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摘 要 本設(shè)計課題主要是通過對飛輪進行結(jié)構(gòu)分析，完成實體造型，并根據(jù)企業(yè)實際情況，重點進行機械加工工藝編制，最后進行數(shù)控編程加工。 本課題的意義在于：工學(xué)結(jié)合，在學(xué)校指導(dǎo)老師輔導(dǎo)下，在零件實體設(shè)計、機械加工工藝編制、收集資料、查閱手冊等專業(yè)知識與技能方面得到較全面的訓(xùn)練與提高， 關(guān)鍵詞：飛輪；實體造型；工藝編制。 序 言 學(xué)完了大學(xué)四年的所有課程，就要開始做課程設(shè)計了，課程設(shè)計課題是要集合我們所學(xué)的各門專業(yè)知識，理論與實踐相結(jié)合，完成設(shè)計項目，解決工程實際問題，因此我們必須首先對所學(xué)課程全面掌握，融會貫通。 由于設(shè)計的需要，我仔細研究了零件圖，但在設(shè)計過程中，因自己經(jīng)驗不足，遇到了很多實際問題，使我體會到了在現(xiàn)場實習(xí)調(diào)研僅證明可不可以實干，而不能代表能不能干好。所以我積極與設(shè)計指導(dǎo)老師溝通，在老師的全力幫助、指導(dǎo)下問題得到了全面解決，同時受到老師優(yōu)良工作品質(zhì)的影響，培養(yǎng)出了我緩中求穩(wěn)、虛心求教、實事求是、一絲不茍的工作作風(fēng)，并樹立了明確的生產(chǎn)觀、經(jīng)濟觀和全局觀，為今后從事工作打下了良好的基礎(chǔ)。 通過課程設(shè)計，我真正認識到理論和實踐相結(jié)合的重要性，并培養(yǎng)了我綜合運用所學(xué)理論知識和實際操作知識去理性的分析問題和解決實際工作中的一般技術(shù)工程問題的能力，使我建立了正確的設(shè)計思想，掌握了工藝設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法，并進一步鞏固、深化地吸收和運用了所學(xué)的基本理論知識和基本操作技能。還有，它提高了我設(shè)計計算、繪圖、實際加工零件和正確使用技術(shù)資料、標準、手冊等工具書的獨立工作能力，更培養(yǎng)了我勇于創(chuàng)新的精神及嚴謹?shù)膶W(xué)風(fēng)及工作作風(fēng)。 由于本人能力有限，缺少設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計中漏誤在所難免，敬請老師指正批評，以使我對自己的不足得到及時的發(fā)現(xiàn)并修改，也使我在今后的工作中避免再次出現(xiàn)。 在這里，向在這次課程設(shè)計中給予過我鼓勵、指導(dǎo)及幫助的老師表示我虔誠和衷心的感謝！ 目 錄 第一章 零件的實體造型 …………………………………………………1 1.1 飛輪在產(chǎn)品中的作用、結(jié)構(gòu)特點 ……………………………………… 1 1.2 飛輪的實體造型 ………………………………………………………… 1 第二章 零件的機械加工工藝編制 …………………………………… 4 2. 1 分析飛輪的技術(shù)資料 …………………………………………………… 4 2. 2 確定飛輪的毛坯類型及其制造方法 …………………………………… 6 2. 3 選擇飛輪的加工設(shè)備 …………………………………………………… 9 2. 4 擬定飛輪的工藝路線及定位基準 ……………………………………… 10 2. 5 設(shè)計飛輪的加工工序 …………………………………………………… 13 2. 6 填寫飛輪的機械加工工藝文件 ………………………………………… 15 第三章 飛輪的夾具設(shè)計…………………………………………………16 3. 1 工件的定位原理………………………………………………………… 16 3. 2 工件的夾緊……………………………………………………………… 17 3. 3 夾具的選擇……………………………………………………………… 17 3.4 夾具示意圖……………………………………………………………… 18 致謝 ……………………………………………………………………………21 參考文獻 …………………………………………………………………… 21 附錄 工藝卡和工序卡 ……………………………………………… 第一章 零件的實體造型 隨著時代的進步，科技的經(jīng)進入到了一種先進的、全新的三維虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中，實現(xiàn)了產(chǎn)品的數(shù)字化三維設(shè)發(fā)展，許多高科技手段逐步代替了手工勞動方式，比如機械設(shè)計與制造領(lǐng)域，產(chǎn)品設(shè)計已計。CAD/CAM軟件即是實現(xiàn)這種數(shù)字化三維設(shè)計的有效工具。利用CAD/CAM軟件制圖和手工制圖相比，不僅縮短設(shè)計周期，而且大大提高設(shè)計效率。 1.1 飛輪在產(chǎn)品中的作用、結(jié)構(gòu)特點 飛輪結(jié)構(gòu)簡單形狀規(guī)則，零件中心為Φ38+0.025 0mm內(nèi)孔及10±0.018mm鍵槽，周圍有4×Φ20mm孔見圖1-1所示。 圖1-1 飛輪的結(jié)構(gòu) 第二章 零件的機械加工工藝編制 機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件，是機械加工中最主要的技術(shù)文件，主要包括工藝過程卡和工序卡。編制機械 加工工藝規(guī)程分以下幾個階段： 2. 1 分析飛輪的技術(shù)資料 2. 1．2零件的結(jié)構(gòu)及加工精度分析 （1）主要加工精度要求 1）Φ200mm外圓與Φ38+0.025 0mm內(nèi)孔同軸度公差為Φ0.05mm。 2）鍵槽10±0.018mm對Φ38+0.025 0mm內(nèi)孔軸心線對稱度公差為0.08mm。 3）零件加工后進行靜平衡檢查。 4）鑄造后時效處理。 5）未注明鑄造圓角R5。 6）未注倒角2×45°。 （2）．其余技術(shù)要求： 1）鑄造后時效處理。 2）未注明鑄造圓角R5。 3）未注倒角2×45°。 4）零件加工后進行靜平衡檢查。 圖2-1 飛輪零件簡圖 2. 1．3確定關(guān)鍵加工表面 根據(jù)圖紙標注，將精度要求高的表面定為關(guān)鍵加工表面。 （1）飛輪孔徑為38的尺寸精度為IT7，粗糙度Ra=1.6μm，其軸線是Φ200mm外圓的同軸度基準，而且是鍵槽10±0.018mm的對稱度基準，所以是關(guān)鍵加工表面。 （2）飛輪鍵槽10±0.018mm尺寸精度為IT9，粗糙度Ra=3.2μm，有對稱度要求，所以是關(guān)鍵加工表面。 （3）Φ38內(nèi)孔及鍵槽總長為41.3+0.3 +0mm尺寸精度為IT ，所以是關(guān)鍵加工表面。 2. 2 確定零件毛坯的類型及其制造方法 毛坯的類型及其制造方法的選擇不僅影響毛坯的制造工藝及費用，而且與零件的機械加工工藝和加工質(zhì)量密切相關(guān)。 2. 2．1毛坯的類型及其制造方法的選擇 選擇毛坯時應(yīng)該考慮的因素有：零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、零件材料的工藝性、零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、現(xiàn)有的生產(chǎn)條件。 由于飛輪零件的材料要求選用HT200，抗拉強度和塑性低，但鑄造性能和減震性能好，因此應(yīng)選用毛坯類型為鑄件，較高強度鑄鐵，基體為珠光體，強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好；鑄造性能較好，需要進行人工時效處理。該零件是大批量生產(chǎn)，零件的輪廓尺寸不大，所以企業(yè)選用機械砂型鑄造，其生產(chǎn)效率比手工制砂型高數(shù)倍至數(shù)十倍，特別適合大批量生產(chǎn)，雖然設(shè)備昂貴，但工人的技術(shù)水平要求較低，對中小型鍛件的質(zhì)量穩(wěn)定性也有明顯提高。 2. 2．2 確定零件毛坯的機械加工余量 查機械工藝師手冊，將零件各加工面毛坯余量及公差列入下表2-1。 簡圖 表面代號 基本尺寸 余量 余量公差 備注 A1-A3 - - - 實心 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繪制軸的毛坯簡圖 標注毛坯的主要尺寸。如圖2-4 圖2-4 2. 3選擇飛輪的加工設(shè)備 加工設(shè)備的選擇 根據(jù)飛輪的工藝特征性，加工設(shè)備采用通用機床，即普通車床、插床、鉆床。工藝裝備采用通用夾具（三爪卡盤）、通用工具（標準車刀、插槽刀）、通用量具（游標卡尺、外徑千分尺等）。 2. 4 擬定飛輪的工藝路線及定位基準 表2-2 飛輪機械加工工藝路線 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 工藝裝備 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 非加工表面涂防銹漆 6 車 夾Φ100mm毛坯外圓，以Φ200mm外圓毛坯找正，車右端面，照顧22.5mm，車Φ200mm外圓至圖樣尺寸，鉆車內(nèi)孔Φ38+0.025 0mm至圖樣尺寸，倒角2×45 C620 7 車 倒頭，夾Φ200mm外圓，車左端大端面，保證尺寸95mm，車Φ100mm端面保證尺寸110mm，倒角2×45 C620 8 劃線 在Φ100mm圓的端面上劃10±0.018mm鍵槽線 9 插 以Φ200mm外圓及右端面定位，按Φ38+0.025 0mm內(nèi)孔中心線找正，裝夾工件，插10±0.018mm鍵槽 B5020專用工裝或組合夾具 10 鉆 以Φ200mm外圓及一端面定位，10±0.018mm鍵槽定向鉆4×Φ20mm孔 Z525專用鉆模 11 鉗 零件靜平衡檢查 專用工裝 12 檢驗 按圖樣要求，檢查各部尺寸及精度 13 入庫 入庫 工藝分析 1）飛輪為鑄件，在加工時應(yīng)照顧各部加工余量，避免加工后造成壁厚不均勻，如果鑄件毛坯質(zhì)量較差，應(yīng)增加劃線工序。 2）零件靜平衡檢查，可在Φ38+0.025 0mm孔內(nèi)裝上心軸，在靜平衡架上找靜平衡，如果零件不平衡，可在左大端面（Φ200mm與Φ160mm之間）上鉆孔減輕重量，以最后調(diào)到平衡。 3）Φ200外圓與Φ38+0.025 0mm內(nèi)孔同軸度檢查，可用心軸裝夾工件，然后再偏擺儀上貨V形塊上用百分表測出。 4）鍵槽10±0.018mm對Φ38+0.025 0mm內(nèi)孔軸心線的對稱度檢查，可采用專用檢具進行檢查。 1． 粗基準的選擇 ①選用的粗基準必須便于加工精基準，以盡快獲得精基準。 ②粗基準應(yīng)選用面積較大，平整光潔，無澆口、冒口、飛邊等缺陷的表面，這樣工件的定位才穩(wěn)定可靠。 ③當(dāng)有多個不加工表面時，應(yīng)選擇與加工表面位置精度要求較高的表面作為粗基準。 ④當(dāng)工件的加工表面與某不加工表面之間有相互位置精度要求時，應(yīng)選擇該不加工表面作為粗基準。 ⑤當(dāng)工件的某重要表面要求加工余量均勻時，應(yīng)選擇該表面作為粗基準。 ⑥粗基準在同一尺寸方向上應(yīng)只使用一次。 2. 精基準的選擇 （1）零件已加工的表面作為定位基準，這種基準稱為精基準。合理地選擇定位精基準是保證零件加工精度的關(guān)鍵。 （2）選擇精基準應(yīng)先根據(jù)零件關(guān)鍵表面的加工精度（尤其是有位置精度要求的表面），同時還要考慮所選基準的裝夾是否穩(wěn)定可靠、操作方便。 （3）精基準的選擇原則： ①基準重合原則。盡量選擇設(shè)計基準作為精基準，避免基準不重合而引起的定位誤差。 ②基準統(tǒng)一原則。盡量選擇多個加工表面共享的定位基準面作為精基準，以保證.各加工面的相互位置精度，避免誤差，簡化夾具的設(shè)計和制造。 ③自為基準原則。精加工或光整加工工序應(yīng)盡量選擇加工表面本身作為精基準，該表面與其他表面的位置精度則由先行工序保證。 ④互為基準原則。當(dāng)兩個表面相互位置精度以及各自的形狀和尺寸精度都要求很高時，可以采取互為基準原則，反復(fù)多次地進行加工。 任務(wù)實施 1、 選擇飛輪的粗基準和夾緊方案 選擇毛坯Φ100外圓作為粗基準，使用三爪卡盤能方便地加工兩端面和中心孔，可以僅僅、快獲得精基準，如圖2-5所示 圖2-5 2、 選擇飛輪的精基準和夾緊方案 2. 5設(shè)計飛輪的加工工序 2. 5. 1確定加工余量 主要由查表，配合經(jīng)驗法類比法確定加工余量及工序尺寸。 將相關(guān)數(shù)據(jù)列表2-3中。 表2-3 飛輪加工余量與工序尺寸表 工序號 加工表面 基本尺寸 加工余量 公差等級 工序尺寸及公差 表面粗糙度 μm 6 車右端面 110+2 2 110 12.5 鉆孔 Φ37 18.5×2 IT11 Φ37 12.5 擴孔 Φ37.8 0.4×2 IT10 Φ37.8 6.3 鉸孔 Φ38 0.1×2 IT7 Φ38+0.025 0 1.6 7 車左大端面 95+2 2 95 12.5 車Φ100端面 110+2 2 110 12.5 9 插槽 10 10 IT9 10±0.018mm 3.2 2. 5. 2確定切削用量 根據(jù)加工余量和裝夾情況，確定走刀次數(shù)和背吃刀量； 查表結(jié)合經(jīng)驗確定主軸轉(zhuǎn)數(shù)和刀具進給量，數(shù)據(jù)見表4-2 表2-4飛輪加工切削用量匯總表 工序號 加工部位 加工內(nèi)容 刀具材料 走刀 次數(shù) 背吃刀量 mm 主軸轉(zhuǎn)數(shù) r/.min 進給量 mm/r 6 右端面,Φ38+0.025 0內(nèi)孔 車右端面 硬質(zhì)合金 1 2 600 0.2 鉆孔 高速鋼 1 18.5×2 400 0.2 擴孔 高速鋼 1 0.4×2 600 0.3 鉸孔 高速鋼 1 0.1×2 150 0.2 7 左大端面，Φ100mm端面 車左大端面， 硬質(zhì)合金 1 2 600 0.2 車Φ100mm端面 硬質(zhì)合金 1 2 600 0.2 9 10±0.018mm鍵槽 插10±0.018mm鍵槽 硬質(zhì)合金 10 1 10 4×Φ20mm孔 鉆4×Φ20mm孔 高速鋼 1 20 400 0.2 2. 5. 3確定工時定額 因飛輪為成批生產(chǎn)，因此可以采用經(jīng)驗估算法計算各工序的工時定額。主要利用經(jīng)過實踐而積累的統(tǒng)計數(shù)據(jù)及進行部分計算來確定，計算結(jié)果見表4-3在實際生產(chǎn)中，時間定額需要不斷修正。 表2-5飛輪機械加工工時定額 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容 工序時間（分） 1 鑄造 鑄造毛坯 2 清砂 清砂 3 熱處理 人工時效 4 清砂 細清砂 5 涂漆 非加工表面涂防銹漆 6 車 車右端面 鉆車Φ38內(nèi)孔 15 7 車 車左端大端面 車Φ100mm端 5 8 劃線 在Φ100mm圓的端面上劃10±0.018mm鍵槽線 5 9 插 插10±0.018mm鍵槽 7 10 鉆 鉆4×Φ20mm孔 16 11 鉗 零件靜平衡檢查 12 檢驗 按圖樣要求，檢查各部尺寸及精度 2. 6 填寫零件的機械加工工藝文件 工藝文件是用于指導(dǎo)生產(chǎn)的重要文件。不同的生產(chǎn)綱領(lǐng)有不同的填寫工藝文件的要求，因為飛輪是大批量生產(chǎn)，所以需要填寫詳細的工藝工程卡和工序卡。見附件2。 第三章 飛輪的夾具設(shè)計 一、夾具和裝夾方式的選擇 在機床上加工零件時，為保證工件的加工精度和加工質(zhì)量，必須使工件位于機床上的正確位置，也就是通常所說的“定位”，然后將它固定也就是通常所說的“夾緊”。工件在機床上定位與夾緊的過程稱為工件的裝夾過程。 1．工件的定位原理 （1）六點定位原理 工件在空間有六個自由度，即沿X、Y、Z三個坐標方向的移動自由度和繞X、Y、Z三個移動軸的旋轉(zhuǎn)自由度A、B、C，如下圖所示。 要確定工件在空間的位置，需要按一定的要求安排六個支撐點也就是通常所說的定位元件，以限制加工工件的自由度，這就是工件定位的“六點定位原理”。需要指出的是，工件形狀不同，定位表面不同，定位點的布置情況也各不相同。 圖 數(shù)控機床的坐標軸 （2）限制自由度與工件加工要求的關(guān)系 根據(jù)工件加工表面的不同加工要求，有些自由度對加工要求有影響，有些自由度對加工要求無影響，對加工要求有影響的自由度必須限制，而不影響加工要求的自由度不必限制。 （3）完全定位與不完全定位 工件的六個自由度都被限制的定位成為完全定位，工件被限制的自由度少于六個，但不影響加工要求的定位，成為不完全定位，完全定位和不完全定位是實際加工中工件最常用的定位方式。 2．工件的夾緊 金屬切削加工過程中，為保證工件定位時確定的正確位置，防止工件在切削力、離心力、慣性力或重力等作用下產(chǎn)生位移和振動，必須將工件夾緊。這種保證加工精度和安全生產(chǎn)的裝置稱為夾緊裝置。 （1）對夾緊的基本要求 ① 工件在夾緊過程中，不能改變工件定位后所占據(jù)的正確位置。 ② 夾緊力的大小適當(dāng)，既要保證工件在加工過程中的位置不能發(fā)生任何變動，又要使工件不產(chǎn)生大的夾緊變形；同時也要使得加工振動現(xiàn)象盡可能小。 ③ 操作方便、省力、安全。 （2）夾緊力方向和夾緊點的確定 ① 夾緊力應(yīng)盡可能朝向主要定位基準，這樣可以保證夾緊工件時不破壞工件的定位，影響工件的加工精度要求。 ② 夾緊力方向應(yīng)有利于減少夾緊力，要求能夠在最小的夾緊力作用下，完成零件的加工過程。 ③ 夾緊力的作用點應(yīng)選在工件剛性較好的方向和方位上，這一原則對剛性較差的零件特別重要，可以保證零件的夾緊變形量最小。 3．夾具的選擇 數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求，一是要保證夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；二是要能保證零件與機床坐標系之間的準確尺寸關(guān)系。依據(jù)零件毛料的狀態(tài)和數(shù)控機床的安裝要求，應(yīng)選取能保證加工質(zhì)量、滿足加工需要的夾具。除此之外，還要考慮以下幾點： （1）當(dāng)零件加工批量不大時，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)夾具和其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準備時間，節(jié)省生產(chǎn)費用。在成批生產(chǎn)時可以考慮采用專用夾具，同時要求夾具的結(jié)構(gòu)簡單。 （2）裝夾零件要方便可靠，避免采用占機人工調(diào)整的裝夾方式，以縮短輔助時間，盡量采用液壓、氣動或多工位夾具，以提高生產(chǎn)效率。 采用可換鉆套 和V形塊做夾具 H = 1.5*d=1.5 * 38 = 57 h = 0.5*d=0.5 *38 = 19 致 謝 感謝柴老師長期以來悉心的指導(dǎo)和在設(shè)計過程中提的修改意見，讓我對飛輪工藝工裝設(shè)計有了較全面的了解，置身老師的指導(dǎo)過程中，不僅我的思想觀念煥然一新，也改善了我的思考方式，為日后的工作和更進一步的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)，也積累了許多寶貴的設(shè)計經(jīng)驗。 同樣感謝四年來給予我支持和幫助的所有老師和同學(xué)，他們讓我在這三年里學(xué)到了好多知識，豐富了我的大學(xué)生活，在即將結(jié)束的大學(xué)生活能夠讓我畫上圓滿的句號。 最后感謝我的爸爸媽媽，是他們含辛茹苦，一直在精神上鼓勵我，在經(jīng)濟上支持我，讓我圓滿完成學(xué)業(yè)，在次深表謝意。 21 參考文獻 [1]倪森壽主編，機械制造工藝與裝備，北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009. 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