机械加工工艺-加工余量、工序尺寸及公差

（一）设计 1、合理的结构工艺性、加工精度、表面
粗糙等。 2、零件、部件、产品的三化程度（通用、
标准、系列） （二）先进的工艺及设备
1、毛坯 2、机加工 3、装配
（三）先进的管理：计划、准备、服务、技术、
质量、经济分析等。
提高机加工生产率的工艺途径：
（一）缩短t基 1、（V、F、ap）↑。 2、多刀、多刃、及单刀多件等。
加工余量、工序尺寸及公差的确定
一、加工余量的概念： 1.加工总余量和工序余量： 1）加工总余量Z0（毛坯余量）
n
Z0 Z1 Z2 Zn Zi i 1
其中：Z1与毛坯的制造精度有关（参看毛坯余 量手册）
其余工序余量Zi——由相关工序的加工误差确 定（上工序和本工序）
2)工序余量Zi——相邻两工序基本尺寸之差；
求：本工序工序尺寸L2（渗碳深度） 分析：渗碳层保留深度L0 —单边值（图面尺寸）
渗碳深度L2—单边值。 按尺寸链图，代入公式求解得：L2=0.7＋0.025
＋0.008
（四）、余量校核 各工序中加工余量由查表及经验确定。 因为各工序尺寸的公差存在，实际余量是变化 的。 例图1-49，
1、工艺路线 1）精车A面，由B处切断。 2）以A面定位，精车B面。 3）以B面定位，磨A面。 4）以A面定位，磨B面。
三、用图表法确定工序尺寸及余量 适用于当零件同一方向尺寸较多的复杂情况。 如：工序多，工序基准转换多，工序中基准不 重合需用尺寸链计算，公差，余量确定复杂。 步骤： （一）绘制加工过程尺寸联系图
1、画出工件简图，标注相关设计尺寸。 2、按加工工序列表填写工艺过程，画加工符 号（箭头等）。 （二）工艺尺寸链查找
尺寸链中封闭环只有一个，用L0表示。 工艺尺寸链中的封闭环的定义见P.53倒10行。
⑴封闭环一定是工艺过程中间接保证的尺 寸。
⑵封闭环公差值最大，它等于各组成环公 差之和。
3）组成环——尺寸链除封闭外其余各环， 组成环分为增环和减环。
⑴增环—该环变动引起封闭环同向变动。 ⑵减环—该环变动引起封闭环反向变动。
二、加工余量的确定 1.计算法 准确、合理,其数据由实验确定。 收集数据工作量大,适于大量生产。 计算过程可按实际情况的简化
例：浮动镗、无心磨、抛光等。 2.查表法（机械加工工艺手册） 3.经验法
三、工序尺寸和公差的确定 同一表面基准重合（或基准不变）多次
加工时的工序尺寸和公差。 1、确定余量（查表等） 2、计算各工序的基本尺寸（看表1-18） 3、按经济加工精度确定工序公差。 4、填写工序尺寸和公差（入体原则）。
时间定额和提高生产率的途径
一、时间定额
1、概念（工时定额）
合理性、先进性
2、时间定额的组成：
（1）基本时间t基 可通过计算确定，例如车削加工（参考图1-53）
t基
l
l1 l2 f n
i
其它各种不同情况可参考手册。
（2）辅助时间t辅 工序中的辅助动作时间：装卸工件、机床开、
停、变速、测量工件等，可通过查表或实测确 定。
即上工序基本尺寸与本工序基本尺寸之差。 非对称表面，单边余量。
Zi li1 li (图4-18a)
对称表面，双边余量。
2Zi li1 li (图b)
轴、孔的双边余量。 (图c、d)
2Zi di1 di 2Zi Di Di1
3)工序余量公差（TZ）——余量的变动范围 Ta ——上工序的基本尺寸公差 Tb ——本工序的基本尺寸公差
图1-46表示，考虑位置误差(同轴度)时的尺 寸链。 当其误差很小时，（小于一个数字级）可忽略。
(三) 保证零件表面处理层深度和工艺尺寸链。
例图1-47，轴的渗碳磨削工艺尺寸链。
工艺路线:1、车外圆（上工序）
2、渗碳（本工序）——基准不重合
3、磨外圆（下工序） 同时要求保证渗碳
层深度（间接获得）。
1、与设计尺寸有关的工序尺寸L01¨、L1¨。 2、中间工序尺寸（与余量有关）Z4、Z5、Z6 3、查找工艺尺寸链，画尺寸链图¨ （三）计算项目 1、确定公差与余量(经济精度与调整) 2、计算余量变动量，平均余量，平均工序尺 寸。 注：粗加工工序毛坯余量较大，可不计算。 3、按“入体”原则标注工序尺寸。
例题： 某轴直径φ50mm，其尺寸精度为IT5,表
面粗糙度为Ra0.04μm,并要求高频淬火，毛 坯为锻件。其工艺路线为：粗车－半精车 －高频淬火－粗磨－精磨－研磨，计算轴 的各工序尺寸及公差 解:
加工余量：由工艺手册确定。 工序尺寸：研磨工序尺寸即零件的设计 尺寸50-0.011 、Ra0.04μm
ESq 0.035
∴L2=18
+0.035 0
检 验 ： L0max=L1max － L2min=30 －
18=12.00
L0min=L1min
－
L2max=29.965
－
18.035=11.930
∵零件图要求
即L0max=12.00 ＞L2max ，L0min=11.93 ＜ L2min,
但同时若：L1=30.000或L1=29.965 L0实际=L1－L2=30.00－18.070=11.930∴合 格 L0 实 际 =L1 － L2=29.965 － 17.965=12.000∴ 合格
n1
T0 Ti i1
注： 公差的值大小——应按国标规定各公
差等级标准选取。 当T0一定时，各环公差Ti随n增加而减小。
3、封闭环的上偏差ES0
m
n1
ES0 ESp EIq
p1
qm1
ESP——增环上偏差 EIq——减环下偏差 m——增环环数
4、封闭环的下偏差EI0
m
n1
EI0 EIp ESq
1)基准不重合（待加工表面为工序基准） 2）待加工表面留有余量Z
解：画工艺尺寸链图（图1－45） （方法：从一个尺寸出发，到尺寸的基准后转
入相接的下一个尺寸链，通过所有相关联尺寸， 最终返回出发点。）P53 其中，键槽深为由本工序和终工序而间接获得， 为封闭环。 解得：L2=53.7（本工序工序尺寸及公差）
例：图4-22轴线弯曲造成的余量不均匀误差。 各项位置误差造成的影响参看表4-11
4)本工序的装夹误差εb 包括定位误差、夹紧误差。
5)余量计算公式 由于空间位置误差和装夹误差的
方向性，所以用矢量相加表示。 单边余量
Zmin Ta Ry Ha ea b
双边余量
Zmin Ta / 2 Ry Ha ea b
L2=54.5-0.061
注意：偏差计算公式中，偏差按正负值代入
2、定位基准与设计基准不重合 例：加工阶梯表面C 图1－44
本工序分析： 加工时选用A面为定位基准，加工C面。 ∴设计基准与工艺基准不重合。 例中，已知L0 ，求L1、L2 的尺寸及公差。
尺寸链分析： L0——封闭环， L1——增环，L2——减环。
2、尺寸链图（b）为关联尺寸链 分解为基本尺寸链尺寸链图（c）
3、已知：L1=31±0.1mm; L2=30.4±0.05mm;
L3=30.15±0.02mm; L1=30±0.02mm; 求(校核)Z2、、Z3、Z4 解得：Z2、、Z3、Z4，
Z4=0.15 ±0.04mm 即：Z4max=0.19、 Z4min=0.11
p1
qm1
EIP——增环下偏差 ESq——减环上偏差 m——增环环数
二、直线尺寸链在工艺过程中的应用 （一）工艺基准与设计基准不重合时的工 序尺寸计算。 1、测量基准与设计基准不重合，图1-43。
设计基准： 孔Ⅲ－Ⅳ中心距离，127±0.07 。
测量基准： 孔Ⅲ －Ⅳ的内侧母线距离，L2 。
工艺过程中的测量方法： 游标卡尺测量
0.035mm
取：L1=30-0.035 (L1 —增环)
L2=L1-L0=18 (L2 —减环)
L0=12
0 -0.07
代入公式;
m
n1
ES0 ESp EIq
p1
qm1
0 0 EIq
EIq 0
m
n 1
EI0 EIp ESq
p 1
q m1
0.070 0.035 ESq
其它各工序基本尺寸的确定： 上工序基本尺寸等于本工序尺寸加上本工 序余量。 以零件设计尺寸50-0.011、Ra0.04开始，计算 的各工序。（注：区分轴类或孔类尺寸） 工序公差的确定： 查表（表1-13）确定公差等级， 查表确定公差值，按“入体”标注为单向偏 差。
工艺尺寸链
尺寸链的概念： 由一组相互关链的尺寸构成的封闭尺寸，
TZ Zmax Zmin Tb Ta
图4-19 被包容件…
பைடு நூலகம்
4)工序尺寸的公差按“入体原则”标注 轴类(被包容件)：最大尺寸为基本尺寸，上偏
差为零（单向偏差）。 孔类(包容件)：最小尺寸为基本尺寸，下偏差
为零（单向偏差）。 毛坯：双向对称偏差形式（或双向非对称偏
差形式）。 与零件公差的选择与标注有区别。（零件公
中小批生产时成组工艺，成组夹具等。 （五）其它 自动化生产，流水生产，多机床看管（例齿轮 机床）。
（1）（2）项总称为操作时间t操 （3）t布置
t布置=2～7％ t操 （4）t准终——加工一批零件时，针对工序内容 的准备工作，结束工作时间。
N（批量）较大时，t准终/N可以忽略
1、单件时间和工时定额。 单件、批量生产时
T单件=t基+t辅+t布置+t休 T定额=T单+ t准终/n 大量生产时 T定额= T单 二、提高生产率的途径 多方面的途径（设计、制造）
计算内容要求： 已知封闭环尺寸及公差，求各组成环尺
寸及公差。
求多环公差时的分配原则：
（1）等公差法
Ti=T平均
（2）等精度原则（设各组成环精度相等）
按精度等级、尺寸分段查公差表确定。
（3）调整法
按等公差法分配后，合理调整。
（难加工表面，尺寸段大的环，增加其公差
值。）
按等公差法
解：
取T1
T2
T0 2
4）增减环的判定 a)用定义判定
b)箭头法判定(图1－46a)
一、直线尺寸链的基本计算公式： 极法计算公式值
1、封闭环的基本尺寸 n 1 L0 Li i 1
注：减环的基本尺寸为负值。 n——尺寸链总环数。 n－1——组成环环数。
m
n1
或：L0 Li增－ Li减
i 1
m1
2、封闭环的公差
称为尺寸链。 例：铣阶梯表面（图4－24）
1、尺寸链的分类： 设计尺寸链、工艺尺寸链、装配尺寸链
等；又可分为直线尺寸链、平面尺寸链、 空间尺寸链等；长度、角度尺寸链等。 2、尺寸链的构成：
1）尺寸环——尺寸链中的每一个尺寸称 为尺寸链的环。
2）封闭环——间接获得的尺寸。 例如：装配中的间隙，加工中非直接测 量尺寸，设计中的相关尺寸等。
例：铣阶梯表面 L1↑（L2不变）→L0↑，为同向变动，即L1 为增环。 L2↑（L1不变）→L0↓，为反向变动，即L2 为减环。
工艺尺寸链特性： 1）封闭性 2）关联性——尺寸链中任一环的变化都
将影响到其它环。 3）工艺尺寸链（装配尺寸链）——与
工艺（装配）方法有关。即按工艺（装配） 方法确定封闭环。
图1－54、55、56、57、58、59、60
（二）减少t辅 1、 夹具，机床操作自动化等。
2、 与t基重叠。 多工位——t（装卸）重叠于t基。自动在线测量。 （图1－61、62、63、64）
（三）减少t布置 换刀机构，对刀机构，不重磨刀片，提高刀具 耐用度等。 （四）减少t准终
加大生产批量，减少刀具、夹具、机床调整 时间。
核验:合格(需按零件图检验) 这时称L2超差为假废品。
（二）一次加工满足多个设计尺寸要求的工艺 尺寸换算。 例：内孔和内键槽的加工（画A图） 工艺路线：（图1－45）
1、镗孔49.80 (上工序) 2、插键槽 （本工序） 3、淬火 （下工序） 4、磨孔50 、键槽深53.8
(最终工序由零件图确定) 本工序特点：
差的选择与标注按：公差等级、配合种类来确 定上下偏差）。
工序余量示意图（图1-40） 1） 轴类尺寸，毛坯 2） 孔类尺寸：毛坯：
2.影响加工余量的因素： 1)上工序的尺寸公差参看图4-21（工序1
余量与毛坯精度有关） 2)上工序的粗糙度Ry和缺陷层Ha（表4-10） 3)上工序的空间误差ea（形状位置误差）
求:工艺尺寸L2 解题步骤：
1）画尺寸链图。 2）确定封闭环 3）确定增减环。 4）代入公式求解。
L1、L3——孔的半径尺寸，由前工序获 得。其公差值取直径公差的一半。
L2——孔Ⅲ－Ⅳ的内侧母线，由测量获 得尺寸。
L0——由L1 、L2 、L3间接获得尺寸，所 以是工艺尺寸链中的封闭环。
代入公式，计算结果：