课程设计飞轮的加工工艺设计.doc

洛阳理工学院课程设计说明书课 程 名 称 机械制造工艺学 设 计 课 题 飞轮的加工工艺设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 B110233 姓 名 王立锋 学 号 B11023327 2013 年 3 月 14 日课 程 设 计 任 务 书 机械工程 系 机械设计制造及其自动化 专业 学生姓名 王立锋 班级 B110233 学号 B11023327 课程名称： 机械制造工艺学 设计题目： 飞轮的加工工艺设计 设计内容：1产品零件图 1张2毛坯图 1张3机械加工工艺过程综合卡片 1份4机械加工工艺工序卡片 1份5课程设计说明书 1份设计要求：大批生产（或中批生产或单件小批生产）设计（论文）开始日期 年 月 日 设计（论文）完成日期 年 月 日指导老师 课程设计评语 机械工程 系 机械设计制造及其自动化 专业 学生姓名 王立锋 班级 B110233 学号 B11023327 课程名称： 机械制造工艺学 设计题目： 飞轮的加工工艺设计 课程设计篇幅： 图 纸 共 2 张 说明书 共 25 页指导老师评语： 年 月 日 指导老师 目 录1. 飞轮的工艺分析61.1飞轮的用途61.2飞轮的技术要求61.3 审查飞轮的工艺性82.1 选择毛坯82.2确定毛坯的机械加工余量82.3 绘制毛坯简图92.4 选择分型面102.5 确定工艺参数103. 机 加 工 工 艺113.1 基准的选择113.1.1 粗基准的选择原则113.1.2. 精基准的选择原则113.1.3 选择飞轮的粗基准和夹紧方案123.1.4 选择飞轮的精基准和夹紧方案123.2 各表面加工方案的确定133.3 选择飞轮的加工设备133.4 拟定飞轮的工艺路线143.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定154. 确定切削用量及工时的计算174.1 确定切削用量174.1.1 工序4粗车200mm端面、钻孔、扩孔和铰孔174.1.2工序5 粗车100mm端面和200mm左端面214.1.3工序8拉床切键槽W224.1.4工序9钻420孔224.2 时间定额的计算234.2.1 基本时间的计算234.2.2 辅助时间的计算234.2.3 其它时间的计算23总 结24参考文献25 21. 飞轮的工艺分析1.1飞轮的用途 各缸传递到曲轴的能量不是稳定和连续的，而飞轮的作用就是储存一定的能量，是曲轴系统具有较大的转动惯量。借助这个惯性力使发动机运转平稳并减小振动和噪声。1.2飞轮的技术要求1) 200mm外圆与38 +0.025/0mm内孔同轴度公差为0.05mm。2) 键槽10+-0.018mm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) 铸造后进行时效处理。5) 未注明铸造圆角R5。6) 未注倒角245。7）材料HT200。形状分析：飞轮属于典型的盘类零件，端面上有一个圆形槽，它的直径是160mm圆形槽的最外端距外面C的离是30mm圆形槽上有4个定位孔，它们直径是20mm，它们是在端面上直径为130mm圆上。端面B上有圆孔38mm和键槽，键槽宽为100.018mm。图1-1 飞轮的结构材料分析：灰铸铁中的碳全部或大部分以片状石墨形式存在，断口呈暗飞色。灰铸铁组织是由刚的基体和片状石墨两部分组成。灰铸铁的性能：力学性能好，切削加工性良好，减摩性好，减振性好，铸造性好缺口敏感性较低。孔G为主要装配基准，外圆E和键槽W有配合要求，因此加工精度有的较高。铸件类容易产生白口组织，使飞轮的硬度和脆性增加，造成切削加工困难，故需要退火处理。其中外圆E对孔W38H7的同轴度要求为0.05mm，键槽W对中心轴线的对称度为0.08mm，键槽的粗糙度要求为1.6。综上所述，该飞轮的各项技术制定的较合理，符合该零件的功用 表6-1 飞轮零件技术要求加工表面尺寸及偏差/mm公差精度表面粗糙度Ra/um形位公差/mm端面B11012.5外圆C10012.5端面D9512.5外圆E2003.2 0.05A孔F2025孔G38IT71.6端面H11012.5键槽W100.018IT93.21.3 审查飞轮的工艺性 分析飞轮零件图可知，其中端面B，外圆C，端面D和端面H都可以用车削一次加工达到要求：孔F是钻出来的，其中孔G可以通过铰孔达到精度要求。键槽W通过拉床来完成。这些工艺在正常的条件下都可以生产，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性很好。 2. 选择毛坯并绘制毛坯简图2.1 选择毛坯 由于飞轮的零件材料要求为HT200，因此应选用毛坯类型为铸件，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。2.2确定毛坯的机械加工余量根据上述原始资料及其加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 查机械制造工艺设计简明手册（以下简称工艺手册）表2.2-3，砂型机器造型壳体生产铸件的尺寸公差等级为810级。（1）外圆表面（100mm及200mm）查工艺手册表2.2-1，100mm尺寸公差数值为1.83.6mm；200mm尺寸公差数值为2.04.0mm。同尺寸公差为2.0mm。查工艺手册（表2-11，砂型铸造机械造型和壳型的机械加工余量等级为E-G级。查工艺手册表2.2-4，确定机械加工余量为：100mm：2.03.0mm200mm：2.54.0mm此时取外圆表面直径分别为：105mm；205mm（2）外圆表面沿轴线长度方向的加工余量：查工艺手册表2.2-4 100mm端面余量值规定为：2.03.0mm200mm端面余量值规定为：1.52.5mm。取100mm，200mm端面尺寸分别为99mm，114mm。将零件各加工表面毛坯余量及公差列入下表。加工表面基本尺寸单边余量毛坯尺寸端面2001102114端面D95199外圆2002002.5205外圆1001002.5105端面H110212.3 绘制毛坯简图 2.4 选择分型面 方案一： 选择通过轴线的纵向剖面为分型面，铸件处于水平浇注位置，采用分模两箱造型方法。中间空腔用一个水平型芯形成。 方案二：铸件处于垂直浇注位置，采用分模水平造型方法，中间空腔用一个水平型芯做成。 终合分析：方案一使A两个面处于水平位置，质量较有保证，分型面处于最大截面处，便于起模和下芯，并有利于型芯的固定、排气和检验。但易受错型影响，支撑台可能出现气孔、夹渣缺陷。方案二只保证了一面另一面无法保证。因此应选方案一。2.5 确定工艺参数2.5.1 加工余量 图样要求，需留加工余量。2.5.2 起模斜度 使用木模起模斜度应选择=3。2.5.3 型芯头 型芯使用一个上下都有芯头的型芯。 3. 机 加 工 工 艺3.1 基准的选择3.1.1 粗基准的选择原则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。3.1.2. 精基准的选择原则（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。3.1.3 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。图2-53.1.4 选择飞轮的精基准和夹紧方案选择200外圆及一端面为精基准是最理想的。如图2-6所示图2-63.2 各表面加工方案的确定加工表面公差等级加工方案粗糙度端面H粗车12.5孔GIT7钻-扩-铰1.6外圆E粗车-半精车12.5外圆C粗车12.5键槽IT9插3.2孔F钻253.3 选择飞轮的加工设备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）。工序号工序名称机床设备刀具材料量具1铸造2热处理3涂漆4粗车车端面H和外圆面车床C620硬质合金游标卡尺粗镗、粗绞、精绞孔G车床C620硬质合金卡尺、塞规5车外圆C及其余端面车床C620硬质合金游标卡尺6钻F钻床Z525高速钢游标卡尺7插键槽W插床B5020卡尺、塞规8钳专用工装9检验10入库3.4 拟定飞轮的工艺路线表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热处理人工时效，退火3涂漆非加工表面涂防锈漆4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245C6205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245C6206磨磨38H6内孔至图纸要求M7划线在100mm圆的端面上划100.018mm键槽线8拉以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，拉100.018mm键槽L5120专用工装或组合夹具9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10钳零件静平衡检查专用工装11检验按图样要求，检查各部尺寸及精度12入库入库3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据上述原始资料及其加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 查机械制造工艺设计简明手册（以下简称工艺手册）表2.2-3，砂型机器造型壳体生产铸件的尺寸公差等级为810级。（1）外圆表面（100mm及200mm）查工艺手册表2.2-1，100mm尺寸公差数值为1.83.6mm；200mm尺寸公差数值为2.04.0mm。同尺寸公差为2.0mm。查工艺手册（表2-11，砂型铸造机械造型和壳型的机械加工余量等级为E-G级。查工艺手册表2.2-4，确定机械加工余量为：100mm：2.03.0mm200mm：2.54.0mm此时取外圆表面直径分别为：105mm；205mm（2）外圆表面沿轴线长度方向的加工余量：查工艺手册表2.2-4 100mm端面余量值规定为：2.03.0mm200mm端面余量值规定为：1.52.5mm。取100mm，200mm端面尺寸分别为99mm，114mm。（3）38H7中心孔尺寸：毛坯为实心，不冲出孔。中心孔尺寸精度要求为7级，参照工艺手册表2.3-8及表2.3-12确定工序尺寸及余量为：钻孔：20mm钻孔：36mm 2Z=16mm扩钻：37.75mm 2Z=1.75mm粗铰：37.93mm 2Z=0.18mm精铰：38H7mm 2Z=0.07mm（4）个20mm内孔：因无精度和粗糙度要求，即精度等级为12级，粗糙度为Ra12.5故只用20mm钻各钻一次即可。（5）键槽（110mm3.3mm10mm）：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m4车右端面110+2211012.5钻孔38H720IT122012.5钻孔38H73682IT123612.5扩钻38H737.750.8752IT937.753.6铰孔38H737.930.092IT738+0.025 0粗车半精车端面C13.25车左端面D95+229512.5车端面B110+2211012.58插槽1010IT9100.018mm3.24. 确定切削用量及工时的计算4.1 确定切削用量4.1.1 工序4粗车200mm端面、钻孔、扩孔和铰孔工步1粗车200mm端面1) 确定背吃刀量：最大加工余量为2mm，对于粗车来说背吃刀量2mm可以做到的，取=2mm。2) 确定进给量f：查切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册表1.4，按材料，刀具材料选取，当刀杆尺寸为16mm25mm，3mm以及工件直径为205mm时，查切削手册表1.4，硬质合金车刀粗车灰铁时，f=0.91.3mm/r，取f=1.0mm/r计算切削速度：按切削手册表1.27，切削速度的计算公式为(寿命选T=60min）： = （m/min）查金属切削原理与刀具（第5版）表3-4 其中 =158 =0.15 =0.40 m=0.20修正系数 =1.15 =0.73 =0.8 =0.83所以 =41.92（m/min）3) 确定机床主轴转速： = （r/min) 按机床说明书（见工艺手册表4.2-8）选取=76r/min。 所以，实际切削速度: V=(m/min)4) 切削工时：按工艺手册表6.2-1 L=(mm) T= 工步2钻孔20mm（选用材料为高速钢钻头）1) 确定进给量： 查切削手册表2.7 进给量=0.86mm/r因为20mmmm 故f=0.860.9=0.78mm/r2) 计算切削速度： 查切削手册表2.15 取 V=14m/min则查工艺手册卧式车床C620主轴转速n=230r/min，则该工序的实际切削速度3) 切削工时： T=工步3 钻孔36mm1) 确定进给量： 查切削手册表2-10，当利用钻头进行扩孔时，进给量f=1.5mm/r.又因为要加工的孔精度为H7级精度，故f=1.50.7=1.05mm/r。计算切削速度： 查切削手册表2-15，切削速度v取为13m/min 根据有关手册的规定，扩钻的切削速度：v=13=6.54.3（m/min）有公式 查工艺手册表4.2-8卧式车床C620主轴转速取46r/min，则实际切削速度2) 切削工时： T=工步4扩孔37.75mm1) 确定进给量： 查切削手册表2-10，当利用钻头进行扩孔时，进给量f=1.6mm/r.又因为要加工的孔精度为H7级精度，故f=1.60.7=1.12mm/r。2) 计算切削速度： 查切削手册，切削速度v取为12m/min。根据有关手册的规定，扩钻的切削速度：v=12=614（m/min）有公式查工艺手册表4.2-8卧式车床C620主轴转速取46r/min，则实际切削速度3) 切削工时： T=工步4铰孔37.93mm1) 确定背吃刀量：查切削手册表2.24，取2) 确定进给量：查切削手册表2.24，进给量f=1.01.5mm/r；取f=1.0mm/r3) 计算切削速度：查切削手册表2.24，切削速度v=48m/min，取v=6m/min.由，该工序铰刀转速,查工艺手册表4.2-8卧式车床C620主轴转速取58r/min。则该工序实际切削速度 4) 切削工时： T=(六)工步5粗车和半精车外圆200mm.粗车外圆1) 确定背吃刀量：粗车单边加工余量为2.5mm，2) 确定进给量：查切削手册表1.4，硬质合金车刀粗车灰铁时，f=0.91.3mm/r，按C620-1车床说明书（见工艺手册表4.2-9）取f=1.11mm/r。3) 计算切削速度：按切削手册表1.27，切削速度的计算公式为(寿命选T=60min）： = （m/min）查金属切削原理与刀具（第5版）表3-4 其中 =158 =0.15 =0.40 m=0.20修正系数 =1.15 =0.73 =0.8 =0.83所以 =33.57（m/min）4) 确定机床主轴转速： = （r/min) 按机床说明书（见工艺手册表4.2-8），与52r/min相近的机床转速为58r/min。选取=58r/min。 所以，实际切削速度: V=(m/min)5) 切削工时：按工艺手册表6.2-1 L=(mm) T=.半精车外圆：（1）精加工工序确定背吃刀量：精加工单边余量为0.5mm，所以背吃刀量。（2）确定精加工进给量查切削手册表1.8，硬质合金车刀半精车车灰铁，当表面粗糙度为6.3，刀尖圆弧半径为1.0mm时，f=0.40.5mm/r，由于是半精加工，f越小，切削速度就越大，切除材料的表面精度就越高，所以按C620-1车床说明书（见工艺手册表4.2-9）取f=0.4mm/r。（3）计算切削速度：按切削手册表1.27，切削速度的计算公式为(寿命选T=60min）： = （m/min）查金属切削原理与刀具（第5版）表3-4 其中 =158 =0.15 =0.40 m=0.20修正系数 =1.15 =0.73 =0.8 =0.83所以 =62.17（m/min）（4）确定机床主轴转速： = （r/min) 按机床说明书（见工艺手册表4.2-8），与99r/min相近的机床转速为90r/min和120r/min。由于n越大，切削速度v就越大，故选取=120r/min。 所以，实际切削速度: V=(m/min)（5）切削工时：按工艺手册表6.2-1 L=(mm) T=4.1.2工序5 粗车100mm端面和200mm左端面工步1：车200mm端面（同工序4工步1）即有：=2mm n=76r/min v=48.9m/min切削工时： L=(mm) T=工步2：车100mm端面(1) 确定背吃刀量：=2mm(2) 确定进给量：查切削手册表1.4，硬质合金车刀粗车灰铁时，f=0.91.3mm/r，取f=1.3mm/r，(3) =41.92（m/min）(4) 确定机床主轴转速： = （r/min) 按机床说明书（见工艺手册表4.2-8），与127r/min相近的机床转速为120r/min。取n=120r/min。 所以，实际切削速度: V=(m/min)（5）切削工时：L=(mm) T= 4.1.3工序8拉床切键槽W以200mm外圆及200mm端面定位，按内孔中心线找正，装夹工作在拉床L5120上。在端面H上划， 查机械制造课程设计指导书得取切削速度为。 进给量查表5-38，f=0.06-0.20mm/z,可以取f=0.2mm/z。机床查机械制造工艺设计简明手册L5120。切削工时：4.1.4工序9钻420孔1) 确定进给量：查切削手册表2.8，钻头进行钻削加工时进给量f取0.8mm/r。2) 确定切削速度：查切削手册表2.15，取v=13m/min。查工艺手册表4.2-12，Z3025钻床的主轴转速取，实际钻削速度。3) 确定切削时间：查工艺手册表6.2-5，每孔切削时间=14，取=2所以故T=0.694=2.76min4.2 时间定额的计算4.2.1 基本时间的计算工序8-钻孔 基本时间计算公式/4.2.2 辅助时间的计算查课程设计辅导教程第五章第二节所述，辅助时间与基本时间之间的关系为，取，辅助时间为： 4.2.3 其它时间的计算查机械制造技术基础课程设计指导教程。由于飞轮的生产类型为大批量生产，需要考虑各工序的准备终结时间，为作业时间的3%-5%;而布置工作的时间是作业时间的2%-7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%-4%,均取为3%，则其它时间关系式为应按关系式为：为根据公式；，单件时间为： 。总 结机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，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，因此它在我们的大学生活中占有重要的地位。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。所以我积极查阅相关资料，慢慢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、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。参考文献1王茂元主编，机械制造技术基础，北京：化学工业出版社,2011.2青、呼咏主编 机械制造技术基础课程设计指导书，北京：化学工业出版社,2012.3杨叔子主编,机械加工工艺师手册,北京：机械工业出版社,2001.4王先逵主编，机械加工工艺手册,北京：机械工业出版社,2006.5陆晓春主编.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，2006.6徐海枝主编，机械加工工艺编制，北京：北京理工大学出版社，2009.7赵长旭主编， 数控加工工艺,西安：西安电子科技大学出版社,2005.28洛阳理工学院机械工程系产品型号零件图样共 2 页机械加工工艺过程综合卡片产品名称飞轮零件名称第 1 页材料牌号HT200毛坯种类 铸造毛坯重量设计审核工序号工步号工序及工步内容设备型号名称工艺设备编号名称切削工具及量具11.1下料 22.1铸造33.1热处理 退火44.1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。C6204.2钻孔20mm高速钻头4.3扩孔36mm4.4粗铰孔37.73mm4.5粗车外圆200mm游标卡尺4.6半精车外圆200mm55.1车左端面200mmC620游标卡尺 5.2粗车端面100mm游标卡尺 66.1磨孔M211077.1在100mm圆的端面上划100.018mm键槽线C620游标卡尺，千分尺洛阳理工学院机械工程系产品型号零件图样共 2 页机械加工工艺过程综合卡片产品名称飞轮零件名称第 2 页材料牌号HT200毛坯种类 铸造毛坯重量设计审核工序号工步号工序及工步内容设备型号名称工艺设备编号名称切削工具及量具88.1以200mm外圆及右端面定位，按内孔中心线找正，装夹工件，插100.018mm键槽B5020专用工装卡尺，塞规99.1以200mm外圆及一端面定位，100.018mm键槽定向钻420mm孔FZ525专