机械制造技术毕业论文

1、机械制造及其自动化1. 金属切削切削原理工件与刀具之间相互滑移即表示金属切削的剪切变形经过这种变形以后,切屑从刀具前面上流过时又在刀、 屑界面处产生进一步的摩擦变形。 通常，切屑的 厚度比切削厚度大， 而切屑的长度比切削长度短， 这种现象就叫切屑变形。 金属 被刀具前面所挤压而产生的剪切变形是金属切削过程的特征。 由于工件材料刀具 和切削条件不同 ,切屑的变形程度也不同 ,因此可以得到各种类型的切屑。机械加工设备 机械加工设备主要有车床，铣床，磨床，镗床等，一般以车床和铣床应用较 广泛。刀具金属切削刀具一般有 45度车刀， 90度车刀，镗刀，铰刀，拉刀，铣刀等， 一般情况的加工车刀和铣刀应用较

2、多，所以以下内容多以车刀为主。积屑瘤在用低、中速连续切削一般钢材或其他塑性材料时 ,切屑同刀具前面之间存 在着摩擦 ,当切屑上紧靠刀具前面的薄层在较高压强和温度的时，同切屑基体分 离而粘结在刀具前面上 ,再经层层重叠粘结 ,在刀尖附近往往会堆积成一块经过剧 烈变形的楔状切屑材料， 叫做积屑瘤。 积屑瘤的硬度较基体材料高一倍以上， 实 际上可代替刀刃切削。 积屑瘤的底部较稳定， 顶部同工件和切屑没有明显的分界 线 ,容易破碎和脱落 ,一部分随切屑带走，一部分残留在加工表面上，从而使工件变得粗糙。所以在精加工时一定要设法避免或抑制积屑瘤的形成。 积屑瘤的产生、 成长和脱落是一个周期性的动态过程，

3、它使刀具的实际前角和切削深度也随之发 生变化，引起切削力波动，影响加工稳定性。在一般情况下，当切削速度很低或 很高时，因没有产生积屑瘤的必要条件 （较大的切屑与刀具前面间的摩擦力和一 定的温度），不产生积屑瘤。切削力切削时刀具的前面和后面上都承受法向力和摩擦力，这些力组成合力F,在外圆车削时，一般将这个切削合力F分解成三个互相垂直的分力切向力 F它在 切削速度方向上垂直于刀具基面， 常称主切削力；径向力F在平行于基面的平 面内，与进给方向垂直,又称推力；轴向力F在平行于基面的平面内，与进给方向 平行，又称进给力。一般情况下,F最大,F和F较小，由于刀具的几何参数刃磨质量 和磨损情况的不同和切削

4、条件的改变，F、F对F的比值在很大的范围内变化。切削热切削金属时， 由于切屑剪切变形所作的功和刀具前面、 后面摩擦所作的功都 转变为热，这种热叫切削热。刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走； 不用切削液时， 切削热主要由切屑、 工件和刀具带走或传出， 其中切屑带走的热 量最大，传向刀具的热量虽小， 但前面和后面上的温度却影响着切削过程和刀具 的磨损情况，所以了解切削温度的变化规律是十分必要的。切削温度切削过程中切削区各处的温度是不同的， 形成一个温度场切屑和工件的温度 分布，这个温度场影响切屑变形、积屑瘤的大小、加工表面质量、加工精度和刀 后成为切屑 ,随之又进一步与刀具前面发生剧烈摩擦

5、 ,所以温度场中温度分布的最 高点不是在正压力最大的刃口处，而是在前面上距刃口一段距离的地方。具的磨损等， 还影响切削速度的提高般说来， 切削区的金属经过剪切变形以刀具磨损 刀具在切削时的磨损是切削热和机械摩擦所产生的物理作用和化学作用的 综合结果。刀具磨损表现为在刀具后面上出现的磨损带、 缺口和崩刃等， 前面上 常出现的月牙洼状的磨损， 副后面上有时出现的氧化坑和沟纹状磨损等。 当这些 磨损扩展到一定程度以后就引起刀具失效， 不能继续使用。刀具逐渐磨损的因素， 通常有磨料磨损、粘着磨损、扩散磨损、氧化磨损、热裂磨损和塑性变形等。在 不同的切削条件下， 尤其是在不同切削速度的条件下， 刀具受上

6、述一种或几种磨 损机理的作用。 例如， 在较低切削速度下， 刀具一般都因磨料磨损或粘着磨损而 破损；在较高速度下，容易产生扩散磨损、氧化磨损和塑性变形。刀具寿命刀具由开始切削达到刀具寿命判据以前所经过的切削时间叫做刀具寿命。切削加工性指零件被切削加工成合格品的难易程度。 它根据具体加工对象和要求， 可用 刀具寿命的长短、 加工表面质量的好坏、 金属切除率的高低、 切削功率的大小和 断屑的难易程度等作为依据。加工表面质量通常包括表面粗糙度加工硬化残余应力、 表面裂纹和金相显微组织变化等。 切削加工中影响加工表面质量的因素很多， 例如刀具的刀尖圆弧半径进给量和积 屑瘤等是影响表面粗糙度的主要因素

7、;刀具的刃口钝圆半径和磨损及切削条件是 影响加工硬化和残余应力的主要因素。 因此，生产中常通过改变刀具的几何形状 和选择合理的切削条件来提高加工表面质量。切削振动切削过程中，刀具与工件之间经常会产生自由振动、强迫振动或自激振动 （颤振）等类型的机械振动。自由振动是由机床零部件受到某些突然冲击所引起， 它会逐渐衰减。 强迫振动是由机床内部或外部持续的交变干扰力 （如不平衡的机 床运动件、断续切削等） 所引起，它对切削产生的影响取决于干扰力的大小及其 频率。自激振动是由于刀具与工件之间受到突然干扰力 （如切削中遇到硬点） 而 引起初始振动， 使刀具前角、 后角和切削速度等发生变化， 以及产生振型耦

8、合等， 并从稳态作用的能源中获得周期性作用的能源， 促进并维持振动。 通常，根据切 削条件可能产生各种原生型自激振动， 从而在加工表面上留下的振纹， 又会产生 更为常见的再生型自激振动。 上述各种振动通常都会影响加刀表面质量， 降低机 床和刀具的寿命，降低生产率，并引起噪声，极为有害，必须设法消除或减轻。切屑控制指控制切屑的形状和长短。 通过控制切屑的卷曲半径和排出方向， 使切屑 碰撞到工件或刀具上， 而使切屑的卷曲半径被迫加大， 促使切屑中的应力也逐渐 增加,直至折断切屑的卷曲半径可以通过改变切屑的厚度、在刀具前面上磨制卷 屑槽或断屑台来控制，其排出方向则主要靠选择合理的主偏角和刃倾角来控制

9、。切削液也称冷却润滑液， 用于减少切削过程中的摩擦和降低切削温度， 以提高刀 具寿命、加工质量和生产效率。常用的切削液有切削油、乳化液和化学切削液 3 类。2. 工件的定位与夹紧工件的定位在加工之前，使工件在机床或夹具上占据某一个正确位置的过程称为定位。 其方法有三种， 第一种是直接找正定位法， 第二种方法是划线找正定位法， 第三 种方法是利用夹具定位法。工件定位的基本原理工件的定位，实质上就是限制工件应被限制的自由度。用六个合理布置的定 位支承点限制工件的六个自由度， 就可以使工件的位置完全确定， 此称为定位的 “六点定则。”此定则可以适用于任何形状，任何类型的工件，具有普遍性。工件的定位形

10、式 有以下三种，一是完全定位，二是不完全定位，三是过定位。一般情况下， 应该尽量避免采用过定位形式。工件的夹紧 工件定位后用一定的装置将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的 操作称之为夹紧；工件定位，夹紧的过程合称为装夹。3. 加工工艺的规程的制订企业所用工艺规程的具体格式虽不统一， 但内容大同小异。 一般来说， 工艺规 程的形式按其内容详细程度，可分为以下几种：1）工艺过程卡 ：是一种最简单和最基本的工艺规程形式，它对零件制造全 过程作出粗略的描述。 卡片按零件编写， 标明零件加工路线、 各工序采用的设备 和主要工装以及工时定额。2）工艺卡：它一般是按零件的工艺阶段分车间、分零件编写，

11、包括工艺过程 卡的全部内容， 只是更详细地说明了零件的加工步骤。 卡片上对毛坯性质、 加工 顺序、各工序所需设备、工艺装备的要求、切削用量、检验工具及方法、工时定 额都作出具体规定，有时还需附有零件草图。3）工序卡： 这是一种最详细的工艺规程， 它是以指导工人操作为目的的进行 编制的，一般按零件分工序编号。卡片上包括本工序的工序草图、装夹方式、切 削用量、检验工具、工艺装备以及工时定额的详细说明。 进一步将工序详细化 的就是工步。4. 零件的加工下面以CA6140和轴类零件进行简要说明1 ）轴类零件的分类、技术要求轴是机械加工中常见的典型零件之一。 它在机械中主要用于支承齿轮、 带轮、 凸轮以

12、及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥 度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等如图6-1，其中阶梯传动轴应用较广， 其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。 根 据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面： 尺寸精度 ? 轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的 外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常 为IT 5IT7;另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常 为 IT6IT9。 几何形状精度 ? 主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、 圆柱度。其误差一般应限制

13、在尺寸公差范围内， 对于精密轴， 需在零件图上另行 规定其几何形状精度。 相互位置精度 ? 包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、 重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。 表面粗糙度 ? 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为 0.21.6时，传动件配合轴颈为0.43.2时。 其他 ? 热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。2）轴类零件的材料、毛坯及热处理轴类零件的材料 轴类零件材料？常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15 弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、 20Cr等

14、低碳合金钢或38CrMoAI氮化钢。 轴类毛坯 ？ 常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯 经过加热锻造后， 可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布， 获得较高的抗拉、 抗 弯及抗扭强度。轴类零件的热处理 锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢 材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表 面淬火一般安排在精加工之前， 这样可以纠正因淬火引起的局部变形。 精度要求 高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。轴类零件的安装方式轴类零件的安装方式主要有以下三种。 采用两中心孔定位装夹一般以

15、重要的外圆面作为粗基准定位，加工出中心孔，再以轴两端的中心孔 为定位精基准；尽可能做到基准统一、基准重合、互为基准，并实现一次安装加工多个表面。 中心孔是工件加工统一的定位基准和检验基准， 它自身质量非常重 要，其准备工作也相对复杂，常常以支承轴颈定位，车（钻）中心锥孔；再以中 心孔定位，精车外圆；以外圆定位，粗磨锥孔；以中心孔定位，精磨外圆；最后 以支承轴颈外圆定位，精磨（刮研或研磨）锥孔，使锥孔的各项精度达到要求。 用外圆表面定位装夹 对于空心轴或短小轴等不可能用中心孔定位的情况， 可用轴的外圆面定位、 夹紧 并传递扭矩。 一般采用三爪卡盘、 四爪卡盘等通用夹具， 或各种高精度的自动定 心

16、专用夹具，如液性塑料薄壁定心夹具、膜片卡盘等。 用各种堵头或拉杆心轴定位装夹 加工空心轴的外圆表面时， 常用带中心孔的各种堵头或拉杆心轴来安装工件。 小 锥孔时常用堵头；大锥孔时常用带堵头的拉杆心轴。 轴类零件工艺过程示例主轴加工的主要问题是如何保证主轴支承轴颈的尺寸、形状、位置精度和表 面粗糙度，主轴前端内、 外锥面的形状精度、 表面粗糙度以及它们对支承轴颈的 位置精度。 主轴支承轴颈的尺寸精度、 形状精度以及表面粗糙度要求， 可以采用 精密磨削方法保证。 磨削前应提高精基准的精度。 保证主轴前端内、 外锥面的形 状精度、表面粗糙度同样应采用精密磨削的方法。 主轴外圆表面的加工， 应该以 顶

17、尖孔作为统一的定位基准。 但在主轴的加工过程中， 随着通孔的加工， 作为定 位基准面的中心孔消失， 工艺上常采用带有中心孔的锥堵塞到主轴两端孔中， 让 锥堵的顶尖孔起附加定位基准的作用。CA6140车床主轴加工定位基准的选择主轴加工中，为了保证各主要表面的 相互位置精度， 选择定位基准时， 应遵循基准重合、 基准统一和互为基准等重要 原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。 由于主轴外圆表面的设计基 准是主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑应选择主轴两端的顶尖孔作为精基准 面。用顶尖孔定位， 还能在一次装夹中将许多外圆表面及其端面加工出来， 有利 于保证加工面间的位置精度。所以主轴在粗车之

18、前应先加工顶尖孔。CA6140车床主轴主要加工表面加工工序安排 m。105h5轴颈，两支承轴颈 及大头锥孔。它们加工的尺寸精度在IT5IT6之间，表面粗糙度Ra为0.40.890g5 80h5、75h5、CA6140车床主轴主要加工表面是主轴加工工艺过程可划分为三个 加工阶段，即粗加工阶段（包括铣端面、加工顶尖孔、粗车外圆等） ；半精加工 阶段（半精车外圆，钻通孔，车锥面、锥孔，钻大头端面各孔，精车外圆等） ； 精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆、锥面、锥孔等） 。在机械加工工序 中间尚需插入必要的热处理工序， 这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下 顺序的进行，即粗车一调质（预备热处理

19、）半精车一精车一淬火-回火（最终热 处理）一粗磨一精磨。综上所述，主轴主要表面的加工顺序安排如下：外圆表面 粗加工（以顶尖孔定位）一外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）钻通孔（以半 精加工过的外圆表面定位）一锥孔粗加工（以半精加工过的外圆表面定位，加工 后配锥堵）一外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）-锥孔精加工（以精加工外 圆面定位）。当主要表面加工顺序确定后， 就要合理地插入非主要表面加工工序。 对主轴来说非主要表面指的是螺孔、 键槽、螺纹等。 这些表面加工一般不易出现 废品，所以尽量安排在后面工序进行， 主要表面加工一旦出了废品， 非主要表面 就不需加工了， 这样可以避免浪费工时。 但这些表面

20、也不能放在主要表面精加工 后，以防在加工非主要表面过程中损伤已精加工过的主要表面。 对凡是需要在淬 硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、键 槽等一般在外圆精车之后， 精磨之前进行加工。 主轴螺纹， 因它与主轴支承轴颈 之间有一定的同轴度要求，所以螺纹安排在以非淬火 -回火为最终热处理工序之 后的精加工阶段进行，这样半精加工后残余应力所引起的变形和热处理后的变 形，就不会影响螺纹的加工精度。CA6140车床主轴加工工艺过程锻造，热处理（正火） ，锯头，铣端面钻中心孔 ?，粗车外圆，热处理（调质） ， 车大端各部 ?，车小端各部，车小端锥孔，车大端锥孔，钻孔，精车外

21、圆，粗磨 大端锥孔，铣花键 ?， 铣键槽 ? ， 车螺纹，精磨外圆， 粗磨外锥面，精磨外锥 面，精磨大端锥孔 ?，钳工 ?，检验。5. 机床夹具1 ）机床夹具的功能 保证加工精度 提高生产率 扩大机床的使用范围 减轻工人的劳动强度，保证生产安全。2）机床夹具应满足的要求 机床夹具应满足的基本要求包括下面几方面： 保证加工精度这是必须做到的最基本要求，其关键是正确的定位、夹紧和 导向方案，夹具制造的技术要求，定位误差的分析和验算。 夹具的总体方案应与年生产纲领相适应在大批量生产时，尽量采用快速、高效的定位、 夹紧机构和动力装置， 提高自动化程度， 符合生产节拍要求。 在中、 小批量生产时，夹具应

22、有一定的可调性，以适应多品种工件的加工 安全、方便、减轻劳动强度机床夹具要有工作安全性考虑，必要时加保护 装置。要符合工人的操作位置和习惯， 要有合适的工件装卸位置和空间， 使工人 操作方便。大批量生产和工件笨重时，尽可能减轻工人劳动强度。 排屑顺畅机床夹具中积集切屑会影响到工件的定位精度， 切屑的热量使工 件和夹具产生热变形，影响加工精度。清理切屑将增加辅助时间，降低生产率， 因此夹具设计中要给予排屑问题充分的重视。 机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性机床夹具设计时，要方便制造、检测、调整和装配，有利于提高夹具的制造精度。3）机床夹具的类型 机床夹具有多种分类方法，如按夹具的使用范围来

23、分，有下面五种类型： 通用夹具 例如车床上的卡盘，铣床上的平口钳、分度头，平面磨床上的 电磁吸盘等，这些夹具通用性强，一般不需调整就可适应多种工件的安装加工， 在单件小批生产中广泛应用。 专用夹具 因为它是用于某一特定工件特定工序的夹具，称为专用夹具。 专用夹具广泛用于成批生产和大批量生产中。 本章内容主要是针对专用夹具的设 计展开的。 可调整夹具和成组夹具 这一类夹具的特点是具有一定的可调性，或称 “柔性。”夹具中部分元件可更换，部分装置可调整，以适应不同工件的加工。可 调整夹具一般适用于同类产品不同品种的生产， 略作更换或调整就可用来安装不 同品种的工件。 成组夹具适用于一组尺寸相似、 结

24、构相似、 工艺相似工件的安装 和加工，在多品种、中小批量生产中有广泛的应用前景。 组合夹具 它是由一系列的标准化元件组装而成，标准元件有不同的形 状，尺寸和功能，其配合部分有良好的互换性和耐磨性。使用时，可根据被加工 工件的结构和工序要求， 选用适当元件进行组合连接， 形成一专用夹具。 用完后 可将元件拆卸、清洗、涂油、人库，以备后用。它特别适合单件小批生产中位置 精度要求较高的工件的加工。 随行夹具 这是一类在自动线和柔性制造系统中使用的夹具。 它既要完成 工件的定位和夹紧， 又要作为运载工具将工件在机床间进行输送 t 输送到下一道 工序的机床后，随行夹具应在机床上准确地定位和可靠地夹紧。4

25、）机床夹具的基本组成夹具的组成归纳如下几部分： 定位元件及定位装置 用于确定工件正确位置的元件或装置，定位销轴和 挡销。 夹紧元件及夹紧装置 用于固定工件已获得的正确位置的元件或装置，如 螺母和开口垫圈。 导向及对刀元件 用于确定工件与刀具相互位置的元件， ，铣床夹具中常用 对刀块来确定刀具与工件的位置。 动力装置 在成批生产中，为了减轻工人劳动强度，提高生产率，常采用 气动、液动等动力装置。 夹具体 用于将各种元件、装置联接在一体，并通过它将整个夹具安装在 机床上。 其它元件及装置 根据加工需要来设置的元件或装置， 转盘，分度定位套、 分度定位销。 叉如铣床夹具中机床与夹具的对定， 往往在夹

26、具体底面安装两个定 向键等等。以上所述，是机床夹具的基本组成。对于一个具体的夹具，可能略少或略多一些，但定位、夹紧和夹具体三部分一般是不可缺少的。6. 机械加工质量分析 机械加工产品的质量与零件的加工质量、产品的装配质量密切相关,而零件的加工质量是保证产品质量的基础 ,它包括零件的加工精度和表面质量两方面。 1）机械加工精度的含义及内容加工精度是指零件经过加工后的尺寸、 几何形状以及各表面相互位置等参数的实 际值与理想值相符合的程度 ,而它们之间的偏离程度则称为加工误差。加工精度 在数值上通过加工误差的大小来表示。 零件的几何参数包括几何形状、 尺寸和相 互位置三个方面，故加工精度包括：尺寸精

27、度。尺寸精度用来限制加工表面与其 基准间尺寸误差不超过一定的范围。 几何形状精度。 几何形状精度用来限制加 工表面宏观几何形状误差，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等。相互位置精 度。相互位置精度用来限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度零件各差来表示的要求和允许用专门的符明。2）影响加工精度的原始误差机械加工中 ，多方面的因素都对工艺系统产生影响 ，从而造成各种各样的原始误 差。这些原始误差 ，一部分与工艺系统本身的结构状态有关 ，一部分与切削过程有 关。按照这些误差的性质可归纳为以下四个方面 ：工艺系统的几何误差。工艺 系统的几何误差包括加工方法的原理误差 ，

28、机床的几何误差、调整误差 ，刀具和夹 具的制造误差，工件的装夹误差以及工艺系统磨损所引起的误差。工艺系统受 力变形所引起的误差。 工艺系统热变形所引起的误差。 工件的残余应力引起 的误差3）机械加工误差的分类 系统误差与随机误差。从误差是否被人们掌握来分，误差可分为系统误差和 随机误差 （又称偶然误差 ）。凡是误差的大小和方向均已被掌握的 ,则为系统误差。 系统误差又分为常值系统误差和变值系统误差。常值系统误差的数值是不变的。 如机床、夹具、刀具和量具的制造误差都是常值误差。 变值系统误差是误差的大 小和方向按一定 规律 变化，可按线性变化 ，也可按非线性变化。如刀具在正常磨 损时 ，其磨损值

29、与时间成线性正比关系 ，它是线性变值系统误差 ;而刀具受热伸长 ， 其伸长量和时间就是非线性变值系统误差。凡是没有被掌握误差规律的 ，则为随 机误差。 静态误差、切削状态误差与动态误差。从误差是否与切削状态有关来分，可分为静态误差与切削状态误差。工艺系统在不切削状态下所出现的误差 ，通常称 为静态误差 ，如机床的几何精度和传动精度等。工艺系统在切削状态下所出现的 误差，通常称为切削状态误差 ，如机房;在切削时的受力变形和受热变形等。 工艺系 统在有振动的状态下所出现的误差 ，称为动态误差4）工艺系统的几何误差 加工原理误差：加工原理误差是由于采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮 廓进行加工所产生的误差。 机床的几何误差： 主轴回转运动误差， 轴向窜动，主轴回转运动误差的影响 因素（有主轴轴颈的误差、轴承的误差、轴承的间隙、与轴承配合零件的误差及 主轴系统的径向不等刚度和热变形等）7. 机械装配工艺基础 1）装配的概念机械产品的一般都是由许多零件个部件组成的。按照规定的技术要求，将若 干个零件组和成组件、 部件或将若干个零件的组件、 部分组成产品的过程， 称为 装配。机械装配是整个机械制造过程中的最后一个阶段在制造过程中占有非常重要 的地位概述2） 物理方面