第四章机械加工工艺规程的制订

第四章机械加工工艺规程的制订第一节基本概念第二节定位基准第三节工艺路线的制订第四节加工余量的确定第五节加工工艺尺寸的分析计算第六节时间定额和生产率提高的途径第七节工艺方案的比较与技术经济分析第一节基本概念一生产过程制造机械产品时，由原材料到成品之间各个相互关联的劳动过程的总和称为生产过程。机械产品可以是一台机械、一个部件或是一种零件。生产过程包括原材料运输和保管、生产技术准备工作、毛坯制造、零件的机械加工和热处理及其他表面处理、产品装配、调试、检验以及油漆和包装等。下一页返回第一节基本概念二、工艺过程工艺过程是指在生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性能等，使其成为半成品或成品的过程。工艺过程是生产过程中的主要部分，机械产品的工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、电镀和装配等。本章主要讨论机械加工工艺过程。机械加工工艺过程是利用机械加工方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和表面质量等，使其转变为成品的过程。机械加工工艺过程决定零件和产品的质量，对产品的成本和生产周期都有较大的影响，是整个工艺过程的重要组成部分。上一页下一页返回第一节基本概念三、机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程是由一系列顺次排列的工序组成。每一个工序又可分为一个或若干个安装、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(或一台机床上)，对同一个(或同时对几个)工件进行连续加工时所完成的那一部分工艺过程。划分是否为同一个工序的主要依据是工作地点(或机床)是否变动和加工是否连续。如图4-1所示的阶梯轴，当加工数量较少时，其工艺过程及工序的划分如表4-1所示，共有三个工序。当加工数量较多时，其工艺过程及工序的划分如表4-2所示，共分为五个工序。上一页下一页返回第一节基本概念工序是工艺过程的基本组成部分，是生产计划和经济核算的基本单元。

2.安装工件在加工之前，确定其在机床上或夹具中正确位置的过程，称为定位。工件定位后，将其固定并使其在加工过程中的位置保持不变，这一操作过程称为夹紧。工件定位和夹紧的过程统称为安装。在一个工序中，工件可能安装一次，也可能需要安装几次。如表4-1中的工序1和工序2均有两次安装，而表4-2中的工序只有一次安装。为了减少安装误差、缩短辅助时间，在一个工序中应尽量减少安装次数。上一页下一页返回第一节基本概念3.工位为了减少安装次数，常采用可转位(移位)夹具、回转工作台等，使工件能在一次安装中先后处于几个不同的位置进行加工。工件在机床上所占据的每一个待加工位置称为工位。如图4-2所示为回转工作台上一次安装完成工件的装卸、钻孔、扩孔和铰孔四个工位的加工实例。采用这种多工位加工方法，可以提高加工精度和生产率。

4.工步工步是指在一个工序中，当加工表面不变、切削工具不变、切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工艺过程。以上三种因素中任一因素改变后，即成为新的工步。一个工序可以只包括一个工步，也可以包括几个工步。上一页下一页返回第一节基本概念在多刀车床、转塔车床上，经常有几把刀具同时参与切削的情况，这种用几把不同刀具同时加工一个零件的几个表面的工步，称为复合工步，如图4-3所示。在工艺文件中复合工步视为一个工步。对于在一次安装中连续进行的若干个相同的工步，为了简化工序内容的叙述，也视为一个工步。如图4-4所示零件，如用一把钻头连续钻削四个φ15mm的孔，可写成一个工步。5.走刀走刀是指在一个工步内，如果被加工表面需切去的金属层很厚，一次切削无法完成,则应分几次切削，每进行一次切削就是一次走刀。一个工步可以包括一次或几次走刀。走刀是工艺过程中的最小单元。上一页下一页返回第一节基本概念四、机械加工工艺规程把工艺过程的各项内容填写在一定格式的表格中，作为指导和组织生产的工艺文件就是工艺规程。

1.工艺规程的内容零件的机械加工工艺规程包含的内容有:工艺路线，各工序加工的内容与要求，所采用的机床和工艺装备，工件的检验项目及检验方法，切削用量及工时定额等。

2.工艺规程的作用工艺规程是机械制造企业最主要的技术文件之一，是企业规章制度的重要组成部分。其作用如下:上一页下一页返回第一节基本概念(1)它是指导生产的主要技术文件合理的工艺规程是在科学的工艺理论、丰富的生产实践经验以及充分的工艺试验等基础上编制的，是产品质量和经济效益的根本保证。企业员工在生产中要严格执行。

(2)它是组织和管理生产的基本依据原材料的准备，毛坯的选择及制造，工艺装备的选择，机床设备的布置，劳动力的组织，生产成本的核算，都要以工艺规程为基本依据。

(3)它是新建、扩建企业或车间的基本技术资料只有依据工艺规程和生产纲领才能正确地确定生产需要的机床和其他设备的种类、规格和数量，机床的布置，车间的面积，生产工人的工种、等级和数量以及辅助部门的安排等。上一页下一页返回第一节基本概念3.工艺规程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的工艺文件。各文件格式见表4-3、表4-4和表4-5。

(1)机械加工工艺过程卡片工艺过程卡片主要列出零件加工所经过的工艺路线(包括毛坯制造、机械加工、热处理等)、工装设备和工时等，是编制其他工艺文件的基础，也是生产技术准备、编制作业计划和组织生产的依据。由于这种卡片对各工序的说明不够具体，一般不能直接指导工人操作，而多作为生产管理方面使用。在单件小批生产中，通常不编制其他较详细的工艺文件，可用它指导工人操作。上一页下一页返回第一节基本概念(2)机械加工工艺卡片工艺卡片是以工序为单位详细说明整个工艺过程的工艺文件。它用来指导工人操作和帮助管理人员及技术人员掌握零件加工过程，广泛用于成批生产的零件和小批生产的重要零件。

(3)机械加工工序卡片工序卡片是用来具体指导工人操作的一种最详细的工艺文件。在工序卡片上要画出工序简图，注明该工序的加工表面及应达到的尺寸精度、表面粗糙度、工件的安装方式、切削用量和工装设备等内容。它主要用于大批大量生产。上一页下一页返回第一节基本概念4.制订机械加工工艺规程的原则和步骤

(1)工艺规程制订的原则优质、高产、低成本，即在保证产品质量的前提下，争取最好的经济效益。在制订工艺规程时应注意下列问题:①技术上的先进性在制订工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展水平，通过必要的工艺试验，积极采用先进的工艺和工艺装备。②经济上的合理性在一定的生产条件下，可能会出现几种能保证零件技术要求的工艺方案，此时应通过核算或相互对比，选择经济上最合理的方案，使产品的能源、材料消耗和生产成本最低。上一页下一页返回第一节基本概念③有良好的劳动条件在制订工艺规程时，要注意保证工人操作时有良好而安全的劳动条件。因此，在工艺方案上要注意采用机械化或自动化措施，以减轻工人繁杂的体力劳动。

(2)工艺规程制订的步骤制订机械加工工艺规程的工作主要包括准备工作、工艺过程的拟订和工序设计三个阶段，其内容和步骤如下:

·计算零件的生产纲领、确定生产类型;.分析产品装配图样和零件图样，主要包括零件的加工工艺性、装配工艺性、主要加工表面及技术要求，了解零件在产品中的功用;上一页下一页返回第一节基本概念.确定毛坯的类型、结构形状、制造方法等;.拟订工艺路线，包括选择定位基准、确定各表面的加工方法、划分加工阶段、确定工序的集中和分散的程度、合理安排加工顺序等;.确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差;.选择设备及工艺装备;.确定切削用量及计算时间定额;.填写工艺文件。上一页返回第二节定位基准

在零件加工过程中，每一道工序都需要选定。定位基准的选择，对保证零件加工精度合理安排加工顺序有决定性的影响。一、基准的概念与分类基准是指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。基准是由具体的几何表面来体现，称为基面。如图4-5所示齿轮零件的外圆表面φ50h8基准是齿轮中心线，在具体装配或定位时，齿轮中心孔表面是体现基准轴线的基面。按基准在不同场合下的不同作用，可分为设计基准和工艺基准两大类。下一页返回第二节定位基准1.设计基准设计基准是图样上所采用的基准。如图4-5所示的齿轮零件，轴线是各外圆和内孔的设计基准。

2.工艺基准工艺基准是在工艺过程中所采用的基准。按其不同用途又可分为:(1)工序基准工序基准是在工序图上用来确定本工序所加工的表面，加工后的尺寸、形状、位置。它是某一工序所要达到的加工尺寸(即工序尺寸)的起点。

(2)定位基准定位基准是在加工中用作定位的基准。如图4-5所示的齿轮，用内孔φ30H7装在心轴上磨削φ50h8外圆表面时，内孔中心线就是定位基准。上一页下一页返回第二节定位基准(3)测量基准测量基准是零件测量时所采用的基准。

(4)装配基准装配基准是装配时确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。如图4-5所示的齿轮，φ30H7内孔及端面为装配基准。二、定位基准的选择定位基准又可分为粗基准和精基准两种。用作定位的表面，如果是没有加工过的毛坯表面，则称为粗基准;如为已经加工过的表面，则称为精基准。

1.精基准的选择选择精基准时，应重点考虑保证加工精度，使加工过程操作方便。选择精基准一般要考虑以下原则:上一页下一页返回第二节定位基准(1)基准重合的原则尽量选用被加工表面的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。如图4-6所示车床床头箱零件，要求主轴孔距底面M的距离H1=205士0.1。大批量生产时在组合机床上采用调整法加工。为方便布置中间导向装置，床头箱体用顶面N为定位基准。锁孔工序直接保证的工序尺寸是H1而H1是由H及丛间接保证的。如果以底面M定位，定位基准与设计基准重合，可以直接按设计尺寸H1加工。上一页下一页返回第二节定位基准(2)基准统一原则选择尽可能多的表面加工时都能使用的基准做精基准。如轴类零件，常用顶尖孔做统一基准加工外圆表面，这样可保证各表面之间同轴度:一般箱体常用一平面和两个距离较远的孔作为精基准;盘类零件常用一端面和一短孔为一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，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。如机床主轴前端锥孔，与轴颈外圆的加工，常以锥孔为基准加工外圆轴颈，再以外圆轴颈为基准加工内锥孔，以保证两者间的位置精度。上一页下一页返回第二节定位基准(4)自为基准原则对于加工精度要求很高，余量小而且均匀的表面，加工中常用加工表面本身作为定位基准。例如磨削机床床身导轨面时，为保证导轨面上切除余量均匀，以导轨面本身找正定位磨削导轨面。

所选精基准，应保证工件装夹稳定可靠，夹具结构简单，操作方便。

2.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。粗基准的选择对各加工表面加工余量的分配、保证非加工表面与加工表面间的尺寸、相互位置精度均有很大的影响。图4-7(a)和(b)分别给出了不同的粗基准选择方案对加工效果的影响。具体选择时应考虑以下原则:上一页下一页返回第二节定位基准

(1)选择重要表面为粗基准对于工件的重要表面，为保证其本身的加工余量小而均匀，应优先选择该重要表面为粗基准。如加工床身、主轴箱时，常以导轨面或主轴孔为粗基准，如图4-8所示。

(2)选择非加工表面为粗基准为了保证加工表面与非加工表面之间的相互位置要求一般应选择非加工表面为粗基准，如图4-9所示。上一页下一页返回第二节定位基准(3)选择加工余量最小的表面为粗基准若零件上有多个表面要加工，则应选择其中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。如图4-10所示，铸造或锻造的轴，一般大头直径上的余量比小头直径上的余量大，故常用小头外圆表面为粗基准来加工大头直径外圆。(4)选择较为平整光洁，无分型面、冒口，面积较大的表面为粗基准以使工件定位可靠、装夹方便，减少加工劳动量。粗基准在同一自由度方向上只能使用一次。粗基准重复使用会造成较大的定位误差。上一页返回第三节工艺路线的制订

一、加工经济精度各种加工方法(车、铣、刨、磨、钻、锁、铰等)所能达到的加工精度和表面粗糙度，都是在一定范围内的。任何一种加工方法，只要精心操作、细心调整、选择合适的切削用量，其加工精度就可以得到提高，其加工表面粗糙度值就可以减小。但是，加工精度提得愈高，表面粗糙度值减小得愈小，则所耗费的时间与成本也会愈大。生产上加工精度的高低是用其可以控制的加工误差的大小来表示的。加工误差小，则加工精度高;加工误差大，则加工精度低。下一页返回第三节工艺路线的制订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。二、加工方法的选择一般情况下，根据零件的精度(包括尺寸精度，形状精度和位置精度以及表面粗糙度)要求，考虑本车间(或本厂)现有工艺条件，考虑加工经济精度的因素选择加工方法。表4-6介绍了各种外圆加工方法中的加工经济精度和表面粗糙度，供选择加工方法时参考。其他加工方法的加工经济精度和表面粗糙度以及各种机床所能达到的几何形状精度与表面相互位置精度可参考有关的工艺人员手册。上一页下一页返回第三节工艺路线的制订对于那些有特殊要求的加工表面，例如，相对于本厂工艺条件来说，尺寸特别大或特别小，工件材料难加工，技术要求高，则首先应考虑在本厂能否加工的问题，如果在本厂加工有困难，就需要考虑是否需要外协加工或者增加投资，增添设备，开展必要的工艺研究工作，以扩大工艺能力，满足对加工提出的精度要求。因此在选择加工方法时应考虑的主要问题有:

.所选择的加工方法能否达到零件精度的要求;.零件材料的可加工性能如何。例如有色金属宜采用切削加工方法，不宜采用磨削加工方法，因为有色金属易堵塞砂轮工作面;上一页下一页返回第三节工艺路线的制订.生产率对加工方法有无特殊要求。例如为满足大批大量生产的需要，齿轮内孔通常多采用拉削加工方法加工

.本厂的工艺能力和现有加工设备的加工经济精度如何。技术人员必须熟悉本车间(或者本厂)现有加工设备的种类、数量、加工范围和精度水平以及工人的技术水平，以充分利用现有资源，不断地对原有设备、工艺装备进行技术改造，挖掘企业潜力，创造经济效益。三、工序的集中与分散确定了加工方法和划分加工阶段以后，需将加工表面的各次加工，按不同加工阶段组合成若干个工序，拟订出整个加工路线。组合工序时有工序集中与工序分散两种方式。上一页下一页返回第三节工艺路线的制订1.工序分散工序分散就是将工件加工内容分散在较多的工序中进行，每道工序的加工内容较少，最少时每道工序只包含一个简单工步。

工序分散有如下的特点:.机床设备及工艺装备简单，调整和维修方便，工人易于掌握，生产准备工作量少，便于平衡工序时间;

.可采用最合理的切削用量，减少基本时间;.设备数量多，操作工人多，占用场地大。上一页下一页返回第三节工艺路线的制订2.工序集中在划分了加工阶段以及各表面加工先后顺序后，就可以把这些内容组成为各个工序。在组成工序时，有两条原则:即工序集中和工序分散。工序集中就是将工件加工内容集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。工序集中有如下特点:

·在一次安装中可完成零件多个表面的加工，可以较好地保证这些表面的相互位置精度，同时减少了装夹时间和减少工件在车间内的搬运工作量，利于缩短生产周期;上一页下一页返回第三节工艺路线的制订.减少机床数量，并相应减少操作工人，节省车间面积，简化生产计划和生产组织工作;.可采用高效率的机床或自动线、数控机床等，生产率高;.因为采用专用设备和工艺装备，使投资增大，调整和维修复杂，生产准备工作量大。工序集中与分散各有优缺点，在制订工艺路线时应根据生产类型、零件的结构特点及工厂现有设备等灵活处理。一般情况下，单件小批生产能简化生产作业计划和组织工作，易于工序集中;成批生产和大批量生产中，多采用工序分散，也可采用工序集中。从生产发展来看，一般趋向于工序集中方式组织生产。上一页下一页返回第三节工艺路线的制订四、工序先后顺序的安排工序顺序的安排对保证加工质量、提高生产效率和降低成本都有重要的作用。

1.安排切削加工顺序的原则

(1)先粗后精各表面的加工工序按照由粗到精的加工阶段交叉进行。

(2)先主后次先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，将次要表面(如键槽、紧固用的光孔和螺纹底孔等)的加工穿插进行。

(3)先面后孔对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工主要表面、定位基准平面和孔的端面，然后加工孔。上一页下一页返回第三节工艺路线的制订(4)基准先行优先考虑精基准面的加工，按基面转换的顺序和逐步提高加工精度的原则来安排基准面和主要表面的加工。在安排加工顺序时，还要注意退刀槽、倒角、去毛刺等工序的安排。

2.热处理及表面处理工序的安排热处理工序的安排，主要决定于零件的材料与热处理的要求。通常有以下几种情况:(1)改善加工性能和金属组织的热处理如退火和正火应安排在机械加工之前进行。对含碳量超过0.5%的碳钢用退火来降低其硬度;对于含碳量小于0.5%的碳钢，一般用正火改善材料的切削性能。上一页下一页返回第三节工艺路线的制订(2)消除内应力的热处理如人工时效、退火等，一般安排在粗加工后、精加工前进行。对精度要求很高的精密丝杠、主轴等零件，应安排多次时效处理。对于结构复杂的铸件，如机床床身、立柱等，则在粗加工前后都要进行时效处理。

(3)提高零件表面硬度的热处理一般安排在半精加工后、磨削加工前进行。对于渗碳淬火，常将渗碳工序放在次要表面加工前，淬火放在次要表面加工完后，以减少次要表面与淬硬表面之间的位置误差。对于氮化、氰化等热处理工序一般安排在粗磨与精磨之间进行。上一页下一页返回第三节工艺路线的制订(4)提高零件的抗腐蚀能力、耐磨性和导电率等的表面处理如表面发蓝处理、表面镀层处理，一般安排在机械加工完毕之后进行。

3.辅助工序的安排检验工序是重要的辅助工序，它是保证产品质量的必要措施。检验工序一般安排在粗加工完全结束之后、重要工序加工前后、零件在车间之间转换时、特殊性能(如磁力探伤、密封性能等)检测以及零件全部加工结束之后进行。除了检验工序以外，有时在某些工序之后还应安排一些如去毛刺、去磁、涂防锈漆等辅助工序。上一页下一页返回第三节工艺路线的制订五、加工阶段的划分当零件的精度要求比较高时，若将加工面从毛坯面开始到最终的精加工或精密加工都集中在一个工序中连续完成，则难以保证零件的精度要求或浪费人力、物力资源。这是因为:.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;.后续加工容易把已加工好的加工面划伤;·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，则前面的加工就白白浪费了;.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;上一页下一页返回第三节工艺路线的制订.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。因此，通常可将高精零件的工艺过程划分为几个加工阶段。根据精度要求的不同，可以划分为:

1.粗加工阶段在粗加工阶段，主要是去除各加工表面的余量，并作出精基准，因此这一阶段关键问题是提高生产率。

2.半精加工阶段在半精加工阶段减小粗加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做好准备。上一页下一页返回第三节工艺路线的制订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琦磨或研磨、精密磨、超精加工、金刚石车、金刚锁或其他特种加工方法加工，以达到零件最终的精度要求。高精度零件的中间热处理工序，自然地把工艺过程划分为几个加工阶段。上一页下一页返回第三节工艺路线的制订零件在上述各加工阶段中加工，可以保证有充足的时间消除热变形和消除粗加工产生的残余应力，使后续加工精度提高。另外，在粗加工阶段发现毛坯有缺陷时，就不必进行下一加工阶段的加工，避免浪费。此外还可以合理地使用设备，低精度机床用于粗加工，精密机床专门用于精加工，以保持精密机床的精度水平;合理地安排人力资源，高技术工人专门从事精密、超精密加工，这对保证产品质量，提高工艺水平来说都是十分重要的。上一页返回第四节加工余量的确定加工余量是指加工时从加工表面上切除的金属层总厚度，有工序余量和总余量之分。1.工序余量

工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金属层厚度，即相邻两工序尺寸之差，如图4-11所示。对于外表面Zb=a-b(图4-11(a))对于内表面Za=b-a(图4-11(b))式中Zb—本工序的加工余量;a—前工序的工序尺寸;b—本工序的工序尺寸。下一页返回第四节加工余量的确定上述表面的加工余量为非对称的单边加工余量，旋转表面(外圆和孔)的加工余量是对称加工余量。对于轴2Zb=da-db(4-11(c))对于孔2Zb=db-da(4-11(d))式中Zb—半径上的加工余量;

da—前工序的加工表面的直径;db—本工序的加工表面的直径。

因为毛坯制造和各个工序尺寸都有误差，所以，加工余量是变动值。当工序尺寸用基本尺寸计算时，所得到的加工余量称为基本余量或公称余量。若以极限尺寸计算时，所得余量会出现最大或最小余量，其差值就是加工余量的变动范围，称余量公差。如图4-11(a)所示，以外表面单边加工余量为例，其值为:上一页下一页返回第四节加工余量的确定Zbmin=amin-bmaxZbmax=amax-bminTzb=Zbmax-Zbmin=Ta+TbZbmin一本工序的最小加工余量;Zbmax一本工序的最大加工余量;Tzb一本工序余量公差;amin一前工序最小工序尺寸;bmin一本工序最小工序尺寸;上一页下一页返回第四节加工余量的确定amax一前工序最大工序尺寸;bmax一本工序最大工序尺寸;Ta一上工序尺寸公差;Tb一本工序尺寸公差。

2.加工总余量加工总余量是指零件从毛坯变为成品的整个加工过程中从某一表面上所切除金属层的总厚度，也即零件上同一表面的毛坯尺寸与零件设计尺寸之差，也等于各工序加工余量之和。即:上一页下一页返回第四节加工余量的确定Z总一加工总余量;Zi一第i道工序的工序余量;n一该表面总共加工的工序数。加工总余量也是个变动值，其值及公差一般是从有关手册中查得或凭经验确定。

3.确定加工余量的方法

(1)经验估计法工艺人员根据经验确定加工余量的方法。为了避免产生废品，所确定的加工余量一般偏大，此法常用于单件小批生产。上一页下一页返回第四节加工余量的确定(2)查表修正法这是一种广泛应用的方法，此法是以企业生产实践和工艺试验积累的有关加工余量的资料数据为基础，并结合实际加工情况进行修正来确定加工余量的方法。根据有关手册可查得加工余量。

(3)分析计算法此法是根据一定的试验资料和计算公式，对影响加工余量的各项因素进行分析和综合计算来确定加工余量的方法。这种方法确定的加工余量最经济合理，但需要全面的试验资料，计算也较复杂，实际应用较少。上一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算在拟订加工工艺路线之后，即应确定各个工序所应达到的加工尺寸及其公差，以及所应切除的加工余量，这一工作通常是运用尺寸链原理进行的。一、尺寸链

1.尺寸链的基本概念进行加工工艺(装配工艺)分析时，都有关于尺寸公差和技术要求的计算问题。运用尺寸链原理进行分析计算，可以使这些分析计算大为简化。下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算2.尺寸链的定义和组成在零件的加工和装配过程中，经常遇到一些相互联系的尺寸组合，这种相互联系、并按一定顺序排列的封闭尺寸组合称为尺寸链。在零件加工过程中，由加工过程中有关的工艺尺寸所组成的尺寸链，称为加工尺寸链;在机械装配过程中，由有关零件上的有关尺寸组成的尺寸链，称为装配尺寸链。

图4-12所示是一块状零件加工工艺尺寸链的例子。加工中控制A1、A2两个工序尺寸，就可以确定尺寸

。这样，A1、A2、三个尺寸构成一个封闭的尺寸组合，即形成一个尺寸链。为简单扼要地表示尺寸链中各尺寸之间的关系，常将相互联系的尺寸组合从零件(部件)的具体结构中抽象出来，绘成尺寸链简图。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算绘制时不需要按比例绘制，只要求保持原有的连接关系。同一个尺寸链中各个环以同一个字母表示，并以脚标加以区别。

尺寸链中的每一个尺寸称为尺寸链的环。环又可分为封闭环和组成环。

(1)封闭环在零件加工或机器装配后间接形成的尺寸，其精度是被间接保证的，称为封闭环。如图4-12尺寸链中，

是封闭环。

(2)组成环在尺寸链中，由加工或装配直接控制，影响封闭环精度的各个尺寸称为组成环。如图4-12的A1和A2是组成环。组成环按其对封闭环的影响，又分增环和减环。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算.增环:当其余各组成环不变，如其尺寸增大会使封闭环尺寸也随之增大的组成环称为增环，以向右的箭头表示。例如尺寸

就是增环。

.减环:当其余各组成环不变，如其尺寸增大会使封闭环尺寸随之减小的组成环称为减环，以向左的箭头表示。如尺寸

就是减环。

3.尺寸链的特性

(1)封闭性尺寸链是由一个封闭环和若干个(含1个)相互关联的组成环所构成的封闭图形，因而具有封闭性。不封闭就不成为尺寸链，一个封闭环对应着一个尺寸链。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算(2)关联性由于尺寸链具有封闭性，所以尺寸链中的各环都相互关联。尺寸链中封闭环随所有组成环的变动而变动，组成环是自变量，封闭环是因变量。

(3)尺寸链反映了其中各个环所代表的尺寸之间的关系，这种关系是客观存在的，不是人为构造的。根据封闭环的特性，对于每一个尺寸链，只能有一个封闭环。

4.尺寸链的分类尺寸链的类型根据不同分类方法，可以有各种类型。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算(1)根据尺寸链的应用场合可分为零件设计尺寸链(全部组成环为同一零件的设计尺寸)、加工(工艺)尺寸链(全部组成环为同一工件的加工工艺尺寸，如图4-12所示)和装配(工艺)尺寸链(全部组成环为不同零件的设计或者完工尺寸)。设计尺寸是指零件图样上标注的尺寸，加工工艺尺寸是指工序尺寸、测量尺寸、毛坯尺寸和对刀尺寸等加工过程中直接控制的尺寸。

(2)根据尺寸链各环几何特征和空间关系可分为直线尺寸链、角度尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算二、尺寸链的计算

1.直线尺寸链的计算方法直线尺寸链有两种解法:极值法和概率法。极值法是指各组成环出现极值时，封闭环尺寸与组成环尺寸之间的关系。概率法是应用概率论与数理统计原理来进行尺寸链分析计算的方法。极值法比较保守，但计算简便。以设计尺寸为封闭环所构成的尺寸链，其组成环的数量一般不超过4个(即属于少环尺寸链)，因此在求解加工尺寸链时，一般都采用极值法，使计算过程简单方便，结果可靠。极值法的基本计算公式有以下五大关系:上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算(1)各环基本尺寸之间的关系封闭环的基本尺寸等于各个增环的基本尺寸之和减去各个减环的基本尺寸之和二

(4-1)-封闭环基本尺寸;

一第i个增环基本尺寸;

一第j个减环基本尺寸;n一尺寸链中包括封闭环在内的总环数;m一增环的数目二上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算

(2)各环极限尺寸之间的关系由式(4-1)推理可得到封闭环最大极限尺寸与各组成环极限尺寸之间的关系

(4-2a)而在相反的情况下，得到封闭环最小极限尺寸与各组成环极限尺寸之间的关系

(4-2b)(3)各环尺寸极限偏差之间的关系由式(4-2a)减去(4-1)，可得: (4-2c)上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算由式(4-2b)减去(4-1)，则得: (4-2d)

式中ES为上偏差;EI为下偏差。

(4)各环公差或误差之间的关系由式(4-2a)减去(4-2b)，得到尺寸链中各环公差之间的关系: (4-3a)

一封闭环公差;Ti一第i个组成环公差。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算由此可见，在封闭环公差一定的条件下，如果减少组成环的数目，就可以相应放大各组成环的公差，从而使之容易加工。当各环的实际误差量不等于相应的公差时，则各环的误差量之间的关系是: (4-3b)

一封闭环的误差;ei一第i个组成环的误差。

(5)各环平均尺寸和平均偏差之间的关系将式(4-2a)与式(4-2b)相加，并用2除之，可得平均尺寸之间的关系: (4-4a)上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算将式(4-4a)与式(4-4b)相减，可得相对于平均尺寸的各环平均偏差之间的关系: (4-4b)

一封闭环的平均尺寸;AiM一组成环的平均偏差;

一封闭环平均尺寸;EMi一组成环的平均偏差。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算2.工序尺寸与公差的确定生产上绝大部分加工面都是在基准重合(工艺基准和设计基准重合)的情况下进行加工。所以，掌握基准重合情况下工序尺寸与公差的确定过程非常重要，现介绍如下:.确定各加工工序的加工余量;.从终加工工序开始，即从设计尺寸开始，到第一道加工工序，逐次加上每次加工工序余量，可分别得到各工序基本尺寸(包括毛坯尺寸);.除终加工工序以外，其他各加工工序按各自所采用加工方法的加工经济精度确定工序尺寸公差(终加工工序的公差按设计要求确定);上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算.填写工序尺寸并按“入体原则”标注工序尺寸公差。

工序间尺寸和公差的确定首先应拟订该加工表面的工艺路线，确定工序及工步;按工序用分析计算法或查表法算出其加工余量;再按工序确定其经济精度和表面粗糙度，就可以确定各工序间尺寸及公差。例如某轴直径为φ50mm，其尺寸精度要求为IT5，表面粗糙度要求为Ra0.04μm，并要求高频淬火，毛坯为锻件。其工艺路线为:粗车一半精车一高频淬火一粗磨一精磨一研磨。现在来计算各工序的工序尺寸及公差。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算先用查表法确定加工余量。由工艺手册查得:研磨余量为0.01mm，精磨余量为0.1mm，粗磨余量为0.3mm，半精车余量为1.1mm，粗车余量为4.5mm，由此可得加工总余量为6.01mm。取加工总余量为6mm，把粗车余量修正为4.49mm。

计算各加工工序基本尺寸。研磨后工序基本尺寸为50mm(设计尺寸)，其他各工序基本尺寸依次为:精磨50mm+0.01mm=50.01mm粗磨50.01mm+0.1mm=50.11mm半精车50.11mm+0.3mm=50.41mm粗车50.41mm+1.1mm=51.51mm毛坯51.51mm+4.49mm=56mm上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度。由工艺设计手册查得:研磨后为IT5,Ra0.04μm(零件的设计要求);精磨后选定为IT6,Ra0.16μm;粗磨后选定为IT8,Ra1.25μm;半精车后选定为IT11，Ra2.5μm;粗车后选定为IT13,Ra16μm。

根据上述经济加工精度查公差表，将查得的公差数值按“人体原则”标注在工序基本尺寸上。查工艺手册可得锻造毛坯公差为士2mm。为清楚起见，把上述计算和查表结果汇总于表4-7中，供参考。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算3.工艺基准和设计基准不重合时工艺尺寸的计算

图4-13(a)表示了某零件高度方向的设计尺寸。生产上，按大批量生产采用调整法加工A,B,C面。其工艺安排是前面工序已将A,B面加工好(互为基准加工)，本工序以A面为定位基准加工C面。因为C面的设计基准是B面，定位基准与设计基准不重合，所以需进行尺寸换算。所画尺寸链如图4-13(b)所示。在这个尺寸链中，因为调整法加工可直接保证的尺寸是A2，所以A0就只能间接保证了。A0是封闭环，A1为增环，A2为减环。在设计尺寸中，A1未注公差(精度等级低于IT13，允许不标注公差)，A2需经计算才能得到。为了保证人的设计要求，首先必须将A0的公差分配给A1和A2

。这里按等公差法进行分配。令:上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算T1=T2=T0/2=0.35mm按“人体原则”标注A1的公差得:按所确定的A1的基本尺寸和偏差，可以计算出A2的尺寸和偏差得:

竖式法可以用来计算封闭环的基本尺寸和上、下偏差，也可以用来计算某一组成环的基本尺寸和上、下偏差。这种方法使尺寸链的计算更为简明、方便。如表4-8所示。加工时，只要保证了A1和A2的尺寸都在各自的公差范围之内，就一定能满足的设计要求。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算从本例可以看出，A1和A2本没有公差要求，但由于定位基准和设计基准不重合，就有了公差的限制，增加了加工的难度，封闭环公差愈小，增加的难度就愈大。本例若采用试切法，则A0的尺寸可直接得到，不需要求解尺寸链。但同调整法相比，试切法生产率低。

4.工序间尺寸和公差的计算一个带有键槽的内孔，其设计尺寸如图4-14(a)所示。该内孔有淬火处理的要求，因此有如下工艺安排:特内孔到.插键槽.淬火处理上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算。磨内孔，同时保证内孔直径和键槽深度两个设计尺寸的要求。

显然，插键槽工序可采用已锁孔的下切线为基准，用试切法保证插键槽深度。这里，插键槽深度尚为未知，需经计算求出。磨孔工序应保证磨削余量均匀(可按已锁孔找正夹紧)，因此其定位基准可以认为是孔的中心线。这样，孔的定位基准与设计基准重合，而键槽深度的定位基准与设计基准不重合。因此，磨孔可直接保证孔的设计尺寸要求，而键槽深度的设计尺寸就只能间接保证了。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算将有关工艺尺寸标注在图4-14(b)中，按工艺顺序画工艺尺寸链图如图4-14(c)所示。在尺寸链图中，键槽深度的设计尺寸A0为封闭环，A2和A3为增环，A1为减环。画尺寸链图时，先从孔的中心线(定位基准)出发，画锁孔半径A1，再以锁孔下母线为基准画插键槽深度A2，以孔中心线为基准画磨孔半径A3，最后用键槽深度的设计尺寸A0使尺寸链封闭。其中，上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算由竖式法(表4-9)求解该尺寸链得:

从本例可以看出:(1)把锁孔中心线看作是磨孔的定位基准是一种近似，因为磨孔和锁孔是在两次安装下完成的，存在同轴度误差。只是，当该同轴度误差很小时，例如同其他组成环的公差相比，小于一个数量级，才允许上述近似计算。若该同轴度误差不是很小，则应将同轴度也作为一个组成环画在尺寸链图中。设本例中磨孔和锁孔同轴度公差为0.05mm(工序要求)，则在尺寸链中应注成:。此时的工艺尺寸链如图4-15所示，用竖式法求解此工艺尺寸链得:(见表4-10)。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算

可以看出，正是由于尺寸链中多了一个同轴度组成环，使得插键槽工序的键槽深度Az的公差减小，减小的数值正好等于该同轴度公差。此外，按设计要求键槽深度的公差范围是0~0.30mm,但是，插键槽工序却只允许按0.023~0.285mm(不含同轴度公差)或0.048~0.260mm(含同轴度公差)的公差范围来加工。究其原因，仍然是工艺基准与设计基准不重合。因此，在考虑工艺安排的时候，应尽量使工艺基准与设计基准重合，否则会增加制造难度。上一页下一页返回第五节加工工艺尺寸的分析计算(2)正确地画出尺寸链图，并正确地判定封闭环是求解尺寸链的关键。画尺寸链图时，应按工艺顺序从第一个工艺尺寸的工艺基准出发，逐个画出全部组成环，最后用封闭环封闭尺寸链图。封闭有如下特征:①封闭环一定是工艺过程中间接保证的尺寸;②封闭环的公差值最大，它等于各组成环公差之和。上一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径一、时间定额时间定额是在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额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，还是新建或扩建工厂(车间)时计算设备和工人数量的依据。制订合理的时间定额是调动工人积极性的重要手段，它一般是技术人员通过计算或类比的方法，或者通过对实际操作时间的测定和分析的方法进行确定的。在使用中，时间定额还应定期修订，以使其保持平均先进水平。下一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径单件时间定额是指完成一个零件的一个工序的时间定额，它包括下列组成部分:1.基本时间Ti

它是直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间，亦称机动时间。对于机械加工来说，则为切去金属层所耗费的时间(包括刀具的切人和切出时间在内)，可由计算公式算出。例如车削时的基本时间为上一页下一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径Ti一基本时间，单位为min;L一工作行程的计算长度，包括加工表面的长度、刀具切人和切出长度，单位为mm;Z一单边工序余量，单位为mm;n一工件的旋转速度，单位为r/min;f-刀具的进给量，单位为mm/r;aD一背吃刀量(切削深度)，单位为mm。

2.辅助时间了Tf

辅助时间是为保证完成基本工作而执行的各种辅助动作需要的时间。上一页下一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径它包括:装卸工件的时间、开动和停止机床的时间、加工中变换刀具(如刀架转位等)时间、改变加工规范(如改变切削用量)的时间、试切和测量等消耗的时间。辅助时间的确定方法随生产类型而异。大批大量生产时，为使辅助时间规定得合理，需将辅助动作分解，再分别确定各分解动作的时间，最后予以综合。中批生产则可根据以往的统计资料来确定。单件小批生产则常用基本时间的百分比来估算。上一页下一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径基本时间和辅助时间的总和称为作业时间TB，它是直接用于制造产品或零、部件所消耗的时间。

3.布置工作地时间Tfw

它是指为使加工正常进行，工人照管工作地(如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等)所消耗的时间。

4.休息与生理需要时间Tx

它是指工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间。上一页下一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径5.调整时间TZ

调整时间是指成批生产中，为了更换工件或换工序而对设备及工艺装备进行重新调整所需的时间，又称为准备与终结时间。调整时间是工人为生产一批产品或零、部件，进行准备和结束工作所消耗的时间。如在单件或成批生产中，每次开始加工一批零件时，工人需要熟悉工艺文件、领取毛坯、材料、工艺装备、安装刀具和夹具、调整机床和其他工艺装备等消耗的时间。加工一批工件结束后，需拆下和归还工艺装备、送交成品等消耗的时间。调整时间TZ既不是直接消耗在每个零件上，也不是消耗在一个班内的时间，而是消耗在一批工件上的时间。因而分摊到每个工件上的时间为TZ/n(n为一批零件数)。上一页下一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径

Tfw一般按作业时间的2%~7%(以百分率a表示)计算。Tx一般按作业时间的2%~4%(以百分率月表示)计算。因此，上述各时间之和即为成批生产时零件单件时间定额Td。即在大量生产中，由于n数值很大，TZ/n可忽略不计。此时

二、提高生产率的工艺措施要提高劳动生产率就要设法减少单件时间。从制造工艺的角度分析，有以下一些常用措施:上一页下一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径1.缩减基本时间T;

由基本时间的计算公式可知，增大切削用量vc,.f,aD，减少切削长度和加工余量均可以缩减基本时间。

(1)提高切削用量①改进刀具材料，提高切削速度。目前用硬质合金车刀的切削速度一般为200m/min;而陶瓷刀具的切削速度可达500m/min。国外用聚晶金刚石或聚晶立方氮化硼刀具，切削普通钢材时，其切削速度可达900m/min;当切削硬度为60HRC以上的淬火钢或高镍合金钢时，这种刀具能在980℃时仍保持其热硬性，切削速度可在90m/min以上。上一页下一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径②采用合理的几何参数的刀具，提高背吃刀量和进给量，采用强力切削(粗加工时)。③采用强力磨削、高速磨削以代替铣、刨等粗加工工序。

(2)减少切削行程长度例如用几把车刀同时加工一个表面，用宽砂轮作切人法磨削等均可大大提高生产率。

(3)合并工步用几把刀具或一把复合刀具(如复合钻头)对工件的几个表面或同一表面同时进行加工，使工步合并，可使机动时间相重合，减少基本时间和辅助时间。

(4)多件加工可用夹具同时装夹多件零件，同时进行加工，例如用磁性工作台平行装夹多个零件进行磨削等。上一页下一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径2.缩减辅助时间(1)采用气动、液压高效夹具，缩短零件的装夹时间。(2)采用自动测量和数显装置，减少停机测量时间。(3)采用快换刀架和微调装置，缩短换刀和调整刀具的时间。(4)采用多工位连续加工，使装卸工件的时间与基本时间重合。(5)对于批量不大但品种繁多的零件，采用成组技术、专用工装，减少生产准备时间。

3.采用新工艺和新方法

(1)采用先进的毛坯制造方法。上一页下一页返回第六节时间定额和生产率提高的途径(2)采用少切削、无切削新工艺，例如冷挤压、冷轧、滚压和滚轧等方法，不仅可以提高生产率，而且工件的表面质量和精度也可得到明显的改善。

(3)采用特种加工工艺，例如用电火花机床加工锻模，用线切割加工冲模等，可以节约大量的钳工工时，提高模具制造的精度和生产率。

(4)改进加工方法。例如在大批大量生产中，采用拉削代替铣削