机械加工工艺规程的制定
本章主要介绍以下内容：
1．零件制造的工艺过程
2．工艺规程的作用及设计步骤
3．定位基准的选择
4．工艺路线的拟定
5．加工余量的确定
6．尺寸链和工序尺寸的确定
7．时间定额和经济分析
课时分配：6，两个学时，1、2、3、4、5、7，各一个学时
重点、难点：定位基准的选择；尺寸链和工序尺寸的确定
机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。通常，毛坯需要经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件。一个相同结构相同要求的机器零件，可以采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最经济、最合理的。
在现有的生产条件下，如何采用经济有效的加工方法，合理地安排加工工艺路线以获得符合产品要求的零件，这是本章所要解决的重点。
5.1零件制造的工艺过程
一、几个概念
1、生产过程：从原材料或半成品到成品制造出来的各有关劳动过程的总和称为工厂的生产过程。
一台产品的生产过程包括的内容有：
1）原材料（或半成品、元器件、标准件、工具、工装、设备）的购置、运输、检验、保管；
2）生产准备工作：如编制工艺文件，专用工装及设备的设计与制造等；
3）毛坯制造；
4）零件的机械加工及热处理；
5）产品装配与调试、性能试验以及产品的包装、发运等工作。
提示：
生产过程往往由许多工厂或工厂的许多车间联合完成，这有利于专业化生产，提高生产率、保证产品质量、降低生产成本。
2、工艺过程：在生产过程中凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性能(包括物理性能、化学性能、机械性能等) 以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。
工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、装配等工艺过程，本门课程只研究机械加工工艺过程和装配工艺过程；铸造、锻造、冲压、焊接、热处理等工艺过程是《材料成型技术》课程的研究对象。
二、 机械加工工艺过程
(一) 定义： 用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程，又称工艺路线或工艺流程。
(二) 机械加工工艺过程的组成（见教材P125-126）
机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成。
机加工工艺过程组成
1）工序 指一个（或一组）工人在一个工作地点（如一台机床或一个钳工台），对一个（或同时对几个）工件连续完成的那部分工艺过程，称为工序。
它包括在这个工件上连续进行的直到转向加工下一个工件为止的全部动作。 区分工序的主要依据是：工作地点固定和工作连续。
工序是组成工艺过程的基本单元，也是制定生产计划、进行经济核算的基本单元。工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等组成部分。
阶梯轴加工工艺过程
2）安装：工件加工前，使其在机床或夹具中相对刀具占据正确位置并给予固定的过程，称为装夹。（装夹包括定位和夹紧两过程）
安装是指工件通过一次装夹后所完成的那一部分工序。
例如：上图中的第1道工序，若对工件的两端连续进行车端面、钻中心孔，就需要两次安装（分别进行加工），每次安装有两个工步（车端面和钻中心孔）。
3）工位：工位是指在一次装夹中，工件在机床上所占的每个位置上所完成那一部分工序。 下图为在三轴钻床上利用回转工作台，按四个工位连续完成每个工件的装夹、钻孔、扩孔和铰孔。
多工位连续加工
采用多工位加工，可提高生产率和保证被加工表面的相互位置精度。
4）工步：当加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的那部分工序，称为工步。工步是构成工序的基本单元。
为了提高生产率，常常用几把刀具同时加工几个表面，这样的工步称为复合工步，如下图所示。
5）走刀
走刀（又称工作行程）是指刀具相对工件加工表面进行一次切削所完成的那部分工作。每个工步可包括一次走刀或几次走刀。
(三) 机械加工工艺过程与生产类型
不同的生产类型，其生产过程和生产组织、车间的机床布置、毛坯的制造方法、采用的工艺装备、加工方法以及工人的熟练程度等都有很大的不同，因此在制定工艺路线时必须明确该产品的生产类型。（不同生产类型的加工工艺过程举例见下面）。
1、生产纲领： 指包括备品、备件在内的该产品的年产量。产品的年生产纲领就是产品的年生产量。零件的年生产纲领由下式计算：（见教材P130）
N=Qn(1+a)(1+b)
式中：N ：零件的生产纲领（件/年）；
Q:产品的年产量（台/年）；
n:单台产品该零件的数量（件/年）；
a:备品率，以百分数计；
b:废品率，以百分数计。
2、生产类型： 根据生产纲领的大小，生产可分为三种类型：（见教材P127）
1） 单件生产：定义：单个的生产不同结构和不同尺寸的产品。特点：是产品的种类繁多。
2） 成批生产：定义：一年中分批、分期地制造同一产品。特点：生产品种较多，每种品种均有一定数量，各种产品分批、分期轮番进行生产。
小批生产：生产特点与单件生产基本相同。
中批生产：生产特点介于小批生产和大批生产之间。
大批生产：生产特点与大量生产相同。
3）大量生产：
定义：全年中重复制造同一产品。 特点：产品品种少、产量大，长期重复进行同一产品的加工。
各种生产类型的规范见下表：（见教材P130）
各种生产类型工艺过程的主要特点见表5.2：（见教材P127）
5.2工艺规程的作用及设计步骤
一、机械加工工艺规程
1、 定义： 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。其中，规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。
它是在具体的生产条件下，最合理或较合理的工艺过程和操作方法，并按规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产的。工艺规程中包括各个工序的排列顺序，加工尺寸、公差及技术要求，工艺设备及工艺措施，切削用量及工时定额等内容。
2、工艺规程的作用：（见教材P130）
（1） 指导生产的主要技术文件：起生产的指导作用；
（2） 是生产组织和生产管理的依据：即生产计划、调度、工人操作和质量检验等的依据；
（3） 是新建或扩建工厂或车间主要技术资料。
总之，零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。
3、 工艺规程的格式：（见教材P128）
为了适应工业发展的需要，加强科学管理和便于交流，原机械电子工业部还制订了指导性技术文件JB/Z187.3—88《工艺规程格式》，要求各机械制造厂按统一规定的格式填写。 按照规定，属于 机械加工工艺规程的有：
1) 机械加工工艺过程卡片。2) 机械加工工序卡片。
3) 标准零件或典型零件工艺过程卡片。
4) 单轴自动车床调整卡片。
5) 多轴自动车床调整卡片。
6) 机械加工工序操作指导卡片。
7) 检验卡片等。
最常用的是：机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。
（1） 机械加工工艺过程卡片： 其格式见教材p128表5.4。
此卡片的特点：是以工序为单位，简要说明产品或零、部件的加工过程的一种工艺文件。它是生产管理的主要技术文件。
适用范围：广泛用于成批生产和单件小批生产中比较重要的零件。
（2） 机械加工工序卡片： 其格式见教材p128表5.5。
此卡片的特点：在工艺过程卡片的基础上按每道工序所编的一种工艺文件，一般具有工序简图，并详细说明该工序的每一个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。
适用范围：主要用于大批大量生产中所有零件，中批生产中的重要零件和单件小批生产中的关键工序。
二、 工艺规程设计所需原始资料
（1）产品装配图、零件图；
（2）产品验收质量标准；
（3）产品的年生产纲领；
（4）毛坯材料与毛坯生产条件；
（5）制造厂的生产条件（包括机床设备和工艺装备的规格、性能和现在的技术状态，工人的技术水平，工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等有关资料）；
（6）工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准；
（7）国内外先进制造技术资料等。
三、工艺规程的设计原则
（1）必须可靠保证零件图纸上所有技术要求的实现：即保证质量，并要提高工作效率；
（2）保证经济上的合理性：即要成本低，消耗要小；
（3）保证良好的安全工作条件：尽量减轻工人的劳动强度，保障生产安全，创造良好的工作环境；
（4）要从本厂实际出发：所制订的工艺规程应立足于本企业实际条件，并具有先进性，尽量采用新工艺、新技术、新材料。
（5）所制订的工艺规程随着实践的检验和工艺技术的发展与设备的更新，应能不断地修订完善。
四、机械加工工艺规程设计的内容及步骤
1. 分析零件图和产品装配图；
2. 对零件图和装配图进行工艺审查；
3. 由零件生产纲领确定零件生产类型；
4. 确定毛坯种类；
5. 拟定零件加工工艺路线；
6. 确定各工序所用机床设备和工艺装备(含刀具、夹具、量具、辅具等) 。
7. 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差；
8. 确定各工序的技术要求及检验方法；
9. 确定各工序的切削用量和工时定额；
10. 编制工艺文件。
5.3零件工艺性分析与毛坯的选择
一、零件工艺性分析（见教材P130）
1、查零件图的完整性： 审查零件图上的尺寸标注是否完整、结构表达是否清楚。
2、分析技术要求是否合理：
（1） 加工表面的尺寸精度；
（2） 主要加工表面的形状精度；
（3） 主要加工表面的相互位置精度；
（4） 表面质量要求；
（5） 热处理要求。
零件上的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的标注，应根据零件的功能经济合理地决定。过高的要求会增加加工难度，过低的要求会影响工作性能，两者都是不允许的。
3、审查零件材料选用是否适当：
材料的选择既要满足产品的使用要求，又要考虑产品成本，尽可能采用常用材料，如45号钢，少用贵重金属。
4、零件的结构工艺性分析：
（1） 零件结构工艺性： 是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。
它包括零件的各个制造过程中的工艺性，有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等工艺性。由此可见，零件结构工艺性涉及面很广，具有综合性，必须全面综合地分析。
在制订机械加工工艺规程时，主要进行零件切削加工工艺性分析。
（2）机械加工对零件局部结构工艺性的要求
机械加工对零件局部结构工艺性的要求例举如下：
1） 便于刀具的趋进和退出：如边缘孔的钻削；
2）保证刀具正常工作：例如
图a 所示结构，孔的入口端和出口端都是斜面或曲面，钻孔时钻头两个刃受力不均，容易引偏，而且钻头也容易损坏，宜改用图b 所示结构。
图c 所示孔结构，入口是平的，但出口都是曲面，宜改用图d 所示结构。
3）保证能以较高的生产率加工：例如
①被加工表面形状应尽量简单
图a 所示键槽形状只能用生产率较低的键槽铣刀加工，图b 所示结构就能用生产率较高的三面刃铣刀加工。
②尽量减少加工面积
下图1所示两种气缸套零件，图b 所示结构比图a 所示结构加工面积小，工艺性好。
下图2所示箱体零件耳座结构，图b 、图c 所示结构不但省料而且生产效率高，它的工艺性就优于图a 所示结构。
③尽量减少加工过程的装夹次数
加工图示零件螺孔，需作两次装夹，先钻、攻螺孔B 、C ，然后翻身装夹，再钻、攻螺孔A 。如果设计允许，宜将螺孔A 改成图左上角的结构。
④尽量减少工作行程次数
图b 所示平面结构只需一次工作行程就可以铣出来，工艺性好。图a 示平面结构需作3次工作行程才能加工完，工艺性差。
⑤应统一或减少尺寸种类
右图2轴上槽宽尺寸统一，可减少刀具种类，减少换刀时间。
⑥避免深孔加工：例如
⑦应外表面联接代替内表面联接：例如
⑧零件的结构应与生产类型相适应。例如
例如：在大批量生产中，图a 所示箱体同轴孔系结构是工艺性好的结构；在单件小批生产中，则认为图b 是工艺性好的结构。
这是因为在大批大量生产中采用专用双面组合镗床加工，此机床可以从箱体两端向中进给镗孔。采用专用组合镗床，一次性投资虽然高，但因产量大，分摊到每个零件上的工艺成本并不多，经济上仍是合理的。
⑨有位置要求或同方向的表面能在一次装夹中加工出来。例如
⑩零件要有足够的刚性，便于采用高速和多刀切削。例如
加工时，工件要承受切削力和夹紧力的作用，工件刚性不足易发生变形，影响加工精度。图示两种零件结构，图b 所示结构有加强筋，零件刚性好，加工时不易产生变形，其工艺性就比图a 所示结构好。
思考题：分析右图中零件局部结构工艺性存在的问题，并提出改进意见。
（3） 机械加工对零件整体结构工艺性的要求
零件是各要素、各尺寸组成的一个整体，所以更应考虑零件整体结构的工艺性，具体有以下几点要求：
1）尽量采用标准件、通用件。
2）在满足产品使用性能的条件下，零件图上标注的尺寸精度等级和表面粗糙度要求应取最经济值
3）尽量选用切削加工性好的材料
4）有便于装夹的定位基准和夹紧表面。
5）节省材料，减轻质量。
二、毛坯的选择 （见教材P131）
1、 毛坯的种类：
（1） 铸造毛坯：适合做形状复杂零件的毛坯
（2） 锻造毛坯：适合做形状简单零件的毛坯；
（3） 型材：适合做轴、平板类零件的毛坯；
（4） 焊接毛坯：适合板料、框架类零件的毛坯。
2、 选择毛坯的原则：
（1） 选择原则： 毛坯的形状和尺寸应尽量接近零件的形状和尺寸，以减少机械加工。
（2） 毛坯选择应考虑的因素：
1） 生产纲领的大小： 对于大批大量生产，应选择高精度的毛坯制造方法，以减少机械加工，节省材料。
2） 现有生产条件： 要考虑现有的毛坯制造水平和设备能力。
3、 举例：
（1） 轴类零件： 车床主轴：45号钢模锻件；阶梯轴（直径相差不大）：棒料
（2） 箱体： 铸造件或焊接件
（3） 齿轮： 小齿轮：棒料 ；大多数中型齿轮：模锻件 ；大型齿轮：铸钢件
5.4定位基准的选择
一、 基准的概念及分类：（见教材P131-132）
1、基准的定义：在零件图上或实际的零件上，用来确定其它点、线、面位置时所依据的那些点、线、面，称为基准。
2、基准的分类：按其功用可分为：
1）设计基准：零件工作图上用来确定其它点、线、面位置的基准，为设计基准。
2） 工艺基准：是加工、测量和装配过程中使用的基准，又称制造基准。
a 、工序基准：是指在工序图上，用来确定加工表面位置的基准。它与加工表面有尺寸、位置要求。
b 、定位基准：是加工过程中，使工件相对机床或刀具占据正确位置所使用的基准。 c 、度量基准（测量基准）：是用来测量加工表面位置和尺寸而使用的基准。
d 、装配基准：是装配过程中用以确定零部件在产品中位置的基准。举例如下：
二、 定位基准的选择：（见教材P132）
定位基准包括粗基准和精基准。
粗基准：用未加工过的毛坯表面做基准。
精基准：用已加工过的表面做基准。
1、粗基准的选择原则：
粗基准影响：位置精度、各加工表面的余量大小（均匀？足够？）。
重点考虑：如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。
1）合理分配加工余量的原则
a 、应保证各加工表面都有足够的加工余量：如外圆加工以轴线为基准；
b 、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量
高；如床身加工，先加工床腿再加工导轨面；具体实例
2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则
一般应以非加工面做为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。具体实例
3）便于装夹的原则：选表面光洁的平面做粗基准，以保证定位准确、夹紧可靠。
4）粗基准一般不得重复使用的原则：在同一尺寸方向上粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大，因此，粗基一般不得重复使用。
2、精基准的选择：
重点考虑：如何较少误差，提高定位精度。
1）基准重合原则：利用设计基准做为定位基准，即为基准重合原则。
2）基准统一原则：在大多数工序中，都使用同一基准的原则。这样容易保证各加工表面的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差。
例如，加工轴类零件时，一般都采用两个顶尖孔作为统一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面，这样可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。
3）互为基准原则：加工表面和定位表面互相转换的原则。一般适用于精加工和光磨加工中。 例如：车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求，常先以主轴锥孔为基准磨主轴前、后支承轴颈表面，然后再以前、后支承轴颈表面为基准磨主轴锥孔，最后达到图纸上规定的同轴度要求。
4）自为基准原则： 以加工表面自身做为定位基准的原则， 如浮动镗孔、拉孔。只能提高加工表面的尺寸精度，不能提高表面间的位置精度。
还有一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为基准，例如： 图示为在导轨磨床上磨床身导轨表面，被加工床身1通过楔铁2支承在工作台上，纵向移动工作台时，轻压在被加工导轨面上的百分表指针便给出了被加工导轨面相对于机床导轨的不平行度读数，根据此读数操作工人调整工件1底部的4个楔铁，直至工作台带动工件纵向移动时百分表指针基本不动为止，然后将工件1夹紧在工作台上进行磨削。
5.5 工艺路线的拟订
拟订工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，需顺序完成以下几个方面的工作。
1、选择定位基准
前面已经叙述。
2、表面加工方法的选择
（1）各种加工方法的经济加工精度和表面粗糙度（见P136）
不同的加工方法如车、磨、刨、铣、钻、镗等，其用选各不相同，所能达到的精度和表面粗糙度也大不一样。即使是同一种加工方法，在不同的加工条件下所得到的精度和表面粗糙度也大不一样，这是因为在加工过程中，将有各种因素对精度和粗糙度产生影响，如工人的技术水平、切削用量、刀具的刃磨质量、机床的调整质量等等。
某种加工方法的经济加工精度：是指在正常的工作条件下（包括完好的机床设备、必要的工艺装备、标准的工人技术等级、标准的耗用时间和生产费用）所能达到的加工精度。
（加工成本与加工精度的关系见P136图5.11）（各种加工方法所能达到的经济精度、表面粗糙度等可查《金属机械加工工艺人员手册》）。
（2）加工方法和加工方案的选择
1）根据加工表面的技术要求，确定加工方法和加工方案；
这种方案必须在保证零件达到图纸要求方面是稳定而可靠的，并在生产率和加工成本方面是最经济合理的。（教材P136表5.7、表5.8、表5.9分别为外圆表面、内孔表面和平面加工方案及其经济精度）
2）要考虑被加工材料的性质；
例如，淬火钢用磨削的方法加工；而有色金属则磨削困难, ，一般采用金刚镗或高速精密车削的方法进行精加工。
3）要考虑生产纲领，即考虑生产率和经济性问题。
如：大批大量生产应选用高效率的加工方法，采用专用设备。例如，平面和孔可用拉削加工，轴类零件可采用半自动液压仿型车床加工，盘类或套类零件可用单能车床加工等。
4）应考虑本厂的现有设备和生产条件： 即充分利用本厂现有设备和工艺装备。
在选择加工方法时，首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定它的最终工序方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。
具体实例
例如，加工一个精度等级为IT6、表面粗糙度Ra 为0.2μm 的钢质外圆表面，其最终工序选用精磨，则其前导工序可分别选为粗车、半精车和粗磨。主要表面的加工方案和加工工序选定之后，再选定次要表面的加工方案和加工工序。
小结：具有一定技术要求的加工表面，一般都不是只通过一次加工就能达到图纸要求的，对于精密零件的主要表面，往往要通过多次加工才能逐步达。
3、机床设备与工艺装备的选择
（1）机床设备和工艺装备的选择
1、所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应；
2、精度等级应与本工序加工要求相适应；
3、电机功率应与本工序加工所需功率相适应；
4、机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型相适应。
（2）工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。
1、在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备(包括夹具、刀具、量具和辅具) ；
2、在大批大量生产中，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。
（3）机床设备和工艺装备的选择不仅要考虑设备投资的当前效益，还要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有足够的柔性。
2）将零件的加工过程划分为加工阶段的主要目的是：（见P139）
(1)保证零件加工质量（因为工件有内应力变形、热变形和受力变形，精度、表面质量只能逐步提高，）；
(2)有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理；
(3)有利于合理利用机床设备。
(4)便于穿插热处理工序：穿插热处理工序必须将加工过程划分成几个阶段，否则很难充分发挥热处理的效果。
此外，将工件加工划分为几个阶段，还有利于保护精加工过的表面少受磕碰损坏。
6、工序顺序的安排
1) 机械加工工序的安排原则
2) 热处理工序及表面处理工序的安排
根据热处理的目的，安排热处理在加工过程中的位置。
3) 检验工序的安排
为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序：
1) 粗加工全部结束之后；
2) 送往外车间加工的前后；
3) 工时较长和重要工序的前后；
4) 最终加工之后。
除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。
4) 其它工序的安排
1) 零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。
2) 零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑，研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。
3) 在用磁力夹紧工件的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。
5.5 加工余量的确定
1、加工余量：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。加工余量又有总余量和工序余量之分。
2、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Zo 表示。
3、工序余量：该表面加工相邻两工序尺寸之差称为工序余量Zi 。总余量Z0与工序余量Zi 的关系可用下式表示：
式中：n 为某一表面所经历的工序数。
（1）工序余量有单边余量和双边余量之分。（见下图）
1）单边余量： 非对称结构的非对称表面的加工余量，称为单边余量，用Zb 表示。
Zb ＝la-lb
式中：Zb —本工序的工序余量；lb —本工序的基本尺寸；la —上工序的基本尺寸。
2）双边余量： 对称结构的对称表面的加工余量，称为双边余量。
对于外圆与内孔这样的对称表面，其加工余量用双边余量2Zb 表示，
对于外圆表面有：2Zb ＝da-db ；对于内圆表面有：2Zb ＝Db －Da
（2）工序余量有公称余量（简称余量）、最大余量Zmax 、最小余量Zmin 之分。（见下图）
由于工序尺寸有偏差，故各工序实际切除的余量值是变化的，因此，工序余量有公称余量（简称余量）、最大余量Zmax 、最小余量Zmin 之分。
对于上右图所示被包容面加工情况，本工序加工的公称余量：Zb ＝la-lb
公称余量的变动范围：TZ ＝Zmax —Zmin ＝Tb ＋Ta 式中：Tb —本工序工序尺寸公差； Ta —上工序工序尺寸公差。
工序尺寸公差一般按“入体原则”标注。对被包容尺寸(轴径) ，上偏差为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（孔径、键槽），下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。 而孔距和毛坯尺寸公差带常取对称公差带标注。
余量过大——〉材料浪费，成本增大；
余量过小——〉不能纠正加工误差，质量降低。
所以，在保证质量的前提下，选余量尽可能小。
二、影响加工余量的因素（见P141）
（1）上道工序的表面粗糙度值Ra
（各种加工方法的表面粗糙度值Ra 数值见P137表5.7、表5.8、表5.9）
（2）上道工序的表面缺陷层深度Ha
（各种加工方法的表面缺陷层深度Ha 数值见P141表5.10）
（3）上道工序各表面相互位置空间偏差ρa ；
（包括轴线的直线度、位移和平行度；轴线与表面的垂直度；阶梯轴内外圆的同轴度；平面的平面度等。）
ρa 的数值与上工序的加工方法和零件的结构有关，可用近似计算法或查有关资料确定。若存在两种以上的空间偏差时，可用向量和表示。
（4）本工序的装夹误差Δεb
它除包括定位和夹紧误差外，还包括夹具本身的制造误差，其大小为三者的向量和。
（5）上工序的尺寸公差Ta
（包括几何形状误差如锥度、椭圆度、平面度等。其大小可根据选用的加工方法所能达到的经济精度，查阅工艺手册确定。）
本工序的公称余量为：Zb ＝la-lb
本工序的最大余量为：Zbmax ＝lamax-lbmin
本工序的最小余量为：Zbmin ＝lamin-lbmax
上述前四项之和构成最小余量，即
注：ρa和Δεb为矢量和。
最小余量加上上道工序的尺寸公差，即为本道工序的加工余量。
即：Zb≥Ta +Zmin
三、加工余量的确定——计算法、查表法和经验估计法 （见P142）
（1）经验估算法：靠经验估算确定，从实际使用情况看，余量选择都偏大，一般用于单件小批生产。
（2）查表法(各工厂广泛采用查表法) ：根据手册中表格的数据确定，应用较多。
（3）分析计算法(较少使用) ：根据实验资料和计算公式，综合确定，比较科学，数据较准确，一般用于大批大量。
5.6 尺寸链解算与工序尺寸确定
零件图上所标注的尺寸公差是零件加工最终所要求达到的尺寸要求，工艺过程中许多中间工序的尺寸公差，必须在设计工艺过程中予以确定。工序尺寸及其公差一般都是通过解算工艺尺寸链确定的，为掌握工艺尺寸链计算规律，这里先介绍尺寸链的概念及尺寸链计算方法，然后再就工序尺寸及其公差的确定方法进行论述。
一、尺寸链及尺寸链计算公式
1、尺寸链的定义
在工件加工和机器装配过程中，由相互联系的尺寸, 按一定顺序排列成的封闭尺寸组，称为尺寸链。
图示工件如先以A 面定位加工C 面，得尺寸A1然后再以A 面定位用调整法加工台阶面B ，得尺寸A2，要求保证B 面与C 面间尺寸A0；A1、A2和A0这三个尺寸构成了一个封闭尺寸组，就成了一个尺寸链。
尺寸链示例
2、工艺尺寸链的组成：
环：工艺尺寸链中的每一个尺寸称为尺寸链的环。工艺尺寸链由一系列的环组成。环又分为：
（1）封闭环（终结环）： 在加工过程中间接获得的尺寸，称为封闭环。在图b 所示尺寸链中，A0是间接得到的尺寸，它就是图b 所示尺寸链的封闭环。
（2）组成环： 在加工过程中直接获得的尺寸，称为组成环。尺寸链中A1与A2都是通过加工直接得到的尺寸，A1、A2都是尺寸链的组成环。
1）增环： 在尺寸链中，自身增大或减小，会使封闭环随之增大或减小的组成环，称为增环。表示增环字母上面用--> 表示。
2）减环： 在尺寸链中，自身增大或减小，会使封闭环反而随之减小或增大的组成环，称为减环。表示减环字母上面用
3）怎样确定增减环： 用箭头方法确定，即凡是箭头方向与封闭环箭头方向相反的组成环为增环，相同的组成环为减环。 在图b 所示尺寸链中，A1是增环，A2是减环。
4）传递系数ξi ： 表示组成环对封闭环影响大小的系数。即组成环在封闭环上引起的变动量对组成环本身变动量之比。对直线尺寸链而言，增环的ξi ＝1，减环的ξi ＝－1。
2. 尺寸链的分类
（1）按尺寸链在空间分布的位置关系，可分为线性尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。
1）线性尺寸链：尺寸链中各环位于同一平面内且彼此平行。
2）平面尺寸链：尺寸链中各环位于同一平面或彼此平行的平面内，各环之间可以不平行。
3）空间尺寸链：尺寸链中各环不在同一平面或彼此平行的平面内。
（2）按尺寸链的应用范围，可分为工艺尺寸链和装配尺寸链。
1）工艺尺寸链：在加工过程中，工件上各相关的工艺尺寸所组成的尺寸链。
2）装配尺寸链：在机器设计和装配过程中，各相关的零部件相互联系的尺寸所组成的尺寸链。
（3）按尺寸链各环的几何特征，可分为长度尺寸链和角度尺寸链。
1）长度尺寸链：尺寸链中各环均为长度量。
2）角度尺寸链：尺寸链中各环均为角度量。
（4）按尺寸链之间相互关系，可分为独立尺寸链和并联尺寸链。
1）独立尺寸链：尺寸链中所有的组成环和封闭环只从属于一个尺寸链。
2）并联尺寸链：两个或两个以上的尺寸链，通过公共环将它们联系起来并联形成的尺寸链。
3. 尺寸链的计算
尺寸链计算有正计算、反计算和中间计算等三种类型。已知组成环求封闭环的计算方式称作正计算；已知封闭环求各组成环称作反计算；已知封闭环及部分组成环，求其余的一个或几个组成环，称为中间计算。
尺寸链计算有极值法与统计法（或概率法）两种。用极值法解尺寸链是从尺寸链各环均处于极值条件来求解封闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的。用统计法解尺寸链则是运用概率论理论来求解封闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的。
4. 极值法解尺寸链的计算公式
机械制造中的尺寸公差通常用基本尺寸(A)、上偏差(ES)、下偏差(EI)表示，还可以用最大极限尺寸(Amax)与最小极限尺寸(Amin)或基本尺寸(A)、中间偏差(Δ) 与公差(T)表示，它们之间的关系参见图。
（1）封闭环基本尺寸Ao 等于所有增环基本尺寸（Ap ）之和减去所有减环基本尺寸（Aq ）之和，即
式中：m —组成环数； k —增环数；
ξi —第i 组成环的尺寸传递系数，对直线尺寸链而言，增环的ξi ＝1，减环的ξi ＝－1。
（2）环的极限尺寸 Amax ＝A ＋ES Amin ＝A －EI
（3）环的极限偏差 ES ＝Amax －A EI ＝A －Amin
（4）封闭环的中间偏差
（6）组成环中间偏差 Δi ＝(ESi＋EIi)/2
（7）封闭环极限尺寸
（8）封闭环极限偏差
5、竖式计算法口诀：封闭环和增环的基本尺寸和上下偏差照抄；减环基本尺寸变号；减环上下偏差对调且变号。
竖式计算法可用来验算极值法解尺寸链的正确与否。
6、统计法（概率法）解直线尺寸链基本计算公式
应用极限法解尺寸链，具有简便、可靠等优点。但是当封闭环公差较小，环数较多时，则各组成环就相应地减小，造成加工困难，成本增加。生产实践表明，封闭环的实际误差比用极值法计算出来的公差小得多。为了扩大组成环公差，以便加工容易，此时可采用统计法（概率法）解尺寸链以确定组成环公差，而不用极限法。
机械制造中的尺寸分布多数为正态分布，但也有非正态分布，非正态分布又有对称分布与不对称分布。统计法解算尺寸链的基本计算公式除可应用极限法解直线尺寸链的有些基本公式外，尚有以下两个基本计算公式：
（1） 封闭环中间偏差
（2）封闭环公差
式中：ei —第i 组成环尺寸分布曲线的不对称系数；
eiTi/2—第i 组成环尺寸分布中心相对于公差带的偏移量；
ko —封闭环的相对分布系数；
ki —第i 组成环的相对分布系数。
（3）统计法（概率法）的近似计算：
统计法（概率法）的近似计算是假定各环分布曲线是对称分布于公差值的全部范围内（即ei=0 ），并取相同的相对分布系统的平均值Km （一般取1.2～1.7）。所以有：
二、几种工艺尺寸链的分析与计算（举例见P147-148）
1、定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
例1：下图工件，如先以A 面定位加工C 面，得尺寸A1；然后再以A 面定位用调整法加工台阶面B ，得尺寸A2，要求保证B 面与C 面间尺寸A0。试求工序尺寸A2。
2、设计基准与测量基准不重合时的尺寸换算
例2：一批如图示轴套零件，在车床上已加工好外圆、内孔及端面，现须在铣床上铣右端缺口，并保证尺寸50-0.06及26 0.2，求采用调整法加工时控制尺寸H 、A 及其偏差并画出尺寸链图。
3. 多次加工工艺尺寸的尺寸链计算
例3：如下图所示轴套零件的轴向尺寸，其外圆、内孔及端面均已加工。试求：①当以A 面定位钻直径为φ10mm 孔时的工序尺寸A1及其偏差（要求画出尺寸链图）；②当以B 面定位钻直径为φ10mm 孔时的工序尺寸B1及其偏差。
4. 保证渗碳、渗氮层深度的工艺尺寸链计算
例4：一批小轴其部分工艺过程为：车外圆至φ20.6mm ，渗碳淬火，磨外圆至φ20mm 。试计算保证淬火层深度为0.7～1.0mm 的渗碳工序的渗入深度。
解：根据题意可画出工序尺寸图(见上左图）：
（1）按工序要求画工艺尺寸链图： (见上右图）。
（2）确定封闭环和组成环：由工艺要求可知，要保证的淬火层深度尺寸为封闭环，即尺寸链中的尺寸A0。其它尺寸均为组成环。用箭头法可确定出A1、A2为增环，A3为减环。
（3）根据工艺尺寸链的基本计算公式进行计算：
因为：A0=A1+A2－A3
所以：A1=A0+A3－A2
（按入体偏差标注）
故：A1=A0+A3－A2=1+10.3－10=1.3
又：ES0=ESp1+ESp2－EIq3
则：ESp1=ES0－ESp2+EIq3=0－0－0.02=－0.02
又：EI0=EIp1+EIp2－ESq3
则：EIp1=EI0－EIp2+ESq3=－0.3+0.01－0.02=－0.04
所以得渗碳工序的渗碳深度为：
5. 平面尺寸链的计算
6. 用工艺尺寸图表追迹法计算工序尺寸和余量
在制定工艺过程或分析现行工艺时，经常会遇到既有基准不重合得工艺尺寸换算，又有工艺基准的多次转换，还有工序余量变化得影响，整个工艺过程中有着较复杂的基准关系和尺寸关系。为了经济合理地完成零件的加工工艺过程，必须制定一套正确而合理的工艺尺寸。在这种情况下，可以应用上述单个尺寸链来逐个解算，也可以用图表追迹法或称公差表法综合求出。
图示一个套类零件有关轴向表面的工艺过程是：
工序1：以大端面A 定位，车小端面D ，保证全长工序尺寸A1±T （A1）/2；车小外圆到B, 保证A2=M。
工序2：以小端面D 定位，精车大端面A ，保证全长工序尺寸为A3±T （A3）/2；镗大孔，保证到C 面的孔深工序尺寸为A4±T （A4)/2。
工序3：以小端面D 定位，磨大端面A ，保证全长尺寸A5＝L 。
（分析：尺寸N 间接保证，为封闭环；A3为减环；A4、A5为增环。）
5.7 时间定额与经济分析
一、时间定额 （见P155）
1、 定义：时间定额指在一定生产条件（生产规模、生产技术和生产组织）下规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额是安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量、人员编制等的重要依据。
2、 时间定额的组成：时间定额由基本时间（Tj ）、辅助时间（Tf) 、布置工作地时间（Tw ）、休息和生理需要时间（Tx ）和准备与终结时间（Tz ）组成。
（1） 基本时间Tj ：直接改变生产对象的尺寸、形状、相对位置以及表面状态等工艺过程所消耗的时间，称为基本时间。 对机加工而言，基本时间就是切去金属所消耗的时间。
（2） 辅助时间Tf ： 各种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间。主要指：装卸工件、开停机床、改变切削用量、测量工件尺寸、进退刀等动作所消 耗的时间。 可查表确定。
（3） 操作时间： 操作时间=基本时间Tj+辅助时间Tf
（4） 服务时间Tw （布置工作地时间）：为正常操作服务所消耗的时间，称为服务时间。主要指：换刀、修整刀具、润滑机床、清理切宵、收拾工具等所消耗的时间。计算方法：一般按操作时间的2%～7%进行计算。
（5） 休息时间Tx ：为恢复体力和满足生理卫生需要所消耗的时间，为休息时间。计算方法：一般按操作时间的2%进行计算。
（6） 准备与终结时间Tz ：为生产一批零件，进行准备和结束工作所消耗的时间，称为准备与终结时间。主要指：熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、拆卸夹具等所消耗的时间。计算方法：根据经验进行估算。
其中：单件时间Td=Tj+Tf+Tw+Tx，
单件工时定额Th=Tj+Tf+Tw+Tx+Tz/n 式中：n 为一批工件的数量。
二、工艺方案的经济分析（见P156-157）
经济分析是研究如何用最少的社会消耗、最低的成本生产出合格的产品，即通过比较各种不同工艺方案的生产成本，选出其中最为经济的加工方案。
1、 生产成本： 是指制造一个零件或产品所必须的一切费用的总和。生产成本包括两部分费用：
1） 工艺成本(第一类费用）：与完成工序直接有关的费用称为第一类费用，也称工艺成本。工艺成本约占零件生产成本的70%～75%。工艺成本可分为：
① 可变费用V （元/件）：与零件年产量直接有关的费用。它随产量的增长而增长。如材料和制造费、生产用电费等。
② 不变费用C （元）：与产品年产量无直接关系的费用。其不随产量的变化而变化，如设备的折旧费。
2） 第二类费用：与完成工序无关而与整个车间的全部生产条件有关的费用，称为第二类费用。如非生产人员开支、厂房折旧及维护费、照明、取暖、通风费、运输费等。
2、 工艺方案的工艺成本比较： 对各种工艺方案进行经济分析时，只要分析工艺成本即可，因为在同一生产条件下第二类费用基本上是相等的。
（1）年度工艺成本S 年: S年=N零V + C年 （元）
式中：N 零为零件的年生产纲领。
年度工艺成本S 年与零件的年生产纲领N 零成线性正比关系。
（2）单件工艺成本S 单： S 单= V + C年/N零 （元/件）
单件工艺成本S 单与零件的年生产纲领N 零成双曲线关系。
3、 分析比较：
当评比的工艺方案投资相近时：如右图所示两种加工方案的年度工艺成本的直线图。 其中，方案Ⅰ采用通用机床加工；
方案Ⅱ采用数控机床加工；
由年度工艺成本S 年： S 年=N零V + C年 分析：
①两种方案的年度不变费用C 年依次递增；
②两种方案的每件可变费用V 依次递减；
③比较选择：
a 、 当N
b 、 当N>Nc时：宜采用方案Ⅱ专用机床；
c 、 当N=Nc时：两种加工方案经济性相同。