第3章加工工艺规程制定与工艺尺寸链

第三章机械加工工艺规程的制订和工艺尺寸链本章学习目标1．了解工艺规程制定的原则与步骤2．掌握工件定位基准的选择及其定位3．掌握工序加工余量和工序尺寸的确定方法4.掌握典型工艺尺寸链的解算方法第一节机械加工工艺规程概述零件加工工艺流程、零件加工工序内容、切削用量、工时定额、各工序所采用的设备和工艺装备一、工艺规程的概念包括：规定产品或零件制造工艺过程和操作方法的工艺文件。

切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量。

工时定额是生产单位产品或完成一定工作量所规定的时间消耗量。如对车工加工一个零件、装配工组装一个部件或一个产品所规定的时间。工艺流程指工业品生产中，从原料到制成成品各项工序安排的程序。

二、工艺规程的作用2、是生产组织和生产准备工作的基本依据大批大量生产，工艺规程比较详细；单件小批生产，工艺规程较简单。无论生产规模大小，都必须有工艺规程，否则生产调度、技术准备、关键技术研究、器材配置等都无法安排，生产将陷入混乱。3、是新建和扩建工厂（车间）的技术依据生产计划的制订、原材料的采购、工艺装备的设计、制造与采购、机床负荷的调整、作业计划的编排、劳动力的组织、工时定额的制订、成本的核算等生产所需要的机床和其它设备的种类、数量和规格，车间的面积、机床的布置、生产工人的工种、技术等级及数量、辅助部门的安排等1、是指导生产的主要技术文件，是指挥现场生产的依据

三、制订工艺规程的原则优质、高产和低成本，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。1、技术上的先进性

在制定工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展，通过必要的工艺试验，尽可能采用先进适用的工艺和工艺装备。2、经济上的合理性

在一定的生产条件下，可能会出现几种能够保证零件技术要求的工艺方案。此时应通过成本核算或相互对比，选择经济上最合理的方案，使产品生产成本最低。3、良好的劳动条件及避免环境污染

在制订工艺规程时，要注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。因此，在工艺方案上要尽量采取机械化或自动化措施，以减轻工人繁重的体力劳动。同时，要避免环境污染。产品质量、生产率和经济性这三个方面有时相互矛盾，因此，合理的工艺规程应该处理好这些矛盾，体现这三者的统一。四、制订工艺规程的原始资料1、产品全套装配图和零件图2、产品验收的质量标准3、产品的生产纲领4、毛坯资料5、本企业现有的生产条件6、国内外同类产品的新技术、新工艺及其发展前景等相关信息7、有关的工艺手册及图册五、工艺规程文件的格式将工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工依据的工艺文件。常用的工艺文件格式有下列几种：1、机械加工工艺过程卡片这种卡片以工序为单位，简要地列出了整个加工所经过的工艺路线（包括毛坯制造、机械加工和热处理等），它是制订其它工艺文件的基础，也是生产技术准备、编排作业计划和组织生产的依据。在这种卡片中，各工序的说明不够具体，故一般不能直接指导工人操作，而多作生产管理方面使用。但是，在单件小批生产中，由于通常不编制其它较详细的工艺文件，而是以这种卡片指导生产。2、机械加工工序卡片在机械加工工艺过程卡的基础上，按每道工序的工序内容所编制的一种工艺文件。更详细地说明整个零件各个工序的加工要求，是用来具体指导工人操作的工艺文件。在这种卡片上，要画出工序简图，注明该工序每个工步的内容、工艺参数、操作要求以及所用的设备和工艺装备。用于大批量生产的零件。工序简图上表示出被加工表面在该工序所达到的尺寸、公差和粗糙度及工件的安装方法。六、制订工艺规程的步骤1、熟悉和分析制订工艺规程的主要依据，计算生产纲领，确定生产类型；2、分析零件图及产品装配图，对零件结构进行工艺分析；3、拟定工艺路线；4、选择毛坯；首先明确零件在产品中的作用、地位和工作条件，并找出其主要的技术要求和规定它的依据，然后对零件图进行工艺审查。如果在审查过程中认为不合理或者是错误及遗漏，可提出修改意见。与零件的结构形状、尺寸大小、材料的机械性能和零件的生产类型及毛坯车间的具体生产条件有关。包括：定位基准面的选择；各表面的加工方法；加工阶段的划分；各表面的加工顺序；工序集中或分散的程度；热处理及检验工序的安排；其它辅助工序（如清洗、去毛刺、去磁、倒角}的安排等。10、填写工艺文件。9、确定各工序的技术要求及检验方法；8、确定各工序的设备、刀夹量具和辅助工具；7、确定切削用量和工时定额；6、确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差；5、选择定位基准；一、工艺规程的概念二、工艺规程的作用三、制订工艺规程的原则四、制订工艺规程的原始资料五、工艺规程的文件格式六、制订工艺规程的步骤小结第二节零件的结构工艺性分析（专题）零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。即零件的结构应方便于加工时工件的装夹、对刀、测量，可以提高切削效率等。良好的结构工艺性是指在现有工艺条件下既能方便制造，又有低的制造成本。结构工艺性不好会使加工困难，浪费材料和工时，有时甚至无法加工，所以应该对零件的结构进行工艺性审查，如发现零件结构不合理之处，应与有关设计人员一起分析，按规定手续对图样进行必要的修改及补充。第二节零件结构工艺性分析一、零件结构工艺性的概念二、合理标注零件的尺寸、公差和表面粗糙度1、按照加工顺序标注尺寸，避免多尺寸同时保证（避免封闭环）满足设计要求的尺寸标注直接影响装配精度，参照第七章。满足工艺要求的尺寸应满足一下三点。如图3-2a所示齿轮轴，端面A磨削加工后，可得尺寸45和165；端面B磨削加工后可得尺寸45、60和145，但两组尺寸中，都只能直接得到一个尺寸，其余尺寸需要通过换算得到，将增加零件的精度要求，工艺性不好。故改为b图标注方案。2、由定位基准或调整基准标注尺寸，避免基准不重合误差。图3-3a以左端面作为定位基准，轴向尺寸均以左端面为标注基准，当加工面距左端面较远不便测量时，可改为图b所示的某轴肩作为调整基准标注轴向尺寸。并标注尺寸L连接定位基准和调整基准。3、由形状简单和易接近的轮廓要素为基准标注尺寸，

避免尺寸换算如零件上轮廓要素是平面或圆柱面，则应从这些表面标注尺寸。如轮廓要素由一些复杂的不规则表面组成，则由孔的轴线为基准标注尺寸。如图3-4所示，可以避免尺寸换算，简化工艺装备，提高加工精度。尺寸公差、几何公差和表面粗糙度的标注，应根据零件的功能经济合理地决定。过高则增加加工难度与成本，过低则影响工作性能。三、零件要素的工艺性

1.各要素的形状应尽量简单，面积应尽量小，规格应尽量标准统一。

2.能采用普通设备与标准刀具进行加工，且刀具易进入、退出和顺利通过加工表面。

3.加工面与非加工面应明显分开，加工面之间也应明显分开。1.尽量采用标准件、通用件和相似件；2.有便于装夹的基准，如图3.5所示；3.有位置要求或同方向的表面能一次装夹中加工出来；4.零件要有足够的刚性，便于高速和多刀切削，如图3-6所示；5.节省材料，减轻质量。四、零件整体结构的工艺性零件是各尺寸、各要素组成的一个整体。因此对零件的整体结构的工艺性由以下五点要求。五、零件结构工艺性的评定指标以上属于根据生产经验做出的工艺结构定性分析，近年来，有关部门探讨与研究结构工艺性的定量分析，并推荐以下5项只要指标。

1.加工精度系数Kaｃ：2.结构继承性系数Ks：3.结构标准化系数Kst：4.结构要素统一化系数Ｋe：5.材料利用系数Km：

近年来，随着并行工程（CE）引入设计制造领域，产生了可制造性设计（DFM）和可装配性设计（DFA）新观点，通过产品优化设计技术，实现产品易于制造、装配以获得最低制造和装配成本的目的。毛坯的选择主要是确定毛坯的种类、制造方法和制造精度等级。毛坯的形状、尺寸越接近成品，切削余量就越小;但从加工成本考虑，切削余量越小，制造毛坯和余量加工的成本相对而言就越高。所以选择毛坯时应从制造毛坯和机械加工两方面来考虑。第三节确定毛坯一、毛坯的种类1、铸件铸件是指将熔融的金属浇入铸型，凝固后所得到的金属毛坯。适用于形状较复杂的零件毛坯。铸件的材料可以是铸铁、铸钢、铸造铜合金和铸造铝合金。2、锻件锻件指金属材料经过锻造变形而得到的毛坯。适用于力学性能高，材料又具有可锻性，形状比较简单的零件。生产批量大时，可用模锻代替自由锻。锻件材料一般为碳钢、合金钢和合金。3、型材主要通过热轧或冷拉而成。如各种热轧和冷拉的圆钢、板材、异型材等，适用于形状简单、尺寸变化不大的零件。4、焊接件焊接件是用焊接的方法将同种材料或不同种材料焊接在一起，从而获得的毛坯。如焊条电弧焊、氩弧焊、气焊等。焊接方法特别适宜于实现大型毛坯、结构复杂毛坯的制造。焊条电弧焊过程5、冲压件冲压件是通过冲压机床对薄钢板进行冷冲压加工而得到的零件。它非常接近成品要求，精度高，适用于批量较大而零件厚度较小的板材类零件。材料一般为钢和其它塑性材料。6、粉末冶金件粉末冶金件是以金属粉末为原料，在高温下烧结而成。如激光熔覆技术等。主要用于成品零件的表面补修和改性。材料一般为各种金属和石墨。二、毛坯的选择原则1、零件材料和性能要求（1）铸铁、青铜、铸铝等材料，除简单的小尺寸件用型材外，成形毛坯都采用铸件。（2）强度较高的黄铜、锻铝、钢材，除简单的小尺寸件用型材外，成形毛坯用锻件，其强度较好。但形状复杂者也可以用铸钢铸造。合理选择毛坯，大致要考虑五个方面的因素。2、零件的结构形状和尺寸（1）常见的阶梯轴，若台阶直径相差不大，可直接选取圆棒料；对直径差大的，为减少材料消耗和加工量，宜选择锻件毛坯。被加工件的结构形状是选择毛坯方案的主要依据，如：（2）尺寸较大的工件常用砂型铸造或自由锻造；中小型零件可选择模锻、精锻、精铸等方式；小尺寸工件除形状复杂、产量很大外，尽量采用型材下料。（3）某些特殊形状零件，强度要求高的如曲轴，应该采用锻件而不用板材；壳体、底座等强度要求不高，重量大、形状较复杂的，常选用铸造毛坯，兼具吸振的优点。3、生产类型（1）大批量生产中，尽量采用精度和生产率都比较高的毛坯制造方法。这时毛坯制造增加的费用可由材料耗费减少的费用及机械加工减少的费用来补偿。（2）单件小批量生产中，以型材为主，形状复杂、尺寸较大者用型材焊接件。只有形状很复杂、要求高的壳体、底座等大件，采用自由锻或砂型铸造。4、现有生产条件5、充分考虑利用新技术、新工艺和新材料

选择毛坯时，应考虑现有生产条件，如现有毛坯的制造水平和设备情况，外协的可能性等。在可能时，应尽量组织外协，实现毛坯制造的社会专业化生产，以获得好的经济效益。目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用越来越多，精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料的应用日益广泛，这些方法可以大大减少机械加工量，节约材料并有十分显著的经济效益。小结铸件锻件型材焊接件粉末冶金件冲压件毛坯的种类毛坯的选择原则零件材料和性能要求零件结构形状和尺寸生产类型现有生产条件新技术、新工艺、新材料

按工件上定位表面的不同，定位基准分为粗基准、精基准。粗基准:用毛坯上未经加工的表面作为定位基准。精基准:而利用工件上已加工过的表面作为定位基准面。在制订工艺规程时，采用粗基准定位，加工出精基准表面；然后采用精基准定位，加工零件的其他表面。第四节定位基准的选择精基准的选择粗基准的选择重点考虑如何减少定位误差，提高加工精度和安装方便重点考虑如何保证各加工表面有足够的余量图1基准不重合误差示例图2基准重合工件示例图1为保证尺寸c的精度(Tc)要求，应使：图2尺寸a的误差对加工尺寸c无影响，加工误差只需满足：显然这种基准重合的情况能使工序允许出现的误差加大，经济性更好。b公差Tc1、精基准的选择原则⑴基准重合原则尽可能选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。（2）基准统一原则指尽可能采用同一个定位基准来加工工件上的各个加工表面。选作统一基准表面要求：面积大，精度高，孔距远。常用的有：轴类（两顶尖孔）箱体类（一面二孔）盘套类（一端面一孔）平面销孔1销孔2基准重合原则基准统一原则矛盾？对尺寸精度较高的加工表面应服从基准重合原则，以免使工序尺寸的实际公差减小，给加工带来困难；此外，一般主要考虑基准统一原则。处理方法：两个重要原则（3）自为基准原则当某些精加工表面要求加工余量小而均匀时，可选择该加工表面本身作为定位基准，以提高加工面本身的精度和表面质量。床身导轨面自为基准（4）互为基准原则指某个工件上有两个相互位置精度要求很高的表面，采用工件上的这两个表面互相作为定位基准，反复进行加工。可使两个加工表面间获得高的位置精度，加工余量小而均匀。优点：如：内外圆面同轴度要求比较高的套类零件2、粗基准的选择原则为了保证工件加工表面与不加工表面的相互位置精度，选择不加工表面作为粗基准。如果零件有多个不加工表面，应选择其中与加工表面相互位置要求高的表面作为粗基准。（1）工件表面间相互位置要求原则粗基准选择实例内孔和端面需要加工，外圆表面不需要加工。铸造时内孔B与外圆A之间有偏心。要求保证内外圆同心度好。①工件如果必须保证某重要表面的余量均匀，则选择该重要表面为粗基准。如：一机床床身，要求导轨面有较好的耐磨性，以保持其导向精度。（a）（b）（2）合理分配各加工面的余量②若零件上各个表面均需加工，则以加工余量最小的表面为粗基准，以保证各加工表面都有足够的加工余量，不至于造成废品。加工铸造或锻造的轴套，通常孔的加工余量较大，而外圈表面的加工余量较小，这时就应该以外圈表面作为粗基准来加工孔。（2）合理分配各加工面的余量阶梯轴的加工（3）不重复使用原则在同一尺寸方向上粗基准只准使用一次。否则加工出的各表面之间会有较大的位置误差。如下图所示。以表面B为粗基准加工表面A之后，若仍以表面B为粗基准来加工表面C？选择平整光洁的表面作为粗基准（便于装夹）。作为粗基准的表面不应有飞边、浇口、冒口及其他缺陷，也不宜选用铸造分型面作粗基准。若无法避免，则应在使用前对其修整。这样可减少定位误差，并使工件夹紧可靠。（4）定位可靠性原则粗、精基准的选择使用，必注意：精基准选择在前，使用在后，粗基准选择在后使用在先。粗、精基准选择的各条原则，从不同方面提出的要求，在具体使用时常常会互相矛盾，必须结合具体的生产条件进行分析，抓住主要矛盾，灵活选用这些原则。第五节工艺路线的制定机械加工工艺路线是指零件由毛坯到成品过程中加工各工序的先后顺序。工艺路线的拟定主要解决的问题:选择加工方法确定加工顺序划分加工工序一、零件表面加工方法的选择基本原则：既要保证零件的加工质量,又要使加工成本最低。为此，必须熟悉各种加工方法所能达到的经济精度及表面粗糙度。1、加工经济精度和经济表面粗糙度的概念加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，合理的加工时间）所能保证的加工精度。相应的粗糙度称为经济表面粗糙度。对某种加工方法，用于加工何种等级的零件才经济合理？AB误差δ

加工成本

CCLδL加工误差与加工成本的关系观察A点左侧曲线，这说明某种加工方法加工精度的提高是有极限的。观察B点右侧，这说明对于一种加工方法，成本的下降也是有极限的，即有最低成本。加工经济精度是指一个精度范围而不是一个值。一般加工精密加工19201960200010210110010-110-210-3加工误差（μm）加工经济精度与年代的关系超精密加工2、各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度外圆加工方法孔加工方法平面加工方法加工方法加工性质加工经济精度(IT)表面粗糙度Ra车粗车13-1150-12.5半精车10-86.3-3.2精车8-71.6-0.8金刚石车6-50.4-0.012外磨粗磨9-81.6-0.8半精磨8-70.8-0.4精磨7-60.4-0.1研磨粗研6-50.1-0.006精研50.025-0.006超精加工精50.025-0.006精密5≤0.006外圆加工的方法孔的加工方法加工方法加工性质加工经济精度(IT)表面粗糙度Ra钻实心材料13-1112.5扩粗扩12-1112.5-6.3精扩10-96.3-3.2铰半精铰9-83.2-1.6精铰8-71.6-0.8细铰7-60.4-0.2拉粗拉10-93.2-1.6精拉9-71.6-0.1镗粗镗13-1112.5-6.3半精镗10-93.2-1.6精镗8-71.6-0.8细镗7-60.8-0.4加工方法加工性质加工经济精度(IT)表面粗糙度Ra铣粗铣13-1125-6.3精铣10-86.3-1.6刨粗刨13-1125-6.3精刨10-86.3-1.6平磨半精磨8-71.6-0.8精磨70.8-0.4精密磨60.4-0.025研磨粗研7-60.4-0.2精研50.1-0.006平面加工方法3、选择表面加工方法应考虑的主要因素（2）工件材料的性质（3）生产类型（4）具体生产条件（1）加工表面的精度和粗糙度要求4、典型表面的加工路线（1）外圆表面的加工路线

①粗车—半精车—精车：常用材料（淬火钢除外），中等要求的表面；②粗车—半精车—精车—金刚石车：有色金属，要求较高的表面；③粗车—半精车—粗磨—精磨：需要淬硬的材料，要求较高的表面；④粗车—半精车—粗磨—光整加工或（超）精密加工：黑色金属材料，表面精度、粗糙度要求质量高的表面。（2）孔加工路线

①钻孔—扩孔—铰—精铰：主要用于中、小直径（d＜50mm）的精密孔。②钻或扩（粗镗）—粗拉—精拉：用于大量生产中尺寸中等的孔、花键孔等。③钻或粗镗—半精镗—精镗—浮动镗—金刚镗：广泛用于箱体零件的孔系加工、有色金属零件的精密孔的加工。④钻或粗镗—半精镗—粗磨—精磨—珩磨或研磨：主要用于淬硬零件或要求高的零件。（3）平面加工路线平面加工方法主要是铣削、刨削和磨削。①粗铣—半精铣—精铣—高速铣：用于精度和粗糙度要求高的平面加工，生产率高。②粗刨—半精刨—精刨—刮或研磨：多用于单件、小批生产，生产率低。③粗铣（刨）—半精铣（刨）—粗磨—精密磨、导轨磨、研磨、砂带磨：主要用于淬硬零件和精度要求高、表面粗糙度值要求小的平面加工。④粗拉—精拉：用于大量生产。加工方法的选择顺序是：先主要表面，后次要表面；先考虑最终加工，后推至前面加工方法，即：先主后次，先终后前，综合考虑。某轴材料45钢，轴颈尺寸精度IT6、Ra0.4，表面淬火，试确定其加工路线？粗车—半精车—粗磨—精磨二、加工顺序的安排1、切削加工顺序的安排基本原则基准先行穿插次要先粗后精先面后孔加工阶段的划分

加工阶段粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段光整加工阶段高效率地去除各加工表面上的大部分余量，获得高的生产率。消除主要表面上经粗加工后留下的加工误差，保证精加工余量，完成次要表面的加工（钻孔、攻螺纹、铣键槽等）。全面保证加工质量，使主要表面达到图纸要求。进一步提高尺寸精度，减小表面粗糙度，但不能提高形位精度。但将工艺路线划分为几个加工阶段会增加工序数目，从而增加加工成本。因此在工件刚度高、工艺路线不划分阶段也能够保证加工精度的情况下，就不应该划分加工阶段。由于划分了加工阶段，带来了两个有利条件：1、粗加工完各表面后，可及时发现毛坯的缺陷，及时报废或修补；2、精加工表面的工序安排在最后，可保护已加工表面少受损伤。2、热处理工序的安排预备热处理最终热处理时效处理退火：高碳钢、合金钢等，降低硬度，便于切削；正火：低碳钢，提高硬度，便于切削；调质：淬火后高温回火。位置：粗加工前后；目的：改善切削性能，消除内应力。淬火、渗碳、氮化等位置：半精加工后，精加工前；目的：提高强度、硬度。自然时效人工时效

位置：粗加工前、后，半精加工后，精加工前目的：消除内应力，防止变形、开裂。3、辅助工序的安排

表面处理检验工序其它工序安排金属镀层非金属镀层氧化膜位置：工艺过程最后；目的：美观。质量检验特种检验（无损探伤、磁力探伤、水压、超速试验）位置：粗加工及关键工序后、送往外车间加工前后、零件全部加工结束之后；目的：质量控制。去毛刺、倒钝锐边去磁清洗涂防锈油目的：安全。三、工序的集中与分散2.工序分散是将工件的加工分散在较多的工序内完成，每道工序的加工内容很少，有时甚至每道工序只有一个工步。特点：装备简单、维护容易；生产准备工作量小、产品换型简单；采用合理切削用量、减少基本时间；设备数量和操作工多，占用生产面积大。工序集中选用：单件小批量—采用组织集中；大批大量—采用机械集中；重型零件—适当集中。工序分散选用：结构简单的产品；刚性差且精度高的精密工件。1.工序集中就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。特点：生产效率高；简化生产计划和组织工作；专用装备的投资大、维护复杂；生产准备工作量大，新产品转换费时。零件的加工顺序确定以后，在确定各工序的加工内容时，可有两种设计思路：1、机床设备的选择

1）机床精度与工件精度相适应；

2）机床规格与工件的外形尺寸相适应；

3）与现有加工条件相适应，如设备负荷的平衡状况等。四、机床设备及工艺装备的选择2、工艺装备的选择

1）夹具的选择：优先选用各种通用家具和机床附件；

2）刀具的选择：类型、规格和精度等级应负荷加工要求；

3）量具的选择：单件小批量应采用通用量具，大批量应用极限量块和高效的专用检验间距和测量仪器，精度应相适应。第六节加工余量、工序尺寸及公差确定

加工余量是指零件加工前后从加工表面切除的材料层厚度，可分为工序余量和加工总余量。工序尺寸是指本工序加工后应达到的尺寸。1、加工余量的概念（1）工序余量。相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量。即在一道工序中所切除的金属层厚度，所以余量是正值。对于非对称的加工表面，如图ａ、ｂ所示的加工余量称为单边余量，其工序余量计算式如下：

对于外表面：Ｚb

=

A−B对于内表面：Ｚb

=

B−A其中Ｚb—单边加工余量；

A—上工序的工序尺寸；

B—本工序的工序尺寸。回转体表面的工序尺寸以直径计算，如图c、d所示回转体表面的加工余量称为双边余量，其工序余量计算式为：轴：Ｚb

=

A−B

孔：Ｚb

=

B−A

其中:Ｚb—双边加工余量；

A—上工序的工序尺寸；B—本工序的工序尺寸。（2）加工总余量（也称毛坯余量）:加工总余量是指各个工序余量的总和，也就是从毛坯变为成品的整个加工过程中，某一加工表面上所切除的金属总厚度。总加工余量与工序余量的关系如下：

（3）工序余量与工序尺寸的关系由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本余量（公称余量）、最大加工余量和最小加工余量之分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注，毛坯的尺寸按“对称原则”标注。即对于被包容面（轴）,基本尺寸即最大工序尺寸；对于包容面（孔），基本尺寸则是最小工序尺寸.难点工序余量与工序尺寸关系基本余量是相邻两工序基本尺寸之差；最小加工余量是前工序最小工序尺寸和本工序最大工序尺寸之差；最大加工余量是前工序最大工序尺寸和本工序最小工序尺寸之差。工序加工余量的变动范围等于前工序与本工序两工序尺寸公差之和。TaTb“入体原则”标注，即对于被包容面（轴），基本尺寸即最大工序尺寸（上偏差等于零）；对于包容面（孔），基本尺寸则是最小工序尺寸（下偏差等于零）。但毛坯尺寸的公差一般采用“对称原则”。轴的工序余量与工序尺寸关系孔的工序余量与工序尺寸关系2、影响加工余量的因素①前道工序的表面粗糙度R和表面缺陷层深度Da表面缺陷层

最小余量不能小于该部分的厚度；厚度值与加工方法有关。②前道工序的尺寸公差Ta③前道工序的形位公差ρa轴线弯曲对加工余量的影响

④本工序的安装误差εb本工序加工余量的计算式：对单边余量Z≥

Ta+（R+Da）+∣ρa+εb∣对双边余量Z≥Ta+2（R+Da）+2∣ρa+εb∣Z/2≥Ta/2+（R+Da）+∣ρa+εb∣3、确定加工余量的方法2）经验估计法1）查表修正法3）计算法基本原则：在保证加工质量的前提下，加工余量越小越好。4、工序尺寸及公差的确定★1）基准重合时工序尺寸及公差的确定当加工某一表面的各道工序都采用同一个定位基准，并与设计基准重合时，工序尺寸计算只需考虑各工序的加工余量，可由最后一道工序开始向前推算。①确定各工序余量。（查表）②确定各工序公差。最后一道工序的工序尺寸公差等于零件图样上设计尺寸公差，中间工序尺寸公差取加工经济精度（查表）。③确定各工序尺寸。最后一道工序的工序尺寸等于零件图样上设计尺寸，并由最后工序向前逐道工序推算出各工序的工序尺寸。④标注各工序尺寸公差。各工序尺寸的上、下偏差按“入体原则”确定。即对于孔，下偏差取零，上偏差取正值；对于轴，上偏差取零，下偏差取负值。计算步骤如下：加工某工件上60+0.03mm的孔，加工工序为：粗镗孔—半精镗孔—磨孔工序名称工序余量加工经济精度工序基本尺寸工序尺寸及公差磨0.4IT7()6060半精镗1.6IT9()60−0.4

=

59.659.6

粗镗7IT12()59.6−1.6

=

5858毛坯9（±2）58−7

=

5151±22）基准不重合时工序尺寸及公差的确定工序尺寸及公差的计算需借助于工艺尺寸链的基本知识，见第九节。bcba第七节时间定额和提高劳动生产率的工艺途径劳动定额：劳动生产率的指标。可用产量定额或时间定额来表示，常用时间定额作为劳动定额指标。意义：

1.不仅是衡量劳动生产率的指标，也是安排生产计划、计算生产成本的重要依据；2.新建或扩建工厂（或车间）时计算设备和工人数量的依据。

依据本企业的生产技术条件和操作工人技术水平制定，由定额员、工艺人员和操作工相结合，通过总结经验查阅相关文献和同类产品时间定额合理制定，并随着企业生产技术条件的不断完善定期修订。一、时间定额组成1.基本时间Tb：直接改变生产对象的尺寸、形状等工艺过程所消耗的时间.2.辅助时间Ta：实现过一过程所必须的各种辅助动作所消耗的时间。如装卸工件、开停机床、引进与退出刀具、试切和测量等。作业时间TB

=基本时间Tb+辅助时间Ta

3.布置工作场地时间Ts：为使加工正常进行，工人照管工作地（更换刀具、调整刀具、清理生产现场）所消耗时间。4.生理和自然需要时间Tr：工人在工作班内调整身体所消耗的时间。单件时间Tp

=TB+Ts+Tr

=（1+α+β）TB5.准终时间Te：工人为了生产一批产品或零件、不见，进行准备和结束工作所消耗的时间（如产前熟悉工艺文件、领取毛坯材料、准备工装夹具，产后拆还工艺装备、送交成品等）所需要的时间。二、提高机械加工生产率的工艺措施1）缩短基本时间2）缩短辅助时间3）缩短布置场地时间4）缩短准终时间●提高切削用量；●减少或重合切削行程长度；●采用多件加工。●采用先进夹具；●采用连续加工方法；●采用主动测量或数字显示自动测量装置。●主要指更换刀具和调整刀具的时间;●减少换刀次数、换刀时间和调整刀具时间。●扩大零件的批量;●减少调整机床、刀夹量具的时间.1.缩减时间定额：

小批量生产缩减辅助时间，大批量生产缩减基本时间。二、提高机械加工生产率的工艺措施2.采用新工艺和新方法

1）先进的毛坯制造方法，如精铸、精锻和粉末冶金等方法。

2）少无切削新工艺，如冷挤、冷轧、滚压和滚轧等方法。

3）采用特种加工，各种电加工机床的应用。3.提高机械加工自动化程度

加工过程自动化是理想的提高生产率的手段，但是投资大、技术复杂，因而针对不同的生产类型，采用相应的自动化水平。

1）大批量生产：多工位组合机床或组合机床自动线；

2）中小批量生产：采用各种数控机床及其他柔性较高的自动化生产方式（见第八章第四节）第八节、工艺过程的技术经济分析经济性好就是指在机械加工中能用最低的成本制造出合格的产品。所谓技术经济分析，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。1、生产成本和工艺成本制造一个零件（或产品）所耗费的费用总和。与工艺过程直接有关的生产费用。★１）全年工艺成本可表示为：E＝NV＋S零件的生产纲领（件）每个零件的可变费用（元／件）全年的不变费用（元）２）单件工艺成本则为：Ed＝V＋S/N工艺成本可变费用不变费用

与年产量没有直接关系，不随年产量的变化而变化（元/年），含：调整工人的工资CTG；专用机床折旧费CZJ和维修费CJV；专用工装折旧费和维修费CZQ等。与年产量直接有关，并与之成正比（元/件），含：材料和毛坯费CCP；操作工的工资CCG；机床电费CD；通用机床折旧费CTJ和维修费CJV；通用夹具费CTQ；刀具费ＣＡ。（1）两种工艺方案基本投资相近，比较其工艺成本。

方案Ⅰ：

方案Ⅱ：

则E值小的方案其经济性好两种方案全年工艺成本的比较2、不同工艺方案的经济性比较若两种工艺方案基本投资相近，或在现有设备条件下，可比较其工艺成本。若两种工艺方案的基本投资相差较大时，必须考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。各方案的经济性好坏与零件的年产量有关，当两种方案工艺成本相同时的年产量为临界年产量NK若N＜NK，宜采用方案Ⅱ若N＞NK，宜采用方案Ⅰ两种方案全年工艺成本的比较（2）两种方案基本投资相差较大，考虑投资差额的回收期限τ方案Ⅱ采用生产率低但价格便宜的工装设备，基本投资K2小，工艺成本E2高。基本投资差额（元）全年工艺成本差额（元/年）回收期限就是方案Ⅰ比方案Ⅱ多花费的投资，需要多长时间才能由其工艺成本的降低而收回。显然，τ愈小，则经济效益愈好。其中，方案Ⅰ的低成本是以增加投资为代价的。方案Ⅰ采用高生产率而价格贵的工装设备，基本投资K1大，工艺成本E1低；第九节工艺尺寸链当零件加工时，多次转换工艺基准，引起测量基准、定位基准与设计基准不重合，这时，需要利用工艺尺寸链原理来进行工序尺寸及其公差的计算。1、尺寸链的定义和特征在零件加工或机器装配过程中，由一系列相互联系的尺寸所形成的封闭图形，称为尺寸链。一、尺寸链的基本概念尺寸链设计尺寸链工艺尺寸链在零件的加工过程中所形成的尺寸链。加工台阶零件的尺寸链加工套筒零件的尺寸链尺寸链的主要特征如下：（1）封闭性。尺寸链必须是首尾相接且封闭的尺寸组合。其中，应包含一个间接保证的尺寸和若干个对此有影响的直接获得的尺寸。（2）关联性。尺寸链中间接保证的尺寸精度是受这些直接获得的尺寸精度所支配的，彼此间具有特定的函数关系，并且间接保证的尺寸精度必然低于直接获得的尺寸精度。1）长度尺寸链—全部环为长度的尺寸链2）角度尺寸链—全部环为角度的尺寸链3）直线尺寸链——

全部组成环平行于封闭环的尺寸链。4）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。5）空间尺寸链——组成环位于几个不平行平面内的尺寸链。

2、按几何特征及空间位置分类2、尺寸链的组成和尺寸链简图的作法组成尺寸链的各个尺寸称为尺寸链的环，按性质不同可分为组成环和封闭环。（1）封闭环指在尺寸链中最后形成或未标注间接保证的尺寸。每个尺寸链中，封闭环只能有一个，用A0表示。（2）组成环除封闭环以外的其他环都称为组成环。根据组成环对封闭环影响，将其分成如下两类：①增环在尺寸链中，当其余各组成环不变，而该环增大使封闭环也增大的，称为增环。引起封闭环同向变动。②减环在尺寸链中，当其余各组成环不变，而该环增大使封闭环减小的环，称为减环。引起封闭环异向变动。（3）尺寸链简图的作法常采用标箭头的方法来判断增减环。在尺寸链图中用首尾相接的单向箭头顺序表示各尺寸环，其中与封闭环箭头方向相反者为增环,与封闭环箭头方向相同者为减环。封闭环A1A0A2A3减环ABC

1、确定封闭环

2、组成环确定1、加工顺序或装配顺序确定后才能确定封闭环。2、封闭环的基本属性为“派生”，表现为尺寸间接获得。

关键

关键

要领1、设计尺寸往往是封闭环。2、加工余量往往是封闭环（靠火花磨除外）。

关键

关键1、封闭环确定后才能确定。2、直接获得。3、对封闭环有影响三、尺寸链的建立

(1)正计算——已知各组成环，求封闭环。正计算主要用于验算所设计的产品能否满足性能要求及零件加工后能否满足零件的技术要求。

(2)反计算——已知封闭环，求各组成环。反计算主要用于产品设计、加工和装配工艺计算等方面，在实际工作中经常碰到。反计算的解不是唯一的。如何将封闭环的公差正确地分配给各组成环，这里有一个优化的问题。

（3）中间计算——已知封闭环和部分组成环的基本尺寸及公差，求其余的一个或几个组成环基本尺寸及公差（或偏差）。

中间计算可用于设计计算与工艺计算，也可用于验算。3.尺寸链计算的几种情况二、尺寸链计算的基本公式（极值法）1、封闭环的基本尺寸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，即：

—封闭环的基本尺寸；—增环的基本尺寸；—减环的基本尺寸；m

—增环的数量；n

—组成环的总数（不包括封闭环）。2、封闭环的极限尺寸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；而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。即：3、封闭环的上、下偏差和公差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，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。即：、—增环的上、下偏差；

、—减环的上、下偏差。封闭环的公差等于各组成环的公差和，即：、分别是封闭环、组成环的公差。4、工艺尺寸链解题步骤（1）确定封闭环；（2）查明全部组成环，画出尺寸链简图；（3）判明增、减环，用符号（箭头）标明增、减环；（4）利用尺寸链计算公式求解。注意：所建立的尺寸链必须使组成环数最少，这样能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。三、工艺尺寸链的分析与解算工艺基准（工序、定位、测量等）与设计基准不重合，工艺尺寸就无法直接取用零件图上的设计尺寸，因此必须进行尺寸换算来确定其工序尺寸。1）定位基准与设计基准不重合的尺寸换算2）测量基准与设计基准不重合的尺寸换算3）从待加工的设计基准标注尺寸时的工艺尺寸计算加工下图a所示零件，设1面已加工好，现以1面定位加工3面和2面，其工序简图如图b所示，试求工序尺寸A1与A2。1）定位基准与设计基准不重合的尺寸换算（1）由于加工3面时定位基准与设计基准重合，因此工序尺寸A1就等于设计尺寸，A1

=

mm。（2）加工2面时，定位基准与设计基准不重合，这就导致在用调整法加工时，只能以尺寸A2为工序尺寸，但这道工序的目的是为了保证零件图上的设计尺寸A0，即：（10±0.3）mm。因此A0与A1、A2构成尺寸链，如图c所示。根据尺寸链特性，A0为封闭环，A1为增环，A2为减环。所以，A2

=

20

mm，按入体原则表示为A2

=

20.1

mm。由公式A0

=

A1−A2

得：A2

=

A1−A0

=

30−10

=

20

mm；由公式ES0

=

ES1−EI2

得：EI2

=

ES1−ES0

=

0−0.3

=

−0.3

mm；由公式EI0

=

EI1−ES2

得：ES2

=

EI1−EI0

=

−0.2−(−0.3)

=

0.1

mm；2）测量基准与设计基准不重合的尺寸换算加工一轴承座，设计尺寸为A1和A0。由于设计尺寸A0加工时无法直接测量，只好通过测量A2尺寸来间接保证它，求A2的工序尺寸和公差。由公式A0

=

A2−A1

得：A2

=

A1+A0

=

10+50

=

60

mm；由公式ES0

=

ES2−EI1得：ES2

=

EI1+ES0

=

-0.15+0

=

−0.15

mm；由公式EI0

=

EI2−ES1

得：EI2

=

ES1+EI0

=

−0.05+(−0.15)

=-

0.2

mm；因此A2=A0为封闭环，A1为减环，A2为增环。★假废品问题若实测尺寸A2=59.90mm，按上述要求判为废品，但此时如A1=9.9mm，则实际A0=50mm，仍合格，即“假废品”。当实测尺寸与计算尺寸的差值小于或等于尺寸链其它环公差之和时，就可能出现假废品。此时应对该零件各有关尺寸进行复检和验算，以免将实际合格的零件报废而导致浪费。采用专用检具可减小假废品出现的可能性。假废品的出现，给生产质量管理带来诸多麻烦，因此，不到非不得已，不要使工艺基准与设计基准不重合。方法：求组成环各项之和等于封闭环。列竖式法解尺寸链口诀：封闭环、增环照抄；减环取反，上下偏差对调。尺寸链（环）基本尺寸上偏差ES下偏差EIA1-100.150.05A2（60）（

-

0.15）（−0.2）A0500−0.15尺寸链（环）基本尺寸上偏差ES下偏差EIA1（16）（+0.02）（-0.1）A210+0.05−0.03A3-20+0.03-0.02A06+0.1−0.15列竖式法解尺寸链D1

3）工序基准是尚待加工的设计基准D2xHR1R2xH1)拉内孔至；2)插键槽，保证尺寸x；试确定尺寸x

的大小及公差。3)热处理建立尺寸链如图b

所示，H是间接保证的尺寸，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：4)磨内孔至，同时保证尺寸。

a）b）图4-31键槽加工尺寸链【解】图4-31所示键槽孔加工过程如下：【例4-3】三、工序尺寸图表法

当零件在同一尺寸方向上加工尺寸较多，且工序（测量）基准需多次转换时，尺寸链建立和计算比较困难，采用图表法（追踪法）可较好解决这个问题。

【例4-7】

图4-34所示零件有关轴向尺寸加工过程如下：31.69±0.316±0.127.07±0.07ⅠⅡⅢⅣ图4-34图表法示例零件4）靠火花磨削Ⅱ面，控制余量Z7=0.1±0.02，同时保证设计尺寸6±0.1试确定各工序尺寸及公差。1）以Ⅳ面定位，粗车Ⅰ面，保证Ⅰ、Ⅳ面距离尺寸A1，粗车Ⅲ面，保证Ⅰ、Ⅲ面距离尺寸A2；2）以Ⅰ面定位，精车Ⅱ面，保证Ⅰ、Ⅱ面距离尺寸A3，粗车Ⅳ面，保证Ⅱ、Ⅳ面距离尺寸A4；3）以Ⅱ面定位，精车Ⅰ面，保证Ⅰ、Ⅱ面距离尺寸A5，同时保证设计尺寸31.69±0.31；精车Ⅲ面，保证设计尺寸A6=27.07±0.07；1）画尺寸联系图

1）画零件简图，加工面编号，向下引线2）按加工顺序和规定符号自上而下标出工序尺寸和余量——用带圆点的箭线表示工序尺寸，箭头指向加工面，圆点表示测量基准；余量按入体原则标注。3）在最下方画出间接保证的设计尺寸，两边均为圆点。4）工序尺寸为设计尺寸时，用方框框出，以示区别。注：靠火花磨削余量视为工序尺寸，也用用带圆点的箭线表示。【解】2）用追踪法查找工艺尺寸链

结果尺寸（间接保证的设计尺寸）和余量是尺寸链的封闭环

沿封闭环两端同步向上追踪，遇箭头拐弯，逆箭头方向横向追踪，遇圆点向上折，继续向上追踪…直至两追踪线交于一点，追踪路径所经工序尺寸为尺寸链的组成环31.69±0.316±0.127.07±0.07ⅠⅡⅢⅣ图4-34图表法示例零件3）初拟工序尺寸公差中间工序尺寸公差按经济加工精度或生产实际情况给出。4）校核结果尺寸公差，修正初拟工序尺寸公差

校核结果尺寸链，若超差，减小组成环公差（首先压缩公共环公差）A5R1Z7a）A5R2A4b）注：根据R1、R2的公差修正组成环A4和A5的公差。31.69±0.316±0.127.07±0.07ⅠⅡⅢⅣ图4-34图表法示例零件A2A3A5A6Z6c）A3A5Z5d）A3Z4A4A1e）5）计算余量公差和平均余量根据余量尺寸链计算注：最小余量查表获得，余量公差等于组成环公差之和，平均余量=余量公差+最小余量31.69±0.316±0.127.07±0.07ⅠⅡⅢⅣ图4-34图表法示例零件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，解出此未知数。继续下去，解出全部未知工序尺寸注：根据工艺尺寸链求各工序的平均尺寸，如由图b）可以求出A4，图a可以求出Z7等。31.69±0.316±0.127.07±0.07ⅠⅡⅢⅣ图4-34图表法示例零件工序公差余量公差最小余量平均余量平均尺寸单向偏差形式标注ZiminZiMAiMAi

初拟修正后±0.23±0.02A6ⅠⅡⅢⅣ±0.5±0.3±0.1±0.3±0.1±0.07±0.08±0.55±0.8310.30.30.480.851.836.127.076.5825.593426.7A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4±0.1±0.31631.69±0.18±0.020.080.1注：根据“入体原则”求解各工序的标注尺寸，A=（Amax+Amin）/2。三、工序尺寸计算机求解方法A6ⅠⅡⅢⅣA1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4

1234567891413122412132212141-1-1-11-11000001-1-11001.

尺寸联系矩阵（T矩阵）

对应尺寸联系图，在计算机中可用矩阵形式表达

矩阵的每一行对应联系图的一个尺寸第1列表示自上而下尺寸线序号

第2、3列表示尺寸线左、右端点所在尺寸界限序号

第4列表示工序尺寸箭头方向，1表示箭头向左，-1表示向右

第5列表示余量性质，1表示箭头指向余量左侧，-1表示箭头指向余量右侧。结果尺寸没有箭头，对应第4列和第5列元素均为0。◆

尺寸联系矩阵表达了尺寸联系图的所有有用信息图4-38尺寸联系图与尺寸联系矩阵

尺寸联系矩阵（T矩阵）的处理

1141

0231

-10321

-10442

-115121-1631

-1-17221

18120

09140

0图4-39尺寸联系矩阵变换A6ⅠⅡⅢⅣA1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4

1234567891413122412132212141-1-1-11-11000001-1-1100为便于尺寸链查找，将T矩阵第2、3列元素位置进行调整，使工序尺寸箭头对应的尺寸界线序号排在第2列，圆点对应的尺寸界线序号排在第3列。这只需通过对第4列元素值的判断即可实现

1141

0231-10321-104

42-115121-1631-1-17221

18120

09140

0A6ⅠⅡⅢⅣA1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4图4-40

尺寸链计算机查找◆向上追踪至第5行，左追踪线遇箭头拐弯,至圆点向上折。对应于：至第5行时出现L=T(5,2)=1，令：L=T(5,3)=2，表明左追踪线由尺寸线1移至尺寸线2，且A5为该尺寸链的组成环（又，左追踪线遇左箭头可判断A5为增环）◆追踪至第4行，右追踪线遇右箭头，即：R=T(4,2)=4，令：R=T(4,3)=2，并可判断A4为增环。此时有L=R，表明左右追踪线汇交于一点，追踪结束2.尺寸链查找（结果尺寸链查找）

以R2为例：

◆设变量L和R分别为R2左右端点所在尺寸界线的序号，即令：L=T(9,2)=1，R=T(9,3)=4。21144222

C（i，j）=1，表示工序尺寸Aj是第i

个尺寸链的增环;C（i，j）=-1，表示工序尺寸Aj

是第i

个尺寸链的减环;C（i，j）=0，表示第i个尺寸链不包括工序尺寸Aj。3.尺寸链矩阵（C矩阵）C矩阵的每一行对应一个封闭环（结果尺寸和余量），每一列对应一个组成环（工序尺寸），矩阵每一元素表示封闭环与组成环的关系00000000000000000000010-1-10000010-1000-110-11000000000000

10-1000

11

00A6ⅠⅡⅢⅣA1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4图4-41尺寸链矩阵1234567123456789

尺寸联系矩阵设计尺寸及公差（按平均尺寸和对称偏差形式输入）初拟工序尺寸公差（按对称偏差形式输入）最小余量4.已知条件输入5.校核结果尺寸公差，修正初拟工序尺寸公差

压缩各组成环公差方法：1）按超差量自动压缩；2）采用人机对话例：校核结果尺寸R1和R2

，均超差，计算机将显示如下信息

根据计算机显示结果，设计者可按实际情况灵活地修正有关工序尺寸公差。输入修正值后，计算机重新进行校核，直至达到要求为止6.计算余量公差和平均余量

利用解线性方程组的标准程序求解用类似图表法的算法，首先找出只有一个未知数的尺寸链方程，解出此未知数，重复此过程，直至解出全部的未知数为止。7.尺寸链方程求解

大大缩短计算时间；准确、可靠，可避免人为错误；可使用概率法，使工序尺寸的确定更趋合理。◆计算机方法的优点一、工作原理第十节数控加工工艺