第一節(jié) 工藝基礎(chǔ)的基本概念
一、生產(chǎn)過(guò)程和工藝過(guò)程
生產(chǎn)過(guò)程是指從原材料（或半成品）制成產(chǎn)品的全部過(guò)程。對(duì)機(jī)器生產(chǎn)而言包括原材料的運(yùn)輸和保存，生產(chǎn)的準(zhǔn)備，毛坯的制造，零件的加工和熱處理，產(chǎn)品的裝配、及調(diào)試，油漆和包裝等內(nèi)容。生產(chǎn)過(guò)程的內(nèi)容十分廣泛，現(xiàn)代企業(yè)用系統(tǒng)工程學(xué)的原理和方法組織生產(chǎn)和指導(dǎo)生產(chǎn)，將生產(chǎn)過(guò)程看成是一個(gè)具有輸入和輸出的生產(chǎn)系統(tǒng)。能使企業(yè)的管理科學(xué)化，使企業(yè)更具應(yīng)變力和競(jìng)爭(zhēng)力。
在生產(chǎn)過(guò)程中，直接改變?cè)牧希ɑ蛎鳎┬螤?、尺寸和性能，使之變?yōu)槌善返倪^(guò)程，稱(chēng)為工藝過(guò)程。它是生產(chǎn)過(guò)程的主要部分。例如毛坯的鑄造、鍛造和焊接；改變材料性能的熱處理；零件的機(jī)械加工等，都屬于工藝過(guò)程。工藝過(guò)程又是由一個(gè)或若干個(gè)順序排列的工序組成的。
工序是工藝過(guò)程的基本組成單位。所謂工序是指在一個(gè)工作地點(diǎn)，對(duì)一個(gè)或一組工件所連續(xù)完成的那部分工藝過(guò)程。構(gòu)成一個(gè)工序的主要特點(diǎn)是不改變加工對(duì)象、設(shè)備和操作者，而且工序的內(nèi)容是連續(xù)完成的。例如圖32-1中[cc1] 的零件，其工藝過(guò)程可以分為以下兩個(gè)工序：
工序1：在車(chē)床上車(chē)外圓、車(chē)端面、鏜孔和內(nèi)孔倒角；
工序2：在鉆床上鉆6個(gè)小孔。
在同一道工序中，工件可能要經(jīng)過(guò)幾次安裝。工件在一次裝夾中所完成的那部分工序，稱(chēng)為安裝。在工序1中，有兩次安裝。第一次安裝：用三爪卡盤(pán)夾住 外圓，車(chē)端面C，鏜內(nèi)孔 ，內(nèi)孔倒角，車(chē) 外圓。第二次安裝：調(diào)頭用三爪盤(pán)夾住 外圓，車(chē)端面A和B，內(nèi)孔倒角。
二、生產(chǎn)類(lèi)型
生產(chǎn)類(lèi)型通常分為三類(lèi)。
1．單件生產(chǎn) 單個(gè)地生產(chǎn)某個(gè)零件，很少重復(fù)地生產(chǎn)。
2．成批生產(chǎn) 成批地制造相同的零件的生產(chǎn)。
3．大量生產(chǎn) 當(dāng)產(chǎn)品的制造數(shù)量很大，大多數(shù)工作地點(diǎn)經(jīng)常是重復(fù)進(jìn)行一種零件的某一工序的生產(chǎn)。
擬定零件的工藝過(guò)程時(shí)，由于零件的生產(chǎn)類(lèi)型不同，所采用的加方法、機(jī)床設(shè)備、工夾量具、毛坯及對(duì)工人的技術(shù)要求等，都有很大的不同。
三、加工余量
為了加工出合格的零件，必須從毛坯上切去的那層金屬的厚度，稱(chēng)為加工余量。加工余量又可分為工序余量和總余量。某工序中需要切除的那層金屬厚度，稱(chēng)為該工序的加工余量。從毛坯到成品總共需要切除的余量，稱(chēng)為總余量，等于相應(yīng)表面各工序余量之和。
在工件上留加工余量的目的是為了切除上一道工序所留下來(lái)的加工誤差和表面缺陷，如鑄件表面冷硬層、氣孔、夾砂層，鍛件表面的氧化皮、脫碳層、表面裂紋，切削加工后的內(nèi)應(yīng)力層和表面粗糙度等。從而提高工件的精度和表面粗糙度。
加工余量的大小對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率均有較大影響。加工余量過(guò)大，不僅增加了機(jī)械加工的勞動(dòng)量，降低了生產(chǎn)率，而且增加了材料、工具和電力消耗，提高了加工成本。若加工余量過(guò)小，則既不能消除上道工序的各種缺陷和誤差，又不能補(bǔ)償本工序加工時(shí)的裝夾誤差，造成廢品。其選取原則是在保證質(zhì)量的前提下，使余量盡可能小。一般說(shuō)來(lái)，越是精加工，工序余量越小。
四、基準(zhǔn)
機(jī)械零件是由若干個(gè)表面組成的，研究零件表面的相對(duì)關(guān)系，必須確定一個(gè)基準(zhǔn)，基準(zhǔn)是零件上用來(lái)確定其它點(diǎn)、線、面的位置所依據(jù)的點(diǎn)、線、面。根據(jù)基準(zhǔn)的不同功能，基準(zhǔn)可分為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)兩類(lèi)。
1．設(shè)計(jì)基準(zhǔn)
在零件圖上用以確定其它點(diǎn)、線、面位置的基準(zhǔn)，稱(chēng)為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。如圖32-2所[cc2] 示的軸套零件，各外圓和內(nèi)孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是零件的軸心線，端面A是端面B、C的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，內(nèi)孔的軸線是外圓徑向跳動(dòng)的基準(zhǔn)。
2．工藝基準(zhǔn)
零件在加工和裝配過(guò)程中所使用的基準(zhǔn)，稱(chēng)為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同又分為裝配基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)及定位基準(zhǔn)。
（1）裝配基準(zhǔn) 裝配時(shí)用以確定零件在部件或產(chǎn)品中的位置的基準(zhǔn)，稱(chēng)為裝配基準(zhǔn)。
（2）測(cè)量基準(zhǔn) 用以檢驗(yàn)已加工表面的尺寸及位置的基準(zhǔn)，稱(chēng)為測(cè)量基準(zhǔn)。如圖32-2中的零件，內(nèi)孔軸線是檢驗(yàn)外圓徑向跳動(dòng)的測(cè)量基準(zhǔn)；表面A是檢驗(yàn)長(zhǎng)度L尺寸l和的測(cè)量基準(zhǔn)。
（3）定位基準(zhǔn) 加工時(shí)工件定位所用的基準(zhǔn)，稱(chēng)為定位基準(zhǔn)。作為定位基準(zhǔn)的表面（或線、點(diǎn)），在第一道工序中只能選擇未加工的毛坯表面，這種定位表面稱(chēng)粗基準(zhǔn).在以后的各個(gè)工序中就可采用已加工表面作為定位基準(zhǔn)，這種定位表面稱(chēng)精基準(zhǔn)。
五、擬定工藝路線的一般原則
機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定，大體可分為兩個(gè)步驟。首先是擬定零件加工的工藝路線，然后再確定每一道工序的工序尺寸、所用設(shè)備和工藝裝備以及切削規(guī)范、工時(shí)定額等。這兩個(gè)步驟是互相聯(lián)系的，應(yīng)進(jìn)行綜合分析。
工藝路線的擬定是制定工藝過(guò)程的總體布局，主要任務(wù)是選擇各個(gè)表面的加工方法，確定各個(gè)表面的加工順序，以及整個(gè)工藝過(guò)程中工序數(shù)目的多少等。
擬定工藝路線的一般原則如下。
1 、先加工基準(zhǔn)面
零件在加工過(guò)程中，作為定位基準(zhǔn)的表面應(yīng)首先加工出來(lái)，以便盡快為后續(xù)工序的加工提供精基準(zhǔn)。稱(chēng)為“基準(zhǔn)先行”。
2、劃分加工階段
加工質(zhì)量要求高的表面，都劃分加工階段，一般可分為粗加工、半精加工和精加工三個(gè)階段。主要是為了保證加工質(zhì)量；有利于合理使用設(shè)備；便于安排熱處理工序；以及便于時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷等。
3、先孔后面
對(duì)于箱體、支架和連桿等零件應(yīng)先加工平面后加工孔。這樣就可以以平面定位加工孔，保證平面和孔的位置精度，而且對(duì)平面上的孔的加工帶來(lái)方便。
4、主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨等），應(yīng)放在工藝路線最后階段進(jìn)行，以免光整加工的表面，由于工序間的轉(zhuǎn)運(yùn)和安裝而受到損傷。
上述為工序安排的一般情況。有些具體情況可按下列原則處理。
(1)、為了保證加工精度，粗、精加工最好分開(kāi)進(jìn)行。因?yàn)榇旨庸r(shí)，切削量大，工件所受切削力、夾緊力大，發(fā)熱量多，以及加工表面有較顯著的加工硬化現(xiàn)象，工件內(nèi)部存在著較大的內(nèi)應(yīng)力，如果粗、粗加工連續(xù)進(jìn)行，則精加工后的零件精度會(huì)因?yàn)閼?yīng)力的重新分布而很快喪失。對(duì)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，還應(yīng)安排低溫退火或時(shí)效處理工序來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力。
(2)、合理地選用設(shè)備。粗加工主要是切掉大部分加工余量，并不要求有較高的加工精度，所以粗加工應(yīng)在功率較大、精度不太高的機(jī)床上進(jìn)行，精加工工序則要求用較高精度的機(jī)床加工。粗、精加工分別在不同的機(jī)床上加工，既能充分發(fā)揮設(shè)備能力，又能延長(zhǎng)精密機(jī)床的使用壽命。
(3)、在機(jī)械加工工藝路線中，常安排有熱處理工序。熱處理工序位置的安排如下：為改善金屬的切削加工性能，如退火、正火、調(diào)質(zhì)等，一般安排在機(jī)械加工前進(jìn)行。為消除內(nèi)應(yīng)力，如時(shí)效處理、調(diào)質(zhì)處理等，一般安排在粗加工之后，精加工之前進(jìn)行。為了提高零件的機(jī)械性能，如滲碳、淬火、回火等，一般安排在機(jī)械加工之后進(jìn)行。如熱處理后有較大的變形，還須安排最終加工工序（精磨）。
第二節(jié) 軸類(lèi)零件的工藝路線實(shí)例
圖32-3所[cc3] 示為單級(jí)圓柱齒輪減速器的傳動(dòng)軸，現(xiàn)就其材料和毛坯的選擇以及加工工藝路線的擬定簡(jiǎn)介如下。
一、材料選擇
軸類(lèi)零件常用的材料為鍛造或軋制的碳素鋼或合金鋼。軸類(lèi)零件之所以選用碳素鋼和合金鋼制造，是因?yàn)檩S屬于較為重要、較為精密的零件。它本身要求足夠的強(qiáng)度和剛度（包括變形剛度和接觸剛度），足夠精確的尺寸和較高的表面粗糙度，與滑動(dòng)軸承配合處的軸頸表面還應(yīng)有高的硬度。因而材料應(yīng)具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。而碳素鋼和合金鋼則能滿足這些要求。尤其是碳素鋼，因其價(jià)格低廉，鍛造工藝性能良好，對(duì)應(yīng)力集中沒(méi)有合金鋼敏感，所以應(yīng)用尤為廣泛。近年來(lái)，采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵制造形狀復(fù)雜的軸已獲得很大的成功。估計(jì)隨著鑄鐵質(zhì)量的進(jìn)一步提高，“以鐵代鋼”將取得更加飛速的發(fā)展。
在選擇軸的材料時(shí)，對(duì)載荷不大或不太重要的場(chǎng)合，可用Q235A、Q255A鋼；對(duì)載荷較大，較為重要的場(chǎng)合，以45鋼最為常用；重載，且軸的尺寸和重量受到限制時(shí)，或軸的工作條件惡劣時(shí)，則采用合金鋼，如此40Cr、38CrMoAl等。
根據(jù)上述分析，本傳動(dòng)軸以選45號(hào)鋼為宜。
二、毛坯的選擇
該軸尺寸不大，但最大直徑與最小直徑的差值較大，因此不宜選擇圓鋼毛坯，應(yīng)選擇鍛造毛坯?？紤]到軸的尺寸和重量采用模型鍛造是可行的。若批量較大，應(yīng)選擇模型鍛造。若批量較小，則應(yīng)采用自由鍛造。
三、工藝路線的擬定
在擬定工藝路線之前，先分析軸的結(jié)構(gòu)和精度要求。從結(jié)構(gòu)上分析，軸由七段圓柱組成，上面有兩個(gè)鍵槽和兩個(gè)中心孔（其中一個(gè)中心孔帶螺孔，以便安裝軸端擋圈）。從精度和粗糙度分析，有四段圓柱要求達(dá)到IT6級(jí)精度，其中安裝聯(lián)軸器的 55段和要安裝齒輪的 80段兩段要求粗糙度在1.6 以下，安裝軸承的 65兩段要求粗糙度在0.8 以下。以上四段圓柱之間又要求有較高的位置精度。根據(jù)該軸主要由圓柱構(gòu)成和多數(shù)段均要求較高的加工精度和較小的粗糙度這一特點(diǎn)，在擬定工藝路線時(shí)，應(yīng)以外圓表面的加工貫穿始終，將全軸的加工分成粗、半精和精加工三個(gè)階段，而將鍵槽和螺紋的加工穿插于各加工階段中。至于中心孔，其作用是為加工時(shí)提供安裝定位基準(zhǔn)。根據(jù)“基準(zhǔn)先行”的原則，應(yīng)該在一開(kāi)始就將其加工出來(lái)。
現(xiàn)將大批量生產(chǎn)時(shí)，該軸的主要加工工藝路線安排如表32-1所示，以供 參考。
表32-1 減速器傳動(dòng)軸的主要加工工藝路線
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
工序內(nèi)容
定位與夾緊
1
鍛
鍛造毛坯（模型鍛造）
2
熱處理
退火
3
銑、鉆
銑端面，鉆中心孔
外圓面
4
粗車(chē)
粗車(chē)各段外圓
中心孔、雞心夾頭
5
熱處理
調(diào)質(zhì)
6
半精車(chē)
半精車(chē)各段外圓及端面、倒角
中心孔、雞心夾頭
7
研
研中心孔
外圓
8
精車(chē)
精車(chē) 、 兩段至要求
中心孔、雞心夾頭
9
立銑
銑兩處鍵槽
外圓
10
精磨
精磨 兩段至要求
中心孔、雞心夾頭
11
鉆
鉆左端螺紋孔
外圓
熱處理（調(diào)質(zhì)）安排在粗加工之后，是為給熱處理提供平整光滑的表面，以保證熱處理的質(zhì)量。安排在半精加工之前（有時(shí)也安排在精加工之前），是為了通過(guò)半精加工（或精加工）修正熱處理產(chǎn)生的變形。在精車(chē)后銑鍵槽，易保證鍵槽深度，同時(shí)可防止精車(chē)時(shí)產(chǎn)生斷續(xù)切削以影響精車(chē)質(zhì)量。左端螺紋孔放在精磨后加工，可防止加工螺紋孔時(shí)破壞中心孔精度，從而影響精磨質(zhì)量。
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