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2023-10-27
加工余量的概念和计算方法
【摘要】：在选择了毛坯，拟订出加工工艺路线之后，就需确定加工余量，计算各工序的工序尺寸。加工余量分为工序余量和加工总余量。因而加工余量又有基本余量、最大余量和最小余量之分，通常所说的加工余量是指基本余量。
在选择了毛坯，拟订出加工工艺路线之后，就需确定加工余量，计算各工序的工序尺寸。加工余量大小与加工成本有密切关系，加工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；加工余量过小，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，因此，合理地确定加工余量，对提高加工质量和降低成本都有十分重要的意义。
1.加工余量的概念
加工余量是指在机械加工过程中从加工表面上所切除的金属层厚度。加工余量分为工序余量和加工总余量。工序余量是指为完成某一道工序所必须切除的金属层厚度，即相邻两工序的工序尺寸之差；加工总余量是指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，即毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差。由于毛坯尺寸和各工序尺寸均有公差，因此无论是加工总余量还是工序余量实际上是个变值。因而加工余量又有基本余量、最大余量和最小余量之分，通常所说的加工余量是指基本余量。加工余量、工序余量的公差标注遵循“入体原则”，即“毛坯尺寸按双向标注上、下偏差；被包容表面尺寸上偏差为零，基本尺寸为最大极限尺寸（如轴）；包容面尺寸下偏差为零，基本尺寸为最小极限尺寸（如内孔）。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。工序公差带的布置也采用“入体原则”。图2-67是加工余量及其公差的关系。从图中可见，不论是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。
图2-67 加工余量及公差
a）被包容面加工余量及公差 b）包容面加工余量及公差
即
式中 ZD——加工总余量；
Zi——第i道工序余量，n为工序数。
1）对于被包容面，如图2-67a所示。
本工序的基本余量：Zb=La-Lb
本工序的最大余量：Zbmax=Zb+Tb
本工序的最小余量：Zbmin=Zb-Ta
本工序余量公差：Tz=Tb+Ta
式中 La、Ta——上工序的基本尺寸和尺寸公差；
Lb、Tb——本工序的基本尺寸和尺寸公差。
2）对于包容面，如图2-67b所示。
本工序的基本余量：Zb=Lb-La
本工序的最大余量：Zbmax=Zb+Tb
本工序的最小余量：Zbmin=Zb-Ta
本工序余量公差：Tz=Tb+Ta
式中 La、Ta——上工序的基本尺寸和尺寸公差；
Lb、Tb——本工序的基本尺寸和尺寸公差。
加工余量还有双边余量和单边余量之分，平面加工余量是单边余量，它等于实际切削的金属层厚度。对于外圆和孔等回转表面，加工余量是指双边余量，即以直径方向计算，实际切削的金属为加工余量数值的一半。由图2-68可知：
对于外表面的单边余量：Zb=a-b
对于内表面的单边余量：Zb=b-a
对于轴：2Zb=Da-Db
对于孔：2Zb=Db-Da
式中 Zb——本工序的基本余量；
Da——上工序的基本尺寸；
Db——本工序的基本尺寸。
2.确定加工余量应考虑的因素
图2-68 加工余量
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。为了合理确定加工余量，首先必须了解影响加工余量的因素，其主要因素有：
（1）前工序的尺寸公差 由于工序尺寸有公差，上工序的实际工序尺寸有可能出现最大或最小极限尺寸。为了使上工序的实际尺寸在极限尺寸的情况下，本工序也能将上工序留下的表面粗糙度和缺陷层切除，本工序的加工余量应包括上工序的公差。
（2）前工序的形状和位置公差 当工件上有些形状和位置偏差不包括在尺寸公差的范围内时，这些误差又必须在本工序加工纠正，在本工序的加工余量中必须包括它。
图2-69 工件的安装误差
（3）前工序的表面粗糙度和表面缺陷 为了保证加工质量，本工序必须将上工序留下的表面粗糙度和缺陷层切除。
（4）本工序的安装误差 安装误差包括工件的定位误差和夹紧误差，若用夹具装夹，还应有夹具在机床上的装夹误差。这些误差会使工件在加工时的位置发生偏移，所以加工余量还必须考虑安装误差的影响。如图2-69所示用三爪自动定心卡盘夹持工件外圆加工孔时，若工件轴心线偏移机床主轴回转轴线一个e值，造成内孔切削余量不均匀。为使上工序的各项误差和缺陷在本工序切除，应将孔的加工余量加大2e。
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