1、1,机械制造工艺学,1.5 加工余量、工序尺寸及公差的确定 Determine the Operational Dimensions, Allowance and Tolerance,第一章 机械加工工艺规程设计 Machining Process Planning,2,1.5.1 加工余量的概念,加工总余量（毛坯余量）是指毛坯尺寸与零件设计尺寸之差，也就是某加工表面上切除的金属层总厚度，取决于加工过程中各工步从加工表面切去材料层厚度的大小。,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,加工余量加工过程中从加工表面切去材料层厚度,加工总余量与工序（工步）余量的关系：,式中
2、Z0 总加工余量；Zi 第 I 道工序加工余量；n 该表面加工工序数。,3,加工余量和加工尺寸分布图,1.5.1 加工余量的概念,4,1.5.1 加工余量的概念,式中 Zi本工序余量；li-1 前工序尺寸；li 本工序尺寸。,对于被包容表面,对于包容表面,Zi li-1 li,工序余量的计算,Zi li li-1,单边余量： 一般指非对称结构的非对称 表面的加工余量。,基本(公称)余量的计算,5,最大余量,最小余量,（被包容尺寸） （包容尺寸）,（被包容尺寸） （包容尺寸）,1.5.1 加工余量的概念,双边余量： 一般指对称结构的对称表面的加工余量。 双边余量各边余量等于工序余量的一半。 对称
3、平面：键槽 （包容尺寸） 回转面： 外圆 （被包容尺寸）内孔 （包容尺寸）,2Zi di-1 di,2Zi li li-1,2Zi Di Di-1,6,加工余量及其公差,7,1.5.1 加工余量的概念,Ti-1,Zmax,Zmin,被包容件工序尺寸、余量及公差,8,式中 Zmax ，Zmin ，ZM 最大、最小、平均余量；TZ 余量公差；li-1max ， li-1min ，li-1M 上工序最大、最小、平均尺寸；limax ， limin ，liM 本工序最大、最小、平均尺寸；Ti-1 上工序尺寸公差；Ti 本工序尺寸公差。,平均余量,（被包容尺寸）（包容尺寸）,余量公差=最大余量 -最小余
4、量 =前工序尺寸公差 +本工序尺寸公差,1.5.1 加工余量的概念,9,最小余量构成,采用浮动镗刀块镗孔或拉孔,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；b本工序装夹误差。,无心磨床磨外圆,研磨、抛光平面等光整加工,1.5.1 加工余量的概念,10,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。,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。,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。,1.5.2 加工余量的确定,需
5、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。,计算法,查表法,经验法,11,机械加工的工序余量,1.5.2 加工余量的确定,12,确定工序尺寸一般方法,1）确定各工序加工余量； 2）确定各工序的基本尺寸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）确定工序尺寸公差（基准重合时）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）标注工序尺寸
6、公差除最终工序外，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,1.5.3 工序尺寸与公差确定,13,轴（被包容尺寸）：指实体尺寸。例如：轴的外径，长方体的长、宽、高。其最大尺寸作为工序尺寸的基本尺寸(公称尺寸)，上偏差为零。表示为： 孔（包容尺寸）：指非实体尺寸。例如：孔的直径，槽的宽度。其最小尺寸作为工序尺寸的基本尺寸(公称尺寸)，下偏差为零。表示为： 这样表示，是为了使工件以公称基本尺寸为目标尺寸加工时，仍有可切除量，避免过切产生不可修复的废品。 毛坯尺寸则按双向对称偏差的形式标注。表示为：,1
7、.5.3 工序尺寸与公差确定,一般情况下，工序尺寸按“入体原则”标注,14,表6-9 主轴孔工序尺寸及公差的确定,轴径工序尺寸及公差的确定研磨 0.01 50 5 Ra 0.04精磨 0.1 500.01=50.01 6 Ra 0.16粗磨 0.3 50.010.1=50.11 8 Ra 1.25 半精车 1.1 50.110.3=50.41 11 Ra 5 粗车 4.49 50.411.1=51.51 13 Ra 16 毛坯孔 55.514.49 =56 2,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,1.5.3 工序尺寸与公差确定,15,表6-9
8、主轴孔工序尺寸及公差的确定,1.5.3 工序尺寸与公差确定,16,机械制造工艺学,第一章 机械加工工艺规程设计 Machining Process Planning,17,引例1：（基准不重合）如图1-7所示A1=400.05 ，A0=200.16 的尺寸采用如图定位方式。本工序要保证A2+i则A2+i应为多大才能满足零件要求。,1.6.1 尺寸链基本概念,18,1.6.1 尺寸链基本概念,尺寸链定义,在零件加工或机器装配过程中，由相互联系的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链,尺寸链的特性： (1)封闭性：尺寸链的各尺寸应构成封闭形式（并且是按照一定顺序首尾相接的）。 (2)关联性：尺寸链中的任
9、何一个尺寸变化都将直接影响其它尺寸的变化。,出现在零件中，称之为零件尺寸链由工艺尺寸组成，称之为工艺尺寸链出现在装配中，称之为装配尺寸链,19,1.6.1 尺寸链基本概念,尺寸键的环,构成尺寸链的每一个尺寸都称为“环”。,尺寸键,组成环 Ai 封闭环 A0,增环 减环,在零件加工或机器装配过程中，最后自然形成（即间接获得或间接保证）的尺寸。表示方法：下标加0（图中下标加 ），如A0、L0 （ A、L ）等。,封闭环,20,由于封闭环是最后形成的，因此在加工或装配完成前,它是不存在的。封闭环的尺寸自己不能保证，是靠其它相关尺寸来保证的。,封闭环的特点：,1.6.1 尺寸链基本概念,21,体现在尺
10、寸链计算中，若封闭环判断错误，则全部分析计算之结论，也必然是错误的。封闭尺寸通常是精度较低，而且往往是产品技术规范或零件工艺要求决定的尺寸。在装配尺寸链中，封闭环往往代表装配中精度要求的尺寸；而在零件中往往是精度要求最低的尺寸，通常在零件图中不予标注。,封闭环的重要性:,1.6.1 尺寸链基本概念,22,一个尺寸链中，除封闭环以外的其他各环，都是“组成环”。按其对封闭环的影响可分为增环和减环。 表示为：Ai 、Li i=1,2,3,增环： 在尺寸链中，当其余组成环不变的情况下，将某一组成环增大，封闭环也随之增大，该组成环即称为“增环”。,L1为增环,L1、L4为增环,1.6.1 尺寸链基本概念
11、,组成环,23,减环：在尺寸链中，当其余组成环不变的情况下，将某一组成环增大，封闭环却随之减小，该组成环即称为“减环”。,L2、L3 、 L5为减环,L2、L3 、 L4为减环,1.6.1 尺寸链基本概念,具体判断：给封闭环任选一个方向，沿此方向转一圈，在每个环上加方向，与封闭环方向相同者为减环，相反者为增环。,24,按不同生产过程来分 (1) 工艺尺寸链：在零件加工工序中，由有关工序尺寸、设计尺寸或加工余量等所组成的尺寸链。 (2) 装配尺寸链：在机器设计或装配中，由机器或部件内若干个相关零件构成互相有联系的封闭尺寸链。包含零件尺寸、间隙、形位公差等。 (3) 工艺系统尺寸链：在零件生产过程
12、中某工序的工艺系统内，由工件、刀具、夹具、机床及加工误差等有关尺寸所形成的封闭尺寸链。,1.6.1 尺寸链基本概念,25,(3) 空间尺寸链: 尺寸链全部尺寸位干几个不平行的平面内。,按照各构成尺寸所处的空间位置，可分为:,(1) 直线尺寸链：尺寸链全部尺寸位于两根或几根平行直线上，称为线性尺寸链。,(2) 平面尺寸链: 尺寸键全部尺寸位于一个或几个平行平面内。,1.6.1 尺寸链基本概念,26,按照构成尺寸链各环的几何特征，可分为： (1) 长度尺寸链：所有构成尺寸的环，均为直线长度量。 (2) 角度尺寸链：构成尺寸链的各环为角度量，或平行度、垂直度等。,1.6.1 尺寸链基本概念,27,按
13、照尺寸键的相互联系的形态，又可分为： （1）独立尺寸链：所有构成尺寸链的环，在同一尺寸链中。,（2）相关尺寸链：具有公共环的两个以上尺寸链组。即构成尺寸链中的一个或几个环，分布在两个或两个以上的尺寸链中。,按其尺寸联系形态，又可分为并联、串联、混联三种。,并联,串联,1.6.1 尺寸链基本概念,28,混联,公共环同属于不同尺寸链中，公共环尺寸及公差改变将同时影响各个尺寸链，所以，在解尺寸链时，一般不轻易改变公共环尺寸。,1.6.1 尺寸链基本概念,29,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，
14、 A1为增环， A2为减环。,1.6.1 尺寸链基本概念,30,极值解法：这种方法又叫极大极小值解法。它是按误差综合后的两个最不利情况，即各增环皆为最大极限尺寸而各减环皆为最小极限尺寸的情况；以及各增环皆为最小极限尺寸而各减环皆为最大极限尺寸的情况，来计算封闭环极限尺寸的方法。,(2) 概率解法：又叫统计法。应用概率论原理来进行尺寸键计算的一种方法。如算术平均、均方根偏差等。,1.6.2 直线尺寸链计算,尺寸链的计算方法,31,1.6.2 直线尺寸链计算,基本尺寸计算公式封闭环的基本尺寸等于各组成环基本尺寸的代数和，即封闭环的基本尺寸等于增环基本尺寸(+)之和减去减环基本尺寸(-)之和。,直线
15、尺寸链极值算法公式(考虑最不利的极端情况),偏差计算公式封闭环的上（下）偏差等于所有增环的上（下）偏差之和减去所有减环的下（上）偏差之和,公差计算公式封闭环的公差等于各组成环公差之和,平均尺寸计算公式封闭环的平均尺寸各组成环的平均尺寸的代数和,32,1.6.2 直线尺寸链计算,将极限尺寸换算成平均尺寸,直线尺寸链概率算法公式,公差计算公式封闭环公差的平方等于各组成环公差的平方之和,将极限偏差换算成中间偏差,平均尺寸计算公式封闭环的平均尺寸等于各组成环的平均尺寸的代数和,33,已知组成环，求封闭环 根据各组成环基本尺寸及公差（或偏差），来计算封闭环的基本尺寸及公差（或偏差），称为“尺寸链的正计算
16、”。这种计算主要用在审核图纸，验证设计的正确性。,尺寸链的计算形式,1已知组成环，求封闭环 尺寸链的正计算 2已知封闭环，求组成环 尺寸链的反计算 3.已知封闭环及部分组成环，求其余组成环 尺寸链的中间计算,1.6.2 直线尺寸链计算,34,已知封闭环及部分组成环，求其余组成环 根据封闭环和其他组成环的基本尺寸及公差（或偏差）来计算尺寸链中某一组成环的基本尺寸及公差（或偏差）。,其实质属于反计算的一种，也可称作“尺寸链的中间计算”。这种计算在工艺设计上应用较多，如基准的换算，工序尺寸的确定等。,1.6.2 直线尺寸链计算,已知封闭环，求组成环 根据设计要求的封闭环基本尺寸及公差（或偏差），反过
17、来计算各组成环基本尺寸及公差（或偏差），称为“尺寸链的反计算”。在装配尺寸链中及工艺设计上应用较多。,35,1.6.2 直线尺寸链计算,按等公差级(等精度)的原则分配封闭环公差即各组成环的公差根据其基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等级，规定组成环公差，使各组成环的公差符合下列条件：最后加以适当的调整。这种方法从工艺上讲是比较合理的。,封闭环公差分配： 按等公差分配,36,采用等公差原则分配公差，求解图 b 和图 c 的尺寸链，可得到：,1.6.3 直线尺寸链应用,定位基准与设计基准不重合,工序尺寸： 平行度公差：,37,若实测L2=40.30，按上述要求判为废品，
18、但此时如L1=50，则实际L0=9.7，仍合格，即出现“假废品”。当实测尺寸与计算尺寸的差值小于尺寸链其它组成环公差之和时，可能为假废品。若逐个零件逐个尺寸测量，增加工作量。采用专用检具可减小假废品出现的可能性。, 假废品问题：,1.6.3 直线尺寸链应用,测量基准与设计基准不重合,由新建立的尺寸链可解出：,38,2）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：,a） b） 键槽加工尺寸链,【解】,1.6.3 直线尺寸链应用,1）镗内孔至 ；,4）磨内孔至 ，同时保证尺寸 。,o,39,讨
19、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,a） b） 键槽加工尺寸链,重新进行计算，可得到：,1.6.3 直线尺寸链应用,O,O1,O2,40,图 示偏心零件，表面 P 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：,【例】,【解】,渗碳层深度尺寸换算,2） 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：,1） 精车P 面，保证直径 ；,3）
20、精磨P 面保证直径尺寸 ，同时保证规定渗碳层深度。,1.6.3 直线尺寸链应用,o,41,【解】,试校核余量,建立并求解尺寸链（如图示）得到：,1） 精车A 面，B处切断，保证尺寸L1=310.1,1.6.3 直线尺寸链应用,2） A 面定位精车B面，保证尺寸L2=30.40.05,L1,L2,3） B 面定位磨A面，保证尺寸L3=30.150.02,4） A 面定位磨B面，保证尺寸L4=300.02,L3,磨削余量偏大，进行调整令：Z40.10.04 L330.10.02令：Z3 0.150.07 L230.250.05保持Z2不变 L130.850.1,Z20.60.15，Z30.250.
21、07，Z40.150.04,L4,42,1.6.4 工序尺寸图表法,当零件在同一尺寸方向上加工尺寸较多，且工序（测量）基准需多次转换时，尺寸链建立和计算及余量校核比较困难，采用图表法可较好解决这个问题，并且能把一个复杂的工艺过程用箭头直观的在表内表示出来。,就零件的加工过程建立工序尺寸之间的联系，并用符号形象来描绘各个尺寸发生变化的情况，将其全部反映在一种图表上，利用这张图表来解决所要解决的问题。,方法步骤绘制加工过程尺寸联系图 查找工艺尺寸链 计算并填写相关项目栏,43,1.6.4 工序尺寸图表法,图表绘制的方法,在图表上方按比例绘制加工工件的轮廓简图，将加工面编号,并标注与计算相关的设计尺
22、寸。 从零件的各轴向端面用细实线向下列出各尺寸界线，以表示各加工阶段的有余量差别的各加工端面。 填写工序过程，在表左侧，按加工过程从上到下，严格排出加工顺序，在表的右边列出需要计算的项目。 按加工过程先后顺序，在对应的加工阶段画出规定的加工符号。,44,工艺基准： 所在端面是加工工序的工艺基面（测量基准或定位基面） 加工表面： 箭头指向加工表面、 工序尺寸： 设计尺寸： 表示加工后的结果（终结）尺寸，即设计尺寸。 余量： 表示加工时的余量值。 正确的尺寸标注是正确利用图表法的基础 尺寸标注的顺序严格的按加工顺序标注，不得颠倒，通常从毛坯尺寸自上而下标注工序加工尺寸直到最后的图纸设计尺寸。 加工
23、尺寸不得遗漏或多余，应遵循每切削一个表面只能标注一个加工尺寸的原则。,1.6.4 工序尺寸图表法,标注时所用的符号,45,1.6.4 工序尺寸图表法,4）靠火花磨削B面，控制余量Z7=0.10.02 ，同时保证设计尺寸L01= 60.1试确定各工序尺寸及公差。,1）以D面定位，粗车A面，保证A、D面距离尺寸L1，粗车 C 面，保证A、C面距离尺寸L2； 2）以A面定位，精车B面，保证A、B面距离尺寸L3，粗车 D 面，保证B、D面距离尺寸L4； 3）以B面定位，精车A面，保证A、B面距离尺寸L5，同时保证设计尺寸L02 =31.690.31；精车 C 面，保证设计尺寸L6=27.070.07；
24、,46,1. 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。,尺寸联系图,【解】,1.6.4 工序尺寸图表法,47,2. 用追踪法查找工艺尺寸链,结果尺寸（间接保证的设计尺寸）和余量是尺寸链的封闭环,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(工艺基准面)向上折，继续向
25、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,1.6.4 工序尺寸图表法,48,1.6.4 工序尺寸图表法,3. 初拟工序尺寸公差,设计尺寸按图示公差，中间工序尺寸公差按经济加工精度或生产实际情况给出,0.5 0.3,0.1 0.3,0.07,0.02,0.1 0.31,0.1,49,1.6.4 工序尺寸图表法,4. 校核结果尺寸公差，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（压缩公共环、易加工组成环公差）,0.23,0.08,50,1.6.4 工序尺寸图表法,0.55,0.83,1,0.3 0.3,0.48 0.85,1.83,0.18,5. 计算余量公
26、差和平均余量Tz 根据余量尺寸链计算；Zmin查表和经验确定； ZM= Zmin+Tz/2,0.02,0.08,0.1,51,25.59,34 26.7,6.1,6.58,6. 计算中间工序平均尺寸在各尺寸链中，首先找出只有一个未知数的尺寸链，解出此未知数。继续下去，解出全部未知工序尺寸,1.6.4 工序尺寸图表法,52,1.6.4 工序尺寸图表法,53,1.6.5 平面尺寸链,平行孔系的位置尺寸标注的方法 直接标注坐标尺寸 a)O1；a) 标注中心距和中心连线和坐标轴的夹角； a)O2; b) 标注中心距和一个坐标尺寸；b)O2；a) 标注两个中心距。b)O3；c)公差带的位置 如下图,平面
27、尺寸分析,54,例：如图为箱体零件的工序简图，其中两孔III之间的中心距L=1000.01，30，Lx86，Ly50。由于两孔是在座标镗床上加工，为了保证满足孔距尺寸 对于座标尺寸Lx、Ly ,应控制多大公差？,这种尺寸换算通常是属于平面工艺尺寸链的一种应用。,1.6.5 平面尺寸链,孔系座标尺寸换算,55,列出尺寸链图（如图b），它由L 、Lx、Ly 三尺寸组成的封闭图形。其中L是加工结束后才获得的，故 是封闭环，Lx、Ly是组成环。若把Lx、Ly 向 尺寸线上投影，就将此平面尺寸链转化为三尺寸组成的线性尺寸链了（如图c）。,解：,显然Lx、Ly均是增环。此例的解算，实质上就是一般的反计算问题。,1.6.5 平面尺寸链,56,由尺寸链基本公式:,若用等公差法分配，即:,而:,TLx TLyTLM,故:,即:,如公差带对称分布，可在工序图上标镗孔工艺尺寸为：,1.6.5 平面尺寸链,57,1.6.5 平面尺寸链,由图b: cos=153/170 =25.842,【解】,L2y =170 sin=71.2 T2x = 0.07 cos = 0.063 T2y = 0.07 sin = 0.031,由图c: sin=15/127=6.783 L3y =127cos=126.111 T3x = 0.07 sin = 0.008 T3y = 0.07 cos = 0.069,
