机械加工的基本概念和工艺规程

各种类型的机械零件，由于其结构形状、精度、表面质量、技术条件和生产数量等要求各不相同，所以针对某一零件的具体要求，在生产实际中要综合考虑机床设备、生产类型、经济效益等诸多因素，确定一个合适的加工方案，并合理安排加工顺序，经过一定的加工工艺过程，才能制造出符合要求的零件。本部分仅介绍机械加工工艺过程及机械加工工艺规程的基本概念。

1.生产过程与工艺过程

（1）生产过程

生产过程是指从原材料进厂到产品出厂相互关联的劳动过程的总和，它不仅包括毛坯制造、零件加工、装配调试、检验出厂，而且还包括生产准备阶段中的生产计划编制、工艺文件制定、刀夹量具准备及生产辅助阶段中原料与半成品运输和保管、设备维修和保养、刀具刃磨、生产统计与核算，等等。

（2）工艺过程及其组成

1）工艺过程。

生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状、尺寸、相对位置关系及性质，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使之成为产品零件的工艺过程，称为零件的机械加工工艺过程。确定合理的机械加工工艺过程后，以文字形式形成施工的技术文件，即为机械加工工艺规程。

2）工艺过程的组成。

机械加工工艺过程由若干个工序组成，而每一个工序又可细分为安装、工位、工步和进给等。

工序是指一个（或一组）工人对同一个（或几个）工件在同一个工作地点（设备）进行连续加工的那部分工艺过程。工序是工艺过程中最基本的单元，即工艺过程由若干个工序组成。机械加工工序顺序的安排，应遵循先粗后精、先基面后其他、先主后次的原则。划分工序的主要依据是零件在加工过程中工作地点（设备）是否变更。零件加工的工作地点变更后，即构成另一个工序。

①安装。工件在加工之前，在机床或夹具上先占据一个正确的位置，这就是定位。定位后对工件进行夹紧的工艺过程称为安装。工件在一道工序中可能有一次或几次安装。

工件在加工过程中应尽量减少安装次数，因为多一次安装就多一次误差，而且还增加了安装工件的辅助时间。

②工位。工件在机床一个工作位置上所完成的那部分工艺过程称为工位。工件在一次安装中可以是一个工位或多个工位。多工位加工可以减少工件的安装次数，提高生产效率。

③工步。在一次安装中，在不改变加工表面、切削刀具的情况下所完成的那部分工艺过程称为工步。工件在一次安装中，可以是一个工步，也可能有多个工步。

④进给。在一个工步中，被切削表面需要分几次切除多余的金属层，刀具每切除一次金属层，即称为一次进给。一个工步中可以有一次或几次进给。

2.生产类型及其工艺特点

每种产品或零件在生产中投入的数量往往是不同的，如新产品试制，投入试生产的数量就很少，维修配件的生产也往往就是几件。

由于产品或零件生产数量不同，它的工艺过程的复杂程度也是不同的，并有着各自的工艺特点。

（1）生产纲领与生产类型

1）生产纲领。

根据市场需求和本工厂的生产能力编制的工厂在计划期内应当生产的产品产量和进度计划称为生产纲领。

生产纲领决定着工厂的生产规模及生产方式，产品的生产纲领中要计入备品和废品。

2）生产类型。

根据零件的生产纲领或生产批量可划分为不同的生产类型，生产类型是工厂（车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类，一般分为大量生产、成批生产及单件生产三种生产类型。

（2）不同生产类型的工艺特点

1）单件生产。

单件生产是指生产单个或少量的不同结构或尺寸的产品，不重复或很少重复生产。单件生产中，产品品种很多，每一种产品只做一个或数个，各个工作地的加工对象经常改变，很少重复生产。重型机械、船舶制造、专用设备及新产品试制属于这种生产类型。

2）成批生产。

每一计划期内（月或季）分批轮流地制造几种不同的产品，每种产品有一定的数量，每隔一段时间又重复生产称为成批生产。成批生产又分为小批、中批和大批生产。如中型内燃机和机床的生产多为成批生产。

3）大量生产。

每年的产品数量很大，产品品种单一，每台设备上经常重复进行某工件其中一道工序的加工，如机车车辆制造多为大量生产。一些标准件生产，如轴承、螺栓等也属于大量生产。

3.工件的安装与基准

（1）工件的安装

工件定位以后，为保持加工过程中工件的正确定位，防止切削力与工件或夹具的离心力破坏工件的准确定位，还需要将工件压牢，这就是夹紧。工件从定位到夹紧的过程称为安装，定位和夹紧是同时进行的。

工件安装好以后，也就确定了工件加工表面相对于机床或刀具的位置，因此，工件加工表面的加工精度与安装的准确程度有直接关系。换句话说，工件的安装精度是影响加工精度的重要因素，所以必须给予足够重视。

（2）基准

零件都是由若干表面组成的，各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。研究零件表面间的相对位置关系离不开基准，不明确基准就无法确定零件表面的位置。基准是指确定零件上其他点、线、面尺寸所依据的点、线、面。基准按其作用不同，可分为设计基准和工艺基准两大类，工艺基准又分为定位基准、测量基准与装配基准。

1）设计基准。

设计基准是设计零件图样时用以确定其他点、线、面位置所依据的基准，如图2－37所示。

图2-37　设计基准

如图2－37（a）所示的薄板内两均布孔以中心点O 作为设计基准；如图2－37（b）所示的两端轴颈尺寸以中心线作为设计基准；如图2－37（c）所示工件的A 表面与B表面的距离是以B 表面作为设计基准，A、B 两面也可互为设计基准。对同轴度要求较高的零件，一般都采取互为基准的方法来保证内、外圆的同轴度要求。

2）工艺基准。

工艺基准是工件在加工或产品装配中确定其他点、线、面位置所依据的基准。

①定位基准。定位基准是工件在定位时所依据的基准。工件定位时，使用的定位基准可能是一个，也可以是多个。

定位基准又分为粗基准和精基准。一般来说，用未经过机械加工的表面（通常称毛坯表面）作为定位基准时，称为粗基准；用经过机械加工的表面作为定位基准时，称为精基准。精基准又分为基本精基准和辅助精基准。对于作为精基准的表面，在工件功能上不起作用的表面称为辅助精基准，如中心孔、工艺搭子等。

②测量基准。测量基准指在检验工件尺寸时，测量所依据的基准。

③装配基准。装配基准是工件在装配时所依据的基准。基准的确定是很重要的，因此，在设计或制定工件的机械加工工艺时要十分重视基准的选择，它对工件的加工精度及劳动生产率都有着重要的影响。

4.机械加工工艺规程的制定

（1）机械加工工艺规程

1）工艺规程。

将工艺过程的各项内容用文字或表格形式写成工艺文件，就是工艺规程。机械的工艺规程可以分为零件的机械加工工艺规程、检验工艺规程和装配工艺规程等，但以零件的机械加工工艺规程为主，其他工艺规程则按需要而定。机械加工工艺规程各项内容以表格形式写成工艺文件，就是机械加工工艺规程。零件的机械加工工艺规程包括的内容为：加工的工艺路线，各工序、工步的加工内容、操作方法及要求，所采用的机床及刀、夹、量具，零件的检验项目及方法，切削用量及工时定额等。

2）工艺规程的作用。

工艺规程是指导生产的技术文件，是生产经验和应用先进工艺技术的总结，它应具有技术上的先进性、经济上的合理性，并且注意劳动环境的改善。

工艺规程也不是一成不变的，随着生产的发展，新工艺、新技术、新材料的出现，工艺规程也会不断变化。

3）工艺规程的格式。

各工厂使用的工艺规程格式虽然不统一，但大致都使用2～3 种工艺规程卡片，即机械加工工艺过程卡片与工序卡片，有的还有工艺卡片、调整卡片和检验卡片等。

①机械加工工艺过程卡片。这种工艺卡片也称机械加工综合卡片，各种生产类型的工厂都要使用。在工艺过程卡片中规定了工件所经过的车间、工艺方法、所使用的设备及工艺装备，还规定了各道工序的工时定额。

②机械加工工序卡片。工序卡片只反映本工序的一些基本内容，它是直接指导工人进行生产的工艺文件。如机械加工工序顺序的安排，应遵循先粗后精、先基面后其他、先主后次的原则。在工序卡片中附有工序简图，明确本工序所应完成的加工表面及应达到的加工精度与表面粗糙度，注明定位表面及夹紧力位置，详细记录工步内容。

（2）制定工艺规程的原始资料及步骤

1）机械加工工艺规程的编制原则。

编制工艺规程的原则是在一定的生产条件下，要使所编制的工艺规程能以最少的劳动量和最低的费用，可靠地加工出符合图样及技术要求的零件。工艺规程首先要保证产品的质量，同时要争取最好的经济效益。在编制工艺规程时，要注意以下三个方面：

①技术上的先进性。在编制工艺规程时，要了解国内外本行业工艺技术的发展。通过必要的工艺试验，优先采用先进工艺和工艺装备，同时还要充分利用现有的生产条件。

②经济上的合理性。在一定的生产条件下，可能会出现几个保证工件技术要求的工艺方案。此时应全面考虑，通过核算或评比选择经济上最合理的方案，使产品的能源、物资消耗和成本最低。

③有良好的劳动条件。编制工艺规程时，要注意保证工人具有良好、安全的劳动条件，通过机械化、自动化等途径，把工人从繁重的体力劳动中解放出来。

编制工艺规程时工艺人员必须认真研究原始资料，如产品图样、生产纲领、毛坯资料及生产条件的状况等，然后参照同行业工艺技术的发展，综合本部门的生产实践经验，进行工艺文件的编制。

2）制定工艺规程的原始资料

①零件图、反映零件功能的装配图。

②产品质量检验标准。

③产品的生产纲领。

④企业有关机械加工条件，例如毛坯制造，机床设备品种、规格和性能，工人的技术水平，工艺装备的设计制造能力等。

⑤相关国内外工艺技术水平资料。

⑥有关的标准、手册及图册等。

（3）制定工艺规程的步骤

①零件图的研究与工艺审查。

②确定生产类型。

③确定毛坯的种类和尺寸。

④选择定位基准和主要表面的加工方法。

⑤确定工序尺寸、公差及其技术要求，拟定零件的加工工艺路线。

⑥确定机床、工艺装备及切削用量。

⑦确定各主要工序的技术要求和检验方法。

⑧确定工时定额。

⑨填写工艺文件。

一般拟定工艺路线要多方面考虑各种因素，初步选定2～3 个方案，经过认真分析比较，最后确定一个较为合理的工艺路线。

知识拓展

一、《中国制造2025》

《中国制造2025》是中国政府实施制造强国战略的第一个十年行动纲领。

《中国制造2025》提出，坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针，坚持“市场主导、政府引导，立足当前、着眼长远，整体推进、重点突破，自主发展、开放合作”的基本原则，通过“三步走”实现制造强国的战略目标：第一步，到2025 年迈入制造强国行列；第二步，到2035 年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；第三步，到中华人民共和国成立一百周年时，综合实力进入世界制造强国前列。

围绕实现制造强国的战略目标，《中国制造2025》明确了9 项战略任务和重点，提出了8 个方面的战略支撑和保障。

2016 年4 月6 日，国务院总理李克强主持召开国务院常务会议，会议通过了《装备制造业标准化和质量提升规划》，要求对接《中国制造2025》。

2016 年7 月19 日国务院常务会议部署创建《中国制造2025》国家级示范区，专家指出，《中国制造2025》提至国家级，较以前城市试点有所升级。7 月19 日部署的《中国制造2025》国家级示范区相当于此前《中国制造2025》城市试点示范的升级版，工信部赛迪研究院规划所副所长张洪国对《21 世纪经济报道》表示，此前是以工信部为主来批复《中国制造2025》试点示范城市，在国家制造强国建设领导小组的指导下开展相关工作的，今后将由国务院来审核、批复国家级的示范区，相关文件也将由国务院来统一制定。

二、李克强总理有关《中国制造2025》的论述摘录如下：

传统的“MADE IN CHINA”我们还要做，但《中国制造2025》的核心，应该是主打“中国装备”。

——李克强在2015 年6 月15 日工业和信息化部座谈会上讲话

“集众智者成大事”，要通过大众创业、万众创新，用亿万人层出不穷的新鲜点子，激发市场活力，真正推进中国制造的智能转型。

——李克强在2015 年6 月17 日国务院常务会议上讲话

促进中国制造上水平，既要在改造传统制造上“补课”，同时还要瞄准世界产业技术发展前沿。

——李克强在2015 年8 月21 日国务院专题讲座上讲话

互联网＋双创＋ 《中国制造2025》，彼此结合起来进行工业创新，将会催生一场新工业革命。

——李克强在2015 年10 月14 日国务院常务会议上讲话

中国有完备工业体系和巨大市场，德国有先进技术，应推进《中国制造2025》和“德国工业4.0”战略对接，共同推动新工业革命和业态，达成双赢。

——李克强会见德国总理默克尔时讲话

实施创新驱动发展战略，推动大众创业、万众创新，进一步发展服务业、高新技术产业、中小微企业，大力实施《中国制造2025》，提高实体经济竞争力。

——李克强在2016 年3 月25 日博鳌亚洲论坛开幕式上讲话

《中国制造2025》突破的重点，主要应放在与“互联网＋”的融合发展上，加快推动中国工业的“浴火重生”。

——李克强在2016 年1 月27 日国务院常务会议上讲话

我们要打一场制造业的‘攻坚战’，用先进标准倒逼‘中国制造’升级。

——李克强总理在2016 年4 月6 日的国务院常务会议上讲话

《中国制造2025》的核心就是实现制造业智能升级。

——李克强考察大连重工起重集团有限公司时讲话

我们可以加强《中国制造2025》和“瑞士工业4.0”的对接，助力双方在数字化和“工业4.0”浪潮中走在前沿，实现更高层次的互利双赢。

——李克强总理2016 年4 月7 日会见瑞士联邦主席施奈德—阿曼讲话

“互联网＋”是对《中国制造2025》的重要支撑，要推动制造业与互联网的融合发展。

——李克强总理在2016 年5 月4 日的国务院常务会议上讲话

东北老工业基地制造业底蕴深厚，但需创新促智能升级。要把中国“智”造这场深刻变革进行到底！

——李克强在考察大连高新技术产业园众创空间时讲话

中国经济要长期保持中高速，必须迈向中高端，须加速推进《中国制造2025》。

——李克强总理2015 年4 月23 日考察泉州嘉泰数控机械有限公司讲话

知识归纳整理

一、知识点梳理

为了大家对所学知识能有更好理解和掌握，利用树图形式归纳如下，仅供参考。

二、自我反思

1.学习中的收获或体会

2.对你所了解的金属材料加工变形新技术进行归纳整理

自测题

任务一　热加工工艺基础知识

一、填空题

1.车辆用40 或50 优质碳素结构钢锻制后必须做________处理。

2.焊接电弧由阴极区、________和阳极区三部分组成。

3.根据焊料熔点的不同，钎焊分为________钎焊和硬焊料针焊。

4.45 钢的焊接性________。

5.Q235－A 与45 钢比较，________焊接性好。

6.含碳量越高的钢，焊接性________。

7.不锈钢________（填“能”或“不能”）用氧气－乙炔火焰切割。

8.熔焊修复法是将零件或金属局部加热至________，利用分子内聚力使零件或金属连接成为一个整体。

二、判断题

1.钢有较好的铸造性能。　（　）

2.韶山4 改型电力机车车轴用JZ 车轴钢铸造而成。　（　）

3.零件的加工硬化有利于提高其耐磨性。　（　）

4.白口铸铁有较好的锻造性能。　（　）

5.韶山8 型电力机车车轴采用高强度合金钢锻造而成。　（　）

6.焊接是一种不可拆卸的连接。　（　）

7.焊条由焊芯和药皮两部分组成。　（　）

8.E5016 焊条直径为3.2 mm 时，应采用的焊接电流为150～190 A。　（　）

9.氢弧焊和二氧化碳气体保护焊都是气体保护焊。　（　）

10.电阻焊不需要焊条。　（　）

11.电阻焊生产效率低。　（　）

12.铸铁件不能用氧－乙炔火焰切割。　（　）

13.只有黑色金属材料才能进行焊接。　（　）

14.钢的含碳量越高，焊接性越好。　（　）

15.低碳铸钢件上需焊接其他低碳钢件时，必须清除表层砂皮。　（　）

16.工具钢可以采用气焊焊接。　（　）

17.焊接较薄的钢板应使用气焊。　（　）

18.电力机车转向架组焊后进行退火处理，目的是消除焊接内应力。　（　）

19.平焊是焊接中最容易的操作方法。　（　）

20.立焊是焊接中最困难的操作方法。　（　）

21.电焊机使用的是直流电。　（　）

22.焊接时，对人的眼睛、皮肤刺激性最大的是红外线。　（　）

23.焊接时会产生对人体有毒的气体。　（　）

24.电弧焊也能用来分割材料。　（　）

25.气焊使用的可燃气体是乙炔。　（　）

26.咬边减弱了焊接接头强度，而且因应力集中易产生裂纹。　（　）

27.40Cr 钢比45 钢的焊接性要好。　（　）

28.焊接结构的柴油机机体产生裂纹可用焊接法修复。　（　）

29.焊接起重链条应用气焊。　（　）

30.焊接变形是由于装夹不牢。　（　）

任务二　机械加工工艺基础知识

一、填空题

1.钻孔时，钻头的旋转是主运动，轴向移动是________。

2.工件在夹具中定位时，由于工件和定位元件总会有制造误差，故在加工中会产生________误差。

3.按技术要求，将若干零件接合成部件，或将若干零件和部件接合成机器的过程叫________。

4.在斜面上钻孔，用________先钻出定位孔，再用钻头钻削可防止钻头偏斜。

5.钻深孔的关键问题是解决冷却和________。

6.研磨的基本原理包含________两个作用。

7.表示磨粒粗细的参数叫________。

8.磨粒的号数越大，则磨料___________。

二、判断题

1.钳工加工不属于机械加工。　（　）

2.钳工是机械加工行业中的一个工种。　（　）

3.切削用量是切削深度、进给量和切削速度的总称。　（　）

4.冷却润滑液的主要作用有冷却、润滑和清洗。　（　）

5.刃磨刀面时，各刀面组成的角度要准确，还要保证整体刀具的形位公差要求和尺寸公差要求。　（　）

6.切削铸铁等脆性材料时，切削层首先产生塑性变形，然后产生崩碎切屑。（　）

7.工件以其经过加工的平面，在夹具的四个支撑块上定位，属于四点定位。（　）

8.对已加工平面进行定位时，为了增加工件刚度，有利于加工，可以采用三个以上的等高支撑块。　（　）

9.夹紧时夹具应尽可能远离加工面。　（　）

10.造成工件严重变形或夹坏的原因是夹紧力过大和夹紧位置不当。　（　）

11.使用夹具时必须进行首件检查，合格后方可继续进行加工。　（　）

12.组合夹具可用于车、铣、刨、磨等工种，但不适宜钻孔工艺。　（　）

13.工件在夹具中与各定位元件接触，虽然没有夹紧，但已取得确定的位置，所以可以认为工件已定位。　（　）

14.一般在没有加工尺寸要求及位置精度要求的方向上，允许工件在此方向上可以不进行定位。　（　）

15.手用铰刀比机用铰刀的切削锥角小，以便提高定心作用，减少轴向抗力。　（　）

16.钻孔时，选择切削用量的基本原则是：在允许范围内，尽量先选择较大的切削速度。　（　）

17.钻半圆孔时，要用手动进给，进给力要小些。　（　）

18.磨削一般不适用于加工毛坯件或加工余量太大的工件。　（　）

19.抛光不能改变零件原有的加工精度。　（　）

20.钻头刃磨时，主要磨后刀面。　（　）

21.钻深孔时，为提高效率应选较大的切削速度。　（　）

22.不等齿距铰刀比等齿距铰刀铰孔质量高。　（　）

23.用普通的标准高速钢机铰刀铰孔，其切削速度应比钻孔时大些。　（　）

24.研磨必须在精加工之后进行。　（　）

25.抛光不能改变零件原有的加工精度。　（　）

26.钻小孔时，因钻头直径小、强度低，容易折断，故钻小孔时的钻头转速要比一般孔低。　（　）

27.为提高工件表面质量、增加工作稳定性，一般铣床应尽量用逆铣加工。（　）

28.铰孔前必须用镗孔、扩孔等方法来保证孔的位置精度。　（　）

29.柱形锯钻外圆上的切削刃为主切削刃，起主要切削作用。　（　）

30.钻精孔的钻头，其刃倾角为0°。　（　）

31.钻套属于对刀元件。　（　）

32.研磨剂是由磨料、研磨液及辅助材料调和而成的混合液。　（　）

33.研磨液在研磨加工中起到调和磨料、冷却和润滑的作用。　（　）

34.在设计过程中，根据零件在机器中的位置和作用，为保证其使用性能而确定的基准叫工艺基准。　（　）

35.根据零件的加工工艺过程，为方便装卡、定位和测量而确定的基准叫设计基准。　（　）

36.机械加工工序顺序的安排，应遵循先粗后精、先基面后其他、先主后次的原则。　（　）