第九章机械加工工艺规程的制订01

第9章

机械加工工艺规程的制订

工艺就是制造产品的方法，机械制造工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程，把工艺过程按一定的格式用文件的形式固定下来就是机械加工工艺规程。生产规模的大小、工艺水平的高低、工厂长期形成的工艺经验的继承以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此，机械加工工艺规程设计是一项重要的工作，要求设计者必须具备丰富的生产实践经验和广博的机械制造工艺基础理论知识。9.1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。

①减少工件的安装次数多工位加工工序1：装卸工件工序2：钻孔工序3：扩孔工序4：铰孔③可实现加工时间与辅助时间重叠。②减少辅助时间，缩短工时，提高效率。多工位加工的好处：（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。为了提高生产率，用几把刀具同时参与切削几个表面，这也可看作一个工步，称为复合工步。

提示：

小批量生产：产量少效率不是主要问题，主要应减少设备的台数及人员分配，所以不宜采取工序分散的办法。大批大量生产：主要问题是要提高生产率，所以宜采用高效专业用设备，工序也较多。（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。

9．2生产类型与机械加工工艺规程机械加工工艺规程的详细程度与生产类型有关，不同的生产类型由产品的生产纲领即年产量来区别。（1）生产纲领产品的生产纲领就是年生产量。生产纲领及生产类型与工艺过程的关系十分密切，生产纲领不同，生产规模也不同，工艺过程的特点也相应而异。零件的生产纲领通常按下式计算：

N=Qn(1+α+β)(2)、生产类型产品有大有小，小到螺钉，大至收音机，船舶。其特征有的复杂，有的简单，批量和生产纲须也各不相同。1．单件、小批生产

特征：①产品做得少，只做一件或数件；

②一个工作台进行多工序和多品种的作业；

③重型机器、大型船舶，新样机制造属此类型。根据产品的大小、特征、批量和生产纲领，我们通常将产品的生产分成三种生产类型：生产类型单件、小批生产成批生产大批、大量生产2．成批生产

特征：①产品生产数量较多，周期地成批投入生产；

②一个工作地顺序地、分批地完成不同工件的某些工序；

③通用机床，数量需求不大，但常更新产品就属此类型。

3.大批、大量生产

特征：①产品生产数量大，需连续不断地进行生产；

②一个工作地重复不断地进行某工序的加工；

③如汽车通用件（轴承、螺栓等）自行车等属此类生产类型。生产类型的划分：生产类型不仅决定于生产纲须，而且和产品的大小和复杂程度有关。

划分依据可参照下表：

表3-1生产类型与生产纲领（年产量）的关系

--------------------------------------------------------------------------

生产类型重型机械中型机械小型机械

单件生产<5

<20

<100

小批生产5～100

20-200

100-500

中批生产－200-500

500-5000

大批生产－500-5000

5000-50000

大量生产－>5000

>50000

--------------------------------------------------------------------------划分生产类型有利于进行生产的规划和管理。

大批、大量生产宜广泛采用高产专用机床和自动化生产系统，按流水线或自动生产线排列进行生产，可大大提高生产率，从而降低成本，提高竞争力。

单件、小批生产宜采用通用性好的机床进行生产，以减少设备投资，从而降低成本。划分生产类型的意义随着科技的发展和人民生产水平的提高，人们对产品的样式要求越来越高，而同一样式的数量越来越少，同一产品获取较高利润；“有效寿命”愈来愈短，因此要求制造系统具有高效生产能力又具快速转产的“柔性”特性。传统的专用机和生产线，对一种产品有较高的生产效率，但很难适应新产品的需要。因此，它是有很大的"刚性"

。（即专用性）而数控机床，加工中心能很好地适用于当今产品多品种，少批量生产自动化的要求。（3）机械加工工艺规程的作用一般说来，大批大量生产类型与单件小批生产要求的详细程度不同。机械加工工艺规程的作用为：

1）它是指导生产的主要技术文件，一切有关的生产人员必须严格执行工艺规程。

工艺规程是可以改变的，且总是随着生产的发展、新工艺和新技术的不断出现而完善。

2）工艺规程是生产准备工作和生产管理工作的主要依据。

3）工艺规程是新建或扩建工厂的原始资料。

4）工艺规程有利于积累、交流和推广行之有效的生产经验。（4）对工艺规程的要求

(1)保证可靠地达到产品图纸所提出的全部技术要求。

(2)能获得高质量、高生产效率。

(3)有利于节约原材料和工时消耗，不断降低成本。

(4)有利于减轻工人劳动强度，保证安全和良好的工作条件。

（5）工艺文件的形式：多种多样，区别很大，主要决定于生产类型。

在单件小批生产中一般只编制综合工艺过程卡。

在成批生产中多采用机械加工工艺卡片。

大批大量生产中则要求完整和详细的文件，一般是工艺过程卡、工序卡片，有时甚至包括操作卡、调整卡以及检验卡。

各工厂采用的工艺文件并无须统一格式，但基本内容大同小异。（6）机械加工工艺规程的格式通常，机械加工工艺规程被填写成表格(卡片)的形式。机械加工工艺规程表格的形式不尽一致，但是其基本内容是相同的。

9．3制订机械加工工艺规程的方法、步骤

（1）分析被加工零件的原始资料。（2）分析零件的制造工艺性，审查和改善零件的结构工艺性。（3）

计算生产节拍。（4）选择毛坯。（5）选择定位基准与定位基面。

（6）确定单个表面的加工路线。（7）确定零件的加工路线。（8）计算与确定加工余量。（9）计算工序尺寸及其公差。（10）选择加工设备、刀具、量具和夹具等。（11）选择切削用量。即确定切削速度、进给量与调整尺寸等。（12）计算工时定额。（13）评价各种工艺路线。一、制订工艺规程的原始资料制订工艺规程的原始资料主要有：

（1）产品整套装配图和零件工作图；

（2）产品年产量；

（3）本厂生产条件：设备、工装、工人技术水平等情况；

（4）毛坯生产和供应条件；

（5）产品的验收质量标准；

9．3制订机械加工工艺规程的方法、步骤二、制订机械加工工艺规程的步骤(1)原则：在保证质量的前提下，用最先进的、最经济合理的加工方案。

(2)方法：

①认真研究、分析原始资料。

②参照国内外文献、结合现场实际编程。

③虚心征求工人意见。(3)步骤：

①确定生产类型；

②分析研究产品的装配图和零件图,进行工艺审查;熟悉产品,性能,用途和工作条件,零件在产品中的作用；了解零件图上各项技术条件的依据,确定关键性技术问题。检查尺寸,视图及技术条件是否是否合理,主要:

a.审查各项技术要求是否合理；过高的精度,表面粗糙度及其他要求会使工艺过程复杂化，成本提高;

b.审查零件的结构工艺性是否好；便于加工的安装，尽可能减少加工和转配的劳动量；

c.审查材料选用是否恰当；③确定毛坯的种类和尺寸；(应考虑生产批量，零件材料及毛坯生产条件）

a.一般采用：铸件、锻件、焊接件；

b.毛坯精度提高，材料利用率提高，大大节约机械加工工时，但毛坯精度过高往往使毛坯制造困难。

因此，毛坯种类和制造方法的选择要根据生产类型和具体生产条件而定。达到高质量，降低生产产品生产成本。

④拟定零件加工工艺路线；

订出全部由粗到精的加工工序，内容包括选择定位基准，定位夹紧方案，各表面加工方法；可提出几个方案对比。

⑤选择和确定机床设备，刀具，及工时定额，对于专用工艺设备，应提出设计任务书。

⑥确定工序尺寸及其公差；

⑦确定切削用量；

⑧确定时间定额；

⑨填写工艺文件；9.4结构工艺性同一产品可以有多种不同结构,所需花费的加工量也不大相同。所谓结构工艺性是指所设计的产品在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。

也就是机器的和零件的结构是否便于加工，装配和维修。即在满足机器工作性能的前提下能适应经济、高效制造过程的需要，达到优质、高产、低成本。一、结构和工艺的联系1、结构工艺性因齿间的轴向距离很小、因而小齿圈不能用滚齿加工、只能用插齿加工；又因插斜齿需专用螺旋导轨，因而它的结构工艺性不好。若能采用电子束焊，先分别滚切两个齿轮，再将它们焊成一体，这样的制造工艺就较好，且能缩短齿轮间的轴向尺寸。例如双联斜齿轮的加工由此可见，结构对工艺有着重要的影响。产品的加工量、生产成本及材料消耗。具体分析比较下述各项特征：

a.机器或零件结构的通用化，标准化程度；

b.老产品零部件的重复利用程度；

c.平均加工精度和表面粗糙度系数;

d.关键零件工艺的复杂程度

e.材料利用率

f.采用自动化加工方法的可能性2、结构工艺性衡量的主要依据必须对毛坯制造,机械加工到装配调试的整个工艺过程进行综合分析比较,全面评价。3、结构工艺性具有综合性不同生产规模,不同生产条件的工厂来说,对产品结构工艺性的要求是不同的。4、结构工艺性又具有相对性二、零件结构工艺性提高零件结构工艺性，应遵循以下原则：

(1)、减轻零件重量(2)、保证加工的可能性和经济性(3)、零件尺寸规格标准化(4)、正确标注尺寸及规定加工要求序号（A）结构工艺性不好（B）结构工艺性好说明1在结构（A）中，件2上的凹槽a不便于加工和测量。宜将凹槽a改在件1上，如结构（B）2键槽的尺寸、方位相同，则可在一次装夹中加工出全部键槽，以提高生产效率3在结构（A）的加工面不便于引进刀具序号（A）结构工艺性不好（B）结构工艺性好说明4箱体类零件的外表面比内表面容易加工，应以外部连接表面代替内部连接表面5结构（B）的三个凸台表面，可在一次走刀中加工完毕6结构（B）底面的加工劳动量较小，且有利于装夹平稳、可靠序号（A）结构工艺性不好（B）结构工艺性好说明7结构（B）有退刀槽，保证了加工的可能性，减少刀具（砂轮）的磨损8加工结构（A）上的孔时钻头容易引偏9加工表面与非加工表面之间要留有台阶，便于退刀序号（A）结构工艺性不好（B）结构工艺性好说明10加工表面长度相等或成倍数，直径尺寸沿一个方向递减，便于布置刀具，可在多刀半自动车床上加工，如结构（B）所示11凹槽尺寸相同，可减少刀具种类，减少换刀时间，如结构（B）所示

9．5定位基准的选择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。

9．5．1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。9．5．2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。定位基准对工艺规程的影响。

直接影响：

a.工序的数目；

b.夹具结构的复杂程度；

c.零件的精度是否易于保证（如基准重合）；（3）测量基准测量时所采用的基准即测量基准。

各种基准（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。基准分析注意事项：

1)作为基准的点、线、面在工件上不一定能具体找到，而是由某些具体表面来体现，这些表面叫基面。因此，选择定位基准就是选择恰当的定位基面。

2)除了尺寸关系的基准问题外，表面角度位置精度(平行度，垂直度等)的关系，也同样具有基准关系。定位基准又分为粗基准和精基准。在加工的最初工序中，只能用毛坯上未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准叫粗基准。在以后的工序中，则使用已经过加工的表面作定位基准，这种定位基准称为精基准。

粗基准：选用毛坯表面来定位的基准。

（在第一道工序中只能选用毛坯表面来定位）

精基准：采用已加工过的表面来定位的基准。

（在第一到工序之后的各工序中）9.5.3定位基准的选择设计基准在零件的工程图中已经标出，加工中是否就是以设计基准作为定位基准呢？回答是否定的。定位基准有粗、精、辅助基准之分。辅助基准：(有时回遇到这种情况)，工件上没有能作为定位基准用的恰当表面，而在工件上专门设置或加工出定位表面。常用的有工艺孔和工艺塔子。辅助基准在零件上不起作用，纯粹是为了工艺上的需要。加工完毕后，若有需要（如有碍外观等）可予以去除。粗基准和精基准所起作用不同，两者的选择原则也不一样。9.5.4粗基准的选择1)、两个出发点：

a.保证各加工表面有足够余量。

b.保证不加工表面的尺寸和位置符合图纸要求。2)、粗基准的选择原则（1）若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。例如车床床头箱，其主轴孔的精度要求很高，要求在加工主轴孔时余量均匀，使加工时的切削力和工艺系统的弹性变形均匀。这样就会有利于保证高的尺寸精度和形状精度。因此选用主轴孔为粗基准加工底面（或顶面），再以底面（或顶面）为基准加工主轴孔。（2）在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。这样，可使这个表面在加工中不致因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件报废。例如、铸造和锻造的轴套，常是孔的加工余量较大，这时就以外圆表面为粗基准来加工内孔。（3）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时，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。若既需保证某重要表面加工余量均匀，又要求保证不加工表面与加工表面的位置精度，则仍按本原则处理。（4）选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其它缺陷，以便定位准确，装夹可靠。（5）粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。但是，当毛坯是精密铸件或精密锻件时，毛坯质量高，而工件加工精度要求又不高时，可以重复使用某一粗基准。9．5．5精基准的选择

1)出发点：应考虑减少定位误差，安装方便准确。

2)原则：1）“基准重合”原则

应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，即“基准重合”的原则。这样可以避免因基准不重合而引起的误差⊿bc。

（2）“基准统一”原则

应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作为精基准，即“基准统一”的原则。这样便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并简化夹具的设计制造工作。

如轴类零件，采用顶尖孔作统一基准加工各外圆表面。又如，机床床头箱多采用底面和导向面加工各轴孔，而一般箱体形零件常采用一大平面和两个距离较远的孔为精基准来完成各种工序的加工。

（3）“互为基准”原则

当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可采用这两个表面互为基准，反复多次进行精加工。

例如，精密齿轮高频淬火后，为消除淬火变形、提高齿面与轴孔的精度并保证齿面淬硬层的深度和厚度均匀，则在磨削加工时就以齿面定位磨削轴孔，再以轴孔定位磨削齿面。这样可以保证轴孔与齿面有较高的相互位置精度。

（4）“自为基准”原则

在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中，应尽量选择加工表面本身作为定位基准。例如，用浮动镗刀镗孔、圆拉刀拉孔、珩磨及无心磨床磨削外圆等。（5）、便于装夹的原则应满足定位准、稳定可靠，夹紧机构简单，操作方便的要求。措施：接触面积和分布面积尽可能大。注意：采用自为基准仅能提高表面质量，不能提高形位精度，该加工表面与其它表面之间形位精度则应由先行工序保证9．6工艺路线的制订

9．6．1加工经济精度与加工方法的选择了解各种加工方法所能达到的经济精度及表面粗糙度是拟定零件加工工艺路线的基础。（1）加工经济精度

所谓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，不延长加工时间）所能保证的加工精度和表面粗糙度。机械加工的经济精度影响加工的精度的因素有很多，如机床本身的精度、切削余量、进给速度、刀具磨损情况等。也就是说，同一种加工方法，随着加工条件的改变，所能达到的加工精度是不一样的。所谓经济精度是这样定义的。各种加工方法的加工误差和加工成本之间存在一定的关系。这种关系呈负指数函数曲线形状。

是指在正常的机床、刀具、人工等工作条件下，以合适的工时消耗，某种加工方法所能达到的加工精度。在经济精度范围内，加工精度和加工成本是相互适应的。①有利于合理地选择加工方法；

②有利于准确地标注产品的技术要求。经济精度：经济精度的重要性：各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度可查阅手册。如书本P*页。（2）加工方法的选择1）所选加工方法的经济精度及表面粗糙度应与加工表面的要求相适应。2）所选加工方法应能保证加工表面的几何形状精度与表面相互位置精度要求。3）所选加工方法应与零件材料的可加工性相适应。4）加工方法应与生产类型相适应。5）加工方法应与本厂现有生产条件相适应。具体应考虑的因素

①各加工方法：经济精度和表面粗糙度与表面加工技术要求相当。最好不低于加工技术要求，否则要进行特别处理，改进工艺措施。同时要注意：

a、表中数据为一般情况下的数值，在某些条中下会发生变化。

b、在大批大量生产中，为保证高的生产率和高的成品率。常把原用于高光洁度的加工方法用于获得较差的表面粗糙度。

如：连杆孔表面粗糙度要求为Ra为0.8μm，采用Ra可达0.04～0.32的珩磨加工方法，用以获得高质、高效率。④本厂现有设备、技术不应一谓追求高精设备要充分利用现有设备,挖掘企业潜力，发挥职工的积极性和创造性。③生产类型

反映的是生产率与经济性关系。大批→高效加工方法。如：采用拉削取代铣、刨、镗孔以获得高效率。又如：农用齿轮直接采用锻造成型，无需切削加工。②材料的性质及可以加工性。

如：淬火钢应采用磨削加工，而有色金属磨削困难，一般应采用金刚镗或高速车削来进行精加工。9．6．2加工顺序的安排1．工序顺序的安排原则（4条）（1）先加工基准面，再加工其它表面这条原则有两个含义：①工艺路线开始安排的加工面应该是选作定位基准的精基准面，然后再以精基准定位，加工其它表面。②为保证一定的定位精度，当加工面的精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。（2）一般情况下，先加工平面，后加工孔这条原则的含义是：①当零件上有较大的平面可作定位基准时，可先加工出来作定位面，以面定位，加工孔。这样可以保证定位稳定、准确，安装工件往往也比较方便。②在毛坯面上钻孔，容易使钻头引偏，若该平面需要加工，则应在钻孔之前先加工平面。（3）先加工主要表面，后加工次要表面这里所说的主要表面是指：设计基准面，主要工作面。而次要表面是指键槽、螺孔等其它表面。次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求。因此，一般要在主要表面达到一定的精度之后，再以主要表面定位加工次要表面。（4）先安排粗加工工序，后安排精加工工序对于精度和表面质量要求较高的零件，其粗精加工阶段应该分开。

2．热处理工序及表面处理工序的安排（4条）（1）对于改善金相组织和切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火、调质等），应安排在切削加工之前。（2）对于削除内应力而进行的热处理工序（如人工时效、退火、正火等），一般安排在粗加工之后，精加工之前。（3）对于提高零件表面硬度的热处理工序（如淬火、渗碳淬火等），一般安排在半精加工之后，精加工之前；（4）对于提高零件表面耐磨性或耐腐蚀性而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和表面处理工序（如镀铬、阳极氧化、镀锌、发蓝处理等）一般都放在工艺过程的最后。

3．其它工序的安排检查、检验工序、去毛刺、平衡、清洗工序等也是工艺规程的重要组成部分。（1）检查、检验工序一般安排在：①零件加工完毕之后；②从一个车间转到另一个车间的前后；③工时较长或重要的关键工序的前后。（2）切削加工之后，应安排去毛刺处理。（3）工件在进入装配之前，一般都应安排清洗。（4）采用磁力夹紧工件的工序（如在平面磨床上用电磁吸盘夹紧工件），工件被磁化，应安排去磁处理，并在去磁后进行清洗。9．6．3工序集中程度的确定在安排工序时还应考虑工序中所包含加工内容的多少。在每道工序中所安排的加工内容多，则一个零件的加工只集中在少数几道工序里完成，这时工艺路线短，称为工序集中。反之，在每道工序里安排的内容少，一个零件的加工分散在很多工序里完成，这时工艺路线长，称为工序分散。工序集中具有以下特点：（1）在工件的一次装夹中，可以加工好工件上多个表面。这样，可以较好地保证这些表面之间的相互位置精度；同时可以减少装夹次数和辅助时间，并减少工件在机床之间的搬运次数和工作量，有利于缩短生产周期。例如，加工中心机床就可以实现在一次装夹中，完成工件的多种加工。（2）可以减少机床和夹具的数量，并相应地减少操作工人，节省车间面积，简化生产计划和生产组织管理工作。工序分散具有以下特点：（1）机床设备及工夹具比较简单，调整比较容易，能较快地更换、生产不同的产品。（2）生产工人易于掌握生产技术，对工人的技术水平要求较低。

一般情况下，单件小批生产多遵循工序集中原则，大批大量生产则为工序集中与工序分散两者兼有。但从今后发展看，随着数控机床应用的普及，工序集中程度将日益增加。工序的集中与分散程度必须根据生产规模、零件的结构特点和技术要求、机床设备等具体生产条件进行综合分析确定。

如：a.单件小批：在通用数控机床上实现工序集中

b.大批大量生产：宜采用专机来实现工序集中

c.成批生产：集中为宜，不宜采用昂贵设备和工艺装备使工序集中，而是采用多刀多工位进行工序集中。工序集中与分散的选择9．6．4加工阶段的划分加工阶段划分的必要性：（1）粗加工时，切削层厚，切削热量大，无法消除因热变形带来的加工误差，也无法消除因粗加工留在工件表层的残余应力产生的加工误差。（2）后续加工容易把已加工好的加工面划伤。（3）不利于及时发现毛坯的缺陷。若在加工最后一个表面时才发现毛坯有缺陷，则前面的加工就浪费了。（4）不利于合理地使用设备。把精密机床用于粗加工，使精密机床会过早地丧失精度。（5）不利于合理地使用技术工人。高技术工人完成粗加工任务是人力资源的一种浪费。不划分加工阶段的情况①加工要求不高，工件刚性足够，毛坯质量高，切削余量小时，为减小夹紧力的影响，粗加工后应松开，以较小力重新夹紧。再进行精加工。

②有些重型零件中，为减少安装运输费用。将高精零件的工艺过程划分为几个加工阶段（1）粗加工阶段主要是去除各加工表面的余量，作出精基准。关键问题是提高生产率。（2）半精加工阶段减小粗加工中留下的误差，达到一定的精度，为精加工做好准备。（3）精加工阶段在精加工阶段，应确保尺寸、形状和位置精度达到或基本达到（精密件）图纸规定的精度要求以及表面粗糙度要求。（4）精密、超精密加工、光整加工阶段对那些精度要求很高的零件，在工艺过程的最后安排珩磨或研磨、精密磨、超精加工、金刚石车、金刚镗或其它特种加工方法加工，以达到零件最终的精度要求。⑤荒加工

毛坏余量特别大，表面极其粗糙。在粗加工前进行去皮加工。④光整加工阶段

a.主要任务：对IT6以上，Ra<0.2的表面进行加工。

如孔表面的珩磨，外圆面的抛光。

b.注意：光整加工不能纠正几何形状和相互位置误差。9．7加工余量、工序尺寸及公差的确定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：Zi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。3．加工余量的计算（1）对于单边余量（加工平面时）：

（2）对于对称双边余量（加工外圆和孔时）：其中α是位置偏差ρa和装夹误差Δzj之和与Zb之间的夹角。按上述方法计算所得的加工余量是最为经济合理的，但需要有比较全面充分的资料，且计算过程较复杂，所以，在实际生产上，加工余量常是按有关工艺手册和资料结合具体情况加以修正而确定的。9．8尺寸链原理9．8．1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

c9．8．2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。

9．8．3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。1．极值法计算尺寸链（1）封闭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）封闭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各减环的最大极限尺寸的代数和。即（3）封闭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）封闭环极限偏差的计算

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。

2．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。

9．8．4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7-1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9-2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9-3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7-4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7-5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9-6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9-7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。9．9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％