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1、加工余量的确定第5章 工艺过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计算机辅助工艺过程设计1机械制造技术基础 第5章 工艺过程设计Process Planning5.1 制定工艺规程的步骤和方法Steps and Methods of Process Planning25.1.1 机械加工工艺规程 机械加工工艺过程和工艺规程机械加工工艺过程和工艺规程v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。v机械加工工艺规程规定零件机械加工工艺过程的工艺文件。v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
2、生产活动和进行生产管理的重要依据。35.1.1 机械加工工艺规程 表5-1机械加工工艺过程卡片工艺规程形式工艺规程形式（工艺过程卡、工序卡、工艺卡）45.1.1 机械加工工艺规程 表5-1机械加工工艺过程卡片55.1.1 机械加工工艺规程 表5-1机械加工工艺过程卡片65.1.2 机械加工工艺规程设计原则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。机械加工
3、工艺规程设计原则机械加工工艺规程设计原则75.1.3 制定工艺规程所需原始资料 产品的全套装配图及零件图 产品的全套装配图及零件图 产品的验收质量标准 产品的验收质量标准 产品的生产纲领及生产类型 产品的生产纲领及生产类型 零件毛坯图及毛坯生产情况 零件毛坯图及毛坯生产情况 本厂（车间）的生产条件 本厂（车间）的生产条件 各种有关手册、标准等技术资料 各种有关手册、标准等技术资料 国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况 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制定机械加工工艺规程所需原始资料81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
4、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。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。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，其特点及应用见表5-4。5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤机械加工工艺规程设计步骤95.1.4 机械加工工艺规程设计步骤表5-4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
5、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1115101281181171081079911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
6、、大批量104.选择定位基准（见5.2节）5.拟定加工路线（见5.3节）6.确定满足各工序要求的工艺装备5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤 包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。工 工艺 艺装 装备 备的 的选 选择 择在 在满 满足 足零 零件 件加 加工 工工 工艺 艺的 的需 需要 要和 和可 可靠 靠地 地保 保证 证零 零件 件加 加工 工质 质量 量的 的前 前提 提下 下，应 应与 与生 生产 产批 批量 量和 和生 生产 产节 节拍 拍相 相适 适应 应，并 并应 应充 充分 分利 利用 用现 现有 有条 条件 件，以 以降低生产准备费用。降
7、低生产准备费用。对 对必 必须 须改 改装 装或 或重 重新 新设 设计 计的 的专 专用 用或 或成 成组 组工 工艺 艺装 装备 备，应 应在 在进 进行 行经 经济 济性 性分 分析 析和 和论 论证 证的 的基 基础 础上 上提 提出 出设 设计 计任 任务书。务书。117.确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差（见5.4，5.5节）8.确定切削用量（见3.6节）9.确定时间定额（见5.7.1节）10.编制数控加工程序（对数控加工）11.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（见5.6.3节）。12.填写或打印
8、工艺文件5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤12机械制造技术基础 第5章 工艺过程设计Process Planning5.2 定位基准的选择Selection of Location Datum13在加工时用于工件定位的基准称为定位基准。又可进一步分为：5.2.1 定位基准使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（图5-1）等。粗基准粗基准使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。精基准精基准附加基准附加基准145.2.1 定位基准工艺凸台A向A图5-1小刀架上的工艺凸台1
9、5a）b）c）5.2.2 粗基准的选择 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。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。图5-2粗基准选择比较16图5-3床身粗基准选择比较工序1 工序1工序2 工序2 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。粗基准一般不得重复使用原则5.2.2 粗基准的选择175.2.2 粗基准的选择a)b)图5-4粗基准重复使用错误示例及改进18图5-5主轴箱零
10、件精基准选择5.2.3 精基准的选择 基准重合原则选用被加工面设计基准作为精基准 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195.2.3 精基准的选择图5-7以顶面和两销孔定位镗孔支架图5-6置于箱体中部的吊架支承吊架20 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
11、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。5.2.3 精基准的选择21 互为基准原则 轴径轴径锥孔图5-8主轴零件精基准选择【例】主轴零件精基准选择（图5-8）5.2.3 精基准的选择 自为基准原则【例】床身导轨面磨削加工（图5-9）图5-9导轨磨削基准选择22图5-11浮动镗刀块1工件2镗刀块3镗杆 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。图5-10外圆研磨示
12、意图【例】铰孔、拉孔、研磨（图5-10）5.2.3 精基准的选择【例】浮动镗刀块镗孔（图5-11）235.2.3 精基准的选择图5-12摇杆零件图4012H7铸造圆角R3其余倒角145600.059.520H71.63.23.23.21.64018M83.2R127100.1ABDC1545【例5-1】选择图5-12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。24机械制造技术基础 第5章 工艺过程设计Process Planning5.3 加工路线的拟订Determine the Machining Route255.3.1 加工方法的选择图5-13加工误差
13、与成本关系C0ABv经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图5-14）v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（图5-13AB段）加工经济精度加工经济精度加工误差（m）196010-110-210-31920 2000102101100年代图5-14加工精度与年代的关系一般加工精密加工超精密加工265.3.1 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选择加工方法应考虑的问题 外
14、 外圆 圆表 表面 面、孔 孔及 及平 平面 面加 加工 工方 方案 案参 参见 见教 教材 材表 表5-5 5-5，5-6 5-6，5-7 5-7（20 20世纪 世纪90 90年代）。年代）。275.3.1 加工方法的选择典型表面加工路线典型表面加工路线研磨IT5Ra0.0080.32超精加工IT5Ra0.010.32砂带磨IT5Ra0.010.16精密磨削IT5Ra0.0080.08抛光Ra0.0081.25金刚石车IT56Ra0.021.25滚压IT67Ra0.161.25精磨IT67Ra0.161.25精车IT78Ra1.255粗磨IT89Ra1.2510半精车IT1011Ra2.5
15、12.5粗车IT1213Ra1080图5-15外圆表面的典型加工工艺路线285.3.1 加工方法的选择图5-16孔的典型加工工艺路线珩磨IT56Ra0.041.25研磨IT56Ra0.0080.63粗镗IT1213Ra520钻IT1013Ra580半精镗IT1011Ra2.510粗拉IT910Ra1.255扩IT913Ra1.2540精镗IT79Ra0.635粗磨IT911Ra1.2510精拉IT79Ra0.160.63推IT68Ra0.081.25饺IT69Ra0.3210金刚镗IT57Ra0.161.25精磨IT78Ra0.080.63滚压IT68Ra0.011.25手饺IT5Ra0.08
16、1.25295.3.1 加工方法的选择图5-17平面典型加工工艺路线抛光Ra0.0081.25研磨IT56Ra0.0080.63精密磨IT56Ra0.040.32半精铣IT811Ra2.510精铣IT68Ra0.635高速精铣IT67Ra0.161.25导轨磨IT6Ra0.161.25精磨IT68Ra0.161.25宽刀精刨IT6Ra0.161.25粗磨IT810Ra1.2510精刨IT68Ra0.635半精刨IT811Ra2.510半精车IT811Ra2.510粗铣IT1113Ra520粗刨IT1113Ra520砂带磨IT56Ra0.010.32金刚石车IT6Ra0.021.25刮研Ra0.
17、041.25精车IT68Ra1.255粗车IT1213Ra1080精拉IT69Ra0.322.5粗拉IT1011Ra520305.3.2 加工顺序的安排 先基准后其他先加工基准面，再加工其他表面 先面后孔有两层含义：1 1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加）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 工出来，再以面定位，加工孔，可以保证定位准确、稳定2 2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先）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 将此面加工好，再加工孔，则可避
18、免上述情况的发生 先主后次也有两层含义：1 1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表）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 面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排2 2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常）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 要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工 先粗后精 机械加工工序的安排机械加工工序的安排31v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v为消除内应力而进行的热处理工序（如退火、
19、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v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v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。5.3.2 加工顺序的安排热处理和表面处理工序的安排热处理和表面处理工序的安排325.3.2 加工顺序的安排除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：零件加工完毕后；从一个车间转到另一个车
20、间前后；重要工序前后。其他工序的安排其他工序的安排v去毛刺工序通常安排在切削加工之后。v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。检验工序的安排检验工序的安排335.3.3 工序集中与工序分散v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v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。v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v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
21、作工人技术水平要求不高工序集中工序集中工序分散工序分散345.3.3 工序集中与工序分散 传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形 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）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工序集中与工序分散的应用 由于市场需求的多 由于市场需求的多变性，对生产过程的 变性，对生产过程的柔性要求越来越高，柔性要求越来越高，加之加工中心等先进 加之加工中心等先进设备的采用，工序集 设备的采用，工序集中将越来越成为生产 中将越来越成为生产的主流方式 的主流方式 多品种、中小批量 多品种、中小批量生产，为便于转换和
22、 生产，为便于转换和管理，多采用工序集 管理，多采用工序集中方式 中方式355.3.4 加工阶段的划分v粗加工阶段主要任务是去除加工面多余的材料v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v精加工阶段使加工面精度和表面粗糙度达到要求v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v有利于保证零件的加工精度；v有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持；v有利于人员的合理安排；v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的划分加工阶段划分的意义加工阶段划分的意义365.3.5 数控加工工艺形状复杂、加工面多、加工量大、生产批量较小的零件（如批量较小的复杂
23、箱体类零件）数控加工的合理选用数控加工的合理选用普通机床无法加工或需使用复杂工装才能加工的零件（如复杂轮廓面或复杂空间曲面）加工精度要求高的零件（如某些径向尺寸和轴向尺寸精度要求均很高的轴类零件）零件上某些尺寸难以测量和控制的情况（如具有不开敞内腔加工面的壳体或盒型零件）零件一次装夹，可完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多种操作图5-18各类机床适应的加工范围专用机床数控机床通用机床零件复杂程度零件批量375.3.5 数控加工工艺加工过程严格按程序指令自动进行数控加工工艺设计要求详细、具体和完整。如工件在机床（或夹具）上装夹位置、工序内工步的安排、刀具选用、切削用量、走刀路线等，都必须在工艺设计中认真
24、考虑和明确规定数控加工工艺特点数控加工工艺特点自行调整能力较差数控加工工艺设计应十分严密、准确，必须注意到加工中的每一个细节，如每个坐标尺寸的计算、对刀点和换刀点的确定、攻丝时的排屑动作等。程序须经验证正确后，方可进行正式加工多采用工序集中原则，一次装夹可完成多个表面加工刀具（相对工件）运动路径对生产率、加工精度影响很大，需合理规划使用夹具相对简单385.3.5 数控加工工艺点位加工通常按空程最短安排走刀路线。位置精度要求较求高的孔系加工，要注意避免反向间隙影响数控加工走刀路线规划数控加工走刀路线规划对刀点234ABC D1XY对刀点23ABC D1XY45刀具折返点图5-19孔加工路线示例a
25、）b）395.3.5 数控加工工艺轮廓加工刀具应从切向进入轮廓加工，加工完成后不要在切点处取消刀补，要安排一段沿切向继续运动距离 图5-20内、外圆加工路线a）外圆加工 b）内孔加工405.3.5 数控加工工艺形腔加工在保证加工精度前提下，使走刀路径最短a）b）c）5-21型腔加工路线比较415.3.5 数控加工工艺高速加工保证刀具运动轨迹光滑平稳，并使刀具载荷均匀a）摆线加工b）赛车线加工图5-22高速切削刀具路径规划（DELCAM公司）425.3.5 数控加工工艺数控加工工艺实例数控加工工艺实例确定数控加工内容：环槽、顶面和4-M10螺孔定位、夹紧方案：以底面、孔和零件后侧面作为定位基准。
26、采用孔系组合夹具，基础板圆柱销（专用件）移动V形块（合件），通过螺旋压板压紧选择加工方法：上表面和mm环槽采用铣削一次走刀加工；4-M10螺纹孔先打中心孔再钻底孔，螺纹底孔用钻头倒角图5-23壳体零件简图435.3.5 数控加工工艺数控加工工艺实例数控加工工艺实例加工顺序铣上平面钻4-M10中心孔钻4-M10底孔4-M10螺纹底孔倒角4-M10攻丝铣环槽零件坐标系设定如图，坐标原点为孔轴线与零件上平面的交点工艺处理对刀点选在孔轴线与孔的上端面的交点，换刀点选在所定零件坐标系（X0，Y0，Z15）点刀具轨迹坐标计算4-M10螺纹孔中心坐标计算，环槽各基点（J、B、C、D）及四个圆弧的圆心坐标计算
27、等445.3.5 数控加工工艺零件号JS-1-26零件名称 壳体 材料HT300程序编号00618机床型号HM500制表 宫怡工序内容刀具号刀具种类主轴转速进给速度长度补偿量半径补偿量铣平面T180硬质合金端铣刀S280 F60 D1 D21钻4-M10中心孔T2 3中心钻 S1000 F100 D2钻4-M10底孔 T3 8.5高速钢钻 S500 F50 D3螺纹孔口倒角T418钻头（90o锋角）S500 F50 D4攻螺纹4-M10 T5 M101.5丝锥 S60 F90 D5铣10mm环槽 T610高速钢立铣刀S300 F30 D6 D26表5-5壳体数控加工工艺卡45机械制造技术基础
28、第5章 工艺过程设计Process Planning5.4 工序尺寸的确定Determine the Operational Dimensions465.4.1 加工余量v加工余量加工过程中从加工表面切去材料层厚度v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（5-1）对于包容表面（5-2）a）b）c）d）Zbab图5-24工序加工余量ZbbabaZb2Zb2Zb2Zb2 ab式中Zb本工序余量；a 前工序尺寸；b 本工序尺寸。加工余量及其计算加工余量及其计算475.4.1 加工余量v总加工余量零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度（5-3）式中ZS总加工余量；Zi
29、第i道工序加工余量；n该表面加工工序数。v最大余量v最小余量（5-4）（被包容尺寸）（包容尺寸）（5-5）（被包容尺寸）（包容尺寸）48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。v平均余量（5-6）（被包容尺寸）（包容尺寸）v余量公差（5-7）（被包容尺寸与包容尺寸）5.4.1 加工余量495.4.2 最小加工余量最小余量构成最小余量构成（图5-25）采用浮动镗刀块镗孔 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
30、面缺陷层；ea 上一工序形位误差；b本工序装夹误差。（5-8）无心磨床磨外圆 无心磨床磨外圆 研磨、抛光平面 研磨、抛光平面RyHaeab图5-25最小加工余量构成50加工余量确定方法加工余量确定方法v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。v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。v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。5.4.2 最小加工余量q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
31、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。51确定工序尺寸一般方法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。表6-9主轴孔工序尺寸及公差的确定工序名称工序加工余量工序基本尺寸加工经济精度（IT）工序
32、尺寸及公差表面粗糙度浮动镗刀块镗0.1 100 7 Ra0.8精镗 0.5（100-0.1=）99.98 Ra1.6半精镗 2.4（99.9-0.5=）99.410 Ra3.2粗镗 5（99.4-2.4=）9712 Ra6.3毛坯孔（97-5=）925.4.3 工序尺寸确定52表6-9主轴孔工序尺寸及公差的确定工序名称工序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浮动镗刀块镗0.1 100 7 Ra0.8精镗 0.5（100-0.1=）99.98 Ra1.6半精镗 2.4（99.9-0.5=）99.410 Ra3.2粗镗 5（99.4-2.4=）9712 Ra6.3毛坯孔
33、（97-5=）925.4.3 工序尺寸确定表5-6主轴孔工序尺寸及公差的确定浮动镗0.11007Ra 0.8精镗0.5100-0.1=99.98Ra 1.6半精镗2.499.9-0.5=99.410Ra 3.2粗镗599.4-2.4=9712Ra 6.3毛坯孔100-8=92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5-2】53机械制造技术基础 第5章 工艺过程设计Process Planning5.5 工艺尺寸链Process Dimensional Chain545.5.1 尺寸链基本概念尺寸链定义
34、尺寸链定义在 在零 零件 件加 加工 工或 或机 机器 器装 装配 配过 过程 程中 中，由 由相 相互 互联 联系 系的 的尺 尺寸 寸形 形成 成的封闭尺寸组，称为尺寸链 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555.5.1 尺寸链基本概念尺寸链的环尺寸链的环 封 封闭 闭环 环 在 在零 零件 件加 加工 工过 过程 程或 或机 机器 器装 装配 配过 过程 程中 中最 最终 终形 形成的环（或间接得到的环）成的环（或间接得到的环）指组成尺寸链的每一个尺寸 指组成尺寸链的每一个尺
35、寸v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 组成 成环 环 尺 尺寸 寸链 链中 中除 除封 封闭 闭环 环以 以外 外的 的各 各环 环。对 对于 于工 工艺 艺尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的 尺寸链来说，组成环的尺寸一般是由加工直接得到的v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：（5-9）56图示尺寸链中，尺寸A0是加工过程间接保证的，因而是尺寸链的封闭环；尺寸A1和A2是在加工中直接获得的，因而是尺寸链的组成环。其中，A1为增环
36、，A2为减环。图5-26工艺尺寸链a1a2a0A1A2A0b)c)A1A2A0a)ABC0.05 A0.1 C5.5.1 尺寸链基本概念工艺尺寸链示例（图5-26）：工件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5-3】尺寸链方程为：575.5.2 尺寸链计算方法对式（5-9）两边取全微分，有：（5-9）（5-10）式中偏导数表示组成环对封闭环影响的大小，称为误差传递系数，记为i。式（5-10）也可以写成如下形式：（5-11）基本尺寸计算公式基本尺寸计算公式误差与公差计算公式误差与公差计算公式上述两式为尺寸链特定偏差值计算公式，即误差传递公式58图5-27a所
37、示零件，加工两80H7孔，要求保证孔心距L0=3000.02，两孔中心连线与A面夹角0=152。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0的偏差。【例5-4】图5-27误差传递计算示例a）b）Y1Y2AXL000L0XY1Y25.5.2 尺寸链计算方法59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 0构成一平面尺寸链（图b）。其中L0和0是封闭环。尺寸链方程为：【解】Y1Y2图5-27误差传递
38、计算示例AXL00a）0L0b）XY1Y25.5.2 尺寸链计算方法60v公差极值算法式中T0L 极值公差；Ti 各组成环公差。（5-12）（5-13）（5-14）偏差计算公式 偏差计算公式 公差计算公式 公差计算公式 上 上式 式表 表明 明在 在极 极端 端的 的情 情况 况下 下，尺 尺寸 寸链 链封 封闭 闭环 环的 的公 公差 差等 等于 于所 所有组成环公差与误差传递系数绝对值乘积之和。有组成环公差与误差传递系数绝对值乘积之和。5.5.2 尺寸链计算方法61v公差概率算法 为 为计 计算 算方 方便 便，作 作如 如下 下近 近似 似处 处理 理：令 令 k k1 1=k k2 2
39、=k kn n=k k，得 得到近似概率算法公差计算公式（到近似概率算法公差计算公式（k k值常取 值常取1.2 1.2 1.6 1.6）：）：各组成环均接近正态分布时，公差计算公式：各组成环均接近正态分布时，公差计算公式：（5-15）式中 式中T T0 0Q Q 称为平方公差。称为平方公差。各组成环偏离正态分布时，公差计算公式：各组成环偏离正态分布时，公差计算公式：式中 式中T T0 0Q Q 称为统计公差。称为统计公差。k k为分布系数，定义如下：为分布系数，定义如下：（5-16）（5-18）（5-17）5.5.2 尺寸链计算方法62v极值算法（5-19）v概率算法（5-20）式中为分布不
40、对称系数，定义如下（图5-28）图5-28分布系数与不对称系数 T=2Amin分布中心AMAmaxXAA EIEST/2 T/2(X)X（5-21）5.5.2 尺寸链计算方法平均尺寸计算公式平均尺寸计算公式63q几种常见误差分布曲线的分布系数k 和分布不对称系数的数值见教材表5-7。5.5.2 尺寸链计算方法 0 0 0-0.28 0.26-0.26K 1 1.22 1.73 1.14 1.17 1.173 3T/2 T/2 T/2分布特征正态分布 三角分布 均匀分布 瑞利分布偏态分布外尺寸 内尺寸分布曲线 表5-7几种常见误差分布曲线64L=300.05A=100.01DCTC12=602
41、L0 CAEda）b）图5-29平面尺寸链示例图5-29a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，A值如图示。【例5-5】建立尺寸链（图b）【解】5.5.2 尺寸链计算方法65对上式求全微分，有：各组成环的误差传递系数分别为：最终结果：采用极值算法C=20.9810.016mm采用概率算法C=20.9810.026mm由式（5-14）：可求出：TC=0.032由式（5-18）：可求出：TC=0.052（k=1.4）5.5.2 尺寸链计算方法66 基本尺寸计算公式 基本尺寸计算公式 直线尺寸链极值算法公式直线尺寸链
42、极值算法公式（5-22）偏差计算公式 偏差计算公式 公差计算公式 公差计算公式 平均尺寸计算公式 平均尺寸计算公式（5-23）（5-24）（5-25）（5-26）5.5.2 尺寸链计算方法67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及平行度公差Ta2。【例5-6】尺寸链b）中，A0为封闭环，A1和A2是组成环；角度尺寸链（图5-26c）中，a0为封闭环，a1 和a2是组成环。【解】5.5.3 几种常见工艺尺寸链形式图5-26工艺尺寸链示例b)c)a)A1A2A0a1a2a0A1A2A0ABC0.05 A0.1 C求解图5-206和图5-26c的尺寸链，可得到：工序尺寸
43、：平行度公差：工艺基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算工艺基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算 68图5-30测量尺寸链示例A2若 若实 实测 测A A2 2=40.30=40.30，按 按上 上述 述要 要求 求判 判为 为废 废品 品，但 但此 此时 时如 如A A1 1=50=50，则 则实 实际 际A A0 0=9.7=9.7，仍 仍合 合格 格，即 即“假 假废 废品 品”。当 当实 实测 测尺 尺寸 寸与 与计 计算 算尺 尺寸 寸的 的差 差值 值小 小于 于尺 尺寸 寸链 链其 其它 它组 组成 成环 环公 公差 差之 之和 和时 时，可 可能 能为 为假 假废品。采用专用检具
44、可减小假废品出现的可能性 废品。采用专用检具可减小假废品出现的可能性图5-30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v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5-7】5.5.3 几种常见工艺尺寸链形式 假废品问题：69D1工序基准是尚待加工的设计基准工序基准是尚待加工的设计基准D2xHR1R2xH1)拉内孔至；2)插键槽，保证尺寸x；试确定尺寸x 的大小及公差。3)热处理建立尺寸链如图b所示，H是间接保证的尺寸，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：4)磨内孔至，同时保证尺寸。a）b）图5-31
45、键槽加工尺寸链【解】图5-31所示键槽孔加工过程如下：【例5-8】5.5.3 几种常见工艺尺寸链形式70D1xD2H1v讨论：在前例中，认为镗孔与磨孔同轴，实际上存在偏心。若两孔同轴度允差为0.05，即两孔轴心偏心为 e=0.025。将偏心e作为组成环加入尺寸链（图5-32b）a）b）图5-32键槽加工尺寸链H20.025 0.025R1xHR2e重新进行计算，可得到：5.5.3 几种常见工艺尺寸链形式71图5-33所示偏心零件，表面A 要求渗碳处理，渗碳层深度规定为0.50.8mm。与此有关的加工过程如下：表面淬火、渗碳、镀层的工艺尺寸计算表面淬火、渗碳、镀层的工艺尺寸计算【例5-9】【解】
46、R2R1H1H0b)图5-33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。D2H0H12）渗碳处理，控制渗碳层深度H1；试确定H1的数值。建立尺寸链，如图b,在该尺寸链中，H0是最终的渗碳层深度，是间接保证的，因而是封闭环。计算该尺寸链，可得到：D15.5.3 几种常见工艺尺寸链形式725.5.4 工序尺寸图表法当 当零 零件 件在 在同 同一 一尺 尺寸 寸方 方向 向上 上加 加工 工尺 尺寸 寸较 较多 多，且 且工 工序 序（测 测量 量）基 基准 准需 需多 多次 次转 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
47、问题 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图5-34所示零件有关轴向尺寸加工过程如下：【例5-10】31.690.3160.127.070.07图5-34图表法示例零件4）靠火花磨削面，控制余量Z7=0.10.02，同时保证设计尺寸60.1试确定各工序尺寸及公差。1）以 面定位，粗车 面，保证、面距离尺寸A1，粗车 面，保证、面距离尺寸A2；2）以 面定位，精车 面，保证、面距离尺寸A3，粗车 面，保证、面距离尺寸A4；3）以 面定位，精车 面，保证、面距离尺寸A5，同时保证设计尺寸31.690.31；精车 面，保证设计尺 尺寸 寸A6=27.070.07；73Z6Z4
48、Z7Z5 A1A2A3A4A5A6R1R21.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。3）在最下方画出间接保证的设计尺寸，两边均为圆点。4）工序尺寸为设计尺寸时，用方框框出，以示区别。注：靠火花磨削余量视为工序尺寸，也用用带圆点的箭线表示。图5-35尺寸联系图【解】5.5.4 工序尺寸图表法74A5R1Z7a）Z5A3A5d）A3Z4A4A1e）Z6A2A3A5A6c）图5-37工艺尺寸链A5R2A4b）2.用追踪法查找工艺尺寸链A6 A1A2A3A4
49、A5Z7R1R2Z6Z4图5-36尺寸链追踪Z5v结果尺寸（间接保证的设计尺寸）和余量是尺寸链的封闭环v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5.5.4 工序尺寸图表法753.初拟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0.50.30.10.30.070.020.10.310.1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ZiminZi MAi MAi A6 A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z45.5.4 工序尺寸图表法764.校核结果尺寸
50、公差，修正初拟工序尺寸公差 校核结果尺寸链，若超差，减小组成环公差（首先压缩公共环公差）0.230.08工序公差余量公差最小余量平均余量ZiminZi M0.02 初拟 修正后0.50.30.10.3A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z40.10.07A60.10.31A5R1Z7a）A5R2A4b）5.5.4 工序尺寸图表法77工序公差余量公差最小余量平均余量Zi minZi MA6 初拟 修正后0.50.30.10.30.10.070.08A1A2A3A4A5Z7R1R2Z6Z5Z40.10.310.230.02A2A3A5A6Z6c）A3A5Z5d）A3Z4A4A1e）0.550.