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。

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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)�材料（或毛坯）形狀、尺寸和性能，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�時(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