第五节 机械加工工艺规程设计
一、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
设计工艺规程时，首先应分析零件图和
该零件所在部件或总成的装配图，了解该零
件在部件或总成中的位置和功用以及部件或
总成对该零件提出的技术要求，分析其主要
技术关键和应相应采取的工艺措施，形成工
艺规程设计的总体构思。
2．对零件图和装配图进行工艺审查
审查图样上的视图、尺寸公差和技术要
求是否正确。统一、完整，对零件设计的结
构工艺性进行评价，如发现有不合理之处应
及时提出，并同有关设计人员商讨图样修改
方案，报主管领导审批。
3．由产品的年生产纲领研究确定零件
生产类型。
4．确定毛坯
提高毛坯制造质量，可以减少机械加工
劳动量，降低机械加工成本，但同时可能会
增加毛坯的制造成本，要根据零件生产类型
和毛坯制造的生产条件综合考虑。
5．拟订工艺路线
其主要内容包括,选择定位基准，确定
各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序
集中和分散程度，确定工序顺序等。
在拟定工艺路线时，需同时提出几种可
能的加工方案，然后通过技术、经济的对比
分析,最后确定一种最为合理的工艺方案。
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），对需要改
装或重新设计的专用工艺装备要提出设计任务
书。
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。
二、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。
（一）选择定位基准
粗基准,用毛坯上未经加工的表面作定位
基准，这种定位基准称为粗基准 。
精基准,用加工过的表面作定位基准，这
种定位基准称为精基准 。
在选择定位基准时一般都是先根据零件
的加工要求选择精基准，然后再考虑用那一
组表面作粗基准才能把精基准加工出来。
1．精基准的选择原则
选择精基准一般应遵循以下几项原则：
（ 1）基准重合原则 应尽可能选择所加
工表面的工序基准为精基准，这样可以避免
由于基准不重合引起的定位误差。
（ 2）统一基准原则 应尽可能选择用同
一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以
保证所加工的各个表面之间具有正确的相对
位置关系。
（ 3）互为基准原则 当工件上两个加工
表面之间的位置精度要求比较高时，可以采
用两个加工表面互为基准的方法进行加工。
（ 4）自为基准原则 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
面自身为精基准进行加工。 图
上述四项选择精基准的原则，有时不可
能同时满足，应根据实际条件决定取舍。
2．粗基准的选择原则
工件加工的第一道工序所用基准都是粗
基准,粗基准选择得正确与否，不但与第一道
工序的加工有关，而且还将对该工件加工的
全过程产生重大影响。选择粗基准，一般应
遵循以下几项原则：
（ 1）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
被加工零
件上如有不加
工表面应选不
加工面作粗基
准，这样可以
保证不加工表
面相对于加工
表面具有一定
的相对位置关
系。 图 5-2 零件加工实例
不加工表面
加工余量
6.4
其余
图 5-3 拨叉加工实例
（ 2）合理分配加工余量的原则 从保证重
要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作
粗基准，床身加工就是一个很好的实例。
图 5-4 床身加工粗基准选择
在床身零件中，导轨面是最重要的表面，
它不仅精度要求高,而且要求导轨面具有均匀的
金相组织和较高的耐磨性。由于在铸造床身时,
导轨面是倒扣在砂箱的最底部浇铸成型的，导
轨面材料质地致密，砂眼、气孔相对较少，因
此要求在加工床身时，导轨面的实际切除量要
尽可能地小而均匀；故应选导轨面作粗基准加
工床身底面，然后再以加工过的床身底面作精
基准加工导轨面，这样做可以保证从导轨面上
切除的加工余量少而均匀。
（ 3） 便于装夹的原则 为使工件定位稳
定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能
平也光洁,不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切
痕或其他缺陷,并有足够的支承面积。
（ 4）粗基准一般不得重复使用的原则
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
工的两组表面之间的位置误差会相当大，所
以，粗基准一般不得重复使用。
上述四项选择粗基准的原则，有时不能
同时兼顾，只能根据主次决择。
（二）表面加工方法的选择
机器零件的结构形状虽然多种多样，但它
们都是由一些最基本的几何表面（外圆、孔、
平面等）组成的，机器零件的加工过程实际就
是获得这些几何表面的过程。同一种表面可以
选用各种不同的加工方法加工，但每种加工方
法的加工质量、加工时间和所花费的费用却是
各不相同的。工程技术人员的任务，就是要根
据具体加工条件（生产类型、设备状况、工人
的技术水平等）选用最适当的加工方法，加工
出合乎图样要求的机器零件。
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样要求的，
对于精密零件的主要表面，往往要通过多次
加工才能逐步达到加工质量要求。
在选择加工方法时，一般总是首先根据
零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，
先选定该表面终加工工序加工方法，然后再
逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。
主要表面的加工方案和加工方法选定之后,再
选定次要表面的加工方案和加工方法。
（三）加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时，一般都要
经过粗加工。半精加工和精加工等三个阶段；
如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度
要求特别小时，还要经过精整和光整加工阶段。
各个加工阶段的主要任务是：
1．粗加工阶段
高效地切除加工表面上的大部分余量，使
毛坯在形状和尺寸上接近成品零件。
2．半精加工阶段
切除粗加工后留下的误差，使被加工工
件达到一定精度，为精加工作准备，并完成
一些次要表面的加工，例如，钻孔、攻螺纹、
铣键槽等。
3．精加工阶段
保证各主要表面达到零件图规定的加工
质量要求。
4．精整和光整加工阶段
对于精度要求很高（ IT5以上）、表面
粗糙度值要求很小（ Ra＜ 0,2）的表面，
尚需安排精整和光整加工阶段，其主要任
务是减小表面粗糙度和进一步提高尺寸精
度和形状精度，但一般没有提高表面间位
置精度的作用。
将零件的加工过程划分为几个加工阶段
的主要目的是：
（ 1）保证零件加工质量 粗加工阶段要
切除加工表面上的大部分余量，切削力和切
削热量都比较大，装夹工件所需夹紧力亦较
大，被加工工件会产生较大的受力变形和受
热变形；此外，粗加工阶段从工件上切除大
部分余量后，残存在工件中的内应力要重新
分布，也会使工件产生变形。
如果加工过程不划分阶段，把各个表面的
粗、精加工工序混在一起交错进行，那么安排
在工艺过程前期通过精加工工序获得的加工精
度势必会被后续的粗加工工序所破坏，这是不
合理的。加工过程划分为几个阶段以后，粗加
工阶段产生的加工误差，可以通过半精加工和
精加工阶段逐步予以修正，这样安排，零件的
加工质量容易得到保证。
（ 2）有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时
处理 粗加工各表面后，由于切除了各加工表
面的大部分加工余量，可及早发现毛坯的缺陷
（气孔、砂眼、裂纹和加工余量不够），以便
及时报废或修补，不会浪费后续精加工工序的
制造费用。
（ 3）有利于合理利用机床设备 粗加工工
序需选用功率大、精度不高的机床加工，精加
工工序则应选用高精度机床加工。在高精度机
床上安排做粗加工工作，机床精度会迅速下降,
将某一表面的粗、精加工工作安排在同一机床
上加工是不合理的。
应当指出，将工艺过程划分为几个阶段
进行是对整个加工过程而言的，不能拘泥于
某一表面的加工，例如，工件的定位基准,
在半精加工阶段（有时甚至在粗加工阶段）
中就需要加工得很精确；而在精加工阶段中
安排某些钻、攻螺纹孔之类的粗加工工序也
是常见的。
当然，划分加工阶段并不是绝对的。在高
刚度高精度机床设备上加工刚性好、加工精度
要求不特别高或加工余量不太大的工件就可以
不必划分加工阶段。有些精度要求不太高的重
型零件，由于运送工件和装夹工件费时费工，
一般也不划分加工阶段，而是在一个工序中完
成全部粗加工和精加工工作。在上述加工中，
为减少夹紧变形对工件加工精度的影响，一般
都在粗加工后松开夹紧装置，然后用较小的夹
紧力重新夹紧工件，继续进行精加工，这对提
高工件加工精度有利,
（四）工序的集中与分散
确定加工方法之后，就要按零件加工
的生产类型和工厂（车间）具体条件确定工
艺过程的工序数。确定零件加工过程工序数
有两种退然不同的原则，一种是工序集中原
则，另一种是工序分散原则。
按工序集中原则组织工艺过程，就是使
每个工序所包括的加工内容尽量多些，组成
一个集中工序；最大限度的工序集中，就是
在一个工序内完成工件所有表面的加工。按
工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工
序所包括的加工内容尽量少些；最大限度的
工序分散就是使每个工序只包括一个简单工
步。
按工序集中原则组织工艺过程的特点是：
1）有利于采用自动化程度较高的高效率
机床和工艺装备，生产效率高。
2）工序数少，设备数少，可相应减少操
作工人数和生产面积。
3）工件的装夹次数少，不但可缩短辅助
时间,而旦由于在一次装夹中加工了许多表面,
有利于保证各加工表面之间的相互位置精度要
求。
按工序分散原则组织工艺过程的特点
是：
l）所用机床和工艺装备简单，易于调
整。
2）对操作工人的技术水平要求不高。
3）工序数多，设备数多，操作工人多,
占用生产面积大。
按工序集中原则和工序分散原则组织工艺
过程各有特点，生产上都有应用。传统的以专
用机床、组合机床为主体组建的流水生产线、
自动生产线基本是按工序分散原则组织工艺过
程的，这种组织方式可以实现高生产率生产，
但对产品改型的适应性较差，转产比较困难。
采用数控机床和加工中心加工零件都按工序集
中原则组织工艺过程，虽然设备的一次性投资
较高，但由于可重组生产的能力较强，生产适
应性好，转产相对容易,仍然受到愈来愈多的
重视。
（五）工序先后顺序的安排
1．机械加工工序的安排
机械加工工序先后顺序的安排，一般应
遵循以下几个原则：
l）先加工定位基面，再加工其他表面。
2）先加工主要表面，后加工次要表面。
3）先安排粗加工工序，后安排精加工工
序。
4）先加工平面，后加工孔。
2．热处理工序及表面处理工序的安排
为改善工件材料切削性能安排的热处理工
序,例如退火、正火、调质等，应在切削加工之
前进行。
为消除工件内应力安排的热处理工序，例
如人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段
之后进行；为了减少机械加工车间与热处理车
间之间的运输工作量，对于加工精度要求不高
的工件也可安排在粗加工之前进行。
对于机床床身、立柱等结构较为复杂的铸
件，在粗加工前后均须安排时效处理工序（人
工时效或自然时效），使材料组织稳定，日后
不再有较大的变形产生。
人工时效,就是将铸件以 50－ 100℃ /小时
的速度加热到 500－ 550℃,保温 3－ 5h,然后
以 20－ 50℃ /h的速度随炉冷却 。
自然时效,就是将铸件在露天放置几个月
到几年时间，让铸件在自然界经受日晒雨淋的
“锤炼”，使材料组织内部应力松弛并逐渐趋
于稳定 。
为改善工件材料力学性能的热处理工序，
例如淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加
工和精加工之间进行，这是因为淬火处理后尤
其是渗碳淬火后工件会有较大的变形产生，为
修正渗碳、淬火处理产生的变形，热处理后需
要安排精加工工序。在淬火处理进行之前，需
将铣槽、钻孔、攻螺纹、去毛刺等次要表面的
加工进行完毕。
当工件需要作渗碳淬火处理时，由于渗
碳过程工件会有较大的变形产生，常将渗碳
过程放在次要表面加工之前进行，这样可以
减少次要表面与淬硬表面间的位置误差。
为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的
热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处
理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都
安排在工艺过程最后阶段进行。
3．其他工序的安排
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：
l）粗加工全部结束之后；
2）送往外车间加工的前后；
3）工时较长工序和重要工序的前后；
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。
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。
零件在进人装配之前，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。
在用磁力夹紧的工序之后，要安排去磁
工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。
（六）机床设备与工艺装备的选择
正确选择机床设备是一件很重要的工
作，它不但直接影响工件的加工质量，而且
还影响工件的加工效率和制造成本。所选机
床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适
应，机床精度等级应与本工序加工要求相适
应，电动机功率应与本工序加工所需功率相
适应，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。
选用机床设备应立足于国内，必须进口
的机床设备，须经充分论证，严格履行审批
手续。
如果工件尺寸太大（或太小）或工件的
加工精度要求过高，没有现成的机床设备可
供选择时，可以考虑采用自制专用机床。可
根据工序加工要求提出专用机床的设计任务
书。
机床设计任务书应附有与该工序加工有
关的一切必要的数据资料，包括工序尺寸、
公差及技术条件，工件的装夹方式，该工序
加工所用切削用量、工时定额、切削力、切
削功率以及机床的总体布置形式等。
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。
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）；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。使用数控机床加
工，机时费用高，为充分发挥数控机床的作
用，宜选用机械夹固不重磨刀具和耐磨性特
别好的刀具。
例如，硬质合金涂层刀具、立方氮化硼刀
具和人造金刚石刀具等,以减少更换刀具和
预调刀具的时间。数控加工所用刀具寿命至少
应保证能将一个工件加工完。
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，应使其具有更大的柔性。
图 5-8为 CA6140型车床主轴箱体简图。
表 5－ 4列出了大批大量生产 CA6140型车
床主轴箱箱体的机械加工工艺路线。
图
表
在中小批生产条件下加工主轴箱箱体,可
以考虑根据工序集中原则组织工艺过程，采
用加工中心加工箱体。它的特点是：一次装
夹就能完成箱体许多表面的加工；加工表面
间具有很高的位置精度；转换生产对象非常
方便，生产适应性好。
三、加工余量
（一）概述
用去除材料方法制造机器零件时，一
般都要从毛坯上切除一层层材料之后最后
才能制得符合图样规定要求的零件。
加工余量,毛坯上留作加工用的材料
层，称为加工余量。
加工
余量
总余量
工序余量 单边余量：如图 a）双边余量：如图 b）,c）
对于非对称表面，其加工余量用单边余
量 表示。对于外圆与内圆这样的对称表
面，其加工余量用双边余量 2 表示。
由于工序尺寸有偏差，各工序实际切除
的余量值是变化的，故工序余量有公称余量
（简称余量）、最大余量和最小余量之分。
bZ
bZ
图
图
工序尺寸偏差一般按“入体原则”标注。
对被包容尺寸（例如轴径）,L偏差为 0，其
最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（例如孔
径、槽宽）,下偏差为 0，其最小尺寸就是基本
尺寸。
正确规定加工余量的数值是十分重要的，
加工余量规定得过大，不仅浪费材料而巨耗费
机时、刀具和电力；但加工余量也不能规定得
过小，如果加工余量留得过小，则本工序加工
就不能完全切除上工序留在加工表面上的缺陷
层，因而也就没有达到设置这道工序的目的。
（二）影响加工余量的因素
为了合理确定加工余量，必须深入了解
影响加工余量的各项因素。影响加工余量的
因素有以下四个方面：
1．上工序留下的表面粗糙度值 （表
面轮廓的最大高度）和表面缺陷层深度
本工序必须把上工序留下的表面粗糙
度和表面缺陷层全部切去，如果连上一道
工序残留在加工表面上的表面粗糙度和表
面缺陷层都清除不干净，那就失去了设置
本工序的本意了。由此可知,本工序加工余
量必须包括 和 这两项因素。
zR aH
aH
ZR
2．上工序的尺寸公差
由于上工序加工表面存在尺寸误差，
为了使本工序能全部切除上工序留下的表
面粗糙度 和表面缺陷层,本工序加工
余量必须包括 项。
zR
aT
aH
aT
3,值没有包括的上工序留下的空间位
置误差
工件上有一些形状误差和位置误差是没
有包括在加工表面的工序尺寸公差范围之内
的。在确定加工余量时，必须考虑它们的影
响，否则本工序加工将无法全部切除上工序
留在加工表面上的表面粗糙度和缺陷层。
ae
aT
图
4．本工序的装夹误差
如果本工序存在装夹误差 （包括定位
误差、夹紧误差），则在确定本工序加工余量
时还应考虑 的影响。
为保证本工序能切除上工序留在加工表
面上的表面粗糙度缺陷层，本工序应设置的工
序余量值 。
对于单边余量：
对于双边余量：
b?
bZ
baazab eHRTZ ??????
b?
b?
baazab eHRTZ ?????? 2)(22
（三）加工余量的确定
确定加工余量有计算法、查表法和经
验估计法等三种方法，分述如下：
1．计算法
在掌握上述各影响因素具体数据的条
件下，用计算法确定加工余量是比较科学
的；可惜的是,目前所积累的统计资料尚不
多，计算有困难，此法目前应用较少。
2．经验估计法
加工余量由一些有经验的工程技术人员
和工人根据经验确定。由于主观上有怕出废
品的思想，故所估加工余量一般都偏大，此
法只用于单件小批生产。
3．查表法
此法以工厂生产实践和实验研究积累的
数据为基础制定的各种表格为依据，再结合
实际加工情况加以修正。用查表法确定加工
余量，方法简便，比较接近实际，生产上广
泛应用。
四、工序尺寸及其公差的确定
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
工艺规程中予以确定。工序尺寸及其公差
一般都是通过解算工艺尺寸链确定的。
（一）尺寸链及尺寸链计算公式
1．尺寸链的定义
尺寸链,在工件加工和机器装配过程中，
由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组，称为
尺寸链。
环,组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺
寸链的环。
封闭环,尺寸链中凡属间接得到的尺寸
称为封闭环,在图 5－ 14b所示尺寸链中，
是间接得到的尺寸，它就是图 5－ 14b所示尺
寸链的封闭环。
0A
组成环,尺寸链中凡属通过加工直接得到
的尺寸称为组成环,图 5－ 14b所示尺寸链中
与 都是通过加工直接得到的尺寸,、
都是图 5－ 14b所示尺寸链的组成环。组成环
按其对封闭环的影响又可分为增环和减环。
增环,当其他组成环的大小不变，若封闭
环随着某组成环的增大而增大，则此组成环就
称为增环；
1A
2A 1A 2A
减环,若封闭环随着某组成环的增大而
减小，则此组成环就称为减环 ；在图 5－ 14b
所示尺寸链中,是增环,是减环。
尺寸链图的画法：
1）首先根据工艺过程，找出间接保证的
尺寸,作为封闭环；
2）从封闭环两端出发，按照工件表面间
的尺寸联系，一次画出直接获得的尺寸,
，形成一封闭图形。
1A 2A
0A
1A
2A
尺
寸
链
直线尺寸链：由彼此平行的直线尺寸
组成
平面尺寸链：由位于一个或几个平行
平面内但相互不都平行
的尺寸组成
空间尺寸链：由位于几个不平行平面
内的尺寸组成
2．尺寸链的分类
图
由于最常见的是直线尺寸链，而且平面
尺寸链和空间尺寸链都可以通过坐标投影方
法转换为直线尺寸链求解。
3．尺寸链计算
尺寸链
计算
① 正计算
② 反计算
③ 中间计算
① 正计算,已知组成环尺寸、公差求
封闭环尺寸、公差的计算方式
②反计算,已知封闭环尺寸、公差反
求各组成环尺寸、公差
③中间计算,已知封闭环及部分组成
环的尺寸、公差，求其余的一个或几个组
成环尺寸、公差
尺寸
链计
算
ⅰ 用极值法解尺寸链,是按尺寸链
各环均处于极值条件来分析计算封
闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的
ⅱ 用统计法解尺寸链,是运用概率
论理论来分析计算封闭环尺寸与组
成环尺寸之间关系的
4．用极值法解算直线尺寸链基本计算
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，可以用最大极限尺寸（ ）与最小极
限尺寸（ ）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 5－ 16。用极值法解算尺寸链的计算
公式主要有：
m inA
maxA
图
分析上式可知，封闭环基本尺寸 等于所
有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和。
式中 m—— 组成环数；
—— 第 i组成环的尺寸传递系数，对直线
尺寸链而言，增环的尺寸传递系数为 1，减环的
尺寸传递系数为－ 1。据此，上式可改写为
（ 1）封闭环基本尺寸
i?
??
???
??
m
kq
q
k
p
p AAA
11
0
?
?
?
m
i
ii AA
1
0 ?
0A
0A
ESAA ??m a x
EIAA ??m in
（ 3）环的极限偏差
ES=Δ＋ T／ 2
EI=Δ－ T／ 2
（ 4）环的中间偏差
Δ=（ ES＋ EI）／ 2
（ 2）环的极限尺寸
??
??
??
m
i
ii
m
i
i TTT
11
0 ?
?
?
???
m
i
ii
1
0 ?
式中 — 第 i组成环的中间偏差。
i?
（ 5）封闭环中间偏差
（ 6）封闭环公差
（ 8） 封闭环极限偏差
??
??
???
???
??
??
m
kq
q
k
p
p
m
kq
q
k
p
p
ESEIEI
EIESES
11
0
11
0
? ?
? ??
??
k
p
m
kq
qAAA p
1 1
m inm a x0 m a x
（ 7）封闭环极限尺寸
??
???
??
m
kq
q
k
p
p AAA
1
m a x
1
m inm in0
5．用统计法解算直线尺寸链基本计算
公式
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之分。
用统计法解算尺寸链的基本计算公式
除可应用极值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：
? ??
?
????
m
i
iiii Te
1
0 2/?
l）封闭环中间偏差
2）封闭环公差
?
?
?
m
i
iii TkkT
1
222
0
0
1 ?
（二）工艺尺寸及其公差的计算实例
1．定位基准与设计基准不重合时工序尺
寸公差的计算
例 5,1 加工图 a）所示工件，设 1面已
加工好，现以 1面定位加工 3面和 2面，其工序
简图如图 b）所示，试求工序尺寸 与 。
2A
1A
2A1A
0A
?c?a ?b
2．一次加工满足多个设计尺寸要求时工
序尺寸及其公差的计算
例 5－ 2 一带有键槽的内孔要淬火及磨
削，其设计尺寸如图 5－ 18a所示，内孔及键槽
的加工顺序是：
1）镗内孔至中 mm；
2）插键槽至尺寸 A；
3）淬火；
4）磨内孔，同时保证内孔直径
mm和键槽深度 mm两个设计尺寸的要
求。
1.006.39 ??
05.0
040
??
34.0
06.43
?
图
要求确定工序尺寸 A及其公差（假定淬
火后内孔没有胀缩）。
3．用综合图表跟踪法计算工序尺寸及
其公差
当零件在同一方向上加工的尺寸较多，
并需多次转换定位基准时，工序尺寸公差的
计算容易出错，应用综合图表跟踪方法将加
工过程中的尺寸关系直观地列在一张图表上,
可以帮助工程技术人员查找建立尺寸链。
例 5－ 3 加工图
5-19所示套筒零
件，其轴向有关
表面的加工工序
安排为：
1）轴向以 A面定位，粗车 D面，然后以 D
面为测量基准粗车 B面，保证工序尺寸 和
。
2）轴向以 D面定位，粗车 A面，保证工序
尺寸,然后以 A面作测量基准镗 C面，保证
工序尺寸 ；
3）轴向以 D面定位磨 A面，保证工序尺
寸 。
要求确定工序尺寸,,, 和
及其公差。
4A
5A
1A 3A 4A
5A
3A
2A
1A
2A
五、工艺过程的生产率
（一）时间定额
时间定额,是指在一定生产条件下规定
生产一件产品或完成一道工序所消耗的时
间 。
时间定额是安排作业计划、进行成本核
算的重要依据,也是设计或扩建工厂（或车
间）时计算设备和工人数量的依据。
时间定额规定得过紧会影响生产工人的
劳动积极性和创造性，并容易诱发忽视产品
质量的倾向；时间定额规定得过松就起不到
指导生产和促进生产发展的积极作用。合理
制订时间定额对保证产品加工质量、提高劳
动生产率、降低生产成本具有重要意义。
时间定额由以下几个部分组成：
1．基本时间
基本时间,直接改变生产对象的尺寸、
形状、性能和相对位置关系所消耗的时间称
为基本时间 。对切削加工、磨削加工而言，
基本时间就是去除加工余量所花费的时间。
2．辅助时间
辅助时间,为实现基本工艺工作所作各
种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间 ；
例如，装卸工件、开停机床、改变切削用量、
测量加工尺寸、引进或退回刀具等动作所花
费的时间。
确定辅助时间的方法与零件生产类型有
关。在大批大量生产中，为使辅助时间规定
得合理，须将辅助动作进行分解，然后通过
实测或查表求得各分解动作时间，再累积相
加；在中小批生产中，一般用基本时间的百
分比进行估算。基本时间与辅助时间的总和
称为作业时间。
3．布置工作地时间
布置工作地时间,为使加工正常进行，
工人为照管工作地（例如更换刀具、润滑机
床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间，
称为布置工作地时间，又称工作地服务时间 。
一般按作业时间的 2％－ 7％估算。
4．休息和生理需要时间
休息和生理需要时间,工人在工作班内为
恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，称为
休息和生理需要时间 ；一般按作业时间的 2％
估算。
单件时间是以上四部分时间的总和。
5．准备与终结时间
（二）提高生产率的工艺途径
劳动生产率,是以工人在单位时间内所
生产的合格产品的数量来评定的 。
不断提高劳动生产率是降低成本、增加
积累和扩大社会再生产的根本途径。提高劳
动生产率是一个与产品设计、制造工艺、组
织管理等都有关的综合性任务，此处仅就提
高生产率的工艺途径作一简要说明。
1．缩减基本时间的工艺途径
由基本时间的计算公式可知，提高切削用
量、缩减工作行程都可减少基本时间，现分述
如下,
（ 1）提高切削用量 增大切削速度、进
给量和背吃刀量都可缩减基本时间。但切削用
量的提高受到刀具寿命和机床条件（动力、刚
度、强度）的限制。
（ 2）缩减工作行程长度 采用多刀加工
可成倍缩减工作行程长度。
（ 3）多件加工 多件加工有平行加工、
顺序加工和平行顺序加工三种不同方式。
2．缩减辅助时间的工艺途径
辅助时间在单件时间中占有较大比重，采
取措施缩减辅助时间是提高生产率的重要途
径；尤其是在大幅度提高切削用量之后，基本
时间显著减少，辅助时间所占比重相对较大的
情况下，更显得重要。
缩减辅助时间有两种不同途径：
（ 1）直接缩减辅助时间 采用先进高效
夹具和各种上下料装置，可缩短装卸工件的时
间。
（ 2）将辅助时间与基本时间重合 采用
交换夹具或交换托盘交替进行工作，使装卸工
件的辅助时间与基本时间重合。
3．缩减布置工作地时间的工艺途径
在布置工作地时间中，大部分消耗在更换
刀具（包括小调整刀具）的工作上。缩减布置
工作地时间的主要途径是减少换刀次数和缩短
换刀时间。减少换刀次数就意味着要提高刀具
或砂轮的寿命；而缩短换刀时间，则主要是通
过改进刀具的安装方法和采用先进的对刀装置
来实现，如采用各种快换刀夹、刀具微调装置、
专用对刀样板和自动换刀装置等，以减少装卸
刀具和对刀所花费的时间。
4．缩减准备终结时间的工艺途径
缩减准备终结时间的主要途径是减少调
整机床、刀具和夹具的时间，缩短数控编程时
间和试调时间，具体措施如下：
1）运用成组工艺原理，把结构形状、技
术要求和工艺过程相类似的零件划归为一组，
然后按组制订工艺规程，并为之设计或选用一
套为该组零件共用的工艺装备，更换同组零件
时，可不更换工艺装备，只需经少量调整即可
投人生产。
2）采用可换刀架或刀夹。在机外按加工
要求将刀具预先调整好，更换加工对象时，只
需将事先调整好的刀架或刀夹装到机床上去便
可进行加工。
3）采用刀具微调和快调机构。在多刀加
工中调整刀具特别费时，若在刀夹尾部装上微
调机构（如差动螺丝等）就可显著减少调整时
间。
4）采用数控加工过程拟实技术，在更换
加工对象前在机外采用仿真模拟办法,考证数
控加工编程的正确性，如发现有干涉碰撞或加
工尺寸不符合要求的情况，在机外进行修改，
直至完全合格为止。
六、工艺方案的经济分析
制订零件机械加工工艺规程时，在同样能
满足被加工零件技术要求和同样能满足产品交
货期的条件下，经技术分析一般都可以拟订出
几种不同的工艺方案，有些工艺方案的生产准
备周期短,生产效率高，产品上市快，但设备
投资较大；另外一些工艺方案的设备投资较少，
但生产效率偏低；不同的工艺方案有不同的经
济效果。为了选取在给定生产条件下最为经济
合理的工艺方案，必须对各种不同的工艺方案
进行经济分析。
经济分析,就是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 。
生产成本包括两部分费用，一部分费用与
工艺过程直接有关，另一部分费用与工艺过程
不直接有关（例如行政人员工资、厂房折旧
费、照明费、采暖费等）。 与工艺过程直接有
关的费用称为工艺成本,工艺成本约占零件生
产成本的 70％－ 75％。
对工艺方案进行经济分析时，只要分析与
工艺过程直接有关的工艺成本即可，因为在同
一生产条件下与工艺过程不直接有关的费用两
相比方案基本上是相同的。
（一）工艺成本的组成及计算
工艺成本由可变费用与不变费用两部分组
成。 可变费用与零件的年产量有关，它包括材
料费（或毛坯费）、工人工资、通用机床和通
用工艺装备维护折旧费。不变费用与零件年产
量无关，它包括专用机床、专用工艺装备的维
护折旧费以及与之有关的调整费等；因为专用
机床、专用工艺装备是专为加工某一工件所用，
它不能用来加工其他工件；而专用设备的折旧
年限却是一定的,因此专用机床、专用工艺装备
的费用与零件的年产量无关。
（二）工艺方案的经济评比
对几种不同工艺方案进行经济评比时，有
以下两种不同情况：
1．当需评比的工艺方案均采用现有设备
或其基本投资相近时，可用工艺成本评比其优
劣
1）两加工方案中少数工序不同，多数工
序相同时，可通过计算少数不同工序的单件成
本进行评比；
2）两加工方案中，多数工序不同，少数
工序相同时，则以该零件加工全年工艺成本进
行比较。
2．两种工艺方案的基本投资差额较大时，
则在考虑工艺成本的同时，还要考虑基本投资
差额的回收期限
投资回收期必须满足以下要求：
l）回收期限应小于专用设备或工艺装备
的使用年限；
2）回收期限应小于该产品的市场寿命（
年）；
3）回收期限应小于国家所规定的标准回
收期，采用专用工艺装备的标准回收期为 2－
3年，采用专用机床的标准回收期为 4－ 6年。
在决定工艺方案的取舍时，我们强调一
定要作经济分析，但算经济帐不能只算投资
帐。如某一工艺方案虽然投资较大，工件的
单件工艺成本也许相对较高；但若能使产品
上市快，工厂可以从中取得较大的经济收
益，从工厂整体经济效益分析，选取该工艺
方案仍是可行的。
七、编制工艺规程文
工艺规程设计出来以后，还须以图表、
卡片和文字材料的形式固定下来，以便贯彻执
行，这些图表、卡片和文字材料统称为工艺文
件。
1．机械加工工艺过程卡片
此卡片以工序为单元简要说明工作的加
工工艺路线，包括工序号、工序名称、工序内
容、所经车间工段、所用机床与工艺装备的名
称、时间定额等，如表 5－ 6所示。它主要用
来表示工件的加工流向，供安排生产计划、组
织生产调度用。
表
2．机械加工工序卡片
工序卡片的填写内容如表 5－ 7所示。此
卡片是在机械加工工艺过程卡片的基础上分
别为每一工序编制的一种工艺文件，它指导
操作工人完成某一工序的加工。此卡片主要
用于大批大量生产 ;在成批生产中加工一些比
较重要的工件时，有时也编制机械加工工序
卡片。
表
工序卡片要求画工序简图，工序简图须
用定位夹紧符号表示定位基准、夹压位置和
夹压方式；用加粗实线指出本工序的加工表
面，标明工序尺寸、公差及技术要求。对于
多刀加工和多工位加工，还应绘出工序布置
图，要求表明每个工位刀具和工件的相对位
置和加工要求。
返回
一、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
设计工艺规程时，首先应分析零件图和
该零件所在部件或总成的装配图，了解该零
件在部件或总成中的位置和功用以及部件或
总成对该零件提出的技术要求，分析其主要
技术关键和应相应采取的工艺措施，形成工
艺规程设计的总体构思。
2．对零件图和装配图进行工艺审查
审查图样上的视图、尺寸公差和技术要
求是否正确。统一、完整，对零件设计的结
构工艺性进行评价，如发现有不合理之处应
及时提出，并同有关设计人员商讨图样修改
方案，报主管领导审批。
3．由产品的年生产纲领研究确定零件
生产类型。
4．确定毛坯
提高毛坯制造质量，可以减少机械加工
劳动量，降低机械加工成本，但同时可能会
增加毛坯的制造成本，要根据零件生产类型
和毛坯制造的生产条件综合考虑。
5．拟订工艺路线
其主要内容包括,选择定位基准，确定
各表面加工方法，划分加工阶段，确定工序
集中和分散程度，确定工序顺序等。
在拟定工艺路线时，需同时提出几种可
能的加工方案，然后通过技术、经济的对比
分析,最后确定一种最为合理的工艺方案。
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），对需要改
装或重新设计的专用工艺装备要提出设计任务
书。
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。
二、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。
（一）选择定位基准
粗基准,用毛坯上未经加工的表面作定位
基准，这种定位基准称为粗基准 。
精基准,用加工过的表面作定位基准，这
种定位基准称为精基准 。
在选择定位基准时一般都是先根据零件
的加工要求选择精基准，然后再考虑用那一
组表面作粗基准才能把精基准加工出来。
1．精基准的选择原则
选择精基准一般应遵循以下几项原则：
（ 1）基准重合原则 应尽可能选择所加
工表面的工序基准为精基准，这样可以避免
由于基准不重合引起的定位误差。
（ 2）统一基准原则 应尽可能选择用同
一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以
保证所加工的各个表面之间具有正确的相对
位置关系。
（ 3）互为基准原则 当工件上两个加工
表面之间的位置精度要求比较高时，可以采
用两个加工表面互为基准的方法进行加工。
（ 4）自为基准原则 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
面自身为精基准进行加工。 图
上述四项选择精基准的原则，有时不可
能同时满足，应根据实际条件决定取舍。
2．粗基准的选择原则
工件加工的第一道工序所用基准都是粗
基准,粗基准选择得正确与否，不但与第一道
工序的加工有关，而且还将对该工件加工的
全过程产生重大影响。选择粗基准，一般应
遵循以下几项原则：
（ 1）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
被加工零
件上如有不加
工表面应选不
加工面作粗基
准，这样可以
保证不加工表
面相对于加工
表面具有一定
的相对位置关
系。 图 5-2 零件加工实例
不加工表面
加工余量
6.4
其余
图 5-3 拨叉加工实例
（ 2）合理分配加工余量的原则 从保证重
要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作
粗基准，床身加工就是一个很好的实例。
图 5-4 床身加工粗基准选择
在床身零件中，导轨面是最重要的表面，
它不仅精度要求高,而且要求导轨面具有均匀的
金相组织和较高的耐磨性。由于在铸造床身时,
导轨面是倒扣在砂箱的最底部浇铸成型的，导
轨面材料质地致密，砂眼、气孔相对较少，因
此要求在加工床身时，导轨面的实际切除量要
尽可能地小而均匀；故应选导轨面作粗基准加
工床身底面，然后再以加工过的床身底面作精
基准加工导轨面，这样做可以保证从导轨面上
切除的加工余量少而均匀。
（ 3） 便于装夹的原则 为使工件定位稳
定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能
平也光洁,不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切
痕或其他缺陷,并有足够的支承面积。
（ 4）粗基准一般不得重复使用的原则
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
工的两组表面之间的位置误差会相当大，所
以，粗基准一般不得重复使用。
上述四项选择粗基准的原则，有时不能
同时兼顾，只能根据主次决择。
（二）表面加工方法的选择
机器零件的结构形状虽然多种多样，但它
们都是由一些最基本的几何表面（外圆、孔、
平面等）组成的，机器零件的加工过程实际就
是获得这些几何表面的过程。同一种表面可以
选用各种不同的加工方法加工，但每种加工方
法的加工质量、加工时间和所花费的费用却是
各不相同的。工程技术人员的任务，就是要根
据具体加工条件（生产类型、设备状况、工人
的技术水平等）选用最适当的加工方法，加工
出合乎图样要求的机器零件。
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样要求的，
对于精密零件的主要表面，往往要通过多次
加工才能逐步达到加工质量要求。
在选择加工方法时，一般总是首先根据
零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，
先选定该表面终加工工序加工方法，然后再
逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。
主要表面的加工方案和加工方法选定之后,再
选定次要表面的加工方案和加工方法。
（三）加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时，一般都要
经过粗加工。半精加工和精加工等三个阶段；
如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度
要求特别小时，还要经过精整和光整加工阶段。
各个加工阶段的主要任务是：
1．粗加工阶段
高效地切除加工表面上的大部分余量，使
毛坯在形状和尺寸上接近成品零件。
2．半精加工阶段
切除粗加工后留下的误差，使被加工工
件达到一定精度，为精加工作准备，并完成
一些次要表面的加工，例如，钻孔、攻螺纹、
铣键槽等。
3．精加工阶段
保证各主要表面达到零件图规定的加工
质量要求。
4．精整和光整加工阶段
对于精度要求很高（ IT5以上）、表面
粗糙度值要求很小（ Ra＜ 0,2）的表面，
尚需安排精整和光整加工阶段，其主要任
务是减小表面粗糙度和进一步提高尺寸精
度和形状精度，但一般没有提高表面间位
置精度的作用。
将零件的加工过程划分为几个加工阶段
的主要目的是：
（ 1）保证零件加工质量 粗加工阶段要
切除加工表面上的大部分余量，切削力和切
削热量都比较大，装夹工件所需夹紧力亦较
大，被加工工件会产生较大的受力变形和受
热变形；此外，粗加工阶段从工件上切除大
部分余量后，残存在工件中的内应力要重新
分布，也会使工件产生变形。
如果加工过程不划分阶段，把各个表面的
粗、精加工工序混在一起交错进行，那么安排
在工艺过程前期通过精加工工序获得的加工精
度势必会被后续的粗加工工序所破坏，这是不
合理的。加工过程划分为几个阶段以后，粗加
工阶段产生的加工误差，可以通过半精加工和
精加工阶段逐步予以修正，这样安排，零件的
加工质量容易得到保证。
（ 2）有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时
处理 粗加工各表面后，由于切除了各加工表
面的大部分加工余量，可及早发现毛坯的缺陷
（气孔、砂眼、裂纹和加工余量不够），以便
及时报废或修补，不会浪费后续精加工工序的
制造费用。
（ 3）有利于合理利用机床设备 粗加工工
序需选用功率大、精度不高的机床加工，精加
工工序则应选用高精度机床加工。在高精度机
床上安排做粗加工工作，机床精度会迅速下降,
将某一表面的粗、精加工工作安排在同一机床
上加工是不合理的。
应当指出，将工艺过程划分为几个阶段
进行是对整个加工过程而言的，不能拘泥于
某一表面的加工，例如，工件的定位基准,
在半精加工阶段（有时甚至在粗加工阶段）
中就需要加工得很精确；而在精加工阶段中
安排某些钻、攻螺纹孔之类的粗加工工序也
是常见的。
当然，划分加工阶段并不是绝对的。在高
刚度高精度机床设备上加工刚性好、加工精度
要求不特别高或加工余量不太大的工件就可以
不必划分加工阶段。有些精度要求不太高的重
型零件，由于运送工件和装夹工件费时费工，
一般也不划分加工阶段，而是在一个工序中完
成全部粗加工和精加工工作。在上述加工中，
为减少夹紧变形对工件加工精度的影响，一般
都在粗加工后松开夹紧装置，然后用较小的夹
紧力重新夹紧工件，继续进行精加工，这对提
高工件加工精度有利,
（四）工序的集中与分散
确定加工方法之后，就要按零件加工
的生产类型和工厂（车间）具体条件确定工
艺过程的工序数。确定零件加工过程工序数
有两种退然不同的原则，一种是工序集中原
则，另一种是工序分散原则。
按工序集中原则组织工艺过程，就是使
每个工序所包括的加工内容尽量多些，组成
一个集中工序；最大限度的工序集中，就是
在一个工序内完成工件所有表面的加工。按
工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工
序所包括的加工内容尽量少些；最大限度的
工序分散就是使每个工序只包括一个简单工
步。
按工序集中原则组织工艺过程的特点是：
1）有利于采用自动化程度较高的高效率
机床和工艺装备，生产效率高。
2）工序数少，设备数少，可相应减少操
作工人数和生产面积。
3）工件的装夹次数少，不但可缩短辅助
时间,而旦由于在一次装夹中加工了许多表面,
有利于保证各加工表面之间的相互位置精度要
求。
按工序分散原则组织工艺过程的特点
是：
l）所用机床和工艺装备简单，易于调
整。
2）对操作工人的技术水平要求不高。
3）工序数多，设备数多，操作工人多,
占用生产面积大。
按工序集中原则和工序分散原则组织工艺
过程各有特点，生产上都有应用。传统的以专
用机床、组合机床为主体组建的流水生产线、
自动生产线基本是按工序分散原则组织工艺过
程的，这种组织方式可以实现高生产率生产，
但对产品改型的适应性较差，转产比较困难。
采用数控机床和加工中心加工零件都按工序集
中原则组织工艺过程，虽然设备的一次性投资
较高，但由于可重组生产的能力较强，生产适
应性好，转产相对容易,仍然受到愈来愈多的
重视。
（五）工序先后顺序的安排
1．机械加工工序的安排
机械加工工序先后顺序的安排，一般应
遵循以下几个原则：
l）先加工定位基面，再加工其他表面。
2）先加工主要表面，后加工次要表面。
3）先安排粗加工工序，后安排精加工工
序。
4）先加工平面，后加工孔。
2．热处理工序及表面处理工序的安排
为改善工件材料切削性能安排的热处理工
序,例如退火、正火、调质等，应在切削加工之
前进行。
为消除工件内应力安排的热处理工序，例
如人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段
之后进行；为了减少机械加工车间与热处理车
间之间的运输工作量，对于加工精度要求不高
的工件也可安排在粗加工之前进行。
对于机床床身、立柱等结构较为复杂的铸
件，在粗加工前后均须安排时效处理工序（人
工时效或自然时效），使材料组织稳定，日后
不再有较大的变形产生。
人工时效,就是将铸件以 50－ 100℃ /小时
的速度加热到 500－ 550℃,保温 3－ 5h,然后
以 20－ 50℃ /h的速度随炉冷却 。
自然时效,就是将铸件在露天放置几个月
到几年时间，让铸件在自然界经受日晒雨淋的
“锤炼”，使材料组织内部应力松弛并逐渐趋
于稳定 。
为改善工件材料力学性能的热处理工序，
例如淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加
工和精加工之间进行，这是因为淬火处理后尤
其是渗碳淬火后工件会有较大的变形产生，为
修正渗碳、淬火处理产生的变形，热处理后需
要安排精加工工序。在淬火处理进行之前，需
将铣槽、钻孔、攻螺纹、去毛刺等次要表面的
加工进行完毕。
当工件需要作渗碳淬火处理时，由于渗
碳过程工件会有较大的变形产生，常将渗碳
过程放在次要表面加工之前进行，这样可以
减少次要表面与淬硬表面间的位置误差。
为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的
热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处
理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都
安排在工艺过程最后阶段进行。
3．其他工序的安排
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：
l）粗加工全部结束之后；
2）送往外车间加工的前后；
3）工时较长工序和重要工序的前后；
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。
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。
零件在进人装配之前，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。
在用磁力夹紧的工序之后，要安排去磁
工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。
（六）机床设备与工艺装备的选择
正确选择机床设备是一件很重要的工
作，它不但直接影响工件的加工质量，而且
还影响工件的加工效率和制造成本。所选机
床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适
应，机床精度等级应与本工序加工要求相适
应，电动机功率应与本工序加工所需功率相
适应，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。
选用机床设备应立足于国内，必须进口
的机床设备，须经充分论证，严格履行审批
手续。
如果工件尺寸太大（或太小）或工件的
加工精度要求过高，没有现成的机床设备可
供选择时，可以考虑采用自制专用机床。可
根据工序加工要求提出专用机床的设计任务
书。
机床设计任务书应附有与该工序加工有
关的一切必要的数据资料，包括工序尺寸、
公差及技术条件，工件的装夹方式，该工序
加工所用切削用量、工时定额、切削力、切
削功率以及机床的总体布置形式等。
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。
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）；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。使用数控机床加
工，机时费用高，为充分发挥数控机床的作
用，宜选用机械夹固不重磨刀具和耐磨性特
别好的刀具。
例如，硬质合金涂层刀具、立方氮化硼刀
具和人造金刚石刀具等,以减少更换刀具和
预调刀具的时间。数控加工所用刀具寿命至少
应保证能将一个工件加工完。
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，应使其具有更大的柔性。
图 5-8为 CA6140型车床主轴箱体简图。
表 5－ 4列出了大批大量生产 CA6140型车
床主轴箱箱体的机械加工工艺路线。
图
表
在中小批生产条件下加工主轴箱箱体,可
以考虑根据工序集中原则组织工艺过程，采
用加工中心加工箱体。它的特点是：一次装
夹就能完成箱体许多表面的加工；加工表面
间具有很高的位置精度；转换生产对象非常
方便，生产适应性好。
三、加工余量
（一）概述
用去除材料方法制造机器零件时，一
般都要从毛坯上切除一层层材料之后最后
才能制得符合图样规定要求的零件。
加工余量,毛坯上留作加工用的材料
层，称为加工余量。
加工
余量
总余量
工序余量 单边余量：如图 a）双边余量：如图 b）,c）
对于非对称表面，其加工余量用单边余
量 表示。对于外圆与内圆这样的对称表
面，其加工余量用双边余量 2 表示。
由于工序尺寸有偏差，各工序实际切除
的余量值是变化的，故工序余量有公称余量
（简称余量）、最大余量和最小余量之分。
bZ
bZ
图
图
工序尺寸偏差一般按“入体原则”标注。
对被包容尺寸（例如轴径）,L偏差为 0，其
最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（例如孔
径、槽宽）,下偏差为 0，其最小尺寸就是基本
尺寸。
正确规定加工余量的数值是十分重要的，
加工余量规定得过大，不仅浪费材料而巨耗费
机时、刀具和电力；但加工余量也不能规定得
过小，如果加工余量留得过小，则本工序加工
就不能完全切除上工序留在加工表面上的缺陷
层，因而也就没有达到设置这道工序的目的。
（二）影响加工余量的因素
为了合理确定加工余量，必须深入了解
影响加工余量的各项因素。影响加工余量的
因素有以下四个方面：
1．上工序留下的表面粗糙度值 （表
面轮廓的最大高度）和表面缺陷层深度
本工序必须把上工序留下的表面粗糙
度和表面缺陷层全部切去，如果连上一道
工序残留在加工表面上的表面粗糙度和表
面缺陷层都清除不干净，那就失去了设置
本工序的本意了。由此可知,本工序加工余
量必须包括 和 这两项因素。
zR aH
aH
ZR
2．上工序的尺寸公差
由于上工序加工表面存在尺寸误差，
为了使本工序能全部切除上工序留下的表
面粗糙度 和表面缺陷层,本工序加工
余量必须包括 项。
zR
aT
aH
aT
3,值没有包括的上工序留下的空间位
置误差
工件上有一些形状误差和位置误差是没
有包括在加工表面的工序尺寸公差范围之内
的。在确定加工余量时，必须考虑它们的影
响，否则本工序加工将无法全部切除上工序
留在加工表面上的表面粗糙度和缺陷层。
ae
aT
图
4．本工序的装夹误差
如果本工序存在装夹误差 （包括定位
误差、夹紧误差），则在确定本工序加工余量
时还应考虑 的影响。
为保证本工序能切除上工序留在加工表
面上的表面粗糙度缺陷层，本工序应设置的工
序余量值 。
对于单边余量：
对于双边余量：
b?
bZ
baazab eHRTZ ??????
b?
b?
baazab eHRTZ ?????? 2)(22
（三）加工余量的确定
确定加工余量有计算法、查表法和经
验估计法等三种方法，分述如下：
1．计算法
在掌握上述各影响因素具体数据的条
件下，用计算法确定加工余量是比较科学
的；可惜的是,目前所积累的统计资料尚不
多，计算有困难，此法目前应用较少。
2．经验估计法
加工余量由一些有经验的工程技术人员
和工人根据经验确定。由于主观上有怕出废
品的思想，故所估加工余量一般都偏大，此
法只用于单件小批生产。
3．查表法
此法以工厂生产实践和实验研究积累的
数据为基础制定的各种表格为依据，再结合
实际加工情况加以修正。用查表法确定加工
余量，方法简便，比较接近实际，生产上广
泛应用。
四、工序尺寸及其公差的确定
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
工艺规程中予以确定。工序尺寸及其公差
一般都是通过解算工艺尺寸链确定的。
（一）尺寸链及尺寸链计算公式
1．尺寸链的定义
尺寸链,在工件加工和机器装配过程中，
由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组，称为
尺寸链。
环,组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺
寸链的环。
封闭环,尺寸链中凡属间接得到的尺寸
称为封闭环,在图 5－ 14b所示尺寸链中，
是间接得到的尺寸，它就是图 5－ 14b所示尺
寸链的封闭环。
0A
组成环,尺寸链中凡属通过加工直接得到
的尺寸称为组成环,图 5－ 14b所示尺寸链中
与 都是通过加工直接得到的尺寸,、
都是图 5－ 14b所示尺寸链的组成环。组成环
按其对封闭环的影响又可分为增环和减环。
增环,当其他组成环的大小不变，若封闭
环随着某组成环的增大而增大，则此组成环就
称为增环；
1A
2A 1A 2A
减环,若封闭环随着某组成环的增大而
减小，则此组成环就称为减环 ；在图 5－ 14b
所示尺寸链中,是增环,是减环。
尺寸链图的画法：
1）首先根据工艺过程，找出间接保证的
尺寸,作为封闭环；
2）从封闭环两端出发，按照工件表面间
的尺寸联系，一次画出直接获得的尺寸,
，形成一封闭图形。
1A 2A
0A
1A
2A
尺
寸
链
直线尺寸链：由彼此平行的直线尺寸
组成
平面尺寸链：由位于一个或几个平行
平面内但相互不都平行
的尺寸组成
空间尺寸链：由位于几个不平行平面
内的尺寸组成
2．尺寸链的分类
图
由于最常见的是直线尺寸链，而且平面
尺寸链和空间尺寸链都可以通过坐标投影方
法转换为直线尺寸链求解。
3．尺寸链计算
尺寸链
计算
① 正计算
② 反计算
③ 中间计算
① 正计算,已知组成环尺寸、公差求
封闭环尺寸、公差的计算方式
②反计算,已知封闭环尺寸、公差反
求各组成环尺寸、公差
③中间计算,已知封闭环及部分组成
环的尺寸、公差，求其余的一个或几个组
成环尺寸、公差
尺寸
链计
算
ⅰ 用极值法解尺寸链,是按尺寸链
各环均处于极值条件来分析计算封
闭环尺寸与组成环尺寸之间关系的
ⅱ 用统计法解尺寸链,是运用概率
论理论来分析计算封闭环尺寸与组
成环尺寸之间关系的
4．用极值法解算直线尺寸链基本计算
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，可以用最大极限尺寸（ ）与最小极
限尺寸（ ）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 5－ 16。用极值法解算尺寸链的计算
公式主要有：
m inA
maxA
图
分析上式可知，封闭环基本尺寸 等于所
有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和。
式中 m—— 组成环数；
—— 第 i组成环的尺寸传递系数，对直线
尺寸链而言，增环的尺寸传递系数为 1，减环的
尺寸传递系数为－ 1。据此，上式可改写为
（ 1）封闭环基本尺寸
i?
??
???
??
m
kq
q
k
p
p AAA
11
0
?
?
?
m
i
ii AA
1
0 ?
0A
0A
ESAA ??m a x
EIAA ??m in
（ 3）环的极限偏差
ES=Δ＋ T／ 2
EI=Δ－ T／ 2
（ 4）环的中间偏差
Δ=（ ES＋ EI）／ 2
（ 2）环的极限尺寸
??
??
??
m
i
ii
m
i
i TTT
11
0 ?
?
?
???
m
i
ii
1
0 ?
式中 — 第 i组成环的中间偏差。
i?
（ 5）封闭环中间偏差
（ 6）封闭环公差
（ 8） 封闭环极限偏差
??
??
???
???
??
??
m
kq
q
k
p
p
m
kq
q
k
p
p
ESEIEI
EIESES
11
0
11
0
? ?
? ??
??
k
p
m
kq
qAAA p
1 1
m inm a x0 m a x
（ 7）封闭环极限尺寸
??
???
??
m
kq
q
k
p
p AAA
1
m a x
1
m inm in0
5．用统计法解算直线尺寸链基本计算
公式
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之分。
用统计法解算尺寸链的基本计算公式
除可应用极值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：
? ??
?
????
m
i
iiii Te
1
0 2/?
l）封闭环中间偏差
2）封闭环公差
?
?
?
m
i
iii TkkT
1
222
0
0
1 ?
（二）工艺尺寸及其公差的计算实例
1．定位基准与设计基准不重合时工序尺
寸公差的计算
例 5,1 加工图 a）所示工件，设 1面已
加工好，现以 1面定位加工 3面和 2面，其工序
简图如图 b）所示，试求工序尺寸 与 。
2A
1A
2A1A
0A
?c?a ?b
2．一次加工满足多个设计尺寸要求时工
序尺寸及其公差的计算
例 5－ 2 一带有键槽的内孔要淬火及磨
削，其设计尺寸如图 5－ 18a所示，内孔及键槽
的加工顺序是：
1）镗内孔至中 mm；
2）插键槽至尺寸 A；
3）淬火；
4）磨内孔，同时保证内孔直径
mm和键槽深度 mm两个设计尺寸的要
求。
1.006.39 ??
05.0
040
??
34.0
06.43
?
图
要求确定工序尺寸 A及其公差（假定淬
火后内孔没有胀缩）。
3．用综合图表跟踪法计算工序尺寸及
其公差
当零件在同一方向上加工的尺寸较多，
并需多次转换定位基准时，工序尺寸公差的
计算容易出错，应用综合图表跟踪方法将加
工过程中的尺寸关系直观地列在一张图表上,
可以帮助工程技术人员查找建立尺寸链。
例 5－ 3 加工图
5-19所示套筒零
件，其轴向有关
表面的加工工序
安排为：
1）轴向以 A面定位，粗车 D面，然后以 D
面为测量基准粗车 B面，保证工序尺寸 和
。
2）轴向以 D面定位，粗车 A面，保证工序
尺寸,然后以 A面作测量基准镗 C面，保证
工序尺寸 ；
3）轴向以 D面定位磨 A面，保证工序尺
寸 。
要求确定工序尺寸,,, 和
及其公差。
4A
5A
1A 3A 4A
5A
3A
2A
1A
2A
五、工艺过程的生产率
（一）时间定额
时间定额,是指在一定生产条件下规定
生产一件产品或完成一道工序所消耗的时
间 。
时间定额是安排作业计划、进行成本核
算的重要依据,也是设计或扩建工厂（或车
间）时计算设备和工人数量的依据。
时间定额规定得过紧会影响生产工人的
劳动积极性和创造性，并容易诱发忽视产品
质量的倾向；时间定额规定得过松就起不到
指导生产和促进生产发展的积极作用。合理
制订时间定额对保证产品加工质量、提高劳
动生产率、降低生产成本具有重要意义。
时间定额由以下几个部分组成：
1．基本时间
基本时间,直接改变生产对象的尺寸、
形状、性能和相对位置关系所消耗的时间称
为基本时间 。对切削加工、磨削加工而言，
基本时间就是去除加工余量所花费的时间。
2．辅助时间
辅助时间,为实现基本工艺工作所作各
种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间 ；
例如，装卸工件、开停机床、改变切削用量、
测量加工尺寸、引进或退回刀具等动作所花
费的时间。
确定辅助时间的方法与零件生产类型有
关。在大批大量生产中，为使辅助时间规定
得合理，须将辅助动作进行分解，然后通过
实测或查表求得各分解动作时间，再累积相
加；在中小批生产中，一般用基本时间的百
分比进行估算。基本时间与辅助时间的总和
称为作业时间。
3．布置工作地时间
布置工作地时间,为使加工正常进行，
工人为照管工作地（例如更换刀具、润滑机
床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间，
称为布置工作地时间，又称工作地服务时间 。
一般按作业时间的 2％－ 7％估算。
4．休息和生理需要时间
休息和生理需要时间,工人在工作班内为
恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，称为
休息和生理需要时间 ；一般按作业时间的 2％
估算。
单件时间是以上四部分时间的总和。
5．准备与终结时间
（二）提高生产率的工艺途径
劳动生产率,是以工人在单位时间内所
生产的合格产品的数量来评定的 。
不断提高劳动生产率是降低成本、增加
积累和扩大社会再生产的根本途径。提高劳
动生产率是一个与产品设计、制造工艺、组
织管理等都有关的综合性任务，此处仅就提
高生产率的工艺途径作一简要说明。
1．缩减基本时间的工艺途径
由基本时间的计算公式可知，提高切削用
量、缩减工作行程都可减少基本时间，现分述
如下,
（ 1）提高切削用量 增大切削速度、进
给量和背吃刀量都可缩减基本时间。但切削用
量的提高受到刀具寿命和机床条件（动力、刚
度、强度）的限制。
（ 2）缩减工作行程长度 采用多刀加工
可成倍缩减工作行程长度。
（ 3）多件加工 多件加工有平行加工、
顺序加工和平行顺序加工三种不同方式。
2．缩减辅助时间的工艺途径
辅助时间在单件时间中占有较大比重，采
取措施缩减辅助时间是提高生产率的重要途
径；尤其是在大幅度提高切削用量之后，基本
时间显著减少，辅助时间所占比重相对较大的
情况下，更显得重要。
缩减辅助时间有两种不同途径：
（ 1）直接缩减辅助时间 采用先进高效
夹具和各种上下料装置，可缩短装卸工件的时
间。
（ 2）将辅助时间与基本时间重合 采用
交换夹具或交换托盘交替进行工作，使装卸工
件的辅助时间与基本时间重合。
3．缩减布置工作地时间的工艺途径
在布置工作地时间中，大部分消耗在更换
刀具（包括小调整刀具）的工作上。缩减布置
工作地时间的主要途径是减少换刀次数和缩短
换刀时间。减少换刀次数就意味着要提高刀具
或砂轮的寿命；而缩短换刀时间，则主要是通
过改进刀具的安装方法和采用先进的对刀装置
来实现，如采用各种快换刀夹、刀具微调装置、
专用对刀样板和自动换刀装置等，以减少装卸
刀具和对刀所花费的时间。
4．缩减准备终结时间的工艺途径
缩减准备终结时间的主要途径是减少调
整机床、刀具和夹具的时间，缩短数控编程时
间和试调时间，具体措施如下：
1）运用成组工艺原理，把结构形状、技
术要求和工艺过程相类似的零件划归为一组，
然后按组制订工艺规程，并为之设计或选用一
套为该组零件共用的工艺装备，更换同组零件
时，可不更换工艺装备，只需经少量调整即可
投人生产。
2）采用可换刀架或刀夹。在机外按加工
要求将刀具预先调整好，更换加工对象时，只
需将事先调整好的刀架或刀夹装到机床上去便
可进行加工。
3）采用刀具微调和快调机构。在多刀加
工中调整刀具特别费时，若在刀夹尾部装上微
调机构（如差动螺丝等）就可显著减少调整时
间。
4）采用数控加工过程拟实技术，在更换
加工对象前在机外采用仿真模拟办法,考证数
控加工编程的正确性，如发现有干涉碰撞或加
工尺寸不符合要求的情况，在机外进行修改，
直至完全合格为止。
六、工艺方案的经济分析
制订零件机械加工工艺规程时，在同样能
满足被加工零件技术要求和同样能满足产品交
货期的条件下，经技术分析一般都可以拟订出
几种不同的工艺方案，有些工艺方案的生产准
备周期短,生产效率高，产品上市快，但设备
投资较大；另外一些工艺方案的设备投资较少，
但生产效率偏低；不同的工艺方案有不同的经
济效果。为了选取在给定生产条件下最为经济
合理的工艺方案，必须对各种不同的工艺方案
进行经济分析。
经济分析,就是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 。
生产成本包括两部分费用，一部分费用与
工艺过程直接有关，另一部分费用与工艺过程
不直接有关（例如行政人员工资、厂房折旧
费、照明费、采暖费等）。 与工艺过程直接有
关的费用称为工艺成本,工艺成本约占零件生
产成本的 70％－ 75％。
对工艺方案进行经济分析时，只要分析与
工艺过程直接有关的工艺成本即可，因为在同
一生产条件下与工艺过程不直接有关的费用两
相比方案基本上是相同的。
（一）工艺成本的组成及计算
工艺成本由可变费用与不变费用两部分组
成。 可变费用与零件的年产量有关，它包括材
料费（或毛坯费）、工人工资、通用机床和通
用工艺装备维护折旧费。不变费用与零件年产
量无关，它包括专用机床、专用工艺装备的维
护折旧费以及与之有关的调整费等；因为专用
机床、专用工艺装备是专为加工某一工件所用，
它不能用来加工其他工件；而专用设备的折旧
年限却是一定的,因此专用机床、专用工艺装备
的费用与零件的年产量无关。
（二）工艺方案的经济评比
对几种不同工艺方案进行经济评比时，有
以下两种不同情况：
1．当需评比的工艺方案均采用现有设备
或其基本投资相近时，可用工艺成本评比其优
劣
1）两加工方案中少数工序不同，多数工
序相同时，可通过计算少数不同工序的单件成
本进行评比；
2）两加工方案中，多数工序不同，少数
工序相同时，则以该零件加工全年工艺成本进
行比较。
2．两种工艺方案的基本投资差额较大时，
则在考虑工艺成本的同时，还要考虑基本投资
差额的回收期限
投资回收期必须满足以下要求：
l）回收期限应小于专用设备或工艺装备
的使用年限；
2）回收期限应小于该产品的市场寿命（
年）；
3）回收期限应小于国家所规定的标准回
收期，采用专用工艺装备的标准回收期为 2－
3年，采用专用机床的标准回收期为 4－ 6年。
在决定工艺方案的取舍时，我们强调一
定要作经济分析，但算经济帐不能只算投资
帐。如某一工艺方案虽然投资较大，工件的
单件工艺成本也许相对较高；但若能使产品
上市快，工厂可以从中取得较大的经济收
益，从工厂整体经济效益分析，选取该工艺
方案仍是可行的。
七、编制工艺规程文
工艺规程设计出来以后，还须以图表、
卡片和文字材料的形式固定下来，以便贯彻执
行，这些图表、卡片和文字材料统称为工艺文
件。
1．机械加工工艺过程卡片
此卡片以工序为单元简要说明工作的加
工工艺路线，包括工序号、工序名称、工序内
容、所经车间工段、所用机床与工艺装备的名
称、时间定额等，如表 5－ 6所示。它主要用
来表示工件的加工流向，供安排生产计划、组
织生产调度用。
表
2．机械加工工序卡片
工序卡片的填写内容如表 5－ 7所示。此
卡片是在机械加工工艺过程卡片的基础上分
别为每一工序编制的一种工艺文件，它指导
操作工人完成某一工序的加工。此卡片主要
用于大批大量生产 ;在成批生产中加工一些比
较重要的工件时，有时也编制机械加工工序
卡片。
表
工序卡片要求画工序简图，工序简图须
用定位夹紧符号表示定位基准、夹压位置和
夹压方式；用加粗实线指出本工序的加工表
面，标明工序尺寸、公差及技术要求。对于
多刀加工和多工位加工，还应绘出工序布置
图，要求表明每个工位刀具和工件的相对位
置和加工要求。
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