机械制造工艺学-第2章第6节

李诗龙武汉工业学院.2008年6月24日机械制造工艺学

第二章机械加工工艺规程设计

第6节加工余量及工序尺寸的确定

1一、有关加工余量的基本概念1.加工余量（1）加工余量的概念

总余量Z0与工序余量Zi的关系：单边余量对于非对称表面，其加工余量用单边余量

Zb

表示

Zb=la-lb双边余量

对于外圆内圆等对称表面加工余量用双边余量2Zb表示2

双边余量

外圆表面2Zb=da-db，内圆表面2Zb=Db-Da单边余量

Zb=la-lb3工序尺寸公差一般按“入体原则”标注

Zmax=la–(lb–Tb)=Zb+TbZmin=(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。工序余量又分为公称余量Zb、最大余量Zmax、最小余量Zmin对于被包容面，本工序的公称余量

Zb=la-lb

4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+Ta51）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）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。二、影响加工余量的因素63）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。

74）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），在确定本工序加工余量时还应考虑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

8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

9三、加工余量的确定

1）计算法掌握影响加工余量的各种因素具体数据的条件下，计算法比较科学，但目前统计资料较少。2）经验估计法为避免出现废品，估计余量一般偏大，用于单件小批生产。3）查表法

以生产实践和实验研究为基础制成数据表格，查表并结合实际情况加以修正。查表法确定加工余量，方法简便，较接近实际，应用广泛。10

四、工序尺寸及其公差的确定计算工序尺寸和标注公差是制定工艺规程的主要工作之一。工序尺寸是指零件在加工过程中各工序所应保证的尺寸，其公差按各种加工方法的经济精度选定。工序尺寸则要根据已确定的余量及定位基准的转换情况进行计算，可以归纳为二类情况。1）工艺基准与设计基准重合同一表面经多次加工达到图纸尺寸要求，其中间工序尺寸根据零件图尺寸加上或减去工序余量即可得到，即从最后一道工序向前推算，得出相应的工序尺寸，一直推算到毛坯尺寸。2）工艺基准与设计基准不重合必须通过工艺尺寸的计算才能得到。11（一）表面（外园、内孔以及某些重要平面）要进行多次加工时，该表面的工序尺寸及公差的计算

[例1]某工件上有孔，加工工序：毛坯—扩孔—粗镗孔—半精镗—精镗—磨孔，计算各工序尺寸及公差。12工序名称工序余量工序公差(公差值)工序基本尺寸工序尺寸和偏差精磨孔精镗孔半精镗孔粗镗孔扩孔毛坯孔0.72.51.354IT7

13.5查表IT11

IT8

IT13

IT12

查经济精度72.571.870.5686459(0.03)(0.046)(0.19)(0.4)(0.4)计算查表标注13（二）工艺基准与设计基准不重要时，工序尺寸要在还需继续加工的表面上标注时，用尺寸链原理计算

[例2]如图所示，齿轮孔上的键槽加工：镗孔至——拉键槽到x——热处理——磨内孔到，并保证键槽深。求拉键槽到x的工序尺寸及公差？14尺寸链的定义

零件、零件的组合以及产品在设计、加工和装配过程中其中彼此有关的尺寸以一定的顺序首尾相连，而形成的一个封闭尺寸系统叫尺寸链。

15尺寸链图的绘制

①将所研究的尺寸通过尺寸界线，按相互关系和顺序用直线（或弧线）箭头绘制成一个封闭图形。②尺寸链图尽可能与零件图、工序图、装配图的方向画成一致，应与所代表的实际尺寸比例大致相符，但无须严格比例。③各组成尺寸采用同一字母，加注不同数字脚码，表示不同尺寸，而求取尺寸，可用字母和符号标注。1617组成尺寸链的要素——环

按尺寸形成的特点，环分两类组成环：设计、加工和装配中，直接给定或直接获得的那些尺寸。封闭环：在设计、加工和装配中，通过别的尺寸的形成而最后间接得到的尺寸。在一个尺寸链系统中，只能有一个封闭环，组成环最少是两个。即组成尺寸链的最少尺寸为三个。一般地说，构成尺寸链的任何一环都可能作为封闭环。究竟谁是封闭环要视工艺过程而定。18组成尺寸链的要素——封闭环加工方法（1）：车端面①车大外圆③车小外圆②，保持A2，切断掉头，装夹②，平大端面，保持A1加工方法（2）：车端面①车大外圆③车小外圆②，保持A2，切断掉头，装夹②，平大端面，保持A31920组成尺寸链的要素——组成环按各尺寸对封闭环的作用，划分为：增环：尺寸链中，在其它各组成尺寸不变时，某一组成环增大或减小时，封闭环尺寸也随之增大或减小，该组成环叫“增环”，并以符合“”表示。减环：与上述相反，用符号“”表示。21增环与减环判断方法绘图法：以封闭环为准，沿尺寸链封闭轮廓，按顺（或反）时针方向，在各尺寸处标之箭头，凡箭头方向与封闭环相反的即为增环，相同的即为减环。直观法：（1）与封闭环串联的尺寸是减环，与封闭环共基线的并联尺寸为增环。（2）串联的组成环性质相同，其基线并联的组成环性质相反。22232425尺寸与偏差的关系图示为尺寸偏差图：TA：公差ESA上偏差EIA下偏差Aj：基本尺寸（公称尺寸，名义尺寸）Amax：A尺寸的最大极限尺寸Amin：A尺寸的最小极限尺寸AM：A尺寸的平均尺寸26尺寸链求解的极值法计算公式

m——尺寸链环总数n——增环数27[结论]封闭环公差等于各组成环公差之和。当封闭环公差为一确定值时，如果组成环的环数越少，则各环分得的公差值就越大，加工越容易，经济效益就越好。说明：在设计、制造、装配时，其组成的尺寸链应遵循最短尺寸链原则。封闭环公差比任何组成环公差都大，所以设计时应选择最不重要的环作为封闭环。但在加工和装配时，封闭环是加工或装配中间接获得，故不能任意选择。28例题1、图示为插座零件（图中只标注有关的尺寸）的外圆，孔和端面都已加工好了，现欲在铣床上以面1为定位基准铣槽，试计算铣槽的工序尺寸A及其上下偏差。29例题2、设一零件，材料为2Cr13，其内孔的加工顺序如下：车内孔；氰化，要求工艺氰化层深度为t；磨内孔，要求保证氰化层深度为0.1~0.3mm。试求氰化工序的工艺氰化层深度t。302）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=ESA1

+0.0195–0

ESA1=0.2–0.0195=0.1805A1下偏差0=EIA1+0–0.031

EIA1=0.031故插键槽时的工序尺寸A1

=43.1+0.1805+0.031313)保证渗碳或渗氮层深度的工序尺寸及公差的计算例轴颈衬套内孔Φ145表面需渗氮处理，渗氮层深度要求为0.3~0.5mm(单边0.3+0.2，双边0.6+0.4)。其加工顺序为：工序1：初磨孔至Φ144.76+0.04；工序2：渗氮处理，渗氮的深度为t；工序3：终磨孔至Φ145+0.04,保证渗氮层深度为0.3~0.5mm，

试求终磨前渗氮层深度t及其公差。0000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、t和减环A2；

④渗氮深度t的计算

t基本尺寸

A0

=A1+t

-A20.6=144.76+t–145

得t

=0.84

验算公差

T0

=T1

+Tt+T2

Tt

=

0.4–0.04–0.04=0.32

t上偏差0.4=0.04+Est–0

ESt=0.4–0.04=0.36

t下偏差0=0+EIt–0.04

EIt=0.04双边渗氮深度t=0.84+0.36=0.88+0.32，单边渗层t

/2=0.44+0.16+0.040032

4)验算加工余量

如图一批小轴零件，加工过程如下：1.

半精车端面A、B，保证两者之间的尺寸A1=49.6

+

0.20mm；2.

调头，以A面为基准半精车端面C，保证总长度A2=80

-

0.05；3.

热处理；4.

以C面为基准磨端面B，保证尺寸A3=30

-

0.15。试校核端面B的磨削余量是否合适？若不合适，应如何调整？

-

0.2000解：①列出尺寸链②判断各环性质

Z为封闭环，A2为增环，

A1

、A3为减环

③

计算：

Z

=

80

-

49.6

-

30

=

0.4

BSZ

=

-

0.05

-

0

-

(-

0.15)

=

0.10BIZ

=

-

0.20

-

0.20

-

0

=-

0.40

0

④

分析最小余量为零，需要调整。A2

、A3为设计尺寸，保持不变若令最小余量为0.1mm，将工艺尺寸A1改为49.6+0.10，此时Z＝0.4+0.10。-0.300335)复杂工序尺寸计算有关轴向表面工艺过程如下：Ⅰ.A定位车D得全长A１±TA1/2,

车小外圆到B得长度40-0.2；ⅡD定位车A得全长A2±TA2/2,

镗大孔到C得尺寸A3±TA3/2；ⅢD定位磨A保证全长A4=50-0.5。

求A１、A2、A3、A4及公差验算Z3解①作图分解尺寸链；②确定封闭环A0；③画箭头定增环A3、A4

和减环A2；A1AD40-0.2A2BCA3A4=50-0.5A0=36+0.5Z3Z234④用双向对称偏差注尺寸50-0.5=49.75±0.2540-0.2=39.90±0.1036+0.5

=36.25±0.25⑤计算工序尺寸及偏差计算A2、A3的基本尺寸：A4=

49.75

A2

=

49.75+0.2=49.95A0

=A3+A4-A2A3=A0

+

A2-

A4=36.25+49.95-49.75=36.45A1=A2+Z2=49.95+2.8=52.75把封闭环公差分配给组成环:TA0

=TA3+TA