需要購買對應 紙 咨詢 14951605 買對應的 紙 14951605 或 1304139763 本科畢業(yè)設計 (論文 ) 題目： 凸輪軸零件的數(shù)控加工工藝設計及數(shù)控編程 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2013 年 5 月 需要購買對應 紙 咨詢 14951605 I 凸輪軸零件的數(shù)控加工工藝設計及數(shù) 控編程 摘 要 這次畢業(yè)設計的目的就是要對軸類零件的數(shù)控磨削加工有所了解，凸輪軸是軸類零件中比較復雜的一種軸類。在磨削加工方面，凸輪軸也是比較難以加工的軸。本文則是從最開始的凸輪軸零件的工藝分析開始對凸輪軸進行全方位的分析關于材料的選擇，毛坯的確定，熱處理選擇，基本尺寸以及表面粗糙度的確定都參考了大量的相關書籍進行定性定量的選擇，中期的工序設定，以及關于加工步驟中的關于凸輪軸軸頸銑削的夾具設計，還有一些加工用量和加工余量的切削選擇和計算，最后還運用了數(shù)控技術和仿真技術對凸輪軸零件最終在電腦上進行數(shù)控模擬和 仿真加工生成零件。 關鍵詞 :凸輪軸 ； 工藝設計 ； 數(shù)控加工 需要購買對應 紙 咨詢 14951605 AM of nc C is NC of is of a In is to to of of of of a of as as AM of of to nc on to 需要購買對應 紙 咨詢 14951605 錄 1 緒論 . 1 和 件的特點及主要功能 . 2 控技術的相關知識 . 2 輪軸設計背景 . 5 輪軸設計方法 . 5 輪軸設計的作用 . 5 輪軸設計的結果和意義 . 6 2 凸輪軸零件的工藝分析 . 7 輪軸零件特點 . 7 藝設計原則及凸輪軸加工工藝分析 . 8 結 . 9 3 凸輪軸工藝設計 . 10 藝設計 . 10 藝特點 . 11 輪軸 工藝分析 . 12 4 夾具的設計 . 14 具的設計 . 14 端面車削 . 20 輪軸頸磨削 . 21 本章小結 . 22 5 凸輪軸的數(shù)控磨削加工編程及仿真 . 23 控編程 . 23 真加工 . 26 6 設計總結與心得 . 31 致謝 . 32 參考文獻 . 33 附錄 . 33 需要購買對應 紙 咨詢 14951605 要購買對應 紙 咨詢 14951605 V 1 緒論 1 1 緒論 凸輪軸是汽車發(fā)動機配 氣機構中重要的零件，凸輪軸的結構設計與加工質量好壞，直接影響發(fā)動機的性能。 凸輪軸專司控制內燃機進氣門和排氣門開啟和關閉的時間。就其功能而言，凸輪軸多少年來都沒有什么改變。自從氣門控制的內燃機問世以來，直至今天凸輪軸還是以曲軸轉速之半運轉。 但是，凸輪軸設計的發(fā)展從來都沒有停止過 :在現(xiàn)代發(fā)動機中，凸輪軸的位置已經從下置式改成了上置式。上置式凸輪軸通過挺桿、圓柱齒輪、鏈條、搖臂或者輥子隨動件驅動頂置式氣門。此外，由于采用多氣門的緣故，每一臺內燃機凸輪軸的數(shù)量也增加了。還開發(fā)了各種各樣可變氣門定時的凸輪軸。同時 ，在材料和制造工藝上也發(fā)生了改變。 近年來，又因環(huán)境保護的需要，正在開發(fā)低油耗、無污染的汽車發(fā)動機。為解決汽車尾氣無污染排放問題，實現(xiàn)發(fā)動機的高轉速、高輸出功率，許多發(fā)動機采用多氣門及配氣相位、氣門升程可變的結構，這就增加了氣門彈簧的載荷。同時，為降低油耗及摩擦損耗，輪與搖臂間采用滾子結構，凸輪與滾子的接觸面形成高壓力區(qū)。 另外，為達到汽車輕型化、低成本的目的，在不影響各個零件性能要求的前提下，應該使零件盡可能簡化加工、降低重量，材料使更趨合理。為實現(xiàn)上述目標，對發(fā)動機部件，尤其是凸輪軸的設計必須重新考慮， 要求其結構緊湊、質量小，能承受更高接觸壓力，更好的耐膠著、耐點蝕、耐磨損的能力。在配氣機構中，對凸輪軸各個部位的性能要求是不同的。 對于凸輪，要求耐磨損、耐膠著、耐點蝕 ;對于軸頸要求滑動性能好；對于軸則要求剛性、彎曲、扭轉性能好。傳統(tǒng)的凸輪軸主要是鑄造或鍛造加工而成，各部位金屬性能相同。 這種由單一金屬組成的凸輪軸很難達到上述要求。因此，質量小、加工成本低、材料利用合理的裝配式凸輪軸受到 了 業(yè)內人士的高度重視。 目前在汽車工業(yè)發(fā)達國家，裝配式凸輪軸制造新技術已應用于生產中。而且，這一改變進程還沒有到達發(fā)展的盡 頭，因為采用電磁氣門驅動系統(tǒng)的無凸輪軸內燃機離成批生產還需要時間。 凸輪軸是一種不斷地加速和減速的旋轉質量。這種加速和減速伴隨著能量的消耗。減輕凸輪軸的質量可以對內燃機節(jié)能發(fā)揮積極影響。所以今天凸輪軸上的創(chuàng)新往往與減輕重量分不開。畢業(yè)設計（論文） 2 和 件的特點及主要功能 美國公司開發(fā)的軟件，該軟件能夠完整的展現(xiàn)某一產品從設計，加工到生產樣本的全部工作流程，讓所有的用戶同時進行某一產品的設計工作流程，讓所有的用戶同時進行統(tǒng)一產品的設計工作。 它是一款全方 位的產品開發(fā)軟件，集合了眾多的功能。因此，自 1988 年問世以來，及引起 算機輔助軟件） /算機輔助教育） /算機輔助制造）界的極大震動。 美國 和司開發(fā)的 體化軟件。它是集二維繪圖，三維實體，曲面設計，體素拼合，數(shù)控編程，刀具路徑模擬及真實感模擬等功能于一身，對系統(tǒng)運行環(huán)境要求較低，使用戶無論是在造型設計， 床， 床，或 切割等加工操作中，都能獲得最佳效果。 而且 于 臺，支持中文環(huán)境，價位適中，對于廣大的中小企業(yè)來說是最理想的選擇。 控技術的相關知識 數(shù)控機床是采用數(shù)字化的信號進行對工件的自動生產制造的一種高效自動化設備。 它最早出現(xiàn)于二十世紀四十年代初期的美國的一個小公司，在制造飛機框架和直升機葉片時，利用全數(shù)字電子計算機對葉片輪廓的加工路徑精確地控制，直到 1952 年出現(xiàn)了世界第一臺數(shù)控機床 直線插補連續(xù)控制的三坐標立式銑床。 數(shù)控銑床主要用于加工平面和曲面輪廓的零件，還可以加工復雜型面的零件，如凸輪、樣板、模具、螺旋槽等。同時也可以對零件進行鉆、擴 、鉸、锪和鏜孔加工。它有適應性強、靈活性好，加工精度高、加工質量穩(wěn)定可靠，生產自動化程序高，生產效率高等等特點。 在利用數(shù)控機床進行生產制造前，我們必須先了解數(shù)控系統(tǒng)的功能及規(guī)格，因為不同的數(shù)控系統(tǒng)在編寫數(shù)控加工程序時，在格式及指令上是不完全相同的，而且不同的機床也有不同的操作面板。我們必須對使用的銑床操作熟練，對程軟件的熟練使用。 接著我們首先要認真分析零件圖，熟悉零件的加工工藝。選擇合要求、高效率的加工工藝；對其每個不同的加工選擇合理的刀具、夾具及切削用量、切削液。并 程軟件設置好 各參數(shù)，編好工件程序后， 擬定數(shù)控銑削加工工畢業(yè)設計（論文） 3 序卡片 ， 根據(jù)加工工序步驟，將對應步驟的加工程序 輸入到數(shù)控仿真銑床對零件進行仿真加工，并確定無錯誤便可到銑床車間將工件加工出來。 數(shù)控技術的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)（ 車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。 從目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面： 1高速、高 精加工技術及裝備的新趨勢 2五軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展 3智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢 數(shù)控技術和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎。這個基礎是否牢固直接影響到一個國家的經濟發(fā)展和綜合國力，關系到一個國家的戰(zhàn)略地位。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達國家均采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產業(yè)。 在我國，數(shù)控技術與裝備的發(fā)展亦得到了高度重視，近年來取得了相當大的進步。特別是在通用微機數(shù)控領域，以 臺為基礎的國產數(shù)控系統(tǒng)，已經走在了世界前列。 但是，我國在數(shù)控技術研究和 產業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術創(chuàng)新能力、商品化進程、市場占有率等方面情況尤為突出。 在新世紀到來時，如何有效解決這些問題，使我國數(shù)控領域沿著可持續(xù)發(fā)展的道路，從整體上全面邁入世界先進行列，使我們在國際競爭中有舉足輕重的地位，將是數(shù)控研究開發(fā)部門和生產廠家所面臨的重要任務。 在普通機床上加工零件時，首先應由工藝人員對零件進行工藝分析，制定零件加工的工藝規(guī)程，包括機床、刀具、定位夾緊方法及切削用量等工藝參數(shù)。同樣，在數(shù)控機床上加工零件時，也必需對零件進行工藝分析，制定工藝規(guī)程，同時要將工藝參數(shù)、幾何圖 形數(shù)據(jù)等，按規(guī)定的信息格式記錄在控制介質上，將此控制介質上的信息輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置，由數(shù)控裝置控制機床完成零件的全部加工。 我們將從零件圖樣到制作數(shù)控機床的控制介質并校核的全部過程稱為數(shù)控加工的程序編制，簡稱數(shù)控編程。數(shù)控編程是數(shù)控加工的重要步驟。 理想的加工程序不僅應保證加工出符合圖樣要求的合格零件，同時應能使數(shù)控機床的功能得到合理的利用與充分的發(fā)揮，以使數(shù)控機床能安全可靠及高效地工作。 一般來講，數(shù)控編程過程的主要內容包括：分析零件圖樣、工藝處理、數(shù)畢業(yè)設計（論文） 4 值計算、編寫加工程序單、制作控制介質、程 序校驗和首件試加工。 數(shù)控機床與加工， 數(shù)控機床是按照事先編制好的數(shù)控程序自動地對工件進行加工的高效自動化設備。數(shù)控加工就是將加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)輸入到機床，機床的控制系統(tǒng)對輸入信息進行運算與控制，并不斷地向直接指揮機床運動的電動機功能部件 機床的伺服機構發(fā)送脈沖信號，伺服機構對脈沖信號進行轉換與放大處理，然后由傳動機構驅動數(shù)控機床，從而加工零件。所以數(shù)控加工的關鍵是加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)的獲取，即數(shù)控編程。 數(shù)控編程， 數(shù)控程序的編制是指從分析零件圖樣開始到獲得正確的程序載體為止的全過程。 在數(shù)控機床上加 工零件時，首先要分析零件圖樣的要求、確定合理的加工路線及工藝參數(shù)、計算刀具中心運動軌跡及其位置數(shù)據(jù)；然后把全部工藝過程以及其他輔助功能 (主軸的正轉與反轉、切削液的開與關、變速、換刀等 )按運動順序，用規(guī)定的指令代碼及程序格式編制成數(shù)控加工程序，經過調試后記錄在控制介質 (或稱程序載體 )上，最后輸人到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中，以此控制數(shù)控機床完成工件的全部加工過程。 序中的每一指定皆有一定的固定格式，使用不同的控制器其格式亦不同，故必須依據(jù)該控制器的指令格式書寫指令，若其格式有錯誤，則程序將不被執(zhí)行而出現(xiàn)警示 訊息。 件是將加工零件以圖形形式輸人計算機，由計算機自動進行數(shù)值計算、前置處理，在屏幕上形成加工軌跡，及時修改，再通過后置處理形成加工程序輸人數(shù)控機床進行加工。自動編程的出現(xiàn)使得一些計算繁瑣、手工編程困難、或手工無法編出的程序都能夠實現(xiàn)。 然而本設計的零件銑床加工主要是用 件 行零件的畫圖和程序的編制。然后通過軟件后處理出機床能識別的 碼進行直接加工。 在自動編程過程中，加工工藝決策是加工能否順利完成的基礎，必須依據(jù)零件的形狀特點、工件的材料、加工的精度要求、表面粗 糙度要求，選擇最佳的加工方法、合理劃分加工階段、選擇適宜的加工刀具、確定最優(yōu)的切削用量、確定合理的毛坯尺寸與形狀、確定合理的走刀路線，最終達到滿足加工要求、減少加工時間、降低加工費用的目的。 數(shù)控仿真加工， 數(shù)控加工仿真軟件包括數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心等虛擬制造系統(tǒng)同步仿真操作功能；還能對加工的工件進行精確測量、智能測量等等的仿真操作。我們可以通過仿真軟件對零件進行模擬加工，從而達到熟練各種數(shù)控機床的操作面板，而且通過仿真軟件還能對加工程序的校正和加工工畢業(yè)設計（論文） 5 藝的優(yōu)化，最終達到簡化程序，減少加工錯誤，提高加工效 率。 輪軸設計 背景 這次畢業(yè)設計的目的就是要對軸類零件的半成品以后的磨削加工有所了解，也是為了鞏固所學的關于磨削加工的理論知識 ,培養(yǎng)分析和解決問題的能力 ,提高自己的數(shù)控加工軟件的設計應用能力 ， 讓我們綜合運用我們所學的機械設計基礎、數(shù)控編程、機械制圖、 術、機械制造工藝等知識，來完成凸輪軸零件的三維造型設計、凸輪軸零件工藝規(guī)程文件編制、相關數(shù)控程序編制和相關夾具的設計。 輪軸設計方法 常規(guī)設計方法 常規(guī)的設計方法就是傳統(tǒng)的設計方法。 他們是根據(jù)力學和數(shù)學建立的理論公式和經驗公式，運用 圖表和手冊等技術資料，以實踐經驗為基礎，進行設計計算、繪圖和編寫設計說明書，利用普通凸輪磨機床進行加工。 創(chuàng)新設計方法 現(xiàn)代設計方法強調是以計算機為工具，以工程軟件為基礎，運用現(xiàn)代設計理念，進行機械產品的設計。 如凸輪軸設計就是運用 助制圖，這樣就可以優(yōu)化設計，就可以提高其生產效率，降低原材料的浪費率。 輪軸設計的作用 凸輪軸是在綜合運用機械制圖、機械制造原理、機械制造工藝、機械加工、數(shù)控編程等多門課程的總結。通過這一環(huán)境的訓練，使我不但更加深入了解畢業(yè)設計的基本理論、基本知識、而且學會使用這 些理論、基本知識去了解解決工程中的問題。 凸輪軸是活塞發(fā)動機里的一個部件。凸輪軸的作用是控制氣門的開啟和閉合動作。凸輪軸的主體是一根與汽缸組長度相同的圓柱形棒體。上面套有若干個凸輪，用于驅動氣門。凸輪軸的一端是軸承支撐 點，另一端與驅動輪相連接。凸輪的側面呈雞蛋形。目的就是在盡可能短的時間內完成氣門的開、閉動作，保證汽缸充分的進氣和排氣。 畢業(yè)設計（論文） 6 輪軸設計的結果和意義 凸輪軸設計的結果 這次設計運用計算機輔助制圖軟件，優(yōu)化設計。在提高生產效率、提高產品質量的前提下，尋求最好的工藝方案，以至于減少砂輪的磨損。這些 將在工藝和編程上得到體現(xiàn)。 凸輪軸設計的意義 凸輪軸是一個精密零件，也是軸類零件中比較復雜的一種曲軸。它的磨削要求也比較嚴格，每一個凸輪的角度都要控制在公差范圍內。但是還有一些復雜的問題沒有得到改善，在工藝規(guī)程設計方面也欠佳，編程方面也不是很完好以及其他地方還存在很大的問題。 2 凸輪軸零件的工藝分析 7 2 凸輪軸零件的工藝分析 輪軸零件特點 凸輪軸生產線承擔每臺發(fā)動機凸輪軸的機加工，每臺發(fā)動機上使用一根凸輪軸。 材料： 20主軸頸及端面的硬度 40，凸輪 輪軸的 三維圖和簡圖 圖 輪軸三維圖 圖 輪軸二維圖 動機凸輪軸主要加工內容和精度要求 a. 支承軸徑 前軸徑前端 端 面粗糙度 文） 8 中間軸徑 面粗糙度 軸徑 面粗糙度 b. 凸輪 圖 輪形狀示意圖 圖中 O 點位凸輪旋轉中心。 以 O 點位中心的圓弧。 6 個凸輪基圓尺寸為 面粗糙度 各凸輪基圓相對與前后軸頸的 基準軸線的徑向跳動允差 凸輪基圓相對與前后軸頸的基準軸線的平行度允差 凸輪對稱中心線相對于鍵槽的相對位置偏差（相位角） 20 凸輪型線誤差作用段 輪型線誤差作用段 缸凸輪軸對鍵槽位置 1123220 c. 鍵槽 寬 稱度 藝設計原則及凸輪軸加工工藝分析 (1)保證工藝具有合理的先進性，再保證節(jié)拍的基礎上，吸收先進技術提高產品的競爭力。 (2)對于關鍵設備和技術，優(yōu)先考慮國內外可靠廠家的先進設 備。 (3)保證先進性與經濟性相結合，再保證產品質量的前提下，降低成本 (4)充分考慮各生產緩解的安全性和操作的方便性。 (5)在投資允許的情況下，盡量考慮柔性生產。 由于凸輪軸具有細長且形狀復雜的結構特點，技術要求又高，尤其是凸輪畢業(yè)設計（論文） 9 的加工，因此其加工工藝性較差。在凸輪軸的加工過程中，有兩個主要因素影響其加工精度。其一是易變形性，其二是加工難度大。 變形特性 從細長軸的角度來說，突出的問題就是工件本身的剛度低，切削加工時會產生較大的受力變形，其表面殘余應力也會引起變形。尤其是在加工凸輪和齒輪時，這 種變形會更為顯著。 凸輪軸在加工過程中的變形，不僅影響到后續(xù)工序加工中的余量分配是否均勻，而且變形過大會導致后序加工無法進行，甚至造成中途報廢。凸輪軸加工后的變形，將直接影響到裝配后凸輪軸的使用性能 2。 因此，在安排其工藝過程時，必須針對工件易變形這一特點采取必要的措施。不僅要把各主要表面的粗精加工工序分開，以使粗加工時產生的變形在精加工中得到修整，半精加工中產生的變形在精加工中得到修正，還必須在加工過程中增設輔助支承以采取分段加工等措施，這是保證凸輪軸加工精度所必須解決的問題。 工難度大 從形狀復雜的角度來說，突出的問題凸輪、齒輪這些復雜表面的加工。 對于這些表面，不僅有尺寸精度要求，還有形狀、位置精度要求，如采用普通的加工設備和一般表面常規(guī)加工方法，顯然是根本無法保證其加工質量和精度的。 例如對于凸輪的加工，從滿足使用要求的角度來說，既要求其相位角準確又要求凸輪曲線升程滿足氣門開啟和關閉時升降過程的運動規(guī)律，但注意到凸輪曲線上的各點相對其回轉中心的半徑是變化的，當選用一般的靠模機床加工時，由于加工半徑的變化，勢必引起切削速度和切削力的變化，加之工件旋轉時的慣性力和靠模彈簧張力的瞬間 變化，將會使加工后的凸輪曲線產生形狀誤差，即曲線的升程誤差，從而直接影響凸輪軸的使用性能。 結 綜上所述，雖然各種方案都各有優(yōu)點，但其技術的不成熟或者成本問題，都成為在國內實施的困難。考慮到成本及大批量生產，選擇成熟技術和成熟的設備，使工藝方案符合經濟性與合理性原則。 3 凸輪軸工藝設計 10 3 凸輪軸工藝 設計 藝設計 位基準的選擇 對于一般的軸類零件來說，其軸線即為它的設計基準。發(fā)動機凸輪軸遵循這一設計基準，由于凸輪軸各表面的加工難以在一次裝夾中完成，因此，減小工件在多次裝夾中的定位誤差，就成為 保證凸輪軸加工精度的關鍵。本文采用兩頂尖孔作為軸類零件的定位基準，這不僅避免了工件在多次裝夾中因定位基準的轉換而引起的定位誤差，也可作為后續(xù)工序的定位基準，即符合 “基準統(tǒng)一 ”原則。 這種方法不僅使工件的裝夾方便、可靠。簡化了工藝規(guī)程的制定工作，使各工序所使用的夾具結構相同或相近，從而減少了設計、制造夾具的時間和費用，而且有可能在一次裝夾中加工出更多表面。這對于大量生產來說，不僅便于采用高效專用機床和設備以提高生產效率，而且也使得所加工的各表面之間具有較高的相互位置精度。 工階段的劃分與工序順序的 安排 a. 加工階段的劃分 由于凸輪軸的加工精度較高，整個加工不可能在一個工序內全不完成。為了利于逐步地達到加工要求，所以把整個工藝過程劃分為三個階段，以完成各個不同加工階段的目的和任務。 發(fā)動機凸輪軸的加工的三個階段 3： (1) 粗加工階段包括車各支承軸頸、齒輪外圓軸頸和粗磨凸輪。該階段要求機床剛性好，切削用量選擇盡可能大，以便以提高生產率切除大部分加工余量。 (2) 半精加工是精車各支承軸頸和精磨齒輪外圓軸頸。該階段主要為支承軸頸齒輪的加工做準備。(3) 精加工包括精磨各支承軸頸、止推面和凸輪以及 斜齒輪加工。該階段加工余量和切削量小，加工精度高。 工藝編排：首先以 毛坯面為定位基準，然后以大端外圓的端面作軸向定位，具體每序的定位基準和夾緊位置，見表 3動機凸輪軸生產工藝畢業(yè)設計（論文） 11 簡介。 b. 工序順序的安排 加工順序的安排與零件的質量要求有關，工序安排是否合理，對于凸輪軸加工質量、生產率和經濟性都有很大影響。對于各支承軸頸是按粗車 精車精磨加工的，對于是按凸輪粗磨 精磨加工的，對于斜齒輪是按粗車 精車 精磨 滾齒加工的。各表面的加工順序按從粗到精、且主要表面與次要表面的加工工序相互 交叉進行，從整體上說，符合 “先粗后精 ”的加工原則。 輪形面的加工 在凸輪軸的加工中，最重要同時難度最大的是凸輪形面的加工。該形面的加工方法目前主要有車削和磨削兩種。 凸輪形面的粗加工目前在國內主要是凸輪軸車床車削加工，也有采用銑削加工和磨削加工的。如采用雙靠模凸輪軸磨床，機床有兩套靠模，當砂輪直徑在一定范圍內時，使用第一個靠模來工作。當砂輪磨損到一定程度時，靠模自動轉換，使用第二個靠模來工作 4。該磨床通過對砂輪直徑的控制來提高凸輪外形的精度，不僅提高了凸輪形面的加工精度，也使砂輪的利用更經濟 、合理。 發(fā)動機凸輪軸毛坯采用精鑄的方法制造，毛坯精度較高，切削量小，故采用磨削的加工工藝，簡化了凸輪形面的加工。 凸輪形面的加工采用磨削的方法，在凸輪磨床上完成粗磨及精磨的加工。工件安裝在兩頂尖之間并以鍵槽做軸向定位，在支承軸頸處安裝輔助支承保證凸輪形面的加工精度。 發(fā)動機凸輪軸形面的加工所采用的凸輪軸磨床是立方氮化硼磨床，該磨床能迅速地變換磨削的凸輪形狀，超過一般仿珩磨的生產率。機床具有較大的剛度，能承受大的工作負荷。由于立方氮化硼（ 輪的使用壽命高，因此，砂輪的直徑變化所造成的凸輪形狀誤差顯著 減小，也大大提高了凸輪形面的磨削精度。 藝特點 發(fā)動機凸輪軸工藝特點： a. 毛坯硬度高 （冷激區(qū) 非冷激區(qū) 02） b. 生產節(jié)拍 鐘 c. 輪軸數(shù)控車床用于支撐軸頸的粗加工 凸輪部分在鑄造時冷激，不需加工后淬火 d. 凸輪采用粗、精磨加工，以磨代車，凸輪輪廓直接磨削 e. 凸輪精加工采用全數(shù)控無靠磨磨削 畢業(yè)設計（論文） 12 f. 加工中主要定位基準中心孔采用打孔后修磨，保證加工質量 輪軸工 藝分析 產綱領 生產類型 生產綱領的大小對生產組織和零件加工工藝過程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度，以及所應選用的工藝方法和工藝裝備。 零件生產綱領可按下式計算： N=+a%+b%) 由此公式可以算的凸輪軸的年生產量為 5000 件，根據(jù)生產綱領和生產類型的關系可以確定其生產類型是大批量生產。 表 1 生產綱領與生產類型的關系 料選擇 凸輪軸材料的選擇：由于軸的載荷通常是變載荷，或變應力，故材料應具有較好的強度和韌性；對軸的表面與支承有相對滑動的軸，還須要求較好的耐磨性。 材料 ： 常用材料與熱處理：凸輪軸常用材料是 2020熱處理及主要機構性能（參考）如表 2 表 2 20要機構性能 材料牌號 熱處理 毛坯直徑 度拉強度極限 b (彎曲疲勞極限扭轉疲勞極限服極限s/0碳淬火 回火 15 30 60 表面0 850 650 650 550 400 400 375 280 280 215 160 160 處理分析： 生產類型 零件的年生產綱領（件） 重型零件 中型零件 輕型零件 單件生產 小批生產 中批生產 大批生產 大量生產 5 5 100 100 300 300 1000 1000 10 10 200 200 500 500 5000 5000 100 100 500 500 5000 500 50000 50000 畢業(yè)設計（論文） 13 軸類零件的熱處理是保證軸類零件性能的重要工藝過程，它對軸類零件的如下性能有著直接的影響 6： a. 軸類零件的制造精度：組織轉變不均勻、不徹 底及熱處理后形成的殘余應力過大軸在熱處理后的加工、裝配和使用過程中的變形，從而降低軸的精度，甚至報廢。 b. 軸類零件的強度：熱處理工藝制定不當、熱處理操作不規(guī)范或熱處理設備狀態(tài)不完好，造成被處理軸的強度（硬度）達不到設計要求。 c. 軸的工作壽命：熱處理造成的組織結構不合理、晶粒度超標等，導致主要性能如軸的韌性、抗磨損性能等下降，影響軸的工作壽命。 d. 軸的制造成本：作為軸制造過程的中間環(huán)節(jié)或最終工序，熱處理造成的開裂、變形超差及性能超差，大多數(shù)情況下會使軸報廢，即使通過修補可以使用，也會增加工 時，從而增加了軸的成本。 凸輪軸材料是 20強度和韌性要求比較高，而表面易磨損需滲碳。滲碳的目的就是增加軸的耐磨性能、表面硬度、抗拉強度及疲勞極限。滲碳以后首先要進行淬火，用來提高其硬度和強度極限。但淬火時會引起內應力使之變脆，所以淬火以后必須要回火，回火的目的就是用來消除淬火后的脆性和內應力，提高其塑性和沖擊韌度。 但是對于凸輪軸來說，半成品熱處理以前還有一道重要的工序，就是要對第一和第二個凸輪之間的外圓；第五和第六個凸輪之間的外圓用兩頂?shù)难b加方式進行粗磨。這樣做是因為軸類零件熱處理以后會產生變形， 既保證其同軸度。以便在熱處理以后以這兩個外圓為基準進行校核。 4 夾具的設計 14 4 夾具的設計 具的設計 磨床夾具按其通用化的程度和結構特點，可以分為通用夾具、專用夾具、組合夾具和成組可調夾具等等。凸輪軸加工時采用的是傳動夾頭，屬于組合夾具類型。 組合夾具是在夾具零部件標準化的基礎上發(fā)展起來的一種新型工藝裝備。它是由一套預先制造好的標準元件組裝而成的。這些元件有各種不同的形狀、不同規(guī)格的尺寸，它們相互配合部分的尺寸精度高、硬度高、耐磨性好，且具有完全的互換性。根據(jù)加工工藝的要求，可通過選擇和使用標準元件和組合元件，很快裝配出機械加工、檢驗、裝配等所需的夾具來。使用完畢，可方便地拆卸、清洗、存放、留待以后再使用。 組合夾具的特點： 1、靈活多變； 2、保證加工質量、提高生產效率； 3、節(jié)省人力和物力； 4、減少夾具存放面積。 組合夾具的元件按其用途不同可以分為八大類，即：基礎元件、支承元件、定位元件、導向元件、壓緊元件、緊固元件、輔助元件及合件。其中，緊固元件包括各種螺栓、螺釘、螺母和墊圈等，這些緊固元件均為常用的標準件。 本次夾具設計主要是應用于對凸輪軸的凸輪軸頸進行加工。由于凸輪軸在工作中需要很高的轉速承受很 大的轉矩， 因此 對凸輪軸軸頸的強度和可靠支撐方面的要求很高。而軸頸的同軸度需要也很高。由于進行大批量生產同一種凸輪軸所以設計一套專用的夾具。 凸輪軸的材料為 20由于凸輪軸頸的位置應該運用銑磨加工比較好。 該零件在數(shù)控磨銑加工前，工件是一個經過加工半圓槽的凸輪軸材料，凸輪軸上的半圓槽可以進行定位裝夾，無需進行另做工藝孔進行定位。 凸輪軸的組成幾何元素之間關系清楚，條件充分，編程時，所需基點坐標很容易求得。凸輪軸頸的的外輪廓面只要與加工刀具只有有垂直度的要求，只要提高裝夾精度，使凸輪軸頸與銑刀軸線垂直， 加 工凸輪軸頸的同軸度即可保證。 在設計夾具體的時候傳動板上的錐度孔要達到一定的高度才能在裝夾時保畢業(yè)設計（論文） 15 證凸輪軸磨銑的同軸度，因此傳動板的高度，中心孔的位置要自己設計，最后的夾具體 ， 如圖 示。 圖 夾具圖 傳動夾頭由非標準件手柄、定位銷、定位板、彈簧、螺母、壓蓋、定位螺釘、傳動板和標準件圓柱銷、螺釘組合而成。 畢業(yè)設計（論文） 16 圖 動板 傳動板是整個夾具的夾具體，也是夾具的關鍵部位 如圖 示 ，它上面有一個錐度孔，用來裝夾凸輪軸的錐形端 面。錐度孔和錐度面有自鎖，在磨削時對凸輪軸進行夾緊，限制其自由度。 圖 位板 定位板是通過定位螺桿固定在傳動板上，它的作用是用來放置定位銷 (示。 畢業(yè)設計（論文） 17 圖 柄 手柄是用來裝定位銷的，以便于定位銷在使用時方便。 (如圖 示 圖 位銷 定位銷是在加工時對凸輪軸進行定位，裝夾時定位銷應放在凸輪軸裝夾端的鍵槽內，限制凸輪軸的轉動和移動的自由度。 (如圖 示 。 (如圖 示 為夾具圖的 裝配三維圖和夾具圖的分解三維圖 。 畢業(yè)設計（論文） 18 圖 具三維裝配圖 圖 具三維分解圖 畢業(yè)設計（論文） 19 西安工業(yè)大學大學北方信息工程學院 機械加工工藝過程卡片 產品型號 零件圖號 產品名稱 凸輪軸 零件名稱 凸輪軸 共頁 第頁 材料牌號 45 鋼 毛坯種類 鑄件 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 1 每臺件數(shù) 備注 工序號 工序名 稱 工序內容 工段 設備 工藝裝備 工時 準終 單件 1 銑端面打中心孔 銑端面打中心孔 鉆銑組合機 2 校直 壓床 3 粗車軸頸外圓 車支承軸頸外圓等 凸輪軸軸頸車床 4 鉆孔 鉆 7 孔 鉆床 5 校直 校直 壓床 6 磨軸頸外圓 磨軸頸外圓 外圓磨床 7 車側面 車凸輪側面和連接軸頸等 凸輪軸車床 8 校直 校直 壓床 9 磨螺紋外圓 磨螺紋軸頸外圓等 外圓端面磨床 10 磨軸頸 磨五個支承軸頸外圓 外圓磨床 11 銑鍵槽 銑鍵槽 鍵槽銑床 12 粗磨凸輪 磨凸輪 凸輪磨床 13 銑螺紋 銑螺紋 螺紋銑床 14 去毛刺 去螺紋兩端毛刺 去毛刺機 15 清洗 清洗 清洗機 16 檢查 中間檢查 17 淬火 支承軸頸、螺紋表面淬火 18 淬火 凸輪、偏心輪淬火 19 修中心孔 修中心孔 立式鉆床 20 校直 校直 壓床 畢業(yè)設計（論文） 20 21 半精磨凸輪 磨凸輪 凸輪磨床 22 校直 校直 壓床 23 精磨端面止推面 精磨端面和止推面 端面外圓磨床 24 精磨軸頸 精磨支承軸頸外圓 外圓磨床 25 精磨凸輪 精磨凸輪 凸輪磨床 26 修正 修整螺紋和去毛刺 27 拋光 拋光 拋光機 28 校直 校直 壓床 29 清洗 清洗 清洗機 30 終檢 終檢 表 工工藝卡片 端面車削 a. 背吃刀量 選擇盡量大的背吃刀量，盡量在一次走刀中，把本工序加工應切除的加工余量切除掉。在粗加工時，當加工余量過大或工藝系 統(tǒng)剛性較差時，也可分兩次走刀。 在這一道工序中采用一次進刀： 選取 進刀量為 b. 進給量 f 定義：工件或刀具每轉一周時，刀具與工件在進給運動方向上的相對位移量。 查表選取 f 為 c. 切削速度 v (160 式中 為系數(shù)， m 為指數(shù) ,背吃刀量， f 為進給量，修正系數(shù) 。 查有關手冊，查得 m=算得出 v=s d. 加工工時 畢業(yè)設計（論文） 21 根據(jù)凸輪軸的零件圖得出 l=27表 j=(l+l1+（ f* =(27+5+2） /于有兩個端面需要車削，所以車削端面所用工時為 =輪軸頸磨削 a. 背吃刀量 選擇盡量大的背吃刀量，盡量在一次走刀中，把本工序