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工艺基础的基本概念
　　一、生产过程和工艺过程
　　生产过程是指从原材料（或半成品）制成产品的全部过程。对机器生产而言包括原材料的运输和保存，生产的准备，毛坯的制造，零件的加工和热处理，产品的装配、及调试，油漆和包装等内容。生产过程的内容十分广泛，现代企业用系统工程学的原理和方法组织生产和指导生产，将生产过程看成是一个具有输入和输出的生产系统。能使企业的管理科学化，使企业更具应变力和竞争力。
　　在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，使之变为成品的过程，称为工艺过程。它是生产过程的主要部分。例如毛坯的铸造、锻造和焊接；改变材料性能的热处理[1]；零件的机械加工等，都属于工艺过程。工艺过程又是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。
　　工序是工艺过程的基本组成单位。所谓工序是指在一个工作地点，对一个或一组工件所连续完成的那部分工艺过程。构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者，而且工序的内容是连续完成的。例如图32-1中[cc1]的零件，其工艺过程可以分为以下两个工序：
　　工序1：在车床上车外圆、车端面、镗孔和内孔倒角；
　　工序2：在钻床上钻6个小孔。
　　在同一道工序中，工件可能要经过几次安装。工件在一次装夹中所完成的那部分工序，称为安装。在工序1中，有两次安装。第一次安装：用三爪卡盘夹住 外圆，车端面C，镗内孔，内孔倒角，车外圆。第二次安装：调头用三爪盘夹住外圆，车端面A和B，内孔倒角。
　　二、生产类型
　　生产类型通常分为三类。
　　1．单件生产 单个地生产某个零件，很少重复地生产。
　　2．成批生产 成批地制造相同的零件的生产。
　　3．大量生产 当产品的制造数量很大，大多数工作地点经常是重复进行一种零件的某一工序的生产。
　　拟定零件的工艺过程时，由于零件的生产类型不同，所采用的加方法、机床设备、工夹量具、毛坯及对工人的技术要求等，都有很大的不同。
　　三、加工余量
　　为了加工出合格的零件，必须从毛坯上切去的那层金属的厚度，称为加工余量。加工余量又可分为工序余量和总余量。某工序中需要切除的那层金属厚度，称为该工序的加工余量。从毛坯到成品总共需要切除的余量，称为总余量，等于相应表面各工序余量之和。
在工件上留加工余量的目的是为了切除上一道工序所留下来的加工误差和表面缺陷，如铸件表面冷硬层、气孔、夹砂层，锻件表面的氧化皮、脱碳层、表面裂纹，切削加工
后的内应力层和表面粗糙度等。从而提高工件的精度和表面粗糙度。
　　加工余量的大小对加工质量和生产效率均有较大影响。加工余量过大，不仅增加了机械加工的劳动量，降低了生产率，而且增加了材料、工具和电力消耗，提高了加工成本。若加工余量过小，则既不能消除上道工序的各种缺陷和误差，又不能补偿本工序加工时的装夹误差，造成废品。其选取原则是在保证质量的前提下，使余量尽可能小。一般说来，越是精加工，工序余量越小。
　　四、基准
　　机械零件是由若干个表面组成的，研究零件表面的相对关系，必须确定一个基准，基准是零件上用来确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。根据基准的不同功能，基准可分为设计基准和工艺基准两类。
　　1．设计基准
　　在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。如图32-2所[cc2]示的轴套零件，各外圆和内孔的设计基准是零件的轴心线，端面A是端面B、C的设计基准，内孔的轴线是外圆径向跳动的基准。
　　2．工艺基准
　　零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同又分为装配基准、测量基准及定位基准。
　　（1）装配基准 装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。
　　（2）测量基准 用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准，称为测量基准。如图32-2中的零件，内孔轴线是检验外圆径向跳动的测量基准；表面A是检验长度L尺寸l和的测量基准。
　　（3）定位基准 加工时工件定位所用的基准，称为定位基准。作为定位基准的表面（或线、点），在第一道工序中只能选择未加工的毛坯表面，这种定位表面称粗基准.在以后的各个工序中就可采用已加工表面作为定位基准，这种定位表面称精基准。
　　五、拟定工艺路线的一般原则
　　机械加工工艺规程的制定，大体可分为两个步骤。首先是拟定零件加工的工艺路线，然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范、工时定额等。这两个步骤是互相联系的，应进行综合分析。
　　工艺路线的拟定是制定工艺过程的总体布局，主要任务是选择各个表面的加工方法，确定各个表面的加工顺序，以及整个工艺过程中工序数目的多少等。
　　拟定工艺路线的一般原则如下。
　　1、先加工基准面
　　零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行”。
　　2、划分加工阶段
　　加工质量要求高的表面，都划分加
工阶段，一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量；有利于合理使用设备；便于安排热处理工序；以及便于时发现毛坯缺陷等。
　　3、先孔后面
　　[1]　对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。这样就可以以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置精度，而且对平面上的孔的加工带来方便。
　　4、主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨等），应放在工艺路线最后阶段进行，以免光整加工的表面，由于工序间的转运和安装而受到损伤。
　　上述为工序安排的一般情况。有些具体情况可按下列原则处理。
　　(1)、为了保证加工精度，粗、精加工最好分开进行。因为粗加工时，切削量大，工件所受切削力、夹紧力大，发热量多，以及加工表面有较显著的加工硬化现象，工件内部存在着较大的内应力，如果粗、粗加工连续进行，则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。对于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前，还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。
　　(2)、合理地选用设备。粗加工主要是切掉大部分加工余量，并不要求有较高的加工精度，所以粗加工应在功率较大、精度不太高的机床上进行，精加工工序则要求用较高精度的机床加工。粗、精加工分别在不同的机床上加工，既能充分发挥设备能力，又能延长精密机床的使用寿命。
　　(3)、在机械加工工艺路线中，常安排有热处理工序。热处理工序位置的安排如下：为改善金属的切削加工性能，如退火、正火、调质等，一般安排在机械加工前进行。为消除内应力，如时效处理、调质处理等，一般安排在粗加工之后，精加工之前进行。为了提高零件的机械性能，如渗碳、淬火、回火等，一般安排在机械加工之后进行。如热处理后有较大的变形，还须安排最终加工工序

基本概念
一、生产过程和工艺过程
Ø 生产过程:机械产品制造时，将原材料或半成品变为产品的各有关劳动过程的总和，称为生产过程。它包括：生产技术准备工作(如产品的开发设计、工艺设计和专用工艺装备的设计与制造、各种生产资料及生产组织等方面的准备工作)；原材料及半成品的运输和保管；毛坯的制造；零件的各种加工、热处理及表面处理；部件和产品的装配、调试、检测及涂装和包装等。
应该指出，上述的“原材料”和“产品”的概念是相对的，一个工厂的“产品”可能是另一个工厂的“原材料”，而另一个工厂的“产品”又可能是其他工厂的“原材料”。因为在现代制造业中，通常是组织专业化生产的，如汽车制造，汽车上的轮胎、仪表、电器元件、标准件及其他许多零部件都是由其他专业厂生产的，汽车制造厂只生产一些关键零部件和配套件，并最后组装成完整的产品一汽车。产品按专业化组织生产，使工厂的生产过程变得较为简单，有利于提高产品质量，提高劳动生产率和降低成本，是现代机械工业的发展趋势。
Ø 工艺过程：在生产过程中，凡直接改变生产对象的尺寸、形状、性质(物理性能、化学性能、力学性能)及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。如毛坯制造、机械加工、热处理、表面处理及装配等，它是生产过程中的主要过程，其他过程称为辅助过程。机械加工工艺过程：用机械加工方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其成为产品零件的过程称为机械加工工艺过程。
二、工艺过程的组成
一个零件的加工工艺往往是比较复杂的，根据它的技术要求和结构特点，在不同的生产条件下，常常需要采用不同的加工方法和设备，通过一系列的加工步骤，才能使毛坯变成零件。我们在分析研究这一过程时，为了便于描述，需要对工艺过程的组成单元给于科学的定义。
机械加工工艺过程是由一个或若干们匝序排列的工序组成，而工序又可分为安装、工位、工步和走刀。
1．工序
－个或一组工人，在一台机床或一个工作地，对一个或同时对几个工件所
连续完成的那部分工艺过程，称为工序。
区分工序的主要依据是工作地是否变动和加工是否连续。如图2－1所示阶梯轴，当加工数量较少时，可按表2－1划分工序；当加工数量较大时，可按表2－2划分工序。
从表2－1和2－2可以看出，当工作地点变动时，即构成另一工序。同时，在同一工序内所完成的工作必须是连续的，若不连续，也即构成另一工序。下面着重解释“连续”的概念。所谓“连续”有按批“连续”和按件“连续”之分，表2－1与表2－2中，整批零件先在磨床上粗磨外圆后，再送高频淬火机高频淬火，最后再到磨床上精磨外圆，即使是在同一台磨床上，工作地点没有变动，但由于对这一批工件来说粗磨外圆和精磨外圆不是连续进行的，所以，粗磨和精磨外圆应为二道独立工序。除此以外，还有一个按件“不连续”问题，
如表2－2中的工序2和工序3，先将一批工件的一端全部车好，然后调头在同一车床上再车这批工件的另一端，虽然工作地点没有变动，但对每一个工件来说，两端的加工已不连续，严格按着工序的定义也可以认为是两道不同工序。不过，在这种情况下，究竟是先将工件的两端全部车好再车另一阶梯轴，还是先将这批工件一端全部车好后再分别车工件的另一端，对生产率和产品质量均无影响，完全可以由操作者自行决定，在工序的划分上也可以把它当作一道工序。综上所述，我们知道，如果工件在同一工作地点的前后加工，按批不是连续进行的，肯定是两道不同工序；如果按批是连续的而按件不连续，究竟算一道工序还是两道工序，要视具体情况而定。
工序是组成工艺过程的基本单元，也是制定生产计划和进行成本核算的基本单元。
2．安装
在同一工序中，工件的工作位置可能只装夹一次，也可能要装夹几次。所谓安装是指工件经一次装夹后所完成的那一部分工序。如表2－1所示的工序1要进行两次装夹：先夹工件一端，车端面、钻顶尖孔，称为安装；再调头车另一端面，钻顶尖孔，称为安装.
工件在加工中，应尽量减少装夹次数，以减少装夹误差和装夹工件所花费时间。
3．工位
为了减少工件装夹次数，常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在一次装夹中，先后处于几个不同的位置进行加工。工件相对于机床或刀具每占据一个加工位置所完成的那部分工艺过程，称为工位。如表2－2中工序1铣端面、钻顶尖孔，就有两个工位。
工件装夹后，先在工位 = 1 \* ROMAN I铣端面，然后移动到工位Ⅱ钻顶尖孔，如图2－2所示。
4．工步
在一道工序中，可能要加工几个不同表面，也可能用几把不同刀具进行加工，还有可能用几种不同切削用量分几次进行加工。为了描述这个过程，工序下面又可细分工步。工步是指加工表面、加工工具和切削用量(不包括背吃刀量)都不变的情况下，所完成的那一部分工序内容。一般情况下，上述三个要素任意改变一个，就认为是不同工步了。但下述两种情况可以作为一种例外。第一种情况，对那些连续进行的若干个相同的工步，可看作一个工步。如图2－3所示零件，连续钻四个15mm的孔，可看作一个工步钻4孔15mm，以简化工艺文件。另一种情况，有时为了提高生产率，用几把不同刀具，同时加工几个不同表面，如图2－4所示，也可看作一个工步，称为复合工步。

5．走刀
在一个工步内，如果被加表面需切去的金属层很厚，需要分几次切削，每进行一切削称为一次走刀。
三、生产纲领、生产类型及其工艺特征
机械产品的制造工艺不仅与产品的结构、技术要求有很大关系，而且也与企业的生产类型有很大关系，而企业的生产类型是由企业的生产纲领所决定的。
1．生产纲领
生产纲领是指计划期内产品的产量。计划期常定为一年，所以年生产纲领也就是年产量。
零件的生产纲领要计人备品和允许的废品数量，可按下式计算
式中N－－零件的年产量；
P－－产品的年产量；
－－每台产品中该零件的数量；
－－备品的百分率；
－－废品的百分率。
2．生产类型
根据生产纲领的大小和产品品种的多少，机械制造企业的生产可分为三种类型：单件生产、成批生产和大量生产。
(1)单件生产产品品种很多，同一产品的产量很少，而且很少重复生产，各工作地加工对象经常改变。如重型机械制造、专用设备制造和新产品试制等均属单件生产。
(2)大量生产产品的产量很大，大多数工作地长期重复地进行某一工件的某一工序的生产。如汽车、拖拉机、轴承和自行车等产品制造多属大量生产。
(3)成批生产一年中分批轮流制造几种产品，工作地的加工对象周期性地重复。如机床、机车、纺织机械等产品制造，多属成批生产。
同一产品(或零件)每批投人生产的数量称批量，批量可根据零件的年产量及一年中的生产批数计算确定。一年的生产批数需根据市场需要、零件的特征、流动资金的周转及仓库容量等具体情况确定。根据批量的大小和被加工零件的特征，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。小批生产的工艺特点与单件生产相似；大批生产的工艺特点与大量生产相似。中批生产介于单件生产和大量生产之间。
各种生产类型的工艺特征见表2－3（见课本P.54）。
表2－3各种生产类型的工艺特征
工艺特征零件的互换性
由表2－3可知，同一产品的生产，由于生产类型的不同，其工艺方法完全不一样。一般说来，生产同样一个产品，大量生产要比单件生产与成批生产的生产效率高，成本低，产品质量稳定、可靠。但市场对机械产品的需求是多元化的，需求量有多有少。据国内外统计表明：目前在机械制造中，单件和小批生产占多数。随着科学技术的发展，产品更新周期越来越短，产品的品种规格将会不断增加，多品种、小批量生产在今后还会有增长趋势。是否有可能对品种多而批量不大的产品也能按大批量的方式组织生产呢?可能性是存在的，办法是使产品的结构尽量标准化、系列化。如果产品结构的标准化、系列化系数达到70%～80%以上，那么就可以将多家工厂按协作方式组织专业化生产，将多品种小批量生产转化为大批量生产，可取得很高的经济效益。另外，采用成组加工技术，也可以将一个企业的多品种、小批量的生产类型转化为批量较大的生产类型。近年来，柔性加工系统的出现，为单件小批量生产提供了高效的先进设备，是机械制造工艺的一个重要发展方向。
生产类型的具体划分，可根据生产纲领和产品及零件的特征(轻重、大小、结构复杂程度、精度等)，参考表2－4确定。表2－4中的重型零件、中型零件、轻型零件可参考表2－5所列数据确定。

毛坯的选择
零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工而最后形成的。毛坯选择的正确与否，不仅影响产品质量，而且对制造成本也有很大影响。因此，正确地选择毛坯有着重大的技术经济意义。
一、毛坯的种类
毛坯的种类很多，同一种毛坯又有多种制造方法。机械制造中常用的毛坯有以下几种。
1．铸件
形状复杂的毛坯，宜用铸造方法制造。根据铸造方法不同，铸件又可分为以下几种类型。
(1)砂型铸造的铸件这是应用最为广泛的一种铸件，它又有木模手工造型和金属模机器造型之分。木模手工造型铸件精度低，加工表面需留较大的加工余量，手工造型生产效率低，适用单件小批生产或大型零件的铸造。金属模机器造型生产效率高，铸件精度也高，但设备费用高，铸件的重量也受限制，适应于大批量生产的中小型铸件。砂型铸造铸件材料不受限制，以铸铁应用最广，铸钢、有色金属铸造也有应用。
(2)金属型铸造的铸件将熔融的金属浇注到金属模具中，依靠金属自重充满金属铸型腔而获得的铸件。这种铸件比砂型铸造铸件精度高、表面质量和力学性能好，生产率也较高，但需专用的金属型腔模，适用于大批量生产中的尺寸不大的有色金属铸件。
(3)离心铸造铸件将溶融金属注入高速旋转的铸型内，在离心力作用下，金属液充满型腔而形成的铸件。这种铸件结晶细，金属组织致密，零件的力学性能好，外圆精度及表面质量高，但内孔精度差，需要专门的离心浇注机，适用于批量较大黑色金属和有色金属的旋转体铸件。
(4)压力铸造铸件将溶融的金属，在一定压力作用下，以较高速度注入金属型腔内而获得的铸件。这种铸件精度高，可达ITll～ITl3，表面粗糙度值小，可达Ra3.2～0.4um,铸件的力学性能好，同时可铸造各种结构较复杂的零件，铸件上的各种孔眼、螺纹、文字及花纹图案均可铸出。但需要一套昂贵的设备和型腔模，适用于批量较大的形状复杂、尺寸较小的有色金属铸件。
(5)精密铸造铸件将石蜡通过型腔模压制成与工件一样的腊制件，再在腊制工件周围粘上特殊型砂，凝固后将其烘干焙烧，腊被蒸化而放出，留下工件形状的模壳，用来浇涛。
精密铸造铸件精度高，表面质量好。一般用来铸造形状复杂的铸钢件，可节省材料，降低成本，是一项先进的毛坯制造工艺。
2．锻件
机械强度要求高的钢制件，一般要用锻件毛坯。锻件有自由锻造锻件和模锻件两种。
自由锻造锻件是在锻锤或压力机上用手工操作而成形的锻件。它的精度低，加工余量大，生产率也低，适于单件小批生产及大型锻件。
模锻件是在锻锤或压力机上，通过专用锻模而锻制成形的锻件。它的精度和表面质量均比自由锻造好，可以使毛坯形状更接近工件形状，加工余量小。同时由于模锻件的材料纤维组织分布好，锻制件的机械强度高。模锻的生产效率高，但需要专用的模具，且锻锤的吨位也要比自由锻造大。主要适用于批量较大的中小型零件。
3．型材
型材按截面形状可分为：圆钢、方钢、六角钢、扁钢、角钢、槽钢及其他特殊截面的型材。型材有冷拉和热轧两种。热轧的精度低，价格较冷拉的便宜，用于一般零件的毛坯。冷拉的尺寸较小，精度高，易于实现自动送料，但价格贵，多用于批量较大在自动机床上进行加工的情况。
4．焊接件
将型钢或钢板，焊接成所需的结构，适于单件小批生产中制造大型毛坯，其优点是制造简便，周期短，毛坯重量轻；缺点是焊接件抗振性差，由于内应力重新分布引起的变形大，因此在进行机械加工前需经时效处理。
5．冲压件
在冲床上用冲模将板料冲制而成。冲压件的尺寸精度高，可以不再进行加工或只进行精加工，生产效率高。适于批量较大而零件厚度较小的中小型零件。
6．冷挤压件
在压力机上通过挤压模挤压而成，生产效率高。冷挤压毛坯精度高，表面粗糙度值小，可以不再进行机械加工。但要求材料塑性好，主要为有色金属和塑性好的钢材。适于大批量生产中制造形状简单的小型零件。如仪表上和航空发动机中的小型零件。
7．粉末冶金
以金属粉末为原料，在压力机上通过模具压制成型后经高温烧结而成。生产效率高，零件的精度高，表面粗糙度值小，一般可不再进行精加工，但金属粉末成本较高，适于大批大量生产中压制形状较简单的小型零件。
二、毛坯的选择
毛坯的种类和制造方法对零件的加工质量、生产率、材料消耗及加工成本都有影响。提高毛坯精度，可减少机械加工的劳动量，提高材料利用率，降低机械加工成本，但毛坯制造成本增加，两者是相互矛盾的。选择毛坯应综合考虑下列因素。
(1)零件的材料及对零件力学性能的要求例如零件的材料是铸铁或青铜，只能选铸造毛坯，不能用锻造。若材料是钢材，当零件的力学性能要求较高时，不管形状简单与复杂，都应选锻件；当零件的力学性能无过高要求时，可选型材或铸钢件。
(2)零件的结构形状与外形尺寸钢质的一般用途的阶梯轴，如台阶直径相差不大，可用棒料；若台阶直径相差大，则宜用锻件，以节约材料和减少机械加工工作量。大型零件，受设备条件限制，一般只能用自由锻和砂型铸造；中小型零件根据需要可选用模锻和各种先进的铸造方法。
(3)生产类型大批大量生产时，应选毛坯精度和生产率都高的先进的毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸尽量接近零件的形状、尺寸，以节约材料，减少机械加工工作量，由此而节约的费用会远远超出毛坯制造所增加的费用，获得好的经济效益。单件小批生产时，采用先进的毛坯制造方法所节约的材料和机械加工成本，相对于毛坯制造所增加的设备和专用工艺装备费用就得不偿失了，故应选毛坯精度和生产率均比较低的一般毛坯制造方法，如自由锻和手工木模造型等方法。
(4)生产条件选择毛坯时，应考虑现有生产条件，如现有毛坯的制造水平和设备情况，外协的可能性等。可能时，应尽可能组织外协，实现毛坯制造的社会专业化生产，以获得好的经济效益。
(5)充分考虑利用新工艺、新技术和新材料随着毛坯制造专业化生产的发展，目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用越来越多，如精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料的应用日益广泛，这些方法可大大减少机械加工量，节约材料，有十分显著的经济效益，我们在选择毛坯时，应于充分考虑，在可能的条件下，尽量采用。