1.1 机械加工工艺过程基本概念

1.1.1 生产过程与工艺过程

机器的生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。一台产品的生产过程包括的内如下：

（1）原材料或半成品、元器件、标准件、工具、工装、设备等的购置、运输、检验、保管；

（2）生产准备工作，如编制工艺文件、专用工装及设备的设计与制造等；

（3）毛坯制造；

（4）零件的机械加工及热处理；

（5）产品装配与调试、性能试验以及产品的包装、发运等工作。

生产过程可以是指整台机器的制造过程，也可以指某一部件或零件的制造过程。一个工厂将进厂的原材料制成该厂的产品的过程即为该厂的生产过程，它又可分为若干个车间的生产过程。某个车间的成品可能是另一个车间的原材料。例如，毛坯制造车间的成品是金工车间的原材料，而金工车间的成品又是装配车间的原材料。对机械制造而言，产品的生产过程是指从原材料或半成品到成品制造出来的各有关劳动过程的总和。

生产过程往往由许多工厂或工厂的许多车间联合完成，这有利于专业化生产，提高生产率、保证产品质量、降低生产成本。

在生产过程中，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置或性质等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。其他过程则称为辅助过程，如运输、保管、动力供应、设备维修等。

工艺就是制造产品的方法。工艺过程包括毛坯制造工艺过程、热处理工艺过程、机械加工工艺过程、装配工艺过程等。本章主要讨论机械加工工艺过程。

1.1.2 机械加工工艺过程的组成

用机械加工的方法直接改变毛坯形状、尺寸和机械性能等，使之变为合格零件的过程，称为机械加工工艺过程。机械加工工艺过程往往是比较复杂的，在工艺过程中，需要根据被加工零件的结构特点和技术要求在不同的生产条件下采用不同的加工方法及其加工设备，并通过一系列加工过程使毛坯成为零件。例如，小批生产螺钉零件（如图1-1所示）的机械加工工艺过程可按表1-1进行安排，工件的毛坯为圆棒料。

表1-1 小批生产螺钉零件的机械加工工艺过程

由上例可以看出，零件的机械加工工艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成。一个工序可能有几个安装，一个安装可能有几个工位，一个工位可能有几个工步，如此等等。毛坯依次通过这些工序即成为成品。为了便于深入细致地分析工艺过程，必须研究其组成并进行科学的定义。

1.工序

一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的工艺过程，称为工序。

区分工序的主要依据是工人和工作地点固定，工作对象不变，工作连续。只要其中任意一个因素发生变动，就应视为不同的工序。因此，对于同一个零件，同样的加工内容可以有不同的工序安排。

例如，加工如图1-2所示的阶梯轴，其加工内容包括：①加工小端面；②对小端面钻中心孔；③加工大端面；④对大端面钻中心孔；⑤车大端外圆；⑥对大端倒角；⑦车小端外圆；⑧对小端倒角；⑨铣键槽；⑩去毛刺。这些加工内容可安排在5道工序中完成，见表1-2；也可安排在3道工序中完成，见表1-3。当然也还可以有其他安排。工序安排和工序数目的确定与零件的技术要求、生产规模以及现有工艺条件等有关。

表1-2 大批大量生产工艺过程

表1-3 单件小批生产工艺过程

工序是组成工艺过程的基本单元，也是制订生产计划、进行经济核算的基本单元。

工序又可细分为安装、工位、工步、走刀等组成部分。

2.安装

将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程称为装夹。显然，装夹包括定位和夹紧两过程。工件（或装配单元）经一次装夹后所完成的工序称为安装。

例如表1-3中的第1道工序，若对工件的两端连续进行车端面、钻中心孔，就需要两次安装分别进行加工。需要注意的是，在同一工序中，安装次数应尽量少，这样一方面可以提高生产效率，另一方面可以减少由于多次安装带来的加工误差。

3.工位

为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。简而言之，工位是指在一次装夹中，工件（或装配单元）在机床上所占的每个位置上所完成那一部分工艺内容。采用多工位加工，可提高生产率和保证被加工表面的相互位置精度。如图1-3所示立轴式回转工作台有四个工位，在一次装夹中可同时进行钻孔、扩孔和铰孔的加工。

可以看出，如果一个工序只有一个安装，并且该安装中只有一个工位，则工序内容就是安装内容，也是工位内容。

4.工步

在加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下所连续完成的工序，称为工步。

在同一个工位上，要完成不同的表面加工时，其中加工表面、切削速度、进给量和加工工具都不变的情况下，所连续完成的工位内容称为一个工步。而由人和（或）设备连续完成的工序，该部分工序不改变工件的形状、尺寸和表面粗糙度，但它是完成工步所必需的，称为辅助工步，如更换刀具等。

工步是构成工序的基本单元，其实质是工序的加工内容。

为了提高生产率，常用复合刀具或几把刀具同时加工几个表面，这样的工步称为复合工步，如图1-4所示为用钻头和车刀同时加工内孔和外圆的复合工步。

5.工作行程

刀具以加工进给速度相对工件所完成一次进给运动的工步部分称为工作行程，在生产中也常称为走刀。显然，走刀就是切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容。每个工步可包括一次走刀或几次走刀。如果需要切除的金属层很厚，不能在一次走刀下切完，则需要分几次走刀。

1.1.3 生产类型及其工艺特点

机械产品制造工艺过程取决于企业的生产类型，而企业的生产类型又由企业的生产纲领决定。

1.生产纲领

生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。计划期常定为一年，因此生产纲领有时也称年产量。零件的生产纲领包括备品和废品在内的年产量，可由式（1-1）计算：

N=Q·n（1+α）（1+β） （1-1）

式中，N为零件的年生产纲领；Q为产品的年产量；n为每台产品中该零件的数量；α为备品率；β为废品率。

2.生产类型

生产类型对工厂的生产过程和生产组织起决定性的作用。生产类型是指企业（或车间、班组、工作地）生产专业化程度的分类，一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型。

（1）单件生产：产品品种繁多，每种产品仅生产一件或数件，工作地的加工对象经常改变。重型机器、大型船舶的制造和新产品的试制属于这种生产类型。

（2）成批生产：产品品种较多，同一产品分批生产。通用机床的制造往往属于这种生产类型。

一次投入生产的同一产品（或零件）的数量称为生产批量。根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产、大批生产。就工艺过程的特点而言，小批生产与单件生产类似，大批生产与大量生产类似。

（3）大量生产：产品品种单一而固定，工作地长期进行一个零件某道工序的加工。汽车、拖拉机、轴承、缝纫机、自行车等的制造属于这种生产类型。

各种生产类型的工艺过程特点见表1-4。表1-5所列是按零件生产纲领和零件的复杂程度划分的生产类型。零件型别可参考表1-6按机械产品类别与零件重量予以确定。

可以看出，同一产品的生产，由于生产类型的不同，其工艺方法完全不同。生产同一产品，若其生产类型为大量生产，则一般具有生产效率高、成本低、质量可靠、性能稳定等优点，因此应大力推广产品结构的标准化、系列化，以便于组织专业化的大批量生产，提高经济效益。当前机械制造工艺的一个重要发展方向就是推行成组技术，采用数控机床、柔性制造系统（FMS）和现代集成制造系统（CIMS）等现代化的生产手段和方法，实现机械产品多品种、小批量的自动化生产。

表1-4 各种生产类型的工艺过程特点

表1-5 年生产纲领与生产类型的关系

表1-6 几种机械产品与零件重量型别