项目一 机械制造工艺的基本知识
任务一 基本概念
一、生产过程和工艺过程
1．生产过程
工业产品的生产过程是指把原材料转变为成品的各互相关联劳动过程的总和。它包括：
（1）生产技术准备过程，包括产品投产前的市场调查、预测、新产品开发鉴定、产品设计、标准化审查等。
（2）生产工艺过程，指直接制造产品毛坯和零件的机械加工、热处理、检验、装配、调试、油漆等生产活动。
（3）辅助生产过程，为了保证基本生产过程的正常进行所必需的辅助生产活动，如工艺装备的制造、能源供应、设备维修等。
（4）生产服务过程，指原材料的组织、运输、保管、储存、供应，以及产品包装、销售等过程。
为了便于组织生产和提高劳动生产率，取得更好的经济效益，现代工业趋向于专业化协作，即将一种产品的若干个零、部件分散到若干专业化厂家进行生产，总装厂只生产主要零、部件及总装调试。如汽车、摩托车行业大都采用这种模式进行生产。
2．工艺过程
工艺过程是指生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程。如毛坯制造、机械加工、热处理、表面处理及装备等，它是生产过程的主体。
二、工艺过程的组成
机械加工工艺过程是由1道或若干道顺序排列的工序组成，而工序又可分为安装、工位、工步和走刀。
1．工序
一个或一组工人，在一个工作地或一台机床上对同一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。划分工序的依据是工作地点是否变化和工作是否连续。图1-1的阶梯轴，当加工批量较小时，其工序划分见表1-1；当加工批量较大时，其工序划分见表1-2。
图1-1 阶梯轴简图
表1-1 阶梯轴工艺过程（加工批量较小时）
表1-2 阶梯轴工艺过程（加工批量较大时）
在表1-1的工序2中，先车1个工件的一端，然后调头装夹，再车另一端。如果先车好一批工件的一端，然后调头再车这批工件的另一端，这时对每个工件来说，两端的加工已不连续，所以即使在同一台车床加工也应算作两道工序。
2．安装
工件经1次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。在1道工序中，工件可能被装夹1次或多次才能完成加工。表1-1的工序1要进行两次装夹：先装夹工件的一端，车端面、钻中心孔，称为安装1；再调头装夹，车另一端面、钻中心孔，称为安装2。
3．工位
为了减少工件的装夹次数，常采用各种回转工作台、回转夹具或移动夹具，使工件在1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1个加工位置所完成的那部分工艺过程，称为工位。表1-2中，工序1铣端面、钻中心孔，就有两个工位。工件装夹后，先在工位Ⅰ铣端面，然后移动到工位Ⅱ钻中心孔，如图1-2所示。
图1-2 铣端面和钻中心孔
4．工步
工步指在加工表面、加工工具和切削用量（不包括背吃刀量）都不变的情况下，所连续完成的那一部分工序。图1-3中，在工件上钻4个ϕ15 mm的孔，用一个钻头顺次进行加工，则可算作1个工步。
图1-3 钻四个相同孔的工步
为了提高生产率，用几把刀具同时加工几个表面的工步，称为复合工步。也可看做1个工步，如图1-4所示。
图1-4 复合工步
5．走刀
有些工步由于加工余量较大或其他原因，需要同一把刀具及同一切削用量对同一表面进行多次切削。这样，刀具对工件的1次切削就称为1次走刀。
三、生产类型及工艺特征
1．生产纲领
生产纲领是企业在计划期内应生产的产品产量。零件生产纲领是指企业根据产品生产量在计划期内生产的零件数量。其计算公式为
N=Qn（1+α）（1+β）
式中 N——零件的生产纲领；
Q——产品的生产纲领；
n——每台产品中该零件的数量；
α——备品的百分率；
β——废品的百分率。
2．生产类型
生产类型是企业（或车间、工段等）生产专业化程度的分类。企业的生产类型取决于生产纲领。生产类型对工艺过程的规划与制定有较大影响。根据生产的特点，企业的生产可分为3种基本类型：大量生产、成批生产和单件生产。
（1）大量生产。大量生产是指产品数量很大，大多数工作地点长期地按一定节律进行某个零件的某道工序的加工。如汽车、轴承及标准件等通常是以大量生产的方式进行。
（2）成批生产。成批生产是指一年中分批轮流地制造几种不同的产品，每种产品都有一定的数量，工作地点的加工对象周期性地重复。其在产量较大时接近于大量生产；在产量较小时接近于单件生产。如机床、电机等生产。
（3）单件生产。单件生产是指产品品种多，而每一品种的结构、尺寸不同且产量很少，各个工作地的加工对象经常改变且很少重复的生产类型。如各种试制产品、机修零件、专用工夹量具等均属于这一生产类型。
在一个企业中，生产纲领决定了生产类型。但不同的产品大小和结构复杂程度对生产类型也有影响。表1-3是不同类型产品的生产类型与生产纲领的关系；表1-4是不同机械产品的零件质量型别。
表1-3 不同类型产品的生产类型与生产纲领的关系
表1-4 不同机械产品的零件质量型别
3．工艺特征
生产类型不同，产品和零件的制造工艺、所用设备及工艺装备、采取的技术措施、达到的技术经济效果也不一样。各种生产类型的工艺特征可归纳成表1-5。工艺过程的制定必须结合现有生产条件、生产类型等各方面的因素全面考虑，才能在保证产品质量的前提下，制定出技术上先进、经济上合理的工艺方案。
表1-5 各种生产类型的工艺特征
随着科学技术的发展和生产技术的进步，产品更新换代周期越来越短，品种规格不断增多，多品种小批量的生产类型将会越来越多。
四、机械加工工艺规程
1．机械加工工艺规程的作用
机械加工工艺规程简称工艺规程，是规定零件加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。它是在具体的生产条件下，将最合理或较合理的工艺过程和操作方法，按规定的形式制成工艺文本，经审批后用来指导生产并严格贯彻执行的指导性文件。一般包括以下内容：工件加工工艺路线及所经过的车间和工段；各工序的内容及采用的机床和工艺装备；工件的检验项目及检验方法；切削用量；工时定额及工人的技术等级等。
工艺规程有以下几方面的作用。
（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件。合理的工艺规程是在总结生产实践的基础上，依据工艺理论和工艺实验制定的。它体现了一个企业或部门的集体智慧。因此，严格按工艺规程组织生产是保证产品质量、提高生产效率的前提。实践证明，不按科学的工艺进行生产，往往会引起产品质量的严重下降，生产效率显著降低，甚至使生产陷入混乱。
（2）工艺规程是生产组织管理工作、计划工作的依据。由工艺规程所涉及的内容可以看出，在生产管理中，产品投产前原材料及毛坯的供应、通用工艺装备、机械载荷的调整、专用工艺装备的设计与制造、作业计划的编排、劳动力的组织及生产成本的核算等，都是以工艺规程作为依据的。
（3）工艺规程是新建或改建工厂或车间的基本资料。在新建、扩建或改建工厂或车间时，只有依据工艺规程和生产纲领，才能正确地确定生产所需要的机床和其他设备的种类、规格和数量；确定车间面积，机床布置，生产工人的工种、等级和数量及辅助部门的安排等。
2．机械加工工艺规程的格式
生产类型不同，所用工艺规程的格式和内容也不相同。通常将工艺规程的内容填入一定的卡片中，即成为生产准备和生产所依据的工艺文件。各种工艺文件的格式如下：
（1）机械加工工艺过程卡片。机械加工工艺过程卡片的格式与包含的内容见表1-6。它是制定其他文件的基础，也是生产技术准备、编制作业计划和组织生产的依据。由于各工序的说明较简单，一般不直接指导工人操作，而是作为生产管理使用。在单件、小批生产中，则以这种卡片指导生产而不编制较详细的工艺文件。
表1-6 机械加工工艺过程卡片
（2）机械加工工艺卡片。机械加工工艺卡片的格式与内容见表1-7。它是以工序为单位详细说明整个工艺过程的工艺文件，是用来指导工人生产和帮助车间管理人员和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要技术文件。
表1-7 机械加工工艺卡片
（3）机械加工工序卡片。机械加工工序卡片的格式与内容见表1-8。它是在工艺过程卡片的基础上，按每道工序所编制的一种工艺文件。主要用于大批、大量生产中所有的零件，中批生产中复杂产品的关键零件，以及单件、小批生产中的关键工序。
表1-8 机械加工工序卡片
五、工艺规程制定的原则、原始资料及步骤
1．制定工艺规程的原则
制定工艺规程的原则是：在保证产品质量的前提下，尽可能提高生产率和降低成本。同时，还应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内外先进工艺技术，并保证有良好的劳动条件。
工艺规程是直接指导生产和操作的重要文件，因此工艺规程要求正确、完整、统一、清晰，所用的术语、符号、计量单位、编号都需要符合相应的标准。
2．制定工艺规程的原始资料
（1）产品装配图和零件图。
（2）零件的生产纲领及投产批量、生产类型。
（3）毛坯和半成品的资料、毛坯制造方法、生产能力及供货状态等。
（4）现场的生产条件。
（5）国内外同类产品的有关工艺资料等。
3．制定工艺规程的步骤
制定工艺规程的主要步骤如下：
（1）图样分析。
（2）选择毛坯。
（3）拟定工艺路线。
（4）确定各工序所用机床及工艺装备。
（5）确定各工序的加工余量。
（6）确定各工序的切削用量和工时定额。
（7）填写工艺文件。