加工余量和工序尺寸

1.8　加工余量和工序尺寸

在选择了毛坯、拟订出加工工艺路线之后，就可确定加工余量，计算各工序的工序尺寸。余量大小与加工成本有密切关系，余量过大，不仅浪费材料，而且增加切削工时，增大刀具和机床的磨损，从而增加成本；余量过小，会使前一道工序的缺陷得不到纠正，造成废品，从而也使成本增加。

1.8.1　加工余量的概念

在机械加工过程中，为改变工件的尺寸和形状而切除的金属层厚度称为加工余量。为完成某一道工序所必须切除的金属层厚度，称为工序余量。由毛坯变为成品的过程中，在某加工表面上所切除的金属层总厚度，称为总余量。

对于外圆和内孔等旋转表面，加工余量是从直径上计算的，称为对称余量，实际所切除的金属层厚度是加工余量的一半。平面的加工余量则是单边余量，它等于实际所切除的金属层的厚度。

加工过程中，工序完成后的工件尺寸称为工序尺寸。由于存在加工误差，各工序加工后的尺寸也有一定的公差，称为工序公差。

工序公差确定后，工序公差带的布置都采用“单向、入体”的方法。对被包容面如轴、键宽等，工序的基本尺寸就是最大工序尺寸；对包容面如孔、键槽宽等，工序的基本尺寸就是最小工序尺寸。但毛坯尺寸的制造公差带常取双向布置。

图1.19和图1.20表示加工余量及其和工序间公差的关系。从图中可见不论被包容面还是包容面，其加工总余量均等于各工序余量之和。即

Z₀＝Z_a＋Z_b＋Z_c＋…

1）对于被包容面（图1.19）

图1.19　被包容面加工余量及公差

Z_b＝L_a－L_b＝Z_bmin＋T_a

即　工序余量＝前工序基本尺寸－本工序基本尺寸＝本工序最小余量＋前工序公差

Z_bmax＝L_a－L_bmin＝Z_b＋T_b

即　最大余量＝本工序公称余量＋本工序公差

Z_bmin＝L_amin－L_b＝Z_b－T_a

即　最小余量＝本工序公称余量－前工序公差

Z_bmax－Z_bmin＝T_b＋T_a

即　工序余量公差＝本工序的工序公差＋前工序的工序公差

2）对于包容面（图1.20）

图1.20　包容面加工余量及公差

Z_b＝L_b－L_a

即　工序余量＝本工序基本尺寸－前工序基本尺寸

Z_bmax＝Z_b＋T_b

即　最大余量＝本工序公称余量＋本工序公差

Z_bmin＝Z_b－T_a

即　最小余量＝本工序公称余量－前工序公差

Z_bmax－Z_bmin＝T_b＋T_a

即　工序余量公差＝本工序的工序公差＋前工序的工序公差

1.8.2　影响加工余量的因素

为切除前工序在加工时留下的各种缺陷和误差的金属层，又考虑到本工序可能产生的安装误差而不致使工件报废，必须保证一定数值的最小工序余量。工序余量由下列因素决定：

（1）前工序的工序公差（T_a）；

（2）前工序的表面质量（H_a＋Ra）；

（3）前工序的空间误差（ρ_a）；

（4）本工序的安装误差（ε_b）。

前工序的表面质量包括表面缺陷层Ha和表面粗糙度Ra，由于切削而产生的晶格变形，表面冷凝层等缺陷，直接影响零件的使用性能，都应在本工序切除，见图1.21。

图1.21　表面粗糙度及缺陷层

空间误差包括轴心线的弯曲、偏移、倾斜，以及同轴度、平行度、垂直度、对称度等误差。前工序的空间误差，须在本工序中切除才能纠正。当同时存在两种以上的空间误差时，则总的空间误差等于各空间误差的向量和。

综上所述，工序余量应按下列公式进行计算：

加工外圆和孔时

以上两式是基本的，对于不同的加工方法，其中有的因素无影响，或者可以忽略不计。

例如，在无心外圆磨床上磨外圆时，安装误差可以不计，故计算公式为

2Z_b≥T_a＋2（H_a＋Ra＋ρ_a）

当用浮动铰刀铰孔及用拉刀拉孔时，安装误差可以忽略不计，空间误差对加工余量无影响，故

2Z_b≥T_a＋2（H_a＋Ra）

超精加工及抛光时，主要是使表面粗糙度变细，故

2Z_b≥2Ra

这种计算出来的工序余量是最经济合理的，但需积累比较全面、系统的资料。实际工作中，加工余量是由查表法或凭经验估算确定的，只有在必要时，才对最小工序余量进行验算。

在各种机械加工工艺手册中，根据工厂生产实践和试验研究积累的有关加工余量的资料数据修订成各种表格，在确定工序加工余量时可参考选择。表1.11～表1.16为热轧钢轴类外圆的选用和各种表面机械加工的加工余量。

表1.11　热轧钢轴类外圆的选用　　　mm

注：1.带阶台的轴如最大直径接近于中间部分，应按最大直径选择毛坯的直径，如最大直径接近于端部，毛坯直径可以小些。
2.确定毛坯的直径时，应先考虑本厂中常用的轧制材料的种类（尺寸）。

表1.12　轴粗车外圆后，精车外圆的加工余量　　mm

注：1.单件、小批生产时，本表数值乘上系数1.3，并取1位小数。
2.决定加工余量用的轴的长度计算，可参阅《金属机械加工工艺人员手册》。

表1.13　轴磨削的加工余量　　　mm

注：1.单件、小批生产时，本表的余量值应乘上系数1.2，并取成1位小数。
2.决定加工余量用的轴的长度计算，可参阅《金属机械加工工艺人员手册》。

表1.14　按照孔公差IT7加工的工序间尺寸　　　mm

注：1.在铸铁上加工直径到φ15时，不用扩孔钻扩孔。
2.用磨削作孔的最后加工方法时，精镗后的直径参阅《金属切削加工工艺人员手册》。

表1.15　磨孔的加工余量　　　mm

注：1.当加工在热处理时容易变形的、薄的轴套时，应将表中加工余量乘以1.3。
2.单件、小批生产时，本表数值应乘以1.3，并取成1位小数。

表1.16　平面加工余量　　　mm

注：1.表中数值为每一加工表面的加工余量。
2.当精刨或精铣时，最后一次行程前留的余量应大于等于0.5。
3.热处理的零件磨前的加工余量需将表中数值乘以1.2。

1.8.3　工序尺寸及其公差的确定

零件工序尺寸及其公差的确定方法，是先根据零件的具体要求确定其工艺路线，再分别查表求得各道工序的尺寸及公差。

例1直径为φ30h7，长度为50mm的短轴，材料为45钢，需经表面淬火，其表面粗糙度值为Ra0.8μm，试查表确定其工序尺寸和毛坯尺寸。

解　由表1.8取外圆的工艺路线为粗车→半精车→磨削。

由表1.11查得毛坯直径为φ33mm。

由表1.12查得轴粗车后直径余量为0.9mm，公差等级为IT12～IT13，取IT13。

由表1.13查得轴磨削余量为0.3mm，公差等级为IT11。

故得磨削尺寸为φ30h7，精车工序尺寸φ30.3h11，粗车工序尺寸为φ31.2h13，毛坯直径为φ33mm。

例2　在铸铁箱体上，有一未铸出孔，其直径为φ32H7，表面粗糙度值为Ra1.6μm，试查表确定各工序尺寸。

解　由表1.9取孔的工艺路线为钻→扩→粗铰→精铰。

由表1.14查得第一次钻孔φ15mm，第二次钻孔φ30mm，扩孔φ31.75mm，粗铰φ31.93mm，精铰φ32H7。

例3　有一外径为φ50mm，内孔为φ25H7的套，材料为T7，需淬硬至58HRC，孔的表面粗糙度值为Ra0.8μm，选用的毛坯为热轧圆钢，试确定加工内孔时各工序尺寸。

解　因该零件需淬硬，故内孔的最终加工应取磨削，但毛坯为实心的热轧圆钢，必须先用钻头钻孔，参考表1.9取孔的工艺路线为钻→扩（车）→淬硬→磨。

由表1.14查得钻孔直径为φ23mm。

由表1.15查得淬硬后磨孔的加工余量为0.3mm，故扩孔（或车孔）至φ24.7mm。最后磨孔至φ25H7。