機(jī)械加工是一種用加工機(jī)械對(duì)工件的外形尺寸或性能進(jìn)行改變的過(guò)程,。按被加工的工件處于的溫度狀態(tài)﹐分為冷加工和熱加工,。一般在常溫下加工,并且不引起工件的化學(xué)或物相變化﹐稱(chēng)冷加工。一般在高于或低于常溫狀態(tài)的加工﹐會(huì)引起工件的化學(xué)或物相變化﹐稱(chēng)熱加工,。冷加工按加工方式的差別可分為切削加工和壓力加工,。熱加工常見(jiàn)有熱處理﹐煅造﹐鑄造和焊接。 另外裝配時(shí)常常要用到冷熱處理,。例如：軸承在裝配時(shí)往往將內(nèi)圈放入液氮里冷卻使其尺寸收縮,，將外圈適當(dāng)加熱使其尺寸放大，然后再將其裝配在一起,�,；疖�(chē)的車(chē)輪外圈也是用加熱的方法將其套在基體上，冷卻時(shí)即可保證其結(jié)合的牢固性（此種方法現(xiàn)在不知道是否還
機(jī)械加工包括：是燈絲電源繞組,、激光切割,、重型加工、金屬粘結(jié),、金屬拉拔,、等離子切割、精密焊接,、輥軋成型,、金屬板材彎曲成型、模鍛,、水噴射切割,、精密焊接等。
機(jī)械加工：廣意的機(jī)械加工就是凡能用機(jī)械手段制造產(chǎn)品的過(guò)程,；狹意的是用車(chē)床,、銑床、鉆床,、磨床,、沖壓機(jī),、壓鑄機(jī)機(jī)等專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備制作零件的過(guò)程。
微型機(jī)械加工技術(shù)的國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
1959年,，Richard P Feynman(1965年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者)就提出了微型機(jī)械的設(shè)想,。1962年第一個(gè)硅微型壓力
傳感器問(wèn)世，氣候開(kāi)發(fā)出尺寸為50～500μm的
齒輪,、齒輪
泵,、氣動(dòng)渦輪及聯(lián)接件等微機(jī)械。1965年,，斯坦福大學(xué)研制出硅腦電極探針,，后來(lái)又在掃描隧道顯微鏡、微型傳感器方面取得成功,。1987年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60～12μm的利用硅微型靜
電機(jī),，顯示出利用硅微加工工藝制造小可動(dòng)結(jié)構(gòu)并與
集成電路兼容以制造微小系統(tǒng)的潛力。
微型機(jī)械在國(guó)外已受到政府部門(mén),、企業(yè)界,、高等學(xué)校與研究機(jī)構(gòu)的高度重視。美國(guó)MIT,、Berkeley,、Stanford\AT&T和的15名科學(xué)家在上世紀(jì)八十年代末提出"小機(jī)器、大機(jī)遇：關(guān)于新興領(lǐng)域--微動(dòng)力學(xué)的報(bào)告"的國(guó)家建議書(shū),，聲稱(chēng)"由于微動(dòng)力學(xué)(微系統(tǒng))在美國(guó)的緊迫性,，應(yīng)在這樣一個(gè)新的重要技術(shù)領(lǐng)域與其他國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)中走在前面"，建議中央財(cái)政預(yù)支費(fèi)用為五年5000萬(wàn)美元,，得到美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)重視,，連續(xù)大力投資，并把航空航天,、信息和MEMS作為科技發(fā)展的三大重點(diǎn),。美國(guó)宇航局投資1億美元著手研制"發(fā)現(xiàn)號(hào)微型衛(wèi)星"，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)把MEMS作為一個(gè)新崛起的研究領(lǐng)域制定了資助微型電子機(jī)械系統(tǒng)的研究的計(jì)劃,，從1998年開(kāi)始,，資助MIT，加州大學(xué)等8所大學(xué)和貝爾實(shí)驗(yàn)室從事這一領(lǐng)域的研究與開(kāi)發(fā),，年資助額從100萬(wàn),、200萬(wàn)加到1993年的500萬(wàn)美元。1994年發(fā)布的《美國(guó)國(guó)防部技術(shù)計(jì)劃》報(bào)告,，把MEMS列為關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目,。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局積極領(lǐng)導(dǎo)和支持MEMS的研究和軍事應(yīng)用，現(xiàn)已建成一條MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝線以促進(jìn)新型元件/裝置的研究與開(kāi)發(fā)。美國(guó)工業(yè)主要致力于傳感器,、位移傳感器,、應(yīng)變儀和加速度表等傳感器有關(guān)領(lǐng)域的研究。很多機(jī)構(gòu)參加了微型機(jī)械系統(tǒng)的研究,，如康奈爾大學(xué),、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校,、密執(zhí)安大學(xué),、威斯康星大學(xué)、老倫茲得莫爾國(guó)家研究等,。加州大學(xué)伯克利傳感器和執(zhí)行器中心(BSAC)得到國(guó)防部和十幾家公司資助1500萬(wàn)元后,，建立了1115m2研究開(kāi)發(fā)MEMS的超凈實(shí)驗(yàn)室。
日本通產(chǎn)省1991年開(kāi)始啟動(dòng)一項(xiàng)為期10年,、耗資250億日元的微型大型研究計(jì)劃，研制兩臺(tái)樣機(jī),，一臺(tái)用于醫(yī)療,、進(jìn)入人體進(jìn)行診斷和微型手術(shù)，另一臺(tái)用于工業(yè),，對(duì)飛機(jī)
發(fā)動(dòng)機(jī)和原子能設(shè)備的微小裂紋實(shí)施維修,。該計(jì)劃有筑波大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué),、東北大學(xué),、早稻田大學(xué)和富士通研究所等幾十家單位參加。
歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也相繼對(duì)微型系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)進(jìn)行了重點(diǎn)投資,，德國(guó)自1988年開(kāi)始微加工十年計(jì)劃項(xiàng)目,，其科技部于1990～1993年撥款4萬(wàn)馬克支持"微系統(tǒng)計(jì)劃"研究，并把微系統(tǒng)列為本世紀(jì)初科技發(fā)展的重點(diǎn),，德國(guó)首創(chuàng)的LIGA工藝,，為MEMS的發(fā)展提供了新的技術(shù)手段，并已成為三維結(jié)構(gòu)制作的優(yōu)選工藝,。法國(guó)1993年啟動(dòng)的7000萬(wàn)法郎的"微系統(tǒng)與技術(shù)"項(xiàng)目,。歐共體組成"多功能微系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)NEXUS"，聯(lián)合協(xié)調(diào)46個(gè)研究所的研究,。瑞士在其傳統(tǒng)的
鐘表制造行業(yè)和小型精密
機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)上也投入了MEMS的開(kāi)發(fā)工作,，1992年投資為1000萬(wàn)美元。英國(guó)政府也制訂了納米科學(xué)計(jì)劃,。在機(jī)械,、光學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域列出8個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)。為了加強(qiáng)歐洲開(kāi)發(fā)MEMS的力量,，一些歐洲公司已組成MEMS開(kāi)發(fā)集團(tuán),。
目前已有大量的微型機(jī)械或微型系統(tǒng)被研究出來(lái)，例如：尖端直徑為5μm的微型鑷子可以?shī)A起一個(gè)紅血球,，尺寸為7mm×7mm×2mm的微型泵流量可達(dá)250μl/min能開(kāi)動(dòng)的汽車(chē),，在磁場(chǎng)中飛行的機(jī)器蝴蝶，以及集微型速度計(jì),、微型陀螺和信號(hào)處理系統(tǒng)為一體的微型慣性組合(MIMU),。德國(guó)創(chuàng)造了LIGA工藝，制成了懸臂梁,、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及微型泵,、微型噴嘴、濕度,、流量傳感器以及多種光學(xué)器件,。美國(guó)加州理工學(xué)院在飛機(jī)翼面粘上相當(dāng)數(shù)量的1mm的微梁，控制其彎曲角度以影響飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性,。美國(guó)大批量生產(chǎn)的硅加速度計(jì)把微型傳感器(機(jī)械部分)和集成電路(電信號(hào)源,、放大器、信號(hào)處理和正檢正電路等)一起集成在硅片上3mm×3mm的范圍內(nèi),。日本研制的數(shù)厘米見(jiàn)方的微型
車(chē)床可加工精度達(dá)1.5μm的微細(xì)軸,。
機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)
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┬螤睢⒊叽绾托阅�,，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[1]；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
[1] 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
