凸轮轴的工艺规程及夹具设计毕业设计(编辑修改稿)

凸轮轴的工艺规程及夹具设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

控制作用，同时，还用来驱动分电器，汽油泵等辅助装置。 凸轮轴的结构特点和技术要求 各种发动机凸轮轴的结构基本差不多， 主要差别是凸轮轴的数量 、形状和位置不同，其中以四缸、六缸、八缸发动机的凸轮轴用的最多。 就凸轮轴的结构特点而言，其形状复杂，长径比大，工件刚性较差。 各种凸轮轴的技术要求 1）支承轴颈的尺寸精度及各支承轴颈间的同轴度。 2）止推面对于支承轴线的垂直度。 3） 凸轮轴基面的尺寸精度和相对于支承轴颈的轴线的同轴度。 4） 凸轮的位置精度。 5）凸轮的形状精度。 以发动机该凸轮轴为例具体说明 1）支承轴颈 两个支承轴颈的外圆尺寸 φ 82 mm 表面粗糙度 Ra≤ μm.。 2）凸轮 1， 2， 4， 5 位的凸轮基圆尺寸 R50177。 ， 3， 6 位的凸轮基圆尺寸 R45177。 ，表面粗糙度 Ra≤ μm。 3）法兰盘孔 左右法兰盘孔尺寸为 φ  mm。 4）轴上油壁孔 轴上油壁孔 尺寸为 φ 8 mm。 8 9 2 生产类 型的确定 根据设计认为书所给定的原始资料来确定生产类型。 设计任务书给出的资料显示并按车间的工作情况及工件的重量可知，按产量可分单位生产、小批量生产、中批量生产及大批量生产。 由《金属机械加工工艺人员手册》 表 155 查 零件重 48KG100KG，且年产量为 3000 件，属于中批量生产。 根据该生产特性可以初步确定零件的机械加工工艺过程 ， 由于中批量生产，一般采用高效 机床和专用机床 ； 对刀具一般采用通用刀具，也可以根据工厂实际情况采用专用刀具 ； 量具采用专用量具 ； 夹具使用专用夹具及辅助夹具来提高生产率 ， 同时节省了人力 、物力，达到经济可行的目的。 10 3 确定毛坯的种类 在制定工艺规程时，正确的选择毛坯具有重要意义。 它不仅影响毛坯的制造工艺设备 及制造费用，还影响零件的机加工工艺，设备和刀具的消耗及工时订额。 正确的选用毛坯需要毛坯制造和机加工工艺人员紧密配合，兼顾冷热加工两个方面的要求。 由于发动机工作时，凸轮轴承受气门开启的周期性冲击载荷。 所以，要求凸轮轴和支承轴颈表面应耐磨，凸轮轴本身应具有足够的韧性和刚性。 为此，凸轮轴的主要工作表面需经热处理。 对于凸轮轴材料目前国 内外主要选用铸 铁（冷硬铸铁，可淬硬铸铁，球墨铸铁）和钢（中碳钢 ， 渗碳钢）。 在国外，冷硬铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件高负荷的场合， 这在英国较为普遍，可淬硬的低合金铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件低负荷的场合，这在美国较为普遍，高合金铸铁和特殊合金铸铁凸轮轴则多用于高速发动机。 对于钢凸轮轴，一般是选用中碳钢和渗碳钢经热模锻制坯。 就毛坯精度来说，铸件的精度明显的高于锻件。 目前，国内外普遍趋向于精铸和精锻。 鉴于此，该凸轮轴选用 50Mn 材料毛坯由精锻而成。 11 4 机械加工工艺路线的拟定 机械加工工 艺规程的制定，可分为两大步骤 1）拟定零件的加工工艺路线； 2）确定每道工序的工序尺寸 、 所用设备和工艺装备及切削用量和工时定额。 加工工艺路线的分析 在凸轮轴的加工过程中的加工精度，其中受两个主要因素的影响： 1） 变形 从细长角度来说，突出的问题就是工件本身的刚度低。 切削加工时产生较大的受力变形，其表面余应力 也会影响其变形 ， 尤其在加工凸轮时，这种变形更为显著。 另一方面，采用材料为钢的凸轮轴在主要工作表面精加工产生变形。 凸轮轴在加工过程中的变形，不仅影响到后工序加工的余量分配是否均匀，而且变形过大会 导致后续加工无法进行，甚至造成中途报废。 凸轮轴加工后的变形，将直接影响到装配后凸轮轴的使用性能。 因此，在安排其工艺过程时，必须针对工件变形这一特点采取必要的措施 ， 不仅要把各主要表面的精度加工工序分开，以使粗加工事故时产生的变形在半精加工中得修正 ， 半精加工的变形在精加工中 也 得以修正。 2） 加工难度大 从形状复杂角度来讲，突出的问题就是凸轮的表面的加工。 对于这些表面，不仅有尺寸精度要求，还有形状位置要求。 如采用普通的加工设备和一般表面常规的加工方法，显然是无法保证其加工质量和精度。 例如对凸轮的加工，从满足使 用要求的角度来讲，既要求其相位角准确又要求凸轮曲线的行程满足气门开启和关闭时升降过程的运动为规律， 但要注意到凸轮曲线上的各点相对其转的中心是变化的。 当试用一般的 靠模机加工时，由于加工半径的变化，势必引起切削速度与切削力的变化，这样将会使加工后的凸轮曲线产生形状误差 ， 从而影响凸轮的使用性能。 12 凸轮加工工艺分析 定位基准的选择一般常规的方法是采用两顶尖作为轴类零件的定位基准。 这样避免了工件在多次装夹具中固定基准的转换而引起的误差，也可以作为后续工序的定位基准，即符合 “基准同意 ”的原则。 1） 粗基准 的选择 粗基准的选择是否合理，不仅关系到工件的装夹是否方便、可靠 ，也关系到精加工中能否保证加工精度。 该凸轮轴加工中粗基准是铣两端面并打中心孔 时定位基准的选择，其目的是加工出后续工序的精基准。 为保证后续工序余量均匀，选 用 支承轴颈的毛坯外圆柱面及一 个 侧面作为定位基准。 2） 精基准的选择 在凸轮轴的加工过程中，精基准选择有下面两种情况： 对于各支承轴颈、外圆表面的粗加工、半精加工、精加工均以两顶尖孔作为精基准进行定位的 ； 钻孔时以两支承轴颈作为基准进行定位。 加工阶段的划分与工序顺序的安排 1） 加工阶 段的划分 由于凸轮轴的加工精度较高，整个加工不可能在一个工序内全部完成。 为了利于逐步达到加工要求，必须把整个工艺过程分几个阶段。 该凸轮轴加工分为以下三个阶段 ： 粗加工阶段包括车各支承轴颈、车凸轮钻通孔、钻法兰盘孔 ； 半精加工阶段包括凸轮轴外形的初磨 ； 精加工阶段包括凸轮外形、支承轴颈的二次磨削。 2） 工序顺序的安排 对于凸轮、支承轴颈，是按车 ——初磨 ——精磨的顺序加工的。 各表面加工顺序从粗到精，且主要表面与次要表面加工工序相互交叉进行，而从整体上说又符合 “先粗后精 ”的原则。 加工工艺路线的拟定 综 上所述拟工艺路线如下： 工艺路线方案一： 13 工序号 工序名称 1 备料 2 锻模 3 热处理 4 探伤 5 铣端面 、 钻中心孔 6 精车两端面凸轮外圆面 7 调质 8 精车外圆面、左端面及凸轮圆 9 钻深孔 10 两端面顶尖孔倒角 11 加工法兰孔 12 锪倒角 13 仿形铣凸轮 14 精磨凸轮 15 钻铣轴壁孔 16 中频淬火热处理 17 法兰盘倒角 18 凸轮倒角 19 热处理 20 精磨凸轮 21 精磨轴 22 清洗、去孔内毛刺 23 最终检查 工艺路线 方案二 ： 工序号 工序名称 1 模锻 14 2 热处理 3 铣端面 、 钻中心孔 4 粗车凸轮 轴 各外圆面 5 调质处理 6 精车两端面凸轮外圆面 7 铣凸轮 8 钻通孔 φ 38 9 加工通孔两端 10 加工法兰盘孔 11 钻 、 锪轴壁油孔 12 粗磨凸轮 13 加工法兰盘倒角 14 加工凸轮倒角 15 精磨凸轮 16 精磨轴 17 终检 工艺方案比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一将整个过程的粗 —精加工分开加工，符合先粗后精的原则，且定位基准以孔（两顶尖孔）为基 准进行加工，符合基准统一原则。 而方案二虽然也符合基准统一原则，但先粗后精基准分开的不是太好。 孔加工由于切削力较大使工件变形也较大 ， 即使在以后的半精、精加工中也很难纠正 ， 而凸轮作为主要加工表面是不允许的。 因此 ，方案一较方案二好。 15 5 确定机械加工余量 工序尺寸及公差 根据机体最大外形尺寸为 810mm，毛坯采用精磨锻，选其加工精度等级为二级。 则由《金属机械加工工艺人员手册》表 4538 确定毛坯的加工余量。 1） 大端法兰面 表 工序 的 尺寸及 加工余量 工序名称 工序基本余量 工序精度 工序尺 寸 尺寸及 Ra 精铣 IT10 810 01810 Ra= 粗铣 1075 IT10  毛坯 —  2） 支承轴颈的加工 表 工序的尺寸及加工余量 工序名称 工序 基本余量 工序精度 工序尺寸 尺寸及 Ra 磨轴 IT5 810 Ra= 精车轴 IT7 粗车轴 IT9 Ra= 毛坯 — 3） 钻法兰盘孔 φ  mm 4） 锪法兰盘孔 φ 18 mm 5） 钻轴壁油孔 φ 8 mm 16 6 确定切削用量 工件定额切削力及功率 钻孔 1） 确定切削速度 V 由 《 金属机械加工工艺人员手册 》 表 1067 知 S= mm/r。 2） 计算轴向力 P 扭矩 M 的值 根据 《 金属机械加工工艺人员手册 》 表 1064 知 P= （公斤力） (61) M=31 （公斤力 毫米） (62) 则 P==（公斤力） M=31=（公斤 力 毫米） 3） 计算机动时间 T 根据 《金属机械加工工艺人员手册》 P987 知 T= Llsn (63) n=1000VD (64) 由公式 (64)得 n = 318  =967 mm/r l === mm 由公式 (63)得 T= 967 = min 铰 孔 1） 确定切削速度 V 根据《金属机械加工工艺人员手册》表 1063 C m / m i nvvv vxympvKT a f (65) 式中 T—— 刀具的 耐用度 S—— 进给量 D—— 孔。