飞轮的加工工艺设计毕业设计.doc
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三江学院
本科生毕业设计(论文)
题目飞轮的加工工艺设计
机械学院(系)机械设计制造及其自动化专业
学生姓名王荣荣学号B085152043
指导教师何红媛职称
起讫日期11/12/5~12/3/23
设计地点三江学院
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,在学校指导老师和企业工程师共同辅导下,在零件实体设计、机械加工工艺编制、数控加工程序编制、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,从生产第一线获得生产实际知识和技能,获得工程技术应用性岗位工作的基本训练,培养利用所学专业知识与技能解决生产实际问题的能力。
同时课题具有一定的综合性,有利于树立正确的生产观念、经济观念和全局观念,实现由学生向工程技术人员的过渡。
关键词:
飞轮;实体造型;工艺编制;数控编程;过渡。
ABSTRACT
thisdesignissueismainlythroughtheflywheeltostructuralanalysis,completesolidmodel,andaccordingtotheactualsituation,focusedonmachiningprocessofpreparation,thelastNCprocessingprogramming.Thistopicsofsignificanceis:
workerslearncombination,inschoolguideteacherandEnterpriseEngineercommoncounsellingXia,inpartsentitydesign,andmachineryprocessingtechnologyprepared,andNCprocessingprogramprepared,andcollectioninformation,andinspectionmanual,expertiseandskillsareaaremorefulloftrainingandimprove,fromproductionfrontlinegetproductionactualknowledgeandskills,getengineeringtechnologyappliedpostsworkofbasictraining,trainingusingbylearnprofessionalknowledgeandskillssolutionproductionactualproblemofability.Hassomegeneralwhilesubject,helpsestablishacorrectconcept,andglobalconceptofeconomicideas,thetransitionfromstudenttothetechnicians.
Keywords:
flywheel;solidmodeling;processdevelopment;CNCprogramming;transition.
序言
学完了大学四年的所有课程,就要开始做毕业设计了,毕业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、操作指导老师沟通,在各位老师的全力帮助、指导下问题得到了全面解决,同时受到各位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。
通过毕业设计,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、编写技术文件、编写数控程序、数控机床操作、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,敬请各位老师指正批评,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,向在这次毕业设计中给予过我鼓励、指导及帮助的每位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…………………………………………………1
1.1飞轮在产品中的作用、结构特点………………………………………1
1.2飞轮的实体造型…………………………………………………………1
第二章零件的机械加工工艺编制……………………………………5
2.1分析飞轮的技术资料……………………………………………………5
2.2确定飞轮的毛坯类型及其制造方法……………………………………7
2.3选择飞轮的加工设备……………………………………………………11
2.4拟定飞轮的工艺路线及定位基准………………………………………12
2.5设计飞轮的加工工序……………………………………………………15
2.6填写飞轮的机械加工工艺文件…………………………………………17
第三章数控编程与加工…………………………………………………17
3.1数控加工概述……………………………………………………………17
3.2选择加工刀具及切削用量………………………………………………19
3.3生成数控加工轨迹………………………………………………………21
3.4生成G代码……………………………………………………………22
结束语…………………………………………………………………………25
致谢……………………………………………………………………………26
参考文献……………………………………………………………………27
附录毛坯图、工艺卡和工序卡………………………………………………
三江学院08届本科生毕业设计(论文)
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Φ38+0.0250mm内孔及10±0.018mm键槽,周围有4×Φ20mm孔见图1-1所示。
图1-1飞轮的结构
1.2零件的实体设计
零件实体的绘制可选的软件有:
Pro/E、UG、AutoCAD、CAXA实体造型以及CAXA制造工程师等,由于CAXA制造工程师价格便宜,使用方便,并且实习单位技术人员的实体设计和数控编程都习惯使用这一国产软件,所以这次零件的实体造型过程中我选用了CAXA制造工程师2006,也巩固了之前CAM课程学习的知识和技能。
前面已经分析了零件的基本结构,实体设计操作步骤如下表。
表1-1飞轮实体设计操作步骤
序号
操作内容
实体图
1
在xoy面绘制草图,然后使用拉伸增料生成
2
在顶面创建草图,绘制出要生成的凸形状台的形状,然后使用拉伸增料生成。
3
在凸台顶面再创建一幅草图,画出要生成的孔以及槽的截面,使用拉伸除料,选择贯穿生成孔
4
在xoy平面创建草图,找出四个圆的位置,并绘制出四个圆的形状,使用拉伸除料,选择贯穿生成孔。
5
在大圆柱上表面创建草图,绘制出四个沉孔,然后使用拉伸除料除掉要求的尺寸。
6
在大圆台下表面创建草图,绘制出四个沉孔,然后使用拉伸除料除掉要求的尺寸。
7
最后,在要求的地方倒角完成整个绘制飞轮的实体的过程。
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
2.1.1飞轮的功用
第一个功用,启动发动机。
飞轮在发动机上的结构是:
在飞轮的同心轴上有个大齿轮,外面还会有一个小齿轮连接电动机,当我们拧动钥匙接通电源以后,启动电机将通过齿轮带动飞轮,进而再带动曲轴、活塞等机件运转,从而启动发动机。
我们知道飞轮转动时会产生惯性,这个力的大小取决于飞轮的质量——当飞轮有足够大的运动惯性足以带动发动机运转时,发动机就被启动了。
那么,对于启动发动机而言,飞轮是越轻越好还是重一点更好呢?
其实这就如同发动机的最大扭矩同功率的关系是一样。
这里有一个公式:
飞轮储存的能量=飞轮重量*飞轮转速。
飞轮质量越轻,它的运动惯性就越小,启动发动机所需的转速就越高,因为过低的转速不足以让发动机正常工作,这就是为什么赛车的怠速都会比民用车高很多了。
比如最极端的一级方程式赛车,怠速为5000转每分钟,令人咋舌吧!
相反,如果飞轮质量惯性大,像一些大排量多气缸V型发动机,因为排量大、扭矩大、飞轮的质量也大,所以只需要较低的转速就能保证发动机的正常怠速了,一般可能为每分钟5到6百转。
第二个功用,储存能量。
我们知道四冲程发动机每次做功后还要完成排气、进气、压缩这几个工序,很显然,这四个冲程中,只有做功冲程才是发动机真正发力的冲程,而其它几个冲程中该气缸不仅没有输出能量,反而需要耗费不少能量。
我们试想一下,如果没有一个可以存储能量的机件,那么动力输出将是非常不平顺的——在某个缸做功的时候,动力会以爆发的形式输出;而当没有气缸做功的时候,动力又会迅速降低,甚至是负值,那么这样工作状态的发动机显然是无法让人接受的。
飞轮的意义就在于此。
做功后热能转化为动能驱动活塞,通过曲轴带动飞轮旋转,利用飞轮所具有的较大惯性将能量存储起来。
当某缸做功时吸收部分能量,而当没有气缸做功时则释放部分能量,这样一增一降,才能保证曲轴旋转的均匀性。
这时有人会说:
要是一台V12发动机不就没事了。
不对!
V12发动机的这种冲击间隔肯定会比直4发动机要小得多,但是这不代表就会没有,而且出于成本和曲轴旋转平顺性的考虑,飞轮的作用是不可替代的。
从上面的原理我们可以看出,如果飞轮的质量大,那么这种曲轴转速的均匀性就会更好,表现出来就是发动机的平顺性更好,但如果想要实现发动机转速的快速提升,可就很费力了。
也就是说,如果飞轮的质量过大,发动机会运转的更平稳,不会有突然的急加速和急减速,但是发动机的响应性会变差,让人感觉迟钝。
这也就是我们常说的舒适性很好,但运动性不强
2.1.2零件的结构及加工精度分析
(1)主要加工精度要求
1)Φ200mm外圆与Φ38+0.0250mm内孔同轴度公差为Φ0.05mm。
2)键槽10±0.018mm对Φ38+0.0250mm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2×45°。
(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2×45°。
4)零件加工后进行静平衡检查。
图2-1飞轮零件简图
2.1.3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=1.6μm,其轴线是Φ200mm外圆的同轴度基准,而且是键槽10±0.018mm的对称度基准,所以是关键加工表面。
(2)飞轮键槽10±0.018mm尺寸精度为IT9,粗糙度Ra=3.2μm,有对称度要求,所以是关键加工表面。
(3)Φ38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。
2.2.1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。
2.2.2确定零件毛坯的机械加工余量
查机械工艺师手册,结合公司实际情况,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
B1
Φ200
Φ3
±1
B2
Φ100
Φ3
±1
B3
95
2
±1
B4
110
2
±1
B5
110
2
±1
表2-1
2.2.3绘制轴的毛坯简图
轴的毛坯简图的绘制方法和步骤如下:
(1)用双点画线画出飞轮的主视图。
只画主要结构,次要细节简化不画,非毛坯制造的孔不画。
如图2-2
图2-2
(2)将加工总余量按尺寸用粗实线画在加工表面上。
如图2-3
图2-3
(3)标注毛坯的主要尺寸。
如图2-4
图2-4
2.3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Φ100mm毛坯外圆,以Φ200mm外圆毛坯找正,车右端面,照顾22.5mm,车Φ200mm外圆至图样尺寸,钻车内孔Φ38+0.0250mm至图样尺寸,倒角2×45
C620
7
车
倒头,夹Φ200mm外圆,车左端大端面,保证尺寸95mm,车Φ100mm端面保证尺寸110mm,倒角2×45
C620
8
划线
在Φ100mm圆的端面上划10±0.018mm键槽线
9
插
以Φ200mm外圆及右端面定位,按Φ38+0.0250mm内孔中心线找正,装夹工件,插10±0.018mm键槽
B5020专用工装或组合夹具
10
钻
以Φ200mm外圆及一端面定位,10±0.018mm键槽定向钻4×Φ20mm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Φ38+0.0250mm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(Φ200mm与Φ160mm之间)上钻孔减轻重量,以最后调到平衡。
3)Φ200外圆与Φ38+0.0250mm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10±0.018mm对Φ38+0.0250mm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
①选用的粗基准必须便于加工精基准,以尽快获得精基准。
②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。
③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。
④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。
⑤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。
⑥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:
①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。
②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。
③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。
④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。
(4)在选择基准时不能同时遵循各选择原则(甚至相互矛盾)时,应根据具体情况具体分析,以保证关键表面为主,兼顾次要表面的加工精度。
任务实施
一、选择飞轮的粗基准和夹紧方案
选择毛坯Φ100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
选择Φ200外圆及一端面为精基准是最理想的。
如图2-6所示
图2-6
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4-1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
μm
6
车右端面
110+2
2
110
12.5
钻孔
Φ37
18.5×2
IT11
Φ37
12.5
扩孔
Φ37.8
0.4×2
IT10
Φ37.8
6.3
铰孔
Φ38
0.1×2
IT7
Φ38+0.0250
1.6
7
车左大端面
95+2
2
95
12.5
车Φ100端面
110+2
2
110
12.5
9
插槽
10
10
IT9
10±0.018mm
3.2
2.5.2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/r
6
右端面,Φ38+0.0250内孔
车右端面
硬质合金
1
2
600
0.2
钻孔
高速钢
1
18.5×2
400
0.2
扩孔
高速钢
1
0.4×2
600
0.3
铰孔
高速钢
1
0.1×2
150
0.2
7
左大端面,Φ100mm端面
车左大端面,
硬质合金
1
2
600
0.2
车Φ100mm端面
硬质合金
1
2
600
0.2
9
10±0.018mm键槽
插10±0.018mm键槽
硬质合金
10
1
10
4×Φ20mm孔
钻4×Φ20mm孔
高速钢
1
20
400
0.2
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Φ38内孔
15
7
车
车左端大端面
车Φ100mm端
5
8
划线
在Φ100mm圆的端面上划10±0.018mm键槽线
5
9
插
插10±0.018mm键槽
7
10
钻
钻4×Φ20mm孔
16
11
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。
第三章数控编程与加工
3.1数控加工概述
飞轮工序的数控加工流程见图3-1所示
图3-1
数控车床相较于普通车床有如下特点:
①数控加工的工序内容比普通机床的加工内容复杂,加工的精度高,
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