飞轮的加工工艺毕业设计.doc

摘 要本设计课题主要是通过对飞轮进行结构分析，完成实体造型，并根据企业实际情况，重点进行机械加工工艺编制，最后进行数控编程加工。本课题的意义在于：工学结合，在学校指导老师辅导下，在零件实体设计、机械加工工艺编制、收集资料、查阅手册等专业知识与技能方面得到较全面的训练与提高，关键词：飞轮；实体造型；工艺编制。序 言学完了大学四年的所有课程，就要开始做课程设计了，课程设计课题是要集合我们所学的各门专业知识，理论与实践相结合，完成设计项目，解决工程实际问题，因此我们必须首先对所学课程全面掌握，融会贯通。由于设计的需要，我仔细研究了零件图，但在设计过程中，因自己经验不足，遇到了很多实际问题，使我体会到了在现场实习调研仅证明可不可以实干，而不能代表能不能干好。所以我积极与设计指导老师沟通，在老师的全力帮助、指导下问题得到了全面解决，同时受到老师优良工作品质的影响，培养出了我缓中求稳、虚心求教、实事求是、一丝不苟的工作作风，并树立了明确的生产观、经济观和全局观，为今后从事工作打下了良好的基础。 通过课程设计，我真正认识到理论和实践相结合的重要性，并培养了我综合运用所学理论知识和实际操作知识去理性的分析问题和解决实际工作中的一般技术工程问题的能力，使我建立了正确的设计思想，掌握了工艺设计的一般程序、规范和方法，并进一步巩固、深化地吸收和运用了所学的基本理论知识和基本操作技能。还有，它提高了我设计计算、绘图、实际加工零件和正确使用技术资料、标准、手册等工具书的独立工作能力，更培养了我勇于创新的精神及严谨的学风及工作作风。 由于本人能力有限，缺少设计经验，设计中漏误在所难免，敬请老师指正批评，以使我对自己的不足得到及时的发现并修改，也使我在今后的工作中避免再次出现。在这里，向在这次课程设计中给予过我鼓励、指导及帮助的老师表示我虔诚和衷心的感谢！目 录第一章 零件的实体造型 11.1 飞轮在产品中的作用、结构特点 11.2 飞轮的实体造型 1第二章 零件的机械加工工艺编制 42. 1 分析飞轮的技术资料 42. 2 确定飞轮的毛坯类型及其制造方法 62. 3 选择飞轮的加工设备 92. 4 拟定飞轮的工艺路线及定位基准 102. 5 设计飞轮的加工工序 132. 6 填写飞轮的机械加工工艺文件 15第三章 飞轮的夹具设计163. 1 工件的定位原理 163. 2 工件的夹紧 173. 3 夹具的选择 173.4 夹具示意图 18致谢 21参考文献 21附录 工艺卡和工序卡 第一章 零件的实体造型随着时代的进步，科技的经进入到了一种先进的、全新的三维虚拟现实的环境中，实现了产品的数字化三维设发展，许多高科技手段逐步代替了手工劳动方式，比如机械设计与制造领域，产品设计已计。CAD/CAM软件即是实现这种数字化三维设计的有效工具。利用CAD/CAM软件制图和手工制图相比，不仅缩短设计周期，而且大大提高设计效率。1.1 飞轮在产品中的作用、结构特点 飞轮结构简单形状规则，零件中心为38+0.025 0mm内孔及100.018mm键槽，周围有420mm孔见图1-1所示。图1-1 飞轮的结构第二章 零件的机械加工工艺编制 机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是机械加工中最主要的技术文件，主要包括工艺过程卡和工序卡。编制机械加工工艺规程分以下几个阶段：2. 1 分析飞轮的技术资料2. 12零件的结构及加工精度分析（1）主要加工精度要求1）200mm外圆与38+0.025 0mm内孔同轴度公差为0.05mm。2）键槽100.018mm对38+0.025 0mm内孔轴心线对称度公差为0.08mm。3）零件加工后进行静平衡检查。4）铸造后时效处理。5）未注明铸造圆角R5。6）未注倒角245。（2）其余技术要求：1）铸造后时效处理。2）未注明铸造圆角R5。3）未注倒角245。4）零件加工后进行静平衡检查。图2-1 飞轮零件简图2. 13确定关键加工表面根据图纸标注，将精度要求高的表面定为关键加工表面。（1）飞轮孔径为38的尺寸精度为IT7，粗糙度Ra=1.6m，其轴线是200mm外圆的同轴度基准，而且是键槽100.018mm的对称度基准，所以是关键加工表面。（2）飞轮键槽100.018mm尺寸精度为IT9，粗糙度Ra=3.2m，有对称度要求，所以是关键加工表面。（3）38内孔及键槽总长为41.3+0.3 +0mm尺寸精度为IT ，所以是关键加工表面。2. 2 确定零件毛坯的类型及其制造方法毛坯的类型及其制造方法的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用，而且与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关。2. 21毛坯的类型及其制造方法的选择选择毛坯时应该考虑的因素有：零件的生产纲领、零件材料的工艺性、零件的结构形状和尺寸、现有的生产条件。由于飞轮零件的材料要求选用HT200，抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，因此应选用毛坯类型为铸件，较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理。该零件是大批量生产，零件的轮廓尺寸不大，所以企业选用机械砂型铸造，其生产效率比手工制砂型高数倍至数十倍，特别适合大批量生产，虽然设备昂贵，但工人的技术水平要求较低，对中小型锻件的质量稳定性也有明显提高。2. 22 确定零件毛坯的机械加工余量查机械工艺师手册，将零件各加工面毛坯余量及公差列入下表2-1。简图表面代号基本尺寸余量余量公差备注A1-A3-实心B120031B210031B39521B411021B511021表2-12. 23绘制轴的毛坯简图标注毛坯的主要尺寸。如图2-4 图2-42. 3选择飞轮的加工设备加工设备的选择根据飞轮的工艺特征性，加工设备采用通用机床，即普通车床、插床、钻床。工艺装备采用通用夹具（三爪卡盘）、通用工具（标准车刀、插槽刀）、通用量具（游标卡尺、外径千分尺等）。2. 4拟定飞轮的工艺路线及定位基准表2-2 飞轮机械加工工艺路线工序号工序名称工序内容工艺装备1铸造铸造2清砂清砂3热处理人工时效4清砂细清砂5涂漆非加工表面涂防锈漆6车夹100mm毛坯外圆，以200mm外圆毛坯找正，车右端面，照顾22.5mm，车200mm外圆至图样尺寸，钻车内孔38+0.025 0mm至图样尺寸，倒角245C6207车倒头，夹200mm外圆，车左端大端面，保证尺寸95mm，车100mm端面保证尺寸110mm，倒角245C6208划线在100mm圆的端面上划100.018mm键槽线9插以200mm外圆及右端面定位，按38+0.025 0mm内孔中心线找正，装夹工件，插100.018mm键槽B5020专用工装或组合夹具10钻以200mm外圆及一端面定位，100.018mm键槽定向钻420mm孔Z525专用钻模11钳零件静平衡检查专用工装12检验按图样要求，检查各部尺寸及精度13入库入库工艺分析1）飞轮为铸件，在加工时应照顾各部加工余量，避免加工后造成壁厚不均匀，如果铸件毛坯质量较差，应增加划线工序。2）零件静平衡检查，可在38+0.025 0mm孔内装上心轴，在静平衡架上找静平衡，如果零件不平衡，可在左大端面（200mm与160mm之间）上钻孔减轻重量，以最后调到平衡。3）200外圆与38+0.025 0mm内孔同轴度检查，可用心轴装夹工件，然后再偏摆仪上货V形块上用百分表测出。4）键槽100.018mm对38+0.025 0mm内孔轴心线的对称度检查，可采用专用检具进行检查。1 粗基准的选择选用的粗基准必须便于加工精基准，以尽快获得精基准。 粗基准应选用面积较大，平整光洁，无浇口、冒口、飞边等缺陷的表面，这样工件的定位才稳定可靠。 当有多个不加工表面时，应选择与加工表面位置精度要求较高的表面作为粗基准。 当工件的加工表面与某不加工表面之间有相互位置精度要求时，应选择该不加工表面作为粗基准。 当工件的某重要表面要求加工余量均匀时，应选择该表面作为粗基准。 粗基准在同一尺寸方向上应只使用一次。2. 精基准的选择（1）零件已加工的表面作为定位基准，这种基准称为精基准。合理地选择定位精基准是保证零件加工精度的关键。（2）选择精基准应先根据零件关键表面的加工精度（尤其是有位置精度要求的表面），同时还要考虑所选基准的装夹是否稳定可靠、操作方便。 （3）精基准的选择原则：基准重合原则。尽量选择设计基准作为精基准，避免基准不重合而引起的定位误差。基准统一原则。尽量选择多个加工表面共享的定位基准面作为精基准，以保证.各加工面的相互位置精度，避免误差，简化夹具的设计和制造。自为基准原则。精加工或光整加工工序应尽量选择加工表面本身作为精基准，该表面与其他表面的位置精度则由先行工序保证。互为基准原则。当两个表面相互位置精度以及各自的形状和尺寸精度都要求很高时，可以采取互为基准原则，反复多次地进行加工。任务实施一、 选择飞轮的粗基准和夹紧方案选择毛坯100外圆作为粗基准，使用三爪卡盘能方便地加工两端面和中心孔，可以仅仅、快获得精基准，如图2-5所示图2-5二、 选择飞轮的精基准和夹紧方案2. 5设计飞轮的加工工序2. 5. 1确定加工余量主要由查表，配合经验法类比法确定加工余量及工序尺寸。将相关数据列表2-3中。表2-3 飞轮加工余量与工序尺寸表工序号加工表面基本尺寸加工余量公差等级工序尺寸及公差表面粗糙度m6车右端面110+2211012.5钻孔3718.52IT113712.5扩孔37.80.42IT1037.86.3铰孔380.12IT738+0.025 01.67车左大端面95+229512.5车100端面110+2211012.59插槽1010IT9100.018mm3.22. 5. 2确定切削用量根据加工余量和装夹情况，确定走刀次数和背吃刀量； 查表结合经验确定主轴转数和刀具进给量，数据见表4-2表2-4飞轮加工切削用量汇总表工序号加工部位加工内容刀具材料走刀次数背吃刀量mm主轴转数r/.min进给量mm/r6右端面,38+0.025 0内孔车右端面硬质合金126000.2钻孔高速钢118.524000.2扩孔高速钢10.426000.3铰孔高速钢10.121500.27左大端面，100mm端面车左大端面，硬质合金126000.2车100mm端面硬质合金126000.29100.018mm键槽插100.018mm键槽硬质合金10110420mm孔钻420mm孔高速钢1204000.2 2. 5. 3确定工时定额因飞轮为成批生产，因此可以采用经验估算法计算各工序的工时定额。主要利用经过实践而积累的统计数据及进行部分计算来确定，计算结果见表4-3在实际生产中，时间定额需要不断修正。 表2-5飞轮机械加工工时定额工序号工序名称工序内容工序时间（分）1铸造铸造毛坯2清砂清砂3热处理人工时效4清砂细清砂5涂漆非加工表面涂防锈漆6车车右端面钻车38内孔157车车左端大端面车100mm端58划线在100mm圆的端面上划100.018mm键槽线59插插100.018mm键槽710钻钻420mm孔1611钳零件静平衡检查12检验按图样要求，检查各部尺寸及精度2. 6 填写零件的机械加工工艺文件 工艺文件是用于指导生产的重要文件。不同的生产纲领有不同的填写工艺文件的要求，因为飞轮是大批量生产，所以需要填写详细的工艺工程卡和工序卡。见附件2。第三章 飞轮的夹具设计一、夹具和装夹方式的选择在机床上加工零件时，为保证工件的加工精度和加工质量，必须使工件位于机床上的正确位置，也就是通常所说的“定位”，然后将它固定也就是通常所说的“夹紧”。工件在机床上定位与夹紧的过程称为工件的装夹过程。1工件的定位原理（1）六点定位原理工件在空间有六个自由度，即沿X、Y、Z三个坐标方向的移动自由度和绕X、Y、Z三个移动轴的旋转自由度A、B、C，如下图所示。要确定工件在空间的位置，需要按一定的要求安排六个支撑点也就是通常所说的定位元件，以限制加工工件的自由度，这就是工件定位的“六点定位原理”。需要指出的是，工件形状不同，定位表面不同，定位点的布置情况也各不相同。图 数控机床的坐标轴（2）限制自由度与工件加工要求的关系根据工件加工表面的不同加工要求，有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，对加工要求有影响的自由度必须限制，而不影响加工要求的自由度不必限制。（3）完全定位与不完全定位工件的六个自由度都被限制的定位成为完全定位，工件被限制的自由度少于六个，但不影响加工要求的定位，成为不完全定位，完全定位和不完全定位是实际加工中工件最常用的定位方式。2工件的夹紧金属切削加工过程中，为保证工件定位时确定的正确位置，防止工件在切削力、离心力、惯性力或重力等作用下产生位移和振动，必须将工件夹紧。这种保证加工精度和安全生产的装置称为夹紧装置。（1）对夹紧的基本要求 工件在夹紧过程中，不能改变工件定位后所占据的正确位置。 夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中的位置不能发生任何变动，又要使工件不产生大的夹紧变形；同时也要使得加工振动现象尽可能小。 操作方便、省力、安全。（2）夹紧力方向和夹紧点的确定 夹紧力应尽可能朝向主要定位基准，这样可以保证夹紧工件时不破坏工件的定位，影响工件的加工精度要求。 夹紧力方向应有利于减少夹紧力，要求能够在最小的夹紧力作用下，完成零件的加工过程。 夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的方向和方位上，这一原则对刚性较差的零件特别重要，可以保证零件的夹紧变形量最小。3夹具的选择 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求，一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能保证零件与机床坐标系之间的准确尺寸关系。依据零件毛料的状态和数控机床的安装要求，应选取能保证加工质量、满足加工需要的夹具。除此之外，还要考虑以下几点：（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。在成批生产时可以考虑采用专用夹具，同时要求夹具的结构简单。（2）装夹零件要方便可靠，避免采用占机人工调整的装夹方式，以缩短辅助时间，尽量采用液压、气动或多工位夹具，以提高生产效率。采用可换钻套 和V形块做夹具 H = 1.5*d=1.5 * 38 = 57 h = 0.5*d=0.5 *38 = 19致 谢感谢柴老师长期以来悉心的指导和在设计过程中提的修改意见，让我对飞轮工艺工装设计有了较全面的了解，置身老师的指导过程中，不仅我的思想观念焕然一新，也改善了我的思考方式，为日后的工作和更进一步的学习打下了坚实的基础，也积累了许多宝贵的设计经验。同样感谢四年来给予我支持和帮助的所有老师和同学，他们让我在这三年里学到了好多知识，丰富了我的大学生活，在即将结束的大学生活能够让我画上圆满的句号。最后感谢我的爸爸妈妈，是他们含辛茹苦，一直在精神上鼓励我，在经济上支持我，让我圆满完成学业，在次深表谢意。18参考文献1倪森寿主编，机械制造工艺与装备，北京：化学工业出版社,2009.2倪森寿主编 机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书，北京：化学工业出版社,2009.3顾京主编,数控加工编程及操作,北京：高等教育出版社，2008.4陈志祥主编, CAXA制造工程师2006实用教程，北京：电子工业出版社，2008.5杨叔子主编,机械加工工艺师手册,北京：机械工业出版社,2001.6王先逵主编，机械加工工艺手册,北京：机械工业出版社,2006.7陆晓春主编.CAXA实体设计XP创新三维CAD标准案例教程，北京：航空航天大学出版社，2006.8徐海枝主编，机械加工工艺编制，北京：北京理工大学出版社，2009.9赵长旭主编， 数控加工工艺,西安：西安电子科技大学出版社,2005.10韩兴国，王斌武. 机床主轴加工工艺教学案例分析 以CA6140车床主轴机械加工为例J 桂林航天工业高等专科学校学报, 2009(2), 21121411冯玉琢. 机械加工工艺编制的要点J 科技创新导报, 2009(5) 8212纪海纹. 轴类零件的加工工艺J 装备制造技术, 2008(4) 15615713陈旻. 轴类零件的数控加工工艺设计研究J 现代制造技术与装备, 2008(4) 3638数控加工工序卡零件名称飞轮零件图号夹具名称三爪卡盘设备名称及型号数控加工中心材料名称及牌号HT200加工车间数控实训基地程序号 技术要求1）铸造后时效处理。2）未注明铸造圆角R5。3）未注倒角245。4）零件加工后进行静平衡检查。工步号工步内容切削用量刀具主轴转速（r/min）进给速度（mm/r）背吃刀量（mm）编号名称1车端面6000.22T01外圆粗车刀2粗车外圆8000.61.5T01外圆粗车刀3精车外圆12000.30.8T02外圆精车刀4插槽14000.34T03铣刀5钻孔12000.220T03铣刀编制王荣荣审核批准共 1 页 三江学院机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称飞轮零件名称飞轮材 料 牌 号HT200毛 坯 种 类铸铁毛坯外形尺寸每毛坯件数1工序号工 名序 称工 序 内 容工 艺 装 备1备料2锻造铸造3清砂清砂4热处理人工时效5清砂细清砂6涂漆非加工表面涂防锈漆7车夹100mm毛坯外圆，以200mm外圆毛坯找正，车右端面，照顾22.5mm，车200mm外圆至图样尺寸，钻车内孔38+0.025 0mm至图样尺寸，倒角245C6208车倒头，夹200mm外圆，车左端大端面，保证尺寸95mm，车100mm端面保证尺寸110mm，倒角245C6209划线在100mm圆的端面上划100.018mm键槽线10插以200mm外圆及右端面定位，按38+0.025 0mm内孔中心线找正，装夹工件，插100.018mm键槽B5020专用工装或组合夹具11钻以200mm外圆及一端面定位，100.018mm键槽定向钻420mm孔Z525专用钻模12钳零件静平衡检查专用工装13检验按图样要求全部检验专用检具19