汽车轮毂零件的数控编程加工设计

题目：汽车轮毂模具型腔数控加工班级：姓名：专业：指导教师：答辩日期：目录摘要 (4)1. 前言1.1数控机床的发展阶段及发展趋势 (5)1.2轮毂简介 (5)2.课题的提出 (6)3 材料的选择及性能3.1 概述 (7)3.2材料的成分及性能 (7)3.3 热处理 (8)4 刀具的种类及特点4.1 数控加工刀具的种类 (10)4.2 数控加工刀具的特点 (11)4.3数控加工刀具的选择 (11)5 夹具的选择5.1 夹具的组成 (12)5.2 夹具的功用 (12)6 轮毂模具型腔加工工艺分析6.1 数控加工工艺分析的一般方法 (14)6.2工件的装夹 (15)6.3选择对刀和换刀点 (16)6.4确定进给路线 (16)6.5加工余量的确定 (17)7 轮毂模具型腔的设计7.1 轮毂模具型腔的工艺特点 (18)7.2 数控加工工艺主要分析的内容 (18)7.3 数控编程 (19)8.结论 (34)9.将来展望 (35)9.参考文献 (38)10.感谢 (39)摘要随着市场全球化的发展，跨国公司纷纷在我国投资，或加大在我国的采购份额。

目前，具有较多优势的轻合金材料已逐步广泛的应用于各个领域，特别是伴随着汽车、摩托车制造业的发展，铝镁合金材料成形及其车轮制造业得到了前所未有的发展机遇。

21世纪的经济全球化浪潮，推动了汽车工业的市场一体化、分工专业化、产业规模化的快速发展，铝镁合金车轮企业也已形成向多家汽车厂供货、跨国供应的局面。

作为汽车零部件行业的一部分，铝车轮行业的发展与全球汽车行业发展紧密相关。

从全球看，汽车行业是个成熟的市场，增长缓慢，过去7年(1999-2005)全球汽车产量的复合增长(CAGR)只有 3.6%。

而中国汽车市场则进入快速发展时期，同期的复合增长率达19.6%。

从总量看，2005年全年汽车产量6653万辆，其中中国的汽车产量570万辆。

从汽车保有量看，2004年全球汽车保有量约为85,477万辆，同期中国汽车保有量为约2694万辆。

在论文中，以加工成形为主线，同时介绍了毛坯材料的选择，由材料的力学性能、化学性能以及物理性能等确定热处理，还有夹具、刀具和刀具材料的选择，以及加工工艺分析和最终的由MasterCAM加工成实体，最后由计算机控制的数控机床进行加工，它在实际生产中结合了刀具，工件，机床的性能与企业自身的实际情况积累的加工实例，工艺参数和经验等。

1. 前言1.1数控机床的发展阶段及发展趋势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。

从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了46年历程。

数控系统由当初的电子管式起步，经历了以下几个发展阶段：分立式晶体管式--小规模集成电路式--大规模集成电路式--小型计算机式--超大规模集成电路--微机式的数控系统。

到80年代，总体发展趋势是：数控装置由NC向CNC发展；广泛采用32位CPU组成多微处理器系统；提高系统的集成度，缩小体积，采用模块化结构，便于裁剪、扩展和功能升级，满足不同类型数控机床的需要；驱动装置向交流、数字化方向发展；CNC装置向人工智能化方向发展；采用新型的自动编程系统；增强通信功能；数控系统可靠性不断提高。

总之，数控机床技术不断发展，功能越来越完善，使用越来越方便，可靠性越来越高，性能价格比也越来越高。

到1990年，全世界数控系统专业生产厂家年产数控系统约13万台套。

国外数控系统技术发展的总体发展趋势是：1 高速、高精加工技术及装备的新趋势2、轴联动加工和复合加工机床快速发展3、智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势4、重视新技术标准、规范的建立1.2轮毂简介现在，几乎所有的新车型都采用了铝合金轮毂，并且很多车主朋友也将原来车上用的轮毂换成铝合金轮毂。

在这里，我们就向大家介绍铝合金轮毂的特点。

铝合金轮毂有重量轻、成本低、强度高的优点，而且铝有较强的导热性能，可大大延长汽车、摩托车轮胎使用寿命，特别是高负载卡车轮胎的寿命。

铝合金轮毂以其美观大方、安全舒适等以下特点：⑴、安全对于高速行驶的汽车来说，因轮毂变形、制动等产生的高温爆胎、制动效能降低等现象已屡见不鲜。

而铝台金的热传导系数比钢、铁等大三倍，散热效果自然要好得多，从而增强了制动效能、提高了轮胎和制动盘的使用寿命、有效的保障了汽车的安全行驶。

⑵、舒适装有铝合金轮毂的汽车一般都采用子午线轮胎。

子午线轮胎的缓冲和吸震性能优于普通轮胎。

这样，汽车在不平的道路上或高速行驶时，舒适性将大大提高。

⑶、节能由于铝台金轮毂重量轻(与同样规格的铝或钢轮毂相差约2kg)、制造精度高，所以在高速转动时变形小、惯性阻力也小。

这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。

２.课题的提出近年来，随着国际市场上车轮生产厂商生产工艺的不断改进，欧美车轮行业逐步用强旋铝合金轮毂取代传统的车轮生产工艺，国内车轮行业也在朝着先进的铝合金车轮生产工艺方面发展。

镁合金作为最轻的结构材料及可回收的绿色材料近年来备受关注。

在汽车工业、电子工业、国防工业等领域的应用增长势头强劲。

目前用于汽车上的镁合金零件至少有60种，主要有仪表盘、座椅骨架、方向盘、引擎盖、变速箱、进气歧管、轮毂等。

德国大众公司预测在未来5年内每辆汽车上的用镁量可以达到60-80kg（1）。

近年来，随着原镁材料价格的下降，镁合金成形工艺技术及其装备水平的提高，以及镁合金防腐工艺的改善，镁合金轮毂在汽车、摩托车、自行车上的使用将越来越多。

目前，镁合金轮毂在批量生产的汽车、摩托车及自行车上的应用还只是处于起步阶段，要达到目前铝合金轮毂的使用量，还有很多研究工作要做。

尤其在我国，尚不具备镁合金轮毂生产的技术和能力。

因此，在“十五”科技攻关重大专项“镁合金开发应用及产业化”项目中, 将镁合金汽车轮毂和摩托车轮毂的大规模生产技术与商业化应用为技术突破和产业化目3 刀具的种类及特点3 材料的成分及性能3.1 概述选择合理性的标志，应是在满足零件的性能要求的条件下最大限度地发挥材料潜力，做到既要考虑提高材料强度的使用水平，同时也要减少材料的消耗和降低加工成本。

同时要适应加工设备条件而设计加工工艺。

选择的一般原则，首先是满足零件使用性能的前提下，现时考虑工艺性、经济性。

只要根据我国的资源情况尽量选择材料。

综合考虑，汽车轮毂材料采用最常用的中碳优质钢45钢。

45钢是机械制造中广泛使用的中碳优质碳素钢，淬透性较低，水淬容易变形和开裂，经适当热处理后具有高的强度，通常在调质或正火状态下使用。

为了保证有必要的韧性，并消除其残余应力，应在淬火再回火后成索氏体。

该钢具有良好的切削加工性能，冷变形塑性中等，钢丝可供冷镦。

可焊接，但焊接前需预热，焊后需退火处理。

3.2 材料的成分及性能3.2.1概述机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。

金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。

含碳量小于2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2%的称为铁。

45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。

3.2.2 45钢的化学成分45钢可用以制造强度要求高的零件，为使零件表面有良好的耐磨性，需要进行高频或火焰表面淬火。

3.2.3 45钢的物理性能3.3 热处理由于45钢本身具有缺陷，如裂纹、折叠、疤痕、氧化脱碳和锈蚀等，这也是造成质量不高和寿命短与早期失效的致命原因，为了提高模具的使用寿命，可以通过热处理来改变。

热处理分为退火、淬火、回火等，由于手机模具采用的是45钢，为了提高它的硬、耐磨性和经济性选用回火。

因为回火是淬火钢在相变点以下的温度下进行再加热、使碳化物析出、消除淬火结晶畸变、增加韧性，或使残余奥氏体分解、使工件变成较稳定状态的热处理方法，因此回火作为最终热处理是不应再有缺陷的重要工艺。

钢的淬火组织是由马氏体加残余奥氏体和碳化物等所组成的，可是在常温下，马氏体处于含碳过饱和状态，奥氏体是不稳定组织，因此，在回火再加热时，能看到分解成稳定的铁素体加碳化物，回复到平衡状态的现象。

这种变化随着温度和时间的增加呈连续的变化。

观察这种组织变化过程时，可按照回火温度的增高分为四个阶段。

1）回火第二阶段第一阶段是70~200℃，淬火马氏体分解成低碳马氏体和ε碳化物并消除内应力。

这种变化在接近200℃时就加快了，在它以下的温度就缓慢了。

2）回火第二阶段在第二个阶段，在200~300℃下残余奥氏体分解成马氏体的变化，第二阶段的一部分过程在第一阶段中同时发生变化，这时生成了二次马氏体，若不进行再回火，韧性就要受影响。

3）回火的第三阶段在250℃以上的第三阶段中，在第一、第二阶段生成的马氏体加ε转变成铁素体加θ（渗碳体），随着温度增高发生连续的软化过程。

4）回火的第四阶段第四阶段是含有V、W等碳化物生成元素的合金钢，在约500℃以上的置换形扩散自由进行的温度下，伴随有稳定的碳化物析出和扩大的变化。

综上所述，为了适应汽车轮毂所具有的性能应把回火控制在第三阶段，温度控制在250℃附近。

虽然回火温度重要，但回火保温时间也会对所得的结果产生显著影响，所以必须慎重加以考虑。

为了不致错误地决定回火保温时间，必须掌握保温时间与温度的关系，回火温度均匀后的保温时间与零件的大小无关，绝对值由钢种决定，但是，实际上必须考虑与温度有关联的变化，所以这里的保温时间定为30分钟4 刀具的种类及特点4.1 数控加工刀具的种类1）数控加工刀具从结构上可分为：①整体式；②镶嵌式．它可以分为焊接式和机接式。

机接式根据刀体结构不同，可分为可转位和不转位。

③减振式，当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具；④内冷式，切削液通过刀体内部由颐孔喷射到刀具的切削刃部；⑤特殊型式，如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。

2）数控加工刀具从制造所采用的材料上可分为：①高速钢刀具；②硬质合金刀具；③陶瓷刀具；④立方氮化硼刀具；⑤金刚石刀具。

3）数控加工刀具从切削工艺上可分为：①车削刀具，分外因、内孔、外螺纹、内螺纹，车槽、切人、切割等多种；②钻削刀具，分小孔、短孔、深死、攻螺纹、铰孔等；③铿削刀具，分粗铝、精蝗等刀具；④铣削刀具，分面铣、立铣、三面刃铣等刀具。

⑴车削刀具常规车削刀具仍为方形刀体(外表面)或圆接刀杆(内表面)。

方形刀体一般用槽形刀架螺钉紧因方式固定。

圆柱刀扦是用套筒蝇钉紧固方式固定。