加工余量和工序尺寸及其公差的确定

第五节　加工余量和工序尺寸及其公差的确定

一、加工余量的确定

加工余量的确定是机械加工中很重要的内容，正确地确定加工余量具有很大的经济意义。

加工余量过大，不但浪费材料，而且增大了机械加工的工作量，从而降低劳动生产率，增加产品的成本。在某些情况下，还会影响产品质量的提高。

加工余量太小，会提高毛坯的制造精度要求，使毛坯制造困难，另一方面还会造成表面加工困难，甚至会因毛坯表面缺陷未能完全切除即达到规定的尺寸要求而致使工件报废。

1．加工余量的基本概念

加工余量分工序余量和总余量。主要是确定工序余量。总余量是加工表面各工序余量的总和。

某一表面在一道工序中所切除的材料层厚度，称为该表面的工序余量。工序余量也就是同一表面相邻的前后工序尺寸之差。

按照基本尺寸计算出的工序余量称为（工序）基本余量。如图9－18所示，本工序的基本余量z：

对于外表面：z＝a－b

对于内表面：z＝b－a

图9－18　工序基本余量

式中　a——前工序的基本尺寸，mm；

　　　b——本工序的基本尺寸，mm。

计算工序余量，有外表面和内表面之分。外表面是指确定该表面位置的工序尺寸在加工后减小的表面（相当于外圆表面）；内表面是指确定该表面位置的工序尺寸在加工后增大的表面。（相当于内圆表面）。确定内、外表面与确定该表面位置的工序尺寸的标注方式有关。如图9－19所示，工件的加工表面P在图9－19（a）中为外表面，在图9－19（b）中则为内表面。

工序余量要注意单面余量与双面余量之分。对于回转表面（外圆和内圆），半径上的余量为单面余量，直径上的余量为双面余量。如图9－20所示，外圆和内孔直径方向上的基本余量为2z：

对于轴：2z＝d_a－d_b

对于孔：2z＝D_b－D_a

式中　d_a、D_a——前工序轴、孔的基本尺寸，mm；

　　　d_b、D_b——本工序轴、孔的基本尺寸，mm。

图9－19　外圆表面与内圆表面

图9－20　回转表面的工序基本余量

由于毛坯制造和切削加工都存在加工误差，对于一批工件来说，每个工件在加工时实际切除的工序余量是变化的，与基本余量并不一定吻合，因此加工余量除基本余量外，还有最大余量与最小余量之分。

对于外表面：工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最小极限尺寸之差，即：

z_max＝a_max－b_min

工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最大极限尺寸之差，即：

z_min＝a_min－b_max

对于内表面：工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极限尺寸之差，即：

zmax＝b_max－amin

工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大极限尺寸之差，即：

zmin＝b_min－a_max

零件从毛坯成为成品的整个切削过程中，某表面所切除的材料层总厚度，称为该表面的总余量。总余量也就是零件上同一表面毛坯尺寸与零件尺寸之差。总余量等于该加工表面各工序余量之总和。

2．影响加工余量的因素

为了保证工件加工的表面层质量，工序余量必须保证本工序完成后，不再留有前工序的加工痕迹和缺陷。因此，在确定加工余量时，应考虑以下几个方面的因素：

（1）前工序（或毛坯）表面的加工痕迹和缺陷层　对于毛坯表面，有铸铁的冷硬层、气孔、夹渣，锻件和热处理的氧化皮、脱碳层、表面裂纹等。对于切削后的表面，有表面粗糙度和因切削而产生的塑性变形层（残余应力和冷作硬化层）等。

（2）前工序的尺寸公差　前工序加工后，表面存在尺寸误差和形状误差，这些误差的总和一般不超过前工序的尺寸公差。在成批加工工件时，为了纠正这些误差，确定本工序余量时应计入前工序的尺寸公差。

（3）前工序的相互位置公差　前工序加工后的某些相互位置误差，并不包括在尺寸公差范围内，因此在确定余量时应计入这部分误差。

（4）本工序加工时的安装误差　包括工件的定位误差、夹紧误差和夹具的制造与调整误差或工件的校正误差等。这些误差直接影响工件被加工表面与切削刀具之间的相对位置，使加工余量不均匀，甚至造成余量不够，因此，在确定工序余量时应考虑安装误差的因素。

（5）热处理变形量　工件热处理过程中会产生变形，使工件热处理前获得的尺寸和形状发生变化，因此在确定工序余量时应考虑热处理变形量。

（6）工序的特殊要求　如非淬硬表面在渗碳后需要切除的渗碳层，不允许保留的中心孔需要切除等。

3．确定加工余量的方法

确定加工余量的方法有分析计算法、查表修正法和经验估算法三种。

（1）分析计算法　由于工艺研究不够，缺少可靠的实验数据资料，计算困难，因此目前极少应用。

（2）查表修正法　这种方法是根据工厂生产实践中统计的数据和试验研究积累的关于加工余量的资料数据为基础编制的加工余量标准，考虑不同加工方法和加工条件，在机械加工工艺手册中查找，查得的数据再结合实际加工情况进行修正，最后确定合理的加工余量。这是目前普遍采用的方法。

（3）经验估算法　这种方法是根据经验确定加工余量，为了防止因余量不足而产生废品，所估算的余量往往偏大，因此这种方法常用于单件、小批量生产。

二、工序尺寸及其公差的确定

工序尺寸及其公差的确定与工序余量的大小和工序基准的选择有关。下面只介绍工序基准与设计基准重合时工序尺寸及其公差的确定方法。

1．工序尺寸的确定

当工序基准与设计基准重合时：

（1）被加工表面的最终工序的工序尺寸及公差，在一般情形下可直接按零件图样规定的尺寸和公差确定。

（2）中间各工序的工序尺寸，由零件图样规定的尺寸，根据工序余量的大小采用“由后向前”推算的方法确定，一直推算到毛坯尺寸。具体推算方法如下：

前工序的工序尺寸＝本工序的工序尺寸±本工序的工序余量

式中，“＋”用于外表面，“－”用于内表面。

图9－21所示为加工外表面时各工序的工序尺寸之间的关系。其中，D₁为最终工序尺寸，z₁为最终工序余量，D5为毛坯尺寸，由图可得：

D₂＝D₁＋z₁

D3＝D₂＋z₁＝D1＋z₁＋z₂

D₄＝D₃＋z₃＝D₁＋z₁＋z₂＋z₃

D5＝D₄＋z₄＝D1＋z₁＋z₂＋z₃＋z₄

图9－21　工序尺寸之间的关系

确定工序尺寸时，除注意内、外表面的区别外，还应注意单面余量与双面余量的区分。

2．工序尺寸公差的确定

工序尺寸公差主要根据加工方法、加工精度和经济性确定。

（1）最终工序的公差，当工序基准与设计基准重合时，一般就是零件图样规定的尺寸公差。

（2）毛坯尺寸公差按照毛坯制造方法或根据所选型材的品种规格确定。

（3）中间工序的公差一般按照该工序加工方法的经济加工精度确定（表9－4至表9－6）。

在确定工序尺寸及其公差时，下列情况应特殊处理：

当被加工表面在后继工序中要用做定位基准，而该工序的公差又不能满足定位精度要求时，必须按定位精度要求缩小该工序的工序尺寸公差。

需要渗碳、渗氮的零件表面，渗碳、渗氮前的加工工序及公差，必须与零件图样中规定的渗碳、渗氮层深度允许的变化量相符合。这时，工序尺寸及其公差应按工艺尺寸链计算结果确定。