概念介紹


　　
機械加工另外裝配時常常要用到冷熱處理。例如：軸承在裝配時往往將內圈放入液氮裏[1]冷卻使其尺寸收縮，將外圈適當加熱使其尺寸放大，然後再將其裝配在一起。火車的車輪外圈也是用加熱的方法將其套在基體上，冷卻時即可保證其結合的牢固性（此種方法現在依舊應用于某些零部件的轉配過程中）。
　　


機械加工包括：是燈絲電源繞組、激光切割、重型加工、金屬粘結、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。
　　機械加工：廣意的機械加工就是指能用機械手段制造産品的過程；狹意的是用車床、銑床、鑽床、磨床、沖壓機、壓鑄機機等專用機械設備制作零件的過程。


微型機械加工技術的國外發展現狀


機械産品



1959年，Richard
P
Feynman(1965年諾貝爾物理獎獲得者)就提出了微型機械的設想。1962年第一個硅微型壓力傳感器問世，其後開發出尺寸爲50～500μm的齒輪、齒輪泵、氣動渦輪及聯接件等微機械。1965年，斯坦福大學研制出硅腦電極探針，後來又在掃描隧道顯微鏡、微型傳感器方面取得成功。1987年美國加州大學伯克利分校研制出轉子直徑爲60～12μm的利用硅微型靜電機，顯示出利用硅微加工工藝制造小可動結構並與集成電路兼容以制造微小系統的潛力。
　　


微型機械在國外已受到政府部門、企業界、高等學校與研究機構的高度重視。美國MIT、Berkeley、StanfordAT&T的15名科學家在上世紀八十年代末提出"小機器、大機遇：關于新興領域　　微動力學的報告"的國家建議書，聲稱"由于微動力學(微系統)在美國的緊迫性，應在這樣一個新的重要技術領域與其他國家的競爭中走在前面"，建議中央財政預支費用爲五年5000萬美元，得到美國領導機構重視，連續大力投資，並把航空航天、信息和MEMS作爲科技發展的三大重點。美國宇航局投資1億美元著手研制"發現號微型衛星"，美國國家科學基金會把MEMS作爲一個新崛起的研究領域制定了資助微型電子機械系統的研究的計劃，從1998年開始，資助MIT，加州大學等8所大學和貝爾實驗室從事這一領域的研究與開發，年資助額從100萬、200萬加到1993年的500萬美元。1994年發布的《美國國防部技術計劃》報告，把MEMS列爲關鍵技術項目。美國國防部高級研究計劃局積極領導和支持MEMS的研究和軍事應用，現已建成一條MEMS標准工藝線以促進新型元件/裝置的研究與開發。美國工業主要致力于傳感器、位移傳感器、應變儀和加速度表等傳感器有關領域的研究。很多機構參加了微型機械系統的研究，如康奈爾大學、斯坦福大學、加州大學伯克利分校、密執安大學、威斯康星大學、老倫茲得莫爾國家研究等。加州大學伯克利傳感器和執行器中心(BSAC)得到國防部和十幾家公司資助1500萬元後，建立了1115m2研究開發MEMS的超淨實驗室。
　　


日本通産省1991年開始啓動一項爲期10年、耗資250億日元的微型大型研究計劃，研制兩台樣機，一台用于醫療、進入人體進行診斷和微型手術，另一台用于工業，對飛機發動機和原子能設備的微小裂紋實施維修。該計劃有築波大學、東京工業大學、東北大學、早稻田大學和富士通研究所等幾十家單位參加。
　　


歐洲工業發達國家也相繼對微型系統的研究開發進行了重點投資，德國自1988年開始微加工十年計劃項目，其科技部于1990～1993年撥款4萬馬克支持"微系統計劃"研究，並把微系統列爲本世紀初科技發展的重點，德國首創的LIGA工藝，爲MEMS的發展提供了新的技術手段，並已成爲三維結構制作的優選工藝。法國1993年啓動的7000萬法郎的"微系統與技術"項目。歐共體組成"多功能微系統研究網絡NEXUS"，聯合協調46個研究所的研究。瑞士在其傳統的鍾表制造行業和小型精密機械工業的基礎上也投入了MEMS的開發工作，1992年投資爲1000萬美元。英國政府也制訂了納米科學計劃。在機械、光學、電子學等領域列出8個項目進行研究與開發。爲了加強歐洲開發MEMS的力量，一些歐洲公司已組成MEMS開發集團。
　　


目前已有大量的微型機械或微型系統被研究出來，例如：尖端直徑爲5μm的微型鑷子可以夾起一個紅血球，尺寸爲7mm×7mm×2mm的微型泵流量可達250μl/min能開動汽車，在磁場中飛行的機器蝴蝶，以及集微型速度計、微型陀螺和信號處理系統爲一體的微型慣性組合(MIMU)。德國創造了LIGA工藝，制成了懸臂梁、執行機構以及微型泵、微型噴嘴、濕度、流量傳感器以及多種光學器件。美國加州理工學院在飛機翼面粘上相當數量的1mm的微梁，控制其彎曲角度以影響飛機的空氣動力學特性。美國大批量生産的硅加速度計把微型傳感器(機械部分)和集成電路(電信號源、放大器、信號處理和正檢正電路等)一起集成在硅片上3mm×3mm的範圍內。日本研制的數厘米見方的微型車床可加工精度達1.5μm的微細軸。
　　

生産過程和工藝過程


　　生産過程是指從原材料（或半成品）制成産品的全部過程。對機器生産而言包括原材料的運輸和保存，生産的准備，毛坯的制造，零件的加工和熱處理，産品的裝配、及調試，油漆和包裝等內容。生産過程的內容十分廣泛，現代企業用系統工程學的原理和方法組織生産和指導生産，將生産過程看成是一個具有輸入和輸出的生産系統。能使企業的管理科學化，使企業更具應變力和競爭力。
　　


在生産過程中，直接改變原材料（或毛坯）形狀、尺寸和性能，使之變爲成品的過程，稱爲工藝過程。它是生産過程的主要部分。例如毛坯的鑄造、鍛造和焊接；改變材料性能的熱處理[1]；零件的機械加工等，都屬于工藝過程。工藝過程又是由一個或若幹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，對一個或一組工件所連續完成的那部分工藝過程。構成一個工序的主要特點是不改變加工對象、設備和操作者，而且工序的內容是連續完成的。例如圖32　1中[cc1]的零件，其工藝過程可以分爲以下兩個工序：工序1：在車床上車外圓、車端面、镗孔和內孔倒角；工序2：在鑽床上鑽6個小孔。在同一道工序中，工件可能要經過幾次安裝。工件在一次裝夾中所完成的那部分工序，稱爲安裝。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，镗內孔，內孔倒角，車外圓。第二次安裝：調頭用三爪盤夾住外圓，車端面A和B，內孔倒角。


生産類型


　　生産類型通常分爲三類：　

1．單件生産
單個地生産某個零件，很少重複地生産。
　　

2．成批生産
成批地制造相同的零件的生産。
　　

3．大量生産
當産品的制造數量很大，大多數工作地點經常是重複進行一種零件的某一工序的生産。擬定零件的工藝過程時，由于零件的生産類型不同，所采用的加方法、機床設備、工夾量具、毛坯及對工人的技術要求等，都有很大的不同。


加工余量


　　爲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，稱爲加工余量。加工余量又可分爲工序余量和總余量。某工序中需要切除的那層金屬厚度，稱爲該工序的加工余量。從毛坯到成品總共需要切除的余量，稱爲總余量，等于相應表面各工序余量之和。
　　


在工件上留加工余量的目的是爲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，切削加工後的內應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量和生産效率均有較大影響。加工余量過大，不僅增加了機械加工的勞動量，降低了生産率，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。


基准


　　機械零件是由若幹個表面組成的，研究零件表面的相對關系，必須確定一個基准，基准是零件上用來確定其它點、線、面的位置所依據的點、線、面。根據基准的不同功能，基准可分爲設計基准和工藝基准兩類。


1．設計基准



在零件圖上用以確定其它點、線、面位置的基准，稱爲設計基准。如圖32　2所[cc2]示的軸套零件，各外圓和內孔的設計基准是零件的軸心線，端面A是端面B、C的設計基准，內孔的軸線是外圓徑向跳動的基准。


2．工藝基准



零件在加工和裝配過程中所使用的基准，稱爲工藝基准。工藝基准按用途不同又分爲裝配基准、測量基准及定位基准。

（1）裝配基准
裝配時用以確定零件在部件或産品中的位置的基准，稱爲裝配基准。
　　

（2）測量基准
用以檢驗已加工表面的尺寸及位置的基准，稱爲測量基准。如圖32　2中的零件，內孔軸線是檢驗外圓徑向跳動的測量基准；表面A是檢驗長度L尺寸l和的測量基准。
　　

（3）定位基准
加工時工件定位所用的基准，稱爲定位基准。作爲定位基准的表面（或線、點），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准.在以後的各個工序中就可采用已加工表面作爲定位基准，這種定位表面稱精基准。


擬定工藝路線的一般原則


　　機械加工工藝規程的制定，大體可分爲兩個步驟。首先是擬定零件加工的工藝路線，然後再確定每一道工序的工序尺寸、所用設備和工藝裝備以及切削規範、工時定額等。這兩個步驟是互相聯系的，應進行綜合分析。
　　


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目的多少等。
　　

1、先加工基准面



零件在加工過程中，作爲定位基准的表面應首先加工出來，以便盡快爲後續工序的加工提供精基准。稱爲“基准先行”。


2、劃分加工階段



加工質量要求高的表面，都劃分加工階段，一般可分爲粗加工、半精加工和精加工三個階段。主要是爲了保證加工質量；有利于合理使用設備；便于安排熱處理工序；以及便于時發現毛坯缺陷等。


3、先面後孔



[1]　對于箱體、支架和連杆等零件應先加工平面後加工孔。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、光整加工



[2]主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨滾壓加工等），應放在工藝路線最後階段進行，加工後的表面光潔度在Ra0.8um以上，輕微的碰撞都會損壞表面，在日本、德國等國家，在光整加工後，都要用絨布進行保護，絕對不准用手或其它物件直接接觸工件，以免光整加工的表面，由于工序間的轉運和安裝而受到損傷。


具體處理原則


　　上述爲工序安排的一般情況。有些具體情況可按下列原則處理。
　　

(1)、爲了保證加工精度，粗、精加工最好分開進行。因爲粗加工時，切削量大，工件所受切削力、夾緊力大，發熱量多，以及加工表面有較顯著的加工硬化現象，工件內部存在著較大的內應力，如果粗、粗加工連續進行，則精加工後的零件精度會因爲應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。在粗加工之後和精加工之前，還應安排低溫退火或時效處理工序來消除內應力。
　　

(2)、合理地選用設備。粗加工主要是切掉大部分加工余量，並不要求有較高的加工精度，所以粗加工應在功率較大、精度不太高的機床上進行，精加工工序則要求用較高精度的機床加工。粗、精加工分別在不同的機床上加工，既能充分發揮設備能力，又能延長精密機床的使用壽命。
　　

(3)、在機械加工工藝路線中，常安排有熱處理工序。熱處理工序位置的安排如下：爲改善金屬的切削加工性能，如退火、正火、調質等，一般安排在機械加工前進行。爲消除內應力，如時效處理、調質處理等，一般安排在粗加工之後，精加工之前進行。爲了提高零件的機械性能，如滲碳、淬火、回火等，一般安排在機械加工之後進行。如熱處理後有較大的變形，還須安排最終加工工序