14-4 加工余量、工序间尺寸及公差的确定

第十四章机械加工工艺规程的制定1共51页第四节加工余量、工序间尺寸及公差的确定第四节加工余量、工序间尺寸及公差的确定加工余量的概念加工余量的确定工序尺寸与公差的确定设备与工艺装备切削液和切削用量的选择2共51页第四节加工余量、工序间尺寸及公差的确定一、加工余量的概念3共51页（一）加工总余量与工序余量工序余量Zi加工总余量Z0共51页4工序余量Zi定义1：工序余量——每一工序所切除的金属层厚度。工序余量——相邻两工序基本尺寸之差。定义2：还可定义为共51页5工序余量Zi按定义2：工序余量单边余量双边余量零件非对称结构的非对称表面，其加工余量一般为单边余量。零件对称结构的对称表面，其加工余量为双边余量共51页6单边余量Zi=li–1–li式中Zi——本道工序的工序余量；li——本道工序的基本尺寸；li–1——上道工序的基本尺寸。共51页7双边余量2Zi=li–1–li式中Zi——本道工序的工序余量；li——本道工序的基本尺寸；li–1——上道工序的基本尺寸。共51页8回转体表面(内、外圆柱面)的加工余量回转体表面(内、外圆柱面)的加工余量为双边余量。对于外圆表面对于内圆表面2Zi=di–1–di2Zi=Di–Di-1共51页9加工总余量Z0式中n–––机械加工工序（或工步）数目。niizz10加工总余量——毛坯尺寸与零件设计尺寸之差。加工总余量的大小取决于加工过程中各个工序切除金属层厚度的总和。10共51页它与毛坯的制造精度有关，实际上是与生产类型和毛坯的制造方法有关。毛坯制造精度高(例如大批大量生产的模锻毛坯)，则第一道粗加工工序的加工余量小，若毛坯制造精度低(例如单件小批生产的自由锻毛坯)，则第一道粗加工工序的加工余量就大(具体数值可参阅有关的毛坯余量手册)。第一道粗加工工序的加工余量共51页11由于工序尺寸有公差，所以加工余量也必然存在公差。其公差大小等于本道工序工序尺寸公差与上道工序工序尺寸公差之和。因此，工序余量有标称余量(简称余量)、最大余量和最小余量的分别。加工余量及余量公差共51页12加工余量及余量公差本道工序基本尺寸上道工序基本尺寸加工方向从图中可知：被包容件的余量Zb包含上道工序工序尺寸公差。余量公差可表示如下:TZ=Zmax–Zmin=Tb+TaTZ：工序余量公差；Zmax：工序最大余量；Zmin：工序最小余量；Tb：本道工序的工序尺寸公差；Ta：上道工序的工序尺寸公差。13共51页工序尺寸及偏差一般情况下，工序尺寸的公差按“入体原则”标注。即——对被包容尺寸(轴的外径、实际长、宽、高)，其最大加工尺寸就是基本尺寸，上偏差为零。——对包容尺寸(孔的直径、槽的宽度)，其最小加工尺寸就是基本尺寸，下偏差为零。——毛坯尺寸公差按双向对称偏差形式标注。对于轴类零件的外尺寸（被包容）：工序尺寸偏差取单向负偏差（h），工序的基本尺寸等于最大极限尺寸，如对于孔类等零件的内尺寸（包容）：工序尺寸偏差取单向正偏差（H），工序的基本尺寸等于最小极限尺寸，如对于毛坯的制造偏差：取正负偏差。0dTdDTD0ATA2114共51页工序尺寸及偏差15共51页被包容件(轴)和包容件(孔)的工序尺寸、工序尺寸公差、工序余量和毛坯余量之间的关系加工面安排了粗加工、半精加工和精加工。d坯（D坯）、d1（D1）、d2（D2）、d3（D3）分别为毛坯、粗、半精、精加工工序尺寸；T坯/2、T1、T2和T3分别为毛坯、粗、半精、精加工工序尺寸公差；Z1、Z2、Z3分别为粗、半精、精加工工序标称余量，Z0为毛坯余量。见下页的图。共51页16(二)工序余量的影响因素17共51页工序余量的影响因素比较复杂，除前述第一道粗加工工序余量与毛坯制造精度有关以外，其它工序的工序余量主要有以下几个方面的影响因素。共51页18(二)工序余量的影响因素(1)上工序的尺寸公差Ta上工序的尺寸公差愈大，则本道工序的标称余量愈大。本道工序应切除上道工序尺寸公差中包含的各种可能产生的误差。共51页19(二)工序余量的影响因素(2)上道工序产生的表面粗糙度Ry(表面轮廓最大高度)和表面缺陷层深度Ha见图，在本道工序加工时，应将它们切除掉。各种加工方法的Ry和Ha的数值大小可参考表14-9中的实验数据。共51页20共51页21(二)工序余量的影响因素(3)上工序留下的需要单独考虑的空间误差，用符号ea表示。这里所说的空间误差是指图14-26所示的轴线直线度误差和如表14-10中所列的各种位置误差。共51页22共51页23形成上述误差的情况各异，•有的可能是上工序加工方法带来的，•有的可能是热处理后产生的，•也有的可能是毛坯带来的，形成上述空间误差的原因虽经前面工序加工，但仍未得到完全纠正。因此，其量值大小需根据具体情况进行具体分析。有的可查表确定，有的则需抽样检查，进行统计分析。共51页24(二)工序余量的影响因素(4)本工序的装夹误差εb装夹误差应包括定位误差和夹紧误差。由于这项误差会直接影响被加工表面与切削刀具的相对位置，所以加工余量中应包括这项误差。共51页25工序余量的计算公式：由于空间误差和装夹误差都是有方向的，所以要采用矢量相加的方法取矢量和的模进行余量计算。综合上述各影响因素，可有如下余量计算公式：1)对于单边余量Zmin=Ta+Ry+Ha+︱ea+b︱（尺寸公差＋表面粗糙度＋表面缺陷层深度＋空间误差＋装夹误差）2)对于双边余量Zmin=Ta/2+Ry+Ha+︱ea+b︱二、加工余量的确定确定加工余量的方法有三种：计算法查表法经验法26共51页二、加工余量的确定1.计算法27共51页在影响因素清楚的情况下，计算法是比较准确的。要做到对余量影响因素清楚，必须具备一定的检测手段和掌握必要的统计分析资料。在掌握了各误差因素大小的条件下，才能进行余量的比较准确的计算。Zmin=Ta+Ry+Ha+︱ea+b︱Zmin=Ta/2+Ry+Ha+︱ea+b︱在应用式时，要针对具体的加工方法进行简化。计算法的简化——例(1)采用浮动镗刀块镗孔或采用浮动铰刀铰孔或采用拉刀拉孔，这些加工方法不能纠正孔的位置误差。Zmin=Ta/2+Ry+Ha(2)无心外圆磨床磨外圆无装夹误差Zmin=Ta/2+Ry+Ha+︱ea︱28共51页共51页29(3)研磨、绗磨、超精加工、抛光等加工方法，其主要任务是去掉前一工序所留下的表面痕迹。Zmin=Ta/2+Ry(4)有的仅用于减小工件表面粗糙度值，其余量计算公式可简化为Zmin=Ry计算法的简化——例二、加工余量的确定2.查表法30共51页此法主要以工厂生产实践和实验研究积累的经验所制成的表格为基础，并结合实际加工情况加以修正，确定加工余量。这种方法方便、迅速，生产上应用广泛。31共51页二、加工余量的确定3.经验法由一些有经验的工程技术人员或工人根据经验确定加工余量的大小。由经验法确定的加工余量往往偏大，这主要是因为主观上怕出废品的缘故。这种方法多在单件小批生产中采用。三、工序尺寸与公差的确定1.确定各加工工序的加工余量2.确定各工序基本尺寸，从成品到毛坯逆向计算各工序基本尺寸3.确定各工序尺寸公差，按照选用的加工方法的加工经济精度确定工序尺寸公差。（终加工工序公差按照设计要求确定）4.填写工序基本尺寸并按照“入体原则”标注工序尺寸公差。32共51页生产上绝大部分加工面都是在基准重合（工艺基准和设计基准重合）的情况下进行加工。现介绍如下：在工艺基准无法同设计基准重合的情况下，确定了工序余量之后需通过工艺尺寸链进行工序尺寸和公差的换算。工序尺寸及公差的确定（举例）33共51页某轴直径为Φ50mm，其尺寸精度要求为IT5，表面粗糙度要求为Ra0.04μm，并要求高频淬火，毛坯为锻件。粗车半精车高频淬火研磨精磨粗磨计算各工序的工序尺寸及公差。其工艺路线为：第一步：先用查表法确定加工余量34共51页由工艺手册查得：研磨余量为0.01mm精磨余量为0.1mm粗磨余量为0.3mm半精车余量为1.1mm粗车余量为4.5mm(修正为4.49mm)由式可得加工总余量为6.01mm，取加工总余量为6mm，把粗车余量修正为4.49mm。niizz1035共51页第二步：计算各加工工序基本尺寸研磨后工序基本尺寸为50mm(设计尺寸)；其他各工序基本尺一寸依次为；精磨后尺寸50mm+0.01mm=50.01mm粗磨后尺寸50.01mm+0.1mm=50.11mm半精车后尺寸50.11mm+0.3mm=50.41mm粗车后尺寸50.41mm+1.1mm=51.51mm锻后尺寸（毛坯尺寸）51.51mm+4.49mm=56mm36共51页第三步：确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度由表14-12、14-13查得：研磨后为IT5、Ra0.04μm(零件的设计要求)；精磨后选定为IT6、Ra0.16μm；粗磨后选定为IT8,Ra1.25μm；半精车后选定为IT11、Ra2.5μm；粗车后选定为IT13、Ra16μm。共51页37共51页3839共51页第四步：在工序基本尺寸上标注公差根据上述经济加工精度查公差表，将查得的公差数值按“入体原则”标注在工序基本尺寸上。其中，查工艺手册可得锻造毛坯公差为士2mm。四、设备与工艺装备的选择设备与工艺装备：机床、夹具、量具、刀具、辅具40共51页1.机床的选择(1)机床的尺寸规格要与被加工的零件尺寸相适；(2)机床精度要与被加工零件的加工要求相适应；(3)机床的生产率与被加工零件的生产纲领相适应；(4)机床的选用要考虑节省投资和适当考虑生产的发展;(5)改（扩）建车间，要充分利用原有设备。41共51页2.机床夹具的选择机床夹具的选择主要考虑生产类型。（1）单件小批量生产应尽量选用通用夹具；（2）大批大量生产时，应采用高生产效率的专用机床夹具；此外，夹具的精度应与零件的加工精度相适应。42共51页3.刀具的选择刀具的选择主要取决于：工序所采用的加工方法加工表面的尺寸大小工件材料要求的加工精度表面粗糙度生产率经济性在选择时应尽量采用标准刀具。43共51页4.量具的选择量具的选择主要根据生产类型和要求的检验精度进行。对于尺寸误差：1）在单件小批生产中，广泛采用通用量具（游标卡尺、千分尺等）；2）成批生产多采用极限量规；3）大量生产多采用自动化程度高的量仪，如电动或气动量仪等。对于形位误差：1)在单件小批生产中，一般采用通用量具（百分表，千分表等），也有采用三坐标测量机的；2）在成批大量生产中，多采用专用检具。44共51页五、切削液和切削用量的选择1.切削液的作用（1）冷却作用（2）润滑作用（减少摩擦）（3）清洗作用45共51页（一）、切削液的选择（一）、切削液的选择2.切削液的种类（1）水溶液（以水为主要成分）（2）乳化液（由乳化油加95%-98%的水稀释而成）（3）切削油（以矿物油为主要成分的切削液）46共51页3.切削液的选用(1)按加工性质选用1)粗加工时，应选用以冷却为主的水溶液或乳化液；2)精加工时，应选用润滑为主的极压切削油或高浓度的极压乳化液。3)钻削、铰削、拉削和深孔加工时，应选用粘度较小的极压水溶液、极压乳化液和极压切削油，并应加大流量和压力。47共51页（一）、切削液的选择(2)按刀具材料选用1)高速钢刀具粗加工，用极压水溶液或极压乳化液。高速钢刀具精加工，用极压乳化液或极压切削油，以减小摩擦，提高表面质量和精度，延长刀具寿命。2)硬质合金刀具高速切削，一般，不使用切削液；3)使用立方氮化硼刀具或砂轮时，不宜使用水质切削液。48共51页3.切削液的选用(3)按工件材料选用要注意以下几点1)铸铁、黄铜及硬铝等脆性材料，由于切屑碎末会堵塞冷却系统，容易使机床磨损，一般不加切削液。但精加工时为了降低表面粗糙度，可采用粘度较小的煤油或7%~10%乳化液。2)切削有色金属和铜合金时，不宜采用含硫的切削液，以免腐蚀工件。3)切削镁合金时，不能用油质切削液，以免燃烧起火。49共51页3.切削液的选用共51页50五、切削液和切削用量的选择（二）、切削用量的选择1.选择切削用量时必须考虑的问题对加工质量