的误差变动量。对于增环，传递系数的符号为正，即ξi>0；对于减环，传递系数的符号为负，即ξi<0。返回上一页下一页2.尺寸链的分类尺寸链可以按下述特征分类。（1）按应用范围分：1）装配尺寸链—全部组成环为不同零件设计尺寸所形成的尺寸链。2）零件尺寸链—全部组成环为同一零件设计尺寸所形成的尺寸链。3）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。设计尺寸指零件图上标注的尺寸；工艺尺寸指工序尺寸、定位尺寸与基准尺寸。装配尺寸链与零件尺寸链，又统称为设计尺寸链。（2）按各环在空间的位置分：1）直线尺寸链—全部组成环平行于封闭环的尺寸链。如图4-12、图4-13所示。返回上一页下一页图4-11

车床主轴中心和尾座孔中心等高尺寸链返回图4-12

零件工艺尺寸链返回图4-13

尺寸链图返回2）平面尺寸链—全部组成环位于一个或几个平行平面内，但某些组成环不平行于封闭环的尺寸链。3）空间尺寸链—组成环位于几个不平行平面内的尺寸链。空间尺寸链和平面尺寸链可用投影法分解为直线尺寸链，然后按直线尺寸链分析计算。（3）按尺寸链组合形式分：1）并联尺寸链—两个尺寸链具有一个或几个公共环，即为并联尺寸链。2）串联尺寸链—两个尺寸链之间有一个公共基准面，即为串联尺寸链。3）混合尺寸链—由并联尺寸链和串联尺寸链混合组成的尺寸链为混合尺寸链。返回上一页下一页（4）按几何特征分：1）长度尺寸链—全部组成环均为长度尺寸的尺寸链。2）角度尺寸链—全部组成环均为角度尺寸的尺寸链。角度尺寸链常用于分析或计算机械结构中有关零件要素的位置精度，如平行度、垂直度、同轴度等。如图4-14(a)所示，为了保证滑动轴承座孔的端面对支承底面B的垂直度要求（A0），在图上标注孔的轴线与支承座底面B的平行度要求（A1=0.01mm），以及标注孔的端面对孔轴线的垂直度要求（A2=0.05mm），从而构成一个角度尺寸链，如图4-14(b)所示。返回上一页图4-14

滑动轴承座位置公差构成的角度尺寸链(a)图样标注；(b)尺寸链图返回第五节时间定额与提高生产率的工艺途径制订工艺规程的根本任务在于保证产品质量的前提下，提高劳动生产率和降低成本，即做到高产、优质、低消耗。要达到这一目的，制订工艺规程时，还必须对工艺过程认真开展技术经济分析，有效地采取提高机械加工生产率的工艺措施。时间定额机械加工生产率是指工人在单位时间内内的合格产品的数量，或者指制造单件产品所消耗的劳动时间。它是劳动生产率的指标。时间定额是指在一定的生产条件下，规定每个工人完成单件合格产品或某项工作所必需的时间。

完成零件一道工序的时间定额称为单件时间。它由下列部分组成：基本时间（Tb）辅助时间（Ta）布置工作场地时间（Tsw）生理和自然需要时间（Tr）准备与终结时间（Te）Tc=Tp+Te／n=Tb+Ta+Tsw+Tr+Te／n

时间定额由以下几部分组成：

1.基本时间Tj

基本时间是直接改变工件的尺寸、形状及性质的时间。对切削加工来说，就是切除余量所消耗的时间，还包括刀具的切入和切出时间在内。基本时间可根据切削用量等计算确定。2.辅助时间Tf

辅助时间是指在各个工序中为了保证基本工艺工作所需要做的各种辅助动作的时间。它包括装卸工件、开停机床、改变切削用量、进退刀具、测量工件等时间。辅助时间可通过查阅相关资料、估算或按基本时间的百分比来确定。

3.工作地点服务时间Tfw

工作地点服务时间，是指工人照管工作地点、保证工作状态所消耗的时间。它包括在加工过程中调整刀具、修整砂轮、润滑及擦拭机床、清理切削、刃磨刀具等时间。工作地点服务时间，一般可按基本时间与辅助时间之和的百分比α来计算，可取α≈（2~7%）（Tj+Tf）。4.休息与自然需要时间Txz

这是指操作工人所必需的休息和自然需要的时间，一般可按基本时间与辅助时间之和的百分比β来计算，可取β≈2%（Tj+

Tf）。

5.准备终结时间Tzz

在成批生产时，结束上一批零件和准备下一批零件的生产而消耗的时间。它包括加工一批工件开始时熟悉工艺文件、领取毛坯材料、安装刀具和夹具、调整机床等方面的时间；加工一批工件结束时，拆卸和归还工艺装备、发送成品等时间。加工一个零件的时间定额可由下式确定：

Tdj=Tj+Tf+Tfw+Txt+（Tzz/N）

式中：N——零件批量（件）。对于单件生产，式（5—1）中的Tzz可忽略不计。对于大量生产，式（5—1）中的N可认为趋于无穷大。

提高机械加工生产率的工艺措施劳动生产率是一个综合技术经济指标，它与产品设计、生产组织、生产管理和工艺设计都有密切关系。

缩短基本时间提高切削用量减少或重合切削行程长度采用多件加工缩短辅助时间采用先进高效的机床夹具采用多工位连续加工采用主动测量或数字显示自动测量装置采用两个相同夹具交替工作的方法

缩短布置工作场地时间缩短与准备终结时间

工艺过程的技术经济分析生产成本和工艺成本制造一个零件或一件产品所必需的一切费用的总和，称为该零件或产品的生产成本。只需分析、评价与工艺过程直接相关的生产费用，即所谓工艺成本。不同工艺方案的经济性比较

第六节工艺方案的比较与技术经济分析

对于任何产品的工艺过程，通常应制订出几套不同的、能够保证加工质量和生产率要求的工艺方案，最后，以经济性评比来决定它们的取舍。经济性评比可以对整个工艺过程来进行，也可以针对某个或几个工序来进行。如果两个工艺过程截然不同，则应进行全面的分析比较。如果只是个别工序不同，则对不同的工序进行分析比较，最后选择较为经济的方案。

一、

工艺成本制造一个零件所必需的一切费用的总和，称为零件的生产成本。生产成本中有一部分是与工艺过程有关的，称为工艺成本；另一部分则与工艺过程无关，例如行政总务人员的工资及办公费用、厂房折旧和维持费用等。在工艺方案的经济性评比中，只考虑生产成本中的工艺成本这一部分。工艺成本由以下两种费用组成：

1.

可变费用V（元/件）可变费用是指与零件产量直接有关的费用。如毛坯材料和制造的费用，操作工人的工资和奖金，通用机床和通用夹具的折旧费和维修费，通用刀具的折旧费及维持费，加工消耗的电费等。

2.

不变费用S（元）不变费用是指与零件年产量无直接关系的费用，如专用机床和专用夹具的折旧和维修费，专用刀具的折旧费，机床调整工人的工资等。若零件的全年产量为N（件），则全年工艺成本C可由下式确定：

C=VN+S（元）（5—2）单个零件的工艺成本Cd为：

Cd=V+S/N（元）

（5—3）

二、工艺方案的经济性评比设有两套可行的工艺方案，方案1的全年工艺成本为C1，方案2的全年工艺成本为C2，则：

C1=V1N+S1C2=V2N+S2

在对两套不同的工艺方案进行经济性评比时，需区分下列两种不同的情况：1.两套工艺方案的基本投资基本接近试K为工艺方案的基本投资费用，若两套工艺方案的基本投资接近，即K1≈K2，则可直接以工艺成本进行比较。如图5—2所示为两套工艺方案与年产量的关系。在图中，两直

线交于Ck点，此处所对应的年产量为Nk，当年产量N＜Nk时，应选方案2，当年产量N＞

Nk时，应选方案1。2.两套工艺方案的基本投资差额较大当两套工艺方案的基本投资差额较大时，必须考虑两套方案的基本投资差额及工艺成本差额的大小。例如，方案1采用价格较为昂贵的高效机床及工艺装备，基本投资K1大，但工艺成本C1较低，方案2采用价格便宜的设备，基本投资K2小，但工艺成本C2高，即：K1

＞

K2，C1

＜

C2，在这种情况下进行经济性评比，就不能只考虑工艺成本，而要同时考虑基本投资差额。这时，可通过回收期来进行判别。回收期是指，采用基本投资大的工艺方案时，由于其工艺成本的降低而将多投资的费用收回来的时间。回收期：

T=（K1-K2）/（C2-C1）（年）（5—4）

当回收期T满足下列三个条件时，可采用方案1（基本投资大，工艺成本低的方案）。（1）T应小于基本投资设备的使用年限，（2）T应小于该产品预定生产的年限，（3）T应小于国家规定的标准。如，新夹具的回收期限为2—3年，新机床的回收期限为4~6年。

若不满足上述条件，则应选择方案2（基本投资少，工艺成本高的方案）。

第七节

数控加工工序数控加工是使用数控机床作为加工手段进行的零件加工。采用数控加工方式加工零件的工作、方法、技术和经验等总和称为数控加工工艺。数控加工工艺过程是利用数控加工手段，直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面形状等使其成为成品或半成品的过程。在机械加工工艺基本理论上，数控机床加工工艺与普通机床加工工艺是相同的。由于数控加工的全过程是机床在数控加工程序控制下自动完成的，因而数控加工工艺有其特殊性。特殊性突出表现如下三个方面：(1)工序划分高度集中

数控加工设备是高度自动化程度的加工设备，具有一定的加工柔性，非常适合采用工序集中原则编排加工工序。例如，加工中心采用机械手换刀，可以在一台设备上完成铣削、镗削、车削、攻螺纹等多种加工。而普通机床功能相对较为单一，更适合采用较为分散的工序安排。(2)数控工序内容复杂

与普通机床相比，数控机床价格贵、精度高，使用费也高，故常安排其进行复杂工序加工或普通机床无法完成的加工。(3)数控加工工步安排详尽

数控机床完全按照加工程序工作，因此工艺设计需要详细安排工步内容，确定对刀点、换刀点及加工路线等，并将其编入数控加工程序。而普通机械加工工序内工步内容往往允许操作者灵活掌握。

对比普通机械加工工艺设计，简明概括数控加工工艺设计。1.数控加工工艺设计步骤数控工艺设计大体分为如下几步：(1)原始资料准备；(2)数控加工工艺分析；(3)数控工艺方案确定；(4)数控机床、刀具及夹具选择；(5)确定加工参数及加工路线；(6)数控加工程序编制；(7)数控程序调试、加工模拟及修正；(8)编写技术文件。

2.数控加工工艺设计原始资料除了具有编制普通机械加工的原始资料之外，数控工艺规程编制还应具备针对现有数控设备的资料。例如数控机床说明书；编程手册；切削用量表；标准工具；夹具手册。3.数控加工零件工艺分析数控加工零件工艺分析首要问题是分析判断被加工对象是否可以在一台数控机床上完成全部加工工作。如若不能，则需要确定数控加工内容和加工使用的具体数控机床，即确定数控加工工序。其后可以针对加工设备开展工件数控加工工艺分析。数控加工工艺性审查涉及面很广，但从数控加工的可能性和方便性两方面来看，数控加工工艺审查有如下要求：1）零件图样标注应便于数控编程(1)零件图上尺寸标注应符合数控加工的特点在数控加工零件图上，应以同一基准标注尺寸。在不得已情况下，可将局部的分散标注法改为同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种尺寸标注方法容易使设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置等具有一致性，也方便编制加工程序。(2)构成零件轮廓的几何要素的应充分手工编程往往需要计算基点或节点坐标。自动编程则要对构成零件轮廓的所有几何要素进行定义。因此在分析零件图工艺性时，要分析几何要素是否充分。2）零件结构设计应符合数控加工的特点

(1)零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。以便减少刀具规格和换刀次数，方便编程，有益于提高生产效益。(2)内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等都有关系。(3)零件铣削底平面时，槽底圆角半径不应过大。(4)零件结构设计应便于采用统一的定位基准，确保两次装夹加工后其相对位置的准确性。4.数控加工工艺路线拟定1）数控加工定位安装数控加工普遍使用专用夹具装夹工件，数控加工的定位安装应遵循如下基本原则：(1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一。(2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。(3)避免采用人工调整式定位安装方案。2）数控机床的选用选用数控机床的目标首先是要保证零件加工精度要求，加工出合格的产品。其次是有利于提高生产率，还要尽可能降低生产成本。数控机床选用主要是实现机床与加工任务的匹配。实现机床合理选用，除了考虑机床技术参数和功能外，还需要考虑加工对象的材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理情况等等因素。

3）数控加工方法的选择数控加工方法的选择主要依据数控设备加工能力、加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求选择数控加工方法。兼顾加工过程的生产率和经济性指标，也要考虑工厂的设备及工作量分配情况。

4）数控加工工序划分普通机械加工顺序安排原则对数控加工同样适用，只是由于数控加工内容往往比较复杂，工序和工步的划分和安排需要更为详尽。除了可以与普通机械加工一样以粗、精加工划分工序外，数控加工工序的划分还有具有明显数控加工的特点的方法。

根据数控加工的特点，数控加工工序的划分方法如下：(1)以一次工件安装作为一道工序这种工序划分适合于加工内容较少的工件，每道工序加工完后就能达到待检状态。(2)以一把刀具可以完成的加工内容作为一道工序有些工件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。(3)以加工部位划分工序

对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。5）数控加工工步划分数控加工工序设计较普通机械加工工序设计更为详细，数控工序内往往划分工步，工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。下面以加工中心为例来说明工步划分的原则：(1)同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或将全部加工表面按先粗后精加工分开进行。(2)对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。按此方法