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1、机械制造工艺机械制造工艺机械制造工艺机械制造工艺机电工程系机电工程系 张莉张莉第二章第二章 机械加工工艺基础知识机械加工工艺基础知识2.1 2.1 机械加工工艺过程的基本概念及常用术语机械加工工艺过程的基本概念及常用术语2.2 2.2 机械加工工艺规程和工艺文件机械加工工艺规程和工艺文件 2.3 2.3 零件的工艺性分析零件的工艺性分析 2.4 2.4 零件表面加工方法的选择与工艺路线的零件表面加工方法的选择与工艺路线的拟订拟订2.4.4 加工余量、工序尺寸及其公差的确定1 1、加工余量的概念、加工余量的概念 为了保证零件的质量（精度和粗糙度值），为了保证零件的质量（精度和粗糙度值），在加工过
2、程中，需要从工件表面上切除的在加工过程中，需要从工件表面上切除的金属层金属层厚度厚度，称为加工余量。，称为加工余量。加工余量过大加工余量过大 材料浪费，成本增大；材料浪费，成本增大；加工余量过小加工余量过小 不能纠正加工误差，质量不能纠正加工误差，质量降低。降低。 所以，应在所以，应在保证质量保证质量的前提下，选择的前提下，选择加工余加工余量量尽可能小。尽可能小。加工余量又有加工余量又有总余量总余量和和工序余量工序余量之分。之分。总余量：某一表面毛坯尺寸与零件设计尺总余量：某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为寸之差称为总余量总余量，以，以Z Z总总表示。表示。工序余量：相邻两工序的工序尺寸之
3、差称工序余量：相邻两工序的工序尺寸之差称为为工序余量工序余量，以，以Z Zi i表示。表示。 单边余量与双边余量单边余量与双边余量根据零件的结构不同，加工余量有根据零件的结构不同，加工余量有单边单边（面）（面）和和双边（面）双边（面）之分之分, ,见见P45P45加工余量和工序尺寸的关系加工余量和工序尺寸的关系对于被包容面：对于被包容面：Z=Z=上工序基本尺寸上工序基本尺寸- -本工序基本尺寸本工序基本尺寸对于包容面：对于包容面： Z=Z=本本工序基本尺寸工序基本尺寸- -上工序基本尺寸上工序基本尺寸加工余量和工序尺寸的关系加工余量和工序尺寸的关系2 2、影响加工余量的因素、影响加工余量的因素
4、 在确定工序的具体内容时，其工作之一就是合理地确定在确定工序的具体内容时，其工作之一就是合理地确定工序加工余量工序加工余量。加工余量的大小对零件的加工质量和制造的。加工余量的大小对零件的加工质量和制造的经济性均有较大的影响。加工余量过大，必然增加机械加工经济性均有较大的影响。加工余量过大，必然增加机械加工的劳动量、降低生产率；增加原材料、设备、工具及电力等的劳动量、降低生产率；增加原材料、设备、工具及电力等的消耗。加工余量过小，又不能确保切除上工序形成的各种的消耗。加工余量过小，又不能确保切除上工序形成的各种误差和表面缺陷，影响零件的质量，甚至产生废品。误差和表面缺陷，影响零件的质量，甚至产生
5、废品。 由前述内容可知，工序加工余量（由前述内容可知，工序加工余量（公称值公称值，以下同）除，以下同）除可用相邻工序的工序尺寸（如可用相邻工序的工序尺寸（如Z=a-bZ=a-b）表示外，还可以用另）表示外，还可以用另外一种方法表示，即：外一种方法表示，即：工序加工余量等于最小加工余量与前工序加工余量等于最小加工余量与前工序工序尺寸公差之和工序工序尺寸公差之和（如（如Z=Z=Z Zminmin+T+Ta a）。）。因此，在讨论影响因此，在讨论影响加工余量的因素时，应首先研究影响加工余量的因素时，应首先研究影响最小加工余量最小加工余量的因素。的因素。影响最小加工余量的因素较多，现将主要影响因素分单
6、项介绍如下：影响最小加工余量的因素较多，现将主要影响因素分单项介绍如下：1 1 1 1、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量1 1）上道上道工序形成的工序形成的表面粗糙度表面粗糙度和和缺陷层深度缺陷层深度（RaRa和和HaHa） 为了使工为了使工件的加工质量逐步提高，一般每道工序都应切到待加工表面以下的件的加工质量逐步提高，一般每道工序都应切到待加工表面以下的正常金属组织，将上道工序形成的表面粗糙度和缺陷层切掉。正常金属组织，将上道工序形成的表面粗糙度和缺陷层切掉。2 2、影响加工余量的因素、影响加工余量的因素影响最小加
7、工余量的因素较多，现将主要影响因素分单项介绍如下：影响最小加工余量的因素较多，现将主要影响因素分单项介绍如下：1 1 1 1、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量2 2）上道工序形成的形状误差和位置误差（上道工序形成的形状误差和位置误差（a a） 当形状公差、位置公差当形状公差、位置公差和尺寸公差之间的关系是独立原则时，尺寸公差不控制形位公差。此时，和尺寸公差之间的关系是独立原则时，尺寸公差不控制形位公差。此时，最小加工余量应保证将前工序形成的形状和位置误差切掉最小加工余量应保证将前工序形成的形状和位置误差切掉。以上影响
8、因素中的误差及缺陷，有时会重叠在一起，如下图所示，图中以上影响因素中的误差及缺陷，有时会重叠在一起，如下图所示，图中的的x x为平面度误差、为平面度误差、w w为平行度误差，但为了保证加工质量，可对各为平行度误差，但为了保证加工质量，可对各项进行简单叠加，以便彻底切除。项进行简单叠加，以便彻底切除。2 2、影响加工余量的因素、影响加工余量的因素1 1、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量2 2、上道工序的尺寸公差、上道工序的尺寸公差、上道工序的尺寸公差、上道工序的尺寸公差 T Ta a2 2、影响加工余量的因素、影响加工
9、余量的因素1 1 1 1、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量、上道工序加工表面的表面质量2 2 2 2、上道工序的尺寸公差、上道工序的尺寸公差、上道工序的尺寸公差、上道工序的尺寸公差 T T T Ta a a a3 3 3 3、本道工序的安装误差、本道工序的安装误差、本道工序的安装误差、本道工序的安装误差b b b b 上述各项误差和缺陷都是上道工序上述各项误差和缺陷都是上道工序形成的，为能将其全部切除，还要考虑形成的，为能将其全部切除，还要考虑本工序的装夹误差本工序的装夹误差bb的影响。如右图的影响。如右图所示，由于三爪自定心卡盘定心不准，所示
10、，由于三爪自定心卡盘定心不准，使工件轴线偏离主轴旋转轴线使工件轴线偏离主轴旋转轴线e e值，造值，造成加工余量不均匀，为确保将前工序的成加工余量不均匀，为确保将前工序的各项误差和缺陷全部切除，直径上的余各项误差和缺陷全部切除，直径上的余量应增加量应增加2e2e。装夹误差。装夹误差b b的数量，可在的数量，可在求出定位误差、夹紧误差和夹具的装夹求出定位误差、夹紧误差和夹具的装夹误差后求得。误差后求得。2 2、影响加工余量的因素、影响加工余量的因素综上所述，影响工序加工余量的因素可归纳为下列几点：综上所述，影响工序加工余量的因素可归纳为下列几点：上道工序形成的表面粗糙度和表面缺陷层深度（上道工序形
11、成的表面粗糙度和表面缺陷层深度（Ra+DaRa+Da）上道工序形成的形状误差和位置误差（上道工序形成的形状误差和位置误差（ a a ）上道工序的工序尺寸公差（上道工序的工序尺寸公差（TaTa）本工序的装夹误差（本工序的装夹误差（b b）加工余量计算公式加工余量计算公式 P48P48对双边余量：对双边余量：对双边余量：对双边余量：对单边余量：对单边余量：对单边余量：对单边余量：2 2、影响加工余量的因素、影响加工余量的因素3 3、加工余量的确定、加工余量的确定1 1）分析计算法）分析计算法是根据是根据加工余量计算公式加工余量计算公式和和一定的试验资料一定的试验资料，通过计，通过计算确定加工余量的
12、一种方法。采用这种方法确定的加算确定加工余量的一种方法。采用这种方法确定的加工余量比较经济合理，但必须有比较全面可靠的试验工余量比较经济合理，但必须有比较全面可靠的试验资料及先进的计算手段方可进行，故目前应用较少。资料及先进的计算手段方可进行，故目前应用较少。1 1）分析计算法）分析计算法2 2）查表修正法）查表修正法根据生产实践和试验研究，已将毛坯余量和各种工序的工根据生产实践和试验研究，已将毛坯余量和各种工序的工序余量数据汇集于手册。确定加工余量时，可从手册中获序余量数据汇集于手册。确定加工余量时，可从手册中获得所需数据，然后结合工厂的实际情况进行修正。查表时得所需数据，然后结合工厂的实际
13、情况进行修正。查表时应注意表中的数据为应注意表中的数据为公称值公称值，对称表面对称表面（轴孔等）的加工（轴孔等）的加工余量是余量是双边余量双边余量，非对称表面非对称表面的加工余量是的加工余量是单边余量单边余量。这。这种方法目前应用最广。种方法目前应用最广。3 3、加工余量的确定、加工余量的确定1 1）分析计算法）分析计算法2 2）查表修正法）查表修正法3 3）经验估计法）经验估计法此法是根据此法是根据实践经验实践经验确定加工余量。为防止加工余量不确定加工余量。为防止加工余量不足而产生废品，往往估计的数值总是足而产生废品，往往估计的数值总是偏大偏大，因而这种方，因而这种方法只适用于单件、小批生产
14、。法只适用于单件、小批生产。3 3、加工余量的确定、加工余量的确定1 1）分析计算法）分析计算法2 2）查表修正法）查表修正法3 3）经验估计法）经验估计法3 3、加工余量的确定、加工余量的确定在确定加工余量时，在确定加工余量时，总加工余量总加工余量和和工序加工余量工序加工余量要分别确定。要分别确定。总加工余量总加工余量的大小与选择的毛坯制造精度有关。用的大小与选择的毛坯制造精度有关。用查表法查表法确确定定工序加工余量工序加工余量时，时，粗加工工序粗加工工序的加工余量不应查表确定，的加工余量不应查表确定，而是用总加工余量减去各工序余量求得，同时要对求得的粗而是用总加工余量减去各工序余量求得，同
15、时要对求得的粗加工工序余量进行分析，如果过小，要增加总加工余量；过加工工序余量进行分析，如果过小，要增加总加工余量；过大，应适当减少总加工余量，以免造成浪费。大，应适当减少总加工余量，以免造成浪费。 工序尺寸工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸，是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸，与之相应的公差即与之相应的公差即工序尺寸的公差工序尺寸的公差。工序尺寸及其公差的确。工序尺寸及其公差的确定，不仅取决于设计尺寸、加工余量及各工序所能达到的经定，不仅取决于设计尺寸、加工余量及各工序所能达到的经济精度，而且还与定位基准、工序基准、测量基准、编程原济精度，而且还与定位基准、工序基准、测量
16、基准、编程原点的确定及基准的转换有关。点的确定及基准的转换有关。 工序尺寸及其公差工序尺寸及其公差的计算分的计算分两种两种情况情况：工艺基准和设计工艺基准和设计基准重合基准重合情况下工序尺寸与公差的确定，情况下工序尺寸与公差的确定，工艺基准和设计基工艺基准和设计基准不重合准不重合情况下工序尺寸与公差的确定。情况下工序尺寸与公差的确定。4 4工序尺寸及其公差的确定工序尺寸及其公差的确定1 1）基准重合时，工序尺寸及其公差的计算）基准重合时，工序尺寸及其公差的计算 生产上绝大部分加工面都是在基准重合生产上绝大部分加工面都是在基准重合( (工艺基准和设计工艺基准和设计基准重合基准重合) )的情况下进
17、行加工的，基准重合情况下工序尺寸与的情况下进行加工的，基准重合情况下工序尺寸与公差的确定过程如下：公差的确定过程如下：（1 1）确定毛坯总余量和各加工工序的工序余量（）确定毛坯总余量和各加工工序的工序余量（查表修正法查表修正法）（2 2）确定工序基本尺寸）确定工序基本尺寸 4 4工序尺寸及其公差的确定工序尺寸及其公差的确定从最终加工工序从最终加工工序开始，即从开始，即从零件图上的设计尺寸零件图上的设计尺寸开始，一开始，一直往前推算到直往前推算到毛坯尺寸毛坯尺寸。最终工序基本尺寸等于零件图上。最终工序基本尺寸等于零件图上的基本尺寸，某工序基本尺寸等于后道工序基本尺寸加上的基本尺寸，某工序基本尺寸
18、等于后道工序基本尺寸加上或减去后道工序余量。或减去后道工序余量。1 1）基准重合时，工序尺寸及其公差的计算）基准重合时，工序尺寸及其公差的计算 生产上绝大部分加工面都是在基准重合生产上绝大部分加工面都是在基准重合( (工艺基准和设计工艺基准和设计基准重合基准重合) )的情况下进行加工的，基准重合情况下工序尺寸与的情况下进行加工的，基准重合情况下工序尺寸与公差的确定过程如下：公差的确定过程如下：（1 1）确定毛坯总余量和各加工工序的工序余量）确定毛坯总余量和各加工工序的工序余量（2 2）确定工序基本尺寸）确定工序基本尺寸 4 4工序尺寸及其公差的确定工序尺寸及其公差的确定（3 3）确定工序公差）
19、确定工序公差最终加工工序尺寸公差最终加工工序尺寸公差等于等于设计尺寸公差设计尺寸公差，其余各加工，其余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。寸公差。1 1）基准重合时，工序尺寸及其公差的计算）基准重合时，工序尺寸及其公差的计算 生产上绝大部分加工面都是在基准重合生产上绝大部分加工面都是在基准重合( (工艺基准和设计工艺基准和设计基准重合基准重合) )的情况下进行加工的，基准重合情况下工序尺寸与的情况下进行加工的，基准重合情况下工序尺寸与公差的确定过程如下：公差的确定过程如下：（1 1）确定毛坯总余量和各加工工序的工序余量）
20、确定毛坯总余量和各加工工序的工序余量（2 2）确定工序基本尺寸）确定工序基本尺寸 4 4工序尺寸及其公差的确定工序尺寸及其公差的确定（3 3）确定工序公差）确定工序公差（4 4）标注工序尺寸公差）标注工序尺寸公差最终加工工序尺寸最终加工工序尺寸的公差按设计尺寸标注，其余工序尺寸的公差按设计尺寸标注，其余工序尺寸公差按公差按“入体原则入体原则”标注。标注。（1 1 1 1）拟定加工路）拟定加工路）拟定加工路）拟定加工路线：线：线：线：粗车粗车半精车半精车淬火淬火粗磨粗磨精磨精磨研磨研磨（2 2 2 2）确定各工序的加工余量：）确定各工序的加工余量：）确定各工序的加工余量：）确定各工序的加工余量：
21、查表法：查表法：查表法：查表法：研磨：研磨：0.01mm0.01mm，粗磨：，粗磨：0.3mm0.3mm，精磨：，精磨：0.1mm0.1mm半精车：半精车：1.1mm1.1mm，粗车：，粗车：4.5mm4.5mm可得：可得：Z Z总总=6.01mm=6.01mm圆整取：圆整取：圆整取：圆整取： Z Z Z Z总总总总= 6 mm= 6 mm= 6 mm= 6 mm则取粗车余量：则取粗车余量：则取粗车余量：则取粗车余量：4.49 mm4.49 mm4.49 mm4.49 mm工序尺寸及其公差的确定实例工序尺寸及其公差的确定实例1 1（3 3）确定各工序的经济精度及表面粗糙度）确定各工序的经济精度
22、及表面粗糙度按按“入体原则入体原则”分配偏差分配偏差查表查表查表查表: : : : 研磨：研磨：研磨：研磨： 精磨：精磨：精磨：精磨：粗磨：粗磨：粗磨：粗磨：半精车：半精车：半精车：半精车：粗车：粗车：粗车：粗车：2mm毛坯：毛坯：毛坯：毛坯：工序尺寸及其公差的确定实例工序尺寸及其公差的确定实例1 1（4 4 4 4）确定工序尺寸及其公差）确定工序尺寸及其公差）确定工序尺寸及其公差）确定工序尺寸及其公差研磨：研磨：研磨：研磨：50505050精磨：精磨：精磨：精磨：50+0.01=50.0150+0.01=50.0150+0.01=50.0150+0.01=50.01粗磨：粗磨：粗磨：粗磨：5
23、0.01+0.1=50.1150.01+0.1=50.1150.01+0.1=50.1150.01+0.1=50.11半精车：半精车：半精车：半精车：50.11+0.3=50.4150.11+0.3=50.4150.11+0.3=50.4150.11+0.3=50.41粗车：粗车：粗车：粗车：50.41+1.1=51.5150.41+1.1=51.5150.41+1.1=51.5150.41+1.1=51.51锻造毛坯：锻造毛坯：锻造毛坯：锻造毛坯：51.51+4.49=5651.51+4.49=5651.51+4.49=5651.51+4.49=56工序尺寸及其公差的确定实例工序尺寸及其公差
24、的确定实例1 1 某轴直径为某轴直径为60mm60mm，其尺寸精度要求为，其尺寸精度要求为IT5IT5，表面粗，表面粗糙度要求为糙度要求为Ra0.04mRa0.04m，并要求高频淬火，毛坯为锻件。其，并要求高频淬火，毛坯为锻件。其工艺路线为：粗车工艺路线为：粗车半精车半精车高频淬火高频淬火粗磨粗磨精磨精磨研磨。现在来计算各工序的工序尺寸及公差研磨。现在来计算各工序的工序尺寸及公差。工序尺寸及其公差的确定实例工序尺寸及其公差的确定实例2 2工序名称工序余量/mm基本工序尺寸/mm工序加工经济精度等级及工序尺寸公差表面粗糙度/m工序尺寸及公差/mm研磨0.0160h5（）Ra0.04精磨0.160
25、+0.01=60.01h6（）Ra0.16粗磨0.360.01+0.1=60.11h8（）Ra1.25半精车1.160.11+0.3=60.41hll（）Ra1.5粗车4.4960.41+1.1=61.51h13（）Ra16锻造661.51+4.49=662662数据确定方法查表确定第一项为图样规定，其余计算得到第一项为图样规定，毛坯公差查表，其余按经济加工精度及入体原则定第一项为图样规定，其余查表确定 各工序的工序尺寸及公差的确定各工序的工序尺寸及公差的确定 某主轴箱体主轴孔的设计要求为某主轴箱体主轴孔的设计要求为100H7100H7，Ra=0.8mRa=0.8m。其加工工艺路线为：毛坯其加
26、工工艺路线为：毛坯粗镗粗镗半精镗半精镗精镗精镗浮动镗。浮动镗。试确定各工序尺寸及其公差。试确定各工序尺寸及其公差。解解 从机械工艺手册查得各工序的加工余量和所能达到的精从机械工艺手册查得各工序的加工余量和所能达到的精度，具体数值见下表中的第二、三列，计算结果见下表中度，具体数值见下表中的第二、三列，计算结果见下表中的第四、五列。的第四、五列。工序尺寸及其公差的确定实例工序尺寸及其公差的确定实例3 3工序尺寸及其公差的确定实例工序尺寸及其公差的确定实例3 3工工序序名名称称工序工序余量余量工序的工序的经济精度精度工序基本尺寸工序基本尺寸工序尺寸及公差工序尺寸及公差浮浮动镗0.10.1100100，R Ra=0.8ma=0.8m精精镗0.50.5100-0.1=99.9100-0.1=99.9，R Ra=1.6 a=1.6 mm半半精精镗2.42.499.9-0.5=99.499.9-0.5=99.4，R Ra=6.3 a=6.3 mm粗粗镗5 599.4-2.4=9799.4-2.4=97，R Ra=12.5 a=12.5 mm毛毛坯坯孔孔8 8( (1.2)1.2)97-5=9297-5=9292921.21.2
