第一節(jié)  工藝基礎(chǔ)的基本概念
        一、生產(chǎn)過程和工藝過程
        生產(chǎn)過程是指從原材料（或半成品）制成產(chǎn)品的全部過程。對機(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)過程看成是一個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)變力和競爭力。

        在生產(chǎn)過程中，直接改變原材料（或毛坯）形狀、尺寸和性能，使之變?yōu)槌善返倪^程，稱為工藝過程。它是生產(chǎn)過程的主要部分。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，都屬于工藝過程。工藝過程又是由一個或若干個順序排列的工序組成的。

         工序是工藝過程的基本組成單位。所謂工序是指在一個工作地點(diǎn)，對一個或一組工件所連續(xù)完成的那部分工藝過程。構(gòu)成一個工序的主要特點(diǎn)是不改變加工對象、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，其工藝過程可以分為以下兩個工序：

        工序1：在車床上車外圓、車端面、鏜孔和內(nèi)孔倒角；

         工序2：在鉆床上鉆6個小孔。

         在同一道工序中，工件可能要經(jīng)過幾次安裝。工件在一次裝夾中所完成的那部分工序，稱為安裝。在工序1中，有兩次安裝。第一次安裝：用三爪卡盤夾住 外圓，車端面C，鏜內(nèi)孔 ，內(nèi)孔倒角，車 外圓。第二次安裝：調(diào)頭用三爪盤夾住 外圓，車端面A和B，內(nèi)孔倒角。

        二、生產(chǎn)類型
       生產(chǎn)類型通常分為三類。

       1．單件生產(chǎn)  單個地生產(chǎn)某個零件，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)。

        擬定零件的工藝過程時，由于零件的生產(chǎn)類型不同，所采用的加方法、機(jī)床設(shè)備、工夾量具、毛坯及對工人的技術(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。

        加工余量的大小對加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率均有較大影響。加工余量過大，不僅增加了機(jī)械加工的勞動量，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。一般說來，越是精加工，工序余量越小。

        四、基準(zhǔn)

        機(jī)械零件是由若干個表面組成的，研究零件表面的相對關(guān)系，必須確定一個基準(zhǔn)，基準(zhǔn)是零件上用來確定其它點(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。

        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的基準(zhǔn)。

        2．工藝基準(zhǔn)

        零件在加工和裝配過程中所使用的基準(zhǔn)，稱為工藝基準(zhǔn)。工藝基準(zhǔn)按用途不同又分為裝配基準(zhǔn)、測量基準(zhǔn)及定位基準(zhǔn)。

      （1）裝配基準(zhǔn)  裝配時用以確定零件在部件或產(chǎn)品中的位置的基準(zhǔn)，稱為裝配基準(zhǔn)。

       （2）測量基準(zhǔn)  用以檢驗(yàn)已加工表面的尺寸及位置的基準(zhǔn)，稱為測量基準(zhǔn)。如圖32-2中的零件，內(nèi)孔軸線是檢驗(yàn)外圓徑向跳動的測量基準(zhǔn)；表面A是檢驗(yàn)長度L尺寸l和的測量基準(zhǔn)。

       （3）定位基準(zhǔn)  加工時工件定位所用的基準(zhǔn)，稱為定位基準(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，這種定位表面稱粗基準(zhǔn).在以后的各個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、工時定額等。這兩個步驟是互相聯(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程的總體布局，主要任務(wù)是選擇各個表面的加工方法，確定各個表面的加工順序，以及整個工藝過程中工序數(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

        零件在加工過程中，作為定位基準(zhǔn)的表面應(yīng)首先加工出來，以便盡快為后續(xù)工序的加工提供精基準(zhǔn)。稱為“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；以及便于時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷等。

        3、先孔后面

        對于箱體、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，而且對平面上的孔的加工帶來方便。

        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、精加工最好分開進(jìn)行。因?yàn)榇旨庸r，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因?yàn)閼?yīng)力的重新分布而很快喪失。對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)安排低溫退火或時效處理工序來消除內(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)  軸類零件的工藝路線實(shí)例
         圖32-3所[cc3] 示為單級圓柱齒輪減速器的傳動軸，現(xiàn)就其材料和毛坯的選擇以及加工工藝路線的擬定簡介如下。

          一、材料選擇
          軸類零件常用的材料為鍛造或軋制的碳素鋼或合金鋼。軸類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，因其價格低廉，鍛造工藝性能良好，對應(yīng)力集中沒有合金鋼敏感，所以應(yīng)用尤為廣泛。近年來，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，對載荷不大或不太重要的場合，可用Q235A、Q255A鋼；對載荷較大，較為重要的場合，以45鋼最為常用；重載，且軸的尺寸和重量受到限制時，或軸的工作條件惡劣時，則采用合金鋼，如此40Cr、38CrMoAl等。

       根據(jù)上述分析，本傳動軸以選45號鋼為宜。

       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，上面有兩個鍵槽和兩個中心孔（其中一個中心孔帶螺孔，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，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)該在一開始就將其加工出來。

         現(xiàn)將大批量生產(chǎn)時，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  減速器傳動軸的主要加工工藝路線

工序號
 工序名稱
 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
 粗車各段外圓
 中心孔、雞心夾頭
 
5
 熱處理
 調(diào)質(zhì)
 
 
6
 半精車
 半精車各段外圓及端面、倒角
 中心孔、雞心夾頭
 
7
 研
 研中心孔
 外圓
 
8
 精車
 精車 、 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（有時也安排在精加工之前），是為了通過半精加工（或精加工）修正熱處理產(chǎn)生的變形。在精車后銑鍵槽，易保證鍵槽深度，同時可防止精車時產(chǎn)生斷續(xù)切削以影響精車質(zhì)量。左端螺紋孔放在精磨后加工，可防止加工螺紋孔時破壞中心孔精度，從而影響精磨質(zhì)量。