飞轮的加工工艺毕业设计.doc

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，在学校指导老师辅导下，在零件实体设计、机械加工工艺编制、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，
关键词：飞轮；实体造型；工艺编制。

序 言
学完了大学四年的所有课程，就要开始做课程设计了，课程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沟通，在老师的全力帮助、指导下问题得到了全面解决，同时受到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、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，向在这次课程设计中给予过我鼓励、指导及帮助的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 …………………………………… 4
2. 1 分析飞轮的技术资料 …………………………………………………… 4
2. 2 确定飞轮的毛坯类型及其制造方法 …………………………………… 6
2. 3 选择飞轮的加工设备 …………………………………………………… 9
2. 4 拟定飞轮的工艺路线及定位基准 ……………………………………… 10
2. 5 设计飞轮的加工工序 …………………………………………………… 13
2. 6 填写飞轮的机械加工工艺文件 ………………………………………… 15
第三章 飞轮的夹具设计…………………………………………………16
3. 1 工件的定位原理………………………………………………………… 16
3. 2 工件的夹紧……………………………………………………………… 17
3. 3 夹具的选择……………………………………………………………… 17
3.4 夹具示意图……………………………………………………………… 18
致谢 ……………………………………………………………………………21
参考文献 …………………………………………………………………… 21
附录 工艺卡和工序卡 ………………………………………………

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+0.025 0mm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

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. 1．2零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+0.025 0mm内孔同轴度公差为Φ0.05mm。
2）键槽10±0.018mm对Φ38+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，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

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+0.025 0mm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+0.025 0mm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+0.025 0mm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+0.025 0mm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+0.025 0mm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。

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
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2-3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+0.025 0
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+0.025 0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 飞轮的夹具设计

一、夹具和装夹方式的选择

在机床上加工零件时，为保证工件的加工精度和加工质量，必须使工件位于机床上的正确位置，也就是通常所说的“定位”，然后将它固定也就是通常所说的“夹紧”。工件在机床上定位与夹紧的过程称为工件的装夹过程。
1．工件的定位原理
（1）六点定位原理
工件在空间有六个自由度，即沿X、Y、Z三个坐标方向的移动自由度和绕X、Y、Z三个移动轴的旋转自由度A、B、C，如下图所示。
要确定工件在空间的位置，需要按一定的要求安排六个支撑点也就是通常所说的定位元件，以限制加工工件的自由度，这就是工件定位的“六点定位原理”。需要指出的是，工件形状不同，定位表面不同，定位点的布置情况也各不相同。
图 数控机床的坐标轴
（2）限制自由度与工件加工要求的关系
根据工件加工表面的不同加工要求，有些自由度对加工要求有影响，有些自由度对加工要求无影响，对加工要求有影响的自由度必须限制，而不影响加工要求的自由度不必限制。
（3）完全定位与不完全定位
工件的六个自由度都被限制的定位成为完全定位，工件被限制的自由度少于六个，但不影响加工要求的定位，成为不完全定位，完全定位和不完全定位是实际加工中工件最常用的定位方式。

2．工件的夹紧
金属切削加工过程中，为保证工件定位时确定的正确位置，防止工件在切削力、离心力、惯性力或重力等作用下产生位移和振动，必须将工件夹紧。这种保证加工精度和安全生产的装置称为夹紧装置。
（1）对夹紧的基本要求
① 工件在夹紧过程中，不能改变工件定位后所占据的正确位置。
② 夹紧力的大小适当，既要保证工件在加工过程中的位置不能发生任何变动，又要使工件不产生大的夹紧变形；同时也要使得加工振动现象尽可能小。
③ 操作方便、省力、安全。
（2）夹紧力方向和夹紧点的确定
① 夹紧力应尽可能朝向主要定位基准，这样可以保证夹紧工件时不破坏工件的定位，影响工件的加工精度要求。
② 夹紧力方向应有利于减少夹紧力，要求能够在最小的夹紧力作用下，完成零件的加工过程。
③ 夹紧力的作用点应选在工件刚性较好的方向和方位上，这一原则对刚性较差的零件特别重要，可以保证零件的夹紧变形量最小。
3．夹具的选择
数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求，一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能保证零件与机床坐标系之间的准确尺寸关系。依据零件毛料的状态和数控机床的安装要求，应选取能保证加工质量、满足加工需要的夹具。除此之外，还要考虑以下几点：
（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。在成批生产时可以考虑采用专用夹具，同时要求夹具的结构简单。
（2）装夹零件要方便可靠，避免采用占机人工调整的装夹方式，以缩短辅助时间，尽量采用液压、气动或多工位夹具，以提高生产效率。

采用可换钻套 和V形块做夹具
H = 1.5*d=1.5 * 38 = 57
h = 0.5*d=0.5 *38 = 19

致 谢

感谢柴老师长期以来悉心的指导和在设计过程中提的修改意见，让我对飞轮工艺工装设计有了较全面的了解，置身老师的指导过程中，不仅我的思想观念焕然一新，也改善了我的思考方式，为日后的工作和更进一步的学习打下了坚实的基础，也积累了许多宝贵的设计经验。

同样感谢四年来给予我支持和帮助的所有老师和同学，他们让我在这三年里学到了好多知识，丰富了我的大学生活，在即将结束的大学生活能够让我画上圆满的句号。
最后感谢我的爸爸妈妈，是他们含辛茹苦，一直在精神上鼓励我，在经济上支持我，让我圆满完成学业，在次深表谢意。

18

参考文献
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[2]倪森寿主编 机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书，北京：化学工业出版社,2009.
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[4]陈志祥主编, CAXA制造工程师2006实用教程，北京：电子工业出版社，2008.
[5]杨叔子主编,机械加工工艺师手册,北京：机械工业出版社,2001.
[6]王先逵主编，机械加工工艺手册,北京：机械工业出版社,2006.
[7]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.
[8]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.
[9]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.
[10]韩兴国，王斌武. 机床主轴加工工艺教学案例分析 以CA6140车床主轴机械加工为例[J] 桂林航天工业高等专科学校学报, 2009(2), 211~214
[11]冯玉琢. 机械加工工艺编制的要点[J] 科技创新导报, 2009(5) 82
[12]纪海纹. 轴类零件的加工工艺[J] 装备制造技术, 2008(4) 156~157
[13]陈旻. 轴类零件的数控加工工艺设计研究[J] 现代制造技术与装备, 2008(4) 36~38

数控加工工序卡
零件名称
飞轮
零件图号

夹具名称
三爪卡盘
设备名称及型号
数控加工中心
材料名称及牌号
HT200
加工车间
数控实训基地
程序号

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。

工步号

工步内容
切削用量
刀具
主轴转速
（r/min）
进给速度
（mm/r）
背吃刀量
（mm）
编号
名称
1
车端面
600
0.2
2
T01
外圆粗车刀
2
粗车外圆
800
0.6
1.5
T01
外圆粗车刀
3
精车外圆
1200
0.3
0.8
T02
外圆精车刀
4
插槽
1400
0.3
4
T03
铣刀
5
钻孔
1200
0.2
20
T03
铣刀
编制
王荣荣
审核

批准

共 1 页

三江学院
机械加工工艺过程卡片
产品型号

零件图号

产品名称
飞轮
零件名称
飞轮
材 料 牌 号
HT200
毛 坯 种 类
铸铁
毛坯外形尺寸

每毛坯件数
1
工
序
号
工 名

序 称
工 序 内 容
工 艺 装 备
1
备料

2
锻造
铸造

3
清砂
清砂

4
热处理
人工时效

5
清砂
细清砂

6
涂漆
非加工表面涂防锈漆

7
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+0.025 0mm至图样尺寸，倒角2×45
C620
8
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
9
划线
在Φ100mm圆的端面上划10±0.018mm键槽线

10
插
以Φ200mm外圆及右端面定位，按Φ38+0.025 0mm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

11
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
12
钳
零件静平衡检查
专用工装
13
检验
按图样要求全部检验
专用检具

19