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第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 2

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 3

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 4

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 5

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 6

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 7

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


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第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


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第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 10

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 11

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 12

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 13

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 14

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 15

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 16

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


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第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 18

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 19

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 20

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 21

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 22

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 23

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


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第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 25

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


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第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


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第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 28

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 29

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 30

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 31

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 32

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 33

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 34

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 35

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 36

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 37

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 38

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 39

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 40

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 41

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 42

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 43

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


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第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 45

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 46

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 47

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 48

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 49

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 50

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 51

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


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第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 53

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 54

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 55

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 56

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 57

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 58

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 59

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 60

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 61

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 62

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 63

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 64

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 65

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 66

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 67

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 68

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 69

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 70

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 71

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 72

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 73

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 74

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 75

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 76

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 77

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 78

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 79

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 80

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 81

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 82

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。


Slide 83

第六章 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards
第一节 机械加工工艺过程的基本概念
General concepts of the machining technical process
1. 生产过程和工艺过程 Production and Technical Process
生产过程：生产过程系指把原材料转变为成品的全过程。
原材料的验收、
保管、运输

生产技术准备

检验以及涂装等

毛坯制造

零件加工
（含热处理）

产品装配

工艺过程：把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和物理、力
学性能等，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
工艺就是制造产品的方法。如生产过程中的毛坯制造、零件加工和产品装配
过程均属工艺过程。

2. 工艺过程及其组成 Technical process and complexity
工艺过程由一个或若干个顺次排列的工序组成，每一个工序又可分为若干
个安装、工位、工步和走刀。
工序: 一个或一组工人在一个工作地点，对一个或同时对几个工件所连续完
成的那一部分工艺过程叫工序。

图1 阶梯轴

表1

阶梯轴加工工艺过程（单件小批生产）
工

工 序 号

序

内

容

设

备

1

车端面、打顶尖孔、车全部外圆、切槽与倒角

车

床

2

铣键槽、去毛刺

铣

床

3

磨外圆

外圆磨床

表2
工

序

内

容

工序号

阶梯轴加工工艺过程（中批量生产）
设

备

铣端面打中
心孔机床

1

铣端面、打顶尖孔

2

车外圆、切槽与倒角

车

床

3

铣键槽

铣

床

工序号

工

序

内

容

设

备

4

去毛刺

钳工台

5

磨外圆

外圆磨床

当加工对象（工件）更换时，或设备和工作地点改变时，或完成工艺工作的
连续性有所改变时，则形成另一道工序。
一个工序一般由一名工人完成，有时（如大型、重型机床）也可由一组工人
共同完成；机械加工设备一般是机床，但有的工序不用机床，如钳工操作台、去
毛刺的工作地等；一般机床往往一次只加工一个工件，但为了提高生产效率，常
常也可以同时装夹多个工件。
“连续完成”概念的理解：如磨削一个工件的外圆，粗磨后此零件作淬火处
理，然后由原工人在同一台磨床上再精磨。此时，工人、机床和加工的零件均
没有变化，但由于在粗、精磨之间加入了淬火处理，因此不能看作是连续完成
的；如果粗精磨之间不加入淬火，则粗、精磨是一个工序。
工序是工艺过程划分的基本单元，也是制订生产计划、组织生产和进行成本
核算的基本单元。
工步与复合工步: 在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指转速和进给量）
都不 变的情况下，所连续完成的那部分工艺过程，称为一个工步。

有时为了提高生产效率，经常把几个待加工表面用几把刀具同时进行加工，
这时可以看作是一个工步，并称之为复合工步。
工作行程（走刀）：在一个工步内，有些表面由于加工余量太大，或由于其
它原因，需用同一把刀具对同一表面进行多次切削。这样。刀具对工件的每一次
切削就称为一次走刀。
工位：工件在一次装夹后，相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那
部分工艺过程叫作一个工位。
安装: 工件在加工之前，在机床或夹具上占据正确的位置(定位)，然后再予以
夹紧的过程称为安装。

3.生产纲领与生产类型 Production creed and classification
（1）生产纲领
生产纲领：生产纲领是指零件的年产量。

零件生产纲领计算公式： N  Q  n (1  a %)( 1  b %)
式中

N——零件生产纲领（件/年）；
Q——产品年产量（台/年）；
n——每台产品中该零件的数量（件/台）；
a%——备品率；
b%——废品率。

（2）生产类型的划分
根据零件生产纲领和质量的大小，就可以确定零件的生产类型。
生产类型

单件生产
成批生产
大量生产

单件生产：工厂的产品品种不固定，每一品种的产品数量很少，工厂大多数
工作地点的加工对象经常改变。例如重型机械、造船业等一般属于单件生产。
成批生产：工厂的产品品种基本固定，但数量少，品种较多，需要周期地轮
换生产，工厂内大多数工作地点的加工对象是周期性的变换。例如机床和电机
制
造一般属于成批生产。
大量生产：工厂的产品品种固定，每种产品数量很大，工厂内大多数工作地
点的加工对象固定不变。例如汽车、轴承等制造。
生产纲领与生产类型的关系、各种生产类型工艺过程的主要特点见表。

4. 工艺规程 Process standards
机械加工工艺规程是把符合工艺学原理和方法，结合具体生产条件，遵循
“优质、高产、低耗”的原则，用表格的形式制成的关于工艺过程的有关内容
的工艺文件。工艺规程是指导机械加工生产的主要技术文件。

（1）工艺规程包含内容
工艺规程
包含内容

零件的加工工艺路线
各工序的具体加工内容
切削用量
工序工时
采用的设备和工艺装备等

（2）工艺规程设计所需的原始资料
产品装配图、零件图
原
始

产品验收质量标准
产品的年生产纲领
毛坯材料与毛坯生产条件

资
料

制造厂的生产条件
工艺规程设计、工艺装备设计所需的设计手册和有关标准
国内外先进制造技术的有关资料等

第二节 机械加工工艺规程设计
Design of the machining process standards

1. 制订机械加工工艺规程的步骤
Step of the designing machining process standards
（1）熟悉设计工艺规程所需的资料，其中重点为分析零件图和产品的装配图。
（2）选择毛坯形式及其制造方法。
（3）选择定位基准。
（4）确定工艺路线，主要包括加工方法的选择、加工阶段的划分、加工顺序
的安排。
（5）确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差。
（6）确定各工序的加工设备、刀具、夹具、量具及其它辅助工具。

（7）确定切削用量和工时定额。
（8）确定各主要工序的技术检验要求及检验方法。

（9）工艺方案的经济技术分析。
（10）填写工艺文件。

2. 零件的工艺分析

Technical analysis of the components

工艺分析

分析、审查产品的零件图和装配图
零件的结构工艺性分析

（1）分析、审查产品的零件图和装配图
具体内容包括：
①审查零件图的视图、尺寸、公差和技术条件是否完整。
②审查各项技术要求是否合理。
③审查零件材料及热处理选用是否合适。
（2）零件的结构工艺性分析
所谓的零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，其制
造的可行性和经济性。在进行零件结构的设计时应考虑到加工时的装夹、对刀、
测量、切削效率等，结构工艺性不好会使加工困难、浪费工时、浪费材料。

3.毛坯的选择 Make choice of workblank
在制订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制
造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很
大的影响。

（1）毛坯的种类
种类
（2）毛坯选择依据及原则

是指其可铸性、
可锻性、可焊
性等。

选择依据

①零件材料的工艺特性
②生产纲领的大小
③零件的形状和尺寸
④现有的生产条件

铸件
锻件
型材
冲压件
冷或热压制件
焊接件 ……
生产纲领
零件的材料、形状、尺寸、精度
表面质量
具体的生产条件
采用新工艺、新技术、新材料的可能性等
生产纲领的大小在很大程度上决定了采用某
种毛坯制造方法的经济性。较大时用精度和
生产率都较高的制造方法;较小时应选择设备
和工装投资都较小的毛坯制造方法。

阶梯轴如各阶梯直径相差不大，可直接选择棒料；若
直径相差较大，可选择锻件毛坯。形状复杂及薄壁的
毛坯，一般不宜选择金属型铸造；尺寸较大的毛坯，
往往不能采用模锻、压铸和精铸等。

工件如何定位?

工件如何加工?

需要多少工序?

……?

（3）毛坯的形状和尺寸
现代机械制造发展的趋势之一是精化毛坯，使其形状和尺寸与
零件尽量接近，从而进行少切屑加工或无屑加工。
毛坯的形状和尺寸有时还要考虑工艺，例如在毛坯上的工艺凸
台；开合螺母毛坯的整体制造等。

4.定位基准的选择

Make choice of positioning datum

（1）基准及其分类
基准：是指零件上用以确定其它点、线、面的位置所依据的那
些点、线、面。

设计基准
装配基准

基
准

测量基准
工艺基准
工序基准

定位基准

设计基准：在零件图上用以确定其它
点、线、面的基准。
如图所示的柴油机机体，平面N和孔I的位置是
根据平面M决定的，所以平面M是平面N及孔I的设
计基准。孔Ⅱ、Ⅲ的位置是由孔I的轴线决定的，
故孔I的轴线是孔I、Ⅲ的设计基准。

工艺基准：零件在加工、测量、装配
等工艺过程中所使用的基准。

图 柴油机机体

装配基准：在零件或部件装配时用以确
定它在部件或机器中相对位置的基准。
如图所示的轴套内孔即为其装配基准。

测量基准：用以测量工件已加工表面所
依据的基准。
轴套所示的零件中，内孔是检验表面B端面跳动
和  40
mm外圆径向圆跳动的测量基准；而表面
0
 0 . 025

A是检验长度尺寸 L 和

l

的测量基准。
图 轴套

工序基准：在工序图中用
以确定被加工表面位置所依据
的基准。所标注的加工面的位
置尺寸称为工序尺寸。工序基
准也可以看作是工序图中的设
计基准。

a）

b）
图 工序基准示例

如图所示为钻孔工序的工序图，
图a）、b）分别表示两种不同的工序基准和相应的工序尺寸。

定位基准：用以确定工件在机床上或夹具中正确位置所依据的基准。
如轴类零件的顶尖孔就是车、磨工序的定位基准。

（2）定位基准的选择
定位基准分为粗基准和精基准两类。

粗基准：在机械加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工的表
面作为基准，这种定位基准称为粗基准。
精基准：在工序中用已加工表面来作为定位基准的基准。
辅助基准：为了保证加工精度，特意在工件上作出专门用于定位用
的表面，这种基准称为辅助基准。

①精基准的选择原则
互为基准原则
基准统一原则
应尽可能选用统一
的定位基准加工各
表面，以保证各表
面间的位置精度。

当两个加工表面之间的位
置精度要求比较高时，可
以采用两个加工表面互为
基准反复加工的方法。

原则
基准重合原则
应尽可能选用设计基准作
为定位基准。

①精基准的选择原则

互为基准原则

基准重合原则
基准统一原则

原则

保证定位的稳定性
定位基准应有足够大的
接触和分布面积，以承
受较大的切削力；使定
位稳定可靠。

自为基准原则
以加工表面本身作为精基准加工方
法。加工时相互位置精度则由先行
工序保证。如研磨、铰孔等。

②粗基准的选择原则
应用毛坯制造中尺寸和位置比
较可靠、平整光洁的表面作为
粗基准。如铸件不应选择有浇
冒口、分型面、锻件有飞边的
表面作粗基准。
若保证某重要表面的
余量均匀，就应该选
择该面作为粗基准。

原则

若保证工件上
加工表面与不
加工表面之间
的位置要求，
则应以不加工
表面作为粗基
准，以求壁厚
均匀、外形对
称。

②粗基准的选择原则
粗基准在同一尺寸方
向上通常只允许使用一次，
否则定位误差大。

原则

若工件所有表面都需要加工，在选择粗基准时，
应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

选择零件上的重要
表面作为粗基准。

应以余量最小的表面作为粗基准，以保
证各表面都有足够的加工余量。

以上原则常常互
相矛盾，甚至同一个
原则内亦存在彼此矛
盾的表面。因此，在
实际选择时，应抓住
主要矛盾，依据具体
条件、要求合理地加
以选择。

5. 工艺路线的拟订

Determination of the processing route

工艺路线：机械加工工艺路线是指主要用机械加工的方法将毛坯制成所要求的零
件的整个加工路线。
拟订工艺路线
时考虑的
四个方面

加工方法的选择
加工阶段的划分
工序的集中与分散
工序顺序的安排

（1）加工方法的选择
①各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度

②工件材料——如淬火钢淬火后应采用磨削加工。
③工件的结构形状和尺寸——如回转体零件上较大直径的孔可采用车削或磨削；
箱体上IT7级以上的孔常用镗削或铰削；孔径较小时宜用铰削，孔径较大
或长度较短的孔宜用镗削。
④生产率和经济性的要求——大批大量生产时，应采用高效率的先进工艺，如
拉削内孔和平面等。或从根本上改变毛坯的制造方法，如粉末冶金、精
密铸造等。但在生产纲领不大的情况下，应采用一般的加工方法。

（2）加工阶段的划分
划分加工
阶段原因

切除毛坯上的大部分
加工余量，主要目标
是提高生产率。

粗加工阶段

可以保证加工精度；
可以合理地使用机床；
便于安排热处理工序；
有利于及早发现毛坯的缺陷；
保护精加工后的表面少受损伤或不受损伤。
减小粗加工后留下的误差和表
面缺陷层，使被加工表面达到
一定的精度，并为主要表面的
精加工作好准备，同时完成一
些次要表面的最后加工（扩孔、
攻螺纹、铣键槽等）。

半精加工阶段

精加工阶段

加工后使主要表面达
到图样的全部技术要
求，主要目标是全面
保证加工质量。

光整加工阶段

对零件上精度和表面粗糙度要求很高（IT6级以上，表面粗糙度为0.2以下）
的表面，应安排光整加工阶段。主要任务是减小表面粗糙度或进一步提高
尺寸精度，一般不用以纠正形状误差和位置误差。

（3）工序的集中与分散
工序集中原则：使每个工序中包括较多的加工内容，因而使工序的总数减少。
工序分散原则：使每个工序中包括较少的加工内容，因而使工序的总数增多。
工序集中的主要特点

①可以减少工件的装夹次数。易于保证各个加工表面间的相互位置精度，同时也
减少了辅助时间及夹具的数量。
②便于采用高效的专用设备和工艺装备，生产效率高。
③工序数目少，可减少机床数量，相应地减少了工人人数及生产所需的面积，并
可简化生产组织与计划安排。
④采用的结构专用设备和工艺装备比较复杂，生产准备周期较长，调整和维修比
较麻烦，产品变换困难。
工需分散的特点

①由于每台机床完成比较少的加工内容，所以机床、工具、夹具结构简单，调整
方便，对工人的技术水平要求低。

②便于选择更合理的切削用量。
③生产适应性强，转换产品容易。
④所需设备及工人人数多，生产周期长，生产所需面积大，运输量也较大。
选择工序
集中与分散
依据

生产纲领
机床设备
零件本身的结构
技术要求

结论：对于大批大量生产，一般采用工序分散原则；
单件小批生产采用工序集中原则。
（4）工序顺序的安排

工序顺序包括

机械加工工序间的顺序
机械加工与热处理、表面处理间的顺序
机械加工与辅助工序间的顺序

机械加工顺序的安排原则
①基面先行——精基准一般应安排在工艺过程一开始就进行加工。
②先主后次——零件的主要工作表面（一般指加工精度和表面质量要求高的表
面）、装配基面应先加工，从而能够及早地发现毛坯中可能出现的缺陷。
③先粗后精——先进行粗加工，然后半精加工，最后精加工和光整加工。这样
使加工误差和表面缺陷层的逐步消除，从而提高零件的加工精度和表面质量。

④先面后孔——平面作定位基准稳定可靠，故一般先加工之以作精基准；在加工
过的平面上钻孔，较毛坯面上钻孔不易产生轴线歪斜。
⑤配套加工——有些配合表面的精加工安排在部装或总装时进行，以保证较高的
配合精度。如连杆大头孔就要在连杆盖和连杆体装配好后再精镗和研磨。
热处理工序的安排原则
热处理工序的位置，主要取决于工件的材料及热处理的目的和种类。
①预备热处理——包括退火、正火、调质等。以改善切削加工性能、消除毛坯
制造时的内应力为目的。
位置：多在粗加工前后，调质也可作为最终热处理工序。

②消除残余应力处理——常用的有人工时效、退火等。
位置：一般安排在粗、精加工之间进行。
人工时效：把铸件以50~100ºC/h的速度加热到500~550ºC，保温3~5h或更久，然
后以20~50ºC/h的速度随炉温冷却。
③最终热处理——如淬火—回火。主要用于提高材料的强度、硬度和耐磨性。
位置：安排在半精加工以后和磨削加工之前（氮化处理应安排在精磨之后）。
辅助工序的安排

辅

检
验

清
洗

助

去
毛
刺

检验工序的安排

①粗加工阶段结束之后；
②重要工序之后；
③零件从一个车间转到另一个车间时；

工

去
磁

序

倒
楞
边

涂
防
锈
漆

平
衡
等

④特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前；
⑤零件全部加工结束之后。

6. 确定加工余量、工序尺寸及公差
Determination of the machining allowance\procedure size and allowance
（1）加工余量
加工总余量 z 总 ：毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差称为表面的加工总余量
（毛坯余量）。
工序余量 z i ：相邻两工序的工序尺寸之差，即后一道工序所切出的金属层
厚度称为工序余量。两者关系如下：
n

z总 

z

i

i 1

式中 n——工序数量。

由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量是一个变值，致使加工余量有基本
余量 z （又称公称余量、名义余量）、最大加工余量 z 和最小加工余量 z 之
分。工序尺寸的公差一般均按“入体原则”标注。此外，工序加工余量还有单边
余量和双边余量之分。
max

min

1）单边余量 平面加工的余量是非对称的，故属单
边余量。工序的基本余量为前后工序的基本尺寸之差，
如图所示。本工序的基本余量为 z
对于外表面(如图a)所示)： z  a  b
对于内表面(如图b)所示)： z  b  a
式中

a

——前工序的基本尺寸；

b

——本工序的基本尺寸。

2）双边余量 对于回转表面（外圆和孔）其加工余
量为双边余量，如图所示。

图 单边基本余量

对于外表面(如图a)所示)：
2z  da  db

对于内表面(如图b)所示)：
2 z  Db  Da

式中

da

Da

——前工序的基本尺寸；

db

Db

——本工序的基本尺寸。

a）

b）

图

双边基本余量

工序尺寸公差：对各种加工方法加工后得到的工序尺寸所给予的公差。

最小余量和最大余量

对于外表面：工序最小余量为前工序最小极限尺寸与本工序最
大极限尺寸之差；工序最大余量为前工序最大极限尺寸与本工序最
小极限尺寸之差。即：

z min  a min  b max
z max  a max  b min
对于内表面：工序最小余量为本工序最小极限尺寸与前工序最大
极限尺寸之差工序最大余量为本工序最大极限尺寸与前工序最小极
限尺寸之差。即：

z min  b min  a max
z max  b max  a min

（2）影响加工余量的因素
影响加工
余量因素

上道工序留下的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Ha
上道工序的尺寸公差Ta
工件各表面相互位置的空间偏差ea
本工序加工时的安装误差εb
热处理变形量
工序的特殊要求

（3）加工余量的确定
计算法
经验估计法
查表法

确定方法

①计算法
对单边余量

Z  Ta  R a  H a  ea   b

对双边余量

2 Z  Ta  2( R a  H a )  2 ea   b

加工总余量

n

Z 0  Z 1  Z 2  Z 3  ...... 

Z

i

i 1

式中

n——某一表面所经历的工序数

② 经验估算法——依据经验确定加工余量。为避免因余量不够而产生废品，
所估余量一般偏大，仅用于单件小批生产。

③查表法
将长期生产实践和试验研究所积累的大量数据列成表格，以便应用时直接查
找，还可以根据实际加工情况加以修正。

（4）工序尺寸及其公差的确定
工艺尺寸：由于加工的需要，在工序简图或工艺规程中要标注一些专供加工
用的尺寸，这类尺寸就称为工艺尺寸。
基准不重合的尺寸换算
工艺尺寸计算

工序尺寸的计算
孔系坐标尺寸的计算

对于简单的工序尺寸，在决定了各工序余量和工序所能达到的经济精度之后，
就可以计算各工序尺寸和公差。计算顺序应是由最后一道工序往前推算。

对于复杂的工艺过程，应利用尺寸链原理来分析和计算工序尺寸。
尺寸链：由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接形成封闭的尺寸组称为尺寸链。

封闭性
组成尺寸链的各
个尺寸按一定顺序构
成一个封闭系统

尺寸链的两个特性

相关性
其中一个尺
寸变动将影响
其他尺寸变动。

尺寸链的组成
环：组成尺寸链的各个尺寸称为
尺寸链的环。

封闭环
（终结环）

环

组成环

增环

减环

封闭环（终结环）——最终被间接保证精度的那个环。
增环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环也增大者。
减环——当其余组成环不变，该环增大使封闭环反而减小者。

尺寸链图的作法

套筒零件实例

①首先根据工艺过程或加工方法，找出间接保证的尺寸，定作封闭环。
②从封闭环起，按照零件上表面间的联系，依次画出有关的直接获得的尺寸（大
要使组成环环数达到最少
致上按比例），作为组成环，直到尺寸的终端回到封闭环的起端形成一个封
闭图形。
③按照各尺寸首尾相接的原则，可顺着一个方向在各尺寸线终端画箭头。凡是箭
头方向与封闭环箭头方向相同的尺寸就是减环；箭头方向与封闭环箭头方向
相反的尺寸就是增环。 一个尺寸链只能
工艺尺寸链的构
成，取决于工艺
方案和具体的加
工方法。

解一个封闭环。

确定哪一个尺寸是封闭环，
是解尺寸链的决定性的一
步。封闭环定错，必然全
盘解错。

几点说明

（5）尺寸链的解算
计算工艺
尺寸链方法

极值法
概率法

尺寸链解算一般采用极值法，概率法主要用于生产批量大的自动化及半自动
化生产方面。但是当尺寸链的环数较多时，即使生产批量不大也宜用概率法。

基本公式

设尺寸链的总环数为n，其中m个增环，A0为封闭环的基本尺寸，Ai为增环
的基本尺寸，Aj为减环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：
①封闭环的基本尺寸
根据尺寸链的封闭性，封闭环的基本尺寸就等于组成环基本尺寸的代数和，即：
封闭环基本尺寸=Σ增环基本尺寸—Σ减环基本尺寸————[1]
m

A0 




Ai 

i 1


Aj

n 1



j  m 1

②封闭环的极限尺寸
A0max=Σ增环最大极限尺寸—Σ减环最小极限尺寸————[2]
m

A 0 max 




A i max 

i 1

n 1




A j min

j  m 1

A0min=Σ增环最小极限尺寸—Σ减环最大极限尺寸————[3]
m

A 0 min 



i 1


A i min 

n 1




A j max

j  m 1

③封闭环的上下偏差
从公式[2]、[3]中减去公式[1]，然后用ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替AiminAi ，ES(Ai)代替Aimax-Ai，EI(Ai)代替Aimin-Ai ，得到：
m

ES 0 




ES i 

i 1

m

EI 0 



n 1




EI

—————[4]

j

j  m 1


EI i 

i 1

n 1




ES

j

—————[5]

j  m 1

④封闭环的公差
公式[2]减去公式[3]（或从公式[4]减去公式[5]），可得：
n 1

T0 

T

—————[6]
i

i 1

公式[6]是非常重要的，它说明封闭环的公差等于各组成环公差之和，这
也进一步说明了尺寸链的第二个特征。由此可见，为了能经济合理地保证封
闭环精度，组成环数应越少越好。

几种工艺尺寸链的极值法分析和解算
①定位基面与设计基准不重合的尺寸换算
在制订工艺过程时，当定位基面与零件图上的设计基准不重合时，为了经济
合理地达到原设计的精度，就要校验或重新规定零件上有关尺寸的上、下偏差。
实例1
图示为一设计图样的简图，图b为相应
的零件尺寸链。A、B两平面已在上一工序
中加工好，且保证了工序尺寸为 50 0 0 .16 mm
的要求。本工序中采用B面定位来加工C面，
调整机床时需按尺寸A2进行(图c)。C面的
设计基准是A面,与其定位基准B面不重合，
故需进行尺寸换算。
解:1)确定封闭环
 0 . 33
设计尺寸 20 0 mm 是本工序加工后间

接保证的，故为封闭环A0。

2）查明组成环
图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算
根据组成环的定义，尺寸A1和A2均对
封闭环产生影响，故A1、A2为该尺寸链的组成环。

3)绘制尺寸链图及判别增、减环
工艺尺寸链如图d所示，其中A1为增环，A2为减环。
4)计算工序尺寸及其偏差。
由

m

A0 




Ai 

i 1

得

得
由

j  m 1

EI 0 




EI i 

i 1

n 1




ES

j



 EI1  ES 2

j  m 1



E S 2  E I 1  EI 0  (  0 . 16  0 ) mm   0 . 16 mm
m

ES 0 




ES i 

i 1

得






A j  A1  A 2



A 2  A1  A 0  ( 50  20 ) mm  30 mm
m

由

n 1

n 1




EI

j



 ES1  EI 2

j  m 1



E I 2  E S 1  ES 0  ( 0  0 . 33 ) mm   0 . 33 mm

所求工序尺寸

根据题意及尺寸链图可知 T1

5)验算
T 2  0 . 17 mm

因

图 定位基准与设计基准不重合时的尺寸换算

 0 . 16

A 2  30  0 .33 mm

 0 . 16 mm

，
T 0  T1  T 2

故计算正确。

，T 0

 0 . 33 mm

，由计算知

实例2
如图所示，设计尺寸为 A1
A 2  44 1 mm
0

，A3

 20  0 . 3 mm

 20  0 .28 mm

，A 4

0

 110

0
1

mm

，
。

加工时，以底面定位，试确定 A1、 A 2、 A3、 A 4
的尺寸及极限偏差。
解：由于以底面定位加工4个台阶面，
A1、 A 2 、 A3、 A 4

的尺寸直接获得，其中 A1、 A 4

与设计尺寸 A1、 A 4 重合，即
A 4  A 4  110

0
1

mm

A1  A1  20  0 .28 mm
0

，A 2 、 A 3 尺寸与设计尺寸

不重合需进行尺寸换算。
1）根据图示画尺寸链图（见图b、c）
尺寸

A 2、 A3

均为间接保证的尺寸，应取作相应尺寸链的封闭环。

为增环，A 01
由

A 01

 A2

为减环，

A1

2）计算图b尺寸链（

A 2

）。




 A 2  A1

得




A 2  A 01  A1  A 2  A1  44  20  64 mm

由



ES 01  E S 2  E I 1

由 EI 01

得



 E I 2  E S 1

所以




E S 2  ES 01  E I 1  ES 2  E I 1  0  (  0 . 28 )   0 . 28 mm



E I 2  EI 01  E S 1  EI 2  E S 1   1  0   1mm

得

 0 . 28

A 2  64 1

3）计算图c尺寸链（

由
由
由



A 02  A 3  A 2
ES 02




 E S 3  E I 2

EI 02




 E I 3  E S 2

A 2

mm

为减环，A 3 为增环，A 02

 A3

）。

得






A 3  A 02  A 2  A 3  A 2  20  64  84 mm

得




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  1)   0 . 7 mm

得




E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

由计算结果可见

A 3

的上偏差小于下偏差，显然是不合理的，应重新分析计算。

分析此尺寸链的各组成环，发现 A 2 的公差太大。因此，可以先按等公差原则分
配封闭环的公差值：即
考虑到

A 3

T 2  T 3  T 3 2  0 . 3    0 . 3  2  0 . 3 mm

的尺寸较大， A 2 的尺寸较小，把公差值调整如下：
T 2  0 . 28 mm

T 3  0 . 32 mm

 0 . 28
 0 . 28
因此将原来的 A 2  64 1 mm 改为 A 2  64  0 .56 mm

于是




E S 3  ES 02  E I 2  ES 3  E I 2  0 . 3  (  0 . 56 )   0 . 26 mm



E I 3  EI 02  E S 2  EI 3  E S 2   0 . 3  (  0 . 28 )   0 . 58 mm

即

 0 . 26

A 3  84  0 .58 mm

由计算过程可以看出：第一次计算出来的 A 2 的精度比
些，现在又因

A3

A2

的精度提高了一

的缘故，再次提高 A 2 的制造精度。

结论：转换基准将提高尺寸的精度要求，从而增加加工难度。

在解尺寸链时，遇到的两类情况
情况1：在求某一组成环的公差时得到零值或负值（或上偏差小于下偏差）的结
果，即其余组成环的公差之和等于或已大于封闭环的公差。
解决办法：根据工艺可能性重新决定其余组成环的公差，即紧缩它们的制造公
差，提高其加工精度。

情况2：设计工作中，通常是根据以给定的封闭环的公差，决定各组成环的公差。
三种解决方法：
Ⅰ. 按等公差值的原则分配封闭环的公差，即：

Ti 

T0

n 1
这种方法在计算上比较方便，但从工艺上讲是不合理的，只宜有选择地使用之。

Ⅱ. 按等公差级(等精度)的原则分配封闭环的公差，即各组成环的公差是根据其
基本尺寸的大小按比例分配，或是按照公差表中的尺寸分段及某一公差等
级，规定组成环的公差，使各组成环的公差符合下列条件：
n 1

T0 

T

i

i 1

Ⅲ. 组成环的公差按照具体情况来分配。这与设计经验有关，但实质上仍是从工
艺的观点考虑的。

②工艺尺寸及其公差的计算
工艺尺寸也叫工序尺寸。工序
尺寸是根据零件的设计要求，考虑
到加工中的基准、工序间的余量以
及工序的经济精度等条件，对各工
序提出要求的尺寸。因此，工件经
加工后所得到零件的尺寸及其公差
和有关工序的工序尺寸及其公差、
工序间的余量有着密切的尺寸联系，
如图所示。这种联系就构成了一种
工艺尺寸链，通常也叫工序尺寸链。

机械加工中上工序的工序尺寸和公差、本工序的工序尺寸和公
差，一般都是直接保证的，工序间的余量是间接获得的，因此工序
间余量就成为工序尺寸链的封闭环。

工艺尺寸链解算实例

由于工序4中要磨端面2，所以车小外圆的长度及公差待定。从
图下方的尺寸链可以看出，端面2的磨削余量Z是封闭环。应用工艺
尺寸链公式得：
公称余量

Z=80—30—A；

余量的变化量 δZ=0.14+0.2+TA；

最大余量

Zmax=80-A-(30-0.14);

最小余量

Zmin=(80-0.2)-(A+TA)-30。

在磨削端面2时，要防止余量过小，表面不能都磨到，规定
Zmin=0.1，但还必须根据车削工艺可能性决定TA，取TA=0.2，解
以上各式结果得：
 0 .2

A  49 . 5 0

Z max  0 . 64
 0 . 14

Z  0 . 5  0 .4

T Z  0 . 54

6. 工艺过程的生产率和经济性
Productivity and economy of the technical process
生产率：指每个工人在单位时间内所生产的合格品的数量。
经济性：一般是指生产成本的高低。生产成本不仅要计算工人直接参加产品生产
所消耗的劳动，而且还要计算设备、工具、材料、动力等的消耗。
（1）时间定额
时间定额：指在一定生产条件下，规定生产一件合格产品或完成某一工序所需
要的时间。
是安排生产计划、估算产品成本的重要依据之一，也
是新设计或扩建工厂（或车间）时决定所需的设备、人员
以至生产面积的重要数据。

单件时间TT（单件工时）：完成一个零件的一道工序所需的时间。
基本时间Tm
单
件
时
间
TT

辅助时间Ta
布置工作地时间Ts

休息和生理需要时间Tr
生产准备与终结时间Te

①基本时间Tm
基本时间是指直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或
材料性质等工艺过程所消耗的时间。对切削加工而言，就是切除余量所花费的时
间（包括刀具的切入、切出时间），可由计算得出。
②辅助时间Ta
辅助时间是为实现上述工艺过程必须进行的各种辅助动作所消耗的时间。如
装、卸工件，开、停机床，测量工件，进退刀具，清理定位表面等。基本时间与
辅助时间之和称为作业时间。
辅助时间可以实测，也可以查阅有关手册。
③布置工作地时间Ts
为使加工正常进行，工人照管工作地点所消耗的时间，如收拾工具、清理切
屑、润滑机床等，一般按作业时间的2%~7%来计算。
④休息和生理需要时间Tr
工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间
的2%~4%来计算。
⑤生产准备与终结时间Te
成批生产加工一批零件的开始和结束时，工人需要一定的时间来熟悉图纸等
工艺文件，领取毛坯材料，借取工、夹、量具，安装工艺装备，调整机床等。
由此而耗费的时间称为生产准备与终结时间。这个时间应该均摊到每个工件
上。设每批工件数为n，则每个工件的时间为Te/n。

由此可得单件工时为 ： T T  T m  T a  T s  T r 

Te
n

（2）工艺过程的技术经济分析
在对某一零件加工时，通常可有几种不同的工艺方案。这些方案虽然都能
满足该零件的技术要求，但经济性却不同。为选出技术上比较先进，经济上又较
合理的工艺方案，就要在给定的条件下从技术和经济两个方面对不同方案进行分
析、比较、评价。
①生产成本和工艺成本

生产成本：制造一个零件或一个产品所需的一切费用。
与工艺过程直接有关的费用——工艺成本

生产
成本

与工艺过程无直接关系的费用

工艺
成本

可变成本
不变成本

可变成本：与年产量有关的工艺成本。
可变成本包括毛坯的材料及制造费用，机床操作工人的工资，通用机床的
折旧费和维修费，通用工艺装备的折旧费和维修费，机床电费和刀具费用等。
不变成本：与年产量无直接关系的工艺成本。
不变成本包括专用机床的折旧费和维修费，专用工装的折旧、维修费及调
整工人的工资等。当产量在一定范围内变化时，全年的这类费用基本不变。
一批零件的全年工艺成本E（单位为元/年）为：

E  NV  C .......... .......... ......... 1
式中：V——可变成本，单位为元/年；
N——年产量，单位为件；
C——全年的不变成本，单位为元/年。
单件工艺成本Ed（单位为元/件）为：
Ed  V 

C
N

        2 

②工艺成本与年产量的关系
由式[1]和[2]可知，全年工艺成本与年产量呈线性关系，全年工艺成本与年
产量成正比；单件工艺成本与年产量呈双曲线关系，说明单件工艺成本随年产量
的增大而减少，各处的变化率不同，其极限值接近可变费用。

③工艺成本的评比
对不同的工艺方案进行经济性评比时，有下列两种情况：

1）两种工艺方案的基本投资相近或都采用现有设备时，则工艺成本即可作
为衡量各方案的重要依据。
Ⅰ. 若两种工艺方案只有少数工序不同，可对这些不同工序的单件工艺成本进行
比较。当年产量N为一定时，有：

E d 1  V1 

C1
N

Ed 2  V2 

C2
N

当 E d 2  E d 1 时，则方案2的经济性好。
若N为一变量，可用单件工艺成本曲线
进行比较。Nk为两曲线相交处的产量，称临
界产量。由图可见，当NEd2，
应取第2方案；当N>Nk时，Ed1方案。
Ⅱ. 当两种工艺方案有较多的工序不同时，可对该零件的全年工艺成本进行比
较。两方案全年工艺成本分别为：

E 1  NV 1  C 1

E 2  NV 2  C 2

若N为变量，则对应于两全年工艺成本
直线交点处的产量Nk称为临界产量。当
NNk时宜用第2方
案。当N=Nk时，E1= E2，则两种方案经济
性相当，所以有：

N k V1  C 1  N k V 2  C 2

于是有：

Nk 

C 2  C1
V1  V 2

2）若两种工艺方案的基本投资相差较大时，在评估工艺成本的同时，必须
考虑不同方案的基本投资差额的回收期限。
若方案1采用价格较贵的高效机床及工艺装备，其基本投资（K1）必然高，
但工艺成本（E1）则较低；方案2采用价格便宜、生产效率较低的一般机床和工
艺装备，其基本投资（K2）较低，但工艺成本（E2）则较高。方案1较低的工艺
成本是增加了投资的结果。这时如果仅比较其工艺成本的高低是不全面的，而是
应该同时考虑两种方案基本投资的回收期限。

投资回收期：是指方案1比方案2多投入的资金，需多少时间才能由其工艺成本的
降低而收回。
K1  K 2 K
T


回收期可由下式求得：
( E 2  E1 )  E
式中：T——投资回收期，单位为年；

ΔK——两种方案基本投资的差额，单位为元；
ΔE——全年工艺成本节约额，单位为元/年。
计算回收期时应注意的几个问题
回收期应小于
所用设备的使
用年限。

回收期应小于
市场对该产品
的需要年限。

回收期应小于
国家规定的标
准回收年限。

（3）提高机械加工生产率的工艺措施
提高劳动生产率的措施很多，涉及到产品设计、制造工艺和生产组织、管理
等多个方面，现从制造工艺方面作简要分析。

缩短基本时间

提
高
机
械
加
工
生
产
率
的
工
艺
措
施

缩短
时间
定额

缩短辅助时间
缩减布置工作地时间
缩短准备与终结时间
新型工程材料的应用和先进的毛坯制造方法

推广
应用
新工
艺和
新方
法

积极推广少、无切削新工艺,如采用冷挤、冷轧、滚压、
滚轧等方法
对一些特硬、特脆、特韧材料及复杂型面、可采用特种
加工工艺,在各种电加工机床进行加工。

改进传统加工方法。如，以拉代钻铰，以铣代刨等。
提高
机械
加工
自动
化程
度

对于大批大量生产,可采用流水线、自动线的生产方式。
对于中小批生产，多采用数控机床(NC)、加工中心(MC)、
柔性制造单元(FMC)及柔性制造系统(FMS)等来进行

缩短基
本时间

减少或重合切削行程长度
提高切削用量
多件加工

直接缩短
辅助时间

缩短辅助时间
用主动检测来
控制加工尺寸

采用先进夹具
提高机床的自动化程度
采用先进的检测手段
使基本时间与
辅助时间重合

在机床和夹具上采取措施,使基本时
间与辅助时间完全重合或部分重合

主要是减少换刀次数，换
刀时间和调整刀具时间。

缩减布置
工作地时间
缩短准备
与终结时间

采用便于调整的先进加工设备,
如液压仿形机床,数控机床和
PLC程序控制机床。

主要方法是扩大零件的批量和减
少调整机床、刀具的时间。

采用成组技术进行
夹具和刀具设计,提
高夹具和刀具的通
用化程度,尽可能减
少调整时间。

完善夹具结构,保证夹具定位面或定位
元件在机床上的快速装夹及对刀。

7. 编制工艺规程文件 Working out the technical file
原机电部JB/Z338.5—88中规定的工艺规程类型有：
①专用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
②通用工艺规程——针对每一个产品或零件所设计的工艺规程。
典型工艺规程
为一组结构相似的零部件
所设计的通用工艺规程。

③标准工艺规程——已纳入标准的工艺规程。

成组工艺规程
按成组技术原理将零件
分类成组后所设计的通
用工艺规程。

JB／Z187.3—88规定，属于机械加工工艺规程的工艺文件有：
①机械加工工艺过程卡片。
②机械加工工序卡片。
③标准零件或典型零件工艺过程卡片
④单轴自动车床调整卡片
⑤多轴自动车床调整卡片
⑥机械加工工序操作指导卡片
⑦检验卡片等
（1）机械加工工艺过程卡片
这种卡片简称过程卡、综合卡或路线卡。它是以工序为单位
简要说明产品或零部件的加工过程的一种工艺卡片。这种卡片内
容简单，仅表示零件的工艺流程和工艺方案，故主要用于单件和
小批生产的管理。

（2）机械加工工艺卡片
工艺卡以工序为基本单元，较详细地说明零件的机械加工工艺过程，其内
容含量介于过程卡和工序卡片之间。它是用来指导工人进行生产和帮助车间干
部及技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要工艺文件，广泛用于成批生产
和单件小批生产中比较重要的零件和工序。

（3）机械加工工序卡片
工序卡片是根据每一道工序制订的，主要用来具体指导操作工人进行生产的
一种工艺文件。多用于大批大量生产或成批生产中比较重要的零件。

绘制工序简图要点

①视图选择 工序简图应该选择能够反映工件的加工表面、定
位夹紧表面、作为主视图，必要时可用多个视图表达。对于需要中
间导向的镗模，有时需要将工件的中间结构剖示，以校核导向与结
构是否干涉。
②尺寸标注 工序简图上应该标注加工表面工序尺寸、位置尺
寸及公差，工序尺寸公差应按入体方向标注。
③本工序加工表面的表面粗糙度。

④定位夹紧 工序简图上用规定的符号表示出工件的定位基准、
夹紧部位及夹紧方式。
⑤技术要求 本工序应该保证的技术要求如形位公差等应该在
工序简图中加以说明。
⑥工件的加工部位用粗实线（或用颜色线）表示，其它线形为
细实线。

第三节 成组技术（Group Technology——GT）

问题

产品更新换代的周期将更为短促，
生产批量更趋于小型化
中小批量零件的生产 能否采用
高效先进的工艺方法、先进设备、
生产组织形式？

解决办法

成组技术

遐想

1. 成组技术的基础——零件的相似性
Basic of the GT ——component similarity

不同的机械产品虽然在功能、外形、结构等方面有着巨大的差别，但是组成
这些产品的基本单元——零件，大体可以分成三类，即专用件、标准件和相似件。

零件的相似性包括两个方面，即作用相似和特征相似。其中特征相似直观明
确，包含的信息量大，是成组技术中作为零件分类成组的依据。

2. 成组技术的概念

Concepts of the GT

成组技术：充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息
的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象
的生产技术问题的技术。

对于机械行业，成组技术概念可以表述为：基于零件的相似性，
将一个工厂内不同产品的零件，按一定的相似性法则分类编组，以
组为基础，组织零件的制造和生产管理，从而使传统的多品种小批
量生产方式突破了原有的模式，实现了合理化和高效化的生产。

3. 零件分类编码系统 Classified encode system of components
分类编码是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小和工艺特
征，即将零件的特征数字化，它是标识零件相似性的手段。依据
编码并按一定的相似程度，可将零件划分为加工组。对于加工组，
可以采用相同的加工设备和工艺方案，从而可以将小批量的生产
转化为大批大量生产。

目前采用的零件分类编码系统很多，约有七十多种。其中以德
国的奥匹兹（Opitz）分类编码系统较完善适用故不少国家都采用
这种系统。此外还有：德国的ZAFO、英国的BRISH、瑞士的
SULZER、日本的KK-3和我国的JLBM-1等分类编码系统。

JLBM-1是由我国机械工业部于1984年底制订的，全称为“机
械工业成组技术零件分类编码系统”。该系统主要用于中等或中等
以上规模的多品种中小批量生产的机械加工工厂或车间。JLBM-1
系统的基本结构具有15个码位，每一码位用从0~9十个数码表示不
同的特征代号。15个码位中，第一、二码位为名称类别码，它反映
零件的主要形状和功能，为增加分类标志的内容，它以矩阵表的形
式给出；第三至第九码位是形状及加工码（主码），用来反映零件
的外部形状与加工、内部形状与加工，平面、曲面加工与辅助加工；
第十至第十五码位是辅助码，包括：第十码位为材料，第十一码位
为毛坯原始形状，第十二码位为热处理，第十三、十四码位为主要
尺寸，第十五码位为精度。

4. 零件成组的方法 methods of the grouping components
有了零件编码分类系统后，便可根据编码系统的规定对零件编码。零件有了
代码就可以采用不同的相似性标准，将零件划分为具有不同属性的零件组。
分组不能将代码完全相同的零件分为一组，避免每组零件数量少，达不到扩
大生产批量的目的。通常根据零件的工艺相似性，将其归类分组；同时结合成组
工艺装备的应用和生产实践，调整分组。纠正分组中的错误。

零件
成组
方法

编码分类法

特征码位法
码域法

计算机辅助编码

特征位码域法

（1）特征码位法——选择几位与加工特征有直接关系的码位作为零件分组的
依据，这几位码位相同的零件就并为一组。
（2）码域法——这是根据统计分析结果，划定若干个特征代码范围，相当于
几个尺寸规格不同的筛子，作为筛分零件组的依据的分组方法。所规定的代码数
字范围称为“码域”，每一个码域对应一个特征矩阵，即一个零件组。

（3）特征位码域法——这是一种将特征码位与码域法相结合的零件分组方法。

5. 成组工艺的制订 Design of the group process planing
零件分组后，对每一个零件组都要制订成组加工工艺规程。工艺文件的核心
是成组加工工艺卡片，它适用于组内所有零件的加工工艺，也适用于包含在此范
围内的未来的新零件。编制成组工艺的方法通常有两种：
（1）复合零件法（综合零件法）
复合零件：是指具有本零件组内所有零件特征的零件。
复合零件可以是组内实际存在的某个零件，也可以是综合了组内零件所有
几何要素的一个假想零件。而复合零件法就是针对复合零件来编制成组工艺。
复合零件法适于编制回转体类零件的成组加工工艺。

（2）复合路线法——在零件分类成组的基础上，比较同组各零件的工艺路线，
从中选出一个工序较多，安排合理并具有代表性的工艺路线。以此为基础，
找出组内其余零件独有的工序，将这些独有的工序按顺序加在代表性的工艺路
线上，使其成为工序齐全、适用于组内所有零件的
成组工艺路线。

复合路线法常用来编制非回转体类零件的成组
加工工艺。