加工余量、工序尺寸及其公差的确定

机械制造工艺机电工程系张莉第二章机械加工工艺基础知识2.1机械加工工艺过程的基本概念及常用术语2.2机械加工工艺规程和工艺文件2.3零件的工艺性分析2.4零件表面加工方法的选择与工艺路线的拟订2.4.4加工余量、工序尺寸及其公差的确定1、加工余量的概念为了保证零件的质量（精度和粗糙度值），在加工过程中，需要从工件表面上切除的金属层厚度，称为加工余量。加工余量过大材料浪费，成本增大；加工余量过小不能纠正加工误差，质量降低。所以，应在保证质量的前提下，选择加工余量尽可能小。加工余量又有总余量和工序余量之分。总余量：某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为总余量，以Z总表示。工序余量：相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量，以Zi表示。n1iin21ZZZZZ总单边余量与双边余量根据零件的结构不同，加工余量有单边（面）和双边（面）之分,见P45)(baZb外表面加工)(abZb内表面加工)(ddZ2bab轴)(ddZ2abb孔加工余量和工序尺寸的关系对于被包容面：Z=上工序基本尺寸-本工序基本尺寸对于包容面：Z=本工序基本尺寸-上工序基本尺寸baminbmaxaminTTZTZZTZZ加工余量和工序尺寸的关系2、影响加工余量的因素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。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误差和表面缺陷，影响零件的质量，甚至产生废品。由前述内容可知，工序加工余量（公称值，以下同）除可用相邻工序的工序尺寸（如Z=a-b）表示外，还可以用另外一种方法表示，即：工序加工余量等于最小加工余量与前工序工序尺寸公差之和（如Z=Zmin+Ta）。因此，在讨论影响加工余量的因素时，应首先研究影响最小加工余量的因素。影响最小加工余量的因素较多，现将主要影响因素分单项介绍如下：1、上道工序加工表面的表面质量1）上道工序形成的表面粗糙度和缺陷层深度（Ra和Ha）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、影响加工余量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项介绍如下：1、上道工序加工表面的表面质量2）上道工序形成的形状误差和位置误差（ρa）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，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△x为平面度误差、△w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。2、影响加工余量的因素1、上道工序加工表面的表面质量2、上道工序的尺寸公差Ta2、影响加工余量的因素1、上道工序加工表面的表面质量2、上道工序的尺寸公差Ta3、本道工序的安装误差εb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，还要考虑本工序的装夹误差εb的影响。如右图所示，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e值，造成加工余量不均匀，为确保将前工序的各项误差和缺陷全部切除，直径上的余量应增加2e。装夹误差εb的数量，可在求出定位误差、夹紧误差和夹具的装夹误差后求得。2、影响加工余量的因素baaaabRHTZ2)(2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（Ra+Da）上道工序形成的形状误差和位置误差（ρa）上道工序的工序尺寸公差（Ta）本工序的装夹误差（εb）加工余量计算公式P48对双边余量：对单边余量：baaaabRHTZ2、影响加工余量的因素3、加工余量的确定1）分析计算法是根据加工余量计算公式和一定的试验资料，通过计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资料及先进的计算手段方可进行，故目前应用较少。1）分析计算法2）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。查表时应注意表中的数据为公称值，对称表面（轴孔等）的加工余量是双边余量，非对称表面的加工余量是单边余量。这种方法目前应用最广。3、加工余量的确定1）分析计算法2）查表修正法3）经验估计法此法是根据实践经验确定加工余量。为防止加工余量不足而产生废品，往往估计的数值总是偏大，因而这种方法只适用于单件、小批生产。3、加工余量的确定1）分析计算法2）查表修正法3）经验估计法3、加工余量的确定在确定加工余量时，总加工余量和工序加工余量要分别确定。总加工余量的大小与选择的毛坯制造精度有关。用查表法确定工序加工余量时，粗加工工序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。工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸，与之相应的公差即工序尺寸的公差。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济精度，而且还与定位基准、工序基准、测量基准、编程原点的确定及基准的转换有关。工序尺寸及其公差的计算分两种情况：工艺基准和设计基准重合情况下工序尺寸与公差的确定，工艺基准和设计基准不重合情况下工序尺寸与公差的确定。4．工序尺寸及其公差的确定1）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(工艺基准和设计基准重合)的情况下进行加工的，基准重合情况下工序尺寸与公差的确定过程如下：（1）确定毛坯总余量和各加工工序的工序余量（查表修正法）（2）确定工序基本尺寸4．工序尺寸及其公差的确定从最终加工工序开始，即从零件图上的设计尺寸开始，一直往前推算到毛坯尺寸。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或减去后道工序余量。1）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(工艺基准和设计基准重合)的情况下进行加工的，基准重合情况下工序尺寸与公差的确定过程如下：（1）确定毛坯总余量和各加工工序的工序余量（2）确定工序基本尺寸4．工序尺寸及其公差的确定（3）确定工序公差最终加工工序尺寸公差等于设计尺寸公差，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寸公差。1）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(工艺基准和设计基准重合)的情况下进行加工的，基准重合情况下工序尺寸与公差的确定过程如下：（1）确定毛坯总余量和各加工工序的工序余量（2）确定工序基本尺寸4．工序尺寸及其公差的确定（3）确定工序公差（4）标注工序尺寸公差最终加工工序尺寸的公差按设计尺寸标注，其余工序尺寸公差按“入体原则”标注。（1）拟定加工路线：粗车半精车淬火粗磨精磨研磨（2）确定各工序的加工余量：查表法：研磨：0.01mm，粗磨：0.3mm，精磨：0.1mm半精车：1.1mm，粗车：4.5mm可得：Z总=6.01mm圆整取：Z总=6mm则取粗车余量：4.49mm工序尺寸及其公差的确定实例1（3）确定各工序的经济精度及表面粗糙度按“入体原则”分配偏差查表:研磨：m.Ra)h(IT.0405500110m.Ra)h(IT.206600160m.Ra)h(IT.808800390m.Ra)h(IT.3611110160m.Ra)h(IT.51213130390精磨：粗磨：半精车：粗车：±2mm毛坯：工序尺寸及其公差的确定实例1（4）确定工序尺寸及其公差研磨：50精磨：50+0.01=50.01粗磨：50.01+0.1=50.11半精车：50.11+0.3=50.41粗车：50.41+1.1=51.51锻造毛坯：51.51+4.49=560011050.001600150..003901150..01604150..039.051.51256工序尺寸及其公差的确定实例1某轴直径为ф60mm，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。其工艺路线为：粗车—半精车——高频淬火—粗磨——精磨——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/μm工序尺寸及公差/mm研磨0.0160h5（）Ra0.04ф精磨0.160+0.01=60.01h6（）Ra0.16ф粗磨0.360.01+0.1=60.11h8（）Ra1.25ф半精车1.160.11+0.3=60.41hll（）Ra1.5ф粗车4.4960.41+1.1=61.51h13（）Ra16ф锻造661.51+4.49=66±2ф66±2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0013.0600019.001.600046.011.600190.041.600046.051.610019.00046.00013.00190.00046.0某主轴箱体主轴孔的设计要求为Φ100H7，Ra=0.8μm。其加工工艺路线为：毛坯—粗镗—半精镗—精镗—浮动镗。试确定各工序尺寸及其公差。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。工序尺寸及其公差的确定实例3工序尺寸及其公差的确定实例3035.007H035.00100087.009H087.009.9922.0011H22.004.9954.0013H54.0097工序名称工序余量工序的经济精度工序基本尺寸工序尺寸及公差浮动镗0.1100，Ra=0.8μm精镗0.5100-0.1=99.9，Ra=1.6μm半精镗2.499.9-0.5=99.4，Ra=6.3μm粗镗599.4-2.4=97，Ra=12.5μm毛坯孔8(±1.2)97-5=92φ92±1.2