加工余量的确定

1. 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 加工余量的确定 工艺尺寸链 计算机辅助工艺过程设计 工艺过程经济分析

2. 5.1制定工艺规程的 步骤和方法 Steps and Methods of Process Planning 机械制造技术基础 第5章 工艺过程设计 Process Planning

3. 机械加工工艺过程和工艺规程 5.1.1 机械加工工艺规程 • 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。 • 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。 • 工艺规程的作用 连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据。

4. 表5-1 机械加工工艺过程卡片 工艺规程形式（工艺过程卡、工序卡、工艺卡） 5.1.1 机械加工工艺规程

5. 表5-1 机械加工工艺过程卡片 5.1.1 机械加工工艺规程

6. 表5-1 机械加工工艺过程卡片 5.1.1 机械加工工艺规程

7. 机械加工工艺规程设计原则 5.1.2 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。

8. 制定机械加工工艺规程所需原始资料 5.1.3 制定工艺规程所需原始资料 • 产品的全套装配图及零件图 • 产品的验收质量标准 • 产品的生产纲领及生产类型 • 零件毛坯图及毛坯生产情况 • 本厂（车间）的生产条件 • 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

9. 机械加工工艺规程设计步骤 5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤 1．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。

10. 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 11～15 10～12 8～11 8～11 7～10 8～10 7～9  9～11 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、大批量 5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤

11. 5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤 4. 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 • 包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。 • 工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产准备费用。 • 对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。

12. 5.1.4 机械加工工艺规程设计步骤 • 确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差（见5.4，5.5节） • 确定切削用量（见3.6节） • 确定时间定额（见5.7.1节） • 编制数控加工程序（对数控加工） • 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. 填写或打印工艺文件

13. 5.2定位基准的选择 Selection of Location Datum 机械制造技术基础 第5章 工艺过程设计 Process Planning

14. 粗基准 精基准 附加基准 5.2.1 定位基准 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： 使用未经机械加工表面作为定位基准，称为粗基准。 使用经过机械加工表面作为定位基准，称为精基准。 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。

15. A 工艺凸台 A向 图5-1 小刀架上的工艺凸台 5.2.1 定位基准

16. a） 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

17. 工序1 工序1 工序2 工序2 图5-3 床身粗基准选择比较 5.2.2 粗基准的选择 ◆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

18. a) b) 图5-4 粗基准重复使用错误示例及改进 5.2.2 粗基准的选择

19. 图5-5 主轴箱零件精基准选择 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

20. 吊架 镗孔支架 图5-6 置于箱体中部的吊架支承 图5-7 以顶面和两销孔定位 5.2.3 精基准的选择

21. 5.2.3 精基准的选择 • 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。

22. 轴径 轴径 图5-9 导轨磨削基准选择 锥孔 5.2.3 精基准的选择 ◆互为基准原则 【例】主轴零件精基准选择（图5-8） 图5-8 主轴零件精基准选择 ◆自为基准原则 【例】床身导轨面磨削加工（图5-9）

23. 图5-10 外圆研磨示意图 图5-11 浮动镗刀块 1—工件 2—镗刀块 3—镗杆 5.2.3 精基准的选择 【例】铰孔、拉孔、研磨（图5-10） 【例】浮动镗刀块镗孔（图5-11） ◆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。

24. φ40 其余 D φ20H7 3.2 倒角1×45° 铸造圆角R3 C 10±0.1 1.6 M8 φ12H7 3.2 40 1.6 15 18 7 9.5 3.2 B 3.2 A 【例 5-1】 R12 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。 45 60±0.05 图5-12 摇杆零件图 5.2.3 精基准的选择

25. 5.3加工路线的拟订 Determine the Machining Route 机械制造技术基础 第5章 工艺过程设计 Process Planning

26. 加工经济精度 102 C 101 一般加工 100 A 加工误差（μm） 10-1 精密加工 10-2 B 超精密加工 10-3 0 Δ 1960 1920 2000 年代 图5-13 加工误差与成本关系 图5-14 加工精度与年代的关系 5.3.1 加工方法的选择 • 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） • 经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图5-14）

27. 选择加工方法应考虑的问题 • 外圆表面、孔及平面加工方案参见教材表5-5，5-6，5-7 （20世纪90年代）。 5.3.1 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

28. 典型表面加工路线 图5-15 外圆表面的典型加工工艺路线 研 磨 IT5 Ra 0.008~0.32 超 精 加 工 IT5 Ra 0.01~0.32 金 刚 石 车 IT5～6 Ra 0.02~1.25 精 车 IT7～8 Ra1.2 5～5 滚 压 IT6～7 Ra 0.16~1.25 砂 带 磨 IT5 Ra 0.01～0.16 粗 车 IT12～13 Ra 10～80 半 精 车 IT10～11 Ra 2.5～12.5 精 密 磨 削 IT5 Ra 0.008~0.08 粗 磨 IT8～9 Ra 1.25～10 精 磨 IT6～7 Ra 0.16~1.25 抛 光 Ra 0.008~1.25 5.3.1 加工方法的选择

29. 滚 压 IT6～8 Ra0.01~1.25 饺 IT6～9 Ra 0.32~10 手 饺 IT5 Ra0.08~1.25 扩 IT9～13 Ra 1.25~40 精 镗 IT7～9 Ra 0.63～5 金 刚 镗 IT5～7 Ra0.16~1.25 半 精 镗 IT10～11 Ra 2.5～10 粗 磨 IT9～11 Ra1.25～10 精 磨 IT7～8 Ra0.08~0.63 珩 磨 IT5～6 Ra0.04~1.25 精 拉 IT7～9 Ra0.16~0.63 研 磨 IT5～6 Ra0.008~0.63 粗 拉 IT9～10 Ra 1.25～5 推 IT6～8 Ra0.08~1.25 钻 IT10～13 Ra 5～80 粗 镗 IT12～13 Ra 5～20 5.3.1 加工方法的选择 图5-16 孔的典型加工工艺路线

30. 抛 光 Ra0.008¬1.25 粗 铣 IT11～13 Ra 5～20 半 精 铣 IT8～11 Ra 2.5¬10 精 铣 IT6～8 Ra 0.63～5 高 速 精 铣 IT6～7 Ra 0.16¬1.25 粗 磨 IT8～10 Ra 1.25¬10 精 磨 IT6～8 Ra 0.16¬1.25 研 磨 IT5～6 Ra0.008¬0.63 宽 刀 精 刨 IT6 Ra 0.16¬1.25 导 轨 磨 IT6 Ra0.16¬1.25 半 精 刨 IT8～11 Ra 2.5～10 精 刨 IT6～8 Ra 0.63～5 粗 刨 IT11～13 Ra 5～20 砂 带 磨 IT5～6 Ra0.01¬0.32 刮 研 Ra 0.04¬1.25 粗 车 IT12～13 Ra 10～80 半 精 车 IT8～11 Ra 2.5～10 精 车 IT6～8 Ra 1.25～5 精 密 磨 IT5～6 Ra 0.04¬0.32 金 刚 石 车 IT6 Ra0.02¬1.25 粗 拉 IT10～11 Ra 5～20 精 拉 IT6～9 Ra 0.32～2.5 图5-17 平面典型加工工艺路线 5.3.1 加工方法的选择

31. 机械加工工序的安排 5.3.2 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）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 2）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 • 先主后次——也有两层含义： 1）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 2）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 • 先粗后精

32. 热处理和表面处理工序的安排 5.3.2 加工顺序的安排 • 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 • 为消除内应力而进行的热处理工序（如退火、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 • 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 • 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。

33. 检验工序的安排 其他工序的安排 5.3.2 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： ① 零件加工完毕后； ② 从一个车间转到另一个车间前后； ③ 重要工序前后。 • 去毛刺工序 通常安排在切削加工之后。 • 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。

34. 工序集中 工序分散 5.3.3 工序集中与工序分散 • 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 • 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。 • 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 • 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，对操作工人技术水平要求不高

35. 工序集中与工序分散的应用 5.3.3 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式（个别工序亦有相对集中的情况） • 多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式 • 由于市场需求的多变性，对生产过程的柔性要求越来越高，加之加工中心等先进设备的采用，工序集中将越来越成为生产的主流方式

36. 加工阶段的划分 加工阶段划分的意义 5.3.4 加工阶段的划分 • 粗加工阶段——主要任务是去除加工面多余的材料 • 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 • 精加工阶段——使加工面精度和表面粗糙度达到要求 • 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 • 有利于保证零件的加工精度； • 有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持； • 有利于人员的合理安排； • 可及早发现毛坯缺陷，以减少损失。

37. 专用机床 零件批量 数控机床 通用机床 零件复杂程度 图5-18 各类机床适应的加工范围 5.3.5 数控加工工艺 数控加工的合理选用 • 形状复杂、加工面多、加工量大、生产批量较小的零件（如批量较小的复杂箱体类零件） • 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

38. 5.3.5 数控加工工艺 数控加工工艺特点 • 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考虑和明确规定 • 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

39. Y Y 对刀点 1 2 B A 刀具 折返点 3 4 5 D C X X a） b） 对刀点 图5-19 孔加工路线示例 1 2 B A 3 4 D C 5.3.5 数控加工工艺 数控加工走刀路线规划 • 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

40. a）外圆加工 b）内孔加工 图5-20 内、外圆加工路线 5.3.5 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

41. a） b） c） 5.3.5 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 5-21 型腔加工路线比较

42. 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 ） 5.3.5 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

43. 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 5.3.5 数控加工工艺 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。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

44. 5.3.5 数控加工工艺 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等

45. 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 T1 φ80硬质合金端铣刀 S280 F60 D1 D21 钻4-M10中心孔 T2 φ3中心钻 S1000 F100 D2 钻4-M10底孔 T3 φ8.5高速钢钻 S500 F50 D3 螺纹孔口倒角 T4 φ18钻头（90o锋角） S500 F50 D4 攻螺纹4-M10 T5 M10×1.5丝锥 S60 F90 D5 铣10mm环槽 T6 φ10高速钢立铣刀 S300 F30 D6 D26 5.3.5 数控加工工艺 表5-5 壳体数控加工工艺卡

46. 5.4工序尺寸的确定 Determine the Operational Dimensions 机械制造技术基础 第5章 工艺过程设计 Process Planning

47. 加工余量及其计算 a b Zb Zb a b （5-1） a） b） （5-2） Zb Zb Zb Zb 2 2 2 2 b a a b c） d） 图5-24 工序加工余量 5.4.1 加工余量 • 加工余量——加工过程中从加工表面切去材料层厚度 • 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 ◎对于包容表面 式中 Zb——本工序余量； a —— 前工序尺寸； b —— 本工序尺寸。

48. （5-3） （被包容尺寸） （包容尺寸） （5-4） （被包容尺寸） （包容尺寸） （5-5） 5.4.1 加工余量 • 总加工余量——零件从毛坯变为成品切除材料层总厚度 式中 ZS—— 总加工余量； Zi—— 第i道工序加工余量； n—— 该表面加工工序数。 • 最大余量 • 最小余量

49. （被包容尺寸） （包容尺寸） （5-6） （被包容尺寸与包容尺寸） （5-7） 5.4.1 加工余量 • 平均余量 • 余量公差 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。

50. （5-8） Ry Ha ea εb 图5-25 最小加工余量构成 5.4.2 最小加工余量 最小余量构成（图5-25） 式中 Ry——上一工序表面粗糙度； Ha——上一工序表面缺陷层； ea——上一工序形位误差； εb——本工序装夹误差。 ◎采用浮动镗刀块镗孔 ◎无心磨床磨外圆 ◎研磨、抛光平面