轮毂的设计与加工——毕业论文

顺德职业技术学院 毕业设计 题目： 轮毂的设计与加工 系 别 机电工程学院年级专业 数控 学生姓名 指导教师 专业负责人 答辩日期 目录摘要3一、概述41. 数控加工技术的特点及应用4数控加工技术的现状及其在职业院校中的普及5二、轮胎的设计与数控编程62.轮毂的百科10轮毂的分类：12轮毂构架：15绘图所应用到的软件介绍：NX8.517轮毂模型的绘制过程18三轮毂的加工261.首先确定加工坐标262. 轮廓的粗加工：261）工序1分析：26一次开粗262）加工参数：271）工序2分析：28二次开粗282）加工参数：281）工艺3分析：30三次开粗302）加工参数：301）工艺4分析：31R3球刀头精加工（内和外）312）加工参数：31四总结34摘要WCUT（WATER LINE CUT）等高线加工是Cimationit中应用最为广泛的一种加工形式。其加工刀路主要特点是：以恒定的切削速度和宽度，按等高线方式由高到低逐层切除加工区域内的材料，切削过程平稳、安全、加工效率高。通过对工序定义参数的不同设置，能同时支持零件的粗加工、半精加工和精加工。它不仅可以支持基于毛坯残留余量进行半精加工，而且在精加工中支持曲面斜率分析，自动针对不同的曲面区域采取不同的加工策略。 导向线曲面铣削方式SURCLR其特点是以选取的两轮廓或者是规则曲面或轮廓及对应点投影到曲面上成为加工区域。其定义方式由加工曲面、干涉曲面和两条对应轮廓线所组成。常用于曲面环状区域的加工。 沿线投影SRFPRF沿线投影是将轮廓线投影到曲面生成刀具路径的加工方法，它由加工曲面和轮廓线来限制。由于它直接沿曲线进行插补，所以路径长度最短。使用沿线投影加工方式，无需作完整的造型，只需要指定其轮廓线，并可以通过 Z 的高度来进行多层次的加工设定。 关键词：工序 参数表 机械参数表 粗加工 精加工 WUCT：等高环绕加工 SURCLR：导向线曲面铣削方式 SRFPKT：环绕投影 SRFPRF：沿线投影一、概述1. 数控加工技术的特点及应用数控加工是现代制造技术的典型代表，它的出现及所带来的巨大效益已经引起世界各国科技与工业界的普遍重视。在制造业的各个领域，如：航天航空、汽车、模具、机密机械、家用电器等等有着日益广泛的应用，已经成为这个行业中不可缺少的加工手段。伴随着全球制造业向我国逐步转移的发展趋势，对数控加工的需求必将呈现出高速、持续的增长，再加上目前国内数控机床用量的急剧增加，急需一大批能够熟练掌握现代数控机床编程、操作和维护的应用型高等技术人才。基于以上的状况，作为数控专业的学生，毕业设计作品要有针对性及实用性，并借此来检查所学的知识。数字控制加工技术与电子计算技术相似,也包括设备和程序两方面,其中作为自动加工手段的数字加工控制装置被称为硬设备,它相当于电子计算技术中的通用电子计算机,可以进行数字控制加工。而结合数控装置应用需要利用计算机进行的数控编程,得到的程序被称为软设备,其可以结合数控数据自动的进行绘图、切割、冷弯等相关方面的加工。以“软设备”和“硬设备”构成的数字控制加工技术具有加强的实用性和实践性,笔者在下文中就数字控制加工技术的实践运用进行分析,希望对于提高数控教学起到一定的促进作用。2数控加工技术的特点2.1数控技术产生的背景随着科学技术的不断发展与进步,机械产品的复杂程度与日俱增,对机械产品的质量和生产率的要求也越来越高。在航空、航天、微电子、信息技术、汽车、军工和计算机技术等行业中,零件形状复杂各异、结构改型频繁,零件精度高、加工难、生产效率低等问题日益突出。为解决上述问题,以机械加工工艺过程的自动化和智能化为重要手段的技术。数控加工技术的现状及其在职业院校中的普及数控加工技术先后经历了电子管（1952年）晶体管（1959年）、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型计算机（1974年）等五代数控系统。 前三代属于采用专用控制计算机的硬接线（硬件）数控装置，一般称为NC数控装置。，第四代数控系统出现了采用小型计算机代替专用硬件控制计算机，这种数控系统称为计算机数控系统（omputerizednumricalcontrol，即CNC）。自1974年开始，以微处理机为核心的数控装置（microcomcuperizednumericalcontrol即MNC）得到迅速发展。 我国的机械制造工业已具有一定的实力。机床工业高速发展，机床产品除满足国内建设需要外，还有部分产品远销国外。 （1）现已能生产小型仪表机床、重型机床，各种精密的、高度自动化的、高效率的机床。机床性能正在逐渐提高，有些机床性能已接近世界先进水平。 （2）目前生产的数控系统（以数控机床为主）大部分以PC机作为控制核心，使得我国生产的数控系统在硬件系统方面、软件系统方面都有不同程度的提升，增强了市场竞争力。 （3）目前已能生产100 多种数控机床，并研制出六轴五联动的数控系统，可应用于更加复杂型面的加工。国产数控机床的分辨率已经提高到0.001mm。系统的可靠性也大大提升，这是由于我国生产数控系统均采用模块化设计，且电路板中广泛采用超大规模集成电路，保证了系统的整体可靠性。二、轮胎的设计与数控编程 轮胎的规格有很多的表示方式，而市面上一般较常见的有四种，英制，德制，公制及美制，我们就以次四种略加说明。英制的规格为英国过去的附庸国家所采用，单位采英寸。如 4.00 H 18 4PR ，即表示宽4英寸，适用210KM/H以下的时速，轮胎钢圈直径为18英寸，4线层强度。公制的表示法中，是对轮胎的特性说明较完整，它与德制的表示法类是似但取消“-”低压胎的记号，而以“R”字代替，表示子午线轮胎，如FZR400的后轮即为140/60R18 64H，其中R18的R即表示该轮胎为子午线轮胎。德制的规格类似“公制”，除轮胎的宽度用公厘表示外，亦增加了轮胎的扁平比，轮胎的内径仍使用英寸，内径的后面还有荷重指数及速度记号。表示如：140（轮胎宽140MM）70（扁平比百分之七十）-（低胎压）18（内径18英寸）66（荷重指数66）H（速度记号210KM/H以下）。而美规的字首表示该轮胎适用车种，第二个字母表示轮胎的宽度，第三字表示扁平率，第四个字母为速度记号，最后为适合钢圈的直径。在这当中，荷重指数表J的数值由21 74，数值愈大则表示其荷重能力愈强，一般400cc至750cc的重车，J值大约6367，前轮则约57 58；此外无内胎车轮的速度记号K是表示该轮胎所能承受的最大速度，以英文字母表示，字母愈后面者容许的速限也愈高，S ：表适用180KM/H以下；H ：表适用210KM/H以下；V ：表适用210KM/H以上；S,H,V均是一般车辆可以看到的，也是我们称的高速胎，通常若低于上述速度记号以下的轮胎，均未打上速度记号，因此，我们只要看到S字母以后的速度记号，均可视为高速胎。扁平比低的车辆，因胎壁较短，所以在相同的直径下，胎面变得非常的宽阔。如此，接地面积可以加大，轮胎可承受的压力亦大，对路面反应非常灵敏，而扁平比高的轮胎，虽有充裕的缓冲厚度，但路面的感觉较差，转弯时的侧向抵抗力较弱，无法有非常稳定的表现。由于机车在高速转弯时，车身必然有较大幅度的侧倾，所以侧向的应力较小，而且为了考虑轮胎细小凸凹路面，仍可从容的吸收振动，因此百分之八十的低扁平辐射胎，最能发挥它的性能。从轮圈至胎面的高度与轮胎的断面测量最大的宽度这两个比值就是扁平比，以百分比表示，即高度占宽度的百分数，使用在机车上的多为100至80的，不过高性能的仿赛车，亦有采用70 60的高扁平比的轮胎，市售的轮胎也开始出现此一宽面低扁平比车辆。由于汽车在转向时所受的侧向剪力较大，所以在四轮跑车里甚至会出现扁平比百分之四十五的超低扁平胎，但一般的跑车仍在50 55之间，以便维持舒适性能。提起轮胎的种类，其实有很多种分法：有按车种分类的，有按用途分类的，有按大小分类的，有按花纹分类的，有按构造分类的。 按汽车种类分类轮胎按车种分类，大概可分为8种。即：PC轿车轮胎；LT轻型载货汽车轮胎；TB载货汽车及大客车胎；AG农用车轮胎；OTR工程车轮胎；ID工业用车轮胎；AC飞机轮胎；MC摩托车轮胎。 按轮胎用途分类轮胎按用途分类，包括载重轮胎、客车用轮胎及矿山用轮胎等种类。载重轮胎除了在胎壁上标有规格尺寸以外，还必须标明层级数。但在这里需要告诉大家的是，载重轮胎的层级数并不是指它的实际层数，而是指用高强度材料帘线制作胎体的轮胎，其负荷性能相当于用棉帘线制作胎体的轮胎帘布层数。这是因为棉帘线是最早用于制作胎体帘线的，因此，国际惯例即以棉帘线层为表示轮胎层数的基准。不同层级，轮胎的负荷能力不同。即使相同规格的轮胎，因为它的层级数不同，它的负荷能力也不相同，所以，不同层级的轮胎，不能在同一轴上使用，否则，在高速行驶并负载的情况下就会发生危险。比如：解放车用的90020轮胎(16层级)就不能和90020轮胎(14层级)同用在一轴上，因为它们的层级不同，负荷不同，混用以后就容易发生危险。2.轮毂的百科11铝合金轮毂的特点随着科技的不断进步，汽车越来越多地使用铝合金轮毂。铝合金轮毂相比钢制车轮有如下4大特点：（1）节能。铝合金密度低，轮毂质量轻，加工精度高，高速转动时的阻力小、变形小，可提高汽车的行驶性能，减少油耗。（2）安全。铝合金的导热系数是钢的3倍，散热效果非常好，可增强制动性能，提高使用寿命，保障汽车行驶安全。（3）舒适。一般与铝合金轮毂配用的是扁平轮胎，其缓冲和吸震性能均优于普通轮胎，使汽车坎坷道路上或快速行驶时，舒适性提高。（4）美观。铝合金轮毂外观设计精美，造型多样化，可做到对比突出、车毂合一，提高整车的视觉效果。轮毂又叫轮圈、轱辘、胎铃，是轮胎内廓支撑轮胎的圆桶形的、中心装在轴上的金属部件。轮毂根据直径、宽度、成型方式、材料不同种类繁多。轮毂又叫轮圈。根据不同车型的特征和需求，轮毂表面处理工艺也会采取不同的方式，大致可分为烤漆和电镀两种。普通车型的轮毂在外观上考虑的较少，散热性好是一项基本要求，工艺上基本采用烤漆处理，即先喷涂然后电烤，成本比较经济而且颜色靓丽、保持时间长久，即使车辆报废了，轮毂的颜色依旧不变。很多大众车型轮毂表面处理工艺都是烤漆，如桑塔纳2000、夏利俊雅、时代骄子、东南菱帅或是本田奥德赛。一些时尚前卫、动感十足的彩色轮毂运用的也是烤漆技术。这类轮毂价格适中，规格齐全。电镀轮毂又分电镀银、水电镀和纯电镀等类型。电镀银和水电镀轮毂虽然色泽鲜亮生动，但是保持时间较短，所以价格相对便宜，为很多追求新鲜感的年轻人所喜欢，市场价格在300元-500元之间。纯电镀轮毂，如上海通用产的大别克 GL8原厂配套的就是纯电镀轮毂，色泽保持时间长久，可说是质优价高。中高档轿车如广本、奥迪多选用纯电镀轮毂，价格大约800900元。轮毂的分类：市场上的轮毂按照材质可以分为钢轮毂和合金轮毂两大类，两者各有利弊。钢质轮毂最主要的优点就是制造工艺简单，成本相对较低，而且抗金属疲劳的能力很强，也就是我们俗称的便宜又结实。但钢质轮毂的缺点也相对比较突出就是外观丑陋（可以说没什轮毂轮毂么外观可言），重量较大(相同的轮毂钢材质要比铝合金材质重很多)，惯性阻力大，散热性也比较差，而且非常容易生锈。相对来说，合金材质轮毂正好可以弥补这样的问题，较轻的重量，惯性阻力小，制作精度高，在高速转动时的变形小，有利于提高汽车的直线行驶性能，减轻轮胎滚动阻力，从而减少油耗。合金材质的导热性能是钢的三倍左右，散热性好，对于车辆的制动系、轮胎和制动系统的热衰减都能起到一定的作用。市场上的原厂车的合金轮毂都以铝合金为主，当然很多改装轮毂为了达到一定的特殊要求以及视觉的提升会选择铬、钛等元素作为基本材料。不过，跟钢材质轮毂比起来，合金轮毂的价格要贵出不少，所以往往在很多中低端级别的原厂车中，钢质轮毂会出现在低配车型上，而合金轮毂则是高配车型的标配。1 1 钢轮毂主要优点是制造工艺简单，成本相对较低，抗金属疲劳能力强。 但是缺点也很明显，如重量大，惯性阻力大，散热性较差等等。2 合金轮毂其优点是重量轻，制造精度高，强度大，惯性阻力小，散热能力强，视觉效果好等等，缺点是制造工艺复杂，成本高。合金轮毂多以铝为基本材料，适当加入锰、镁、铬、钛等金属元素而成。和钢轮毂相比，合金轮毂具有节能、安全、舒适等特点，所以越来越多的汽车已经把合金轮毂列为标准配置。下面我们就来看看合金轮毂的三大特性。1 节能：合金轮毂的重量轻，制造精度高，在高速转动时的变形小，惯性阻力小，有利于提高汽车的直线行驶性能，减轻轮胎滚动阻力，从而减少了油耗。2 安全：铝合金的导热系数是钢的三倍，散热效果非常好，从而增强了制动性能，提高了轮胎和制动碟的使用寿命，有效保障了汽车的安全行驶。3 舒适：装用合金轮毂的汽车一般都采用缓冲和吸震性能优于普通轮胎的扁平轮胎，使汽车在不平坦的道路上或高速行驶时，舒适性大大提高。几种合金轮毂1.多件式合金轮毂多件式合金轮毂有两件式和三件式，轮毂的几个部分分别用锻造和旋压工艺制造，然后用钛螺栓联接，这些产品质量轻、强度高、性能优越，但是价格昂贵，主要用于各类锦标赛赛车和高档豪华汽车。在全球各类级别的车赛中，无论是汽车还是摩托车，无论是在何种条件下，要求车辆能在短短的3s内将车速从零加速到100km/h，因此轮毂需要在赛道上能够承受由于极高的横向加速度、极高的运行速度和恶劣的条件而产生的超负荷运行状态，以及轮胎强烈的磨损而产生的温升造成的影响，在这种环境中多件式铝轮毂经受住了各种艰苦环境的考验。尽管产品质量轻，由于采用了先进的制造工艺技术，产品结构强度高，多件式的组合造型给人以厚实坚固的感觉。2.单件式赛车合金轮毂F1赛车要求采用单件式轮毂，为了确保轮毂的使用性能和车辆减重的要求，通常采用锻造制坯再利用旋压工艺成形生产，以确保产品的高性能和最轻量化，与同规格的铸造合金轮毂相比，其力学性能提高18%以上，还可减轻约20%的质量。专门为F1赛车设计制造的单件式合金轮毂，经受住了各种艰苦环境的考验。然而乘用车合金轮毂不像赛车对性能的要求是那样的苛刻，整体式低压铸造合金轮毂足以满足其性能的要求了，但乘用车更加注重合金轮毂的外观造型和美观性设计。受赛车运动的影响和节能、美观的要求，汽车合金轮毂也在发生着变化，更富有运动感的大直径、柔细轮辐合金轮毂设计以及轻量化合金轮毂设计，是汽车合金轮毂主要的发展趋势和追求的方向。3.内置空气合金轮毂为了最大限度的减轻轮毂的质量，一种全新概念的新型轻量化合金轮毂内置空气合金轮毂应运而生，通过空腔技术进一步减轻轮毂的质量。这种合金轮毂有单件式和两件组合式之分，单件式内置空气合金轮毂通过空腔技术，将轮毂的所有轮辐、轮辋的内外凸肩处均制成空腔，极大的减轻了轮毂的质量，与同结构合金轮毂相比减重达20%，而使用性能却得到了大大的提升；两件组合式内置空气合金轮毂则是将轮毂轮辋的内凸肩处制成空腔，大大地减轻了轮毂的质量，与同结构合金轮毂相比减重5%，提高了产品的使用性能。该类型的合金轮毂是采用铸造毛坯，利用旋压工艺完成空腔的制造。轮毂构架：1、 轮辋：与轮胎装配配合，支撑轮胎的车轮部分。2、 轮辐：与车轴轮毂实施安装连接，支撑轮辋的车轮部分。3、 偏距：轮辋中心面到轮辐安装面间的距离。有正偏距、零偏距、负偏距之分。4、 轮缘：保持并支撑轮胎方向的轮辋部分。5、 胎圈座：与轮胎圈接触，支撑维持轮胎半径方向的轮辋部分。6、 槽底：为方便轮胎装拆，在轮辋上留有一定深度和宽度的凹坑。7、 气门孔：安装轮胎气门嘴的孔。汽车轮毂既是汽车行驶安全的关键承重部件，又是整车造型设计中的画龙点睛之笔，其合理性设计尤为重要。在分析了汽车轮毂的功能特点与外观结构特点及轮毂的设计流程后，提出综合考虑结构功能性与造型美观性的一体化设计思想，并运用计算机辅助设计中的有限元分析方法实现了一款轮毂产品的设计，该方法优化了轮毂造型设计及流程，提高了轮毂造型设计的效率。绘图所应用到的软件介绍：NX8.5Unigraphics(简称UG)软件起源于美国麦道飞机公司，是一种CAD/CAE/CAM一体化的机械工程计算机软件，是当今世界上最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，是一个全三维和双精度系统。利用这个软件，可以完成产品从概念的设计、模型建立、性能分析、运动分析、加工刀路生成等整个产品的生产过程，实现了真正意义上的无图纸化生产。因此广泛应用于航空、航天、汽车、通用机械、造船、模具等领域。考虑到终锻件的成形,对于预锻模膛设计成败的关键是预锻热锻件图的合理设计合理的预锻热锻件图的设计,在模锻时可获得合理的锻件中间形状和尺寸,提高材料的利用率,减小金属在终锻模膛的阻力,改善终锻模膛的受力情况,便于提高锻模的使用寿命和确保锻件在终锻时具有良好的锻造工艺性等作用因此,设计与绘制预锻热锻件图具有其必要性和重要性 遵守体积相等这一基本原理,提供设计分析结果和修正数据设计预锻模膛将以终锻锻件三维造型作为基础,修改锻件的尺寸,如将终锻件宽度缩小2mm,高度加大3mm,圆角由R3变为R6,斜度不变,对于一些细微的部分予以简化,从而得到预锻件的形状 . 依据上述原则并在分析余属流动同时考虑到预成形锻件在终锻模膛中的定位,并针对轿车铝合金轮毂的形状特点确定铝合金轮毂半闭式模锻预锻件形状如图所示轮毂模型的绘制过程首先创建一个基准坐标系，然后创建草图，画一个直径100的圆，按完成草图。选择草图拉伸25mm，完成后在平面上再建一个草图 Then，选择草图按拉伸求属性选择求差打通如图所示建一个平面草图在中心处画一个圆，然后抽壳抽壳完之后成如图最后在每个边上边倒圆角R5如图所示在每个边上倒上圆角，一个精美的轮毂就这么完成了。三轮毂的加工1.首先确定加工坐标使WCS坐标位于工件侧面，确定加工方向。 建立机床坐标CSYS参考刚确立的WCS坐标。指定加工部件及建立加工毛坯，加工毛坯为指定部件的包容块。2. 轮廓的粗加工：1） 工序1分析： 一次开粗由于本工序是初次粗加工，目的是为了快速去除大部分余料，选用1300转速和2000速度加工方案。以最短的刀路完成任务才是最省时间的刀路。它的切削量大，所以我要给较低的进给速度和转速来加工。2）加工参数：根据以上的工艺分析，粗加工采用加工参数如下表：加工方式型腔铣刀具规格D16R3刀具材质硬质合金主轴转速（r/min）1000进给速度（mm/min）1200侧向步长刀具70%切削深度（mm）1加工余量0.5曲面精度0.05一次开粗刀路图仿真图1）工序2分析：二次开粗二次开粗主要将工序1的余量细化，均匀化，其意有两点：一、细化余量，减轻精加工刀具负担；二、轻材质变形影响。2）加工参数：根据以上的工艺分析，粗加工采用加工参数如下表：加工方式型腔铣刀具规格D8刀具材质硬质合金主轴转速（r/min）1300进给速度（mm/min）2000侧向步长刀具60%切削深度（mm）0.25加工余量0.3曲面精度0.05表1二次开粗刀路图二次开粗仿真1）工艺3分析：三次开粗三次开粗主要将工序2的余量更加细化，均匀化，减轻精加工刀具负担。2）加工参数：加工方式等高线加工刀具规格D8刀具材质硬质合金主轴转速（r/min）2500进给速度（mm/min）1300侧向步长刀具60%切削深度（mm）0.25加工余量0.1曲面精度0.05三次开粗刀路图三次开粗仿真图1）工艺4分析：R3球刀头精加工（内和外）对大平面最后余量去除对剩余余量进行去除并把非球面转化为球面。2）加工参数：加工方式型腔铣刀具规格R3刀具材质硬质合金主轴转速（r/min）2800进给速度（mm/min）1200侧向步长道具60%切削深度0.1加工余量0曲面精度0.05刀路图仿真图至此轮毂的加工完成了四总结 这几个星期里，从开始就很迷茫，一片迷茫，就像找工作一样。一边找工作，一边面试，一边想着毕业设计，最后在老师的指导下终于完成了。 这次的毕业设计轮毂我有用UG绘图、UG编程加工等等。这次的毕业设计后，我的专业知识得到一定的巩固，调整了心态，也提高了动手实践的能力，开阔了思维，累积了初始经验。 通过这次毕业设计，我知道我的专业知识太薄弱了，我还需要好好的去学习掌握，多去请教别人或者去图书馆自学，大学刚结束，人生才刚开始，最后衷心感谢学院的培养及老师们两年来的悉