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。
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