飛輪的數控加工工藝及程序設計

1、畢業(yè)論文題目 飛輪的數控加工工藝及程序設計學生姓名 夏萍萍學 號 工作單位 班 級 104專 業(yè) 數控指導教師 卿嬌 時 間 2013-11-20 飛輪的數控加工工藝及程序設計摘要 數控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數字化已是現代發(fā)展的大趨勢,是提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力,是使國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。飛輪是一個慣性儲能零件,拿四沖程發(fā)動機來說,進氣

2、,壓縮,爆燃,排氣,這是個沖程之間只有爆燃沖程是對外做正功的,其他三個沖程都是為了這個爆燃沖程所做的準備工作,這三個沖程的能量就是飛輪提供的,飛輪的能量是爆燃沖程積攢下來的,當然這是少部分能量,大部分都變成動力對外輸出了。飛輪是發(fā)動機中有重要作用但結構形狀相對簡單的零件之一，本文主要介紹了某發(fā)動機飛輪的數控加工工藝，從零件圖紙的分析到工藝的制定，再到程序的編制，最終完成該零件的加工。由于本人水平有限，加之時間過急，文中有不足之處還望老師加以指點。關鍵詞：零件圖 工藝規(guī)程 數控刀具 程序設計目 錄1 飛輪的作用42 零件圖分析52.1 零件圖52.2、零件的工藝分析63、工藝規(guī)程設計63.1、毛

3、坯的制造形式63.2、基準面的選擇73.2.1、粗基準的選擇73.2.2、精基準的選擇73.3、制定工藝路線74、數控加工工藝分析84.1、數控加工內容84.2、數控機床的選擇84.2.1、數控車床參數84.2.2、數控插床參數94.2.3、數控銑床參數114.3、夾具的選擇114.3.1、數控車床夾具124.3.2、數控插床夾具124.3.3、數控銑床夾具124.4、數控刀具的選擇124.4.1、刀具的材料和性能124.4.2、刀具的選擇134.5、切削用量的選擇145、工藝卡片155.1、機械加工工藝過程卡片155.2、數控車削加工工序卡片166、數控加工程序清單176.1、數控車床程序1

4、76.2、數控銑床程序21總結22致謝23參考文獻24飛輪的數控加工工藝及程序設計前言 飛輪是一個慣性儲能零件,拿四沖程發(fā)動機來說,進氣,壓縮,爆燃,排氣,這是個沖程之間只有爆燃沖程是對外做正功的,其他三個沖程都是為了這個爆燃沖程所做的準備工作,這三個沖程的能量就是飛輪提供的,飛輪的能量是爆燃沖程積攢下來的,當然這是少部分能量,大部分都變成動力對外輸出了。至于冷卻水箱,它是作為發(fā)動機散熱的一個液體回路,吸收缸體的熱量,防止發(fā)電機過熱.由于水的比熱容是自然界中最大的,熱導率也相當高,所以發(fā)動機的熱量通過冷卻水這個液體回路,利用水作為載熱體,再通過大面積的散熱片傳遞給空氣,效率會比較高。而且冷卻效

5、果更均勻(相對直接空氣冷卻)。1 飛輪的作用柴油機上的飛輪看上去就是一塊笨重的鑄鐵圓盤，它到底有什么作用呢?（1）使機械運轉均勻  飛輪高速旋轉，由于慣性作用可貯藏能量，也可放出能量，克服運動阻力，使發(fā)動機運轉平穩(wěn)。當超速運轉時，它能把能量貯藏起來，使其緩慢提速，避免猛然高速運轉，造成來不及操縱而失去控制；當低速運轉時，它能把能量釋放出來，使其慢慢降速，避免猛然低速導致停車。因此可使機械運轉均勻，旋轉平穩(wěn)。（2）協(xié)助啟動  柴油機是壓縮點火的，啟動時，首先必須快速搖轉飛輪，使其具有啟動慣性，幫助活塞越過壓縮上止點，達到啟動目的。同時，在使用中，可使曲軸連

6、桿機構越過不作功的進氣、壓縮、排氣三個輔助行程，使曲軸能平穩(wěn)旋轉。（3）方便校正供油提前角  各種型號的柴油機，都有不同的供油提前角，如190A柴油機的供油提前角是在上止點前35度39度；S195柴油機的供油提前角是在上止點前16度20度。供油提前角過大，就會使噴入的柴油提前燃燒，工作粗暴，氣缸有敲擊聲，柴油機功率下降，啟動搖車時易發(fā)生反轉；供油提前角過小，就會啟動困難，燃燒不完全，機溫過高，油耗增大，排氣管冒黑煙和功率下降。但活塞是裝在機體內面的，怎樣才知道供油提前角是多大呢？所以，為了準確調整供油提前角，就在飛輪邊緣上刻有供油提前角的記號，校正供油提前角時，看準飛輪邊緣

7、上的刻度去校正就行了。（4）方便調整氣門間隙  氣門間隙過小，零件受熱膨脹伸長時，引起氣門關閉不嚴而漏氣，燃燒不完全，燒壞氣門與氣門座，還有可能發(fā)生活塞頂部與氣門相撞的現象;氣門間隙過大，會使氣門遲開早關，開啟延續(xù)時間縮短，氣門開度減小，引起進氣不足，廢氣排不干凈，加劇氣門與搖臂的撞擊，增加其磨損?？傊?，不管是過大還是過小，都會使柴油機功率下降，油耗上升。因此在飛輪邊緣上打有“0”號的上止點刻線，在校正氣門間隙時，把飛輪轉向壓縮行程上止點，即“0”刻線，對準機體上的標志，使氣門都處在關閉的情況下，才可進行氣門間隙的調整。（5）降低柴油機溫度  190A型

8、柴油機的飛輪前端鑄有許多葉片，成為柴油機的冷卻風扇。柴油機工作時，飛輪高速旋轉，由于離心力作用，使飛輪室中心處的空氣加速流動，降低柴油機、冷卻水的溫度。2 零件圖分析2.1 零件圖圖2.1 零件圖從零件圖2.1中可以看出該零件屬于盤形零件，該零件主要由圓柱面、孔、鍵槽等特征組成。2.2、零件的工藝分析飛輪的零件圖規(guī)定了一些技術要求，如圖2.1所示。200外圓表面粗糙度為Ra3.2um；200外圓右端面粗糙度為Ra12.5um；這些尺寸要求均不高，而圖中中間的38mm內孔的尺寸精度與表面粗糙度均有要求，在車削中，應重點保證，以及孔中的鍵槽精度要求也較高。由于200外圓表面對基準面A有同軸度要求，

9、因此該兩部位需要在一道工序內完成。該零件中的技術要求，在數控車削中能夠將其保證，適合在數控車削中加工，對于鍵槽也可在插床中得以保證，在插削時，應該設計好工裝夾具。3、工藝規(guī)程設計3.1、毛坯的制造形式零件的材料為HT200，考慮到零件材料的綜合性能及材料成本和加工成本,保證零件工作的可靠,采用鑄造。由于年產量為1000件以上，屬于中批生產的水平，而且零件輪廓尺寸不大，故可以采用鑄造成型，這從提高生產率、保證加工精度上考慮，也是應該的。確定該零件的毛坯零件圖如圖3.1所示。圖3.1 毛坯圖3.2、基準面的選擇基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質量得到保證，

10、生產率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。、粗基準的選擇對于一般軸類零件而言，以外圓作為粗基準是完全合理的。按照有關的粗基準選擇原則（保證某重要表面的加工余量均勻時，選該表面為粗基準。若工件每個表面都要求加工，為了保證各表面都有足夠的余量，應選擇加工余量最小的表面為粗基準。）；本設計選擇軸的100的外圓面作為粗基準。、精基準的選擇按照有關的精基準選擇原則（基準重合原則；基準統(tǒng)一原則；可靠方便原則），對于本零件可以采用200外圓作為精基準。3.3、制定工藝路線制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等技術要求能得

11、到合理的保證。在生產綱領已經確定為中批生產的條件下，考慮采用普通機床以及部分高效專用機床，配以專用夾具，多用通用刀具，萬能量具。部分采用專用刀具和專一量具。并盡量使工序集中來提高生產率。除此以外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。工藝路線：工序1 鑄造毛坯，如圖3.1所示。工序2 清砂。工序3 熱處理，對零件進行人工時效。工序4 細清砂。工序5 噴漆，在非加工表面上涂上一層防銹漆。工序6 裝夾100外圓表面，車削加工，內容包括：車右端面，控制右端面至孔底的深度為22.5；車外圓200至圖樣尺寸；鉆車內孔38mm至尺寸要求；倒角2×45°。工序7 掉頭裝夾200外圓

12、表面，內容包括：車左端面，保證尺寸110mm；車100外圓表面，保證尺寸95mm。工序8 劃線，在100端面上劃10±0.018mm鍵槽線。工序9 在插床上插削鍵槽。工序10 以200的外圓及其一端面定位，用鍵槽定向，鉆4-20的孔。工序11 零件靜平衡檢查。工序12 按照圖紙要求，檢查各部分尺寸要求。工序14 入庫。4、數控加工工藝分析4.1、數控加工內容 數控車削包括端面、內外輪廓面、成形表面、螺紋、切斷等工序的切削加工； 數控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉體零件； 車削中心上可以實現車削和銑削的復合加工； 數控車削工藝靈活多變，其豐富的循環(huán)功能指令、各類刀具的選擇，是學習的重

13、點內容。 在數控車床和車削中心上加工的零件，一般采用手工編程，對具有復雜外輪廓的回轉體零件可以采用自動編程。4.2、數控機床的選擇從該零件的圖紙分析可以得出，該零件精度要求一般，選用數控機床加工的目的是為了提高生產效率，降低人力勞動，從而也能更有效的保證零件的加工精度，根據現場的設備。、數控車床參數車床選擇的機床是CKA340A，其技術參數如下所示：全自動變頻調速主軸系統(tǒng) 型號 CK340A 。廣州數控系統(tǒng) 最大工件回轉直徑 340mm 。伺服電機/步進電機 刀架上最大回轉直徑 180mm 。手動脈沖&#

14、160;最大加工長度 350mm 。變頻電機 自動刀架工位數 4 。四工位電動刀架 主軸轉速范圍 50-2000r/min變頻調速 。精密滾珠絲杠付。手動卡盤 主軸通孔 42 。自動潤滑系統(tǒng) 主軸內孔錐度 MT6# 。冷卻系統(tǒng) 尾座套筒行程 110mm 。手動尾座 尾座套筒錐度 MT4# 。半封閉防護罩 導軌硬度 HRC52 。主電機功率 4KW 

15、。驅動電機 伺服 步進 。X-4N X-8N 。Z-6N Z-12N ?？焖僖苿铀俣?#160;X-8m/min X-6m/min 。Z-8m/min Z-6m/min 。刀架重復定位精度 0.005mm 。X軸重復定位精度 0.010mm 。Z軸重復定位精度 0.010mm 。自動潤沒間歇時間 12min/time 。外形尺寸 1650×950×1400 。機床重量

16、 1500KG 。、數控插床參數參數如下：型號：SKB5050A主電機功率：7500（kw）工件尺寸范圍：1000*660*1000mm技術參數滑枕最大工作行程Max. stroke of the ram500mm工作臺最大直徑Max. diameter of the worktable1000mm工作臺橫向行程Horizontal stroke of the worktable660mm工作臺縱向行程Vertical stroke of the worktable1000mm刀具支承面到床身前臂距離（喉伸）Distance from the bearing surface

17、 to front side of body1000mm滑枕往復次數Move and return times of ram9、12.5、18、25、36、50次/分(times /minute)工作臺縱橫機動進給量范圍Horizontal and vertical device feed quantity range of worktable01.2mm（無極）/滑枕往復一次      (stepless)/the ram goes and returns one time工作臺回轉最小分度單位Min. graduatio

18、n unit of the rotary of worktable0.001o最大切削力Max. cutting force16000N主電機功率Power of main motor7.5kw機床重量Net weight of the machine（約approx.）10T機床輪廓（長×寬×高）Overall dimensions(length*width*height)3480×2085×3307mm、數控銑床參數根據現場的設備，選擇XK714床身式數控銑床，具體參數如下：FANUC-Oi系統(tǒng) 型號XK714 規(guī)格 400*800技術參數：

19、0;802D802-S單位工作臺面尺寸400x800400x800mm工作臺T型槽寬x槽數18x318x3 工作臺最大承重500500kg工作臺最大縱向行程600600mm工作臺最大橫向行程400400mm垂向主軸頭上下最大行程500500mm主軸端面至工作臺面距離125-650125-650mm主軸中心至垂直導軌面距離510510mm主軸孔錐度BT40BT40 主軸轉速范圍50-800050-8000r/min主軸電機功率5.5/7.55.5/7.5kwX.Y.Z三軸進給速度20-50005-500mm/min快速進給速度75002500mm/min定位精度±0

20、.01±0.01mm重復定位精度±0.01±0.01mm氣源壓力5.5x1055.5x105Pa機床外形尺寸2000x2200x25002000x2200x2500mm機床凈重30003000kg4.3、夾具的選擇、數控車床夾具本題中的零件為回轉型零件，切同軸度要求不高?？芍苯舆x用機床的自帶的三爪自定心卡盤裝夾即可。三爪卡盤是最常用的車床也是數控車床的通用卡具。三爪卡盤最大的優(yōu)點是可以自動定心。它的夾持范圍大，但定心精度不高，不適合于零件同軸度要求高時的二次裝夾。三爪卡盤常見的有機械式和液壓式兩種。液壓卡盤裝夾迅速、方便，但夾持范圍小，尺寸變化大時需重新調整卡爪位

21、置。數控車床經常采用液壓卡盤，液壓卡盤特別適用于批量加工。、數控插床夾具由于鍵槽部位的精度要求較高，為了保證其精度要求，并提高生產效率，在插削時選用專用夾具進行裝夾，夾具名稱為B5020，此夾具為組合夾具。夾具如圖4.1所示。圖4.2 夾具三視圖、數控銑床夾具在銑床上主要是用來鉆孔，目的為了提高加工效率，夾具選用鉆床的夾具進行裝夾，即選用Z525專用鉆模進行裝夾。4.4、數控刀具的選擇、刀具的材料和性能刀具材料的發(fā)展對切削技術的進步起著決定性的作用。切削中所使用的刀具材料有金剛石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬質合金、高速鋼等。刀具損壞機理是刀具材料合理選用的理論基礎，刀具材料與工件材料的性能匹配合

22、理是切削刀具材料選擇的關鍵依據，要根據刀具材料與工件材料的力學、物理和化學性能選擇刀具材料，才能獲得良好的切削效果。（1）高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。高速鋼具有較高的強度和韌性，并且具有一定的硬度和耐磨性。適合各類刀具的要求。高速鋼刀具制造工藝簡單，容易磨成鋒利切削刃，因此盡管各種新型刀具材料不斷出現，高速鋼刀具在金屬切削中仍占較大的比例?？梢约庸び猩饘俸透邷睾辖?。由于高速鋼具有以上性能，活塞加工中的銑澆冒口、銑橫槽及銑膨脹槽用銑刀、鉆油孔用鉆頭等刀具都為高速鋼材料。（2）硬質合金是由難熔金屬碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和金屬粘結劑(如Co、

23、Ni等)粉末經粉末冶金的方法制成。由于硬質合金中都含有大量的金屬碳化物，這些碳化物都有熔點高、硬度高、化學穩(wěn)定好、熱穩(wěn)定性好等特點，因此，硬質合金材料的硬度、耐磨性、耐熱性都很高。常用硬質合金的硬度為8993HRA，比高速鋼的硬度(8386.6HRA)高，在8001000時尚能進行切削。在540時，硬質合金的硬度為8287HRA，在760時，硬度仍能保持7785HRA。因此，硬質合金的切削性能比高速鋼高得多，刀具耐用度可提高幾倍到幾十倍，在耐用度相同時，切削速度可提高410倍。 、刀具的選擇根據刀具材料的性能以及零件的材料及熱處理要求，可確定該零件的刀具材料可選擇YT15、YW1、YW2。根據

24、現場的刀具情況，決定選擇YT15進行車削。具體的刀具請參見表4.1。表4.1 數控加工刀具卡加工機床刀具號刀具名稱刀具規(guī)格刀具材料數控車床T0101端面車刀95°如圖4.3所示YT15T0202外圓車刀90°YT15T0303麻花鉆30mmYT15T0404鏜刀45°YT15數控銑床T01中心鉆5mm高速鋼T02麻花鉆20mmYT15圖4.34.5、切削用量的選擇切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度，并常被稱為切削三要素。其確定原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度；并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。

25、影響切削用量的因素很多，工件的材料和硬度、加工精度的要求、刀具的材料和耐用度，是否使用切削液等都是直接影響到切削用量的大小。在數控程序中，決定用量的參數是主軸轉速和進給速度，它們兩者的選擇與在普通機床加工時的值相似，可以通過查表和計算得到，也可以查閱金屬切削工藝手冊根據經驗數值給定。本文在這里主要講述車削用量的選擇。（1）主軸轉速主軸轉速應根據允許的切削速度和工件（或刀具）直徑來選擇。其計算公式為：n=1000v/D 式中v-切削速度，單位為m/min，由刀具的耐用度決定；n-主軸轉速，單位為 r/min；D-工件直徑或刀具直徑，單位為mm。綜合公式、機床說明書及加工經驗,加工粗車主軸轉速S=

26、600r/min，精車外表面S=1200r/min，精車內輪廓S=800r/min。（2）進給速度進給速度是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具與零件的材料性質來選取。當加工精度和表面粗糙度要求高時，進給量應選擇的小些。最大進給量受機床剛性和進給系統(tǒng)的性能影響，并與數控系統(tǒng)脈沖當量的大小有關。車削加工時，進給量F與進給速度之間關系為：f=v/n本加工中粗車F=0.20.25mm/r；精車F=0.150.2mm/r，部分圓角、倒角F=0.1mm/r。（3）背吃刀量背吃刀量根據機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應盡可能使背吃刀量等于工件的加工

27、余量，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證加工表面質量，可留少量精加工余量，一般0.20.5mm。本加工中粗車背吃刀量為1.5mm，精車被吃刀量為0.5mm。此外，車削加工中，切削三要素是相互關聯(lián)的。在粗加工中，為提高效率，一般采用較大背吃刀量，此時切削速度和進給量相對較??；而在半精加工和精加工階段，一般采用較大切削速度、較小進給量和背吃刀量，以獲得加工質量?？傊?，切削用量的具體數值應根據機床性能、相關的手冊并結合實際經驗用類比方法確定。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者能相互適應，以形成最佳切削用量。5、工藝卡片5.1、機械加工工藝過程卡片材料45#鋼毛坯種類鑄件毛坯外形尺寸2

28、10×120工序號工序名稱工序內容車間工段設備1鑄造鑄造2清砂清砂3熱處理人工時效4清砂細清砂5涂漆非加工面涂防銹漆6車夾100mm外圓，車200mm外圓及右端面，保證尺寸22.5mm,鉆車內孔38mm至圖樣尺寸要求，倒角2×45°CAK340A數控車床7車調頭，夾200mm外圓，平左端面保證尺寸110mm和95mm，倒角2×45°CAK340A數控車床8劃線在100mm端面上劃鍵槽10±0.018mm9插以200mm外圓及其右端面定位，按38內孔中心找正，插鍵槽SKB5050A數控插床10鉆以200mm外圓及其一端面定位，鉆4個20

29、的孔XK714數控銑床11鉗零件靜平衡檢查12檢驗按圖紙要求，檢查各部尺寸及精度13入庫入庫5.2、數控車削加工工序卡片班級08-26產品名稱夾具名稱使用設備姓名張翠飛輪三爪自定心卡盤數控車床工序號工步號工步內容刀具號刀具名稱刀具規(guī)格主軸轉速r/mm進給速度mm/r備注61平端面，并倒角T0101端面車刀95°6000.22粗車外圓T0202外圓車刀90°6000.23精車外圓T0202外圓車刀90°12000.154鉆孔T0303麻花鉆3000.25粗鏜孔T0404鏜刀45°6000.156精鏜孔T0404鏜刀45°8000.0571粗車端面

30、T0101端面車刀95°6000.22精車端面，并倒角T0101端面車刀95°12000.156、數控加工程序清單6.1、數控車床程序（1）第一次裝夾程序O0001T0101(端面車刀)M03 S600M08G00 X212 Z7G94 X200 Z0 F0.2X190X180X170X160X150X140X130X120X110X100X90X80X70X60X50X40X30X20X10X0G00 X212 Z0 S1200G01 X0 F0.15G00 Z2X300 Z150T0202(外圓車刀)M03 S600G00 X212 Z2G90 X208 Z-98 F0

31、.2X206X204X202X200.5X200 S1200G00 X196G01 Z0 F0.2G01 X200 Z-2 F0.15(倒角)G00 X300 Z150T0303(麻花鉆)M03 S300G00 X0 Z5G01 Z-125 F0.2Z5 F0.5G00 X300 Z150T0404(鏜刀)M03 S600G00 X28 Z2G90 X32 Z-125 F0.15X34X36X37.9X38 F0.05 S800G00 X42G01 Z0 F0.15X38 Z-2 F0.05G00 X30Z150X300M30(2)第二次裝夾程序O0002T0101M03 S600 M08G0

32、0 X102 Z7G94 X90 Z0 F0.2X80X70X60X50X40X38G00 Z0G01 X0 F0.1 S1200G00 Z2X202Z-8 S600G94 X190 Z-15 F0.2X180X170X160X150X140X130X120X110X100G00 Z-15G01 X100 F0.1 S1200Z2 F0.1G00 Z150X300T0202(外圓車刀)M03 S800G00 X202 Z-15G01 X196 F0.2X200 Z-17 F0.1 (倒角)G00 X300Z150T0404(鏜刀)M03 S800G00 X42 Z2G01 Z0 F0.2X38

33、 Z-2 F0.1（倒角）G00 X36Z150X300M306.2、數控銑床程序O0003T01 M06(中心鉆)M01G00 G90 G54 X65 Y0 M03 S1200G43 H1 Z50 M08G98 G81 Z-39.5 R-37.5 F120X0 Y65X-65 Y0X0 Y-65G80 G00 Z150T02 M06（麻花鉆）M01G00 G90 G54 X0 Y-65 M03 S650G43 H2 Z50G98 G83 Z-115 R-37.5 F100X65 Y0X0 Y65X-65 Y0G80 G00 Z150M30總結此次畢業(yè)設計是我們從大學畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。從最初的選題，開題到計算、繪圖直到完成設計。其間，查找資料，老師指導，與同學交流，反復修改圖紙，每一個過程都是對自