确定加工余量和工序尺寸的方法

零件在机械加工工艺过程中，各个加工表面本身的尺寸及各个加工表面相互之间的距离尺寸和位置关系，在每一道工序中是不相同的，它们随着工艺过程的进行而不断改变，一直到工艺过程结束，达到图纸上所规定的要求。在工艺过程中，某工序加工应达到的尺寸称为工序尺寸。工序尺寸的正确确定不仅和零件图上的设计尺寸有关系，还与各工序的工序余量有关系。

3.4.2.1　确定加工余量

1.加工余量的概念

加工余量(Machining Allowances)是指在加工过程中，从被加工表面上切除的金属层厚度。加工余量分工序余量和加工总余量(毛坯余量)两种。相邻两工序的工序尺寸之差称为工序余量。毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为加工总余量(毛坯余量)，其值等于各工序的工序余量总和。

由于加工表面的形状不同，加工余量又可分为单边余量和双边余量两种。如平面加工，加工余量为单边余量，即实际切除的金属层厚度等于加工余量。又如轴和孔的回转面加工，加工余量为双边余量，实际切除的金属层厚度为加工余量的一半。

为了便于加工和计算，工序尺寸一般按“入体原则”标注极限偏差。对于外表面的工序尺寸取上偏差为零，而对于内表面的工序尺寸取下偏差为零。

2.影响加工余量的因素

影响加工余量的因素(参见图3-5)包括:

(1)上工序留下的微观不平度和缺陷层深度。

(2)上工序的尺寸公差。

(3)待加工表面与本工序定位基准之间的位置和尺寸误差。对于某些内孔和平面加工，这一部分是影响工序余量大小的主要因素。当以加工表面本身为定位基准(如用浮动镗刀镗孔)时，这一位置和尺寸误差不应计入余量因素中。

图3-5　影响加工余量的因素

(4)热处理所产生的变形。

(5)本工序已加工表面对定位基准的位置和尺寸误差。以加工表面本身为定位基准时，则不需考虑这项误差。

3.确定加工余量的方法

加工余量的大小，对零件的加工质量和生产率以及经济性均有较大的影响。余量过大将增加金属材料、动力、刀具和劳动量的消耗，并使切削力、切削热增大而引起工件的变形较大。反之，余量过小则因切削厚度不足或打滑不能保证零件的加工质量。确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下尽量减少加工余量。目前，工厂中确定加工余量的方法一般有下列三种。

(1)查表法。

确定总余量和工序余量时，可分别查阅有关切削手册或工艺手册，并结合工厂的实际情况进行适当修改后确定。以工序余量为例，如实际加工时的上工序所用加工方法不同于手册中所标明的加工方法，且其公差值大得较多时，应将其数值增加到查得的余量值中;特别是待加工表面与本工序定位基准之间的位置误差大于手册包含的相应误差时，应作相应修正。目前，国内广泛采用查表法。

(2)经验估计法。

根据实际经验确定加工余量，这与设计者经验有关。一般情况，为防止因余量过小而产生废品，经验估计的数值往往是偏大。经验估计法常用于单件小批生产。

(3)分析计算法。(www.xing528.com)

根据有关的加工余量计算公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各项因素进行分析，并计算确定加工余量。这种方法比较合理，但必须有比较全面和可靠的试验资料。

加工余量的基本公式为

式中:Zb——基本余量;

Ta——上工序的尺寸公差;

Ra——表面粗糙度;

Da——缺陷层深度;

ρa——不由尺寸公差控制的形位误差;

εb——装夹误差。

在确定加工余量时，要分别确定加工总余量(毛坯余量)和工序余量。加工总余量的大小与所选择的毛坯制造精度有关。用查表法确定余量时，粗加工工序余量不能用查表法得到，而应由总余量减去后续半精加工和精加工余量之和而求得。

3.4.2.2　确定工序尺寸及其公差

工件上的设计尺寸及其公差是经过各加工工序后得到的。每道工序的工序尺寸都不相同，它们是逐步向设计尺寸接近的。为了最终保证工件的设计要求，需要规定各工序的工序尺寸及其公差。

工序余量确定之后，即可计算工序尺寸及其公差。工序尺寸公差的确定，则要依据定位基准与设计基准是否重合，采取不同的计算方法。

(1)基准重合时，工序尺寸及其公差的计算。

这是指工序基准或定位基准与设计基准重合，表面多次加工时，工序尺寸及其公差的计算。工件上外圆和孔的多工序加工都属于这种情况。此时，工序尺寸计算顺序是:先确定各工序余量的基本尺寸，再由后往前，逐个工序推算，即由工件上的设计尺寸开始，由最后一道工序开始向前工序推算，直到毛坯尺寸。工序尺寸的公差则都按各工序的经济精度确定，并按“入体原则”确定上、下偏差。

【例】加工某一钢件上的孔，设计尺寸为φ72mm，表面粗糙度Ra为0.4μm。现经过粗镗、半精镗、精镗、粗磨和精磨五道工序，试计算各工序尺寸和公差。

查表确定各工序的余量(双边余量)及总余量，计算各工序的基本尺寸，各工序的尺寸公差按加工方法的经济精度确定，并按入体原则标注工序尺寸，见表3-5:

表3-5　工序尺寸计算

(2)基准不重合时，工序尺寸及其公差的计算。

轴类、套筒等零件的轴向表面在加工时有基准转换的较复杂情况，需先规定一个最小余量值，并将余量作为封闭环，用解工艺尺寸链方法求算出各轴向表面的工序余量和工序尺寸(详见3.5.4小节工艺尺寸链的应用和解算方法)。