第二章机械加工工艺规程设计

本章要点定位基准的选择工艺路线拟订工艺尺寸链工艺过程经济分析

第二章

机械加工工艺规程设计加工余量的确定机械加工工艺过程和工艺规程

机械加工工艺过程

采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程。

机械加工工艺规程规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。一、工艺规程的作用

连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据。生产准备，包括技术准备，如：工装、设备；生产计划、调度、工人操作、质量检验的依据新建或扩建车间的依据§2.1概

述二、工艺规程格式（工艺过程卡、工序卡、工艺卡）

1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。2）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。3）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。5）积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。三、机械加工工艺规程设计原则§2.1概

述

1.产品的全套装配图及零件图2.产品的验收质量标准3.产品的生产纲领及生产类型4.零件毛坯图及毛坯生产情况5.本厂（车间）的生产条件6.各种有关手册、标准等技术资料7.国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况制定机械加工工艺规程所需原始资料§2.1概

述

1．阅读装配图和零件图

了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，明确零件的主要技术要求。2．工艺审查

审查图纸上的尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性。

零件结构工艺性是指在满足使用要求的前提下，制造该零件的可行性和经济性。3.熟悉或确定毛坯

依据是：零件的结构、在产品中的作用、生产纲领。机械加工工艺规程设计步骤§2.1概

述a）b）c）a）孔距箱壁太近：①需加长钻头才能加工②钻头在圆角处容易引偏

b）加长箱耳，不需加长钻头即可加工c）结构上允许，将箱耳设计在某一端，不需加长箱耳

几种零件的结构工艺性举例a）a）车螺纹时，螺纹根部不易清根，且工人操作紧张，易打刀

b）b）留有退刀槽，可使螺纹清根，工人操作相对容易，可避免打刀

a）插齿无退刀空间，小齿轮无法加工a）b）b）留出退刀空间，小齿轮可以插齿加工几种零件的结构工艺性举例a）两端轴颈需磨削加工，但砂轮圆角不能清根

a）b）留有退刀槽，磨削时可以清根b）a）锥面磨削加工时易碰伤圆柱面，且不能清根

a）b）留出砂轮越程空间，可方便地对锥面进行磨削加工

b）几种零件的结构工艺性举例a）a）斜面钻孔，钻头易引偏

b）b）结构允许，留出平台，可避免钻头偏斜

a）孔壁出口处有台阶面，钻孔时钻头易引偏，易折断

a）b）b）结构允许，内壁出口处作成平面，钻孔位置容易保证

几种零件的结构工艺性举例a）a）加工面高度不同，需两次调整加工，影响加工效率

b）b）加工面在同一高度，一次调整可完成两个平面加工a）键槽方向不一致，需两次装夹才能完成加工

a）b）b）键槽方向一致，一次装夹即可完成加工几种零件的结构工艺性举例

各类毛坯的特点及适用范围

毛坯种类制造精度（IT）加工余量原材料工件尺寸工件形状机械性能适用生产类型型

材型材焊接件砂型铸造自由锻造普通模锻钢模铸造精密锻造压力铸造熔模铸造冲压件粉末冶金件

工程塑料件

13级以下13级以下11～1510～128～118～117～108～107～9

9～11大一般大大一般较小较小小很小小很小

较小各种材料钢

材铸铁,铸钢,青铜钢材为主钢,锻铝,铜等铸铝为主钢材,锻铝等铸铁,铸钢,青铜铸铁,铸钢,青铜钢铁,铜,铝基材料工程塑料小型大、中型各种尺寸各种尺寸中、小型中、小型小型中、小型小型为主各种尺寸中、小尺寸

中、小尺寸简单较复杂复杂较简单一般较复杂较复杂复杂复杂复杂较复杂复杂较好有内应力差好好较好较好较好较好好一般

一般各种类型单件单件小批单件小批中、大批量中、大批量大批量中、大批量中、大批量大批量中、大批量

中、大批量§2.1概

述3．熟悉或确定毛坯

确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。4.选择定位基准5.拟定加工路线6.确定满足各工序要求的工艺装备包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。§2.1概

述

确定切削用量确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差确定时间定额编制数控加工程序（对数控加工）评价工艺路线

对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案。12.填写或打印工艺文件§2.1概

述在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。

用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。零件上根据机械加工工艺需要而专门设计的定位基准。如用作轴类零件定位的顶尖孔，用作壳体类零件定位的工艺孔或工艺凸台等。粗基准用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。精基准附加基准§2.2工艺路线的制订一、定位基准的选择工艺凸台A向A辅助基准a）2）1）（1）保证相互位置要求原则——如果首先要求保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准。（2）余量均匀分配原则——如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准。

粗基准选择比较1.粗基准的选择壁厚均匀余量均匀

床身粗基准选择比较工序1工序1工序2工序2

（3）便于工件装夹原则——要求选用的粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准。（2）余量均匀分配原则

导轨余量均匀床脚余量均匀

a)

b)

粗基准重复使用错误示例及改进（4）粗基准一般不得重复使用原则

使用已加工过的内孔定位，不使用毛坯外圆柱面定位

（1）基准重合原则——选用被加工面设计基准作为精基准

主轴箱零件精基准选择（2）统一基准原则——当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早将这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工2.精基准的选择

以顶面和两销孔定位

镗孔支架置于箱体中部的吊架支承

吊架精基准的选择

在实际生产中，经常使用的统一基准形式有：

1）轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准；

2）箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准；

3）盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准；

4）套类零件用一长孔和一止推面作统一基准。

采用统一基准原则好处：

1）有利于保证各加工表面之间的位置精度；

2）可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数。

★注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准。精基准的选择

（3）互为基准原则轴径轴径锥孔

主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择（4）自为基准原则

【例】床身导轨面磨削加工

导轨磨削基准选择精基准的选择

浮动镗刀块1—工件2—镗刀块3—镗杆外圆研磨示意图【例】铰孔、拉孔、研磨【例】浮动镗刀块镗孔精基准的选择自为基准示例

1.浮动镗刀块属定尺寸刀具

2.浮动镗刀块沿镗刀杆径向可以自由滑动【例】内表面拉削精基准的选择自为基准示例

（5）便于装夹原则——所选择的精基准，应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便。

40摇杆零件图φ40φ12H7铸造圆角R3其余倒角1×45°60±0.059φ20H71.63.23.23.21618M83.2R12710ABDC1545【例1】选择如图所示摇杆零件的定位基准。零件材料为HT200，毛坯为铸件，生产批量：5000件。

基准选择的训练

加工误差与成本关系CΔ0AB

经济精度随年代增长和技术进步而不断提高

在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级工人，不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度1.加工经济精度年代加工误差（μm）196010-110-210-319202000102101100

加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工§2.2工艺路线的制订二、加工经济精度与加工方法的选择

1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求2）零件材料的加工性3）生产批量和生产节拍要求4）企业现有加工设备和加工能力5）经济性选择加工方法应考虑的问题

外圆表面、孔及平面加工方案参见教材表4-7，4-8，4-9§2.2工艺路线的制订二、加工经济精度与加工方法的选择

典型表面加工路线研磨IT5Ra0.008~0.32超精加工IT5Ra0.01~0.32砂带磨IT5Ra0.01～0.16精密磨削IT5Ra0.008~0.08抛光Ra0.008~1.25金刚石车IT5～6Ra0.02~1.25滚压IT6～7Ra0.16~1.25精磨IT6～7Ra0.16~1.25精车IT7～8Ra1.25～5粗磨IT8～9Ra1.25～10半精车IT10～11Ra2.5～12.5粗车IT12～13Ra10～80

外圆表面的典型加工工艺路线

§2.2工艺路线的制订加工经济精度与加工方法的选择

孔的典型加工工艺路线

珩磨IT5～6Ra0.04~1.25研磨IT5～6Ra0.008~0.63粗镗IT12～13Ra5～20钻IT10～13Ra5～80半精镗IT10～11Ra2.5～10粗拉IT9～10Ra1.25～5扩IT9～13Ra1.25~40精镗IT7～9Ra0.63～5粗磨IT9～11Ra1.25～10精拉IT7～9Ra0.16~0.63推IT6～8Ra0.08~1.25铰IT6～9Ra0.32~10金刚镗IT5～7Ra0.16~1.25精磨IT7～8Ra0.08~0.63滚压IT6～8Ra0.01~1.25手铰IT5Ra0.08~1.25§2.2工艺路线的制订加工经济精度与加工方法的选择平面典型加工工艺路线抛光Ra0.008¬1.25研磨IT5～6Ra0.008¬0.63精密磨IT5～6Ra0.04¬0.32半精铣IT8～11Ra2.5¬10精铣IT6～8Ra0.63～5高速精铣IT6～7Ra0.16¬1.25导轨磨IT6Ra0.16¬1.25精磨IT6～8Ra0.16¬1.25宽刀精刨IT6Ra0.16¬1.25粗磨IT8～10Ra1.25¬10精刨IT6～8Ra0.63～5半精刨IT8～11Ra2.5～10半精车IT8～11Ra2.5～10粗铣IT11～13Ra5～20粗刨IT11～13Ra5～20砂带磨IT5～6Ra0.01¬0.32金刚石车IT6Ra0.02¬1.25刮研Ra0.04¬1.25精车IT6～8Ra1.25～5粗车IT12～13Ra10～80精拉IT6～9Ra0.32～2.5粗拉IT10～11Ra5～20§2.2工艺路线的制订加工经济精度与加工方法的选择§2.2工艺路线的制订超精加工方法§2.2工艺路线的制订超精加工方法§2.2工艺路线的制订超精加工方法

（1）先基准后其他——先加工基准面，再加工其他表面

（2）先面后孔

1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定

2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生（3）先主后次

1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排

2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工（4）先粗后精

机械加工工序的安排§2.2工艺路线的制订

为改善工件材料切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火等），应安排在切削加工之前进行为消除内应力而进行的热处理工序（如退火、人工时效等），最好安排在粗加工之后，也可安排在切削加工之前为了改善工件材料的力学物理性质而进行的热处理工序（如调质、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前。而表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，允许安排在精加工后进行为了提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序以及以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序（如镀铬、镀锌、氧化、煮黑等）一般放在工艺过程的最后。热处理和表面处理工序的安排§2.2工艺路线的制订

除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：①零件加工完毕后；②从一个车间转到另一个车间前后；③重要工序前后。其他工序的安排

去毛刺工序通常安排在切削加工之后。清洗工序在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，应对工件进行认真地清洗。检验工序的安排§2.2工艺路线的制订

使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而使总的工序数目减少优点：

1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度；

2）有利于采用高效机床，可节省工件装夹时间，减少工件搬运次数；

3）可减小生产面积，并有利于管理。

使每个工序的工步内容相对较少，从而使总的工序数目较多工序分散优点：每个工序使用的设备和工艺装备相对简单，调整、对刀比较容易，对操作工人技术水平要求不高工序集中工序分散§2.2工艺路线的制订工序的集中与分散

传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的情况）工序集中与工序分散的应用

由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，加之加工中心等先进设备的采用，工序集中将越来越成为生产的主流方式

多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式§2.2工艺路线的制订

粗加工阶段——主要任务是去除加工面多余的材料

半精加工阶段——使加工面达到一定的加工精度，为精加工作好准备

精加工阶段——使加工面精度和表面粗糙度达到要求

光整加工阶段——对于特别精密的零件，安排此阶段，以确保零件的精度要求

有利于保证零件的加工精度；有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持；有利于人员的合理安排；可及早发现毛坯缺陷，以减少损失。加工阶段的划分加工阶段划分的意义§2.2工艺路线的制订

加工余量——加工过程中从加工表面切去材料层厚度

工序（工步）余量——某一表面在某一工序（工步）中所切去的材料层厚度

◎

对于被包容表面◎

对于包容表面a）b）c）d）Zbab

工序加工余量ZbbabaZb2Zb2Zb2Zb2ab式中Zb——本工序余量；

a——前工序尺寸；

b——本工序尺寸。加工余量及其计算§2.3加工余量、工序尺寸及公差的确定双边余量

:对于外圆内圆等对称表面外圆表面2Zb

=da-db，内圆表面2Zb

=Db-Da单边余量:对于非对称表面

Zb

=la-lb工序尺寸公差一般按“入体原则”标注最大余量ZmaxZmax=la–(lb

–Tb)=Zb

+

Tb最小余量ZminZmin

=(la–

Ta)

–lb=Zb

–

Ta工序余量变动范围

Tz

=Zmax–Zmin

=Tb+Ta

由于各工序尺寸都有偏差，故实际切除的余量是变化的。工序余量(公称余量):对于被包容面，本工序的公称余量:

Zb

=la-lb

对于包容尺寸（孔径、槽宽），下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸，本工序的公称余量:

Zb

=lb-la

Zmax=(lb

+Tb)–la=Zb

+

TbZmin

=lb–(la+Ta)

=Zb

–

Ta工序余量变动范围

Tz

=Zmax–Zmin

=Tb+Ta式中Zmax

，Zmin

，Zm——最大、最小、平均余量；

TZ

——余量公差；

amax

，amin

，am——上工序最大、最小、平均尺寸；

bmax

，bmin

，bm——本工序最大、最小、平均尺寸；

Ta——上工序尺寸公差；

Tb——本工序尺寸公差。

余量公差（被包容尺寸与包容尺寸）§2.3加工余量、工序尺寸及公差的确定

总加工余量——零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度式中ZS——总加工余量；

Zi——第i道工序加工余量；

n——该表面加工工序数。◎

采用浮动镗刀块镗孔式中Ry——上一工序表面粗糙度；

Ha——上一工序表面缺陷层；

ea

——上一工序形位误差；

εb——本工序装夹误差。◎

无心磨床磨外圆◎

研磨、抛光平面RyHaeaεb

最小加工余量构成最小余量构成§2.3加工余量、工序尺寸及公差的确定1）上工序留下的表面粗糙度值Ry和表面缺陷层深度Ha

本工序必须把上工序留下的表面粗糙度和表面缺陷层全部切去，因此本工序余量必须包括这两项因素。2.影响加工余量的因素图7-19上工序表面粗糙度和缺陷层的影响2）上工序的尺寸公差Ta

上工序加工表面存在形状误差，如平面度、圆柱度等，其总和不超过Ta

，为使本工序能切去这些误差，工序余量应包括Ta项。图7-18直线度误差对加工精度的影响3）Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差

ea工件上有些形位误差未包括在加工表面工序尺寸公差范围之内,在确定加工余量时，须考虑它们的影响，否则将无法去除上工序留下的表面缺陷层。

4）本工序的装夹误差

εb

如果本工序存在装夹误差（定位误差、夹紧误差），还应考虑εb的影响。

ea与εb都是向量，要用矢量相加所得矢量和的模进行余量计算。综上分析，工序余量的最小值可用以下公式计算：对于单边余量：

对于双边余量：

2

图7-20三爪卡盘的装夹误差加工余量确定方法

计算法——采用计算法确定加工余量比较准确，但需掌握必要的统计资料和具备一定的测量手段。

经验法——由一些有经验的工程技术人员或工人根据现场条件和实际经验确定加工余量。此法多用于单件小批生产。

查表法——利用各种手册所给的表格数据，再结合实际加工情况进行必要的修正，以确定加工余量。此法方便、迅速，生产上应用较多。

需要指出的是，目前国内各种手册所给的余量多数为基本余量，基本余量等于最小余量与上一工序尺寸公差之和，即基本余量中包含了上一工序尺寸公差，此点在应用时需加以注意。§2.3加工余量、工序尺寸及公差的确定确定工序尺寸一般方法1）确定各工序加工余量；2）从最终加工工序开始，即从设计尺寸开始，逐次加上（对于被包容面）或减去（对于包容面）每道工序的加工余量，可分别得到各工序的基本尺寸；3）除最终加工工序取设计尺寸公差外，其余各工序按各自采用的加工方法所对应的加工经济精度确定工序尺寸公差；4）除最终工序外，其余各工序按“入体原则”标注工序尺寸公差；5）毛坯余量通常由毛坯图给出，故第1工序余量由计算确定。§2.3加工余量、工序尺寸及公差的确定

主轴孔工序尺寸及公差的确定浮动镗0.1100IT7Ra0.8

精镗0.5IT8Ra1.6半精镗2.4IT10

Ra3.2

粗镗5IT12

Ra6.3毛坯孔工序名称加工余量工序基本尺寸加工经济精度(IT)工序尺寸及公差表面粗糙度

主轴孔工序尺寸及公差的确定，加工过程：粗镗→半精镗→精镗→浮动镗【例2】§2.3加工余量、工序尺寸及公差的确定100-0.1=99.999.9-0.5=99.499.4-2.4=9797-5=92尺寸链定义

在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。★

装配尺寸链——在机器设计和装配过程中，由有关零件尺寸形成的尺寸链★

工艺尺寸链——在加工过程中，由同一零件有关工序尺寸所形成的尺寸链§2.4工艺尺寸链工艺尺寸链的特性

1）封闭性：

各尺寸的排列呈封闭形式，没有封闭的不能成为尺寸链。2）关联性：任何一个直接获得的尺寸的变化，都将影响间接获得尺寸及其精度的变化。

A2A1A01.加工面2.定位面3.设计基准A0A2A1AK（b)装配尺寸链（a）工艺尺寸链

尺寸链的环

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）——指组成尺寸链的每一个尺寸

增环——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

组成环——尺寸链中除封闭环以外的各环。对于工艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的

减环——该环变动（增大或减小）引起封闭环反向变动（减小或增大）的环尺寸链方程

——确定尺寸链中封闭环（因变量）和组成环（自变量）的函数关系式，其一般形式为：§2.4工艺尺寸链

1.极值法四)工艺尺寸链计算的基本公式

式中：

——封闭环的的尺寸；

——增环的基本尺寸；

——减环的基本尺寸；

m

——增环的环数；

n

——包括封闭环在内的尺寸链的总环数。①

封闭环的基本尺寸：等于组成环环尺寸的代数和

按尺寸链在空间分布的位置关系，分为直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。一、直线尺寸链最小极限尺寸：等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和。一、直线尺寸链②

封闭环的极限尺寸：最大极限尺寸：等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和；

1.极值法四)工艺尺寸链计算的基本公式

③

封闭环的上偏差与下偏差：

封闭环的上偏差：等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和封闭环的下偏差：等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和④

封闭环的公差：等于所有组成环公差之和四)工艺尺寸链计算的基本公式

一、直线尺寸链

1.极值法特点：以概率论理论为基础，计算科学、复杂，用于环数较多的大批大量生产中。

(2)各环平均尺寸之间的关系

(1)各环公差之间的关系

(3)各环平均偏差之间的关系

当计算出各环的公差、平均尺寸、平均偏差之后，应按将该环的公差对平均尺寸按双向对称分布，即写成，然后将之改写成上下偏差的形式，即假定各环尺寸按正态分布，且其分布中心与公差带中心重合。2.概率法

(1)正计算——已知各组成环，求封闭环。主要用于验算所设计的产品能否满足性能要求，零件加工后能否满足零件的技术要求。3.尺寸链计算的几种情况4.组成环公差的分配方法

等公差原则

按等公差值分配的方法来分配封闭环的公差时,各组成环的公差值取相同的平均公差值Tav：即概率法

极值法(2)反计算——已知封闭环，求各组成环。主要用于产品设计、加工和装配工艺计算等方面。如何将封闭环的公差正确地分配给各组成环的问题。（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），可用于设计计算与工艺计算，也可用于验算。

（1）尺寸A0是加工过程间接保证的，是尺寸链的封闭环；尺寸A1和A2是在加工中直接获得的，是尺寸链的组成环。（2）A1为增环，A2为减环。

工艺尺寸链A1A2A0b)A1A2A0a)ABC0.05A0.1C

工艺尺寸链示例：工件如图a），A、C面已加工好，现以A面定位用调整法加工B面，要求保证B、C面距离A0【例1】尺寸链方程为：1.工艺基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算【解】

图示工件

，以底面A定位，加工台阶面B，保证尺寸，试确定工序尺寸A2。【例6】【解】工艺尺寸链示例a)b)A1A2A0A1A2A0ABC0.05A0.1C求解图b）的尺寸链，可得到：工序尺寸：1.工艺基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算§2.4工艺尺寸链

（1）尺寸A0是加工过程间接保证的，是封闭环；尺寸A1和A2是在加工中直接获得的，是组成环。A1为增环，A2为减环。计算过程：设计基准（定位基准）

若本道工序的加工精度为δ，则只要δ≤δA2，即可满足加工要求例：图示零件加工台阶面切削平面δ（本道工序加工精度）设计基准定位基准若要满足加工精度必须有：－称为基准不重合误差L2为待求测量尺寸；mm。2.测量基准和设计基准不重合【

例

】

某车床主轴箱体III轴和Ⅳ轴的中心距为(127土0.07)mm，该尺寸不便直接测量，拟用游标卡尺直接测量两孔内侧或外侧母线之间的距离来间接保证中心距的尺寸要求。已知Ⅲ轴孔直径为mm，Ⅳ轴孔直径为mm。现决定采用外卡测量两孔内侧母线之间的距离。

解：为求得该测量尺寸，需要按尺寸链的计算步骤计算尺寸链。

（2）判断组成环

（1）画出工艺尺寸链图L0为间接保证尺寸,是封闭环L1、L2、L3为增环；已知：L0=(127土0.07)mm；（3）尺寸链计算故：实测结果为，就能够保证III轴和Ⅳ轴中心距的要求。但是，若实测结果超差，却不一定都是废品。若两孔的直径尺寸取公差的上限，即半径尺寸L1=40.002，L3=32.515，而中心距尺寸取下限：L0=126.93，则：L2=L0－L1－L3=126.93－40.002－32.515=54.413则L2的尺寸便允许L2=(54.5－0.087)

由此可见：产生假废品的根本原因在于测量基准和设计基准不重合。组成环数愈多，公差范围愈大，出现假废品的可能性愈大。

测量尺寸链示例A2

若实测A2=40.30，按上述要求判为废品，但此时如A1=50，则实际A0=9.7，仍合格，即“假废品”。当实测尺寸与计算尺寸的差值小于尺寸链其它组成环公差之和时，可能为假废品。采用专用检具可减小假废品出现的可能性

如图所示零件，尺寸A0不好测量，改测尺寸A2

，试确定A2的大小和公差

由新建立的尺寸链可解出：

A2是测量直接得到的尺寸，是组成环；A0是间接保证的，是封闭环。计算尺寸链可得到：【解】【例】

★

假废品问题：2.测量基准和设计基准不重合3)定位基准和设计基准不重合的尺寸链计算【例】某零件按大批量生产采用调整法加工A、B、C面。其工艺安排是：已将A、B面加工好，本工序以A面为定位基准加工C面，以保证尺寸：需计算工艺尺寸L2④尺寸链计算

∴

公差：

②

判断组成环:L1为增环；L2为减环

L0为间接保证尺寸,是封闭环③公差分配按等公差原则分配公差:按入体原则确定L1的公差：

解：①

画出工艺尺寸链图2）一次加工满足多个设计尺寸要求时工序尺寸及公差的计算齿轮上内孔及键槽的加工顺序如下：工序1：镗内孔至Ф39.6+0.062；工序2：插槽至尺寸A1

；工序3：热处理—淬火；工序4：磨内孔至Ф40+0.039，同时保证键槽深度43.3+0.2。000解：①作出尺寸链图；②按照加工顺序确定封闭环A0

；

③画箭头分出增环A1、A3和减环A2；

④中间工序尺寸A1的计算

A1基本尺寸

A0

=A1+A３-A243.3=A1+20–19.8

得A1

=43.1

验算公差

T0

=T1

+T3+T2

T1

=

0.2–0.031–0.0195

=0.1495A1上偏差0.2=ES(A1)

+0.0195–0

ES(A1)=0.2–0.0195=0.1805A1下偏差0=EI(A1)+0–0.031

EI(A1)=0.031

故插键槽时的工序尺寸A1

=43.1+0.1805+0.031

如图所示偏心零件，表面A要求渗碳处理，渗碳层深度规定为0.5～0.8mm。与此有关的加工过程如下：（3）表面淬火、渗碳、镀层的工艺尺寸计算

【例1】【解】

渗碳层深度尺寸换算a)A1）精车A面，保证直径；3）精磨A面保证直径尺寸，同时保证规定的渗碳层深度。2）渗碳处理，控制渗碳层深度H1；试确定H1的数值。(1)建立尺寸链，如图b,(2)H0是最终的渗碳层深度，是间接保证的，是封闭环。R2、H1为增环；R1为减环R2R1H1H0b)D2H0H1D1§2.4工艺尺寸链(3)确定各尺寸及公差(4)尺寸链计算过程：【

例2】

如图所示轴套类零件的外表面要求镀铬，镀层厚度规定为0.025～0.04mm，镀后不再加工，并且外径的尺寸为mm。这样，镀层厚度和外径的尺寸公差要求只能通过控制电镀时间来保证，求镀前磨削工序的工序尺寸。（3）表面淬火、渗碳、镀层的工艺尺寸计算

【

解

】

（1）按半径画出工艺尺寸链图

（2）判断组成环

L0=为镀后外径是间接保证尺寸,是封闭环，L1=？

、L2=为增环（3）确定各尺寸及公差

（4）尺寸链计算

∴

换成直径后，镀前磨削工序的工序尺寸为：

3.校核工序间余量例:

一台阶轴其轴向工艺过程，现要校核工序30精车B面的余量。ABCA1A2A3ABCA5A4以端面C为基准，粗车端面A、B，直接得到A1=28-0.52，

A2=35-0.34调头，粗、精车C面，直接得到尺寸

A3=26-0.28调头，精车A、B，直接得到A4=25-0.14A5=35-0.17A1解:

根据工艺过程作轴向尺寸形成过程及余量分布图，寻找封闭环，建立尺寸链求解。ABCA2A3A4A5Z为封闭环A0A3A2A4A5ZA0Z为封闭环,求得，Zmin=0.38>0,合适。

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，采用图表法可较好解决这个问题

如图所示零件有关轴向尺寸加工过程如下：【例10】31.69±0.316±0.127.07±0.07ABCD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D面定位，粗车A面，保证A、D面距离尺寸A1，粗车C面，保证A、C面距离尺寸A2；2）以A面定位，精车B面，保证A、B面距离尺寸A3，粗车D面，保证B、D面距离尺寸A4；3）以B面定位，精车A面，保证A、B面距离尺寸A5，同时保证设计尺寸31.69±0.31；精车C面，保证设计尺寸A6=27.07±0.07；3.工序尺寸与加工余量计算图表法A1A2A31.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。尺寸联系图【解】3.工序尺寸与加工余量计算图表法【例10】1）D面定位，粗车A面保证A1，粗车C面保证A2；2）A面定位，精车B面保证A3，粗车D面保证A4；3）B面定位，精车A面保证A5，同时保证设计尺寸R2=31.69±0.31；精车C面，保证设计尺寸A6=27.07±0.07；4）靠火花磨削B面，控制余量Z7=0.1±0.02，同时保证设计尺寸R1=6±0.1。Z6Z4Z7Z5ABCDA1A2A3A4A5A6R1R2A5R1Z7a）Z5A3A5d）A3Z4A4A1e）Z6A2A3A5A6c）

工艺尺寸链A5R2A4b）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3.工序尺寸与加工余量计算图表法ABCDZ6Z4Z7Z5A1A2A3A4A5A6R1R23.计算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±0.5±0.3±0.1±0.3±0.07±0.02±0.1

±0.31±0.1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初拟修正后ZiminZiMAiMAiA6ABCDA1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z4§2.4工艺尺寸链3426.734.5-126.7+0.56.5825.596.58-0.225.82-0.46±0.23±0.086

31.69±0.020.080.1±0.83±0.18±0.550.30.310.850.481.8327+0.146.18-0.1627.076.1二、平面尺寸链

封闭环和所有组成环均处于同一平面或几个互相平行的平面，其中某些组成环不平行于封闭环的尺寸链。

1．平面尺寸分析与平面尺十链的计算

用坐标镗床或数控镗铣床加工模板、模具或箱体孔系，位置尺寸有如下四种标注方法：①直接标注坐标尺寸②标注两孔中心距，和两孔中心连线与坐标轴之间的夹角平面尺寸链公差带图③标注两孔中心距和一个坐标尺寸④标注两个中心距平面尺寸链公差带图2．平面尺寸链举例

某箱体孔系的设计尺寸如图所示。该箱体孔系拟在数控坐标镗床上加工，工序安排为：以底面、侧面和后面为定位基准，先加工I孔，再加工Ⅱ孔，最后加工III孔。I孔的定位尺寸是两个坐标尺寸(已知），

II孔、Ⅲ孔的定位尺寸是中心距和一个坐标尺寸，要先求出另一坐标尺寸并求出坐标尺寸公差后再编程。I孔的定位尺寸是两个坐标尺寸(已知），

II孔、Ⅲ孔的定位尺寸是中心距和一个坐标尺寸，要先求出另一坐标尺寸并求出坐标尺寸公差后再编程。

图a所示零件，加工两φ80H7孔，要求保证孔心距L0=300±0.02，两孔中心连线与A面夹角α0=15°±2′。Y1的基本尺寸为160，根据几何关系可确定X和Y2的基本尺寸分别为289.778和237.646。若加工后实测结果为：X=289.780，Y1=159.995，Y2=237.648。试确定L0和α0的偏差。【例4】误差传递计算示例a）b）Y1Y2AXL0α0α0L0XY1Y2§2.4工艺尺寸链二、平面尺寸链对L0式两边取全微分，并将偏差值代入，得到：用同样的方法可求得：

X、Y1、Y2、L0和α0构成一平面尺寸链（图b）。其中L0和α0是封闭环。尺寸链方程为：【解】Y1Y2

误差传递计算示例AXL0α0a）α0L0b）XY1Y2§2.4工艺尺寸链二、平面尺寸链L=30±0.05A=10±0.01DC±—TC12θ=60°±2′

L0

θCAEd

a）

b）平面尺寸链示例

图a所示斜孔钻模板。采用工艺孔d辅助进行加工和测量。求孔d至斜孔中心线的距离尺寸C。已知孔d与孔D的偏移量为E=±0.01mm，θ，A值如图示。【例5】

建立尺寸链（图b）【解】§2.4工艺尺寸链基本时间：直接改变生产对象的性质，使其成为合格产品或达到工序要求所需时间（包括切入、切出时间）时间定额

定义:

在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间

组成辅助时间：为实现工艺过程必须进行的各种辅助动作时间，如装卸工件、启停机床、改变切削用量及进退刀等布置工作地时间：包括更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等。休息和生理需要时间：工人在工作班内，为恢复体力和满足生理需要所需时间准备终结时间：如熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、发送成品等§2.5时间定额与提高生产效率的途径

单件时间与单件工时定额计算◆

单件时间：◆

单件工时定额：式中tB——基本时间

tA——辅助时间

tC——布置工作地时间

tR——休息和生理需要时间

tP——准备终结时间

B——批量§2.5时间定额与提高生产效率的途径提高生产效率的工艺途径

缩短基本时间：

①提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）；§2.5时间定额与提高生产效率的途径③采用复合工步，使多个表面加工基本时间重合（如多刀加工，多件加工等）。②采用多刀多刃进行加工（如以铣削代替刨削，采用组合刀具等）；提高生产效率的工艺途径

缩短辅助时间：

①使辅助动作实现机械化和自动化（如采用自动上下料装置、先进夹具等）；

②使辅助时间与基本时间重叠（如采用多位夹具或多位工作台，使工件装卸时间与加工时间重叠；采用在线测量，使测量时间与加工时间重叠等）§2.5时间定额与提高生产效率的途径

缩短布置工作地时间：

缩短准备终结时间：主要是减少换刀时间和调刀时间采用自动换刀装置或快速换刀装置使用不重磨刀具采用样板或对刀块对刀采用新型刀具材料以提高刀具耐用度在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具在数控加工中，采用离线编程及加工过程仿真技术§2.5时间定额与提高生产效率的途径零件成本组成§2.6工艺方案的技术经济分析工艺成本生产成本——生产一件产品或一个零件所需费用总和工艺成本——生产成本中与工艺过程直接有关的部分工艺成本可分为两部分：

可变费用：与年产量有关且与之成比例的费用，记为CV包括材料费CVM，机床工人工资及工资附加费CVP，机床使用费CVE，普通机床折旧费CVD，刀具费CVC，通用夹具折旧费CVF等CV=CVM+CVP+CVE+CVD+CVC+CVF

不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，记为CN。包括调整工人工资及工资附加费CSP，专用机床折旧费CSD，专用夹具折旧费CSF等CN=CSP+CSD+CSF

§2.6工艺方案的技术经济分析◆

零件全年工艺成本（式中N

为零件年产量）：CY=CVN+CN

◆

零件单件工艺成本：CP=CV+CN/N

工艺方案比较

比较工艺成本：需评价工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图）计算如下：

全年工艺成本比较与临界年产量0方案1CN1CN2NCNCY方案2§2.6工艺方案的技术经济分析方案1CN1CN20NCNCY方案2ΔCYNCC

考虑追加投资的临界年产量

比较投资回收期：当对比的工艺方案基本投资额相差较大时，应考虑不同方案基本投资额的回收期。式中τ——投资回收期；

ΔF——基本投资差额；

ΔS——全年生产费用节约额。

考虑投资回收期的临界年产量NCC（图）：§2.6工艺方案的技术经济分析1．概念（GT）

GT是一门工程技术科学，研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似形，并充分的利用它，即把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所希望的经济效益。2．基本原理基本原理是充分认识和利用客观存在的有关事物的相似形。将品种众多的零件按其相似形分类以形成为数不是很多的零件族，把同一零件族中诸多分散的小生产量汇集较大的成组生产量。例如在机械加工方面是按零件工艺的相似形对零件进行分类。§2.8成组技术生产流程分析法（PFA）：

以零件生产流程为依据，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归为一类。§2.8成组技术3．实施的技术基础

按一定的相似形标准将有关事物归类成组。4．零件分类成组的方法视检法：由有经验的人员通过对零件图仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。编码分类法：首先选择或制定分类编码系统，将分类的诸零件进行编码。根据零件代码进行分类。§2.8成组技术分类编码系统的结构

成组工艺的设计方法—样件法1．概念

利用一种复合零件来设计成组工艺的方法，复合零件可以是零件组中实际存在的某个具体零件，也可以是一个实际上并不存在的而人为虚拟的一个假想零件。此零件必须拥有同组全部待加工的表面要素。按复合零件设计的成组工艺，能加工零件组内的所有零件。§2.8成组技术一个零件组及其复合零件是按上述复合零件设计所得的成组工艺，以及组内各零件的具体工艺。§2.8成组技术

传统工艺过程设计存在的问题从根本上解决人工设计效率低，周期长，成本高的问题可以提高工艺过程设计的质量，并有利于实现工艺过程设计的优化和标准化可以使工艺设计人员从烦琐重复的工作中解放出来，集中精力去提高产品质量和工艺水平CAPP是连接CAD和CAM系统的桥梁，是发展计算机集成制造的不可缺少的关键技术

CAPP意义设计效率低，周期长，成本高不必要的花色繁多，不利于管理设计质量参差不齐，难于实现优化设计工艺人员短缺和老化是全球机械制造业面临的共同问题§2.9计算机辅助工艺过程设计派生式(变异式)CAPP系统(VariantCAPPSystem)◆该类系统以成组技术为基础，根据零件编码查找所属零件组，调出零件组的标准工艺，进行适当的编辑或修改，生成所需的工艺规程。零件组矩阵零件编码查找零件组输入表头信息工艺规程格式工艺规程打印输出标准工艺路线文件标准工序文件CAM-I推出的派生式CAPP系统框图工作要素处理应用程序工艺路线检索/编辑标准工序检索/编辑工艺规程存储器§2.9计算机辅助工艺过程设计标准工艺规程文件特征矩阵文件零件图×××××××××××××××编码第×零件组零件组形成工艺过程设计a）准备阶段

派生式CAPP系统工作的两个阶段零件图标准工艺检索编码×××××第×零件组零件组搜索工艺规程（编辑）b）使用阶段◆

派生式CAPP系统工作的两个阶段§2.9计算机辅助工艺过程设计◆

派生式CAPP系统特点：

1）程序简单，易于实现。目前多用于回转体类零件CAPP系统。

2）需人工参与决策，自动化程度不高。

3）具有浓厚的企业色彩，局限性较大。创成式CAPP系统（Generative

CAPPSystem）从无到有生成（工艺决策算法和逻辑推理）◆

零件信息描述零件工艺过程§2.9计算机辅助工艺过程设计利用针对各种工艺决策制定的逻辑算法语言自动地生成工艺规程零件信息：图形和工艺信息，如表面粗糙度、加工精度等。计算机自动分析零件几何要素，确定加工要素和逻辑关系。◆

例：普渡大学APPAS（AutomatedProcessPlanningandSelection）系统是一个实验性系统，适用于非回转类零件表面加工方法的生成每一加工表面用一数组表示：孔——AT（40）面——AT（32）槽——AT（31）数组各元素含义：

①表面编号；

②表面类型（如：1—圆孔，2—平面，3—槽…）；

③类型号码（取决于类型，如孔：1—圆孔，2—锥孔，

3—螺孔…）；

④材料类型（如：1—铸铁，2—球铁，3—钢…）；

⑤材料硬度…☆

零件加工表面信息输入§2.9计算机辅助工艺过程设计☆

逻辑关系的建立读入一个表面数据CALLSIMHOL精镗孔/面/槽？光孔/台阶孔？CALLACCHOLCALLSLOTCALLSURFACECALLCOMHOLCALLCORHOLCALLDRILLCALLREAM钻可行？铰可行？套料否？槽面Y光孔台阶孔NNNYYAPPAS系统工艺决策程序框图§2.9计算机辅助工艺过程设计☆

加工方法选择每种加工方法均对应于一定的工作范围

例：麻花钻钻孔对应的工作范围——DMAX=2″,DMIN=0.0625″ES=0.007√D+0.003″,EI=0.007√D

位置精度：±0.008″

粗糙度：Ra=200μm

长径比：L/D＜12◆

创成式CAPP系统特点：

1）不需人工干预，自动化程度高。

2）决策更科学，具有普遍性。

3）由于工艺过程设计经验成分偏多，理论还不完善，完全彻底的创成式CAPP系统还在研究探索之中。§2.9计算机辅助工艺过程设计半创成式CAPP系统（Semi-Generative

CAPPSystem）◆派生式CAPP系统完全以人的经验为基础，难于保证设计最优，且局限性较大；

完全创成式CAPP系统还不成熟。

将两者结合起来，采用部分创成，部分派生（或部分人工干预）的方法是一种可取的方案。◆

半创成式CAPP系统特点：

1）集派生式及创成式系统的优点，又克服两者的不足。

2）目前为多数CAPP系统采用。☆例：神户大学开发的半创成式CAPP系统§2.9计算机辅助工艺过程设计热处理、表面处理、手工作业等补充加工顺序和工序修正加工顺序处理机床选择调入一个零件数据机床组合零件数据工艺规程处理完否？NY工艺规程打印

策略存储器

机床文件

加工顺序存储器1000个零件数据

余量、精

度存储器动态制约：例轴长径比限制；淬火后只能磨…确定加工方法策略；机床选用顺序；机床选用策略…典型加工顺序检索确定加工余量划分加工阶段人工干预

动态存储器

神户大学半创成式CAPP系统程序框图

零件信息输入

零件加工表面可分为基本形面和辅助形面；形面可用特征参数进行描述；形面与一定的加工方法相联系

较粗糙，信息输入不完整多用于只需制定简单工艺路线的场合只适用于派生式CAPP系统1）成组编码法：

输入工作量大是其主要的弱点2）形面描述法：

可完整地描述零件的几何、工艺信息，是目前CAPP系统使用最多的信息输入方法

多采用菜单（交互）方式输入，便于操作§2.9计算机辅助工艺过程设计1.圆柱面2.圆锥面3.圆柱齿轮

4.圆锥齿轮5.蜗轮齿形6.花键

7.

螺纹8.滚花9.退出外部基本形面菜单1.直径：上偏差：

下偏差：2.长度：上偏差：下偏差：3.

表面粗糙度（Ra）：4.