飞轮的数控加工工艺及程序设计.doc

毕业论文题目 飞轮的数控加工工艺及程序设计学生姓名 夏萍萍学 号 工作单位 班 级 104专 业 数控指导教师 卿娇 时 间 2013-11-20 飞轮的数控加工工艺及程序设计摘要 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势,是提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力,是使国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。飞轮是一个惯性储能零件,拿四冲程发动机来说,进气,压缩,爆燃,排气,这是个冲程之间只有爆燃冲程是对外做正功的,其他三个冲程都是为了这个爆燃冲程所做的准备工作,这三个冲程的能量就是飞轮提供的,飞轮的能量是爆燃冲程积攒下来的,当然这是少部分能量,大部分都变成动力对外输出了。飞轮是发动机中有重要作用但结构形状相对简单的零件之一，本文主要介绍了某发动机飞轮的数控加工工艺，从零件图纸的分析到工艺的制定，再到程序的编制，最终完成该零件的加工。由于本人水平有限，加之时间过急，文中有不足之处还望老师加以指点。关键词：零件图 工艺规程 数控刀具 程序设计第 24 页 共 24 页目 录1 飞轮的作用42 零件图分析52.1 零件图52.2、零件的工艺分析63、工艺规程设计63.1、毛坯的制造形式63.2、基准面的选择73.2.1、粗基准的选择73.2.2、精基准的选择73.3、制定工艺路线74、数控加工工艺分析84.1、数控加工内容84.2、数控机床的选择84.2.1、数控车床参数84.2.2、数控插床参数94.2.3、数控铣床参数114.3、夹具的选择114.3.1、数控车床夹具124.3.2、数控插床夹具124.3.3、数控铣床夹具124.4、数控刀具的选择124.4.1、刀具的材料和性能124.4.2、刀具的选择134.5、切削用量的选择145、工艺卡片155.1、机械加工工艺过程卡片155.2、数控车削加工工序卡片166、数控加工程序清单176.1、数控车床程序176.2、数控铣床程序21总结22致谢23参考文献24飞轮的数控加工工艺及程序设计前言 飞轮是一个惯性储能零件,拿四冲程发动机来说,进气,压缩,爆燃,排气,这是个冲程之间只有爆燃冲程是对外做正功的,其他三个冲程都是为了这个爆燃冲程所做的准备工作,这三个冲程的能量就是飞轮提供的,飞轮的能量是爆燃冲程积攒下来的,当然这是少部分能量,大部分都变成动力对外输出了。至于冷却水箱,它是作为发动机散热的一个液体回路,吸收缸体的热量,防止发电机过热.由于水的比热容是自然界中最大的,热导率也相当高,所以发动机的热量通过冷却水这个液体回路,利用水作为载热体,再通过大面积的散热片传递给空气,效率会比较高。而且冷却效果更均匀(相对直接空气冷却)。1 飞轮的作用柴油机上的飞轮看上去就是一块笨重的铸铁圆盘，它到底有什么作用呢?（1）使机械运转均匀飞轮高速旋转，由于惯性作用可贮藏能量，也可放出能量，克服运动阻力，使发动机运转平稳。当超速运转时，它能把能量贮藏起来，使其缓慢提速，避免猛然高速运转，造成来不及操纵而失去控制；当低速运转时，它能把能量释放出来，使其慢慢降速，避免猛然低速导致停车。因此可使机械运转均匀，旋转平稳。（2）协助启动柴油机是压缩点火的，启动时，首先必须快速摇转飞轮，使其具有启动惯性，帮助活塞越过压缩上止点，达到启动目的。同时，在使用中，可使曲轴连杆机构越过不作功的进气、压缩、排气三个辅助行程，使曲轴能平稳旋转。（3）方便校正供油提前角各种型号的柴油机，都有不同的供油提前角，如190A柴油机的供油提前角是在上止点前35度39度；S195柴油机的供油提前角是在上止点前16度20度。供油提前角过大，就会使喷入的柴油提前燃烧，工作粗暴，气缸有敲击声，柴油机功率下降，启动摇车时易发生反转；供油提前角过小，就会启动困难，燃烧不完全，机温过高，油耗增大，排气管冒黑烟和功率下降。但活塞是装在机体内面的，怎样才知道供油提前角是多大呢？所以，为了准确调整供油提前角，就在飞轮边缘上刻有供油提前角的记号，校正供油提前角时，看准飞轮边缘上的刻度去校正就行了。（4）方便调整气门间隙气门间隙过小，零件受热膨胀伸长时，引起气门关闭不严而漏气，燃烧不完全，烧坏气门与气门座，还有可能发生活塞顶部与气门相撞的现象;气门间隙过大，会使气门迟开早关，开启延续时间缩短，气门开度减小，引起进气不足，废气排不干净，加剧气门与摇臂的撞击，增加其磨损。总之，不管是过大还是过小，都会使柴油机功率下降，油耗上升。因此在飞轮边缘上打有“0”号的上止点刻线，在校正气门间隙时，把飞轮转向压缩行程上止点，即“0”刻线，对准机体上的标志，使气门都处在关闭的情况下，才可进行气门间隙的调整。（5）降低柴油机温度190A型柴油机的飞轮前端铸有许多叶片，成为柴油机的冷却风扇。柴油机工作时，飞轮高速旋转，由于离心力作用，使飞轮室中心处的空气加速流动，降低柴油机、冷却水的温度。2 零件图分析2.1 零件图图2.1 零件图从零件图2.1中可以看出该零件属于盘形零件，该零件主要由圆柱面、孔、键槽等特征组成。2.2、零件的工艺分析飞轮的零件图规定了一些技术要求，如图2.1所示。200外圆表面粗糙度为Ra3.2um；200外圆右端面粗糙度为Ra12.5um；这些尺寸要求均不高，而图中中间的38mm内孔的尺寸精度与表面粗糙度均有要求，在车削中，应重点保证，以及孔中的键槽精度要求也较高。由于200外圆表面对基准面A有同轴度要求，因此该两部位需要在一道工序内完成。该零件中的技术要求，在数控车削中能够将其保证，适合在数控车削中加工，对于键槽也可在插床中得以保证，在插削时，应该设计好工装夹具。3、工艺规程设计3.1、毛坯的制造形式零件的材料为HT200，考虑到零件材料的综合性能及材料成本和加工成本,保证零件工作的可靠,采用铸造。由于年产量为1000件以上，属于中批生产的水平，而且零件轮廓尺寸不大，故可以采用铸造成型，这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。确定该零件的毛坯零件图如图3.1所示。图3.1 毛坯图3.2、基准面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。3.2.1、粗基准的选择对于一般轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。按照有关的粗基准选择原则（保证某重要表面的加工余量均匀时，选该表面为粗基准。若工件每个表面都要求加工，为了保证各表面都有足够的余量，应选择加工余量最小的表面为粗基准。）；本设计选择轴的100的外圆面作为粗基准。3.2.2、精基准的选择按照有关的精基准选择原则（基准重合原则；基准统一原则；可靠方便原则），对于本零件可以采用200外圆作为精基准。3.3、制定工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，考虑采用普通机床以及部分高效专用机床，配以专用夹具，多用通用刀具，万能量具。部分采用专用刀具和专一量具。并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线：工序1 铸造毛坯，如图3.1所示。工序2 清砂。工序3 热处理，对零件进行人工时效。工序4 细清砂。工序5 喷漆，在非加工表面上涂上一层防锈漆。工序6 装夹100外圆表面，车削加工，内容包括：车右端面，控制右端面至孔底的深度为22.5；车外圆200至图样尺寸；钻车内孔38mm至尺寸要求；倒角245。工序7 掉头装夹200外圆表面，内容包括：车左端面，保证尺寸110mm；车100外圆表面，保证尺寸95mm。工序8 划线，在100端面上划100.018mm键槽线。工序9 在插床上插削键槽。工序10 以200的外圆及其一端面定位，用键槽定向，钻4-20的孔。工序11 零件静平衡检查。工序12 按照图纸要求，检查各部分尺寸要求。工序14 入库。4、数控加工工艺分析4.1、数控加工内容 数控车削包括端面、内外轮廓面、成形表面、螺纹、切断等工序的切削加工； 数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件； 车削中心上可以实现车削和铣削的复合加工； 数控车削工艺灵活多变，其丰富的循环功能指令、各类刀具的选择，是学习的重点内容。 在数控车床和车削中心上加工的零件，一般采用手工编程，对具有复杂外轮廓的回转体零件可以采用自动编程。4.2、数控机床的选择从该零件的图纸分析可以得出，该零件精度要求一般，选用数控机床加工的目的是为了提高生产效率，降低人力劳动，从而也能更有效的保证零件的加工精度，根据现场的设备。4.2.1、数控车床参数车床选择的机床是CKA340A，其技术参数如下所示：全自动变频调速主轴系统型号CK340A。广州数控系统最大工件回转直径340mm。伺服电机/步进电机刀架上最大回转直径180mm。手动脉冲最大加工长度350mm。变频电机自动刀架工位数4。四工位电动刀架主轴转速范围50-2000r/min变频调速。精密滚珠丝杠付。手动卡盘主轴通孔42。自动润滑系统主轴内孔锥度MT6#。冷却系统尾座套筒行程110mm。手动尾座尾座套筒锥度MT4#。半封闭防护罩导轨硬度HRC52。主电机功率4KW。驱动电机伺服步进。X-4NX-8N。Z-6NZ-12N。快速移动速度X-8m/minX-6m/min。Z-8m/minZ-6m/min。刀架重复定位精度0.005mm。X轴重复定位精度0.010mm。Z轴重复定位精度0.010mm。自动润没间歇时间12min/time。外形尺寸16509501400。机床重量1500KG。4.2.2、数控插床参数参数如下：型号：SKB5050A主电机功率：7500（kw）工件尺寸范围：1000*660*1000mm技术参数滑枕最大工作行程Max. stroke of the ram500mm工作台最大直径Max. diameter of the worktable1000mm工作台横向行程Horizontal stroke of the worktable660mm工作台纵向行程Vertical stroke of the worktable1000mm刀具支承面到床身前臂距离（喉伸）Distance from the bearing surface to front side of body1000mm滑枕往复次数Move and return times of ram9、12.5、18、25、36、50次/分(times /minute)工作台纵横机动进给量范围Horizontal and vertical device feed quantityrange of worktable01.2mm（无极）/滑枕往复一次(stepless)/the ram goes and returns one time工作台回转最小分度单位Min. graduation unit of the rotary of worktable0.001o最大切削力Max. cutting force16000N主电机功率Power of main motor7.5kw机床重量Net weight of the machine（约approx.）10T机床轮廓（长宽高）Overall dimensions(length*width*height)348020853307mm4.2.3、数控铣床参数根据现场的设备，选择XK714床身式数控铣床，具体参数如下：FANUC-Oi系统 型号XK714 规格 400*800技术参数：802D802-S单位工作台面尺寸400x800400x800mm工作台T型槽宽x槽数18x318x3工作台最大承重500500kg工作台最大纵向行程600600mm工作台最大横向行程400400mm垂向主轴头上下最大行程500500mm主轴端面至工作台面距离125-650125-650mm主轴中心至垂直导轨面距离510510mm主轴孔锥度BT40BT40主轴转速范围50-800050-8000r/min主轴电机功率5.5/7.55.5/7.5kwX.Y.Z三轴进给速度20-50005-500mm/min快速进给速度75002500mm/min定位精度0.010.01mm重复定位精度0.010.01mm气源压力5.5x1055.5x105Pa机床外形尺寸2000x2200x25002000x2200x2500mm机床净重30003000kg4.3、夹具的选择4.3.1、数控车床夹具本题中的零件为回转型零件，切同轴度要求不高。可直接选用机床的自带的三爪自定心卡盘装夹即可。三爪卡盘是最常用的车床也是数控车床的通用卡具。三爪卡盘最大的优点是可以自动定心。它的夹持范围大，但定心精度不高，不适合于零件同轴度要求高时的二次装夹。三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种。液压卡盘装夹迅速、方便，但夹持范围小，尺寸变化大时需重新调整卡爪位置。数控车床经常采用液压卡盘，液压卡盘特别适用于批量加工。4.3.2、数控插床夹具由于键槽部位的精度要求较高，为了保证其精度要求，并提高生产效率，在插削时选用专用夹具进行装夹，夹具名称为B5020，此夹具为组合夹具。夹具如图4.1所示。图4.2 夹具三视图4.3.3、数控铣床夹具在铣床上主要是用来钻孔，目的为了提高加工效率，夹具选用钻床的夹具进行装夹，即选用Z525专用钻模进行装夹。4.4、数控刀具的选择4.4.1、刀具的材料和性能刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。切削中所使用的刀具材料有金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等。刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础，刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据，要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料，才能获得良好的切削效果。（1）高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的强度和韧性，并且具有一定的硬度和耐磨性。适合各类刀具的要求。高速钢刀具制造工艺简单，容易磨成锋利切削刃，因此尽管各种新型刀具材料不断出现，高速钢刀具在金属切削中仍占较大的比例。可以加工有色金属和高温合金。由于高速钢具有以上性能，活塞加工中的铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀、钻油孔用钻头等刀具都为高速钢材料。（2）硬质合金是由难熔金属碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和金属粘结剂(如Co、Ni等)粉末经粉末冶金的方法制成。由于硬质合金中都含有大量的金属碳化物，这些碳化物都有熔点高、硬度高、化学稳定好、热稳定性好等特点，因此，硬质合金材料的硬度、耐磨性、耐热性都很高。常用硬质合金的硬度为8993HRA，比高速钢的硬度(8386.6HRA)高，在8001000时尚能进行切削。在540时，硬质合金的硬度为8287HRA，在760时，硬度仍能保持7785HRA。因此，硬质合金的切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍，在耐用度相同时，切削速度可提高410倍。 4.4.2、刀具的选择根据刀具材料的性能以及零件的材料及热处理要求，可确定该零件的刀具材料可选择YT15、YW1、YW2。根据现场的刀具情况，决定选择YT15进行车削。具体的刀具请参见表4.1。表4.1 数控加工刀具卡加工机床刀具号刀具名称刀具规格刀具材料数控车床T0101端面车刀95如图4.3所示YT15T0202外圆车刀90YT15T0303麻花钻30mmYT15T0404镗刀45YT15数控铣床T01中心钻5mm高速钢T02麻花钻20mmYT15图4.34.5、切削用量的选择切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度，并常被称为切削三要素。其确定原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。影响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响到切削用量的大小。在数控程序中，决定用量的参数是主轴转速和进给速度，它们两者的选择与在普通机床加工时的值相似，可以通过查表和计算得到，也可以查阅金属切削工艺手册根据经验数值给定。本文在这里主要讲述车削用量的选择。（1）主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为：n=1000v/D 式中v-切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；n-主轴转速，单位为 r/min；D-工件直径或刀具直径，单位为mm。综合公式、机床说明书及加工经验,加工粗车主轴转速S=600r/min，精车外表面S=1200r/min，精车内轮廓S=800r/min。（2）进给速度进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具与零件的材料性质来选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时，进给量应选择的小些。最大进给量受机床刚性和进给系统的性能影响，并与数控系统脉冲当量的大小有关。车削加工时，进给量F与进给速度之间关系为：f=v/n本加工中粗车F=0.20.25mm/r；精车F=0.150.2mm/r，部分圆角、倒角F=0.1mm/r。（3）背吃刀量背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.20.5mm。本加工中粗车背吃刀量为1.5mm，精车被吃刀量为0.5mm。此外，车削加工中，切削三要素是相互关联的。在粗加工中，为提高效率，一般采用较大背吃刀量，此时切削速度和进给量相对较小；而在半精加工和精加工阶段，一般采用较大切削速度、较小进给量和背吃刀量，以获得加工质量。总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。5、工艺卡片5.1、机械加工工艺过程卡片材料45#钢毛坯种类铸件毛坯外形尺寸210120工序号工序名称工序内容车间工段设备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涂漆非加工面涂防锈漆6车夹100mm外圆，车200mm外圆及右端面，保证尺寸22.5mm,钻车内孔38mm至图样尺寸要求，倒角245CAK340A数控车床7车调头，夹200mm外圆，平左端面保证尺寸110mm和95mm，倒角245CAK340A数控车床8划线在100mm端面上划键槽100.018mm9插以200mm外圆及其右端面定位，按38内孔中心找正，插键槽SKB5050A数控插床10钻以200mm外圆及其一端面定位，钻4个20的孔XK714数控铣床11钳零件静平衡检查12检验按图纸要求，检查各部尺寸及精度13入库入库5.2、数控车削加工工序卡片班级08-26产品名称夹具名称使用设备姓名张翠飞轮三爪自定心卡盘数控车床工序号工步号工步内容刀具号刀具名称刀具规格主轴转速r/mm进给速度mm/r备注61平端面，并倒角T0101端面车刀956000.22粗车外圆T0202外圆车刀906000.23精车外圆T0202外圆车刀9012000.154钻孔T0303麻花钻3000.25粗镗孔T0404镗刀456000.156精镗孔T0404镗刀458000.0571粗车端面T0101端面车刀956000.22精车端面，并倒角T0101端面车刀9512000.156、数控加工程序清单6.1、数控车床程序（1）第一次装夹程序O0001T0101(端面车刀)M03 S600M08G00 X212 Z7G94 X200 Z0 F0.2X190X180X170X160X150X140X130X120X110X100X90X80X70X60X50X40X30X20X10X0G00 X212 Z0 S1200G01 X0 F0.15G00 Z2X300 Z150T0202(外圆车刀)M03 S600G00 X212 Z2G90 X208 Z-98 F0.2X206X204X202X200.5X200 S1200G00 X196G01 Z0 F0.2G01 X200 Z-2 F0.15(倒角)G00 X300 Z150T0303(麻花钻)M03 S300G00 X0 Z5G01 Z-125 F0.2Z5 F0.5G00 X300 Z150T0404(镗刀)M03 S600G00 X28 Z2G90 X32 Z-125 F0.15X34X36X37.9X38 F0.05 S800G00 X42G01 Z0 F0.15X38 Z-2 F0.05G00 X30Z150X300M30(2)第二次装夹程序O0002T0101M03 S600 M08G00 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(外圆车刀)M03 S800G00 X202 Z-15G01 X196 F0.2X200 Z-17 F0.1 (倒角)G00 X300Z150T0404(镗刀)M03 S800G00 X42 Z2G01 Z0 F0.2X38 Z-2 F0.1（倒角）G00 X36Z150X300M306.2、数控铣床程序O0003T01 M06(中心钻)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（麻花钻）M01G00 G90 G54 X0 Y-65 M03 S650G43 H2 Z50G98 G83 Z-115 R-37.5 F100X65 Y0X0 Y65X-65 Y0G80 G00 Z150M30总结此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。经过这几周的设计,成功地完成了飞轮零件的工艺设计和编程。通过本次设计，我对数控加工地整个过程