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二．机械制造工艺理论(一)概述机械制造工艺，是将各种原材料、半成品加工成为产品的方法和过程，是机械工业的基础技术之一。采用先进适用的制造工艺及设备是提高质量、节能节材、降低成本、提高劳动生产率、减轻环境污染、提高企业经济和社会效益的主要途径。随着机械工业的发展和科学技术的进步，机械制造工艺的内涵和面貌不断发生变化，而且变化和发展的速度越来越快。近一二十年的技术进展和未来发展趋势主要有如下几个方面：（1．常规工艺的不断优化保持原有工艺原理不变，通过改善工艺条件，优化工艺参数实现常规工艺优化；以工艺方法为中心，实现工艺设备、辅助工艺、工艺材料、检测控制系统成套供应服务，使优化工艺易于为企业采用。2．新型加工方法的不断出现和发展新型加工方法的类型有：精密加工和超精密加工、微细加工、特种加工及高密度能加工、新型材料加工、大件及超大件加工、表面功能性覆层技术以及复合加工。）3．工艺设计由“经验”走向“定量分析”计算机数值模拟技术在铸造、锻压、焊接等传统工艺中开始得到应用。它可以预测缩孔、缩松、裂纹等缺陷的位置及防止措施，确定工艺规范，优化工艺方案，从而控制及确保毛坯件的质量。再以物理模拟和专家系统，使工艺研究由“经验判断”走向“定量分析”，使工艺设计由人工计算、画图到工艺计算机辅助设计。4．自动化等高新技术与工艺的紧密结合应用集成电路、可编程控制器PLC、计算机辅助工艺规程编制CAPP、数控加工NC、计算机辅助设计CAD、制造CAM、机器人以及制造技术、制造系统。5．“机械制造技术系统”的形成在加工工艺流程中，重视“辅助工序”；在工艺装备中，重视辅助工装及工艺材料的配套发展；重视搬运、存储、检验、包装等辅助生产过程；物流、能量流与信息流的集成。要制定出合理的零件制造工艺过程，首先要掌握目前有哪些可供选用的加工方法，并能够针对零件的具体要求较合理地选用。其次还必须解决各表面的加工顺序和热处理如何安排的问题。要做到后一点，不仅需要工艺理论知识，更需要生产实践经验。另外，零件的工艺过程不仅是生产过程，同时也是消耗过程。其涉及面广，灵活性大，在一定的生产条件下，可实施的方案可能有很多。因此，在寻求最佳工艺方案时，应充分了解和合理利用本企业和社会协作渠道所能提供的工艺资源，以便获取最佳的社会经济效益。（二）产品工艺过程设计产品工艺过程设计，是产品设计完成之后投入制造之前最重要的工作阶段，它是产品生产工艺准备工作的核心内容。一般包括产品结构工艺性审查及工艺方案的初步设计、工艺方案设计与评价、工艺技术选择、工艺流程设计、工序优化、工艺规程编制等主要阶段。1．产品结构工艺性审查及工艺方案的初步设计（1）新产品设计开发阶段中，产品设计人员与工艺人员应共同找出从工艺角度看是关键的零、部件，并共同研究和决定其工艺方案初步设计。（2）发现工艺上有疑难问题，应与产品设计上的问题同步安排科研开发课题。（3）在工艺方案设计中要大胆设想多种可行方案，但在决定前要客观的论证和评价，既要敢于创新，又必须立足于科学分析和试验验证。2．工艺方案设计工艺方案是指导产品工艺准备工作的技术依据和纲领，是工艺技术选择、工艺流程的基础。工艺方案设计的原则是：(（1）在满足产品使用要求，保证产品质量的同时，充分考虑生产周期、工艺成本和环境保护。)（2）根据本企业能力，充分发挥现有设备的作用，并积极采用先进工艺技术和设备，不断提高企业工艺水平。(（3）满足当前生产批量的要求，并适当考虑产品的发展和销售前景。)(工艺方案的分类及内容：（1）单件小批生产的工艺方案①在产品设计过程中就对关键性零部件的设计进行工艺性审查与工艺方案的初步设计；②在产品设计完成后进行：全部零部件的工艺方案和工艺路线设计，工艺规程等工艺文件以及工艺定额的编制；③通用工艺装备和工艺材料的准备（取自库存或新购），专用工艺装备的设计、准备（自制或订货购入）和验证。（2）大批大量生产的工艺方案①在设计过程中就对关键性零部件的设计进行工艺性审查与工艺方案的初步设计；②设计完成后，按单件小批量生产的条件，为制造验证设计产品功能的样机编制全部零部件的工艺方案、工艺路线、工艺规程和其他工艺文件以及工艺定额等，设计和准备必不可少的专用装备；③在产品设计的功能水平通过功能样机试验并得到验证准备投产后，按规定的批量生产条件，编制全部工艺方案和其他工艺文件（包括外协件的技术条件、选择外协件的生产单位），设计和准备专用工艺装备，按此工艺试制小批量样机并进行全部试验，以验证产品设计的工艺性以及工艺设计的可行性、加工质量的稳定性以及生产的工效等；④在总结工艺试验样机的试制和验证的基础上，修正试制工艺，方可开始正式投产。工艺方案的评价：生产同一产品（零部件）可以有多种工艺方案。在确定工艺方案时，不仅要考虑工艺的先进性、适用性，同时要考虑其经济性。一般要考虑产品质量的稳定性和工艺成本的降低，对于能达到同一质量稳定性要求而经济效果不同的各种方案进行比较，通常采用比较工艺成本的方法。3．工艺技术选择工艺技术的合理选择是工艺方案设计及实施的最重要环节，同时也是制定工艺路线或工艺流程的依据。由于同一种零部件或产品，无论是毛坯制造、机械加工，还是热处理、表面保护、装配，往往可以用不同的工艺方法来完成，因而更增加了工艺技术选择的复杂性。影响工艺技术合理选择的因素很多，应主要考虑如下三个因素：（1）零件的材料、形状和尺寸：例如同为轴类钢件，中小电机轴可采用圆钢下料车削加工成型；而大型气轮机转子则必须经冶炼铸锭、锻造后车削加工成型。同为箱体形铸钢件，如果尺寸、质量较大，则只能采用砂型铸造；如果尺寸、质量较小，则熔模铸造也是一种可供考虑的方法。（2）产品的生产类型：①按一定时间内产品产量的连续程度划分，分为单件小批生产、成批生产和大量（连续）生产②按产品品种和产量的关系划分，分为多品种小批量、中品种中批量和少品种大批量③按产品销售方式，分为定货生产和存货生产)（3）不同工艺方法的特点和使用范围：①不同的毛坯制造方法，通过以下几方面的因素显示出不同的工艺特点，从而产生不同的技术经济效果。ⅰ材料的组织和力学性能的发挥。正确选择毛坯制造方法，可以发挥材料的性能潜力提高毛坯的内部质量。例如同是铝合金件，锻件、挤压件及压铸件的性能明显高于砂型铸件。ⅱ毛坯的尺寸精度、表面粗糙度等外部质量。手工砂型铸造和自由锻造的表面质量较差；压铸、精冲等少无切屑工艺的表面质量好。ⅲ生产效率和设备投资。不同方法之间也极不相同，它决定了对不同生产类型的适应性和经济性。ⅳ对零件的材料、形状、尺寸、重量的适应性。它决定了各种毛坯制造方法的工艺可能性。例如铸铁、铸铝材料只能采用铸造方法，薄壁工件不能采用砂型铸造，外形尺寸过大的铸件不能采用压铸等。②合理选择机械加工方法，主要考虑如下因素：ⅰ零件的表面形状和尺寸，这决定了可能可能采用的加工方法种类和加工机床。ⅱ零件要求的尺寸精度和表面粗糙度，它决定了最终加工方法和加工路线。选择加工方法时，尽量用最短的加工路线来达到最终加工目的：同一零件的各个表面尽量采用相同的加工方法，以减少切削工具种类及工件装夹次数，保证各表面间的相互位置精度，提高生产效率。ⅲ被加工工件的材料及其加工性能。被加工材料的硬度及其他加工性能决定了加工方法和切削刀具的选择。ⅳ生产类型。它通过劳动生产率和设备投资等经济性因素决定了加工方法及机床类别的选择和自动化程度的高低。③材料改性处理方法主要有热处理和表面保护工艺。在进行工艺技术选择时，主要考虑如下因素：ⅰ材料的性能潜力及热处理、表面保护工艺性能；ⅱ材料的服役条件（载荷、摩擦、介质、环境等及失效类型）；ⅲ零件的结构形状及尺寸大小；ⅳ生产类型。（三）零件加工工艺的制定制定零件加工工艺规程的意义与作用制定零件加工工艺规程是一项复杂的工作，它要求在给定的生产条件下，制定出最合理的工艺过程。工艺规程的意义与作用有如下几点：①工艺规程是指导生产的主要技术文件，是指挥现场的根据。②工艺规程是进行组织生产，做好生产技术准备的主要文件。③在工艺规程付诸实现的过程中，可以根据实践的结果，不断地总结及积累经验，因此，有了工艺规程，就便于总结和积累生产经验。工艺规程本身就是生产技术文件的简明总结。(制定零件加工工艺的内容和要求零件加工工艺就是零件加工的方法和步骤。制定工艺的内容包括：排列加工工序（包括毛坯制造选择、切削加工、热处理和检验工序），确定各工序所用的机床、装夹方法、加工方法、测量方法、工夹量具、加工余量、切削用量和工时定额等。将这些内容用工艺文件形式表示出来，就是机械加工工艺规程，即通常所说的“机械加工工艺卡片”。制定零件加工工艺必须满足如下要求：①确保零件的全部技术要求；②生产效率高；③生产成本低；④劳动生产条件好。在制定零件加工工艺时，尤其对较复杂零件的加工工艺，要根据客观生产条件，经过反复实践反复修改，才能使之合理与完善。)制定工艺规程时所需的原始资料在制定加工工艺规程时，必须有下列的原始资料，这些原始资料中，有些是领导部门下达的，有些需要自己精心收集及调查了解。1.产品的全套装配图及零件图2．产品验收的质量标准3．产品的生产纲领及生产类型4．毛坯图5．生产条件6．各有关手册、标准及指导性文件制定零件加工工艺的步骤1．研究零件图样及其技术要求仔细阅读零件图样，对零件的形状、结构、尺寸、精度、表面粗糙度、材料、热处理、数量等要求进行全面系统的了解和分析，做到心中有数。2.选择毛坯的类型常用的毛坯有型材、铸件、锻件和焊件等。轴类零件的毛坯通常选用圆钢料或锻件。对于光滑轴、直径相差不大的阶梯轴，多采用热轧或冷轧圆钢料。直径相差悬殊的阶梯轴，为节省材料，减少机加工工时，多采用锻件。此外，锻件的纤维组织分布合理，可提高轴的强度。应根据零件的材料、形状、尺寸、批量和工厂的现有条件等因素综合考虑。3.零件的工艺分析在拟订零件工艺过程之前，要认真进行工艺分析重点处理好三个问题：i.确定主要表面的加工方法和步骤。主要表面的加工质量直接影响零件和产品的质量，因此要根据零件的全部技术要求，合理选择主要表面的加工方案。ii.确定定位基面。在加工过程中，合理确定定位基面，对保证零件的技术要求和工序的安排有决定性的影响。一般在选择主要表面加工方法的同时就要确定其定位基面。对于三类典型零件，常作如下选择：Ⅰ阶梯轴类零件，常选择两端中心孔作为定位基面。采用双顶尖装夹，车削或磨削外圆、螺纹和轴肩端面，这样能较好的保证各外圆、螺纹的同轴度（或径向圆跳动）和轴肩对轴线的垂直度（或端面圆跳动）要求。在热处理后或磨削前，一般要研磨中心孔，以提高中心孔的定位精度。Ⅱ盘套类零件，一般以轴线部位的孔作为定位基面，采用心轴装夹。车削或磨削其他表面，能较好的保证各外圆和端面对孔轴线的圆跳动要求。如果零件结构允许，常在一次装夹中完成孔及其有关表面的精加工（俗称“一刀活”），不仅可获得较高的位置精度，而且加工十分方便。Ⅲ支架箱体类零件，多选择主要平面（即装配基面）作为定位基面，采用压板、螺栓装夹，加工轴承孔。iii.安排热处理工序。热处理工序的安排，是由热处理的目的及其方法决定的，并与零件的材料有关。具体方法的选择及其工序安排如下：毛坯——退火或正火——粗加工——调质——半精加工—淬火——磨削加工、刀具精加工——精密加工——超精密加工4.拟订工艺过程拟订工艺过程就是把零件各表面的加工，按先后顺序作合理的安排，这是制定零件加工工艺的关键。安排工艺过程时一般考虑以下两原则：i.基面先行原则。定位基面一般应首先加工，然后用它定位加工其他表面。例如阶梯轴的中心孔、支架箱体类的主要平面大都先加工。ii.粗精分开原则。切削加工一般划分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。对于极少数高精度、低表面粗糙度的零件，在精加工之后还要经历精密加工，甚至超精密加工阶段。这样有利于减小或消除粗加工、半精加工时因切削力和切削热等因素所引起的应力和变形，以稳定零件的加工精度，保证加工质量。另外，粗加工切除的余量较大，容易发现毛坯的内部缺陷，便于及时处理。5.确定各工序所用的加工设备和工艺装备要确定各工序所用的加工设备（如