畢業(yè)論文：汽車凸輪軸加工工藝分析

1、 編號: 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告書2010年01月20院（系）機電工程系專 業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化姓 名學(xué) 號論文（設(shè)計）題目汽車凸輪軸加工工藝分析一、選題目的和意義凸輪軸作為汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)中的關(guān)鍵部件，其性能與質(zhì)量直接影響著發(fā)動機整體性能。因此凸輪軸的材料及其加工工藝均有特殊要求，合理的加工工藝對于控制凸輪質(zhì)量、降低加工成本、減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及合理布置凸輪軸生產(chǎn)線具有很大的現(xiàn)實意義。因此對于汽車凸輪軸的加工擁有十分廣闊的發(fā)展前景和市場。二、本選題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究報告依據(jù)國家統(tǒng)計局、國家海關(guān)總署、商務(wù)部、中國汽車工業(yè)協(xié)會、汽車零部件行業(yè)協(xié)會、海外500多種相關(guān)報紙雜志的信

2、息以及我中心對全國各地區(qū)的市場調(diào)查獲得的第一手資料，對我國汽車凸輪軸行業(yè)的市場規(guī)模與前景、供給與需求狀況及各種汽車凸輪軸市場進行了分析，并重點分析了汽車凸輪軸市場狀況，探討了汽車凸輪軸業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，并對行業(yè)內(nèi)重點企業(yè)的經(jīng)營策略和發(fā)展動向進行了深入分析，對汽車凸輪軸行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢和業(yè)內(nèi)企業(yè)發(fā)展策略進行了研判，是汽車凸輪軸生產(chǎn)企業(yè)、科研單位、經(jīng)銷企業(yè)等單位準確了解目前汽車凸輪軸行業(yè)發(fā)展動態(tài)，把握企業(yè)定位和發(fā)展戰(zhàn)略不可多得的決策參考。 三、課題設(shè)計方案 主要說明：研究（設(shè)計）的基本內(nèi)容、觀點及擬采取的研究途徑和方法。 對于凸輪軸的加工特點,結(jié)合工廠的實際,在建立一條集先進性與經(jīng)濟性統(tǒng)一的凸輪軸生產(chǎn)

3、線的過程中,從前期規(guī)劃開始,對凸輪軸的加工工藝設(shè)計和質(zhì)量控制進行了深入的分析、研究。 建立了用數(shù)控?zé)o靠模方法,恒線速磨削凸輪時所需的砂輪中心坐標(biāo)等數(shù)學(xué)模型,對凸輪廓形進行計算和推倒，對凸輪輪廓的加工進行了探討并提出適用于該車型用發(fā)動機凸輪軸的加工方法。并引入了統(tǒng)計過程控制理論，在生產(chǎn)線上運用均值-極差控制圖,使整個生產(chǎn)過程處于控制狀態(tài)。四、計劃進度安排 主要說明：起止時間及分階段的進度要求。09-10-1學(xué)期第20周學(xué)生選課題，師生見面。交課題說明書。09-10-1學(xué)期第21-22周 確定選題，查閱相關(guān)資料，書籍，完成開題報告，提交老師批閱。09-10-2學(xué)期第1-4周 開始對論文構(gòu)思，整理出

4、整體框架，查閱相關(guān)資料，書籍寫論文。 09-10-2學(xué)期第5周 提交論文期中檢查，供老師審閱批改。09-10-2學(xué)期第7-8周 完成論文并提交論文，審查09-10-2學(xué)期第9-10周 答辯五、主要參考文獻陳金貴.凸輪制造技術(shù)m.北京:機械工業(yè)出版社,2003.路長厚 艾興.國內(nèi)外砂輪平衡技術(shù)發(fā)展?fàn)顩rj.磨床與磨削.虞至正.凸輪磨削技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)代新概念的凸輪軸磨床j.北京汽車,2004(4).汪學(xué)明.數(shù)控凸輪軸磨床的應(yīng)用與研制概況j.磨床與磨削.齊治昌.數(shù)值分析與應(yīng)用m.北京:國防工業(yè)出版社,2007.指導(dǎo)教師意見及建議： 簽名： 年 月 日教學(xué)單位領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見： 組長簽名： 年 月 日畢

5、業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查表院(系)：機電工程系 專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 2010年 3月 13日畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：汽車凸輪軸的加工工藝分析學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師職 稱計劃完成時間：2010年5月10日 畢業(yè)論文（設(shè)計）的進度計劃：2010.01.20-2010.01.24 教師對論文的思路及資料收集等相關(guān)問題進行第一輪指導(dǎo)。2010.01.24-2010.02.01 查閱相關(guān)資料，理清論文設(shè)計的思路、方法及相關(guān)問題。2010.02.02-2010.03.12 構(gòu)建論文整體框架，開始論文撰寫，期間遇到問題及時與教師進行交流。2010.03.13-2010.03.15 據(jù)課題進展情況完成中

6、期檢查表，并口頭匯報工作。2010.03.16-2010.04.15 根據(jù)老師提出的意見，進行論文修改，并提交答辯小組審閱。2010.04.16-2010.05.10 進一步完善論文，準備論文答辯。完成情況：到現(xiàn)在為止，我通過查找資料學(xué)到了很多很多關(guān)于凸輪軸加工的基本知識，包括凸輪軸的加工工藝過程，了解了凸輪軸的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，以及凸輪軸的加工工藝分析。 指導(dǎo)教師評議（指出優(yōu)點和不足，如有其它建議，可另附頁） 簽 名： 年 月 日備 注：目 錄摘要及關(guān)鍵詞11 引言11.1汽車發(fā)動機行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r11.2凸輪軸的性能要求21.3本文研究內(nèi)容32 凸輪軸生產(chǎn)線前期規(guī)劃32.1產(chǎn)品規(guī)格32.2工藝

7、設(shè)計原則及凸輪軸加工工藝分析42.3小結(jié)53 凸輪軸生產(chǎn)線工藝分析63.1生產(chǎn)線布置63.2工藝設(shè)計63.3工藝分析73.4工藝特點93.5工藝難點114 凸輪廓形理論計算及加工控制參數(shù)124.1凸輪軸凸輪的廓形要求124.2包絡(luò)線理論154.3凸輪廓形坐標(biāo)164.4砂輪的中心坐標(biāo)194.5磨削圓周進給量計算204.6等周速曲線224.7砂輪座加速度224.8光順處理224.9工件主軸轉(zhuǎn)速配置234.10磨削用量數(shù)據(jù)235 總結(jié)24參考文獻26謝 辭27汽車凸輪軸加工工藝分析高曉瑞（德州學(xué)院機電系，山東德州 253023）摘 要：凸輪軸作為汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)中的關(guān)鍵部件，其性能直接影響著發(fā)動機

8、整體性能。因此凸輪軸的加工工藝有特殊要求，合理的加工工藝對于降低加工成本、減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及合理布置凸輪軸生產(chǎn)線具有很大的現(xiàn)實意義。本文針對凸輪軸的加工特點，結(jié)合工廠的實際，從前期規(guī)劃開始，對凸輪軸的加工工藝進行了深入的分析、研究。建立了用數(shù)控?zé)o靠模方法。對凸輪廓形進行計算和推倒，對凸輪輪廓的加工進行了探討并提出適用于發(fā)動機凸輪軸的加工方法。關(guān)鍵詞：發(fā)動機；凸輪軸；工藝分析1 引言1.1汽車發(fā)動機行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r現(xiàn)代汽車發(fā)動機行業(yè)的發(fā)展十分迅速，這種趨勢要求各發(fā)動機廠家不僅要具有大批量生產(chǎn)的能力，也同時要具有小批量、多品種的生產(chǎn)技術(shù)。所以，在汽車發(fā)動機廠家現(xiàn)在已經(jīng)普及了互換性、自動化生產(chǎn)，做到了流

9、水線式生產(chǎn)線布置及工藝安排，實現(xiàn)了按節(jié)拍生產(chǎn)?，F(xiàn)在汽車的發(fā)動機的節(jié)拍為1.75分鐘/臺。1.75分鐘包括輔助時間和機加工時間。輔助時間包括上料、輸送、檢驗時間，而機加工時間則是指從夾具定位、夾緊到機加工完成，夾具松開并推出工件這段時間。除按節(jié)拍生產(chǎn)以外，我國的發(fā)動機生產(chǎn)廠家多數(shù)采用流水線布置。生產(chǎn)線分為半自動生產(chǎn)線與全自動生產(chǎn)線兩種形式。半自動生產(chǎn)線與全自動生產(chǎn)線的區(qū)別在于前者靠人工在工序間輸送工件，而后者則實現(xiàn)了無人操作、輸送、加工及檢驗全部實現(xiàn)自動化。全自動生產(chǎn)線雖然自動化程度高，質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，但是投資巨大，成本太高，而我們國家人力資源豐富，人工價格偏低，所以大部分發(fā)動機生產(chǎn)廠家采用半自

10、動生產(chǎn)線與局部全自動化生產(chǎn)線相結(jié)合的方式布置生產(chǎn)線，在保證生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能的降低產(chǎn)品的成本。此外，在各種發(fā)動機的零部件的設(shè)計及生產(chǎn)上均采用了一些先進的形式及工藝。例如多氣缸多氣門的設(shè)計，從直列三缸到v型雙列十二缸，從二氣門到四氣門、五氣門。多氣門的布置可以增加充氣效率，便于阻止缸內(nèi)氣流壓力。頂置式凸輪軸設(shè)計，精密加工，柔性生產(chǎn)，在線自動測量及自動補償?shù)鹊?，這些都為機加工生產(chǎn)及工藝安排增加了難度，向技術(shù)人員提出了更高的要求。人們對發(fā)動機的性能要求概括為以下幾點：高的動力性能。高的燃料經(jīng)濟性。高的工作可靠性和足夠的使用壽命。結(jié)構(gòu)緊湊，外形小，重量輕。高的環(huán)境性能，低排放，低消耗，

11、低污染。尤其是最后一點，在近些年中得到很大的關(guān)注。由于發(fā)動機性能指標(biāo)的不斷提高，其加工精度、難度也不斷增加，所以在發(fā)動機行業(yè)中，數(shù)控機床，精密加工機床，加工中心，自動生產(chǎn)線，成組技術(shù)等先進設(shè)備及技術(shù)都得到了廣泛的普及。1.2凸輪軸的性能要求在汽車發(fā)動機的各個零件及機構(gòu)中，配氣機構(gòu)是非常重要的，配氣機構(gòu)必須根據(jù)發(fā)動機氣缸內(nèi)所發(fā)生的工作過程，保證正確地打開和關(guān)閉氣門。而凸輪軸是配氣機構(gòu)中最重要、最關(guān)鍵的零件，它決定著氣門的升程曲線和氣門開關(guān)時刻，從而直接影響發(fā)動機的進排氣量，影響發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放1。發(fā)動機行業(yè)現(xiàn)在都采用氣門頂置式配氣機構(gòu)，其主要原因是由于頂置式配氣機構(gòu)的發(fā)動機能選用較高

12、的壓縮比。其氣門可以設(shè)計的比較大，混合氣進入和廢氣排出的必經(jīng)路程又比較短，因而頂置氣門式發(fā)動機的容積效率比較高。另外，頂置氣門式發(fā)動機燃燒室的s/v比值較小（s/v比值是燃燒室的表面積s和燃燒室的容積v之比），這樣，不僅廢氣中未燃碳氫化合物的含量較少，而且發(fā)動機的熱效率也較高，這在排放標(biāo)準日益提高的今天是非常重要的。在頂置氣門式配氣機構(gòu)中，除通常采用挺桿、推桿和搖臂控制氣門的形式外，還有采用頂置凸輪軸（sohc）的。在頂置凸輪軸的發(fā)動機中，凸輪軸置于氣缸蓋上，凸輪直接作用于搖臂或者挺桿來控制氣門。除單頂置凸輪軸外，還有雙頂置凸輪軸（dohc）的，其中一根凸輪軸操縱進氣門，另一根控制排氣門。這種

13、單頂置凸輪軸發(fā)動機，由于沒有推桿和挺桿，因而減小了配氣機構(gòu)的慣性力，減少了氣門產(chǎn)成顫動的傾向，同時也減少了系統(tǒng)的變形量。而且這種單頂置凸輪軸發(fā)動機還有一個優(yōu)點，由于運動質(zhì)量小，凸輪輪廓可以設(shè)計的比較陡一些，可以使氣門能夠更快的打開和關(guān)閉，保持更多的時間停留在全開的位置上，改善發(fā)動機的換氣，提高容積的效率，這樣可提高發(fā)動機的性能，特別是高速下的性能。由于發(fā)動機的發(fā)展趨勢為多氣缸多氣門設(shè)計，而每一個氣門的進氣與排氣都必須由凸輪軸上的凸輪外形控制。所以凸輪軸的發(fā)展趨勢是一個凸輪軸上排列著越來越多的凸輪，如果是三缸以下的發(fā)動機，不論是兩氣門還是四氣門，排氣凸輪與進氣凸輪還可以排在一根凸輪軸上。如果是四

14、缸以上，則必須配備兩根凸輪軸，其中一根凸輪軸控制進氣門，另一根控制排氣門。凸輪軸是內(nèi)燃機配氣系統(tǒng)中關(guān)鍵的零件之一，整個配氣機構(gòu)是由凸輪軸驅(qū)動的，凸輪的設(shè)計對整個配氣系統(tǒng)的性能起著決定性的作用。凸輪軸剛性差、易變形；精度高，加工難度大；因此，對于凸輪軸的設(shè)計、加工、選材、加工工藝等都提出了許多要求。其主要的技術(shù)要求如表1.1表述。表1.1 凸輪軸的技術(shù)要求主要項目一般性要求支撐軸承尺寸（mm）表面粗糙度（m）圓柱度（mm）it5it60.45級精度0.40.060.0230凸輪軸表面粗糙度（mm）中間軸頸相對于兩端軸頸的跳動(mm)相鄰兩軸頸的徑向跳動(mm)凸輪軸對稱中心平面對正時齒輪鍵槽中心

15、平面或定位銷軸線的角度偏差（）1.3本文研究內(nèi)容隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，再加上配件的需求，使得凸輪軸的需求量一直高居不下。建立一條集先進性與經(jīng)濟性為一體的凸輪軸生產(chǎn)線是非常必要的。面對國外汽車行業(yè)的沖擊，我們國產(chǎn)汽車業(yè)應(yīng)該加緊研究、建立符合中國國情的，我們自己的基礎(chǔ)制造業(yè)，提高質(zhì)量、降低成本，這樣才能保住我們國產(chǎn)汽車的市場。凸輪軸在發(fā)動機中的重要地位決定了國內(nèi)發(fā)動機生產(chǎn)廠家都建有自己的凸輪軸生產(chǎn)線，這樣可以在保證整機質(zhì)量的前提下，盡可能的降低成本，提高競爭力。本文主要圍繞汽車凸輪軸生產(chǎn)線的工藝分析，從前期準備、工藝設(shè)計、理論計算、生產(chǎn)實踐、和產(chǎn)品檢測這幾個方面，闡述了凸輪軸加工的一整套設(shè)計思路

16、和方法，對發(fā)動機制造業(yè)中的零部件加工具有重要的參考作用。2 凸輪軸生產(chǎn)線前期規(guī)劃2.1產(chǎn)品規(guī)格2.1.1零件的結(jié)構(gòu)特點凸輪軸生產(chǎn)線承擔(dān)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：（fca-3）銅鉻鉬合金鑄鐵，各主軸頸及端面的硬度hb180240，凸輪hrc48.2.1.2凸輪軸簡圖圖12.1.3 發(fā)動機凸輪軸主要加工內(nèi)容和精度要求（1）支承軸徑前軸徑前端，后端，表面粗糙度rz3.2中間軸徑，表面粗糙度rz3.2后軸徑，表面粗糙度rz3.2（2）凸輪6個凸輪基圓尺寸為，表面粗糙度rz3.2。各凸輪基圓相對與前后軸頸的基準軸線的徑向跳動允差0.03mm各凸輪基圓相對與前后軸頸的基準

17、軸線的平行度允差0.01mm各凸輪對稱中心線相對于鍵槽的相對位置偏差（相位角）20（見圖1）凸輪型線誤差作用段0.05mm凸輪型線誤差作用段0.02mm一缸凸輪軸對鍵槽位置1123220（3）斜齒輪齒數(shù)：13，螺旋角：53（右）146公法線長度：38.61138.806齒形誤差0.025；齒向誤差0.017；齒槽對鍵槽的角度202（4）鍵槽寬，深，對稱度0.0252.2工藝設(shè)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(chǔ)上，吸收先進技術(shù)提高產(chǎn)品的競爭力。(2)對于關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)，優(yōu)先考慮國內(nèi)外可靠廠家的先進設(shè)備。(3)保證先進性與經(jīng)濟性相結(jié)合，再保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下

18、，降低成本(4)充分考慮各生產(chǎn)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(chǎn)。由于凸輪軸具有細長且形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點，技術(shù)要求又高，尤其是凸輪的加工，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。2.2.1易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(chǎn)生較大的受力變形，其表面殘余應(yīng)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(dǎo)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

19、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(chǎn)生的變形在精加工中得到修整，半精加工中產(chǎn)生的變形在精加工中得到修正，還必須在加工過程中增設(shè)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。2.2.2加工難度大 從形狀復(fù)雜的角度來說，突出的問題凸輪、齒輪這些復(fù)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(shè)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(zhì)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

20、相位角準確又要求凸輪曲線升程滿足氣門開啟和關(guān)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(zhuǎn)中心的半徑是變化的，當(dāng)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(zhuǎn)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(chǎn)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。2.3小結(jié)綜上所述，雖然各種方案都各有優(yōu)點，但其技術(shù)的不成熟或者成本問題，都成為在國內(nèi)實施的困難。考慮到成本及大批量生產(chǎn)，選擇成熟技術(shù)和成熟的設(shè)備，使工藝方案符合經(jīng)濟性與合理性原則。3 凸輪軸生產(chǎn)線工藝分析3.1生產(chǎn)線布置選擇生產(chǎn)線u型布置，設(shè)備安置在中間走道兩旁，

21、各序設(shè)備操作面板及上下料開口一律面向中間走道，各序設(shè)備上下料開口之間由滑道相連。這種布置形式在保證物流通暢、占地面積小的情況下，減少了工人的走動時間，可以做到一人多機操作，降低了生產(chǎn)線操作工人的數(shù)量。每個工人既要負責(zé)自己的這幾臺設(shè)備，同時還要負責(zé)定工件時、定量檢驗及自檢；最終工序操作工人還要負責(zé)最終質(zhì)量檢查。所以，由于生產(chǎn)線布置合理、緊湊，使得工人勞動效率得到了很大的提高。采用高架線結(jié)構(gòu)，使水、電、氣維修非常方便。每臺設(shè)備后留有水、電、氣接口，生產(chǎn)線兩排設(shè)備后有排水溝。整個車間為整體地基。這種形式使設(shè)備的安裝、移動非常方便，有利于我們更換產(chǎn)品時，重新安排、增加或減少設(shè)備，進行柔性生產(chǎn)線布置。3

22、.2工藝設(shè)計3.2.1定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(shè)計基準。發(fā)動機凸輪軸遵循這一設(shè)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(guān)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)相同或相近，從而減少了設(shè)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(chǎn)來說，不僅便于采用高效專用機床

23、和設(shè)備以提高生產(chǎn)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。3.2.2加工階段的劃分與工序順序的安排（一）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(nèi)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(wù)。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(chǎn)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

24、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32和48.5的毛坯面為定位基準，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3-1發(fā)動機凸輪軸生產(chǎn)工藝簡介。（二）工序順序的安排加工順序的安排與零件的質(zhì)量要求有關(guān)，工序安排是否合理，對于凸輪軸加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)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。3.2.3凸輪形面的加工在凸輪軸的加工中，最重要同時難度最

25、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(nèi)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(dāng)砂輪直徑在一定范圍內(nèi)時，使用第一個靠模來工作。當(dāng)砂輪磨損到一定程度時，靠模自動轉(zhuǎn)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(jīng)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

26、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(chǎn)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（cbn）砂輪的使用壽命高，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。3.3工藝分析表3.1發(fā)動機凸輪軸生產(chǎn)工藝簡介工序號工序內(nèi)容定位基準夾緊位置備注10銑端面，打中心孔52.5外圓（成活尺寸48.5）36外圓（成活尺寸32）52.5端面52.5外圓36外圓專機20粗車主軸頸37.5外圓（成活尺寸37.2）兩端中心孔37.5外圓半

27、自動液壓仿形車床30車削主軸頸并切槽37.5外圓兩端中心孔37.5外圓半自動液壓仿形車床40兩端螺孔鉆、擴、攻絲、修中心孔48.9外圓（成活尺寸48.5）32.4外圓（成活尺寸32）52.5端面48.9外圓32.4外圓專機50大端外圓磨削兩端中心孔37.5外圓37.5外圓半自動端面外圓磨床60前軸頸磨削兩端中心孔37.5外圓37.5外圓cnc磨床70中間軸頸、后軸頸及推力部端面磨削兩端中心孔32外圓32外圓cnc磨床80銑鍵槽48.5外圓32外圓30端面角向9048.5外圓32外圓專機90粗磨凸輪（靠磨）兩端中心孔鍵卡盤22外圓凸輪磨床100精磨凸輪（無靠磨）30端面兩端中心孔鍵22外圓凸輪磨

28、床120滾齒30端面兩端中心孔鍵22外圓130清洗30與1in之間非加工面31與3ex之間非加工面無夾緊3.4工藝特點發(fā)動機凸輪軸工藝特點： （1） 毛坯硬度高 （冷激區(qū)hrc45 非冷激區(qū)hb229302） （2） 生產(chǎn)節(jié)拍 1.75分鐘 （3） 輪軸數(shù)控車床用于支撐軸頸的粗加工 （4） 凸輪部分在鑄造時冷激，不需加工后淬火 （5） 凸輪采用粗、精磨加工，以磨代車，凸輪輪廓直接磨削 （6） 凸輪精加工采用全數(shù)控?zé)o靠磨磨削 （7） 加工中主要定位基準中心孔采用打孔后修磨，保證加工質(zhì)量工藝先進性分析：1)磨削密集型工藝外圓、軸頸、端面及凸輪均采用磨削方法5凸輪的外圓、軸頸、端面及凸輪的粗精加工均

29、采用磨削方法。凸輪傳統(tǒng)的粗加工方法是采用靠模車床及液壓仿形凸輪銑床，大量生產(chǎn)的凸輪軸毛坯均采用精鍛或精鑄成形，其毛坯精度高，加工余量小，采用以磨代車的新工藝，極大的簡化了凸輪形面的加工。同時，高速磨削及金剛石滾輪連續(xù)修整工藝，保證了其生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的質(zhì)量。2)凸輪采用數(shù)控?zé)o靠模磨削長期以來，凸輪軸磨床采用靠模，滾輪擺動仿形機構(gòu)，典型的設(shè)備如日平蘭迪斯scamr型凸輪磨床。靠模凸輪機構(gòu)擺動工作臺凸輪軸磨床，在磨削中存在著一系列的加工缺陷，而采用數(shù)控凸輪磨削的新工藝，取消了靠模，完全靠cnc控制獲得精密的凸輪輪廓，同時工件無級變速旋轉(zhuǎn)，并采用cbn砂輪加工凸輪軸，從根本上解決了傳統(tǒng)凸輪磨床的缺陷，

30、不僅擺脫了靠模精度對凸輪精度的影響，而且砂輪的磨損不影響加工精度。同時，由于這種工藝具有較好的柔性，為以后的產(chǎn)品改進、更新以及多品種的凸輪軸共線生產(chǎn)提供了保證。3)凸輪軸支撐軸頸的磨削凸輪軸支撐軸頸的加工尺寸與精度如圖2所示。采用數(shù)控多砂輪磨削，可以高效率地磨削凸輪軸支撐軸頸，加工出的軸頸具有較高的圓柱度和較小的徑向跳動。同時數(shù)控磨削可以運用在線檢測技術(shù)，對零件的加工部位尺寸進行監(jiān)控，并把對砂輪的自動修整數(shù)據(jù)反饋給數(shù)控系統(tǒng)，來控制砂輪的補償，確保加工部位的尺寸。圖2凸輪軸的支撐軸頸4)采用立方氮化硼（cbn）砂輪磨削由于采用了無靠模數(shù)控凸輪磨床，所以整個凸輪輪廓（包括基圓、緩沖段、作用段）的磨

31、削均由x軸即砂輪架和c軸即主軸的相對旋轉(zhuǎn)運動完成，其動作為同步動作，所以凸輪磨削過程中砂輪于工件接觸表面不同且不均勻，緩沖段及作用段接觸面積大于基圓，由此造成加工余量不均勻，緩沖段和作用段加工余量大于基圓，故產(chǎn)生法向切削力的變化。另一特點為砂輪磨削過程中接觸點（磨削點）與工件及砂輪二者中心線不在一條直線上，而是在上下移動，故易產(chǎn)生升程誤差，也可能在緩沖段及作用段表面產(chǎn)生橫紋。這一特點要求砂輪直徑較小。根據(jù)以上特點決定，選用陶瓷結(jié)合劑的立方氮化硼（cbn）砂輪磨削凸輪。砂輪轉(zhuǎn)速為5700轉(zhuǎn)/分，屬于高速磨削，生產(chǎn)率高，耐用度高。cbn砂輪有較好的熱導(dǎo)性，工件磨削的溫度低，可減少磨削時的燒傷、裂紋

32、和熱損現(xiàn)象，與普通的砂輪相比，具有砂輪使用壽命長，更換砂輪和修整砂輪時間短，能提高工件的疲勞強度和耐磨強性等優(yōu)點。由于使用了cbn砂輪，砂輪直徑有單晶剛玉的600mm減少到現(xiàn)在的250mm，且使用壽命長，cbn砂輪的cbn層厚度為3mm，每100件修磨一次，每次修磨量為0.01mm，一片砂輪的修磨次數(shù)為300次，可計算得出一片砂輪的理論加工工件數(shù)為30010030000件。且工件的粗糙度及凸輪升程均能很好的滿足工藝要求。5)毛坯材料為冷激合金鑄鐵凸輪軸是氣門機構(gòu)的驅(qū)動元件，它的凸輪不僅要有合理的形狀，而且要求表面耐磨，能在長期使用中基本保持設(shè)計給出的合理形狀。所以對凸輪軸的材料要求比較高。尤其

33、凸輪表面與搖臂之間是一對運動的摩擦表面，凸輪軸的材料必須保證其工作可靠性和耐久性。最后決定采用冷激合金鑄鐵，即在凸輪軸鑄模的凸輪尖端處放一塊加速鐵水冷卻的鐵塊，使凸輪尖端迅速冷卻，形成桃尖硬化層，其主要金屬基體為菜氏體，可以提高其硬度，并達到工藝要求：凸輪140以內(nèi)hrc35以上，30以內(nèi)hrc48以上，如圖3所示。這樣凸輪外形完全用磨削加工。圖3凸輪外形硬度分布圖鑄鐵凸輪存在摩擦系數(shù)僅為0.150.20，而強度很低的石墨，在摩擦過程中會脫落于接觸處成為潤滑劑，且石墨脫落后留下的孔穴又會成為絕好的儲油槽，使臨界油膜容易保持住。鑄鐵的導(dǎo)熱性大且不留加工余量，而凸輪工作表面只留1.5mm左右的磨削

34、余量。因為凸輪軸轉(zhuǎn)速低，載荷輕，潤滑又良好，而鑄鐵本身也是一種良好的軸承材料，所以不用襯套，把凸輪軸直接裝入缸蓋凸輪軸孔中。采用冷激鑄鐵，工藝簡單且成本低，激冷用外冷鐵可由我單位生產(chǎn)，反復(fù)使用近百次后可作為返回料入爐，所以生產(chǎn)工序簡單，并可以大幅度提高耐磨性。3.5工藝難點3.6.1主軸頸粗糙度的保證凸輪軸生產(chǎn)的難點是主軸頸的粗糙度達不到圖紙的要求，圖紙要求為rz3.2，實際加工情況為rz5.2，這就給驗證帶來了很多麻煩。根據(jù)實際情況，首先通過改變機床的切削用量，把機床規(guī)定好的切削用量徹底改變，一組一組的數(shù)據(jù)進行試驗，最終結(jié)果還是不好。最后在保證砂輪不變的情況下，改變金剛石修整器的修磨速度f，

35、修整量，來提高工件的粗糙度。通過反復(fù)試驗，得出幾組比較好的數(shù)據(jù)。0.08 f30 rz=2.66z3.79z0.04 f15 rz=2.50z3.50z0.06 f30 rz=2.60z3.66z0.04 f35 rz=2.00z3.20z通過比較，決定選用0.04，f30這組數(shù)據(jù)，磨5個工件修整一次，粗糙度3.2z。且節(jié)拍達到1.75分鐘，達到了本線的設(shè)計綱領(lǐng)。3.6.2軸頸夾痕1)軸頸夾痕：凸輪軸線120序凸輪磨削時用鍵槽定位，22外圓夾緊。三爪長期使用造成22外圓上由三個光亮帶，粗糙度合格。該凸輪磨床在設(shè)備驗收時即有光亮帶夾痕存在，據(jù)了解目前凸輪桃子磨削工藝大多采用腱槽角向定位三爪夾緊工

36、件小端外圓，中心架支撐軸徑向表面來完成磨削過程，此方案勢必要產(chǎn)生夾痕。該工藝豐田汽發(fā)，一汽大眾均采用，新產(chǎn)品1sz凸輪軸從外觀看也采用此加工工藝加工的。此工藝方案可繼續(xù)使用。2)徹底消除夾痕工藝的近一步探討：采用倒序加工的方法，先磨桃子，后磨小端外圓。a)使用這種方法，涉及變動的部分：凸輪磨改三爪、中心架。鍵槽銑床改定位塊、量驗具工藝尺寸鏈重新計算，改所有工藝文件。b)引發(fā)的質(zhì)量問題：由于凸輪磨床的中心架支撐軸頸是精車表面，對凸輪磨削精度和升程曲線會造成很大的影響。由于磨小端外圓與銑鍵槽定位基準不統(tǒng)一，會對鍵槽對稱度造成很大的影響。c)拋光小端外圓，需要增加投入。該方案沒有必要。3)結(jié)論：輕微

37、夾痕對發(fā)動機性能無影響，沒必要增加投入。裝工件時鍵槽盡量放在夾具的驅(qū)動鍵槽位置，以免驅(qū)動鍵槽轉(zhuǎn)動時，劃傷加工表面。64 凸輪廓形理論計算及加工控制參數(shù)4.1凸輪軸凸輪的廓形要求氣門運動的加速度和減速度都是凸輪輪廓的函數(shù)。發(fā)動機的凸輪軸凸輪輪廓如圖4所示，主要包括進氣段c（開啟?。⑴艢舛蝒（關(guān)閉?。?、緩沖段b、緩沖段c、基圓a、頂弧d。發(fā)動機凸輪軸的凸輪廓形是以凸輪與10滾珠對滾時二者中心距離，表示的，如圖5，圖紙給出表列函數(shù)()，y ()表41為凸輪軸升程表。圖4凸輪輪廓圖圖5凸輪廓形圖4.1.1凸輪升程數(shù)據(jù)1)從動件半徑（mm）：設(shè)定從動件半徑，用來輪廓計算和測定。2)凸輪基圓直徑（mm）

38、：設(shè)定凸輪基圓直徑，可以用此數(shù)據(jù)微調(diào)凸輪尺寸，因為沒有凸輪的長徑尺寸。3)角度升程值（mm/deg）：以凸輪頂點轉(zhuǎn)180為0，只輸入有增量的兩個角度之間（90270）的增量數(shù)據(jù)，每隔1進行設(shè)定（機內(nèi)密化系統(tǒng)），最后制成升程表7。表4-1凸輪軸凸輪升程表028.38728.3874122.58024.3028221.72221.865128.38428.3844222.49724.1498321.71521.855228.37528.3754322.42224.0008421.71021.846328.35928.2614422.35323.8558521.70621.837428.33728.

39、3414522.29223.7148621.70321.827528.30728.3154622.23723.5788721.70121.818628.27128.2854722.18823.4478821.80821.808728.22628.2494822.14523.3228921.79921.799828.17328.2084922.10823.2029021.78921.789928.11228.1625022.07723.0879121.78021.7801028.04028.1115122.04922.9799221.77121.7711127.95828.0545222.027

40、22.8769321.76121.7611227.86427.9935322.00722.7799421.75221.7521327.75727.9275421.99222.6899521.74221.7421427.63427.8565521.97922.6049621.73321.7331527.49227.7805621.96822.5259721.72521.7251627.32727.6995721.95822.4539821.71821.7181727.13327.6135821.94922.3869921.71321.7131826.90727.5225921.93922.325

41、10021.70821.7081926.65727.4266021.93022.27010121.70421.7042026.39527.3266121.92022.22010221.70221.7022126.12927.2206221.91122.17510321.70021.7002225.86527.1096321.90122.1362325.60626.9936421.89122.1022425.35526.8726521.88222.0722525.11326.7466621.87222.0462624.88126.6166721.86322.0252724.65926.48068

42、21.85322.0062824.44726.3406921.84321.9912924.24526.1967021.83421.9793024.05426.0487121.82421.9683123.87325.8967221.82521.9593223.70225.7417321.805821.9493323.54225.5837421.79521.9403423.39025.4237521.78621.9303523.24825.2627621.77621.9213623.11525.1007721.76621.9123722.99224.9387821.75721.9023822.87

43、624.7767921.74721.8933922.77024.6168021.73821.8844022.67124.4588121.72921.874由于在升程段廓形圓形滾珠與廓形的切點d1,d2都不在滾珠與凸輪的連心線上，而磨床砂輪必須磨出d1,d2點來，它的半徑又遠遠大于滾珠半徑，所以必須通過計算得出凸輪廓形（d1,d2）坐標(biāo)，再換算成砂輪中心的坐標(biāo)，作為磨床砂輪橫向進給的依據(jù)。4.2包絡(luò)線理論設(shè)想凸輪不轉(zhuǎn)，滾柱回繞凸輪旋轉(zhuǎn)，則滾柱外形形成一個圓的曲線族，凸輪廓形實際是它的內(nèi)包絡(luò)線。以h表示滾柱與凸輪軸心距，則h=f()，以為滾柱半徑，則圓的一般方程為：因為h也是的函數(shù)，此式可寫成隱函

44、數(shù)形式f(x，y，)0，這里為參變量，改變值可得不同的方程式，如圖6。圖6凸輪廓形圖曲線族中的各點斜率，據(jù)微分學(xué)，可寫成：還可以進一步寫作： （4.1）包絡(luò)線既與曲線族相切，其上各點應(yīng)與曲線族上各切點斜率相等，故也應(yīng)滿足公式(4.1)。曲線族方程f(x，y，)0的全微分為：即： （4.2）包絡(luò)線上各點既是曲線族里的點，其斜率又應(yīng)滿足公式(4.1)，將(4.1)、（4.2)式聯(lián)立，可得： （4.3）即包絡(luò)線方程，解此式得出以表示得x、y值，即包絡(luò)線上的各點坐標(biāo)8。4.3凸輪廓形坐標(biāo)滾柱曲線族方程的隱函數(shù)形式 將此式對微分后使解出x、y值為 （4.4） （4.5）由于求曲線族的內(nèi)包絡(luò)線，故式(4.

45、4)中正負號應(yīng)取負號。計算中微分以差分代替，即表列函數(shù)中若對應(yīng)于，則取表4.2為c語言編程計算凸輪軸、兩面的坐標(biāo)值為、表4-2 凸輪軸、兩面的坐標(biāo)值、 123.3820.3485210.70213.255123.3820.3485212.05513.457223.3670.6905310.42013.450223.3660.7005311.69413.616323.3411.0315410.13713.642323.3411.0515411.33913.772423.3051.367559.86813.821423.3061.3975510.99113.922523.2581.700569.6

46、0313.992523.2591.7515610.63214.076623.2032.027579.34114.156623.0232.1035710.28014.226723.1382.342589.08814.309723.1382.449589.93314.518823.0612.660598.83114.457823.0632.797599.58214.661922.9772.959608.57314.601922.9783.142609.23714.6611022.8853.246618.31214.7401022.8843.480618.89814.7991122.7833.525

47、628.05014.8751122.7803.819628.55314.9371222.6763.785637.79015.0011222.6654.159638.20915.0751322.5654.024647.51715.1281322.5431.490647.87615.2051422.4554.411657.24815.2491422.4124.818657.54915.3311522.3504.234666.97715.3641522.2735.141667.21515.4571622.3114.477676.70415.4751622.1245.459676.89415.5761722.1514.651686.43515.5781721.9685.772686.57715.6891821.9874.848696.15315.6811821.8036.080696.25415.8021921.8474.973705.87515.7781921.6276.386705.94915.9062021.5775.208715.59615.8682021.4466.683715.64816.0032121.2585.469725.31515.9552121