修平科技大學機械工程學系

進修部實務專題論文

預熱塞加工製作

材料加工

指導教授:洪振聰

班 級:四機三甲

組 長:陳鈺鎧 YA101002

組 員:江政憲 YA101036

組 員:楊家雄 YA101014

組 員:蕭宇志 YA101020

中華民國104年 6 月 30 日

摘要 預熱塞一個使用在柴油引擎啟動過程中的補助加熱器材。初期的預熱塞是由電

熱線捲成圈狀,安置在螺絲的一端,經由電瓶的通電加熱。經過不斷的改進,預熱

塞的發熱線圈改裝於保護管內,以免因氣缸內的高溫及腐蝕性氣體毀損,且預熱

過程改由繼電器及時間控制器來精確控制,以保護預熱塞,也耐用。材料分,可以

分為金屬電熱塞和陶瓷電熱塞。本專題,就針對預熱塞製造廠泰威工業生產之外

殼的加工,做製程規劃,為設計與 CNC實作加工,完成預熱塞外殼的製作。

I

致謝

專題製作中,感謝洪振聰老師指導我們如何把報告內容敘述的更好,讓我們可以

完成專題,也謝謝過去實習課的老師教導我們操作機器,加上業界所學的工作經

驗,也謝謝製作專題的同學互相幫忙一起完成。

II

目錄

摘要................................................................I

致謝...............................................................II

目錄..............................................................III

圖目錄...........................................................IIII

第一章 緒論.............................................1

1.1前言.........................................................1

1.2製作動機.....................................................1

1.3時間進度管制.................................................2

1.4工作分配.....................................................3

第二章 圖表.............................................4 2.1零件圖功用說明...............................................4

2.2工作圖.......................................................5

第三章名稱與材質........................................6 3.1材質名稱:S45C 中碳鋼.........................................6

3.2預熱塞簡介...................................................6

第四章 預熱塞加工製作...................................9 4.1使用的設備材料...............................................9

4.2CNC電腦車床.................................................9

4.3傳統車床....................................................10

4.4中心鑽......................................................11

4.5頂針........................................................11

4.6 游標卡尺...................................................12

4.7 外徑分里卡.................................................13

4.8 外徑車刀...................................................14

4.9 外牙刀.....................................................15

4.10 切斷刀....................................................16

第五章 加工順序與過程..................................17

第六章 加工完成與討論........................ .........25

參考文獻.......................................................26

附錄 CNC程式....................................................29

III

圖目錄 計畫進度管制.......................................................2

預熱塞展品.........................................................4

預熱塞繪製圖.......................................................5

預熱塞工作圖.......................................................5

線圈式預熱塞.......................................................6

封閉式預熱塞.......................................................7

柴油引擎汽缸蓋零件.................................................8

CNC車床...........................................................9

傳統車床..........................................................10

中心鑽,頂針........................................................11

游標卡尺...........................................................12

外徑分厘卡.........................................................13

外徑車刀35度.......................................................14

外徑牙刀,螺紋圖....................................................15

切斷車刀...........................................................16

夾爪,修夾爪........................................................17

加工刀具順序排列...................................................19

Z軸架刀,Z軸補正...................................................20

X軸架刀,X軸形狀補正...............................................21

鑽中心點,尾座......................................................22

加工程式,檢查程式,XZ軸補正........................................23

外徑車削,切斷車削,量測尺寸.........................................24

作品...............................................................25

IIII

1.1前言 預熱塞應用於柴油引擎,使用目的是在於啟動時將柴油瞬間加熱,並加壓使其氣

爆以推動活塞往復運動,進而產生傳動軸旋轉運動。

量產之預熱塞多以使用專用機生產,但對於新品開發,則須用傳統式 CNC 車床作

原理加工。

1.2製作動機 本專題是利用 CNC車床,配合泰威工業之新品原型之預熱塞外殼設計,進行產品

之開發設計,以評估其可行性。

產品之開發須著重開發的時程,時程要儘可能縮短,才可使產品能快速的進入市

場,以獲得最大的效益,預熱塞之外殼,是整體中成本最大的部分,因此尋求降低

成本與能快速製作完成,是本計劃的研究動機與重點。

1

1.3時間進度管制 專題分配內容分為確認題目,購買物品.找資料.量測工件.繪製圖.加工製作及報

告,實際計算各工作項目程度如下圖所示。

圖一 計畫進度管制

2

1.4工作分配 討論(陳鈺鎧.江政憲.楊家雄.蕭宇志)

收集資料與整理(陳鈺鎧.楊家雄.江政憲)

購買材料(江政憲.蕭宇志)

量測(蕭宇志.江政憲)

AutoCAD繪圖(江政憲.楊家雄)

零件加工(陳鈺鎧.江政憲.楊家雄.蕭宇志)

程式(陳鈺鎧.楊家雄.江政憲.蕭宇志)

作動(陳鈺鎧.楊家雄.江政憲.蕭宇志)

報告整合(江政憲.陳鈺鎧.楊家雄)

3

2.1零件圖功用說明

預熱塞（Glow Plug），俗稱電熱塞

圖二 展品

當柴油引擎啟動時，因為外部的低溫，使得依靠進氣、壓縮、爆炸、排氣循環

的過程，難以啟動引擎的循環，此時就需要補助加溫。這個裝置裝設在引擎氣

缸上部的預熱室，噴油嘴下方。

當柴油被噴出霧化時，會經過預熱塞而被加溫。當油氣被壓縮時，則容易爆

炸，

啟動引擎的循環，達到正常的引擎循環工作。

4

2.2預熱塞成品圖

圖三 預熱塞繪製圖

2.2.1工作圖

圖四 預熱塞工作圖

5

3.1名稱與材質 材質名稱:S45C中碳鋼

材質:中碳鋼含碳量在0.30-0.60%

中碳鋼的強度,硬度比低碳鋼高,而塑性,韌性比低碳鋼略低,熱鍛.熱壓性能良

好,冷加工變形能力居中等,切削性好,但焊接性較差。中碳鋼最適宜采用熱鍛.

熱沖壓和金屬切削加工。

應用：一般工程結構和普通機械零件。如 Q235可制作螺栓,螺母,銷子,弔鉤和不

太重要的機械零件以及建築結構中的螺紋鋼.型鋼.鋼觔等,制造重要機械零件的

非合金鋼,一般都要經過熱處理之後使用。

用 途：機械零件及構造用鋼。

3.2預熱系統簡介 柴油引擎之預熱系統,一般是將預熱塞裝在副燃燒室中,通以電流產生熱量,而將

副燃燒室內空氣加熱,以提高低溫啟動性。

預熱塞種類依構造不同分為線圈式(如圖五)及封閉式(如圖六)兩種。

(一)線圈式預熱塞的特性：

1、構造簡單,價格便宜。

2、必須串聯使用,屬於低電壓高電流型。

3、預熱時間較短。

4、可靠性差。(某一預熱塞燒壞，則全部預熱塞均不作用)

5、耐久性差,易於積碳或燒壞。

圖五 線圈式預熱塞

6

（二） 封閉式預熱塞的特性： 1、構造較複雜，製造成本高。

2、必須並聯使用，屬於高電壓低電流型。

3、預熱時間較長。

4、預熱塞發熱面積大，故引擎起動性能良好。

5、可靠性佳。 (封閉式預熱系統在預熱中若有一支預熱塞燒斷，其它缸的預熱

塞正常預熱，但是預熱時間會變長)

6、耐用性佳。(不易積碳及燒壞)

圖六 封閉式預熱塞

7

（三）汽缸蓋

1.裝設預燃室或渦流室及加裝預熱塞裝置。

2.構造較複雜除整體鑄造外，亦有採用2-3分離作業。

3.柴油壓縮壓力較高，故汽缸蓋螺絲較多且材質較好，使用材料有鉻鋼、鉻 鉬

鋼等。

4.預燃室，由與冷卻水接觸情況而定，可分濕式和乾式兩種。

. 圖七 柴油引擎汽缸蓋上之零件

8

4.1 使用的設備材料 首先我們先去材料行買幾隻中碳鋼回來,之後看缺哪隻刀具再到五金行買要用的

刀具或是中心鑽。

4.2 加工工具介紹

CNC車床 介紹

圖八 CNC車床

數控工具機是指可以透過事先編輯的精確指令進行自動加工的工具機。目前大

多數的數控工具機為電腦數值控制工具機(CNC),由電腦扮演整合控制的角色。

在現代的電腦數值控制系統中,工件的設計高度依賴電腦輔助設計(CAD)及電腦

輔助製造(CAM)等軟體。電腦輔助製造軟體解析設計模型並計算加工過程中的移

動指令,透過後處理器將移動指令及其他加工過程中需使用到的輔助指令轉換成

數值控制系統可以讀取的格式,之後將後處理器產生的檔案載入電腦數值控制工

具機中進行工件加工。

將程式指令輸入數控系統之記憶體後,經由電腦編譯計算,透過位移控制系統,將

資訊傳至驅動器以驅動馬達之過程,來切削加工所設計之零件。

數控系統可靠性是指在規定的條件下和規定的時間內,數控系統產品完成規定功

能的能力。

9

4.3 傳統車床介紹

圖九 傳統車床

車床主要用於加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件，是機械製造和修配

工廠中使用最廣的一類機床

車床配備各種專用刀具，可完成內外圓加工、鑽孔、車螺紋、切斷車槽、端面

加工、車外圓、鑽中心孔、車孔，鉸孔、車圓錐、車成形面、滾花、盤繞彈簧

等加工程序。

10

4.4 中心鑽介紹

圖十 中心鑽

定義 用於孔加工的預製精確定位,引導麻花鑽進行孔加工,減少誤差。

中心鑽是用於軸類等零件端面上的中心孔加工。

中心鑽

該產品切削輕快.排屑好。中心鑽有二種型:式A型:不帶護錐的中心鑽.B型:帶護

錐的中心鑽,加工直徑d=1~10mm的中心孔時,通常採用不帶護錐的中心鑽(A型):

工序較長,精度要求較高的工件,為了避免60度定心錐被損壞,一般採用帶護錐的

中心鑽（B型）。

4.5頂針 介紹

圖十一 頂針

頂心（頂尖、頂針）、牽轉具（夾頭、卡箍）（標準頂心）（活動頂心）

（Lathe center）頂心用來支撐工作物的,裝在主軸端稱活頂心又稱前頂尖,裝

在尾座稱為死頂心又稱後頂尖。頂心種類分為5種:普通頂心:普通用小工件頂

心:小件用 半頂心:用於切削端面 活動頂心:用於高速切削 傘形頂心:用於管或

中空之圓筒。

11

4.6 游標卡尺 介紹

圖十二 游標卡尺

工業上常用的測量長度的儀器,它由尺身及能在尺身上滑動的游標組成。若從背

面看,游標是一個整體。游標與尺身之間有一彈簧片,利用彈簧片的彈力使游標

與尺身靠緊。游標上部有一緊固螺釘,可將游標固定在尺身上的任意位置。尺身

和游標都有量爪,利用內測量爪可以測量槽的寬度和管的內徑,利用外測量爪可

以測量零件的厚度和管的外徑。深度尺與游標尺連在一起,可以測槽和筒的深

度。 尺身和游標尺上面都有刻度。以準確到0.1毫米的遊標卡尺為例,尺身

上的最小分度是1毫米,游標尺上有10個小的等分刻度,總長9毫米,每一分度為

0.9毫米,與主尺上的最小分度相差0.1毫米。量爪併攏時尺身和游標的零刻度線

對齊。

可以量測工件之用,量出數值。

12

4.7 外徑分里卡 介紹

圖十三 外徑分厘卡

測微器,中國大陸稱為千分尺(中國大陸的初中課本稱其螺旋測微器或測微器),

台灣稱為螺旋測微器.測微器,分厘卡,一種測量工具,用於精密測量小尺度的長

度。

從原理上,螺旋測微器可分為機械式測微器和電子測微器兩類。機械式測微器是

依據螺旋放大的原理製成的。

基本類型

分為3種：

外徑測微器（又名測微器卡尺）,通常用來衡量電線,球體,軸和塊。

內部測微器 ,用來測量直徑的孔。

深度測微器 ,深度槽措施和步驟。

工作原理

主尺的精密度:其最小刻度,常為 0.5 mm (在主尺中央標線兩側劃有刻度線,側

為整數刻度,一側為 0.5 刻度)。

螺旋測微器的精密度:副尺與主尺的配合而得,為副尺的最小刻度。

13

4.8 外徑車刀 介紹

圖十四 外徑車刀35度

碳化刀具為粉未冶金的產品，碳化鎢刀具主要成分為50%~90%鎢，並加入鈦、

鉬、鉭等以鈷粉作為結合劑，再經加熱燒結完成。

碳化鎢捨棄式車刀(Indexable turning tool): 使用各種碳化鎢刀片裝在不同

的車刀架上，可以用於車削外徑、內孔、車槽、切斷等等用途，如此刀刃鈍化

或崩裂時，可以更換另一刀口或換新刀片，是目前使用最廣的車刀種類，也是

最有效率的車削刀具。這種夠車刀稱為捨棄式車刀。

14

4.9 外牙刀 介紹

圖十五 外徑牙刀

螺紋車刀(牙刀)：用於車削螺桿或螺帽，依螺紋的形式分60度，或55度V型牙

刀，29度梯形牙刀、方形牙刀。

外螺紋車刀：用於車削外螺紋。

圖十六 車螺紋圖

15

4.10 切斷刀 介紹

圖十七 切斷刀

切斷車刀：只用端部切削工作物，此車刀可用來切斷材料及車度溝槽。

16

五.加工順序與過程 首先我們先把材料的尺寸量出來。

例:材料長150mm 寬15mm。

去拿跟你工件一樣15mm的夾具來夾持,夾持長60-65mm。

圖十八 夾爪

之後夾爪裝到機台上,夾爪如果剛好可不用修,如果有點差異就要修夾爪。

圖十九 修夾爪

如果有修夾爪要拿C行盤 油壓夾持力也不要太大或太小,大概在6-7左右。

17

加工刀具順序排列

圖二十 1號中心鑽3mm

圖二十一 2號35度外粗車刀

粗車刀:主要是用來切削大量且多餘部份使工作物直徑接近需要的尺寸。粗車時

表面光度不重要,因此車刀尖可研磨成尖銳的刀峰,但是刀峰通常要有微小的圓

度以避免斷裂。

圖二十二 3號外徑牙刀P1.0

18

圖二十三 4號35度外精車刀

精車刀:此刀刃可用油石礪光,以便車出非常圓滑的表面光度,一般來說精車刀之

圓鼻比粗車刀大。

圖二十四 5號切斷刀3mm

刀具按照加工順序,排列完成後檢查看有刀片需要換或是還沒裝上刀片的都裝上

去,好了之後就開始架刀。

19

再夾工件之前先調右邊的油壓表,壓力值要15-16左右,之後把工件夾上去了,先

手動把平面修好,工件夾持上去。之後開始架刀,先重Z軸開始。

圖二十五 Z軸架刀

把你排的粗車刀當基準刀,用基準刀架刀先把工件平面修過

X軸往上拉,然後在面板工件移的測定值打Z0. 測量。

之後你要用的刀具都要去摸到那個平面,退0.01mm到形狀的Z軸打Z0.

測量 即可。

圖二十六 Z軸補正值

20

然後換架X軸,當X刀間摸到工件,Z軸往外拉到不會摸到工件之後往下進刀

把X軸的工件黑皮修過,之後Z軸往回拉.X軸不動 假設量起來14mm.就在形狀

那邊,例:一號刀就在一號刀上打X14. 測量 有用到哪幾隻就架哪幾隻刀具。

圖二十七 X軸形狀補正

圖二十八 X軸架刀

完成之後開始寫程式。

圖二十九 形狀補正

21

附錄CNC程式 O0015;

N1 G97 S1800 M3 T0101; 中心鑽

G0 Z2. M8;

X0.;

G1 Z-4. F0.1;

G4 X0.05;

G0 Z2.;

X130.;

M1;

M14; 尾座進

N2 G97 S2000 M3 T0202;

G0 X18. Z2. M8;

X13.;

G1 Z-84. F0.15;

G0 U1. Z1.;

X11.6;

G1 Z-84. F0.15;

G0 U1. Z1.;

X9.9.;

G1 Z-74.85 F0.15;

G0 U1. Z1.;

X8.5;

G1 Z-55.85 F0.15;

X9.9 Z-56.85 F0.1;

W-0.5;

G0 U5. Z-69.05;

G1 X9.9 F0.1;

X8.4 Z-70.05

Z-74.85;

G0 X15. W1.;

Z1.;

X6.8;

G1 Z0. F0.1;

X8.6 Z-1.7;

W-0.5;

G0 X130. Z1.;

M1;

N3 G97 S2100 M3 T0303;

M8 G0 X12. Z-54.;

G92 X9.6 Z-72.7 F1.0;

X9.3;

X9.;

27

X8.62;

G0 X15.;

X130. Z1.;

M1;

N4 G97 S2000 M3 T0404;

G0 X6.6 Z1. M8;

G1 Z0. F0.1;

X8.3 Z-1.8;

Z1.;

Z-56.05;

X9.775 Z-57.05;

W1.;

Z-68.85;

X8.175 Z-69.85;

G0 X13.;

Z-75.;

G1 X8.175 F0.1;

G0 X15. W0.2;

Z-69.85;

G1 X8.175 F0.1;

Z-75.05;

X10.;

X11.4 C0.7;

Z-80.5;

G0 X130. Z1.;

M1;

N5 G97 S2100 M3 T0303;

M8 G0 X12. Z-54.;

G92 X8.62 Z-72.7 F1.0;

G0 X15.;

X80. S900 Z1.;

M1;

M15; 尾座退

N6 G97 S800 M3 T0505;

G0 Z-83.05 M8;

X15.;

G1 X7. F0.08;

G0 X15.;

Z-82.05;

G1 X11.4 F0.1;

X10. C0.7;

W-1.;

X2. F0.08;

28

G0 X18.;

X130. Z2.;

M1;

M9;

M5;

M30;

%

29

一開始用中心鑽去鑽工件的中心點。

圖三十 鑽中心點

鑽好之後用頂針去頂住工件,之後換外粗車刀開始車削。

圖三十一 尾座

22

加工時檢查程式看是否有錯誤。

圖三十二 加工程式

圖三十三 檢查程式

如果車出來的尺寸不一樣就要改程式,或尺寸不對可以做補正動作要到摩耗或形

狀補正,看幾號刀具就補正幾號刀具。

圖三十四 XZ軸補正

23

車削過程

圖三十五 外徑車削

車完後準備要切斷

圖三十六 切斷車削

切斷後,用量具把尺寸都量一次,就完成了。

圖三十七 量測尺寸

24

六.加工完成與討論 雖然一開始做專題的時候覺得有點難,之後問了一些朋友或同學還有組員的討論

大家開始做的時候才覺得沒這麼難,只是我們沒買到這麼長的鑽頭可以鑽,一開

始我寫的程式有些地方不太好,有朋友跟我說哪裡要改一下,之後剩下的就比較

沒問題了,還是順利把工件做出來,謝謝老師與同學以及朋友的解說。一開始架

刀遇到困難,工件伸出太長工件旋轉在架刀時都會有鈍刀痕跡所以不能快.只能

慢慢用了,所以架刀好之後還要到摩號補個0.1mm因為沒不會車的太小不能重修,

不過大家還是互相把工作做好,雖然在專題內容上有點問題不過還是有洪振聰老

師的幫忙下,趕快把內容修改好。

圖三十八 作品

25

參考文獻

1.預熱塞的介紹 網址:https://zh.wikipedia.org/zh-

tw/%E9%A0%90%E7%86%B1%E5%A1%9E

2.預熱塞 線圈式與(封閉式)

網址:http://www.tyai.tyc.edu.tw/am/mtkao/file/car/d/car-d8.pdf

3. CNC 車床教學 網址:

http://web.tiit.edu.tw/acof/accu/word/%E6%94%B9%E9%80%B2%E6%95%99%E5%AD%B8/99%E6%88%90%E6%9E%9C%E5%A0%B1%E5%91%8A/%E6%95%99%E6%94%B9%E9%80%B2-099C-006%E6%88%90%E6%9E%9C%E5%A0%B1%E5%91%8A(%E9%99%B3%E5%BE%B7%E6%A5%A8).pdf

4.現代柴油引擎新科技裝置(第二版) 作者:黃靖雄.賴瑞海 出版:全華

http://www.books.com.tw/products/0010569052

26